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編號(hào)：
桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目： 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)
院 （系）： 機(jī)電工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)： 1053100212
指導(dǎo)教師單位： 教學(xué)實(shí)踐部
姓 名：
職 稱： 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) ¨應(yīng)用研究
2014 年 5月 10 日
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、臺(tái)架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器將需要的動(dòng)力傳遞到傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸帶動(dòng)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，帶動(dòng)輪子，從而帶動(dòng)整機(jī)裝置運(yùn)動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及臺(tái)架設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行三維建模。
(7)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)， 聯(lián)軸器，避障減震
Abstract
This design is to design the automatic obstacle avoidance damping trolley. Here mainly includes: transmission system design, platform design, steering system design. The graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.
The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transmit power to the drive shaft, the drive shaft drives a universal coupling, drive the wheels, so as to drive the device, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.
The research of this thesis:
(1) the design of overall structure design of automatic obstacle avoidance damping trolley.
(2) analysis and design work performance of automatic obstacle avoidance of car shock absorber.
(3) the choice of motor.
(4) transmission system, design of the executive component and bench design of automatic obstacle avoidance damping trolley.
(5) the design of components for the design calculation and check.
(6) the use of computer aided design, 3D modeling on Design of parts.
(7) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.
Keywords: design, automatic obstacle avoidance damping trolley coupling damping, obstacle avoidance
V
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
1 緒論 1
1.1智能小車的意義和作用 1
1.2 研究目的及意義 1
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 2
2 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 4
2.1自動(dòng)避障減震小車的組成 4
2.2方案選擇及論證 4
2.2.1 電機(jī)模塊 4
2.2.2 車架選擇 5
3 自動(dòng)避障減震小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.1 步進(jìn)電機(jī)選擇 6
3.1.1 計(jì)算輸出軸的轉(zhuǎn)矩 6
3.1.2 確定各軸傳動(dòng)比 7
3.1.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 7
3.2齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 10
3.2.1 高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 10
3.2.2 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 14
3.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
3.3.1 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
3.3.2 中間軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
3.3.3 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
3.4 軸承的校核 26
3.4.1 輸入軸上軸承壽命計(jì)算 26
3.4.2 中間軸上軸承壽命計(jì)算 27
3.4.3 輸出軸上軸承壽命計(jì)算 28
3.5 鍵的選擇和校核 30
3.5.1 鍵的選擇 30
3.5.2 鍵的校核 30
3.6 機(jī)架的設(shè)計(jì) 30
3.6.1對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)的基本要求 30
3.6.2 機(jī)架的結(jié)構(gòu) 32
3.6.3 橫梁設(shè)計(jì) 33
3.6.4 機(jī)架的基本尺寸的確定 34
4 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)的三維虛擬展示 36
結(jié) 論 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 41
1 緒論
1.1智能小車的意義和作用
自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺(jué)傳感器種類越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺(jué)的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺(jué)的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺(jué)傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中考慮使用接近覺(jué)傳感器是一種實(shí)用有效的方法。
機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVG—auto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。
1.2 研究目的及意義
通過(guò)構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)障礙、尋線和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡以及避障。在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。
從對(duì)紅外線、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和光電開關(guān)在智能小車上的應(yīng)用，可以進(jìn)一步研發(fā)，將紅外線技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中的車輛上，比如紅外線倒車警報(bào)系統(tǒng)、紅外車輛防盜系統(tǒng)等等很多方面都可以利用。
