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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 研究采用拉瓦爾噴管的冷噴涂技術(shù)模型中 參數(shù)對(duì)粒子速度的影響 關(guān)鍵詞：冷噴涂技術(shù)；模型；九孔拉瓦爾噴管；粒子速度 摘要 單孔和九孔拉瓦爾噴管的模擬超音速流場(chǎng)是在液體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。在研究中，對(duì)于單孔和九孔拉瓦爾噴管，相隔距離和粒子直徑對(duì)銅粒子的沖擊速度影響是不同的。結(jié)果表示在相隔距離相同的情況下，九孔拉瓦爾噴管中的粒子速度高于單孔拉瓦爾噴管中的粒子速度，并且相隔距離越小，九孔拉瓦爾噴管也能獲得更高的粒子速度。此外，在研究中發(fā)現(xiàn)不同的噴射壓力和溫度對(duì)銅粒子的粒子速度也有影響。模型研究表明較高的噴射壓力和溫度可以獲得較好的粒子噴射速度。 介紹 冷噴涂的過(guò)程中，噴嘴和基體之間的相隔距離（SoD）是重要參數(shù)之一，它直接影響了粒子的沖擊速度。許多學(xué)者已經(jīng)把研究重心集中在這一個(gè)問(wèn)題。pattison［1] 發(fā)現(xiàn)當(dāng)SoD很小時(shí)，一個(gè)噴流弓形激波會(huì)在超音速射流和基體之見(jiàn)的沖擊區(qū)域內(nèi)成型，并且當(dāng)它減少粒子沖擊速度時(shí)，噴流弓形激波對(duì)工作過(guò)程是有害的。他的研究也表明堆積效率接近SoD，和噴流弓形激波的堆積效率被壓縮在SoD的40% ，小于60毫米或者更少時(shí)要使用一個(gè)定做的氦氣噴嘴，在2.0 MPa和200 °C 條件下工作。Alkhimov［2]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴射空氣和氦時(shí)，噴流弓形激波和基體之間所造的壓縮層的厚度取決SoD，而SoD越小，壓縮層越厚。他的研究也表明鋁粒子作為直徑小于5微米的粒子，在壓縮層中明顯減速。Gilmore［3] 和 Dykhuizen［4] 也發(fā)現(xiàn)直徑小于5微米的粒能被減速甚至從噴流弓形激波中遠(yuǎn)離基體。 這項(xiàng)研究要表明九孔拉瓦爾噴管與單孔拉瓦爾噴管相比，減少噴流弓形激波對(duì)粒子速度沖擊所帶來(lái)的不利的影響，在相同狀態(tài)之下會(huì)獲得比較好的噴射效果。 理論模型 數(shù)學(xué)模型。 可壓縮的流量是一種非常復(fù)雜、廣泛的現(xiàn)象，并且噴嘴的實(shí)際流量是在實(shí)際條件下不恒定的等熵流量。噴嘴的流量?jī)?nèi)部被認(rèn)為是一個(gè)穩(wěn)定的等熵流量在理論上是為了簡(jiǎn)化模擬。用方程[5]描述這個(gè)過(guò)程。 連續(xù)方程： 動(dòng)量方程： 能量方程： 狀態(tài)方程： u、p和T分別表示流量速度、壓力和溫度；p、和k分別表示流量密度，黏性應(yīng)力張量和熱傳導(dǎo)性，相應(yīng)的；e，D分別表示每一單位容積內(nèi)的黏著性和粘性耗散。 粒子可以被視為離散階段連續(xù)氣流，球形粒子的加速度氣流可以由方程［6]來(lái)表達(dá)，粒子之間的相互作用和重力可以被忽略。 ，，分別表示粒子速度、直徑和密度；是阻力系數(shù)而且=，和相互聯(lián)系，是是雷諾數(shù)目并被定義為： ，u 是液體動(dòng)力粘度，而且這方程際地被應(yīng)用于＜50000. 幾何學(xué)的模型。 冷噴涂過(guò)程的噴射流量是由噴管的內(nèi)部流量和自由的噴射流量組成。由于九孔噴管的使用，一個(gè)三維模型建立在這一研究中。圖1是九孔噴管的截面圖，有八個(gè)小孔直徑為1.67毫米均勻分布一個(gè)直徑為2.6毫米的中心孔周圍，整個(gè)圓的直徑為6.4毫米。距離 L（如圖1所示）是小孔于中心孔的距離2.25 毫米，這九個(gè)孔的總面積等于直徑為5.4毫米的單孔的面積。在其他方面九孔拉瓦爾噴管與單孔拉瓦爾噴管是一樣的，圖2表示單孔拉瓦爾噴管的截面和計(jì)算域，其主要尺寸見(jiàn)表1。 圖1 九孔拉瓦爾噴管的橫截面 表一 單孔拉瓦爾噴管的主要尺寸 接口條件及解決方法 圖2 單孔拉瓦爾噴管的結(jié)構(gòu)和計(jì)算區(qū)域 如圖2所示，入口氣體為選定的壓力入口邊界條件，和出口氣體為選定的壓力出口邊界條件，都在常溫常壓下進(jìn)行。并且選定空氣為加速狀態(tài)。 標(biāo)準(zhǔn)湍流模型是作為分散氣體湍流流場(chǎng)，和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)能被用來(lái)處理近壁區(qū)。二階逆風(fēng)離散化方案用于解方程。分散相的計(jì)算連續(xù)的流場(chǎng)。 結(jié)果與討論 SoD對(duì)粒子速度的影響 直徑為2微米單孔拉瓦爾噴管和九孔拉瓦爾噴管對(duì)銅粒子沖擊速度的影響如圖3所示，當(dāng)噴射壓力P是2.5MPa 和噴射溫度T為700K兩者情況是不同的。明顯看出在相同模擬條件下，九孔拉瓦爾噴管中的粒子速度要高于單孔拉瓦爾噴管。并且SoD越小，九孔拉瓦爾噴管內(nèi)的粒子速度越高。