搬運(yùn)碼垛機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)

某某科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄1緒論11.1研究背景及意義11.2國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人的研究現(xiàn)狀21.3碼垛機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)42設(shè)計(jì)方案52.1設(shè)計(jì)要求52.2 機(jī)構(gòu)組成52.3碼垛機(jī)器人路徑規(guī)劃73起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算93.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇93.1.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)容量選擇93.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩選擇選擇與計(jì)算103.2.1鋼絲繩繩經(jīng)的選擇103.3卷筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算113.4 起升機(jī)構(gòu)減速器選擇123.5起升機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇144旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算164.1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇164.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器選擇184.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇194.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)214.5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核244.6旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算274.6.1最小軸徑確定274.6.2二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核284.6.3二軸上深溝球軸承校核335堆垛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算345.1堆垛機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇345.2堆垛機(jī)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)365.3槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)365.4堆垛機(jī)構(gòu)減速器的選擇375.5堆垛機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇385.6堆垛機(jī)構(gòu)軸最小直徑計(jì)算39結(jié)論41致謝42參考文獻(xiàn)43第 43 頁(yè)某某科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1緒論1.1研究背景及意義隨著現(xiàn)代社會(huì)科技水平日新月異的變化，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生活中的方方面面，演著不可替代的角色。機(jī)器人是多個(gè)學(xué)科技術(shù)綜合而成的產(chǎn)物，其應(yīng)用程度已經(jīng)逐漸寬廣起來(lái)研究機(jī)器人已經(jīng)成為了當(dāng)今時(shí)代的趨勢(shì)。機(jī)器人的應(yīng)用狀況已經(jīng)可以作為權(quán)衡一個(gè)國(guó)家現(xiàn)化程度高低的重要因素。 從機(jī)器人工作的環(huán)境來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行分類，大體上能劃分成兩種，就是工業(yè)機(jī)器人與特種機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是一種具有良好性能的自動(dòng)化機(jī)械裝置，是典型的含有很高科技含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它在提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高生產(chǎn)率方面起著重要作用。同時(shí)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展情況也是日新月異的，所以研發(fā)工業(yè)機(jī)器人是一件刻不容緩的事情。碼垛是隨著物流產(chǎn)業(yè)的不斷壯大而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其思想是把物品按照一定規(guī)律碼放在托盤上，從而能夠使物品的存放、搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移等活動(dòng)變成單元化操作，從而大大提高物流運(yùn)輸?shù)男省?在物料質(zhì)量不大、尺寸不大、碼垛速度要求不高的情況下，碼垛工作都是通過(guò)人工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。后來(lái)為了減輕工人在碼垛時(shí)的工作強(qiáng)度，產(chǎn)生了托盤操作機(jī)、工業(yè)機(jī)械手等一些比較簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)施。但是隨著人們對(duì)碼垛速度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的人工碼垛方式越來(lái)越難以達(dá)到人們的要求，這種情況下碼垛機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。 作為工業(yè)機(jī)器人典型的一種，碼垛機(jī)器人技術(shù)近幾年有著非?？焖俚陌l(fā)展，這樣的發(fā)展速度和當(dāng)今世界制造業(yè)的小批量、多種類的發(fā)展模式是十分吻合的。碼垛機(jī)器人有著工作能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、體積比較小、抓取種類多、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，從而在市場(chǎng)上備受青睞，正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，才使得碼垛機(jī)器人被普遍應(yīng)用于制造業(yè)、碼垛、裝配、焊接等諸多操作中。近年來(lái)，袋裝物品的需求和產(chǎn)量都十分巨大，進(jìn)而對(duì)袋裝物品進(jìn)行運(yùn)輸?shù)男枨笠苍诩眲≡鲩L(zhǎng)。在我國(guó)有大量的袋裝物品需要進(jìn)行碼垛、卸垛和運(yùn)輸。目前，對(duì)袋裝物品的火車運(yùn)輸來(lái)講，火車站臺(tái)卸車、站臺(tái)碼垛、運(yùn)輸裝車、運(yùn)輸卸車、庫(kù)房碼垛等工作一般均為人力操作，這樣做極大地消耗了人力物力。尤其是在環(huán)境比較惡劣的情況下，工作成本會(huì)很大且效率比較低。而結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)和碼垛技術(shù)的碼垛機(jī)器人既可以大幅度地提高工作效率，又可以大大增強(qiáng)工作過(guò)程中的安全性，從而節(jié)約了大量的人力資源，有很大的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。