該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測(cè)部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來(lái)充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來(lái)充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況
十九世紀(jì)末，隨著內(nèi)燃機(jī)的誕生，人們發(fā)明了最現(xiàn)代化的交通工具——汽車。經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，汽車技術(shù)、性能有了很大的提高，人們充分享受到了汽車帶來(lái)的巨大便利。但是，在享受汽車帶來(lái)便利的同時(shí)，人們也發(fā)現(xiàn)汽車也給社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了不少的損失，甚至危害到了人們的人身安全。由于公路客運(yùn)、貨運(yùn)輸量的迅速增長(zhǎng)，人們深受交通擁擠、堵塞嚴(yán)重事故頻繁和環(huán)境污染等公害的困撓。尤其是隨著高速公路發(fā)展，汽車速度的提高，各類惡性交通事故的發(fā)生呈不斷上升趨勢(shì)，給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。同時(shí)，經(jīng)常性的交通擁擠和環(huán)境污染等也給現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。這迫使人們采用高、新技術(shù)以提高車輛的安全性、可靠性，以解決道路交通的公害問(wèn)題。
我國(guó)開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于20世紀(jì)80年代，而且大多數(shù)研究尚處于針對(duì)某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國(guó)在智能車輛技術(shù)方面的研究總體落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，并且存在一定的技術(shù)差距，但是我國(guó)也取得了一系列的成功。中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司和國(guó)服科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于2003年研制成功了我國(guó)第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車的正常交通驚恐下得高速公路上，形式的最高溫度速度為12km/h，最高峰值速度可達(dá)170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
在國(guó)外，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言：“20世紀(jì)的核心武器是坦克，21世紀(jì)的核心武器是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)，其中2000年以后遙控地面無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì)，并走向戰(zhàn)場(chǎng)。”為此，從80年代開始美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)專門立項(xiàng)，制定了地面無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃，目標(biāo)是研制出滿足戰(zhàn)場(chǎng)需要的智能車輛，可以在崎嶇的地形上沿規(guī)劃的路線自主導(dǎo)航及躲避障礙，必要時(shí)重新規(guī)劃其路線。另外，日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃、歐洲尤里卡中的移動(dòng)機(jī)器人計(jì)劃等。雖然智能車輛的研究起源于軍事的要求，但是在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也有極大的價(jià)值，并且在研究上也取得了一定的成果。在太空探索方面，美國(guó)NASA研制的火星探測(cè)機(jī)器人索杰那于1997年成功登上火星，這是一個(gè)具有六個(gè)輪子的自主移動(dòng)機(jī)器人。在民用方面，智能車輛也有許多成功的例子。如日本的VERTIS智能汽車系統(tǒng)，該智能汽車主要有23個(gè)ITSZ子系統(tǒng)，主要用于實(shí)現(xiàn)車載通訊、信息加工處理、環(huán)境探測(cè)、輔助控制(自動(dòng)駕駛)等四項(xiàng)功能。另?yè)?jù)報(bào)道，雷諾正在研制的自動(dòng)汽車或智能車輛將讓汽車能夠感知周圍環(huán)境，如道路狀況、附近車輛的距離及行駛速度等，并能根據(jù)具體情況及時(shí)作出調(diào)整車速、校正方向等正確反應(yīng)。目前，雷諾公司正在進(jìn)行紅外攝像、雷達(dá)、隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。
42
2 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)
2.1自動(dòng)避障減震小車的組成
2.2方案選擇及論證
根據(jù)題目要求，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)循線、壁障功能，必須要?jiǎng)澐殖蔀榱鶄€(gè)模塊。對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)，分別有以下一些不同的設(shè)計(jì)方案。
2.2.1 電機(jī)模塊
方案一：
采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是具有快速啟停能力，如果負(fù)荷不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。
方案二：
采用普通直流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足各種不同的特殊運(yùn)行要求。
由于普通直流電機(jī)更易于購(gòu)買，并且電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。
2.2.2 車架選擇
方案一：
使用四輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)小車，這樣速度方面非常流暢，但靈活性不足，特別是遇到障礙物時(shí)，轉(zhuǎn)彎非常不流暢，程序方面還要相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于小車的躲避障礙物非常不利。
方案二：
使用兩輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)小車，雖然速度上無(wú)法與四輪的小車相提并論，不過(guò)靈活性上卻是大大的提升，對(duì)于躲避障礙物方面有重要的改變，非常適合題目要求。
綜合兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選擇方案二。
3 自動(dòng)避障減震小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 步進(jìn)電機(jī)選擇
3.1.1 計(jì)算輸出軸的轉(zhuǎn)矩
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
（3.5）
（3.6）
——慣性力矩
——摩擦力矩
——輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度
——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——機(jī)身自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——啟動(dòng)時(shí)間
=0.5s
=0.8m/s
=0.5m
1.6 rad/s
代入式（3.5）得：
=1.6kgm
m=20kg，
代入式（3.5）得：
=6.67kgm
m
計(jì)算相關(guān)機(jī)身設(shè)計(jì)數(shù)值得出：kg
代入式（3.6）得：
=5.75kgm
代入（3.2）得到=44.86Nm 帶入（3.1）得到
=49.85Nm
= =6.86Nm
選擇二級(jí)圓柱齒輪減速器i=9
（3.7）
=0.99 ——聯(lián)軸器傳動(dòng)效率
=0.96 ——齒輪傳動(dòng)效率
=0.98 ——軸承傳動(dòng)效率
代入式（3.7）得到：
0.807
3.1.2 確定各軸傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比=9 ，根據(jù)推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比合理范圍，?。?
