工件输送机的结构设计

题目：工件输送机的结构设计

［键入文档标题］

摘要

二十一世纪是个科学技术以及工业高速发展的时代，竞争越来激烈，一个企业

要想在激烈的市场竞争中得以生存，就不断地开发新的技术，不断创新，走低消耗，

提升企业的生产效率的，要不断地改善生产线，引进高新技术，例如自动化生产线。

在生产过程中，物料的移动伴随着生产活动贯穿整个生产过程，直到成品的输出。

在一般情况下，生产活动包括四个基本环节：加工装备、搬运、停滞和检验。但是

人们往往只注重加工环节而忽略搬运输送等方面，然而搬运输送环节却对生产效率

有着重要的影响。根据统计，整个生产活动周期中，加工作业时间占用比例比较小，

大部分时间都用在物料的储存、装卸和搬运等。若要缩短生产活动周期的时间，就

应同时改善加工、检验、搬运和停滞环节，尤其是搬运环节。虽说加工是作为制造

生产价值的主要任务，但加工环节对整个系统的生产周期并无显著作用。据了解，

在总经营费用中，有20%~50%是物料搬运的，如果能够合理的设计搬运流程，可将

这笔费用降低10%~30%»科学合理的物料输送系统是企业技术先进程度的重要标志

之一。在工业发达的国家中，企业非常重视工厂的物料输送系统设计及规划，如物

料在生产过程中用到的搬运设备和路线。一个合理的输送系统设计将有利于减少企

业的生产成本，提高经济效益。

关键词：输送机结构设计机械传动

［键入文档标题］

Structuredesignofworkpiececonveyor

Abstract：21stcentury,aneraofrapiddevelopmentofscienceandtechnologyaswellas

industry,growingcompetition,acompanywantstosurviveinthefiercecompetitionin

themarket,wemustcontinuetodevelopnewtechnologies,innovative,lowconsumption,

enhancetheproductivityofenterprises,toimproveconstantlytheproductionline,the

introductionofhigh-tech,suchasautomatedproductionlines.Intheproductionprocess,

materialmovesalongwithproductionactivitiesthroughouttheentireproductionprocess,

untilthefinishedproductoutput.Typically,productionactivitiesconsistoffourbasic

aspects:processingandtestingequipment,handling,stagnation.Butpeopletendtofocus

onaspectsofprocessingratherthanhandlingconveyor,howeverhandlingtransportlinks

buthasanimportantinfluenceonproductivity.Accordingtostatistics,theentire

productioncycle,lessprocessingtimethan,withmostofthetimeinstorage,handling

andtransportationofmaterials,transport,andsoon.Toshortentheproductioncycletime,

itshouldimprovetheprocessing,inspection,handlingandstagnantaspect,especially

transportlinks.Processingisthemaintaskasthevalueofmanufacturingproduction,

processingproductioncycleandhadnosignificanteffectontheoverallsystem.Itis

understoodthatintotaloperatingexpenses,thereare20%〜50%materialshandling,if

rationaldesignandhandlingprocesses,lessonswillthisexpensereduced10%〜30%.

Scientificandrationalmaterialhandlingsystemisanimportantsymboloftechnological

sophistication.Inindustrializedcountries,enterprisesattachgreatimportancetothe

plant'smaterialsystemdesignandplanning,suchasmaterialhandlingequipmentusedin

theproductionprocessandroute.Areasonabledeliverysystemdesignwillhelpreduce

theproductioncost,andincreaseeconomicefficiency.

Keywords:ConveyorInstitutionaldesignMechanicaltransmission

II

［键入文档标题］

目次

摘要.....................................................................I

Abstract.................................................................................................................................II

