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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄
摘要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)于六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)。首先對(duì)六足機(jī)器人作了簡(jiǎn)單的概述；接著分析了各部分元件、零件的選型原則及計(jì)算方法；然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與計(jì)算選型方法按照給定參數(shù)要求進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；接著對(duì)所選擇的各主要零部件進(jìn)行了校核。本次設(shè)計(jì)由四個(gè)主要部件組成：支撐腿升降裝置、支撐腿擺動(dòng)裝置、支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、主體鋼結(jié)構(gòu)。最后簡(jiǎn)單的說明了說明書的安裝與維護(hù)。
目前，六足機(jī)器人正朝著適應(yīng)復(fù)雜地形、應(yīng)對(duì)惡劣天氣、采集多元信號(hào)的方向發(fā)展，近年來各種特殊功能機(jī)器人。在特種機(jī)器人設(shè)計(jì)方面,目前我國與國外先進(jìn)水平相比仍有較大差距,國內(nèi)在設(shè)計(jì)制造特種機(jī)器人過程中存在著很多不足。
本次六足機(jī)器人設(shè)計(jì)代表了設(shè)計(jì)的一般過程, 難免存在各種紕漏、失誤；權(quán)當(dāng)一次難得的實(shí)踐過程，希望對(duì)今后的選型設(shè)計(jì)工作有一定的參考和借鑒價(jià)值。
關(guān)鍵詞：六足機(jī)器人；選型設(shè)計(jì)；主要部件；養(yǎng)護(hù)維修。
Abstract
This graduation design is a design of six legged robot. The first of the six legged robot is summarized; then analyzed the selection principle and calculation method of each part of components, parts; then calculated based on these design criteria and abase type design; then check the major components of the selected. Finally, a simple description of theinstallationand maintenance manual.At present, six legged robot is moving to adapt to the development direction of complex terrain, bad weather, acquisition of multiple signals, in recent years a variety of special function of the robot. The design of the six legged robot represents the general process of design, will inevitably exist various flaws, mistakes; when the right to a rare practice process, want to have certain reference and reference value for the selection of the design work in the future.
Keyword: :Six legged robot; type selection design ; main parts; maintenance and repair.
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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄
目錄
摘要 1
Abstract 1
目錄 2
一、緒論 4
二、 六足機(jī)器人設(shè)計(jì)概述 6
2.1.六足機(jī)器人的工作原理 6
三、 六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件 8
3.2 計(jì)算步驟 8
3.2.1 外形尺寸的確定: 8
3.3.2 主要阻力計(jì)算 9
3.3.3 主要特種阻力計(jì)算 10
3.3.4 附加特種阻力計(jì)算 10
3.3.5 傾斜阻力計(jì)算 11
3.4傳動(dòng)功率計(jì)算 11
3.4.1 走行輪功率（）計(jì)算 11
3.5 傳動(dòng)鏈張力計(jì)算 12
3.6 傳動(dòng)鏈輪最大扭矩計(jì)算 12
3.7 走行輪及軸 13
3.7.1 走行輪的作用及類型 13
3.7.2軸的作用及類型 16
3.7.3軸與輪的配合結(jié)構(gòu) 21
3.8電機(jī)的選用 32
3.9減速器的選用 33
3.9.1 傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比： 33
3.10制動(dòng)裝置 35
3.10.1制動(dòng)裝置的作用 35
3.11 轉(zhuǎn)向裝置 35
四、 電氣及安全保護(hù)裝置 37
結(jié)論 38
致謝 39
參考文獻(xiàn) 39
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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論
一、緒論
六足機(jī)器人是連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，在探測(cè)、搶險(xiǎn)、偵查、負(fù)重等領(lǐng)域都有著閃光的表現(xiàn)。
在自然界和人類社會(huì)中存在一些人類無法到達(dá)的地方和可能危及人類生命的特殊場(chǎng)合。如行星表面、災(zāi)難發(fā)生礦井、防災(zāi)救援和反恐斗爭(zhēng)等，對(duì)這些危險(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行不斷地探索和研究，尋求一條解決問題的可行途徑成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類社會(huì)進(jìn)步的需要。地形不規(guī)則和崎嶇不平是這些環(huán)境的共同特點(diǎn)。從而使輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的應(yīng)用受到限制。以往的研究表明輪式移動(dòng)方式在相對(duì)平坦的地形上行駛時(shí)，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)運(yùn)動(dòng)速度迅速、平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)和控制也較簡(jiǎn)單，但在不平地面上行駛時(shí)，能耗將大大增加，而在松軟地面或嚴(yán)重崎嶇不平的地形上，車輪的作用也將嚴(yán)重喪失移動(dòng)效率大大降低。為了改善輪子對(duì)松軟地面和不平地面的適應(yīng)能力，履帶式移動(dòng)方式應(yīng)運(yùn)而生但履帶式機(jī)器人在不平地面上的機(jī)動(dòng)性仍然很差行駛時(shí)機(jī)身晃動(dòng)嚴(yán)重。與輪式、履帶式移動(dòng)機(jī)器人相比在崎嶇不平的路面步行機(jī)器人具有獨(dú)特優(yōu)越性能在這種背景下多足步行機(jī)器人的研究蓬勃發(fā)展起來。而仿生步行機(jī)器人的出現(xiàn)更加顯示出步行機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。
