基于PLC控制的面粉碼垛機(jī)設(shè)計(jì)【碼垛機(jī)械手】

基于PLC控制的面粉碼垛機(jī)設(shè)計(jì)【碼垛機(jī)械手】,碼垛機(jī)械手,基于,PLC,控制,面粉,碼垛,設(shè)計(jì),機(jī)械手 任務(wù)書 課 題 基于PLC控制的面粉碼垛機(jī)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 年 級 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 唐矯燕 學(xué) 院 院 長 （簽字） 2013 年12 月 3 日 課題 來 源 企業(yè)項(xiàng)目 課 題 的 目 的 、 意 義 方便面粉的生產(chǎn)，提高面粉行業(yè)的生產(chǎn)效率，更加方便人們的生活。采用全自動的面粉袋碼垛機(jī)使面粉袋碼垛方式的調(diào)整十分方便、簡單。堆垛效率高，可大大節(jié)省人力資源，降低工人的勞動強(qiáng)度。自動化程度高，能夠大大的提高生產(chǎn)效率。 該課題研究的內(nèi)容對排爆機(jī)器人的研究是一項(xiàng)有益的擴(kuò)展，也可以用于機(jī)器人的示教活動。使學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，能掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和思路，將學(xué)到的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，將本科四年所學(xué)的知識進(jìn)行綜合理解和利用，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)、研究的能力。強(qiáng)化學(xué)生查閱英文資料的能力和繪圖以及三維建模的能力。 要 求 主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求： 該課題將要完成面粉袋碼垛機(jī)設(shè)計(jì)，該機(jī)用于將面粉袋碼垛堆垛。需要設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)碼垛操作，包括動力傳遞、擺放機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)，也包括電氣控制元件的選型?？彰娣鄞叽鐬椋?00*500(長*寬)（單位mm）;裝完面粉后的尺寸：800*400*150（長*寬*高） (單位mm);碼垛數(shù)量：只考慮碼垛四袋面粉，即將四袋面粉呈井字型交叉放置在托盤上；碼垛范圍：800*800*300（長*寬*高）（單位mm）;裝滿面粉后面粉袋重量：50kg;面粉袋的90度交叉放置：通過間歇運(yùn)動家機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；抓手形式：鏟子式，工作時將面粉袋從傳送帶的末端鏟起； 學(xué)生必須具備相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識，熟悉Pro/E，UG等軟件使用，具備力學(xué)基礎(chǔ)，了解電機(jī)控制基礎(chǔ)知識和機(jī)器人相關(guān)基礎(chǔ)，熟悉平行四邊形機(jī)構(gòu)、減速齒輪等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，熟練應(yīng)用繪圖軟件。熟悉機(jī)器人的驅(qū)動與控制原理及相關(guān)的基礎(chǔ)知識。 主要工作量要求： 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1.5萬字以上； 完成設(shè)備總裝配圖，A0圖紙1張； 完成運(yùn)動部件圖及關(guān)鍵零件圖，完成控制原理圖，總量A0圖紙1張； 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進(jìn) 度 本課題的主要內(nèi)容： 本課題著力于設(shè)計(jì)一種專用于面粉搬運(yùn)與碼垛的機(jī)器人并設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。，該機(jī)用于將面粉袋碼垛堆垛。需要設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)碼垛操作，包括動力傳遞、擺放機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)，也包括電氣控制元件的選型。設(shè)計(jì)其基于PLC的運(yùn)動控制系統(tǒng)。 本課題的進(jìn)度安排： 2013.12-2013學(xué)期末 調(diào)研，查找相關(guān)資料，確定方案，準(zhǔn)備開題報(bào)告； 2014. 1- 2周 開題答辯，方案修正，零部件設(shè)計(jì)計(jì)算； 2012. 2- 7周 完成總裝圖、部分部件圖和零件圖，中期檢查； 2012. 8-14周 完成運(yùn)動控制設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說明書，完成圖紙，準(zhǔn)備答辯工作； 2012.15-17周 答辯、修改、歸檔工作。 PLC控制面粉碼垛機(jī)器人：星期一前需要弄好開題的東西，外帶一半計(jì)算，簡單的計(jì)算就好，3視圖！星期二要見老師比較急！其他的就等中期答辯前給！請務(wù)必做好點(diǎn)、能看明白！不用太復(fù)雜！注：星期一前請務(wù)必給我我所需要的東西！謝謝！ 畫三視圖是按尺寸來的！ 機(jī)電工 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目: 面粉袋碼垛機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 2012 年 5 月 19 日 44 目錄 1 前言 1 1．1課題的背景 1 1.2課題的意義 1 1.3課題的設(shè)計(jì)目的 2 1. 4課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 2 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排和任務(wù)書 3 2.1設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 3 2.2設(shè)計(jì)任務(wù)分析 3 2.2.1本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) 3 2.2.2碼垛機(jī)的技術(shù)要求 4 2.2.3尺寸及動力分析 4 3 設(shè)計(jì)方案的確定 5 3.1總體方案的論證和選定 5 3.2主要部件方案的確定 7 3.2.1水平方向的移動方案 7 3.2.2豎直方向的移動方案 8 3.2.3繞豎直方向的轉(zhuǎn)動方案 8 3.2.4實(shí)現(xiàn)面粉袋交錯放置的方案確定 8 4 設(shè)計(jì)計(jì)算書 9 4.1齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 4.1.1.驅(qū)動齒輪傳動的電動機(jī)的選擇 9 4.1.2.選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 10 4.1.3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 10 4.1.4.計(jì)算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) 13 4.2 絲杠的設(shè)計(jì)與校核 13 4.2.1，螺桿和螺母材料的選擇 13 4.2.2.螺桿螺紋數(shù)據(jù)的初步設(shè)計(jì)與校核 13 4.2.3.螺母的參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)校核 17 4.3 驅(qū)動絲杠螺母傳動的齒輪的設(shè)計(jì)與校核 18 4.3.1驅(qū)動齒輪的電動機(jī)的選擇 18 4.3.2.選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 19 4.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 19 4.3.4計(jì)算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) 22 4.4驅(qū)動手爪上下移動的齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 22 4.4.1.