從圖中也明顯看到單孔拉瓦爾噴管在P=2.5MPa和T=700K情況，SoD值為40毫米。 圖3 SoD對(duì)粒子速度的影響 圖4 粒子直徑對(duì)粒子速度的影響 當(dāng)使用單孔拉瓦爾噴管時(shí)，一系列壓縮波由于基體前的超音速氣流壓縮而生產(chǎn)。壓縮波相互疊加時(shí)，沖擊波就會(huì)發(fā)生。當(dāng)沖擊波，壓力，密度，氣流溫度急劇上升，馬赫數(shù)急劇下降時(shí)，超音速氣流將變成亞音速氣流。由于沖擊波的影響粒子的速度不斷減小，增強(qiáng)基體的抗沖擊強(qiáng)度和減少SoD的距離，對(duì)粒子速度沒(méi)有影響。 所以在九孔拉瓦爾噴管中的粒子速度會(huì)使氣流趨于穩(wěn)定。 粒子直徑對(duì)粒子速度的影響。 圖4表示在模擬狀態(tài)SoD=40mm, P=2.5MPa ，T=700K下，銅粒子通過(guò)拉瓦爾噴口撞擊基體時(shí)，粒子直徑對(duì)粒子速度的影響。它明顯的說(shuō)明用不同的拉瓦爾噴管會(huì)獲得不同的粒子速度，在相同條件下，使用九孔拉瓦爾噴管的粒子速度高于使用單孔拉瓦爾噴管的粒子速度。 因?yàn)樾×Ｗ泳哂械唾|(zhì)量、低慣性，并且易受氣體影響，所以沖擊基體之前，粒子速度的沖擊波將減小。若使用九孔拉瓦爾噴管，沖擊波減弱時(shí)，粒子速度變化不大。較大的粒子具有較高的質(zhì)量，較大的慣性并且不易被氣體所加速，因此這樣的粒子速度不能影響沖擊基體的沖擊波。因此九孔拉瓦爾噴管適用與小粒子。 壓力對(duì)粒子速度的影響 圖5所示在模擬條件SoD=40mm, T=700K下，直徑為2微米的銅粒子通過(guò)九孔拉瓦爾噴嘴沖擊基體時(shí)壓力對(duì)粒子速度的影響。如圖5所示的距離噴嘴進(jìn)口到基體的距離為X。它明顯的表示了在噴嘴和基體之間，粒子的速度變化小并且在出口處趨于穩(wěn)定。隨著噴射壓力的增加，噴嘴內(nèi)的粒子速度有輕微變化，噴嘴外的粒子速度有少量的增大。因此說(shuō)明壓力對(duì)粒子速度影響不大。 圖5 壓力對(duì)粒子速度的影響 圖6 溫度對(duì)粒子速度的影響 溫度對(duì)粒子速度的影響 圖6所示在模擬條件SoD=40mm, T=700K下，直徑為2微米的銅粒子通過(guò)九孔拉瓦爾噴嘴沖擊基體時(shí)溫度對(duì)粒子速度的影響。從圖中明顯看出溫度對(duì)粒子速度的影響是很大的，溫度越高，粒子速度越高。此外，大量的塑性變形容易發(fā)生在入射粒子和高溫的基體之間。 結(jié)論 （1）在相隔距離相同的情況下，九孔拉瓦爾噴管比單孔拉瓦爾噴管獲得的粒子速度更高，且相隔距離越小，九孔拉瓦爾噴管獲得的粒子速度越高。 （2）在相同條件下，九孔拉瓦爾噴管中的較小粒子也可以獲得較高的粒子速度。 （3）在較高的噴射壓力和溫度下，使用九孔拉瓦爾噴管可以使粒子噴射獲得更高的速度。 - 7 - 噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中文摘要： 英文摘要 目錄 1.前言 2電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) （1）大臂電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) （2）基座電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 3軸的設(shè)計(jì)和校核 （1）基座傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) （2）軸的強(qiáng)度校核 （3）基座傳動(dòng)軸上零件校核 …………………………….. ………………………………….. ………………………………………. 前言 首先我介紹一下機(jī)器人產(chǎn)生的背景，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。比如說(shuō)日本，戰(zhàn)后以后開(kāi)始進(jìn)行汽車的工業(yè)，那么這時(shí)候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機(jī)器人來(lái)進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這是從社會(huì)發(fā)展需求本身的一個(gè)需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會(huì)發(fā)展的情況，人們?cè)絹?lái)越不斷探討自然過(guò)程中，在改造自然過(guò)程中，認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中,來(lái)需求能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，那么也就是說(shuō)，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)，來(lái)控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械，通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來(lái)