高速級(jí)傳動(dòng)比=3 ，低速級(jí)傳動(dòng)比=3
3.1.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
由圖3.2，各軸由高速至低速依次設(shè)計(jì)為Ⅰ軸（輸入軸）、Ⅱ軸（中間軸）、Ⅲ軸（輸出軸）。
圖3.2 傳動(dòng)示意簡(jiǎn)圖
各軸轉(zhuǎn)速
（3.8）
（3.9）
=1.6rad/s
=15.3r/min
代入式（3.8）、式（3.9）得：
45.9r/min，137.7r/min
轉(zhuǎn)矩計(jì)算
（3.10）
49.85Nm
代入式（3.7）得：
17.7Nm
同理得到：
=17.7Nm
=6.27Nm
=6.66Nm
北京和利時(shí)電機(jī)電器有限公司的一些步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參如表3.1。
表3.1 步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品系列及技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
相數(shù)
步距角
(DEG.)
電壓
(V)
電流
(A)
靜轉(zhuǎn)矩
(N.m)
空載運(yùn)行頻率
(KHZ)
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
(Kg.cm2)
備注
86BYG250AN
2
0.9°/1.8°
110
3.6
2.4
≥15
0.56
86BYG250BN
2
0.9°/1.8°
110
4
5.0
≥15
1.2
86BYG250CN
2
0.9°/1.8°
110
5
7.0
≥15
4.28
北京和利時(shí)電機(jī)電器有限公司86BYG250CN型步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線如圖3.3。
圖3.3 運(yùn)行矩頻特性
由計(jì)算得到所需：
=6.86Nm，137.7r/min
該電機(jī)可以滿足要求。
北京和利時(shí)電機(jī)電器有限公司86BYG250CN型步進(jìn)電機(jī)的外型簡(jiǎn)圖如圖3.4。
圖3.4 步進(jìn)電機(jī)外形簡(jiǎn)圖
根據(jù)前面計(jì)算，選擇北京和利時(shí)電機(jī)電器廠的86BYG250CN型步進(jìn)電機(jī)。
由電機(jī)輸出軸尺寸選擇TL2型彈性套柱銷聯(lián)軸器，主從動(dòng)端均選用型軸孔[16]。
3.2齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.2.1 高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1） 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料與齒數(shù)
按已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
由資料[14]（下同）表10-1小齒輪材料選用45Cr(調(diào)質(zhì))，表面硬度為280HBS,大齒輪材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)），表面硬度為240HBS。
選擇7級(jí)精度，，
（2） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）試算小齒輪分度圓直徑，即：
（3.11）
——載荷系數(shù)
——輸入軸承受扭矩
——齒寬系數(shù)
——重合度系數(shù)
——彈性影響系數(shù)
——接觸疲勞許用應(yīng)力
確定上式中各參數(shù)：
試選載荷系數(shù)=1.3，
小齒輪傳遞的扭矩為 =6.27Nm
查表10-7，選齒寬系數(shù)=1；
查表10-6，得彈性影響系數(shù)=189.8，
查圖10-21d，查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為MPa；大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為MPa。
計(jì)算應(yīng)力循環(huán):
（3.12）
——輸入軸轉(zhuǎn)速
——工作時(shí)間
137.7r/min
=10000h
雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，取=2
代入式（3.12）得：
=1.65×108次
=4.96×108次
查圖10-19，得接觸疲勞壽命系數(shù)
1.15，1.26；
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1，則
=690MPa， =693MPa
計(jì)算
設(shè)計(jì)公式中代入中較小值，得21.74mm
計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度
0.17m/s
計(jì)算齒寬b
=21.74mm
計(jì)算齒寬與齒高之比：
b/h （3.13）
模數(shù)
0.91mm
齒高
=2.04mm
代入式（3.13）得：
=10.67
計(jì)算載荷系數(shù)
（3.14）
查圖10-8，由v=0.17m/s，7級(jí)精度，得：
=1.0
查表10-4，得：
1.2
查表10-2，得：
=1.25
查表10-3，得：
=1.30
查圖10-13，得：
=1.28
以上代入式（3.14）得：
1.95
按實(shí)際載荷系數(shù)修正
24.87mm （3.15）
計(jì)算模數(shù)m：
1.04mm
按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由公式（10-5 ）
（3.16）
——彎曲疲勞壽命系數(shù)
——彎曲疲勞需用應(yīng)力
——齒形系數(shù)
——應(yīng)力校正系數(shù)
由圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪彎曲強(qiáng)度極限=380MPa；
由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.93，=0.97
計(jì)算載荷系數(shù)
==1.92
計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得：