多足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是一系列離散的足印運(yùn)動(dòng)時(shí)只需要離散的點(diǎn)接觸地面對(duì)環(huán)境的破壞程度也較小可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)對(duì)崎嶇地形的適應(yīng)性強(qiáng)。正因?yàn)槿绱硕嘧悴叫袡C(jī)器人對(duì)環(huán)境的破壞程度也較小。輪式和履帶式機(jī)器人的則是一條條連續(xù)的轍跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物可以穩(wěn)定支撐機(jī)器人的連續(xù)路徑十分有限,這意味著輪式和履帶式機(jī)器人在這種地形中已經(jīng)不適用。多足步行機(jī)器人的腿部具有多個(gè)自由度使運(yùn)動(dòng)的靈活性大大增強(qiáng)。它可以通過調(diào)節(jié)腿的長度保持身體水平也可以通過調(diào)節(jié)腿的伸展程度調(diào)整重心的位置因此不易翻倒穩(wěn)定性更高。當(dāng)然多足步行機(jī)器人也存在一些不足之處。比如為使腿部協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到控制系統(tǒng)算法都比較復(fù)雜相比自然界的節(jié)肢動(dòng)物仿生多足步行機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性還有很大差距。
選擇六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題，能培養(yǎng)我們獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)基本理論和專業(yè)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，也使我們的設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力都得到了全面的訓(xùn)練。
原始參數(shù)：
1）工作環(huán)境：崎嶇地面、存在高低不平的砂石路面。
2）負(fù)載能力：50kg
3) 額定功率：500w
4)最大移動(dòng)速度：8m/min
5)外形尺寸：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）
設(shè)計(jì)解決的問題：
熟悉六足機(jī)器人各部分的功能與作用，對(duì)主要部件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)與計(jì)算，解決在實(shí)際使用中容易出現(xiàn)的問題，并大膽地進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 六足機(jī)器人部件概述
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2、 六足機(jī)器人設(shè)計(jì)概述
2.1.六足機(jī)器人的工作原理
六足機(jī)器人其主要部件是支撐腿升降裝置、支撐腿擺動(dòng)裝置、支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、主體鋼結(jié)構(gòu)等。其外形布置及工作原理如圖2-1-1所示。
圖2-1-1 帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)圖
1-支撐腿升降裝置 2-支撐腿擺動(dòng)裝置
3-主體鋼結(jié)構(gòu) 4-支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置
兩個(gè)伺服電動(dòng)缸作為支撐腿升降裝置的動(dòng)力源為支撐腿提供升降、步進(jìn)的動(dòng)力輸出。兩個(gè)伺服缸的后耳環(huán)分別與伺服電動(dòng)全角度轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接，在實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)為機(jī)器人提供轉(zhuǎn)向幫助。支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是由伺服減速機(jī)通過鏈輪及鏈條帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪等組成，此裝置可以實(shí)現(xiàn)在平整路面時(shí)無需支撐腿做步進(jìn)動(dòng)作的情況下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平面移動(dòng)，為整個(gè)裝置提高了更好的機(jī)動(dòng)性和合理性。主體鋼結(jié)構(gòu)為普通碳鋼板焊接、加工而成，成本低廉，強(qiáng)度可靠；若應(yīng)對(duì)酸、堿、高溫等情況時(shí)酌情采用特殊材質(zhì)金屬制作，本設(shè)計(jì)不予考慮。主體的鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度足以應(yīng)付200kg以下的負(fù)載，在運(yùn)料及承重方面性能卓越。轉(zhuǎn)動(dòng)輪的材質(zhì)可以選這鋼制滾花或硬質(zhì)橡膠，視情況而定，本次設(shè)計(jì)為鋼制滾花。提高傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性可以從以下方面考慮：
(1).嚴(yán)格執(zhí)行圖紙尺寸，配合表面確保潤滑條件；
(2).安裝之后反復(fù)調(diào)試，確保萬無一失，如果存在問題早發(fā)現(xiàn)早解決；
(3).養(yǎng)護(hù)工作及時(shí)、到位，增加使用壽命及年限
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河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 帶式輸送機(jī)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)計(jì)算
三、 六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件
六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)滿足下列原始數(shù)據(jù)及工作條件資料
負(fù)載：50kg
額定功率：500w
最大移動(dòng)速度：8m/min
外形尺寸：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）
3.2 計(jì)算步驟
3.2.1 外形尺寸的確定:
