變速箱180度翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)

變速箱翻轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)械及電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3機(jī)械部分該翻轉(zhuǎn)機(jī)主體通過(guò)型材框架搭建，包括底座、框架結(jié)構(gòu)、配重塊、提升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)幾部分組成。提升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)都是通過(guò)氣缸以及氣缸與齒輪齒條配用來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)動(dòng)作，位置通過(guò)死檔塊來(lái)限位。接近開關(guān)檢測(cè)相關(guān)位置到信號(hào)。其機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如下：3.1機(jī)架設(shè)計(jì)變速箱的相關(guān)參數(shù)如下：長(zhǎng)：800，寬：600，高：600，質(zhì)量：300Kg，為了滿足機(jī)械手臂的上下、左右及翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)定機(jī)架的長(zhǎng)寬高分別為1470、1900、2650。見(jiàn)零件圖。3.2升降氣缸1#首先估算溜板、機(jī)械手、夾具等重量。假設(shè)以上部件都為實(shí)體，占據(jù)體積為800*600*1000mm3=0.48m3，則根據(jù)質(zhì)量=體積*密度，查《機(jī)械零件手冊(cè)》常用材料密度，取ρ=7.0t/m2。M=7.0*0.48=3.36t=3.36*103kg。G=mg=3.36*104N。取變速箱重量為G分=0.3*104N，則G總=3.36*104+0.3*104=3.66*104N。所以氣缸1#所需壓力F=G總=3.66*104N=PS,工業(yè)生產(chǎn)，取P=0.6MPa，S=3.3翻轉(zhuǎn)氣缸2#這一部分的機(jī)械傳動(dòng)部件所要完成的任務(wù)是帶動(dòng)夾具和變速箱旋轉(zhuǎn)，而我們所學(xué)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有:齒輪（齒條）機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)。表1就列舉了幾種常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將其基本特性做個(gè)比較。傳動(dòng)形式主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)帶傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)中心距變化范圍大，可用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)；傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振，有過(guò)載保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安裝要求不高；用作變速傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單有滑動(dòng)，傳動(dòng)比不能保持恒定，傳動(dòng)精度低；外廓尺寸大，結(jié)構(gòu)不緊湊；磨損較快，壽命較短（通常為3500h～5000h）；由于帶的摩擦起電不宜用于易燃、易爆的地方；船東效率低鏈傳動(dòng)中心距變化范圍大，可用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)；在高溫、油、酸等惡劣條件下能可靠工作；軸和軸承上的作用力??；平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，特殊鏈可用于傳送物料雖然平均速比恒定，但運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)瞬時(shí)速度不均勻，有沖擊、振動(dòng)和噪音，壽命較低（一般為5000h～15000h）有振動(dòng)沖擊，有多邊形效應(yīng)齒輪（齒條）傳動(dòng)外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)精度高；效率高，壽命長(zhǎng)；圓周速度及功率范圍廣，適宜于短距離傳動(dòng)制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無(wú)過(guò)載保護(hù)作用，有噪音制造精度要求高蝸桿傳動(dòng)外廓尺寸小，單級(jí)傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪音；可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，用于空間交錯(cuò)軸傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)傳動(dòng)過(guò)程中相對(duì)滑動(dòng)速度高，磨損較大，傳動(dòng)效率低，易在傳動(dòng)中出現(xiàn)發(fā)熱和溫度升高現(xiàn)象；傳遞功率不宜過(guò)大，中高速需用價(jià)貴的青銅，制造精度要求高，刀具費(fèi)用高表1常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本特性顯然在上述的幾種傳動(dòng)的方案中都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但能否選擇一種傳動(dòng)方案具有上述幾種的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿足我們的設(shè)計(jì)需要呢？那就是齒輪齒條傳動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)綜合了齒輪傳動(dòng)與鏈條傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種傳動(dòng)比精度高的傳動(dòng)方式。其傳動(dòng)原理是氣缸推動(dòng)齒條做水平直線運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒條與齒輪的線速度相同。氣缸能保證齒條運(yùn)動(dòng)速度保持穩(wěn)定，不產(chǎn)生沖擊。吸振性能好，噪音小；傳動(dòng)裝置重量輕，熱量積累少，因此傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，可以獲得98％以上的高效率；功率范圍可從幾W到幾百KW；軸上的壓力輕，軸的彎曲變形減小，可延長(zhǎng)軸承的使用壽命；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)及中心距較大的傳動(dòng)。下面通過(guò)計(jì)算分別確定軸、齒輪、齒條的尺寸，從而選擇合適的氣缸。當(dāng)變速箱被夾具夾緊之后，兩夾具爪之間確定一水平中心線，由于變速箱形狀不規(guī)則，質(zhì)量部均勻，其集合中心與重心不重合，使得變速箱重心偏離了機(jī)械手臂軸心線，產(chǎn)生了扭矩，初步確定偏離最大徑向距離為0.05m，則所需最大扭矩T=3000*0.05N.m=150N.m。