=332.1MPa
=263.3MPa
查取齒形系數(shù)，由表10-5得：
=2.65；=2.226
查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得：
=1.58；=1.764
=0.013
=0.015
大齒輪對(duì)應(yīng)數(shù)值大，將以上數(shù)值代入得：
0.86
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，所以取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的m=0.86，并取圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1，前面計(jì)算得=24.87mm,得小齒輪的齒數(shù)：
24.8725
=75
幾何尺寸計(jì)算：
分度圓直徑
（3.17)
將模數(shù)、齒數(shù)代入式（3.17）得：
25mm；75mm
中心距
（3.18）
將，代入式（3.18）得：
50mm
齒輪寬度
（3.19）
由式（3.19）得：
=25mm；=30mm
3.2.2 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1） 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料與齒數(shù)
（a） 按已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
（b）由表10-1小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。
（c）選擇7級(jí)精度，，
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
試選載荷系數(shù)：
=1.3
小齒輪傳遞的扭矩為：
=17.7Nm
查表10-7，選齒寬系數(shù)
=1
查表10-6，得彈性影響系數(shù)
=189.8；
查圖10-21d，查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為MPa；大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為MPa。
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
=5.5×108次
=1.84×107次
查圖10-19，得接觸疲勞壽命系數(shù)1.26，1.31；
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1，則：
=756MPa， =720.5MPa
計(jì)算
設(shè)計(jì)公式中代入中較小值，得：
29.85mm
計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度
0.072m/s
計(jì)算齒寬b
=29.85mm
計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)1.24mm
齒高=2.8mm
=10.67
計(jì)算載荷系數(shù)
查圖10-8，由v=0.07m/s，7級(jí)精度，得：
=1.0
查表10-4，得：
1.2
查表10-2，得：
=1.25
查表10-3，得：
=1.30
查圖10-13，得：
=1.28
所以載荷系數(shù)
1.95
按實(shí)際載荷系數(shù)修正
34.17mm
計(jì)算模數(shù)m
1.42mm
按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（10-5）得：
由圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪彎曲強(qiáng)度極限=380MPa；
由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
=0.93，=0.97
計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得：
=332.1MPa
=263.3MPa
計(jì)算載荷系數(shù)
==1.92
查取齒形系數(shù)。
由表10-5得：
=2.65；=2.226
查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得：
=1.58；=1.764
=0.013
=0.015
大齒輪對(duì)應(yīng)數(shù)值大
將以上數(shù)值代入得：
0.86
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，所以取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的m=1.21，并取圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5，前面計(jì)算得=29.85mm,得小齒輪的齒數(shù)
24.6725
=75
幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑
37.5mm；112.5mm
中心距
=75mm
齒輪寬度
=37.5mm；=42.5mm
3.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.3.1 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1） 求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速、扭矩
0.456kW
137.7r/min
6.27Nm
（2） 初估軸直徑
（3.20）
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表11-3，取，并將數(shù)據(jù)代入式（3.20）得：
=17mm
（3） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
輸入軸的最小直徑與先前計(jì)算齒輪直徑相差很少，所以做成齒輪軸。軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.5。
圖3.5 輸入軸結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖
（4） 求軸上支反力與彎矩
水平方向：