由于基礎(chǔ)條件為：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）；
確定主體鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸為1000mm等分十二邊形。
3.3 走行輪驅(qū)動(dòng)力
3.3.1 計(jì)算公式
走行輪上所需圓周驅(qū)動(dòng)力為機(jī)器人所有阻力之和，可用式（3.3-1）計(jì)算：
（3.3-1）
式中——主要阻力，N；
——附加阻力，N；
——特種主要阻力，N；
——特種附加阻力，N；
——傾斜阻力，N。
五種阻力中，、是所有機(jī)器人都有的，其他三類阻力，根據(jù)機(jī)器人工作類型及工況而定，由設(shè)計(jì)者選擇。
對(duì)于普通工況而言，附加阻力明顯的小于主要阻力，可用簡(jiǎn)便的方式進(jìn)行計(jì)算，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。，則公式變?yōu)橄旅娴男问剑?
（3.3-2）
3.3.2 主要阻力計(jì)算
機(jī)器人的主要阻力是運(yùn)行時(shí)與地面的摩擦和承載分支及回程所產(chǎn)生阻力的總和?？捎檬剑?.4-4）計(jì)算：
（3.4-4）
式中——模擬摩擦系數(shù)，根據(jù)工作條件及制造安裝水平?jīng)Q定，一般可按表查取。
——重力加速度；
——走行輪每米長度旋轉(zhuǎn)部分重量，kg/m，用式（3.4-5）計(jì)算
（3.4-5）
其中——承載分支每組走行輪旋轉(zhuǎn)部分重量，kg；
——走行輪寬度，m；
計(jì)算：==20.25 kg/m
——回程分支托輥間距，m；
kg
計(jì)算：==5.267 kg/m
——每米長度負(fù)載質(zhì)量
=kg/m
——每米長度機(jī)身質(zhì)量，kg/m，=9.2kg/m
=0.045×300×9.8×[20.25+5.267+（2×9.2+60.734）×cos35°]=1379N
運(yùn)行阻力系數(shù)f值應(yīng)根據(jù)表3-5選取。取=0.045。
表3-5 阻力系數(shù)f
機(jī)器人工況
工作條件和設(shè)備質(zhì)量良好，轉(zhuǎn)速低，摩擦較小
0.02～0.023
工作條件和設(shè)備質(zhì)量一般，轉(zhuǎn)速較高，摩擦較大
0.025～0.030
工作條件惡劣、設(shè)備質(zhì)量較差，摩擦較高，傾斜角大于35°
0.035～0.045
3.3.3 主要特種阻力計(jì)算
主要特種阻力包括走行輪前傾的摩擦阻力和砂石、草木間的摩擦阻力兩部分，按式（3.3-7）計(jì)算：
+ （3.3-7）
按式（3.3-8）計(jì)算：
=500N （3.3-8）
3.3.4 附加特種阻力計(jì)算
附加特種阻力包括傳動(dòng)滾子鏈摩擦阻力和減速機(jī)內(nèi)部摩擦阻力等部分，按下式計(jì)算：
（3.3-9）
（3.3-10）
（3.3-11）
式中——走行輪總數(shù)；
A——走行輪接觸面積，
——走行輪與接觸面的壓力，N/，一般取為3 N/
——摩擦系數(shù)，一般取為0.5~0.7；
查表得：A=0.008m，取=10N/m，取=0.6，將數(shù)據(jù)帶入式 （3.3-12）
則=0.008×10×0.6=480 N
由式（3.3-10） 則 =3.5×480=1680 N
3.3.5 傾斜阻力計(jì)算
傾斜阻力按下式計(jì)算：
（3.3-13）
式中：因?yàn)楸緳C(jī)器人為水平運(yùn)輸，所有H=0
=0
由式（2.4-2）
=1.12×1379+0+680=4425N
3.4傳動(dòng)功率計(jì)算
3.4.1 走行輪功率（）計(jì)算
走行輪功率（）按式（3.4-1）計(jì)算：
（3.4-1）
3.4.2 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
電動(dòng)機(jī)功率，按式（3.4-2）計(jì)算：
（3.4-2）
式中——傳動(dòng)效率，一般在0.85~0.95之間選??；
——鏈傳動(dòng)效率；
=0.96；
——減速器傳動(dòng)效率，按每級(jí)齒輪傳動(dòng)效率.為0.98計(jì)算；
二級(jí)減速機(jī)：=0.98×0.98=0.96
——電壓降系數(shù)，一般取0.90~0.95。
——多電機(jī)功率不平衡系數(shù)，一般取，單驅(qū)動(dòng)時(shí)，。
根據(jù)計(jì)算出的值，查電動(dòng)機(jī)型譜，按就大不就小原則選定電動(dòng)機(jī)功率。
由式（3.5-1）==412W
由式（2.5-2）
=2
=464W
選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為伺服減速機(jī)500W，數(shù)量6臺(tái)。
3.5 傳動(dòng)鏈張力計(jì)算
傳動(dòng)鏈張力在整個(gè)長度上是變化的，影響因素很多，為保證機(jī)器人正常運(yùn)行，傳動(dòng)鏈張力必須滿足以下兩個(gè)條件：
（1）在任何負(fù)載情況下，作用在傳動(dòng)鏈上的張力應(yīng)使得全部圓周力是通過摩擦傳遞到走行輪上，而兩個(gè)鏈輪付之間保證不打滑、不脫輪；
（2）作用在傳動(dòng)鏈上的張力應(yīng)調(diào)節(jié)合適。
3.6 傳動(dòng)鏈輪最大扭矩計(jì)算
單驅(qū)動(dòng)時(shí),鏈輪的最大扭矩按式（3.6.1）計(jì)算：
（3.6.1）
式中D——鏈輪的分度圓直徑（mm）。
同時(shí)驅(qū)動(dòng)時(shí),傳動(dòng)滾筒的最大扭矩按式（3.6.2）計(jì)算：
（3.6.2）
分度圓直徑為71mm,則走行輪的最大扭矩為:
=358N
=0.51KN/m
3.7 走行輪及軸
3.7.1 走行輪的作用及類型
要追溯走行輪的歷史也是一件很困難的事，不過在人們發(fā)明了輪子之后，搬運(yùn)和移動(dòng)物體變得容易了許多，但輪子只能在直線上運(yùn)行，對(duì)于搬運(yùn)重大物體時(shí)對(duì)方向的改變?nèi)匀环浅＠щy，后來人們就發(fā)明了帶有轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的輪子，也就是我們所稱的走行輪或萬向輪。走行輪出現(xiàn)給人們搬運(yùn)特別是移動(dòng)物體帶來了劃時(shí)代的革命，不僅可以輕松搬運(yùn)，還可以隨任何方向移動(dòng)，大大提高了效率。
到了近代隨著工業(yè)革命的興起，越來越多的設(shè)備需要移動(dòng)，走行輪也就在全世界應(yīng)用越來越廣泛，各行各業(yè)幾乎離不開走行輪。 到了現(xiàn)代隨著科技的不斷發(fā)展，設(shè)備也越來越多功能和高利用率，走行輪就成了不可缺少的部件。走行輪的發(fā)展也就更為專業(yè)化而成為了一個(gè)特殊的行業(yè)。
走行輪大致分為定向走行輪與非定向走行輪。
定向走行輪沒有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)；萬向走行輪的結(jié)構(gòu)允許360度旋轉(zhuǎn)。
走行輪細(xì)分
超重型走行輪、特重型走行輪、異型走行輪以及剎制走行輪、減震走行輪、可調(diào)節(jié)走行輪和輕型走行輪、中型走行輪、重型走行輪等。
應(yīng)用行業(yè)
工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療器械以及機(jī)械、物流運(yùn)輸、環(huán)保清潔用品、家具行業(yè)、美容器械、食品機(jī)械、五金生產(chǎn)等各行業(yè)。
走行輪材質(zhì)