自從上世紀(jì)70年代碼垛領(lǐng)域有了機(jī)器人技術(shù)的加盟之后，機(jī)器人碼垛技術(shù)取得了很大的突破，抓取貨物類型、抓取速度和運(yùn)行過(guò)程中的精確性、穩(wěn)定性都在不停地升級(jí)。碼垛機(jī)器人的這些優(yōu)點(diǎn)會(huì)使碼垛機(jī)器人的廣泛使用變?yōu)橐环N不可阻擋的趨勢(shì)，會(huì)擁有極其廣闊的應(yīng)用前景。 人類科技文明的不斷進(jìn)步大大促進(jìn)了人們對(duì)更有效工作方式的渴望，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，以及更加高效、高質(zhì)量地完成碼垛工作已經(jīng)逐漸被人們重視起來(lái)。各行各業(yè)對(duì)其勞動(dòng)效率和工作要求都在不斷的提高，因此在碼垛工作上也在尋找著更加方便、有效的工具來(lái)更好地完成各項(xiàng)任務(wù)，但是傳統(tǒng)的碼垛方式因?yàn)槠浞N種弊端，已經(jīng)越來(lái)越難以滿足企業(yè)的需求了。近幾年來(lái)，碼垛機(jī)器人在各行各業(yè)的應(yīng)用在逐漸增多，特別是在物流運(yùn)輸過(guò)程中有著舉足輕重的作用，尤其是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，更加引導(dǎo)了碼垛機(jī)器人的發(fā)展。 目前我國(guó)的碼垛設(shè)備基本上是進(jìn)口的，國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)器人研發(fā)技術(shù)還不是十分成熟，我國(guó)的碼垛機(jī)器人研究水平和國(guó)外還有著很大差距。中國(guó)又是一個(gè)勞動(dòng)力密集型的發(fā)展中國(guó)家，耗費(fèi)人力資源進(jìn)行的工作特別多，隨著我國(guó)對(duì)碼垛機(jī)器人的不斷需求與我國(guó)碼垛機(jī)器人技術(shù)落后之間的矛盾日益突出，開(kāi)發(fā)和研究自己的碼垛機(jī)器人就顯得刻不容緩。1.2國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人的研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的機(jī)器人相關(guān)技術(shù)起步比較晚，20 世紀(jì) 70 年代，國(guó)內(nèi)才開(kāi)始引進(jìn)機(jī)器人技術(shù)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)受著很多因素的限制，發(fā)展相對(duì)緩慢，研究水平也較低。到了 80年代，我國(guó)的機(jī)器人水平有了較快發(fā)展，“七五”期間，國(guó)家也投入了很多的人力、物力來(lái)進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)的研究，并相繼開(kāi)發(fā)出了一些工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人，使中國(guó)的機(jī)器人從無(wú)到有，邁出了一大步。到了新世紀(jì)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，各項(xiàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，先后出現(xiàn)了電焊、裝配、搬運(yùn)、切割、碼垛等很多機(jī)器人品種，碼垛機(jī)器人的技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展。在國(guó)內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的機(jī)器人研究所和上海交通大學(xué)的機(jī)器人研究所是碼垛機(jī)器人的領(lǐng)頭研究單位。主要的機(jī)器人公司是哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司、沈陽(yáng)新松機(jī)器自動(dòng)化股份有限公司以及首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司。 我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了多種形式的碼垛機(jī)器人，其中直角坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型為主要的結(jié)構(gòu)形式。其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)身比較緊湊，動(dòng)作靈活并且工作空間大，是機(jī)器人中使用最多的一種，世界上許多知名品牌的機(jī)器人公司，如 ABB、KUKA、MTOMAN、PUMA 等都采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的機(jī)器人碼垛機(jī)已經(jīng)成功地應(yīng)用在了碼垛包裝的生產(chǎn)線上，并且取得了良好的效果該機(jī)器人采用了雙自由度的笛卡爾坐標(biāo)式機(jī)器人碼垛機(jī)，并結(jié)合了編組機(jī)，這樣就可以一個(gè)動(dòng)作抓取兩個(gè)或者三個(gè)物品，從而大大提高了工作能力，可以實(shí)現(xiàn)800袋/小時(shí)的工作能力。上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所與沃迪包裝科技有限公司合作，共同研制了新一代 TPR 系列碼垛機(jī)器人。此機(jī)器人采用的是線性四連桿機(jī)構(gòu)和基于PC的控制系統(tǒng)，還能對(duì)碼垛現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 3D仿真以及自動(dòng)干涉檢查，可以大大提高機(jī)器人的各項(xiàng)性能，其工作能力可以達(dá)到1600包/小時(shí)。 哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司在2006年開(kāi)發(fā)了基于FFS的高速高精度的稱重包裝碼垛生產(chǎn)線，這個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度可以高達(dá)1600袋/小時(shí)，而在稱重方面的精度可達(dá)0.1%。沈陽(yáng)新松機(jī)器自動(dòng)化股份有限公司主要研究工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，在自主機(jī)器人技術(shù)方面，解決了機(jī)器人的控制、本體優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)器人作業(yè)和工程應(yīng)用中的很多難題，成功地開(kāi)發(fā)了自主的碼垛機(jī)器人系統(tǒng)。蘇海新等人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種四自由度新型工業(yè)碼垛機(jī)器人，其機(jī)械本體結(jié)構(gòu)采用以平衡吊原理為基礎(chǔ)的連桿機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)采用的是基于 PC 和 PMAC 的分布式控制系統(tǒng)，這個(gè)控制系統(tǒng)開(kāi)放性和實(shí)時(shí)性都比較好，伺服控制的精度也十分高。楊灝泉等人設(shè)計(jì)研制了一種碼垛SCARA機(jī)器人，該機(jī)器人機(jī)械本體結(jié)構(gòu)使用水平關(guān)節(jié)型，控制系統(tǒng)的核心部分為基于PC的DSP多軸運(yùn)動(dòng)控制器。 盡管我國(guó)在碼垛機(jī)器人的研究上取得了一些成就，但是和國(guó)外的碼垛機(jī)器人技術(shù)相比較，我國(guó)還有明顯的差距。