； （3.21）
垂直方向：
； （3.22）
對(duì)錐齒輪：
, （3.23）
對(duì)直齒輪：
， （3.24）
將輸入軸參數(shù)代入式（3.24）得：
538.2N,138.5N
501.6N,182.6N
代入得：
408.6N,867.2N
514.8N ,558.9N
作出輸入軸水平方向及垂直方向的彎矩圖3.6：
圖3.6 輸入軸的受力分析圖
從輸入軸的結(jié)構(gòu)圖和受力情況分析得到截面II是輸入軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算結(jié)果如
表3.4。
表3.4 截面Ⅱ處的彎矩
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
408.6N
867.2N
514.8N
558.9N
彎矩
44.8Nm
0.7Nm
總彎矩
44.8Nm
扭矩
6.27Nm
（5） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
（3.25）
式中：——軸的計(jì)算應(yīng)力
——軸受得彎矩
——軸所受的扭矩
——軸的抗彎截面系數(shù)
（3.26）
校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面Ⅱ處的強(qiáng)度，取1，將各數(shù)值代入式（3.25）、（3.26）得：
7.66MPa
軸的材料為45鋼，查表11-1，。因此，故安全。
3.3.2 中間軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1） 求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速、扭矩
0.429kW
45.9r/min
17.7Nm
（2） 初估軸直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表11-3，取，得：
25mm
（3） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中間軸的直徑與小齒輪分度圓直徑相差很少，所以做成錐齒輪軸。軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.7。
圖3.7 中間軸結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖
（4） 求軸上支反力與彎矩
水平方向：
； （3.27）
垂直方向：
； （3.28）
對(duì)直齒輪：
，
將輸入軸參數(shù)代入得：
472N,171.8N
944N,343.6N
代入得：
35.8N,436.2N
13N,158.7N
作出中間軸水平方向及垂直方向的彎矩圖：
圖3.8 中間軸的受力分析圖
從軸的結(jié)構(gòu)圖和受力情況分析得到截面II是軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算結(jié)果如表3.5。
表3.5 截面Ⅱ處的彎矩
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
35.8N
436.2N
13N
158.7N
彎矩
31.7Nm
11.51Nm
總彎矩
33.7Nm
扭矩
17.7Nm
（5） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面Ⅱ處的強(qiáng)度
2.01MPa
軸的材料為45鋼，查表11-1，60MPa。因此，故安全。
3.3.3 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1） 求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速、扭矩
0.404kW
15.3r/min
49.85Nm
（2） 初估軸直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表11-3，取，得：
33mm
（3） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.9，輸出軸的直徑與齒輪直徑相差很少，所以做成錐齒輪軸。
圖3.9 輸出軸結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖
（4） 求軸上支反力與彎矩
水平方向：
； （3.29）
垂直方向：
； （3.30）
對(duì)直齒輪：
，
將輸入軸參數(shù)代入得：
886.2N,322.6N
代入得：
1364.4N,478.1N
496.6N,174N
作出輸出軸水平方向及垂直方向的彎矩圖3.10：
圖3.10 輸出軸的受力分析圖
從軸的結(jié)構(gòu)圖和受力情況分析得到軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算結(jié)果如表3.7。
表3.7 截面處的彎矩
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
1364.4N
478.1N
496.68N
174N
彎矩
33.5Nm
12.2Nm
總彎矩
35.7Nm
扭矩
49.85Nm
（5） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面Ⅱ處的強(qiáng)度
35MPa
軸的材料為45鋼，查表11-1，60MPa。因此，故安全。
3.4 軸承的校核
3.4.1 輸入軸上軸承壽命計(jì)算
查閱資料[14]表13-3得到軸承的預(yù)期壽命為
由圖3.5可知軸上安裝軸承處直徑為17mm，考慮其承受齒輪軸和聯(lián)軸器的重量，所以選擇圓錐滾子軸承30203，e=0.35，=1.7， 1， Cr=20.8kN、Cor=21.8kN。求出各力即可算出強(qiáng)度。
軸上所受的支反力：
657.2N
1031.5N （3.31）
193.3N， 303.2N （3.32）
式中：
——徑向支反力
——軸向支反力
193.3N，303.2N
193.3N，303.2N
，查表13-5得：
0.4，
，查表13-5得：
1，0
查表13-6載荷系數(shù)=1.2，將以上代入式（3.33）、（3.34），軸承當(dāng)量動(dòng)載荷為
750.5N （3.33）
1237.8N （3.34）
由公式（13-15）
（3.35）
式中：
——軸承所在軸的轉(zhuǎn)速
——溫度系數(shù)
——額定動(dòng)載荷
——軸承所在軸的傳動(dòng)功率