主要分為超級(jí)人造膠走行輪、聚氨酯走行輪、塑料走行輪、尼龍走行輪、鋼鐵走行輪、耐高溫走行輪、等。
性能特點(diǎn)
超級(jí)人造膠
聚氨酯
尼龍
鋼鐵
耐高溫輪
承載（KG）
27~502
31~1905
100~1400
181~2040
270~450
適用溫度（℃）
-43~85
-43~85
-43~85
-43~126
-43~180
輪硬度
65(±5)A
55(±5)D
——
——
——
轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
轉(zhuǎn)動(dòng)寧靜
優(yōu)
優(yōu)
一般
差
良
地板保護(hù)
優(yōu)
優(yōu)
一般
差
良
無輪印
無
無
無
無
無
耐沖擊
優(yōu)
優(yōu)
良
良
優(yōu)
耐磨損
優(yōu)
優(yōu)
良
優(yōu)
優(yōu)
防水性能
優(yōu)
優(yōu)
差
差
優(yōu)
防化學(xué)品性能
優(yōu)
優(yōu)
良
良
優(yōu)
安裝高度：指從地面到設(shè)備安裝位置之間的垂直距離，走行輪的安裝高度是指與走行輪底板與輪子邊遠(yuǎn)最大的垂直距離。
支架轉(zhuǎn)向中心距：指中心垂直線到輪芯中心的水平距離。
轉(zhuǎn)動(dòng)半徑：指中心垂直線到輪胎外邊緣的水平距離，適當(dāng)?shù)拈g距令走行輪能作360度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的合理與否直接影響到走行輪的使用壽命。
行駛負(fù)荷：走行輪在移動(dòng)時(shí)承重能力也稱動(dòng)負(fù)荷，走行輪的動(dòng)負(fù)荷因工廠的試驗(yàn)方式不同而有所差別，也因輪子的材料不同而不同，關(guān)鍵在于支架的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量是否能夠抗沖擊和震蕩。
沖擊負(fù)荷：當(dāng)設(shè)備受到承載物沖擊或震動(dòng)時(shí)走行輪的瞬間承重能力。 靜態(tài)負(fù)荷靜態(tài)負(fù)荷靜態(tài)負(fù)荷靜態(tài)負(fù)荷：走行輪在靜止?fàn)顟B(tài)下能承受的重量。靜態(tài)負(fù)荷一般情況應(yīng)為行使負(fù)荷（動(dòng)承載）的5～6倍，靜態(tài)負(fù)荷至少應(yīng)是沖擊負(fù)荷的2倍。
轉(zhuǎn)向：硬質(zhì)、窄小的輪子比軟質(zhì)、寬的輪子較易轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)動(dòng)半徑是輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)重要參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑過短會(huì)增加轉(zhuǎn)向難度，過大則會(huì)導(dǎo)致輪子晃動(dòng)及壽命縮短。
行駛靈活性：影響走行輪行駛靈活性的因素有支架的結(jié)構(gòu)和支架鋼材的選用、輪子的大小、輪子類型、軸承等，輪子越大行駛靈活性越好，在平穩(wěn)地面上硬質(zhì)、窄小的輪比平邊軟質(zhì)的輪子省力，但在不平的地面上軟質(zhì)的輪子省力，但在不平的地面上軟質(zhì)的輪子能更好地保護(hù)設(shè)備并避震！
最簡(jiǎn)單的發(fā)明往往最重要，走行輪正具備這種特性。同時(shí)一個(gè)城市的發(fā)達(dá)程度高低往往與走行輪使用多少成正相關(guān)，像上海、北京、天津、重慶、無錫、成都、西安、武漢、廣州、佛山、東莞、深圳等城市的走行輪使用率就非常高。
走行輪的構(gòu)造由單輪裝在支架上而成，用于安裝在設(shè)備下面令其自由移動(dòng)。走行輪主要分為兩大類：
（1）固定走行輪 固定支架配上單輪，只能沿直線移動(dòng)。
（2）活動(dòng)走行輪 360度轉(zhuǎn)向的支架配上單輪，能隨意向任何方向行駛。
走行輪的單輪種類繁多，在大小、型號(hào)、輪胎面等各不相同。選擇合適的輪子取于以下幾個(gè)條件：
（1） 使用場(chǎng)地環(huán)境。
（2） 產(chǎn)品的載重量
（3） 工作環(huán)境中含有化學(xué)品、血、油脂、機(jī)油、鹽等物質(zhì)。
（4） 各種特殊氣候，如濕度、高溫或嚴(yán)寒
（5）抗沖擊、碰撞和行駛寧靜的要求。
車輪選擇
1、選擇車輪材質(zhì)：首先考慮使用路面的大小，障礙物、使用場(chǎng)地上殘留物質(zhì)（如鐵屑、油脂），所處環(huán)境狀況（如高溫、常溫或低溫）及車輪所能承載的重量等不同條件來決定選擇適合的車輪材質(zhì)。例如：橡膠輪不能耐酸、油脂和化學(xué)品，超級(jí)聚氨脂輪、高強(qiáng)度聚氨脂輪、尼龍輪、鋼鐵輪和耐高溫輪則能適用于不同的特殊環(huán)境。
2、計(jì)算承載重量：為了能夠計(jì)算出各種走行輪需要的載重能力，必須知道運(yùn)輸設(shè)備自重、最大荷重和所用單輪和走行輪的數(shù)量。一個(gè)單輪或走行輪所需的載重能力計(jì)算如下：
T=(E+Z)/M×N：
---T=單輪或走行輪所需承載重量；
---E=運(yùn)輸設(shè)備的自重；
---Z=最大荷重；
---M=所用單輪和走行輪的數(shù)量；
---N=安全系數(shù)（約1.3—1.5）。
3、決定輪徑大?。和ǔ＼囕喼睆接笥菀淄苿?dòng)，荷重能力也愈大同時(shí)也較能保護(hù)地面不受損壞，輪徑大小的選擇首先應(yīng)考慮承載的重量和荷重下搬運(yùn)車的起動(dòng)推力來決定。
4、車輪材質(zhì)軟硬的選擇：通常車輪有尼龍輪、超級(jí)聚氨脂輪、高強(qiáng)度聚氨脂輪、高強(qiáng)度人造膠輪、鐵輪、打氣輪。超級(jí)聚氨脂輪、高強(qiáng)度聚氨脂輪不論在室內(nèi)室外的地面行駛，都能滿足你的搬運(yùn)要求；高強(qiáng)度人造膠輪則能適用于酒店、醫(yī)療器械、樓層、木地板、瓷磚地面等要求行走時(shí)噪音小寧靜的地面上行駛；尼龍輪、鐵輪適用于地面不平或地面上有鐵屑等物質(zhì)的場(chǎng)地；而打氣輪則適用于輕荷重及路面軟不平坦的場(chǎng)合。
5、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性：?jiǎn)屋喸酱筠D(zhuǎn)動(dòng)就越省力，滾柱軸承能載較重的負(fù)載，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力較大：?jiǎn)屋啺惭b上優(yōu)質(zhì)的（軸承鋼）滾珠軸承，能承載較重的負(fù)荷，轉(zhuǎn)動(dòng)更輕便，靈活寧靜。
6、溫度狀況：嚴(yán)寒和高溫的場(chǎng)合對(duì)走行輪的影響很大，聚氨脂輪在零下45℃下的低溫，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活自如，耐高溫輪在高溫275℃下轉(zhuǎn)動(dòng)輕便。
特別注意：因?yàn)?點(diǎn)確定一個(gè)平面，當(dāng)所用走行輪數(shù)量為多個(gè)時(shí)，載重量應(yīng)按3個(gè)計(jì)算。
3.7.2軸的作用及類型
軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。
材料使用：
1、碳素鋼
35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較高的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，其中以45鋼用得最為廣泛。