，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動(dòng)作，比方說(shuō)汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過(guò)程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知，這個(gè)力操作力的大小，這個(gè)工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開(kāi)始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺(jué)的機(jī)器人，這種帶感覺(jué)的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺(jué)，比如說(shuō)力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺(jué)，比方說(shuō)在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺(jué)出來(lái)，它能夠通過(guò)視覺(jué)，能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋，它能通過(guò)一個(gè)觸覺(jué)，知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。 那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動(dòng)，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。 機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段，那么也就是說(shuō)，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)，來(lái)控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械，通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來(lái)，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動(dòng)作，比方說(shuō)汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過(guò)程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知，這個(gè)力操作力的大小，這個(gè)工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開(kāi)始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺(jué)的機(jī)器人，這種帶感覺(jué)的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺(jué)，比如說(shuō)力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺(jué)，比方說(shuō)在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺(jué)出來(lái)，它能夠通過(guò)視覺(jué)，能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋，它能通過(guò)一個(gè)觸覺(jué)，知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。 那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動(dòng)，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒(méi)有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來(lái)越豐富，它內(nèi)涵越來(lái)越寬。 我設(shè)計(jì)的噴吐機(jī)器人主要運(yùn)用于房屋墻壁的噴漆，汽車表面噴途等用途。我 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 本論 2.2.1電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 假設(shè)手腕的最大負(fù)荷重量3kg，初估腕部的重量3kg，最大運(yùn)動(dòng)速度V=1.5m/s 功率P=fv=mgv=6×10×1.5=90kw 取安全系數(shù)為1.2， 考慮到傳動(dòng)損失和摩擦，最終的電機(jī)功率P=110W。 