驅(qū)動蝸桿傳動的電動機(jī)的選擇 23 4.4.2選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 23 4.4.3.校核齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度 23 4.4.4.計(jì)算齒輪的幾何尺寸參數(shù) 25 4.4.5齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 4.5間歇機(jī)構(gòu)（不完全齒輪）的設(shè)計(jì)與計(jì)算 25 4.5.1.驅(qū)動齒輪傳動的電動機(jī)的選擇 25 4.5.2.不完全齒輪布滿齒后的齒輪傳動的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26 4.5.2.1.選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 26 4.5.2.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 27 4.5.2.3.計(jì)算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) 29 4.5.3不完全齒輪的周節(jié)數(shù)值與首，末齒齒頂高系數(shù)的確定 30 4.5.4.連續(xù)傳動性能的校核 31 4.5.5.鎖止弧的設(shè)計(jì) 31 4.5.6.主動輪在相鄰兩鎖止弧之間的齒數(shù) 35 4.5.7.不完全齒輪靜止時間和運(yùn)動時間的確定 35 4.5.8.繪制工作圖 36 4.6 軸的設(shè)計(jì)與校核 36 5 設(shè)備的安裝與調(diào)試 38 5.1 設(shè)備的安裝 38 5.2設(shè)備的調(diào)試 39 6 設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng) 40 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 41 致謝 42 參考文獻(xiàn) 43 1 前言 1．1課題的背景 近幾年來，碼垛機(jī)市場發(fā)展十分迅速。隨著科技的發(fā)展，碼垛機(jī)也經(jīng)過了幾年的快速發(fā)展，世界自動化碼垛行業(yè)已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，與碼垛機(jī)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也都日漸完善，但是我國的碼垛機(jī)市場還遠(yuǎn)沒有發(fā)展成熟，并且有很大的發(fā)展空間。同一些發(fā)達(dá)國家相比，我們國家在這方面還有很大的差距。隨著科技的進(jìn)步，市場經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，市場經(jīng)濟(jì)體制也在不斷地完善，碼垛機(jī)技術(shù)水平在提高、產(chǎn)品質(zhì)量在上升，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，因此我國的碼垛機(jī)市場將會有更光明的前景。 現(xiàn)今，大多數(shù)用戶企業(yè)使用的碼垛方式有四種：一種是人工碼垛；第二種是使用傳統(tǒng)方式的碼垛機(jī)碼垛；第三種是使用碼垛機(jī)器人的方式碼垛；第四種是使用全自動的碼垛設(shè)備來完成碼垛工作。由于一些經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的原因，現(xiàn)在的企業(yè)使用比較多的還是傳統(tǒng)的碼垛方式，但就長遠(yuǎn)發(fā)展趨勢來看，全自動碼垛機(jī)器人的發(fā)展空間不容小視。 面粉袋碼垛機(jī)就是將已裝好袋的面粉，按一定排列方式碼放在托盤上，自動堆碼，并且可在堆碼多層后推出，然后被叉車運(yùn)往倉庫儲存。碼垛機(jī)的使用可大大地減少勞動人員的數(shù)量和降低勞動強(qiáng)度，能最大限度的節(jié)省空間。在當(dāng)今競爭如此激烈的社會里，面粉袋碼垛機(jī)是面粉生產(chǎn)線中的一套必不可少的重要設(shè)備。 1.2課題的意義 ①方便面粉的生產(chǎn)，提高面粉行業(yè)的生產(chǎn)效率，更加方便人們的生活。 ②采用全自動的面粉袋碼垛機(jī)使面粉袋碼垛方式的調(diào)整十分方便、簡單。 ③堆垛效率高，可大大節(jié)省人力資源，降低工人的勞動強(qiáng)度。 ④自動化程度高，能夠大大的提高生產(chǎn)效率。 1.3課題的設(shè)計(jì)目的 兩年的機(jī)械類基礎(chǔ)知識和一年半專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，使我們擁有了一定的機(jī)械知識。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是讓我們充分運(yùn)用學(xué)過的知識來完成自己所選題目所要求的設(shè)計(jì)，并對我們?nèi)臧氲膶W(xué)習(xí)成果做一個檢測。我選擇的課題是面粉袋碼垛機(jī)設(shè)計(jì)，是工程機(jī)械類設(shè)計(jì)，就是運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械原理，機(jī)械控制，機(jī)械制圖等知識來完成面粉袋碼垛機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及一些校核計(jì)算等工作，溫習(xí)和鞏固我們學(xué)過的知識，并且培養(yǎng)我們設(shè)計(jì)簡單機(jī)械的能力。另外，可以培養(yǎng)我們在生產(chǎn)實(shí)踐中學(xué)會進(jìn)行調(diào)查研究、收集資料以及整理、分析、利用資料的能力；培養(yǎng)我們在生產(chǎn)實(shí)踐中學(xué)會查閱外有關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)并利用這些文獻(xiàn)的能力，從而提高自學(xué)能力。還能夠很好的培養(yǎng)我們積極主動完成設(shè)計(jì)任務(wù)的責(zé)任心和敢于創(chuàng)新的精神。 1. 4課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題是面粉袋碼垛機(jī)設(shè)計(jì)，主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容有 ①該課題將要完成面粉袋碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)，該機(jī)用于將面粉袋碼垛堆垛。需要設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)碼垛操作，包括動力傳遞、擺放機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)，也包括電氣控制元件的選型。 ②整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成總裝圖的設(shè)計(jì)、主要部裝和零件圖。 ③手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)或者其它合適的機(jī)構(gòu)來完成。 ④手爪在手臂上的水平移動，通過導(dǎo)軌移動，絲杠螺母傳動，或者齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)等來完成 ⑤手爪相對于手臂上的滑塊的豎直方向的移動，通過齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，或者齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)來完成。并且在采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)時需要兩個齒輪分別安裝在齒條的兩側(cè)，以防止齒條的受力不均造成損害。 ⑥面粉袋在托盤上的90度交叉放置，通過不完全齒輪間歇機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)四袋面粉的井字形放置 2 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排和任務(wù)書 2.1設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 表2-11 序號 項(xiàng)目名稱 內(nèi)容要求 完成時間 備注 1 外文資料翻譯 按學(xué)校給定的格式及內(nèi)容要求進(jìn)行 2012.1.20～3.6 寒假期間基本完成 2 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告 包含參觀、實(shí)習(xí)、調(diào)研、搜集資料、方案分析比較和論證等內(nèi)容 2012.3.6～3.20 完成主要工作、預(yù)計(jì)工作進(jìn)度等 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說明書編寫 按任務(wù)書要求完成 2012.3.21～5.25 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯分組及答辯安排 根據(jù)專業(yè)和設(shè)計(jì)題目類型進(jìn)行分組 2012.5.25~5.26 2.2設(shè)計(jì)任務(wù)分析 2.2.1本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) ①該課題將要完成面粉袋碼垛機(jī)設(shè)計(jì)，該機(jī)用于將面粉袋碼垛堆垛。需要設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)碼垛操作，包括動力傳遞、擺放機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)，也包括電氣控制元件的選型。②整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成總裝圖的設(shè)計(jì)、主要部裝和零件圖。③ 使學(xué)生經(jīng)歷機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練，回顧以前所學(xué)知識，并綜合利用所學(xué)知識。本課題內(nèi)容包括機(jī)械傳動和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒有參考圖紙和資料，根據(jù)功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成規(guī)定任務(wù)。 2.2.2碼垛機(jī)的技術(shù)要求 空面粉袋尺寸為：900*500(長*寬)（單位mm）; 裝完面粉后的尺寸：800*400*150（長*寬*高） (單位mm); 碼垛數(shù)量：只考慮碼垛四袋面粉，即將四袋面粉呈井字型交叉放置在托盤上； 碼垛范圍：800*800*300（長*寬*高）（單位mm）; 裝滿面粉后面粉袋重量：50kg; 面粉袋的90度交叉放置：通過間歇運(yùn)動家機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)； 抓手形式：鏟子式，工作時將面粉袋從傳送帶的末端鏟起； 控制系統(tǒng)：整個機(jī)器需要控制系統(tǒng)的控制，但不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容。 2.2.3尺寸及動力分析 碼垛機(jī)的運(yùn)動由x方向的移動，z方向的移動，繞z方向的轉(zhuǎn)動和手爪的間歇運(yùn)動。根據(jù)工作要求，設(shè)計(jì)碼垛機(jī)的總體尺寸x方向的手臂的長度為1300mm;z方向立柱的高度1500mm; 整個面粉袋碼垛機(jī)需要四個電動機(jī)來驅(qū)動，根據(jù)工作需求都選用自帶減速器的減速電機(jī)，自行選擇減速電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，具體位置電機(jī)的選擇見后面的計(jì)算。 3 設(shè)計(jì)方案的確定 3.1總體方案的論證和選定 綜合考慮各方面因素，想出了以下幾種方案: 方案一： 如上圖所示，這種手臂和機(jī)身的配置形式是立柱式，適合于回轉(zhuǎn)型，俯仰型和屈伸型機(jī)械手，因而這是一種最常見的配置方式。這種配置形式的手臂可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小，工作范圍大的特點(diǎn)。立柱可以安裝在生產(chǎn)線的末端上，為一臺機(jī)床服務(wù)，也可以在立柱上添加加行走裝置，為多臺機(jī)床服務(wù)。如圖所示即為單臂的立柱式機(jī)械手，它可以實(shí)現(xiàn)多個方向的運(yùn)動。繞豎直方向的轉(zhuǎn)動既需要抓持機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動，也需要手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動。把抓持機(jī)構(gòu)安裝在大臂的前端，使手爪可以繞小臂轉(zhuǎn)動，由于要求面粉袋在托盤上能交錯放置，所以手爪的轉(zhuǎn)動使用間歇機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。但豎直方向的立柱可以固定不動，豎直方向的移動可以安置在小臂上，通過蝸輪蝸桿傳動來實(shí)現(xiàn)。水平方向的移動通過絲杠螺母傳動來完成。這四個運(yùn)動都用伺服電動機(jī)來驅(qū)動。 方案二： 采用立柱式機(jī)械手來完成面粉袋的碼垛。豎直方向的運(yùn)動采用凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，其它的設(shè)計(jì)內(nèi)容同上。但凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪不能做的太大，因此立柱的行程就不能保證達(dá)到要求的長度。另外，大凸輪即使制造出來，也很難確保它的機(jī)械特性，從而影響到整個機(jī)器的使用壽命。 方案三： 如上圖所示，手臂與機(jī)身的配置形式為屈伸式的，小臂相對于大臂可以做屈伸運(yùn)動，大臂又可相對于機(jī)身做回轉(zhuǎn)運(yùn)動和俯仰運(yùn)動。因此手臂夾持中心的運(yùn)動軌跡為一空間曲線。這種配置方式能有效地利用空間，并能繞過障礙物夾持和送放工件，但機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，無形中就增加了設(shè)計(jì)，加工，生產(chǎn)這種機(jī)械手的成本，也會使它的使用費(fèi)用比較高，超過了大多數(shù)企業(yè)的支付能力，不利于這種機(jī)械手的推廣利用。 方案四： 如圖所示，這是一種框架式碼垛機(jī)，在空間坐標(biāo)系中可實(shí)現(xiàn)沿x,y,z軸三個方向的移動和繞z軸的轉(zhuǎn)動，以保證在各個方向和位置的面粉袋的夾持，并且轉(zhuǎn)動的手爪可以實(shí)現(xiàn)面粉袋在托盤上的交錯放置。導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)的是x,y軸方向的移動，需要通過伺服電動機(jī)來驅(qū)動。Z軸方向的運(yùn)動可以通過螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。抓持機(jī)構(gòu)的安裝如圖所示，使手爪可以繞數(shù)值立柱轉(zhuǎn)動，由于要求面粉袋在托盤上能交錯放置，所以手爪的轉(zhuǎn)動使用間歇機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。這種方案碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)比較簡單，但占地面積比較大，且控制裝置不好安裝。 方案五： 面粉袋在托盤上的放置要求呈90度交錯放置，可以采用間歇機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。而間歇機(jī)構(gòu)也可以安裝在托盤上，使托盤能夠在恰當(dāng)?shù)臅r間轉(zhuǎn)動來滿足碼垛的要求，這樣一來機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造變得簡單了一些，但托盤的設(shè)計(jì)制造卻變得復(fù)雜了，并且必要的時候還需要另一個控制系統(tǒng)，同時還使整個機(jī)構(gòu)的占地面積增大了，不能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的保持結(jié)構(gòu)盡量緊湊，減少占有空間的要求。 方案六： 水平運(yùn)動采用框架結(jié)構(gòu)在導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)，由伺服電動機(jī)來驅(qū)動。