為了改善其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。不重要或受力較小的軸，則可采用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。
2、合金鋼
合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價(jià)格較貴，多用于有特殊要求的軸。
例如采用滑動(dòng)軸承的高速軸，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；
汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸在高溫、高速和重載條件下工作，必須具有良好的高溫力學(xué)性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金結(jié)構(gòu)鋼。
軸的毛坯以鍛件優(yōu)先、其次是圓鋼；
尺寸較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜者可考慮鑄鋼或球墨鑄鐵。
例如，用球墨鑄鐵制造曲軸、凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低、強(qiáng)度較好等優(yōu)點(diǎn)。
軸的力學(xué)模型是梁、多數(shù)要轉(zhuǎn)動(dòng)，因此其應(yīng)力通常是對(duì)稱循環(huán)。
其可能的失效形式有：疲勞斷裂、過載斷裂、彈性變形過大等。
軸上通常要安裝一些帶輪轂的零件，因此大多數(shù)軸應(yīng)作成階梯軸，切削加工量大。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要時(shí)可做幾個(gè)方案進(jìn)行比較，以便選出最佳設(shè)計(jì)方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：
1、節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀；
2、易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
3、采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；
4、便于加工制造和保證精度。
技術(shù)要求
1、加工精度
1)尺寸精度 軸類零件的尺寸精度主要指軸的直徑尺寸精度和軸長尺寸精度。按使用要求，主要軸頸直徑尺寸精度通常為IT6-IT9級(jí)，精密的軸頸也可達(dá)IT5級(jí)。軸長尺寸通常規(guī)定為公稱尺寸，對(duì)于階梯軸的各臺(tái)階長度按使用要求可相應(yīng)給定公差。
2)幾何精度 軸類零件一般是用兩個(gè)軸頸支撐在軸承上，這兩個(gè)軸頸稱為支撐軸頸，也是軸的裝配基準(zhǔn)。除了尺寸精度外，一般還對(duì)支撐軸頸的幾何精度（圓度、圓柱度）提出要求。對(duì)于一般精度的軸頸，幾何形狀誤差應(yīng)限制在直徑公差范圍內(nèi)，要求高時(shí)，應(yīng)在零件圖樣上另行規(guī)定其允許的公差值。
3)相互位置精度 軸類零件中的配合軸頸（裝配傳動(dòng)件的軸頸）相對(duì)于支撐軸頸間的同軸度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的軸，配合精度對(duì)支撐軸頸的徑向圓跳動(dòng)一般為0.01-0.03mm，高精度軸為0.001-0.005mm。
此外，相互位置精度還有內(nèi)外圓柱面的同軸度，軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。
2、表面粗糙度
根據(jù)機(jī)械的精密程度，運(yùn)轉(zhuǎn)速度的高低，軸類零件表面粗糙度要求也不相同。一般情況下，支撐軸頸的表面粗糙度 Ra值為0.63-0.16 μm ；配合軸頸的表面粗糙度Ra值為2.5-0.63 μ m
加工工藝
1、軸類零件的材料
軸類零件材料的選取，主要根據(jù)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經(jīng)濟(jì)合理。
常用的軸類零件材料有 35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼，以45鋼應(yīng)用最為廣泛。對(duì)于受載荷較小或不太重要的軸也可用Q235、Q255等普通碳素鋼。對(duì)于受力較大，軸向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金鋼。如40Cr合金鋼可用于中等精度，轉(zhuǎn)速較高的工作場(chǎng)合，該材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有較好的綜合力學(xué)性能；選用Cr15、65Mn等合金鋼可用于精度較高，工作條件較差的情況，這些材料經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后其耐磨性、耐疲勞強(qiáng)度性能都較好；若是在高速、重載條件下工作的軸類零件，選用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳鋼或38CrMoA1A滲碳鋼，這些鋼經(jīng)滲碳淬火或滲氮處理后，不僅有很高的表面硬度，而且其心部強(qiáng)度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗沖擊韌性和耐疲勞強(qiáng)度的性能。
球墨鑄鐵、高強(qiáng)度鑄鐵由于鑄造性能好，且具有減振性能，常在制造外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸中采用。特別是我國研制的稀土——鎂球墨鑄鐵，抗沖擊韌性好，同時(shí)還具有減摩、吸振，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小等優(yōu)點(diǎn)，已被應(yīng)用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床上的重要軸類零件。
2、軸類零件的毛坯
軸類零件的毛坯常見的有型材（圓棒料）和鍛件。大型的，外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸也可采用鑄件。內(nèi)燃機(jī)中的曲軸一般均采用鑄件毛坯。
型材毛坯分熱軋或冷拉棒料，均適合于光滑軸或直徑相差不大的階梯軸。
鍛件毛坯經(jīng)加熱鍛打后，金屬內(nèi)部纖維組織沿表面分布，因而有較高的抗拉、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，一般用于重要的軸。
加工方法
1、外圓表面的加工方法及加工精度
軸類、套類和盤類零件是具有外圓表面的典型零件。外圓表面常用的機(jī)械加工方法有車削、磨削和各種光整加工方法。車削加工是外圓表面最經(jīng)濟(jì)有效的加工方法，但就其經(jīng)濟(jì)精度來說，一般適于作為外圓表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圓表面主要精加工方法，特別適用于各種高硬度和淬火后的
零件精加工；光整加工是精加工后進(jìn)行的超精密加工方法（如滾壓、拋光、研磨等），適用于某些精度和表面質(zhì)量要求很高的零件。
由于各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本各不相同，因此必須根據(jù)具體情況，選用合理的加工方法，從而加工出滿足零件圖紙上要求的合格零件。