查表選擇75BF004型號(hào)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 具體參數(shù)如下表 型號(hào) 相數(shù) 步距角 最大精轉(zhuǎn)矩 安裝外徑 長(zhǎng)度 軸徑 重量 75BF004 3 1.5 0.882NM 75mm 75mm 6mm 1.58kg 小臂減速比的確定 求角速度 W＝==3.75r/s 其中W為角速度（r/s） V為運(yùn)動(dòng)速度（m/s） R為小臂連桿的長(zhǎng)度（400mm） 在求實(shí)際轉(zhuǎn)速 N＝=36r/min 最后求得總傳動(dòng)比：i= 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n＝ 其中為步距角 f為控制脈沖頻率 由電動(dòng)機(jī)型號(hào)查表求得f＝2500hz 則 n＝==625r/min 則i==17.3 取i整＝17 查表采用行星齒輪結(jié)構(gòu)的 諧波減速器具體機(jī)構(gòu)及參數(shù)如下所示 ： 行星齒輪減速器 自齒 輸出端軸承 滾珠軸承 最大 允許軸向載荷 150N 最大允許安裝力 300N 推薦輸入速度 800rpm 減速比 17：1 輸出最大轉(zhuǎn)矩 15N.M 允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩 22.5N.M 具體安裝尺寸見(jiàn)下圖所示： 2.2.2機(jī)座電動(dòng)機(jī)和大臂電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同小臂采用相同原理 大臂電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)： 初步估計(jì)大臂電動(dòng)機(jī)的 負(fù)載為16kg 最大運(yùn)動(dòng)速度為1.5m/s 同理求得P=288W 查相關(guān)手冊(cè)選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：90BF003 具體參數(shù)如下： 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 相數(shù) 步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩 最大啟動(dòng)功率 90BF003 3 1.5 1.96 1500HZ 質(zhì)量 外徑 長(zhǎng)度 軸徑 最大運(yùn)行頻率 4.2kg 90mm 125mm 9mm 8000hz 由以上數(shù)據(jù)可得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 由公式n＝==2000r/min 又由W===2.14r/s 實(shí)際轉(zhuǎn)速n’==20r/min 由公式得 i總＝==100 查表采用行星齒輪結(jié)構(gòu)的諧波減速器，具體參數(shù)如下表 ： 行星齒輪減速器 直齒 輸出端軸承 滾珠軸承 最大允許軸向載荷 250N 最大安裝力 410N 推薦輸入速度 8000rpm 減速比 100：1 輸出最大轉(zhuǎn)矩 26N.M 允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩 36N.M 具體安裝尺寸見(jiàn)下圖： 2.23機(jī)座電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 初步估計(jì)電動(dòng)機(jī)最大載荷重量為m=30kg 最大運(yùn)動(dòng)速度V＝1.5m/s 功率P＝FV=mgv=30×10×1.5＝450W 取安全系數(shù)為1.2 則P’＝P×1.2＝540W 考慮到傳動(dòng)損失和摩擦，最終的電動(dòng)機(jī)功率確定為P額=560W 查表找出電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下表 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 相數(shù) 步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩 最大啟動(dòng)功率 90BF001 4 1.8 3.92 2000HZ 質(zhì)量 外徑 長(zhǎng)度 軸徑 最大運(yùn)行頻率 4.5kg 90mm 145mm 9mm 8000hz 求基座電動(dòng)機(jī)的諧波減速比： 由公式n＝==2400r/min 又由基座傳動(dòng)軸與噴槍幾乎處在 同一直線的特殊位置故： W===15r/s 實(shí)際轉(zhuǎn)速n’===143 最后求得總傳動(dòng)比 i總＝==16.7 取i整＝17 基座電動(dòng)機(jī)也采用同諧波減速器相聯(lián)一體的結(jié)構(gòu)。具體參見(jiàn)下圖，安裝尺寸見(jiàn)下： 行星齒輪減速器 直齒 輸出端軸承 滾珠軸承 最大允許軸向載荷 250N 最大安裝力 410N 推薦輸入速度 8000rpm 減速比 17：1 輸出最大轉(zhuǎn)矩 26N.M 允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩 36N.M 3.