六足機(jī)器人的設(shè)計(jì)【三維SW】
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軸的設(shè)計(jì)與校核高速軸的計(jì)算。(1)選擇軸的材料選取45鋼,調(diào)制處理,參數(shù)如下:硬度為HBS220抗拉強(qiáng)度極限B650MPa屈服強(qiáng)度極限s360MPa彎曲疲勞極限1270MPa剪切疲勞極限1155MPa許用彎應(yīng)力1=60MPa 二初步估算軸的最小直徑由前面的傳動(dòng)裝置的參數(shù)可知= 323.6 r/min; =6.5184(KW);查表可取=115; 機(jī)械設(shè)計(jì)第八版370頁(yè)表15-3=31.26mm三軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)擬定軸上零件的裝配方案如圖(軸1),從左到右依次為軸承、軸承端蓋、小齒輪1、軸套、軸承、帶輪。(2)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1.軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處的直徑,取=32 mm,為了保證軸端擋圈只壓在帶輪上而不壓在端面上,故段的長(zhǎng)度應(yīng)比帶輪的寬度略短一些,取帶輪的寬度為50 mm,現(xiàn)取。帶輪的右端采用軸肩定位,軸肩的高度,取=2.5 mm,則=37 mm。軸承端蓋的總寬度為20 mm,根據(jù)軸承端蓋的拆裝及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求,取蓋端的外端面與帶輪的左端面間的距離=30 mm,故取=50 mm.2.初步選責(zé)滾動(dòng)軸承。因?yàn)檩S主要受徑向力的作用,一般情況下不受軸向力的作用,故選用深溝球滾動(dòng)軸承,由于軸=37 mm,故軸承的型號(hào)為6208,其尺寸為40mm,80mm, mm.所以=40mm,= =18mm3.取做成齒輪處的軸段的直徑=45mm,=64mm取齒輪距箱體內(nèi)壁間距離a10mm, 考慮到箱體的鑄造誤差,4.在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí),應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s,取s4mm,則s+a4mm10mm14mm=48mm同理=s+a=14mm,=43 mm至此,已經(jīng)初步確定了各軸段的長(zhǎng)度和直徑(3)軸上零件的軸向定位齒輪,帶輪和軸的軸向定位均采用平鍵鏈接(詳細(xì)的選擇見后面的鍵的選擇過程)(4)確定軸上的倒角和圓角尺寸參考課本表152,取軸端倒角為145,各軸肩處的圓角半徑 R=1.2mm (四)計(jì)算過程 1.根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖,如圖,對(duì)于6208深溝球滾軸承的,簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距: L= = -2a= 18+14+64+14+18-2 9=120mm=47+50+9=106mm,=55 mm, =65mm2.作用在齒輪上的力= =916.6N333.6N計(jì)算支反力水平方向的M=0,所以 ,=458.3N0, =541.6N垂直方向的M=0,有0, =197N0, =166.8N計(jì)算彎矩水平面的彎矩= =29789.5垂直面彎矩10840 10840合成彎矩=31700=31700根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖,可看出C為危險(xiǎn)截面,現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的及M的值列于下表:載荷水平面H垂直面V支反力541.6N458.3N197N166.8N彎矩=29789.510840總彎矩=31700=31700扭矩T=1953003.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155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0.6,軸的計(jì)算應(yīng)力 =13.51QMPa已由前面查得許用彎應(yīng)力1=60Mpa,因,故安全。4.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度截面A,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,B均無(wú)需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看,截面和V和VI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VI的應(yīng)力集中的影響和截面V的相近,但截面VI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V的左側(cè)即可,因?yàn)閂的右側(cè)是個(gè)軸環(huán)直徑比較大,故可不必校核。2)截面V左側(cè)抗彎截面系數(shù):W0.1d30.14539112.5mm3抗扭截面系數(shù):WT0.2d30.245318225mm3截面V左側(cè)的彎矩為13256.36截面V上的扭矩為=195300截面上的彎曲應(yīng)力=1.45Mpa截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=21.45Mpa軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表可查得=640 MPa, =155 MPa, =275Mpa過盈配合處的的值,由課本附表3-8用插入法求出,并取,2.18 則0.82.181.744軸按磨削加工,由課本附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)0.92故得綜合系數(shù)值為: 2.267 1.831又由課本31及32得炭鋼得特性系數(shù)0.10.2 ,取 0.10.050.1 ,取 0.05所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為=83.6=7.687.652S=1.6(因計(jì)算精度較低,材料不夠均勻,故選取s1.6)故該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。因無(wú)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。八低速軸的計(jì)算1.軸的材料選取選取45鋼,調(diào)制處理,參數(shù)如下:硬度為HBS220抗拉強(qiáng)度極限B650MPa屈服強(qiáng)度極限s360MPa彎曲疲勞極限1270MPa剪切疲勞極限1155MPa許用彎應(yīng)力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=11558.4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(zhǎng)度L142mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度。故取60mm3.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(zhǎng)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)d70mm,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:d75mm ; 軸承寬度:B31mm,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,?。?)取做成齒輪處的軸段-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64mm,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(rùn)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?。?)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參考課本表152,取軸端倒角為145,各軸肩處的圓角半徑為R1.2mm參考課本表152,取軸端倒角為145,各軸肩處的圓角半徑為R1.2mm4.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 MB0, 故 =0, 垂直面方向 MB0, 故F0,2)計(jì)算彎距水平面彎距= =185295垂直面彎矩6745767430合成彎矩=197190=197190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的值列于下表3:載荷水平面H垂直面V支反力彎距M總彎距扭距TT1307.2 Nm5.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155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0.6,軸的計(jì)算應(yīng)力 MPa13.166 MPa已由前面查得許用彎應(yīng)力1=60MPa,因S1.6(因計(jì)算精度較低,材料不夠均勻,故選取s1.6)故該軸在截面右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。因無(wú)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。
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