序號(hào) 加工方法 經(jīng)濟(jì)精度 （公差等級(jí)） 經(jīng)濟(jì)粗糙度 Ra值/ μ m 適用范圍
1 粗車 IT13-IT11 50-12.5 適用于淬火鋼以外的各種金屬
2 粗車 -半精車 IT10-IT8 6.3-3.2
3 粗車 -半精車-精車 IT8-IT7 1.6-0.8
4 粗車 -半精車-精車-滾壓 IT8-IT7 0.2-0.025
5 粗車 -半精車-磨削 IT8-IT7 0.8-0.4 主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不適用于有色金屬
6 粗車 -半精車-粗磨-精磨 IT7-IT6 0.4-0.1
7 粗車 -半精車-粗磨-精磨-超精加工（或輪式超精磨） IT5 0.1-0.012
（或 Rz 0.1）
8 粗車 -半精車-精車-精細(xì)車（金剛車） IT7-IT6 0.4-0.025 主要用于要求較高的有色金屬
9 粗車 -半精車-粗磨-精磨-超精磨（或鏡面磨） IT5以上 0.025-0.006
（或 Rz 0.1） 極高精度的外圓加工
10 粗車 -半精車-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 · 012 （或 Rz 0.1）
2、外圓表面的車削加工
(1)外圓車削的形式
軸類零件外圓表面的主要加工方法是車削加工。主要的加工形式有：
荒車 自由鍛件和大型鑄件的毛坯，加工余量很大，為了減少毛坯外圓形狀誤差和位置偏差，使后續(xù)工序加工余量均勻，以去除外表面的氧化皮為主的外圓加工，一般切除余量為單面1-3mm。
粗車 中小型鍛、鑄件毛坯一般直接進(jìn)行粗車。粗車主要切去毛坯大部分余量（一般車出階梯輪廓），在工藝系統(tǒng)剛度容許的情況下，應(yīng)選用較大的切削用量以提高生產(chǎn)效率。
半精車 一般作為中等精度表面的最終加工工序，也可作為磨削和其它加工工序的預(yù)加工。對(duì)于精度較高的毛坯，可不經(jīng)粗車，直接半精車。
精車 外圓表面加工的最終加工工序和光整加工前的預(yù)加工。
精細(xì)車 高精度、細(xì)粗糙度表面的最終加工工序。適用于有色金屬零件的外圓表面加工，但由于有色金屬不宜磨削，所以可采用精細(xì)車代替磨削加工。
但是，精細(xì)車要求機(jī)床精度高，剛性好，傳動(dòng)平穩(wěn)，能微量進(jìn)給，無爬行現(xiàn)象。車削中采用金剛石或硬質(zhì)合金刀具，刀具主偏角選大些（ 45 o -90 o ）,刀具的刀尖圓弧半徑小于0.1-1.0mm，
以減少工藝系統(tǒng)中彈性變形及振動(dòng)。
(2)車削方法的應(yīng)用
1）普通車削 適用于各種批量的軸類零件外圓加工，應(yīng)用十分廣泛。單件小批量常采用臥室車床完成車削加工；中批、大批生產(chǎn)則采用自動(dòng)、半自動(dòng)車床和專用車床完成車削加工。
2)數(shù)控車削 適用于單件小批和中批生產(chǎn)。應(yīng)用愈來愈普遍，其主要優(yōu)點(diǎn)為柔性好，更換加工零件時(shí)設(shè)備調(diào)整和準(zhǔn)備時(shí)間短；加工時(shí)輔助時(shí)間少，可通過優(yōu)化切削參數(shù)和適應(yīng)控制等提高效率；加工質(zhì)量好，專用工夾具少，相應(yīng)生產(chǎn)準(zhǔn)備成本低；機(jī)床操作技術(shù)要求低，不受操作工人的技能、視覺、精神、體力等因素的影響。對(duì)于軸類零件，具有以下特征適宜選用數(shù)控車削。
結(jié)構(gòu)或形狀復(fù)雜，普通加工操作難度大，工時(shí)長，加工效率低的零件。
加工精度一致性要求較高的零件。
切削條件多變的零件，如零件由于形狀特點(diǎn)需要切槽，車孔，車螺紋等，加工中要多次改變切削用量。
批量不大，但每批品種多變并有一定復(fù)雜程度的零件。
對(duì)帶有鍵槽，徑向孔（含螺釘孔）、端面有分布的孔（含螺釘孔）系的軸類零件，如帶法蘭的軸，帶鍵槽或方頭的軸，還可以在車削加工中心上加工，除了能進(jìn)行普通數(shù)控車削外，零件上的各種槽、孔（含螺釘孔）、面等加工表面也可一并能加工完畢。工序高度集中，其加工效率較普通數(shù)控車削更高，加工精度也更為穩(wěn)定可靠。
（3）外圓表面的磨削加工
用磨具以較高的線速度對(duì)工件表面進(jìn)行加工的方法稱為磨削。磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。
磨削的工藝范圍很廣，可以劃分為粗磨、精磨、細(xì)磨及鏡面磨。
磨削加工采用的磨具（或磨料）具有顆粒小，硬度高，耐熱性好等特點(diǎn)，因此可以加工較硬的金屬材料和非金屬材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷等；加工過程中同時(shí)參與切削運(yùn)動(dòng)的顆粒多，能切除極薄極細(xì)的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作為一種精加工方法，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。由于強(qiáng)力磨削的發(fā)展，也可直接將毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，從而獲得了較高的生產(chǎn)率。
3.7.3軸與輪的配合結(jié)構(gòu)
其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.7.3所示：
1. 走行輪支撐座 2.帶立式座外球面軸承 3.軸 4.螺栓 5.平墊 6.彈簧墊 7.鏈輪
圖：3.7.3
軸的計(jì)算及校核：
軸的強(qiáng)度計(jì)算的步驟為：
一、軸的強(qiáng)度計(jì)算
1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估算軸的直徑
機(jī)器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖確定后，各軸傳遞的P和n為已知，在軸的結(jié)構(gòu)具體化之前，只能計(jì)算出軸所傳遞的扭矩，而所受的彎矩是未知的。這時(shí)只能按扭矩初步估算軸的直徑，作為軸受轉(zhuǎn)矩作用段最細(xì)處的直徑dmin，一般是軸端直徑。???????
根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定的最小直徑為：
????????????????????? （mm）
式中：P為軸所傳遞的功率（KW）
n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
?Ao為計(jì)算系數(shù)??? 若計(jì)算的軸段有鍵槽，則會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，此時(shí)應(yīng)將計(jì)算所得的直徑適當(dāng)增大，若有一個(gè)鍵槽，將dmin增大5％，若同一剖面有兩個(gè)鍵槽，則增大10％。
以dmin為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的裝拆、定位、軸的加工、整體布局、作出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在軸的結(jié)構(gòu)具體化之后進(jìn)行以下計(jì)算。
2、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸的直徑
l）繪出軸的結(jié)構(gòu)圖
2）繪出軸的空間受力圖?
3）繪出軸的水平面的彎矩圖??
4）繪出軸的垂直面的彎矩圖
5）繪出軸的合成彎矩圖??????????