軸的設(shè)計(jì)和校核 軸的結(jié)構(gòu)決定與受力情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型和尺寸，軸的毛坯和制造，裝配工藝，以及運(yùn)輸，安裝等條件，軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中。 3.1基座傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 取軸的材料為45鋼。調(diào)制處理。 a.軸經(jīng)同電動(dòng)機(jī)輸出軸相同大小故d=9mm b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從出開(kāi)始逐段確定軸徑，上面是軸段1的直徑。 軸段1上 用套筒開(kāi)通鍵和電動(dòng)機(jī)輸出軸相連。由于套筒幾乎不受軸向力故在套筒上開(kāi)一緊盯螺釘螺釘采用。 軸段2上安裝套筒。右端用軸肩固定，考慮到軸的強(qiáng)度取軸徑＝18mm 軸段3上要安裝軸承，其直徑應(yīng)該便于軸承安裝，，故取軸段3的直徑為d=30mm 軸段4左端用軸肩固定軸承，有軸承的安裝尺寸可得＝40mm。根據(jù)尺寸結(jié)構(gòu)和便于控制軸段4末端采用圓孔型結(jié)構(gòu)。具體尺寸見(jiàn)圖。 C. 各段長(zhǎng)度的確定 根據(jù)套筒及箱體結(jié)構(gòu)的尺寸?。?0mm 考慮到套筒長(zhǎng)及箱體的長(zhǎng)度?。?8mm 根據(jù)軸承寬度?。?4mm 由機(jī)器人的噴涂范圍及基座總長(zhǎng)等因素?。?26mm 軸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示： 3.2軸的強(qiáng)度校核 軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求，進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。 a 計(jì)算軸上的轉(zhuǎn)矩T 主軸上的傳遞功率 ＝==0.7kw T=9.55** =9.55**=4.67*N b 軸的受力分析 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：=4.67*N=9.55** c 按彎矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 （1）。繪制軸受力簡(jiǎn)圖。見(jiàn)圖a （2）。繪制垂直面彎矩圖b 軸承支撐力 =mg=32*10=320 又有*L=* = 計(jì)算彎矩 截面C右側(cè)彎矩 NM 截面C左側(cè)彎矩 NM d 繪制水平面彎矩圖 由于軸承水平面幾乎不受外力?？梢院雎圆凰?。 e 繪制彎矩圖 NM NM f 繪制轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化 取＝0.6 截面C處的當(dāng)量彎矩為 g 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 故滿足強(qiáng)度要求 3.3基座傳動(dòng)軸上零件的校核 3.31鍵的校核： 根據(jù)軸徑的大小選擇鍵的類型， 由GB1096-79查表取鍵的規(guī)格：b*h=3*3 取鍵的系列長(zhǎng)度L=12mm 鍵的材料選用45剛 校核擠壓強(qiáng)度： 又有L=12-3=9mm 。 查表求得許用擠壓應(yīng)力＝(120－150)MP 故 擠壓強(qiáng)度足夠 3.3.2傳動(dòng)軸上軸承的校核 滾動(dòng)軸承的主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕和塑性變形。滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)為 針對(duì)疲勞點(diǎn)蝕進(jìn)行壽命計(jì)算，針對(duì)塑性變形進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)于轉(zhuǎn)速較承 除進(jìn)行壽命計(jì)算外還需要計(jì)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。 課題中選用的軸承規(guī)格為：30206型。 具體參數(shù)如下表： 型號(hào) D d T B C 額定動(dòng)載荷 額定靜載荷 30206 62 30 17.5 16 14 41.2KN 29.5KN 如下圖所示： a. 求當(dāng)量動(dòng)載荷P: 對(duì)于只受徑向載荷為主的軸承，當(dāng)量動(dòng)載荷為： 其中＝3340N 查表得＝1.2 根據(jù)公式計(jì)算：=1.2*3340=4008N 軸承的壽命計(jì)算公式為： 查表得到：C=41200N 對(duì)于球類軸承=3 則有 ：＝＝116×1086＝125998>20000h 故滿足壽命要求。 b.軸承的精強(qiáng)度校核： 求當(dāng)量精載荷 由于軸承只承受徑向載荷，由于則 =17668.6 靜強(qiáng)度選擇軸承的計(jì)算公式為： 查表=2 則=3533.7N 查表后得到：=505*N 故滿足要求。 