机械设计传动系统设计

汕头大学工学院

二级项目报告

（第三阶段）

项目名称：机械传动设计

项目题目：机械臂带传动设计

指导教师：

系别：机电系

专业：机械设计制造及其自动化

姓名：组长：XXX

成员：X X XXX XXX XXX

XXX XXX XXX XXX

阶段时间： 2009 年12 月 04 日至 12 月 15 日成绩：评阅人：

传动系统的设计

一、设计题目

块状物抓取搬运是流水线等工作场合中时常所需的流程之一。机械臂可以在较高程度上满足这一要求，现即须设计一机械臂关节的传动系统。该系统的传动过程如下，电机为动力源，通过一对齿轮减速后，再由一条同步带将动力传至该机械臂某一关节处。该电机可以通过正反转的控制来实现关节处的正反转控制。

二、原始数据与设计要求

1）动力源为电机，具有快速响应，精确步进等特点

2）机构具有较稳定的传动比

3）关节处实现90度转动的时间不超过5秒钟

4）同步带的传动距离为200~300mm

5）传动系统输出端力矩至少达到10N*M

部分参数值估算如下：

6）关节所属的一截机械臂重量为1kg，长度为300mm，

7）关节转速为W=30度/秒

三、总体设计

（1）机械工作原理

本机械臂由步进电机的驱动带传动。机械臂由底座、支架、三组运动臂动臂（图一）及功能手（夹取模块，图二）组成。

图一

图二

（2）运动原理图

如下图所示，电机1的转动通过齿轮1把力矩传给齿轮2，齿轮2通过键传动带动大臂的上下摆动。电机2的转动通过带轮1（带轮1与齿轮4紧固连接，与大臂轴是间隙连接）把转矩传给带轮2，从而带动小臂的运动。

.

（3）机械工作循环图

1）机械循环如图 机械臂初始角度为0，转动范围为2ψ。现取ψ为45度。 2）工作路线简述如下： 机械臂主要是抓取一个小物品，首先臂在平衡位置，工作时，往下偏移一个ψ角度，然

后回到平衡位置，再放到正ψ角度，最后回到原位置。 3）循环工作图如下

4）臂位移与角度的关系

据两点间距离公式222

()x r y l -+=，其中X 为臂上端点的横坐标，Y 为纵坐标，r 为

臂长，l 为端点位移，可得位移是条圆弧

故得位移与角度间的循环图，如下：

四、技术设计

（1）传动带设计

电机额定功率P=12*0.6=7.2W,P1=0.9*7.2=6.48W,转速n1=14r/min,i=1.4,每天额定工作时间t=5h。

1）确定计算功率Pca，查表3-5，得工作情况系数 K A=1.0

P ca=P*K A=0.00648KW

2）选择带型，选取普通V带Y型

3）确定带轮基准直径

查表3-2和3-9，取主动轮基准直径 d1=35.5mm

从动轮基准直径 d2=i*d1=1.4*35.5=50mm

查表3-9，取标准从动轮直径 d2=50mm

带速： V =(πd1n1)/(60*1000)

=π*35.5*14/（60*100）

=0.026m/s

4）确定V型带基准长度及传动中心距

据 0.7*（d1+d2）≤a0≤2*（d1+d2），得：59.85 ≤ a0≤171mm

初步确定 a0 = 160mm

基准带长度为 L0 = 2*a0+π*(d1+d2)/2+(d2-d1)2/(4*a0)

= 2*160+π*(35.5+50)/2+(50-35.5) 2/(4*200)

= 454.5mm

由表3-7选带的基准长度Ld = 450mm，得：

实际中心距 a = a0+(Ld-L0)/2

= 160+(450-454.5)/2

= 157.75mm

5）验算主动轮上的包角α1,得

α1 = 1800-(d2-d1)*57.30

/a

= 1800-(50-35.5)*57.30

/157.75

= 174.70>1200

主动包角合适 6）计算普通V 型带根数Z

Z = P ca /[P] = K A *P/（P0+△P0）Ka*K L

查表3-3a ，3-4a ，得P0=0.04KW ，△P0=0.03KW

查表3-6，K A =0.99，查表3-7，KL=0.96，故Z=0.52，取整，则Z=1 7）计算张紧力F 0

查表3-1，有q = 0.02kg/m

F 0 = 500* P ca*（2.5/ Ka-1）/Z*V+qV

2

= 500*0.00648(2.5/0.99-1)/（1*0.026）+0.02*0.0262

= 190.1N 8)计算轴上的压力F Q

F Q = 2Z F 0sin(α1/2)

= 2*1*190.1*sin(174.70

/2) = 379.8N

（2）齿轮设计

1）选择齿轮材料：

小齿：碳钢 200HBW σh1 = 420Mpa σf1=280Mpa 大齿：球墨铸铁 150HBW σh2 = 350Mpa σf2=90Mpa 查表6-3得安全系数 Shmin = 1.0,Sfmin=1.3 由图6-8a 查得接触寿命系数 Z1 = Z2 =1.25 弯曲寿命系数 Y1 = Y2 =1.8

应力分析: [σh1] = (σh1/ Shmin) Z1=420*1.25/1.0=525Mpa

[σh2] = (σh2/ Shmin) Z2=350*1.25/1.0=437.5Mpa [σf1] = (σf1/ Sfmin) Z1=280*1.8/1.3=387.7Mpa [σf2] = (σf2/ Sfmin) Z2=90*1.8/1.3=125Mpa

2）按接触疲劳强度计算参数

小齿轮分度圆直径其中u=i=2,66

1119.55*10/9.55*10*0.0072/144911T P n N

===

由表6-7查得K=1.3, KT 1=6385.9N.mm Z H =2.5

查表6-8得Z E = 180.5Mpa 由表6-11查得d

ψ=1

则代数求得d1=30.1mm 又由π

1(1)/2(12)*30.1/245.2a u d mm

=+=+=，取a=50mm