6）繪出軸的扭矩圖
7）繪出軸的計(jì)算彎矩圖
8）按第三強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量彎矩：
?????????????????????????????
式中：α為將扭矩折合為當(dāng)量彎矩的折合系數(shù)，按扭切應(yīng)力的循環(huán)特性取值:
a）扭切應(yīng)力理論上為靜應(yīng)力時(shí)，取α=0.3。
b）考慮到運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻、振動(dòng)、啟動(dòng)、停車等影響因素，假定為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力?，取 α=0.59。
c）對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的軸，把扭剪應(yīng)力視為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，取 α=1（因?yàn)樵趶澗刈饔孟?，轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力屬于對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力）。
9）校核危險(xiǎn)斷面的當(dāng)量彎曲應(yīng)力（計(jì)算應(yīng)力）：
??????????????????????????????
式中：W為抗扭截面摸量（mm3）。
為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，查表1。
如計(jì)算應(yīng)力超出許用值，應(yīng)增大軸危險(xiǎn)斷面的直徑。如計(jì)算應(yīng)力比許用值小很多，一般不改小軸的直徑。因?yàn)檩S的直徑還受結(jié)構(gòu)因素的影響。
一般的轉(zhuǎn)軸，強(qiáng)度計(jì)算到此為止。對(duì)于重要的轉(zhuǎn)軸還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外，對(duì)于瞬時(shí)過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。
二、按疲勞強(qiáng)度精確校核
按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸的強(qiáng)度中沒有考慮軸的應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因素對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響，因此，對(duì)于重要的軸，還需要進(jìn)行軸危險(xiǎn)截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計(jì)算，評(píng)定軸的安全裕度。即建立軸在危險(xiǎn)截面的安全系數(shù)的校核條件。
??? 安全系數(shù)條件為：
1.3~1.5用于材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)；
1.5~1.8用于材料不夠均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確度較低時(shí)；
1.8~2.5用于材料均勻性及載荷與應(yīng)力計(jì)算精確度很低時(shí)或軸徑＞200mm時(shí)。
三、按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核
靜強(qiáng)度校核的目的在于評(píng)定軸對(duì)塑性變形的抵抗能力。這對(duì)那些瞬時(shí)過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的的軸是很有必要的。軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時(shí)載荷來校核的。
靜強(qiáng)度校核時(shí)的強(qiáng)度條件是：
式中：——危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)；
——按屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)；
?。?.2~1.4，用于高塑性材料（≤0.6）制成的鋼軸；
?。?.4~1.8，用于中等塑性材料（＝0.6~0.8）制成的鋼軸；
?。?.8~2，用于低塑性材料制成的鋼軸；
?。?~3，用于鑄造軸；
——只考慮安全彎曲時(shí)的安全系數(shù)；
——只考慮安全扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù)；
式中：、——材料的抗彎和抗扭屈服極限，MPa；其中＝(0.55~0.62)；
Mmax、Tmax——軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩和最大扭矩，N.mm；
Famax——軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力，N；
A——軸的危險(xiǎn)截面的面積，m；
W、WT——分別為危險(xiǎn)截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)，m。
四、軸的設(shè)計(jì)用表
材料牌號(hào)
毛坯直徑
（mm）
硬度
(HBS)
抗拉強(qiáng)度極限σb
屈服強(qiáng)度極限σs
許用彎曲應(yīng)力[σ-1]
備注
Q235A
≤100
400~420
225
40
用于不重要及受載荷不大的軸
>100~250
375~390
215
45
≤10
170~217
590
295
55
應(yīng)用最廣泛
>100~300
162~217
570
285
≤200
217~255
640
355
60
40Cr
≤100
>100~300
241~286
735
685
540
490
70
用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸
40CrNi
≤100
>100~300
270~300
240~270
900
785
735
570
75
用于很重要的軸
38SiMnMo
≤100
>100~300
229~286
217~269
735
685
590
540
70
用于重要的軸，性能近于40CrNi
38CrMoAlA
≤60
>60~100
>100~160
293~321
277~302
241~277
930
835
785
785
685
590
75
用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理（氮化）變形很小的軸
20Cr
≤60
滲碳
56~62HRC
640
390
60
用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸
3Cr13
≤100
≥241
835
635
75
用于腐蝕條件下的軸
1Cr18Ni9Ti
≤100
≤192
530
195
45
用于高低溫及腐蝕條件下的軸
100~200
490
QT600-3
190~270
600
370
用于制造復(fù)雜外形的軸
QT800-2
245~335
800
480
表2? 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值
直徑d
>6~10
>10~18
>18~30
>30~50
>50~80
>80~120>
120~180
C或R
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.6
2.0
2.5
3.0
表3? 軸常用幾種材料的[]和A0值
軸的材料
Q235
1Cr18Ni9Ti
35
45
40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi
[]
12～20
12～25
20～30
30～40
40～52
A0
160～135
148～125
135～118
118～107
107～98
輪的計(jì)算與校核
1.軸的材料選取
選取45鋼，調(diào)制處理，參數(shù)如下:
硬度為HBS＝220
抗拉強(qiáng)度極限σB＝650MPa
屈服強(qiáng)度極限σs＝360MPa
彎曲疲勞極限σ－1＝270MPa
剪切疲勞極限τ－1＝155MPa
許用彎應(yīng)力[σ－1]=60MPa
2.初步估計(jì)軸的最小直徑
軸上的轉(zhuǎn)速 功率由以上機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算部分可知
=47.7；=6.25 取=115
58.4
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑.為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化小，故取.則
＝=1906800按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版）R2.0，選HL5型彈性套柱銷連軸器，半聯(lián)軸器孔的直徑，長度L＝142mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。故?。?0mm
3. 擬定軸的裝配方案
4. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。
（1）選取d=60mm, 。因I-II軸右端需要制出一個(gè)
定位軸肩，故取
（2）初選滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，，故選用深溝球軸承，參照工作
要求， 由軸知其工作要求并根據(jù)dⅡ–Ⅲ＝70mm，選取單列圓錐滾子軸承
33015型,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(軟件版)R2.0查得軸承參數(shù)：
軸承直徑：d＝75mm ； 軸承寬度：B＝31mm，D=115mm
所以，
（3）右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。取33215型軸承
的定位軸肩高度h=2mm,因此，取
（4）取做成齒輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑＝85mm；
齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位，齒輪的寬度為64
mm,取
（5）軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于
對(duì)軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與帶輪右端
面間的距離l ＝30mm， 故取
（6）因?yàn)榈退佥S要和高速軸相配合，其兩個(gè)齒輪應(yīng)該相重合，所以取=42mm.