豎直方向的運(yùn)動采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動，手抓的轉(zhuǎn)動還由間歇機(jī)構(gòu)來完成。 以上各種碼垛機(jī)的控制系統(tǒng)都是由程序控制裝置和位置檢測裝置組成。程序控制裝置指揮機(jī)械手按規(guī)定的程序進(jìn)行運(yùn)動，如動作順序，運(yùn)動時間，運(yùn)動軌跡，運(yùn)動速度等；位置檢測裝置是檢測機(jī)械手的運(yùn)動是否到達(dá)了確定的位置。 碼垛機(jī)的主要控制元件，包括可編程控制器、變頻調(diào)速控制器、接近開關(guān)，按鈕開關(guān)和接線端子等。高品質(zhì)的硬件和由專家設(shè)計(jì)的專門控制軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)高度的自動化。完善的安全聯(lián)鎖機(jī)制，可以對設(shè)備和操作人員提供保護(hù)。圖形顯示觸摸屏使碼垛機(jī)操作簡單，故障診斷容易，同時方便了檢修和維護(hù)。 抓持機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動要通過電動機(jī)來驅(qū)動，電纜要用電刷。長時間運(yùn)轉(zhuǎn)中需求的電纜要使用運(yùn)動電纜，并且用拖鏈保護(hù)，用鎖扣盡可能固定好電纜。 但綜合各方面因素考慮，發(fā)現(xiàn)方案二中大凸輪制造困難，并且很難確保它的機(jī)械特性，從而影響到整個機(jī)器的使用壽命；方案三中的機(jī)械手雖然自動化程度非常高，但機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，無形中就增加了設(shè)計(jì)，加工這種機(jī)械手的成本；方案四中框式碼垛機(jī)設(shè)計(jì)比較簡單，但占地面積比較大，且控制裝置不好安裝；方案五中將間歇機(jī)構(gòu)安裝在托盤上，減輕了手抓的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，但卻增大了托盤設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，并且控制系統(tǒng)不能只用一套；方案六中連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，但要設(shè)計(jì)一定的運(yùn)動軌跡的連桿機(jī)構(gòu)卻不是一件簡單的事，并且占用的空間比較大。所以方案一比較合適，自動化程度比較高，并且占地面積比較小。 3.2主要部件方案的確定 3.2.1水平方向的移動方案 手臂相對于立柱的運(yùn)動采用齒輪傳動，小齒輪為主動輪，由減速電機(jī)帶動，大齒輪是一個齒圈，套在立柱上的一定位置，與小齒輪完成嚙合，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足設(shè)計(jì)需求。 3.2.2豎直方向的移動方案 手爪在手臂上的水平移動采用絲杠螺母傳動完成，絲杠的轉(zhuǎn)動通過齒輪傳動實(shí)現(xiàn)，大齒輪安裝在絲杠的一端，小齒輪為主動輪，由減速電機(jī)帶動，與大齒輪嚙合，從而帶動絲杠轉(zhuǎn)動滿足設(shè)計(jì)要求。 3.2.3繞豎直方向的轉(zhuǎn)動方案 手爪相對于手臂的上下移動通過齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，減速電動機(jī)帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪的轉(zhuǎn)動引起齒條的上下移動，從而完成手抓的上下移動，以適應(yīng)面粉袋高度的變化，更好的完成堆垛任務(wù)。 3.2.4實(shí)現(xiàn)面粉袋交錯放置的方案確定 面粉袋在托盤上的90度交叉放置，通過采用不完全齒輪間歇機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，四個面粉袋成井字形放置，不完全齒輪的示意圖如下圖3-1所示 圖3-1 4 設(shè)計(jì)計(jì)算書 4.1齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1.驅(qū)動齒輪傳動的電動機(jī)的選擇 （1）電動機(jī)的類型的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，碼垛機(jī)的工作需求以及電動機(jī)的最佳安裝位置，選用自帶減速器的R系列的減速電機(jī)。因?yàn)樾枰ㄌm裝置將減速電機(jī)固定，所以選用RF系列減速電機(jī)。 （2）電動機(jī)功率的確定 面粉袋碼垛機(jī)手臂繞立柱轉(zhuǎn)動所需的功率，式中;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，，；所以。 由減速電機(jī)到齒輪的傳動的總效率，為齒輪傳動的效率，為滾動軸承的傳動效率，查表1-15（機(jī)械傳動和摩擦副的效率概略值）得，，則。那么減速電機(jī)的輸出功率。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的額定功率為. (3)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，大齒輪的轉(zhuǎn)動速度，由于單級齒輪的傳動比為，則電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為。 綜上所述所選的減速電機(jī)的型號為RF37-DR63M4。 4.1.2.選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 1）根據(jù)面粉袋碼垛機(jī)的運(yùn)動需要，選用直齒圓柱齒輪傳動； 2）手臂相對于立柱的旋轉(zhuǎn)速度并不高，故選用8級精度（GB10095—88）; 3）齒輪材料的選擇，由表10-1選擇大齒輪材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度達(dá)到240HBS,小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度達(dá)到280HBS,兩者材料硬度相差為40HBS，滿足設(shè)計(jì)要求。 5）取齒輪的傳動比為,選小齒輪齒數(shù)=23，則大齒輪齒數(shù)=3.3*23=75.9,??； 6）齒輪的使用壽命為15年，設(shè)每年工作300天，每天工作8小時。 4.1.3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式為 （1）先試計(jì)算小齒輪的直徑， 其計(jì)算公式為 1）試選載荷系數(shù)=1.2; 2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 == 3）由于小齒輪做懸臂布置，所以根據(jù)表10-7選齒寬系數(shù)為=0.6； 4）根據(jù)表10-6查得所選材料的彈性影響系數(shù)=189.8； 5）根據(jù)表10-21d按齒輪的齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限分別為=550Mpa ，=600Mpa; 6）小齒輪和大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60=60*13*1*（2*8*300*15）=5.616* == 7）根據(jù)圖10-19取小齒輪和大齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)分別為。 8）取齒輪安全系數(shù)S=1.1，則大小齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力 9）將中較小的值代入計(jì)算公式得 10）小齒輪的圓周速度 11）小齒輪寬度 模數(shù) 齒高 則小齒輪齒寬與齒高比為 （2）.計(jì)算齒輪模數(shù) 1）根據(jù)圖10-20c查得大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，； 2）根據(jù)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù); 3）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則由式10-12得彎曲疲勞許用應(yīng)力 4)根據(jù)小齒輪的圓周速度v=0.06m/s,齒輪精度為8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)對于直齒輪，;依據(jù)表10-2查得使用系數(shù);根據(jù)表10-4用插值法查得精度為8級的齒輪傳動，并且小齒輪懸臂布置時；由齒寬與齒高比，查圖10-13得; 可得載荷系數(shù) 5)根據(jù)表10-5通過直接查或用插值法球的得齒形系數(shù) ; 應(yīng)力校正系數(shù)。 