計(jì)算軸承壽命。
137.7r/min
=25000N
10/3
查表13-7，溫度系數(shù)=1
代入式（3.35）得：h，滿足使用要求。
3.4.2 中間軸上軸承壽命計(jì)算
（1） 由圖3.7可知軸上安裝軸承處直徑為25mm，考慮其承受齒輪軸和聯(lián)軸器的重量，所以選擇圓錐滾子軸承3007105，e=0.37，=1.6， 0.9， Cr=32kN，Cor=37kN。求出各力即可算出強(qiáng)度。
軸上所受的支反力：
38.1N，464.2N
11.9N，145.1N，
考慮其軸上零件重量得到，50 N；
61.9N，145.1N；
61.9N，=145.1N
，查表13-5得0.4，1.6
，查表13-5得1，0
查表13-6載荷系數(shù)=1.2，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷為
137.1N
557N
計(jì)算軸承壽命。
45.9r/min
C=28000N
10/3
查表13-7，溫度系數(shù)=1
代入得h，滿足使用要求。
3.4.3 輸出軸上軸承壽命計(jì)算
軸承受力如圖3.11所示，軸安裝出直徑為35mm，由于軸向要承受大小臂的重力，所以選擇圓錐滾子軸承2007907E，Cr=54.2kN，Cor=63.5kN，e=0.37，1.6，0.9，求出各力大小，即可算出強(qiáng)度。
圖3.11 軸Ⅲ軸承受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖中R有兩部分組成，第一部分為軸上所受的支反力：
1452N， 508.8N
第二部分為大臂和小臂工作時(shí)產(chǎn)生的偏心力，如圖3.12所示。
圖3.12 工作質(zhì)量產(chǎn)生偏心力簡(jiǎn)圖
重力分別為：
300N,200N
經(jīng)計(jì)算得：
2400N
3852N，2908.8N
1203.8N，909N，
1753.9N，909N
1753.9N，=909N
，查表13-5得0.4，1.6
，查表13-5得1，0
查表13-6載荷系數(shù)=1.2，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷為
5108.2N
2949.6N
由公式13-10a，因?yàn)?，所以帶入進(jìn)行校核
計(jì)算軸承壽命。
15.3r/min
=73200N
10/3
查表13-7，溫度系數(shù)=1
代入得h，滿足使用要求。
3.5 鍵的選擇和校核
3.5.1 鍵的選擇
根據(jù)齒輪和軸的參數(shù)，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》選擇設(shè)計(jì)鍵。
電機(jī)輸出軸鍵：；
中間軸的鍵Ⅰ：；
輸出軸的鍵Ⅱ：。
3.5.2 鍵的校核
鍵的材料為45鋼，由資料表6-2查得許用擠壓應(yīng)力MPa
根據(jù)公式
（3.25）
得到：
鍵Ⅰ：工作長(zhǎng)度mm，接觸高度3.3mm，17.7Nm
25.5MPa，安全。
鍵Ⅱ：工作長(zhǎng)度mm，接觸高度3.8mm，49.85Nm
23.9MPa，安全。
3.6 機(jī)架的設(shè)計(jì)
3.6.1對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)的基本要求
機(jī)架是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支持件，一般用來(lái)放置重要部件。為了滿足機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化程度的要求，與普通機(jī)床相比，機(jī)床應(yīng)有高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。
一、對(duì)機(jī)床的機(jī)架主要在以下3 個(gè)方面提出了更高的要求：
1．很高的精度和精度保持性
在機(jī)架上有很多安裝零部件的加工面和運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要長(zhǎng)時(shí)間保持。另外，機(jī)床在切削加工時(shí)，所有的靜、動(dòng)載荷最后往往都傳到機(jī)架上，所以，機(jī)架受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動(dòng)剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術(shù)要求。
2．應(yīng)具有足夠的靜、動(dòng)剛度
靜剛度包括：機(jī)架的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度-質(zhì)量比。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能，為了保證機(jī)床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動(dòng)而產(chǎn)生噪音。
3．較好的熱穩(wěn)定性
對(duì)機(jī)床來(lái)說(shuō)，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個(gè)突出問(wèn)題，必須在設(shè)計(jì)上要做到使整機(jī)的熱變形小，或使熱變形對(duì)加工精度的影響小。熱變形將直接影響機(jī)架的原有的精度，從而是產(chǎn)品精度下降，如立軸矩臺(tái)平面磨床，立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結(jié)果磨出的零件工作表面與安裝基面不平行；有導(dǎo)軌的機(jī)架，由于導(dǎo)軌面與底面存在溫差，在垂直平面內(nèi)導(dǎo)軌將產(chǎn)生中凸或中凹熱變形。因此，機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使熱變形盡量小。
二、機(jī)架機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求 ：
1） 在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低；
2） 抗振性好。把受迫振動(dòng)振幅限制在允許范圍內(nèi)；
3） 躁聲小；
4） 溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響?。?