1绪论....................................................................1

1.1输送机简介..........................................................1

1.2输送机的发展趋势...................................................1

1.3机构设计方案比较及选择.............................................1

1.4选定设计方案的介绍.................................................3

2连杆机构的设计..........................................................4

2.1连杆设计的基本问题..................................................4

2.1.1设计内容........................................................4

2.1.2执行机构的选择..................................................4

2.1.3机构中各构件尺寸的设计..........................................4

2.2连杆构件的运动速度以及加速度分析...................................7

2.2.1机构运动速度的分析..............................................7

2.2.2机构运动加速度的分析............................................8

2.3校链连杆机构动态静力的分析.........................................10

2.3.1确定各构件的惯性力和惯性力偶矩................................10

2.3.2机构动态静力分析...............................................11

2.4杆件的强度计算校核.................................................13

2.4.1机构材料和横截面的选择........................................14

2.4.2杆件之间的联结以及强度校核....................................14

3传动方案设计和电动机的选取.............................................17

3.1传动装置...........................................................17

3.1.1传动方案设计..................................................17

［键入文档标题］

3.1.2机械效率估算...................................................18

3.1.3电动机的类型...................................................18

3.1.4电动机功率的计算...............................................18

3.2传动比的计算分配..................................................19

3.2.1总的传动比.....................................................19

3.2.2确定减速器各级传动比...........................................19

3.3各级传动以及动力参数计算..........................................20

3.3.1各轴转速的计算.................................................20

3.3.2各轴功率的计算................................................20

3.3.3各轴转矩的计算................................................20

4减速器主要零部件设计和联轴器选择......................................21

4.1齿轮减速器的设计..................................................21

4.1.1齿轮减速器主要传动零件设计...................................21

4.1.2轴结构及尺寸的设计............................................29

4.1.3滚动轴承的选取................................................41

4.1.4键的选择和连接强度计算.......................................42

4.2减速器的润滑和密封................................................43

4.2.1减速器的润滑..................................................44

4.2.2减速器的密封..................................................44

4.2.3减速器箱体设计.................................................44

4.3联轴器的选择......................................................45

5机架的设计.............................................................46

5.1机架材料的选择....................................................46

5.2机架上的附件设计..................................................46

6结论...................................................................48