6)小齒輪的 大齒輪的 所以大齒輪的數(shù)值大 7）代入設(shè)計(jì)計(jì)算公式得 將計(jì)算所得的模數(shù)就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2. 5mm,根據(jù)以上計(jì)算所得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù)，取 4.1.4.計(jì)算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) （1）分度圓直徑 （2）齒頂圓直徑和齒根圓直徑 （3）中心距 （4）齒輪寬度 取 4.2 絲杠的設(shè)計(jì)與校核 4.2.1，螺桿和螺母材料的選擇 查表5-11選擇螺桿的材料為40Cr,螺紋部分采用表面淬火處理；選擇螺母的材料為ZCuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅）。 4.2.2.螺桿螺紋數(shù)據(jù)的初步設(shè)計(jì)與校核 選用梯形螺紋，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB5796.3-86），試選螺桿螺紋的公稱直徑，則其對應(yīng)的其它參數(shù)為：螺距，中徑,小徑； （1）螺紋升角和當(dāng)量摩擦角，及自鎖性校核 ，則； 梯形螺紋的牙型角； 查表5-12知，螺桿-螺母材料為鋼-青銅的摩擦系數(shù)為，則當(dāng)量摩擦角； 由知螺桿螺旋副滿足自鎖條件。 (2)螺桿上螺紋的軸向力的確定 假設(shè)在手臂上移動的手爪及其輔助機(jī)構(gòu)的質(zhì)量為m=150kg，在設(shè)計(jì)中考慮留出預(yù)留量，則徑向力，取，則；根據(jù)力的合成原理，知其軸向力； （3）螺紋副耐磨性計(jì)算 如下圖所示： 螺旋副傳動 螺紋工作面上的耐磨性條件是 根據(jù)螺桿螺母的材料和螺旋副的轉(zhuǎn)動速度較低，查表5-12，取滑動螺旋副材料的許用壓力[p]=14Mpa,摩擦系數(shù)f=0.09; 對于整體螺母，磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不能過多，故取，，則； 對于梯形螺紋，h=0.5P=0.5*7=3.5mm; 則 所以此設(shè)計(jì)的螺紋滿足耐磨性要求。 同時，螺紋工作圈數(shù),顯然合格。 （4）驅(qū)動力矩T，傳動效率的計(jì)算 螺旋副的驅(qū)動力矩，即 ； 傳動效率； （5）螺桿的剛度校核 由表查得螺桿材料40Cr的彈性模量； 在長度為1m左右的螺紋上，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩T和軸向載荷的作用而產(chǎn)生的螺距變化量的和， 根據(jù)下表 精度等級 5 6 7 8 9 10 15 30 55 110 得知設(shè)計(jì)的螺桿滿足精度要求。 (6)螺桿強(qiáng)度的計(jì)算 根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險截面的計(jì)算應(yīng)力，其強(qiáng)度條件為 螺桿所受的軸向壓力； 螺紋桿的小徑； 螺桿螺紋段的危險截面面積A=； 螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)； 查表5-8知材料為40Cr的螺桿的屈服極限；再由表5-13得螺桿的許用應(yīng)力為； 將以上所得數(shù)據(jù)代入上式得 所以滿足強(qiáng)度要求。 (7)螺桿的穩(wěn)定性校核 螺桿的穩(wěn)定性條件為；對于傳導(dǎo)螺旋，螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)；在這里取。 臨界載荷，式中E為材料的彈性模量，E=2.06*Mpa;I為螺桿危險界面的慣性矩，；由于螺桿的安裝處于兩端固定狀態(tài)，根據(jù)表5-14知螺桿的長度系數(shù)；螺桿的長度; 則臨界載荷; ,所以設(shè)計(jì)的螺桿滿足穩(wěn)定性要求。 綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的螺桿螺紋的最終參數(shù)為公稱直徑，螺距，中徑,小徑，螺紋升角，當(dāng)量摩擦角。 4.2.3.螺母的參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)校核 （1）根據(jù)螺桿選擇螺母的螺紋參數(shù)為公稱直徑，中徑，小徑，螺距為。螺桿與螺母的螺紋精度配合為：。 （2）螺母的材料強(qiáng)度一般都低于螺桿的材料強(qiáng)度，所以要對螺母的螺紋牙進(jìn)行強(qiáng)度校核。如下圖所示，是將螺母的一圈螺紋沿其大徑展開，則可將這看成是寬度為的懸臂梁 螺母螺紋圈的受力 螺紋牙危險截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為； 彎曲強(qiáng)度條件為； 螺紋牙根部的厚度； 彎曲力臂； 由表5-13查得螺母材料的許用切應(yīng)力；許用彎曲應(yīng)力； 螺紋工作圈數(shù)； 則螺母沒全螺紋所受的平均壓力； 根據(jù)剪切強(qiáng)度條件； 根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件； 所以設(shè)計(jì)的螺母滿足剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。 4.3 驅(qū)動絲杠螺母傳動的齒輪的設(shè)計(jì)與校核 4.3.1驅(qū)動齒輪的電動機(jī)的選擇 （1）電動機(jī)的類型的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，碼垛機(jī)的工作需求以及電動機(jī)的最佳安裝位置，選用自帶減速器的S系列的減速電機(jī)。因?yàn)樾枰ㄌm裝置將減速電機(jī)固定，所以選用SF系列減速電機(jī)。 （2）電動機(jī)功率的確定 面粉袋碼垛機(jī)工作所需的功率，式中;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，，；所以。 由電動機(jī)到絲杠螺母副的傳動的總效率，為齒輪傳動的效率，為滾動軸承的傳動效率，為滑動絲杠的傳動效率，查表1-15（機(jī)械傳動和摩擦副的效率概略值）得，，則。那么減速電機(jī)的輸出功率。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的額定功率為. (3)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，螺母在絲杠上的移動速度，則轉(zhuǎn)速，由于單級齒輪的傳動比為，則電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為。 綜上所述所選的減速電機(jī)的型號為SF37-DR63L4。 4.3.2.選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 1）根據(jù)絲杠螺母副的運(yùn)動需要，選用直齒圓柱齒輪傳動； 2)絲杠轉(zhuǎn)動的速度并不高，故選用8級精度（GB10095—88）; 3)齒輪材料的選擇，由表10-1選擇大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為230HBS，小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度275HBS,,兩者材料硬度差為45HBS; 4)選小齒輪齒數(shù)=20，則大齒輪齒數(shù)=3*20=60； 5)齒輪的使用壽命為15年，設(shè)每年工作300天，每天工作8小時。 4.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式為 （1）先試計(jì)算小齒輪的直徑， 其計(jì)算公式為 1）試選載荷系數(shù)=1.4; 2）小齒輪的轉(zhuǎn)矩 ==N·mm=1.88*N·mm 3）由于小齒輪做懸臂布置，所以根據(jù)表10-7選齒寬系數(shù)為=0.6； 4）根據(jù)表10-6查得所選擇的齒輪材料的彈性影響系數(shù)=189.8； 5）根據(jù)表10-21d按齒輪的齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞極限分別為=540Mpa， =580Mpa;。 