日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的碼垛機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)比較高的水平，碼垛機(jī)器人的工作能力在不斷的提高，碼垛機(jī)器人的柔性、處理速度以及負(fù)載能力方面也在不斷提升，應(yīng)用范圍也在不斷拓展，因此需要我國(guó)的科研工作者更加努力，從而使我國(guó)的碼垛機(jī)器人技術(shù)有個(gè)更好的未來(lái)1.3碼垛機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 為了能夠適應(yīng)不斷變化的商品對(duì)于碼垛的要求，讓碼垛機(jī)器人盡可能更好地為碼垛工業(yè)服務(wù)，因此碼垛機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要有： (1)自動(dòng)化程度越來(lái)越高 機(jī)電綜合技術(shù)將會(huì)成為碼垛機(jī)器人發(fā)展的主流，衡量碼垛機(jī)器人技術(shù)水平的一個(gè)十分重要的指標(biāo)將會(huì)是自動(dòng)化程度。碼垛機(jī)器人的自動(dòng)化主要包括自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)。一大批的微電子、紅外線、傳感器等新技術(shù)，尤其是微小型計(jì)算機(jī)的廣泛使用會(huì)使碼垛機(jī)器人的自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)水平飛速提升，從而大大提高碼垛質(zhì)量。 (2)高速化 不僅要促進(jìn)單機(jī)高速化，而且要提高碼垛系統(tǒng)的高速化。在不斷提升自動(dòng)化程度的前提下，不斷改進(jìn)碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。同時(shí)將整個(gè)碼垛系統(tǒng)的生產(chǎn)效率重視起來(lái)，這樣才能讓高速化向更深的層次發(fā)展。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu) 采用模塊化結(jié)構(gòu)不僅能夠讓碼垛機(jī)器人最大限度的滿足不同物品對(duì)機(jī)器人的要求，同時(shí)可以讓設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造更方便，能夠降低成本、縮短生產(chǎn)周期。 (4)多功能碼垛機(jī)器人 對(duì)于生產(chǎn)大批量、尺寸固定的商品，一般會(huì)有相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行碼垛。但是近些年由于多品種、小批量商品市場(chǎng)的不斷壯大以及中、小型用戶的急劇增加，多功能通用碼垛機(jī)器人的發(fā)展速度很快，應(yīng)用前景也十分開(kāi)闊。2設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)要求 在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要搬運(yùn)桶裝的重物，工作簡(jiǎn)單枯燥，為了滿足某工廠生產(chǎn)的直徑高=420500mm，重量100kg的桶裝化學(xué)品，本論文設(shè)計(jì)了工作壽命為15年，每年工作300天，兩班制，每班8小時(shí)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，來(lái)滿足生產(chǎn)要求。2.2 機(jī)構(gòu)組成本文設(shè)計(jì)了一種專門針對(duì)桶裝物品的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，該機(jī)人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便，定位精度高，工作節(jié)拍快，適合在勞動(dòng)密集型企業(yè)推廣使用。該搬運(yùn)碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要分為三大部分，分別為：起升機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，堆垛機(jī)構(gòu)，三個(gè)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立。各個(gè)機(jī)構(gòu)有自己獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。搬運(yùn)碼垛機(jī)器人起升機(jī)構(gòu)示意圖如圖（2.1）所示圖（2.1）起升機(jī)構(gòu)示意圖它的工作原理是：電機(jī)1連接接彈性聯(lián)軸器2連接制動(dòng)器3，通過(guò)減速器4，鏈接剛性聯(lián)軸器7，帶動(dòng)卷筒6，通過(guò)滑輪機(jī)構(gòu)提升重物5起升或下降。搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)懸臂轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪每轉(zhuǎn)一周，懸臂轉(zhuǎn)動(dòng)90，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人搬運(yùn)工能。堆垛過(guò)程示意圖如圖（2-2）所示，采用用單銷四槽槽輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的堆垛功能。圖（2-2）堆垛過(guò)程示意圖堆垛裝置工作原理：每框的第一桶放在如圖所示位置，然后通過(guò)曲柄滑塊裝置帶動(dòng)和滑塊連在一起的木桶動(dòng)作到中間位置。以后每次動(dòng)作將木桶放置到左上角，堆垛裝置旋轉(zhuǎn)90，直至其余四個(gè)位置都被裝滿為一個(gè)循環(huán)。2.3碼垛機(jī)器人路徑規(guī)劃圖（2-3）運(yùn)動(dòng)軌跡(1) 碼垛機(jī)器人工作時(shí)，首先從初始位置A旋轉(zhuǎn)45到達(dá)物品層B上方，角加速度=6.542rad/ 額定=1.308rad/s 所需時(shí)間=0.8s計(jì)算：令加/減速階段所用時(shí)間=0.2s，旋轉(zhuǎn)角度/24 rad，則勻速運(yùn)動(dòng)角度/6 rad,所用時(shí)間為 =6.542rad/ =0.4s=1.308 rad/s(2) 然后抓手下放抓取重物，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗時(shí)=0.5s。抓取重物后上升到初始位置高度500mm，額定上升速度v=1m/s，加速運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)的加速度=5m/，所需時(shí)間=0.7s。計(jì)算：令抓取重物后加速/減速上升距離100mm，耗時(shí)=0.2s,勻速上升距離300mm,耗時(shí)，則 則=5m/ v=1m/s0.3= 則=0.3s(3)抓手帶動(dòng)重物旋轉(zhuǎn)由B到C位置，轉(zhuǎn)過(guò)角度90。角加速度=7.753rad/ 額定=2.326rad/s 所需時(shí)間=0.975s。計(jì)算：令加/減速階段所用時(shí)間=0.3s，旋轉(zhuǎn)角度2/18 rad，則勻速運(yùn)動(dòng)角度5/18 rad,所用時(shí)間為 =7.753 rad/ =0.375 s=2.326 rad/s （4）然后抓手下放抓取重物至堆垛平臺(tái)上，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗時(shí)。堆垛結(jié)束后做復(fù)合運(yùn)動(dòng)返回初始位置 ，額定上升速度v=1m/s，角加速度=6.542rad/ 額定=1.308rad/s ，加速運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)的加速度=5m/，所需時(shí)間=0.8s。所以，搬運(yùn)碼垛機(jī)器人完成一次工作循環(huán)所消耗的時(shí)間為 s（5） 堆垛機(jī)構(gòu)在接受起吊裝置吊裝的第一個(gè)重物后，由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將重物運(yùn)送到平臺(tái)中央，然后每接受一次重物，平臺(tái)旋轉(zhuǎn)90，直到平臺(tái)四個(gè)角落的位置填滿（平臺(tái)上共搭載5個(gè)重物）為一次循環(huán)，平臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 S，旋轉(zhuǎn)角速度=0.184rad/s。