致谢...................................................................49

［键入文档标题］

参考文献.................................................................50

［键入文档标题］

1绪论

1.1输送机简介

输送机在工业生产过程中的应用越来越广泛，不但节约了不少人力物力财力，

还能够大大地提高了工业生产效率。输送机的种类有很多种，在机械生产过程中，

我们经常见的传输机有带式输送机、螺旋输送机、垂直输送机（升降机）、刮板输送

机、悬挂式输送机、链条式输送机、还有滚筒输送机等。根据工程的要求以及输送

的材料或工件不同，选择的输送机也就不同。每一种输送机都有自己独特的功能。

例如，螺旋输送机适用于输送颗粒状或粉末状物料；皮带输送机适用于煤或粮食等

散料；刮板输送机主要用于输送以流动物料。每一种输送机工作场合都有一定的局

限。在生产中，需要输送体积及重量稍大的工件时，这些输送机便达不到作业的要

求了，生产线上输送箱体类的物料，用带式输送机或滚筒输送机靠摩擦力传送，容

易发生打滑、工件相互碰撞等现象，这就需要研制新的输送机来满足这一要求，如

步进式输送机，工件在机体的导轨上脉冲式运动，互相之间有一定的间歇，不仅不

会发生工件之间的碰撞，而且使工件卸载到下一工序有一定的卸载时间，生产线才

能够有序的进行。

1.2输送机的发展趋势

1）向大型化的输送机方向发展。大型化包括输送机的输送能力、输送的距离以

及倾斜度更大等方面。

2）扩大输送机的使用范围。发展能够在高温、低温环境条件下、有腐蚀性、放

射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料

的输送机。

3）设计出能够满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的输送机构造。比如邮

局所里用到的自动分拣货物的小车式输送机应能够完成分拣动作的要求等。

4）降低能量消耗以节约能源已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。

将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。

5）降低各种输送机在工作时所产生的烟尘、噪音以及废气的排放。

1.3机构设计方案比较及选择

经查阅相关书籍，根据机构设计以及工件输送机工作方式的要求，得出以下的

四个方案：

方案一：直接用对心曲柄滑块机构实现预定运动。通过异步电动机提供动力，

通过传动装置，曲柄做圆周运动，实现对心曲柄滑块机构往复运动，实现传送，如

图1T所示。

1

［键入文档标题］

图1-1对心曲柄滑块机构

方案二：采用六杆机构实现预定运动。用异步电动机提供动力，传动装置跟方

案一相同，实现六杆机构往复运动，如图1-2所示。

方案三：运用齿轮齿条机构实现预定运动。动力，传动装置同前两方案，一个

与上下齿条同时啮合的齿轮有曲柄驱动作往复运动，下齿条固定不动，上齿条固定

在拨杆上，齿轮可带动拨杆作行程较大的往复运动，如图1-3所示。

往复运动。

在这四个方案中，方案一的机构设计计算简单，横向尺寸较大，传动性能，工

作行程有限且速度平稳性能不高。方案二为六杆机构，相对四杆机构而言，使用多

2

［键入文档标题］

杆机构可达目的：可获得较小的运动所占空间，取得有利的传动角；可获得较大的

机械利益；其在接近机构死点时，具有很大的机械利益；改变从动件的运动特性；

实现机构从动件带停歇的运动;扩大机构从动件的行程,使机构从动件的行程可调；

实现特定要求下的平面引导，结构可靠。方案三对齿轮和齿条的制造精度要求较高，

加工起来比较复杂，而且齿轮齿条为高副接触，容易磨损，磨损后会影响到传动的

平稳性，产生振动及噪音。方案四液压缸执行元件易实现直线往复运动，能输出较

大的力，但不宜用于远距离传送，不能满足扩大行程的要求，且液压传动系统成本

相对较高。经过比较，最终采用方案二，六杆机构实现预定运动。在设计的过程中，

机构部分和传动装置部分的设计分析及为重要。

1.4选定设计方案的介绍

工件输送机是在生产过程中输送物料的设备，它是由电动机提供动力，通过传

动装置实现执行机构驱动滑架做往复直线运动来移动工件。工作行程时，滑架上的

推爪将工件向前推动一个步长的距离，此时滑架返回运动，由于推爪与轴之间装有

弹簧，当推爪从工件下底面滑过，这时工件保持不动，当滑块再向前推动时，推爪

己经复位并推动下一个工件往前移，如此往复，工件不断前移。

选题意义：工件输送机在自动化流水线上得以充分运用，能够提高生产线的生

产效率，减轻劳动强度，保障工人的生命安全，为实现车间无人化提供可靠的条件。

3

［键入文档标题］

2连杆机构的设计

2.1连杆设计的基本问题

连杆机构设计是根据给定的条件来选定机构的形式，确定各个构件的尺寸，也

要满足结构条件（曲柄，杆长的比值等）、动力要求（传动角）以及运动的连续性条

件等。

2.1.1设计内容

工件输送机的特性为：推力F=3000N,步长S=360mm,往返次数65r/min,高度

800mm,宽度250mm,行程系数K=l.25,其摆角①=45°,使用期15年，每天两班的

工作制，工作机构的效率为0.95,最小传动角240°。

2.1.2执行机构的选择

曲柄摇杆机构结构简单，容易实现，能满足生产要求，且工作可靠，不存在高

副机构，故选取曲柄摇杆机构为最终执行机构，曲柄是联接传动装置的输出端，做

周转运动，经过连杆使得摆杆做摇摆运动，推动杆推动滑块做水平运动。有利于润

滑，可以承受较大的负荷，而且运动副形状都比较简单；还可以矿大行程，但机械

传递效率较低。机构简图如图2-1所示，其自由度F=3n-（2pl+p2）=3x5-

（2x7+0）=1,故只需一个原动件。

1-执行机构2-减速器3-电动机4、5-联轴器6-曲柄

图2-1曲柄摇杆机构

2.1.3机构中各构件尺寸的设计

1）由图2T的机构简图，可先通过钱链四杆机构分析，用解析法求此类问题，主

要是利用机构在极位时的特征，如图2-2所示。而两极位时有△C1AC2存在，利用余

玄定理整理后有

4

［键入文档标题］

(1+COS0)a24-(1—COS0)/?2=y(2-1)

式中:g=CtC2=2csinG)。

图2-2机构运动到两极位图

设已知行程速度变化K(或者极位夹角0)、摇杆长度C、摆角6以及曲柄的长

度a(或者连杆的长度b),由式(2-1)即可解得连杆长度b(或者曲柄长度a)。再

求机架的长度。

coskp=(g2+4ab)/［2g(Z?+a)］(2-2)

Y=90°-ip-(p/2(2-3)

d={(b+a)+c2—2(b+a)c义cosy(2-4)