3.3.1確定軸尺寸由牛頓第二定律可知，此扭矩將會(huì)作用于軸上，所以T軸=9550*P/n=150N.m，P/n=T/9550≈0.016。軸直徑d=A0*3P/n，選取軸材料為45#鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，取A0=114，得d圖1.1軸的尺寸3.3.2選擇軸承由工作環(huán)境要求知，軸承需要同時(shí)承受徑向力和軸向力的作用，而查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-1，選用圓錐滾子軸承。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表17-6，初步選標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30212。左端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行定位。3.3.3選齒輪齒條假定齒輪齒條間無(wú)變位。=1\*GB3①齒輪選直齒圓柱齒輪；七級(jí)精度，GB10095-88（一般工作機(jī)器，速度不高）；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1，選擇齒輪材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理；硬度為240HBS。齒輪參數(shù)：m=4，z=45，壓力角?=20由設(shè)計(jì)計(jì)算公式dt=2.32其中:載荷系數(shù)kt齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由前面可知T=1.5*105N.mm由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7，選齒寬系數(shù)?d=1查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得，45鋼材料的彈性影響系數(shù)Z由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21d，按齒面硬度查大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19得，接觸疲勞壽命系數(shù)K計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1.《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得：[σH]=由齒輪齒條傳動(dòng)知u所以dt=2.323kt*下面計(jì)算齒輪的幾何尺寸：分度圓直徑d1=4*45=180mm齒頂高h(yuǎn)a1=齒根高h(yuǎn)f=（ha*+c*）*m=5齒高h(yuǎn)=9齒頂圓da=d1+2ha=180+8=188mm齒根圓df=d=2\*GB3②齒條選七級(jí)精度；材料為45鋼，調(diào)質(zhì)；硬度為240HBS。齒條參數(shù)：m'=4,z=22，齒形角?=20o，則：齒頂高h(yuǎn)a'=h3.3.4氣缸2#由前所述可知，使工件發(fā)生翻轉(zhuǎn)所需要的扭矩是由氣缸提供水平力，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩，再經(jīng)軸傳遞給工件，從而使工件翻轉(zhuǎn)。根據(jù)公式T=F*H，齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離H=d1/2=90mm，則T=F*H=F*d1/2=F*90*10-3圖2齒條齒輪傳動(dòng)則F=150/90*103=1666.6N,取安全系數(shù)u=2，故所需氣缸壓力F=1666.6*2=3333.3N。根據(jù)實(shí)際情況，工業(yè)環(huán)境下使用的氣缸提供壓強(qiáng)一般為0.6MPa，則S=F/p=πr2，r=Fπ/p=0.0421m≈42mm，所以所需氣缸23.4夾緊氣缸3#查《機(jī)械手冊(cè)》，變速箱外殼選用的是鑄鐵材料，夾具材料是鋼，并有皮革包裹，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第2版上冊(cè)》表1-12知，摩擦系數(shù)f=0.5。夾具處受力分析如圖3：圖3夾具受力分析在XOY平面中，由力的三角形矢量和知：Ff=f*Q/2sinθ=f?Q/2，其中θ從而Q=2Ff/f?=2*3000*sin50/0.5=1045N,取安全系數(shù)u=2.從而選用氣缸的力F1=2*Q=2090N,又由公式p=F/S=Fp/π，知，r=Fp/π直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選擇圖4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的實(shí)物圖直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副特點(diǎn)：a定位精度高。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)借助鋼球滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)軌副摩擦阻力小，動(dòng)靜摩擦阻力差值小，低速時(shí)不易產(chǎn)生爬行。重復(fù)定位精度高，適合作頻繁啟動(dòng)或換向的運(yùn)動(dòng)部件。可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。同時(shí)根據(jù)需要，適當(dāng)增加預(yù)載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，減小了運(yùn)動(dòng)的沖擊和振動(dòng)。b磨損小。對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小，滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使?jié)L動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，這使得在潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易。c適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)且大幅降低驅(qū)動(dòng)功率。采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，由于摩擦阻力小，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，使驅(qū)動(dòng)扭矩大大減少，使所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？商岣邫C(jī)床的工作效率20~30%。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。依按摩擦性質(zhì)而定，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌可以分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類，市場(chǎng)是的品種分為以下幾種：◎臺(tái)灣CPC導(dǎo)軌微型導(dǎo)軌MR3MN/MR3ML/MR3WN/MR3WLMR5MN/MR5ML/MR5WN/MR5WLMR7MN/MR7ML/MR7WN/MR7WLMR9MN/MR9ML/MR9WN/MR9WLMR12MN/MR12ML/MR12WN/MR12WLMR15MN/MR15ML/MR15WN/MR15WL