6）大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60=60*127*1*（2*8*300*15）=5.49* == 7）根據(jù)圖10-19取大小齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)分別為。 8）取齒輪安全系數(shù)S=1.1，則接觸疲勞許用應(yīng)力 9）將中較小的值代入計(jì)算公式得 10）小齒輪的圓周速度 11）小齒輪寬度 模數(shù) 齒高 則小齒輪齒寬與齒高比為 （2）.計(jì)算齒輪模數(shù) 1）根據(jù)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞極限為； 2）根據(jù)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù); 3）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則由式10-12得彎曲疲勞許用應(yīng)力 4)根據(jù)小齒輪的圓周速度v=0.3312m/s,齒輪精度為8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)對于直齒輪，;依據(jù)表10-2查得使用系數(shù);根據(jù)表10-4用插值法查得精度為8級的齒輪傳動，并且小齒輪懸臂布置時；由齒寬與齒高比，查圖10-13得; 可得載荷系數(shù) 5)由表10-5查得齒形系數(shù) ; 應(yīng)力校正系數(shù)。 6)小齒輪的 大齒輪的 所以大齒輪的數(shù)值大 7）代入設(shè)計(jì)計(jì)算公式得 將計(jì)算所得的模數(shù)就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.25mm,根據(jù)以上計(jì)算所得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) 4.3.4計(jì)算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) （1）分度圓直徑 （2）齒頂圓直徑和齒根圓直徑 （3）中心距 （4）齒輪寬度 取 4.4驅(qū)動手爪上下移動的齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.4.1.驅(qū)動蝸桿傳動的電動機(jī)的選擇 （1）電動機(jī)的類型的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，碼垛機(jī)的工作需求以及電動機(jī)的最佳安裝位置，選用自帶減速器的S系列的減速電機(jī)。因?yàn)樾枰ㄌm裝置將減速電機(jī)固定，所以選用SF系列減速電機(jī)。 （2）電動機(jī)功率的確定 面粉袋碼垛機(jī)手抓的上下移動所需的功率， ，式中;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，，；所以。 由減速電機(jī)到齒輪的傳動的總效率，為蝸輪蝸桿傳動的效率，為滾動軸承的傳動效率，查表1-15（機(jī)械傳動和摩擦副的效率概略值）得，，則。那么減速電機(jī)的輸出功率。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的額定功率為. (3)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，齒條的上下移動的速度，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為。 綜上所述所選的減速電機(jī)的型號為SF37-DR63M4。 4.4.2選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 1)根據(jù)面粉袋碼垛機(jī)的運(yùn)動需要，選用直齒圓柱齒輪傳動； 2）齒輪動速度并不高，故選用8級精度（GB10095—88）; 3）齒輪材料的選擇，由表10-1選擇齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度為240HBS； 4）齒輪的使用壽命為15年，設(shè)每年工作300天，每天工作8小時； 5）選取齒輪齒數(shù)為，模數(shù)為。 4.4.3.校核齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度 校核公式為公式為 1）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 == 2）由于齒輪做懸臂布置，所以根據(jù)表10-7選齒寬系數(shù)為=0.6； 3）齒輪的圓周速度 4）小齒輪寬度 齒高 則小齒輪齒寬與齒高比為 5）根據(jù)圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； 6）根據(jù)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù); 7）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則由式10-12得彎曲疲勞許用應(yīng)力 ； 8)根據(jù)小齒輪的圓周速度v=0.046m/s,齒輪精度為8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)對于直齒輪，;依據(jù)表10-2查得使用系數(shù);根據(jù)表10-4用插值法查得精度為8級的齒輪傳動，并且小齒輪懸臂布置時；由齒寬與齒高比，查圖10-13得; 可得載荷系數(shù) 9)根據(jù)表10-5通過直接查或用插值法球的得齒形系數(shù) ;應(yīng)力校正系數(shù)。 10)齒輪的 所以大齒輪的數(shù)值大 11）代入設(shè)計(jì)計(jì)算公式得 則所選齒輪的齒數(shù)模數(shù)滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 4.4.4.計(jì)算齒輪的幾何尺寸參數(shù) （1）分度圓直徑 （2）齒頂圓直徑和齒根圓直徑 （3）齒輪寬度 4.4.5齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒條的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理），硬度280HBS。 齒條的分度線和齒輪的分度圓永遠(yuǎn)是相切的，所以齒條的模數(shù)，壓力角。 則齒條的齒根高； 齒頂高。 4.5間歇機(jī)構(gòu)（不完全齒輪）的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.5.1.驅(qū)動齒輪傳動的電動機(jī)的選擇 （1）電動機(jī)的類型的選擇 按照設(shè)計(jì)要求，碼垛機(jī)的工作需求以及電動機(jī)的最佳安裝位置，選用自帶減速器的R系列的減速電機(jī)。因?yàn)樾枰ㄌm裝置將減速電機(jī)固定，所以選用RF系列減速電機(jī)。 （2）電動機(jī)功率的確定 面粉袋碼垛機(jī)手臂繞立柱轉(zhuǎn)動所需的功率，式中;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，，；所以。 由減速電機(jī)到齒輪的傳動的總效率，為齒輪傳動的效率，為滾動軸承的傳動效率，查表1-15（機(jī)械傳動和摩擦副的效率概略值）得，，則。那么減速電機(jī)的輸出功率。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的額定功率為. (3)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，不完全齒輪是由大齒輪帶動小齒輪的，小齒輪的轉(zhuǎn)動速度，取不完全齒輪的傳動比為，則大齒輪的轉(zhuǎn)速為，則電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定減速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為。 綜上所述所選的減速電機(jī)的型號為RF57R37-DR63S4。 4.5.2.不完全齒輪布滿齒后的齒輪傳動的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.5.2.1.選定齒輪材料，類型，齒數(shù)及精度等級 1）根據(jù)間歇機(jī)構(gòu)的運(yùn)動需要，選用直齒圓柱不完全齒輪傳動； 2）齒輪的旋轉(zhuǎn)速度并不高，故選用7級精度（GB10095—88）; 3）齒輪材料的選擇，由表10-1選擇大齒輪材料為35SiMn，調(diào)制處理,小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，使兩者材料硬度差為30HBS，以滿足設(shè)計(jì)要求。 4)先選假想布滿齒后齒輪齒數(shù)。 