3.起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇YZR系列起重及冶金用三相異步電機(jī)適用于各種形式的起重機(jī)械及冶金輔助設(shè)備的電力傳動(dòng)。電機(jī)頻繁啟動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。能在額定電壓下直接啟動(dòng)并具有啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)電流小，機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。所以本文設(shè)計(jì)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的起升機(jī)構(gòu)電機(jī)選用YZR型三相異步電機(jī)。3.1.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)容量選擇起升機(jī)構(gòu)電機(jī)功率可按提升額定起升質(zhì)量時(shí)的靜功率計(jì)算，即： （KW） (3-1)式中 起重機(jī)額定起升質(zhì)量100 kg V 額定起升速度1m/s g 重力加速度，g=9.81 (m/) 機(jī)構(gòu)的總效率起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)輸入軸與輸出軸垂直布置，選用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，減速器效率=0.9 ，選用深溝球軸承，效率=0.99 ，滾筒效率=0.96 ，彈性聯(lián)軸器效率=0.99 ，剛性聯(lián)軸器效率=0.99 ，滑輪效率=0.98 。則=.=0.805所以 KW實(shí)際接電持續(xù)率=0.8+0.7+0.975+0.5+0.5+0.8=4.275 s =0.5+0.7+0.8=2 s =100%=46.8%在3，1-82中選擇一個(gè)與實(shí)際接電持續(xù)率最接近的電機(jī)，使其額定功率滿足下式： KWYZR112M型三相異步電機(jī)，工作定額40%，功率1.5KW，轉(zhuǎn)速1000n/min 滿足要求。3.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩選擇選擇與計(jì)算3.2.1鋼絲繩繩經(jīng)的選擇 鋼絲繩繩徑應(yīng)不小于下式計(jì)算的最小直徑：=0.118=3.696 mm，查表取d=4mm 纖維芯鋼絲繩，抗拉強(qiáng)度1770M，鋼芯最小破斷拉力9.40M。鋼絲繩標(biāo)記：4NAT (12+6+1) + IWS 1770 ZZ 9.40 GB/T 8918式中 S 鋼絲繩最大靜拉力，S=mg=1009.81=981 N C 鋼絲繩的選擇系數(shù)由機(jī)構(gòu)利用等級(jí)T7（繁忙使用）機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)L2中載查表1,8-1-8得機(jī)構(gòu)工作級(jí)別M7，鋼絲繩的選擇系數(shù)C=0.118mm/鋼絲繩的實(shí)際破斷力的估算公式為： (3-2)式中 d 鋼絲繩的直徑 鋼絲繩鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限 鋼絲繩中金屬絲截面與整個(gè)截面的比值，與鋼繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般=0.450.55，取=0.5 K 鋼絲繩編結(jié)損失系數(shù)，一般=0.820.92，取=0.88則： =9781.728根據(jù)所選鋼絲繩的實(shí)際破斷力驗(yàn)算安全系數(shù)n： n=9781.728981=9.9713.3卷筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1) 卷筒直徑計(jì)算 DIN15020規(guī)定了鋼繩的卷筒和滑輪直徑不得小于下式計(jì)算的最小直徑：卷筒： =122.43.696 =82.790 mm滑輪： =1253.696 =92.4 mm取卷筒直徑=84 mm 滑輪直徑=94 mm式中 以鋼絲繩中心線計(jì)算的鋼絲繩卷繞直徑； 計(jì)算的鋼絲繩最小直徑； 與鋼絲繩卷繞形式，工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù)，不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的=1； 與一次提升的彎曲次數(shù)及方向有關(guān)的系數(shù)，由機(jī)構(gòu)工作級(jí)別查表1,8-1-54得：卷筒 =22.4滑輪=25；(2) 卷筒繩槽結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算： 繩槽半徑：R=（0.530.56）d=0.554=2.2 mm 繩槽深度：標(biāo)準(zhǔn)槽=0.3d=1.2 mm 繩槽節(jié)距：標(biāo)準(zhǔn)槽=d+(24)=4+3=7(3) 卷筒厚度計(jì)算： 鑄鐵卷筒厚度：mm ，取=12 mm(4) 卷筒長(zhǎng)度計(jì)算：?jiǎn)温?lián)卷筒：=93.5+28+21=130.5 mm式中： mm ，：最大起升高度2915mm ,m為滑輪組倍率取m=1，為鋼絲繩安全圈數(shù)，取=3。：無(wú)繩槽的卷筒端部尺寸，按需要定，取=8 mm：固定繩尾所需長(zhǎng)度3P=37=21 mm（5）卷筒強(qiáng)度校核：條件：，所以應(yīng)用卷筒壁內(nèi)表面最大壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，符號(hào)意：A 與卷筒層數(shù)有關(guān)的系數(shù)，查表1,8-1-55取A=1 鋼絲繩最大拉力，=mg+ma=100（9.81+5) =1481 N 卷筒壁厚12 mm 許用壓應(yīng)力，鑄鐵= M Pa 抗壓強(qiáng)度，=1.5=1.5195=292.5 M Pa，材料選用HT200灰鐵200。代入，所以卷筒強(qiáng)度計(jì)算合格。3.4 起升機(jī)構(gòu)減速器選擇起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和卷筒的轉(zhuǎn)速n，由式 確定，其中 （r/min）； 式中 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min； n 卷筒轉(zhuǎn)速； 起升速度，m/min ； a 滑輪組倍率； 卷筒計(jì)算直徑，m，=D+d (D為卷筒直徑，d為鋼絲繩直徑)。（1） 選用減速器的公稱輸入功率應(yīng)滿足： (3-3)式中 機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算功率，KW； 負(fù)載功率，KW；=0.981KW 工況系數(shù)；查表4,16-2-8得=1.5 安全系數(shù)；查表4,16-2-9得=1.4 減速器公稱輸入功率；查表4,16-2-4得：ZDY型減速器，公稱傳動(dòng)比i=4.5，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5KW。帶入公式得： =0.9811.51.4=2.060 9.5 （KW）（2） 校核熱平衡許用功率：應(yīng)滿足： 式中 計(jì)算熱功率，KW； 減速器熱功率，查表無(wú)冷卻裝置=18； 系數(shù)，查表4,16-2-10環(huán)境溫度系數(shù)，無(wú)冷卻條件，環(huán)境溫度為30時(shí)=1.15。載荷系數(shù)，查表4,16-2-11當(dāng)小時(shí)載荷率為40時(shí)，=0.74。公稱功率利用系數(shù)，查表4,16-2-13用插值法得=0.323； 帶入公式得： 所以，選擇ZDY型減速器，公稱傳動(dòng)比i=4.5，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5KW滿足設(shè)計(jì)要求。