5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工；
6） 結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件；
7） 有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好；
8） 造型好。使之既適用經(jīng)濟(jì)，有美觀大方。
3.6.2 機(jī)架的結(jié)構(gòu)
1．機(jī)架結(jié)構(gòu)
根據(jù)機(jī)床的類型不同，機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式有各種各樣的形式。例如車床機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式有平機(jī)架、斜機(jī)架、平機(jī)架斜導(dǎo)軌和直立機(jī)架等四種類型。
另外，斜機(jī)架結(jié)構(gòu)還能設(shè)計(jì)成封閉式斷面，這樣大大提高了機(jī)架的剛度。鉆高精度立式萬(wàn)能磨床、加工中心等這一類機(jī)床的機(jī)架結(jié)構(gòu)與車床有所不同。例如加工中心的機(jī)架有固定立柱式和移動(dòng)立柱式兩種。前者一般使用于中小型立式和臥式加工中心，而后者又分為整體T形機(jī)架和前后機(jī)架分開組裝的T形機(jī)架。所謂T形機(jī)架是指機(jī)架是由橫置的前機(jī)架和與它垂直的后機(jī)架組成。整體式機(jī)架，剛性和精度保持性都比較好，但是卻給鑄造和加工帶來(lái)很大不便，尤其是大中型機(jī)床的整體機(jī)架，制造時(shí)需要大型設(shè)備。而分離式T形機(jī)架，鑄造工藝性和加工工藝性都大大改善。前后機(jī)架聯(lián)接處要刮研，聯(lián)接時(shí)用定位鍵和專用定位銷定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固緊。這樣聯(lián)接成的機(jī)架，再剛度和精度保持性方面，基本能滿足使用要求。這種分離式T形機(jī)架適用于大中型臥式加工中心。 由于機(jī)架導(dǎo)軌的跨距比較窄，致使工作臺(tái)在橫溜板上移動(dòng)到達(dá)行程的兩端時(shí)容易出現(xiàn)翹曲，將會(huì)影響加工精度，為了避免工作臺(tái)翹曲，有的立式加工中心增設(shè)了輔助導(dǎo)軌。
2．機(jī)架的截面形狀
機(jī)床的機(jī)架通常為箱體結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)機(jī)架的截面形狀及尺寸，采用合理布置的肋板結(jié)構(gòu)可以在較小質(zhì)量下獲得較高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率。機(jī)架肋板一般根據(jù)機(jī)架結(jié)構(gòu)和載荷分布情況，驚醒設(shè)計(jì)，滿足機(jī)架剛度和抗振性要求，V形肋板有利于加強(qiáng)導(dǎo)軌支承部分的剛度；斜方肋和對(duì)角肋結(jié)構(gòu)可明顯增強(qiáng)機(jī)架的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。
此外，還有縱向肋板和橫向肋板，分別對(duì)抗彎剛度和抗扭剛度有明顯效果；米字形肋板和井字形肋板的抗彎剛度也較高，尤其是米字形肋板更高。
3．機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免薄壁結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)化表面形狀。根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況及要求，機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)如下：
4.機(jī)架的設(shè)計(jì)步驟
⑴根據(jù)機(jī)架上的零件、部件情況和設(shè)計(jì)要求初步確定機(jī)架及機(jī)架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，以保證機(jī)架內(nèi)外的零件能正常運(yùn)動(dòng)
⑵根據(jù)產(chǎn)品批量和結(jié)構(gòu)形式初步確定制造方法，合理選擇材料，單件小批量的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)架可以采用焊接和鍛喊結(jié)合的機(jī)架
⑶分析承載情況，根據(jù)承載情況合理的選擇截面形式，確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)
⑷畫出結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)行必要的強(qiáng)度和剛度計(jì)算和尺寸修改
⑸對(duì)重要設(shè)備的機(jī)架，還應(yīng)該進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模擬實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。
3.6.3 橫梁設(shè)計(jì)
梁設(shè)計(jì)的要求與軸心受壓相仿，鋼梁設(shè)計(jì)應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定各個(gè)方面滿足要求。
(1)梁的強(qiáng)度計(jì)算主要包括抗彎、抗剪和折算應(yīng)力等強(qiáng)度應(yīng)足夠。
(2)剛度主要是控制最大撓度不超過(guò)按受力和使用要求規(guī)定的容許值。
(3)整體穩(wěn)定指梁不會(huì)在剛度較差的側(cè)向發(fā)生彎扭失穩(wěn)，主要通過(guò)對(duì)梁的受壓翼緣設(shè)足夠的側(cè)向支承，或適當(dāng)加大梁截面以降低彎曲壓應(yīng)力至臨界應(yīng)力以下。
(4)局部穩(wěn)定指梁的翼緣和腹板等板件不會(huì)發(fā)生局部凸曲失穩(wěn)，在梁中主要通過(guò)限制受壓翼緣和腹板的寬厚比不超過(guò)規(guī)定，對(duì)組合梁的腹板則常設(shè)置加勁肋以提高其局部穩(wěn)定性。
梁的截面選擇
一、型鋼梁截面的選擇
型鋼梁截面應(yīng)滿足梁的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定四個(gè)要求，其中強(qiáng)度包括抗彎、抗剪、局部壓應(yīng)力和折算應(yīng)力。由于型鋼截面的翼緣和腹板等板件常有足夠的厚度，一般不必驗(yàn)算局部穩(wěn)定，無(wú)很大孔洞削弱時(shí)一般也不必驗(yàn)算剪應(yīng)力。局部壓應(yīng)力和折算應(yīng)力只在有較大集中荷載或支座反力時(shí)計(jì)算。
型鋼梁設(shè)計(jì)通常是先按抗彎強(qiáng)度(當(dāng)梁的整體穩(wěn)定有保證或Mmax處截面有較多孔洞削弱時(shí))或整體穩(wěn)定(當(dāng)需計(jì)算整體穩(wěn)定時(shí))選擇型鋼截面，然后驗(yàn)算其它項(xiàng)目是否足夠，不夠時(shí)再作調(diào)整。為了節(jié)省鋼材，應(yīng)盡量采用牢固連接于受壓翼緣的密鋪面板或足夠的側(cè)向支承以達(dá)到不需計(jì)算整體穩(wěn)定的要求。