5）齒輪的使用壽命為15年，設(shè)每年工作300天，每天工作8小時。 4.5.2.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式為 （1）先試計(jì)算大齒輪的直徑， 其計(jì)算公式為 1）試選載荷系數(shù)=1.2; 2）大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 == 3）由于小齒輪做懸臂布置，所以根據(jù)表10-7選齒寬系數(shù)為=0.6； 4）根據(jù)表10-6查得所選材料的彈性影響系數(shù)=188.9； 5）根據(jù)表10-21d按齒輪的齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限分別為=510Mpa ，=560Mpa; 6）小齒輪和大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60=60*2*1*（2*8*300*15）=8.64* == 7）根據(jù)圖10-19取大齒輪和小齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)分別為。 8）取齒輪安全系數(shù)S=1.1，則接觸疲勞許用應(yīng)力 9）將中較小的值代入計(jì)算公式得 10）大齒輪的圓周速度 11）齒輪寬度 模數(shù) 齒高 則小齒輪齒寬與齒高比為 （2）.計(jì)算齒輪模數(shù) 1）根據(jù)圖10-20c查得大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，，； 2）根據(jù)圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù); 3）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則由式10-12得彎曲疲勞許用應(yīng)力 4)根據(jù)小齒輪的圓周速度v=0.01632m/s,齒輪精度為7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)對于直齒輪，;依據(jù)表10-2查得使用系數(shù);根據(jù)表10-4用插值法查得精度為7級的齒輪傳動，并且小齒輪懸臂布置時；由齒寬與齒高比，查圖10-13得; 可得載荷系數(shù) 5)根據(jù)表10-5通過直接查或用插值法球的得齒形系數(shù) ; 應(yīng)力校正系數(shù)。 6)大齒輪的 小齒輪的 所以大齒輪的數(shù)值大 7）代入設(shè)計(jì)計(jì)算公式得 將計(jì)算所得的模數(shù)就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm,根據(jù)以上計(jì)算所得大齒輪的的分度圓直徑，算出大齒輪齒數(shù) 則小齒輪齒數(shù) 4.5.2.3.計(jì)算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) （1）分度圓直徑 （2）齒頂圓直徑和齒根圓直徑 （3）中心距 （4）齒輪寬度 取 4.5.3不完全齒輪的周節(jié)數(shù)值與首，末齒齒頂高系數(shù)的確定 從動輪的齒頂壓力角 則 從動輪齒頂高系數(shù)時從動輪齒頂圓齒槽所對中心角 假定，得從動輪具有標(biāo)準(zhǔn)齒頂高，主動輪為修正齒 頂高時，兩齒頂圓交點(diǎn)所對從動輪中心角的一半為， 則可知從動輪轉(zhuǎn)過的角度范圍內(nèi)包含的周節(jié)數(shù) 由于K為整數(shù)，所以取， 查表4-2-74由插值法得時，不產(chǎn)生齒頂干涉的主 動輪末齒的齒頂高系數(shù) 在理論上，可使，但實(shí)際上考慮加工精度的影響， 為了保證進(jìn)入嚙合時不發(fā)生齒頂干涉，取因此取 4.5.4.連續(xù)傳動性能的校核 由于不完全齒輪的首齒齒頂高在設(shè)計(jì)中被修正，為避免產(chǎn)生二次沖擊，需對其首齒與第二個齒的重合度進(jìn)行校核。 主動輪齒頂壓力角 由于，所以能夠避免產(chǎn)生二次沖擊。 4.5.5.鎖止弧的設(shè)計(jì) 1）從動輪鎖止弧的設(shè)計(jì)（如下圖4-1所示） 鎖止凹弧要留有0.5模數(shù)的齒頂厚，才能保證開始嚙合點(diǎn)不會因磨損而有所變動，凹弧所對的中心角為 當(dāng)凹弧圓心在主動輪圓心時，凹弧半徑為 圖4-1 2)主動輪鎖止凸弧的設(shè)計(jì) 主動輪上鎖止凸弧的終點(diǎn)S落在兩齒輪的連心線上（如圖4-2所示），主動輪上鎖止凸弧的起點(diǎn)T也落在兩齒輪的連心線上（如圖4-1所示），鎖止凸弧的半徑，其圓心在。 圖4-2 ①確定鎖止凸弧終點(diǎn)S，即確定通過S點(diǎn)的向徑與剛開始的那個齒的中線之間的夾角，如圖4-3所示 由于 所以，，則開始嚙合點(diǎn)E與點(diǎn)重合，落在段上（如下圖3示）。 圖4-3 從動輪轉(zhuǎn)過的角度，而動輪轉(zhuǎn)過的角度，則 ②確定鎖止凸弧起點(diǎn)T：即確定通過T點(diǎn)的向徑與最后一個齒的中線之間的夾角，如圖1所示 兩輪在F點(diǎn)嚙合時，主動輪上向徑與之間的夾角 主動輪上齒頂圓的齒厚所對中心角的一半為 ， 主動輪最后一個齒的齒頂圓的壓力角 則 那么 4.5.6.主動輪在相鄰兩鎖止弧之間的齒數(shù) ①當(dāng)從動輪轉(zhuǎn)過時，則在一次間歇運(yùn)動中，從動輪轉(zhuǎn)過角度內(nèi)包含的周節(jié)數(shù)； ②當(dāng)從動輪轉(zhuǎn)過時，則。 4.5.7.不完全齒輪靜止時間和運(yùn)動時間的確定 不完全齒輪機(jī)構(gòu)從動輪的靜止時間和運(yùn)動時間是設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一。根據(jù)工作要求，取主動輪每轉(zhuǎn)一周，從動輪完成間歇運(yùn)動的次數(shù)N=4。 ①當(dāng)從動輪轉(zhuǎn)過時， ②當(dāng)從動輪轉(zhuǎn)過時， 4.5.8.繪制工作圖 圖4-4 4.6 軸的設(shè)計(jì)與校核 與絲杠平行安裝的導(dǎo)軌的受力分析你及其強(qiáng)度的校核 （1）受力分析的簡化圖如下圖所示 圖中;與水平方向的夾角；,。 列力平衡方程： ; ； ； 解以上方程組得;負(fù)號表示與假設(shè)的受力方向相反。 （2）做出彎矩圖（如下圖所示） 在導(dǎo)軌的長度為處，是導(dǎo)軌的危險截面。 則導(dǎo)軌的彎曲截面系數(shù)W應(yīng)滿足的條件為，式中，導(dǎo)軌的材料為Q235鋼，；則。 選取工字型鋼，彎曲截面系數(shù)截面積。然后再在同時考慮軸力和彎矩的影響下對其進(jìn)行強(qiáng)度校核，在危險截面發(fā)生的最大壓應(yīng)力為 則可知最大壓應(yīng)力小于許用應(yīng)力，所以無需再選擇截面型號。 5 設(shè)備的安裝與調(diào)試 5.1 設(shè)備的安裝 a,先將立柱放在輸送帶后端合適的位置，用地膠螺栓將之固定，防止碼垛機(jī)在工作中的移動。 b,組裝小臂： ①將齒輪齒條安裝在小臂的箱體的正確位置； ②安裝手爪軸，將齒條軸的下端與手爪軸用剖分式套筒連接，用螺釘將剖分套筒固定在一起； ③在小臂箱體的軸承座孔中先安裝定位軸承的套筒和套杯，然后將一個圓錐滾子軸承放入軸承座內(nèi)，再安裝不完全齒輪軸，與手爪軸用鍵連接，實(shí)現(xiàn)可以上下移動但不能相對轉(zhuǎn)動； ④安裝兩一個軸承和軸承端蓋，并用螺釘將軸承端蓋和套杯固定在軸承座上，兩個軸承按“面對面”安裝； ⑤將從動不完全齒輪安裝到不完全齒輪軸上，用鍵連接，其齒輪下端用雙圓螺母定位，峰值齒輪下滑； ⑥安裝不完全齒輪主動輪，其齒輪軸是固定在減速電機(jī)的輸出軸上的，齒輪下端也用雙圓螺母定位。 c,將絲杠和與絲杠平行的手臂導(dǎo)軌安裝在小臂的相應(yīng)位置，并將絲杠的末端安裝在用螺釘固定在導(dǎo)軌末端的軸承座孔中，并安裝上軸承端蓋，用螺釘將之固定。 d,將以上組裝好的部分的手臂導(dǎo)軌的軸承座安裝在固定在地面上的立柱上，中間加墊片，以減少磨損。 e，在上步的軸承座中一次放入定位軸承的套筒，套杯，圓錐滾子軸承，套筒，另一個軸承和軸承端蓋，兩個軸承按“面對面”安裝，然后用螺釘將軸承端蓋和套杯固定在軸承座上。 f,在手臂導(dǎo)軌的另一端安裝軸承座，并使絲杠通過其中一個，然后再依次安裝上軸承，套筒和軸承端蓋，并用螺釘固定。 g，在絲杠靠近立柱的這一端安裝驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動的齒輪傳動機(jī)構(gòu)的從動輪，并用雙圓螺母定位。 h,在支承絲杠轉(zhuǎn)動的軸承座的下端安裝驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動的減速電機(jī)，并在減速電機(jī)的輸出軸上安裝齒輪傳動機(jī)構(gòu)的主動輪。 