3.5起升機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 起升機(jī)構(gòu)中聯(lián)軸器應(yīng)滿足下式要求： (3-4)式中 T 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值，； 按載荷組合B計(jì)算的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)高速軸，=(0.70.8)，其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，查表得YZR112M三相交流異步電機(jī)=2.2，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，=9550=14.325，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，n為轉(zhuǎn)速，r/min；對(duì)低速軸=，其中，為起升載荷動(dòng)載系數(shù)，查表2,3-16得=1.05+0.4（）=1.05+0.4（1.0-0.2）=1.37；為鋼絲繩最大靜拉力作用于卷筒的轉(zhuǎn)矩，=mg =1009.810.084=82.404； 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，=1.3； 角度偏差系數(shù)，電機(jī)軸處選用UL型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用YL型剛性聯(lián)軸器=1；代入公式得：對(duì)于高速軸 。電機(jī)軸徑32mm，變速箱輸入軸徑24mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 對(duì)于低速軸 變速箱輸出軸徑32mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。型號(hào)選擇： 對(duì)于高速軸：從GB/T 58441986查表1,6-2-24選用UL5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在2435之間，符合要求。 對(duì)于低速軸：從GB/T 58431986查表1,6-2-28選用YL7對(duì)中榫型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速7600r/min，軸徑在2840之間，符合要求。4.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中電機(jī)帶動(dòng)CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，減速器輸出軸帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪副進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。4.1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 初選電機(jī)時(shí)考慮啟動(dòng)功率按下式計(jì)算： （kW） (4-1)式中： 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率； 加速機(jī)構(gòu)所需的功率；（1） 摩擦阻力功率計(jì)算 回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力矩= ()；式中 徑向軸承中的摩擦阻力矩，； 止推軸承中的摩擦阻力矩，； a. 徑向軸承中的摩擦阻力矩= （)式中 止推軸承所受的水平力，N； 徑向軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取=0.015； 徑向軸承的內(nèi)徑，m；計(jì)算： = N柱式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一個(gè)推力滾子軸承承受軸向力，由徑向軸承承受徑向力。=0.075 m ；所以 =0.212 Nb. 止推軸承中的摩擦阻力矩 （）式中 止推軸承所受的垂直力，N。 徑向軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)軸承取=0.015； 止推軸承的內(nèi)徑與外徑的平均值，m；計(jì)算： =（130+100）9.81=2256.3 N = mm =0.0925 m = = =0.212+1.565=1.777 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率=0.00413 （kW）（2） 加速機(jī)構(gòu)所需的功率 （kW） (4-2)式中：搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩； 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的角速度，=2.326 rad/s；計(jì)算： 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩： 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人回轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩組成，即=式中： 物品對(duì)起升機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，； 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人起升重物旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度；計(jì)算： =100=64 =7.753 = 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩 （） (4-3)式中 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各部件和構(gòu)件繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人起升機(jī)重物旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度；計(jì)算： 柱式回轉(zhuǎn)軸對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = 支撐架2對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 支撐架3對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = （）所以作用在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)柱式旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為：=496.192+45.673=571.865 所以 （kW） （kW） 查3，1-26選擇Y100L6型三相異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min。4.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器選擇本文使用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，傳遞交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和功率。計(jì)算： (4-4) (4-5) (4-6)減速器計(jì)算輸入機(jī)械功率，kW；減速器計(jì)算輸入熱功率，kW；減速器計(jì)算輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，；減速器計(jì)算輸出熱轉(zhuǎn)矩，；減速器實(shí)際輸入功率，=1.334kW；減速器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，=295.08 ；工作載荷系數(shù)，查表4,16-2-50=1.5；啟動(dòng)頻率系數(shù)，查表4,16-2-51=1.3；小時(shí)載荷系數(shù)，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)小時(shí)載荷率查表4,16-2-52得=0.56；環(huán)境溫度系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境溫度查表4,16-2-53得=1.14；其中：減速器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩等于摩擦阻力矩與回轉(zhuǎn)慣性阻力矩之和除以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)比。