=32 mm..
(7）軸上零件的周向定位。
齒輪、帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接（詳細(xì)選擇
過程見后面的鍵選擇）。
（8）確定軸上的圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為1×45°，各軸肩處的圓角半徑為R＝1.2mm
取軸端倒角為1×45°，各軸肩處的圓角半徑為R＝1.2mm
4.計(jì)算過程
1.根據(jù)軸上的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。確定軸承的支點(diǎn)位置大致在軸承寬度中間。
故
因此作為簡(jiǎn)支梁的支點(diǎn)跨距
計(jì)算支反力
作用在低速軸上的==6220N
=2263.8N
水平面方向 ΣMB＝0,
故
=0,
垂直面方向 ΣMB＝0，
故
ΣF＝0,
2)計(jì)算彎距
水平面彎距
= =185295
垂直面彎矩
67457
67430
合成彎矩
==197190
==197190
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
彎距M
總彎距
扭距T
T＝1307.2 N·m
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎距圖和扭距圖?？煽闯鯿截面為最危險(xiǎn)截面，現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的及M的值。
5.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的硬度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)課本式15－5及上表中的值，并扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取α＝0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
＝ MPa＝13.166 MPa
已由前面查得許用彎應(yīng)力[σ－1]=60MPa，因<[σ－1]，故安全。
6.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
1)判斷危險(xiǎn)截面
截面A，Ⅱ，Ⅲ，B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面A，Ⅱ，Ⅲ，B均無需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面和IV和V處的過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況看，截面C上的應(yīng)力最大。截面IV的應(yīng)力集中的影響和截面V的相近，但截面V不受扭距作用,同時(shí)軸徑也較大，故可不必作強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及槽引起的應(yīng)力集中均在兩端),而且這里軸的直徑最大，故截面C不必校核。因而只需校核截面IV的右側(cè)即可，因?yàn)镮V的左側(cè)是個(gè)軸環(huán)直徑比較大，故可不必校核。
2)截面IV右側(cè)
抗彎截面系數(shù)：W＝0.1d3＝0.1×853＝61412.5mm3
抗扭截面系數(shù)：WT＝0.2d3＝0.2×853＝122825mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:
M＝197190×＝100112 N·mm
＝ ＝ ＝1.63MPa
截面上的扭矩
截面上的扭轉(zhuǎn)切力:
＝＝＝10.6Mpa
過盈配合處的的值，由課本附表3-8用插入法求出，并取
，＝2.20
則0.8×2.20＝1.76
軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)＝0.92
故得綜合系數(shù)值為：
＝ ＝＝2.29
＝ ＝＝1.85
又由課本§3－1及§3－2得炭鋼得特性系數(shù)
＝0.1～0.2 ，取 ＝0.1
＝0.05～0.1 ，取 ＝0.05
所以軸在截面Ⅵ的右側(cè)的安全系數(shù)為
=103.30
＝26.32
25.505>S＝1.6
（因計(jì)算精度較低，材料不夠均勻，故選取s＝1.6）
故該軸在截面Ⅳ右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。
3.8電機(jī)的選用
電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定，一般情況下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不低500r/min，因?yàn)楣β室欢〞r(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低，其尺寸愈大，價(jià)格愈貴，而效率低。若電機(jī)的轉(zhuǎn)速高，則極對(duì)數(shù)少，尺寸和重量小，價(jià)格也低。本設(shè)計(jì)皮帶機(jī)所采用的電動(dòng)機(jī)的總功率為300w，所以需選用單臺(tái)功率為50w的電機(jī)。
根據(jù)電子網(wǎng)上電子樣本查得：
擬采用AKM11B伺服電機(jī)，該型電機(jī)控制精密、準(zhǔn)確、性能良好，可以滿足要求。
3.9減速器的選用
3.9.1 傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比：
，
已知電機(jī)轉(zhuǎn)速為＝1470 r/min ，
則電機(jī)與鏈輪之間的總傳動(dòng)比為：
本次所選減速機(jī)配套伺服電機(jī)所用的伺服減速機(jī)——為了更好的對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能控制，故選此種類型減速機(jī)。本減速機(jī)特點(diǎn)為：
結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時(shí)，即小體積大轉(zhuǎn)矩，而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗，低噪音和高效率低成本應(yīng)用。行星減速機(jī)的特點(diǎn)是體積小，輸出扭矩大，傳動(dòng)效率高，只要有這些要求的地方都可以用
滿載效率：在最大負(fù)載情況下（故障停止輸出扭矩），減速機(jī)的傳遞效率。
工作壽命：減速機(jī)在額定負(fù)載下，額定輸入轉(zhuǎn)速時(shí)的累計(jì)工作時(shí)間。
額定扭矩：是額定壽命允許的長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的扭矩。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，減速機(jī)的壽命為平均壽命，超過此值時(shí)減速機(jī)的平均壽命會(huì)減少。當(dāng)輸出扭矩超過兩倍時(shí)減速機(jī)故障。
伺服減速機(jī)行星齒輪傳動(dòng)裝置的重量，一般情況下正比于齒輪的重量，而齒輪的重量與其材料和熱處理硬度有很大關(guān)系。例如在相同功率下，滲碳淬火齒輪的重量將是調(diào)質(zhì)齒輪重量的1/3左右。所以針對(duì)行星齒輪減速機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和齒輪的載荷性質(zhì)，應(yīng)該廣泛采用硬齒面齒輪。
根據(jù)上海臺(tái)正伺服減速機(jī)公司的電子樣冊(cè)查得：
故選得減速機(jī)型號(hào)為：TF60。
3.10制動(dòng)裝置
3.10.1制動(dòng)裝置的作用
對(duì)于本機(jī)器人，制動(dòng)裝置完全是斷電、斷信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)缸和伺服電機(jī)均為自動(dòng)抱閘系統(tǒng)，這樣的好處是制動(dòng)安全可靠，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單明了，故障點(diǎn)降到最低。
3.11 轉(zhuǎn)向裝置
本次所設(shè)計(jì)的六足機(jī)器人的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由6臺(tái)北京微納科技有限公司制作研發(fā)的WN03RA200H型高精度電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)組成。如下圖：
40
57
畢業(yè)設(shè)計(jì)論文