按抗彎強(qiáng)度或整體穩(wěn)定(φb值可先估計(jì)假定)選擇單向(強(qiáng)軸)彎曲梁的型鋼截面時(shí)，所需要的截面抵抗矩為：
2、腹板尺寸
梁高確定后腹板高也就確定了，腹板高為梁高減兩個(gè)翼緣的厚度，在取腹板高時(shí)要考慮鋼板的規(guī)格尺寸，一般使腹板高度為50mm的模數(shù)。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，腹板薄一些比較省鋼，但腹板厚度的確定要考慮腹板的抗剪強(qiáng)度，腹板的局部穩(wěn)定和構(gòu)造要求。
3.6.4 機(jī)架的基本尺寸的確定
機(jī)架是支撐及其自動(dòng)變速器所有附件的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)。要保證拆裝自動(dòng)變速器方便、安全；重量要輕，便于移動(dòng)；架子要有足夠的空間安裝。而且自動(dòng)變速器每個(gè)總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動(dòng)變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長(zhǎng)高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐自動(dòng)變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。
為了使機(jī)架能夠方便移動(dòng)，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個(gè)側(cè)面通過(guò)螺栓各連接兩個(gè)輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D(zhuǎn)盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。
考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進(jìn)行校核。支承軸160㎜，查機(jī)械工程材料 P105頁(yè)表5-2得，Q235鋼材的屈服強(qiáng)度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a
解：和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系。
以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖6.1所示的平面直角坐標(biāo)系。
因?yàn)椋篎RD =600N ，把RDE從D點(diǎn)移到E后的受力情況如圖6.1所示。
圖6.1
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m
計(jì)算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，
所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
4 自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)的三維虛擬展示
1. 底盤
底盤如圖4.1
圖4.1 底盤
2.臂碼
臂碼如下圖5.2
圖4.2 臂碼
3. 前轉(zhuǎn)向杯
前轉(zhuǎn)向杯如圖4.3
圖4.3 前轉(zhuǎn)向杯
4.電機(jī)
如圖4.4
圖4.4 電機(jī)
5.電機(jī)座
如圖4.5
圖4.5 電機(jī)座
6.整機(jī)裝配
如圖4.6
圖4.6 整機(jī)裝配
結(jié) 論
本課題結(jié)合目前國(guó)自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程。本文主要完成的工作如下：
1、自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案的確定。分析了自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，確定了自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)，并確定其基本尺寸。
2、確定了自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)。對(duì)該自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算。
3、零件的剛度和壽命計(jì)算與校核。對(duì)各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行剛度和壽命計(jì)算，確保滿足使用要求，使該自動(dòng)避障減震小車的設(shè)計(jì)有足夠的可靠性。
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅把大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，而且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力，在處理問(wèn)題時(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和方法，并加強(qiáng)了和同學(xué)之間進(jìn)行探討和解決問(wèn)題的能力。
通過(guò)對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸和深入學(xué)習(xí)，以及對(duì)相關(guān)信息的獲取，我深切地認(rèn)識(shí)到，就目前的發(fā)展而言，我國(guó)的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時(shí)間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對(duì)于我們這樣一個(gè)國(guó)情的大國(guó)。所以，我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識(shí)，不斷的追求創(chuàng)新。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我做的是整體設(shè)計(jì)部分，通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械類手冊(cè)和圖冊(cè)等工具進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還讓我體會(huì)到團(tuán)體的力量，提高自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，遇到問(wèn)題時(shí)和小組成員進(jìn)行討論和分析或是請(qǐng)教老師，直到得到滿意的結(jié)果。
展望:
希望能將這套設(shè)計(jì)應(yīng)用到具體實(shí)踐當(dāng)中,通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證理論的正確性。通過(guò)理論知識(shí)與具體實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，才能真正把一門知識(shí)應(yīng)用起來(lái)。
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