即 =1.3341.51.3=2.601 kW =1.3340.561.14=2.372 kW =295.081.51.3=575.409 =295.080.561.14=188.379 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查4,16-2-46，選擇CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，公稱傳動(dòng)比，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，中心距100 mm，額定輸入功率3.41kW，額定轉(zhuǎn)矩640。4.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 選擇Y100L6型三星異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min，最大轉(zhuǎn)矩2.2。 堆垛機(jī)構(gòu)中，聯(lián)軸器選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)： (4-7)式中 T 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值，； 按載荷組合B計(jì)算的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)高速軸，=(0.70.8)，其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，查表得Y100L6三相交流異步電機(jī)=2.2，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，=9550=21.01，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，n為轉(zhuǎn)速，r/min； 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，=1.3； 角度偏差系數(shù)，電機(jī)軸處選用UL型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用YL型剛性聯(lián)軸器=1；代入公式得：對(duì)于電機(jī)輸出軸 電機(jī)軸徑28mm，變速箱輸入軸徑28mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 對(duì)于低速軸 工作情況系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)表141得=2.3。變速箱輸出軸徑48mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。型號(hào)選擇： 對(duì)于高速軸：從GB/T 58441986查表選用UL5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在2435之間，符合要求。 對(duì)于低速軸：從GB/T 58431986查表選用YL11型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩1000，許用最大轉(zhuǎn)速5300r/min，軸徑在5570之間，符合要求。4.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)1. 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng),齒數(shù)比，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命15年，每年工作300天，八小時(shí)工作制，每天兩班，中等沖擊載荷。（1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，壓力角取。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為一般工作機(jī)，查表5，10-6，選擇7級(jí)精度。（2） 材料選擇。由表5，10-1，選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240。（3） 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。 2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）由式 (4-8) 1） 確定公式中各參數(shù)值試選。小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩=295083 ；由表5，10-7選取齒寬系數(shù)。由圖5，10-20查得區(qū)域系數(shù)。由表5，10-5查得材料的彈性影響系數(shù)。計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。 = 計(jì)算接觸疲勞 許用應(yīng)力由圖5，10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為 。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 由圖5，10-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)，。取失效概率為1%，安全系數(shù)，則 取和中的較小者作為齒輪傳動(dòng)的接觸疲勞許用應(yīng)力，所以。2） 試算小齒輪分度圓直徑 = =66.653 mm（2） 調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度。齒寬b。2） 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)由表5，10-2查得使用系數(shù)。根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。齒輪的圓周力。查表5，10-3得齒間載荷分配系數(shù)。由表5，10-7用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，得齒向載荷分布系數(shù)。由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)3) 按實(shí)際載荷系數(shù)算的分度圓直徑 mm級(jí)相應(yīng)的模數(shù)將按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的齒輪模數(shù)就近放大為標(biāo) 準(zhǔn)值，算出小齒輪齒數(shù)。取，則大齒輪齒數(shù),取，與互為質(zhì)數(shù)。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，且結(jié)構(gòu)緊湊。3. 幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑（2） 計(jì)算中心距 mm (3)計(jì)算齒輪寬度考慮到安裝誤差，為保證設(shè)計(jì)齒寬，將小齒輪略微加寬（510）mm，即取mm，取大齒輪齒寬。4.5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核1. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 (4-9)（1） 計(jì)算各參數(shù)值1） 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)根據(jù)，7級(jí)精度，由圖5，10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由式查表5，10-3得齒間載荷分配系數(shù)。