i，在手臂導(dǎo)軌的軸承座的下端安裝驅(qū)動手臂繞立柱轉(zhuǎn)動的齒輪傳動從動輪的齒圈，并用緊定螺釘固定。 j，將與上一步的齒圈相嚙合傳動的齒輪機(jī)構(gòu)的主動輪安裝在減速電機(jī)的輸出軸的末端。 k,將控制系統(tǒng)安裝在立柱上，方便調(diào)節(jié)和控制。 5.2設(shè)備的調(diào)試 要確保運(yùn)轉(zhuǎn)前碼垛機(jī)滿足一下幾個條件： （1）所有的軸承，齒輪，齒輪齒條及絲杠螺母傳動，減速器都要有足夠的潤滑油； （2）檢查和清理放在碼垛機(jī)上的安裝工具或其他的一些多余的零件等； （3）全面仔細(xì)檢查面粉袋碼垛機(jī)的個部分是否完整無損； （4）檢查所有的連接件，普通螺釘，緊定螺釘?shù)仁欠褚呀?jīng)預(yù)緊。 當(dāng)確定以上條件都已完成時，可先點(diǎn)動進(jìn)行簡單操作，確定沒有問題方可接通電源，通過控制系統(tǒng)來操作碼垛機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 6 設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng) 為了延長面粉袋碼垛機(jī)的使用壽命，減少不必要的磨損和零件損壞，必須做好對機(jī)器的定期維修和保養(yǎng)工作，只有這樣才能使面粉的生產(chǎn)得以更好，更快的進(jìn)行。 （1）每次啟動碼垛機(jī)后，不能立即進(jìn)入工作狀態(tài)，要先空載運(yùn)行一段時間，袋及其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)之后才能進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。 （2）在沒有特殊情況的條件下，不能使機(jī)器帶負(fù)載停止運(yùn)行，以減少機(jī)器的損壞。 （3）碼垛機(jī)的操作人員，應(yīng)經(jīng)常檢查機(jī)器的各個部位，一旦發(fā)現(xiàn)有零件出現(xiàn)損傷或嚴(yán)重變形，要及時更換或做維修處理，以免造成不必要的事故。 （4）由于面粉袋碼垛機(jī)的運(yùn)行速度不高，所以齒輪的潤滑用油脂潤滑就能滿足要求，這就需要當(dāng)期的在齒輪上涂抹一定量的油脂，以保證齒輪傳動得到很好的潤滑。 （5）對于軸承的潤滑，用油杯來完成，所以要求操作人員要定期向油杯中添加潤滑油，以保證軸承潤滑良好。 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 整個畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是讓我歡喜讓我憂呀從剛開始的一頭霧水，沒有絲毫頭緒，到后來的確定設(shè)計(jì)方案，最后的瘋狂忙碌的作業(yè)，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，基本上是經(jīng)歷了栓甜苦辣呀。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中復(fù)習(xí)了以前學(xué)過的知識，也掌握了許多新的知識。剛開始畢業(yè)設(shè)計(jì)時，一方面，由于所學(xué)的知識掌握得不大牢固，條理不太清晰，另一方面，所學(xué)過的專業(yè)知識都是零碎的，不能將它們合理有效系統(tǒng)的聯(lián)系在一起，當(dāng)看到設(shè)計(jì)題目時一下就懵了。經(jīng)過一段時間的看書，翻閱各種資料以及上網(wǎng)查資料，在老師的幫助下對題目進(jìn)行的分析和思考，終于有了一定的思路。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我學(xué)會如何通過所學(xué)知識去解決問題，還學(xué)會了凡事要自己動手，要善于觀察，生活的世界就是我們設(shè)計(jì)的源泉，同時也培養(yǎng)自己獨(dú)立解決問題的能力和創(chuàng)造性,為今后的學(xué)習(xí)工作打下了基礎(chǔ) 另外，我也從畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中掌握一些不同種類碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)原理，工作原理等，也進(jìn)一步了解不同的傳動機(jī)構(gòu)適用于不同的場合，培養(yǎng)了正確的設(shè)計(jì)思想，分析問題和解決問題的能力。同時畢業(yè)設(shè)計(jì)是在沒有任何參考圖紙參考方案的前提下獨(dú)立完成的，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，也培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論課程，技術(shù)基礎(chǔ)課程，專業(yè)課的知識和實(shí)踐技能一起來分析和解決實(shí)際工作中的一般工程問題的能力，使我建立了正確的設(shè)計(jì)思想學(xué)會了如何把三年多所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去。并進(jìn)一步鞏固、擴(kuò)大和深化了我所學(xué)的基本理論，基本知識和基礎(chǔ)技能，提高了我的邏輯思維能力。 通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也看到了自己的不足，例如，學(xué)過的基礎(chǔ)和專業(yè)知識不能很好地綜合運(yùn)用，在畫圖中一些基本的結(jié)構(gòu)不能完整準(zhǔn)確的表達(dá)，對專業(yè)知識掌握的不是很牢固，以至于在設(shè)計(jì)過程中走了很多彎路，浪費(fèi)了很多時間。既然發(fā)現(xiàn)了不足就要想辦法彌補(bǔ)，才能為自己以后的學(xué)習(xí)和工作打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，畢業(yè)設(shè)計(jì)剛好及提供了這樣一次機(jī)會。總體來說，這次設(shè)計(jì)，我感覺收獲挺大的，雖然設(shè)計(jì)中也存在一些問題，但我會繼續(xù)努力的。 致謝 經(jīng)過將近三個月的查資料、整理材料、畫圖、寫說明書，今天終于順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，想了很久，寫下這一段謝辭。 畢業(yè)設(shè)計(jì)得以完成，首先要感謝王志山老師，因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)是在王老師的悉心指導(dǎo)下完成的。王老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)等都對我影響深遠(yuǎn)。他耐心的教導(dǎo)我選用最佳的傳動機(jī)構(gòu)，最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸等等幫助我完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 同時，畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，也離不開其它各位同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個的畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作中，一些同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利的建議和意見，在他們的幫助下，才得以不斷的完善，最終幫助我完整的做完了整個畢業(yè)設(shè)計(jì)。 另外，還要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識的老師，是你們的諄諄教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以完成的基礎(chǔ)。 通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實(shí)踐相結(jié)合的問題。 參考文獻(xiàn) 1 王 昆主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì). 北京.高等教育出版社，1996 2 胡家秀主編.簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.1999.10 3 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