3.4大臂軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的材料選擇45號(hào)剛，調(diào)制處理。 各段軸徑的確定 軸段1由于和電動(dòng)機(jī)配合故＝9mm 考慮到在軸段2上裝上套筒故取軸徑d=20mm 軸段3上安裝軸承，其直徑因該便于軸承的安裝，又因該符合軸承的內(nèi)徑系列。即軸段3的直徑和軸承型號(hào)的選則同時(shí)進(jìn)行，軸承型號(hào)為6..6型的深溝球軸承，故＝30mm 軸段4的右端固定軸承故?。?5mm 各段長(zhǎng)度的確定 各段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上零件的配合部分長(zhǎng)度確定，還和箱體及軸承蓋等零件又關(guān)。 考慮到套筒長(zhǎng)取軸段1＝30mm 軸段2上安裝套筒，取長(zhǎng)為26mm 根據(jù)軸承的尺寸取軸段3＝14mm 根據(jù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)取軸段4＝83mm 3.4.1 軸的強(qiáng)度校核 大臂傳動(dòng)軸式一個(gè)傳動(dòng)力矩的軸如下圖所使的結(jié)構(gòu)： a 軸上轉(zhuǎn)矩 主軸上傳遞的功率 又公式代入d＝9mm c=110 則 NM b 畫出垂直面彎矩圖（如下圖） 水平面的支撐反力： 軸承支撐反力，由 則軸承 支撐反力為： 計(jì)算彎矩，取截面C處研究對(duì)象。 經(jīng)計(jì)算： C 繪制水平面彎矩圖 由于水平面幾乎不受力的作用，故不予考慮。 d 繪制合成彎矩圖 e 繪制轉(zhuǎn)矩圖：如下圖所示 轉(zhuǎn)矩T＝9.55×＝5250NM f 繪制當(dāng)量彎矩圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化 ?。?.6 截面C處的當(dāng)量彎矩為： ＝3150NM g 校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度 完全滿足要求。 3.5大臂上零件的校核 3.51軸段1上鍵的校核 由軸的直徑確定鍵的類型，根據(jù)GB1096-79選取鍵的類型 B*h=3*3 其中L=12mm 校核擠壓強(qiáng)度： ，又有L=12-3=9mm 又由轉(zhuǎn)矩T=5.25* 故 故強(qiáng)度滿足要求 3.5．2軸承的校核。 滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)為 針對(duì)疲勞點(diǎn)蝕進(jìn)行壽命計(jì)算，針對(duì)塑性變形進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)于轉(zhuǎn)速較承 除進(jìn)行壽命計(jì)算外還需要計(jì)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。 大臂傳動(dòng)軸選用的軸承規(guī)格為：6006型。 求當(dāng)量動(dòng)載荷 式中為徑向載荷 為軸向載荷 為載荷系數(shù) 由于軸承主要承受徑向載荷故當(dāng)量動(dòng)載荷為： 其中＝424.7N又根據(jù)工作條件查表得到＝1.2 則＝1.2×424.7＝509。64N 根據(jù)公式計(jì)算壽命： 查表C=10200N 對(duì)于球類軸承＝3 則＝66790.6>20000h 故滿足要求。 靜強(qiáng)度校核： 求當(dāng)量靜載荷 軸承主要承受徑向載荷，?。? 則＝293.04 靜強(qiáng)度校核選用公式: 查表?。? 則有： 查表得到=50500N 則可得到：。符合靜強(qiáng)度要求。 箱體的設(shè)計(jì) 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 結(jié)論 》。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 謝辭 在此我要特別感謝我們的指導(dǎo)教師常主任給我的無(wú)盡的幫助，對(duì)我的指導(dǎo)，陪伴我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們能夠按時(shí)保質(zhì)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時(shí)我還要感謝我同組的同學(xué)對(duì)我的幫助和大力支持，使我能夠盡可能在短的時(shí)間完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) 〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)〉〉 〈〈機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)〉〉 〈〈機(jī)械制圖〉〉 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 附錄：六張圖紙 噴吐機(jī)器人的裝配圖 。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。