寬高比由表5，10-4用插值法查得，結(jié)合查圖5，10-13，得。則載荷系數(shù)為2) 確定，由圖5，10-17查得齒形系數(shù)，。由圖5，10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)，3) 計(jì)算 = 4) 計(jì)算計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 由圖5，10-22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，。由圖5，10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為，。取彎曲疲勞安全系數(shù)，則 5）校核彎曲疲勞強(qiáng)度 所以齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。6） 齒輪主要參數(shù)齒數(shù)分度圓直徑mmmm齒頂圓直徑mmmm齒根圓直徑mmmm中心距 mm齒輪寬度mmmm4.6旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算4.6.1最小軸徑確定（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸1的最小軸徑： (4-10)式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； 軸1受的扭矩， ； 軸的抗扭截面系數(shù)，； 軸1的轉(zhuǎn)速， r/min； P軸傳遞的功率，P =1.334 kW； 計(jì)算截面處軸的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，軸的材料取45號(hào)鋼，查表5，15-3得=35；計(jì)算： mm(2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸2的最小軸徑：式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； 軸2受的扭矩， ； 軸的抗扭截面系數(shù)，； 軸2的轉(zhuǎn)速， r/min； P軸傳遞的功率，P =1.334 kW； 計(jì)算截面處軸2的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，軸的材料取45號(hào)鋼，查表得5，15-3=35；計(jì)算： mm4.6.2二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 （1）二軸上零件的裝配方案設(shè)計(jì) 二軸主要傳遞電機(jī)軸的扭矩給一軸，二軸上的零件主要有：深溝球軸承，小齒輪，聯(lián)軸器。三個(gè)定位軸肩分別定位深溝球軸承，小齒輪和聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定，靠鍵實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定。（見(jiàn)圖4.5.2）圖（4.5.2）（2） 二軸的強(qiáng)度校核1. 輪齒受力分析 計(jì)算輪齒受力時(shí)，可忽略嚙合輪齒間所受的摩擦力。各力按下式計(jì)算： (4-11) (4-12) (4-13)式中：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，=295083 ； 壓力角，=20；所以 2. 畫(huà)出軸的力學(xué)模型簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖(a）圖 (a)3. 分別作出二軸在水平方向上的受力簡(jiǎn)圖與水平方向上的彎矩圖見(jiàn)圖（b） 圖（b）計(jì)算： 4. 分別作出二軸在豎直方向上的受力簡(jiǎn)圖與水平方向上的彎矩圖見(jiàn)圖（c）圖（c）計(jì)算： 5. 作彎矩圖和扭矩圖見(jiàn)圖（d）計(jì)算： 圖（d）6. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為： (4-14)式中：軸的計(jì)算應(yīng)力，； 軸所受的彎矩，； 軸所受扭矩，； 軸的抗彎截面系數(shù)， ，其中d為軸徑，b為鍵槽寬度，t為軸上鍵槽深度； 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎應(yīng)力，；根據(jù)彎矩和扭矩圖確定危險(xiǎn)截面B的強(qiáng)度。軸做循環(huán)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù)=1，軸的計(jì)算應(yīng)力為 軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)，查表得 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎應(yīng)力=60 。由于，所以安全。4.6.3二軸上深溝球軸承校核軸承所受徑向力基本額定靜載荷，所以X=1，Y=0。軸向當(dāng)量動(dòng)載荷，為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)=1.5。驗(yàn)算軸承壽命：預(yù)期使用壽命為L(zhǎng)=2830015=72000 h，所以軸承驗(yàn)算合格。5.堆垛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算5.1堆垛機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 堆多機(jī)構(gòu)初選電機(jī)時(shí)考慮啟動(dòng)功率按下式計(jì)算： （kW） (5-1)式中： 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率； 加速機(jī)構(gòu)所需的功率；（1）摩擦阻力功率計(jì)算 回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力矩 ()；式中 止推軸承中的摩擦阻力矩，； a. 止推軸承中的摩擦阻力矩 （）式中 止推軸承所受的垂直力，N。 徑向軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)軸承取=0.015； 止推軸承的內(nèi)徑與外徑的平均值，m；計(jì)算： =（5100+80）9.81=5689.8 N = mm =0.0925 m = 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率=0.00726（kW）（2）加速機(jī)構(gòu)所需的功率 （kW） (5-2)式中：搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩； 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的角速度，=0.184rad/s；計(jì)算： 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩：搬運(yùn)碼垛機(jī)器人回轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩組成，即 (5-3) = (5-4)式中： 物品對(duì)堆垛平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，； 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛平臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度；計(jì)算： =8=800=32 =4.753 = 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛機(jī)構(gòu)的慣性阻力矩 （） (5-5)式中 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛機(jī)構(gòu)各部件回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度；計(jì)算： 柱式回轉(zhuǎn)軸對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = 堆垛平臺(tái)對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 其中為平臺(tái)質(zhì)量，和為平臺(tái)的長(zhǎng)與寬； = （）所以作用在堆垛機(jī)構(gòu)柱式旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為：=152.096+69.817=221.913 所以 （kW） （kW）查3，1-26選擇Y100L6型三星異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min。