標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌

AR15MN/AR15MS/AR15FNHR15MN/HR15FN

AR20MN/AR20MS/AR20FNHR20MN/HR20FN

◎臺(tái)灣AMT直線導(dǎo)軌

MSA-E/LEMSA-S/LSMSB-E/LEMSB-S/LS

◎臺(tái)灣ABBA直線導(dǎo)軌

BRH-A/AL型BRH-B/BL型BRH-C/CL型BRS-A/AS型

BRS-B/BS型BRS-C/CS型BRX-B/BL型

◎臺(tái)灣上銀HIWIN直線導(dǎo)軌

四列超重負(fù)荷HG系列低組裝式EG系列兩列線性HL系列

高速高負(fù)荷AG系列小型MGN/MGW系列智慧型(帶磁性尺)IG系列字潤(rùn)滑E1系列

◎韓國(guó)SBC直線導(dǎo)軌

SBG-FLL型SBG-FL型SBG-SLL型SBG-SL型

◎日本THK直線導(dǎo)軌◎日本IKO直線導(dǎo)軌◎日本NSK直線導(dǎo)軌下面通過(guò)計(jì)算選擇上升-下降機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，并校核其距離壽命。3.5.1上升-下降機(jī)構(gòu)中滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的選型和校核滑塊承受工作載荷Fmax是影響滾動(dòng)直線導(dǎo)軌使用壽命的重要因素。此結(jié)構(gòu)中滑塊受徑向和橫向載荷都很小，所以設(shè)計(jì)中主要考慮行程。查《機(jī)電一體化》表3-41，選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副JSA-LG25,查《機(jī)電一體化》表3-35選導(dǎo)軌長(zhǎng)度為19603.5.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的選型和校核由于需要旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，勻速，此結(jié)構(gòu)中采用雙導(dǎo)軌，四滑塊的支撐形式?？紤]單滑塊垂直方向受力最大時(shí)，F(xiàn)max=G/4+F，其中，移動(dòng)部件重量G=4000N,外加載荷F=FZ=1667N,則F查《機(jī)電一體化》表3-41，選JSA-LG15型號(hào)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。查《機(jī)電一體化》表3-35,選導(dǎo)軌長(zhǎng)度為520mm。距離壽命的計(jì)算：由于導(dǎo)軌工作溫度不超過(guò)100℃，每根導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大，查《機(jī)電一體化》表3-36，3-37所，3-38，3-39，3-40，得，選KL系列JSA-LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC,硬度系數(shù)fH=1.0，溫度系數(shù)fT=1.0,接觸系數(shù)fC=0.81,精度系數(shù)fk=0.9，載荷系數(shù)f3.5.3夾緊機(jī)構(gòu)中滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的選型和校核同樣選擇雙導(dǎo)軌，四滑塊的支撐形式。單個(gè)滑塊可能受的最大載荷Fmax=G/4+F=1000+1045N=2.045查《機(jī)電一體化》表3-41，選JSA-LG20,查《機(jī)電一體化》表3-35,選導(dǎo)軌長(zhǎng)度為1000mm。距離壽命的計(jì)算：同旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)軌一樣，此導(dǎo)軌工作溫度也不超過(guò)100℃，每根導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大，查《機(jī)電一體化》表3-36，3-37所，3-38，3-39，3-40，得，選KL系列JSA-LG20型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC,硬度系數(shù)fH=1.0，溫度系數(shù)fT=1.0,接觸系數(shù)fC=0.81,精度系數(shù)fk=0.9，載荷系數(shù)f3.6配重機(jī)構(gòu)實(shí)踐證明，如果單純的使用氣缸控制升降臺(tái)的升降，那么氣缸的使用壽命將會(huì)很短，因此為了延長(zhǎng)氣缸的使用壽命，我們采用了配重機(jī)構(gòu)來(lái)減輕氣缸的使用壓力。我們使用滾輪鋼絲繩，鏈輪，配重塊等組成一配重機(jī)構(gòu)。我們選擇配種機(jī)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下所示：鋼絲繩：6×（19）-7-155-Ⅱ-甲鍍右同GB1102-74，即結(jié)構(gòu)型式為6×（19）公稱抗拉強(qiáng)度為1550MPa，Ⅱ號(hào)甲組鍍鋅鋼絲支撐的直徑7mm右同向捻線接觸鋼絲繩。鏈輪：由于整個(gè)機(jī)構(gòu)的重量很大，即鏈輪所受的載荷很大，因此我們將鏈