5.2堆垛機(jī)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)構(gòu)中，設(shè)計(jì)一種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)將每次工作循環(huán)中起升機(jī)構(gòu)運(yùn)送的第一件重物由平臺(tái)邊角運(yùn)送到平臺(tái)中心,見(jiàn)圖（5.2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，連桿BD長(zhǎng)度為曲柄AB長(zhǎng)度的二倍AB=200 mm，C處為運(yùn)送重物的托盤。當(dāng)曲柄運(yùn)動(dòng)到b處時(shí)托盤恰好運(yùn)送重物到回轉(zhuǎn)中心，即平臺(tái)中心。堆垛平臺(tái)上為了使重物從平臺(tái)邊緣運(yùn)送到平臺(tái)中心，需要在平臺(tái)上開(kāi)槽，槽的形狀應(yīng)和C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡相符。圖（5.2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)5.3槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本機(jī)構(gòu)選用外接徑向槽輪機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)參數(shù)：槽數(shù)Z=4槽間角槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角中心距mm曲柄相對(duì)長(zhǎng)度.曲柄長(zhǎng)度 mm槽輪相對(duì)半徑0.707槽輪半徑 mm鎖止弧張角圓銷半徑 mm相對(duì)槽深槽深 mm曲柄軸輪轂相對(duì)直徑，取曲柄軸輪轂直徑 mm鎖止凸弧半徑 mm，取 mm 5.4堆垛機(jī)構(gòu)減速器的選擇 堆垛機(jī)構(gòu)使用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，傳遞交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和功率。計(jì)算： =1.51.51.3=2.925kW =1.511.14=1.71kW =221.9131.51.3=432.730 =221.91311.14=252.981 減速器計(jì)算輸入機(jī)械功率，kW；減速器計(jì)算輸入熱功率，kW；減速器計(jì)算輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，；減速器計(jì)算輸出熱轉(zhuǎn)矩，；減速器實(shí)際輸入功率，=1.5 kW；減速器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，=221.913 ；工作載荷系數(shù)，查表=1.5；啟動(dòng)頻率系數(shù)，查表=1.3；小時(shí)載荷系數(shù)，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)小時(shí)載荷率查表得=1；環(huán)境溫度系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境溫度查表得=1.14；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，公稱傳動(dòng)比，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，中心距100 mm，額定輸入功率3.41kW，額定轉(zhuǎn)矩640。5.5堆垛機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 選擇Y100L6型三星異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min，最大轉(zhuǎn)矩2.2。堆垛機(jī)構(gòu)中，聯(lián)軸器選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)： (5-6)式中 T 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值，； 按載荷組合B計(jì)算的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)高速軸，=(0.70.8)，其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，查表得Y100L6三相交流異步電機(jī)=2.2，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，=9550=7.163，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，n為轉(zhuǎn)速，r/min； 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，=1.3； 角度偏差系數(shù)，電機(jī)軸處選用UL型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用YL型剛性聯(lián)軸器=1；代入公式得：對(duì)于電機(jī)輸出軸 電機(jī)軸徑24mm，變速箱輸入軸徑28mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 對(duì)于低速軸 工作情況系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)表141得=2.3。變速箱輸出軸徑48mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。型號(hào)選擇： 對(duì)于高速軸：從GB/T 58441986查表選用UL5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在2435之間，符合要求。 對(duì)于低速軸：從GB/T 58431986查表選用YL10對(duì)中榫型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩630，許用最大轉(zhuǎn)速7600r/min，軸徑在4560之間，符合要求。5.6堆垛機(jī)構(gòu)軸最小直徑計(jì)算（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸5的最小軸徑： (5-7)式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； 軸受的扭矩， ； 軸的抗扭截面系數(shù)，； 軸5的轉(zhuǎn)速， r/min； P軸傳遞的功率，P =0.048 kW； 計(jì)算截面處軸的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，軸的材料取45號(hào)鋼，查表得=35；計(jì)算： mm結(jié)論為了提高工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，在生產(chǎn)線上搬運(yùn)重物的效率，節(jié)省勞動(dòng)力，本文設(shè)計(jì)了一種搬運(yùn)桶裝物的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)其機(jī)械本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并畫(huà)