在设计受力较大的有急回运动的曲柄摇杆机构时，一般希望机构的最小传动角

有最大值，可以查摇杆摆角和行程系数的曲线图来进行设计。如果已知行程速度变

化系数K和摇杆的摆角中的曲线图获得B的值，再计算各杆件的相对长度：

a/b=sin(p/2)sin(。/2+0)/cos(<p/2—0/2)(2-5)

b/d=sin(夕/2)cos(。/2+/?)/sin(^/2—。/2)(2-6)

(c/d)2=(a/d+b/d)+1-2(a/d+b/d)cosp(2-7)

选定机架的长度d或者曲柄的长度a,即可求各杆的绝对长度。

通过设计内容给出的摆角中=45°、行程系数K=1.25和步长S=360mm,现取曲

柄的长度为AB=a=120mm。查文献［1］行程速度变化系数K和摇杆和摆角中的曲线图，

取8=52°代入上几式得

180°x(K-l)180°x(1.25-1)

un=-----------------=20°

(K+l)(1.25+1)

5

［键入文档标题］

asin22.5°xsin(10°+52°)

-=-------------------------------i=o346

dcos(22.5°-10°)

bsin22.5°xsin(10o4-52°)

-=--------------------------------=o83

dsin(22.5°-10°)

(c/d)2=(0.346+0.83)2+1-2(0.346+0.83)cos52°=0.93

已知AB=a=120,贝UAD=d=347,BC=b=288,CD=c=335。因为a+d<b+c,所以较

链四杆机构存在曲柄的要求。

2)如图2-3所示，步长S=360,摆角6=45°可得DE=470,故可得机构中各杆件

的长度,如表2-L所示。

表2-1各杆的长度

杆件长度/mm

AB120

BC290

CD335

DE470

CE135

EF200

机构运动过程中，传动角丫的大小是不断变化的，为了保证机构有较好的传动

力的性能，应使传动角不小于40°。

对于曲柄摇杆机构，最小传动角出现在主动曲柄与机架共线的位置处，见图

2-4所示。工作时，曲柄AB会随着传动系统输出轴作圆周运动，通过连杆BC驱动

摇杆DE以固定较链为圆心摇动，自由端运动至右极限E2的位置，输送爪将工件推

6

［键入文档标题］

送一个步长距离后，摇杆DE再向左运动至左极限Ei位置，完成一个工作循环。

图2-4最小传动角位置处

29()2+3352-(350-120)2

Vmin=匕BCD=arccos=42.44°>40°；故满足。

2X290X335

2.2连杆构件的运动速度以及加速度分析

2.2.1机构运动速度的分析

根据运动的往返次数N=65r/min以及步长S=360mni,可以得出工件的平均速度

36X65

v0=°^=0.78m/So由参考文献［9］有

60

1）点B的速度

v=LABx3AB=0-12x竺=0.13m/s

B60

方向垂直于AB,指向与31的转向一致。

2）点C的速度由于点C和点B在同一根构件上的点，则有

Vc=+VCB

速度方向都已知，有两速度大小未知数，作速度多边形求出，设定P点为速度

多边形的起点，B点的速度用Pb表示，再分别从B、P作be表示CB的速度，pc代

表C点的速度，如图2-5所示。

图2-5速度矢量分析图

7

［键入文档标题］

速度比例尺为0.000065(m/s2)/mm得：

vc=0.00065x217.01=0.176m/s

vCB=0.00065x84.23=0.055m/s

3)点E速度因为点E和点C同在杆件3上，所以角速度相等。

lDE470

I7E=j—xVQ-335x0.176=0.247m/s

4)F点的速度

—%+PFE

方向〃FE±DE±FE

大小9V?

Vp=0.00065x246.48=0.16m/s

vFE=0.00065x298.41=0.194m/s

5）各杆件的角速度

vCB0.055

O)2=0.19rad/s

Vc0.176

o）3=厂=---=0.525rad/s

（CD

v0.194

侬4=-EF==0.97rad/s

‘EFnU.N9

2.2.2机构运动加速度的分析

机构的运动加速度分析跟速度分析方法相同的，也是要先求出B、C、D和F点

的加速度，然后再求杆件的角加速度。

1）B点的加速度QB

2

12/65\

an=°-X(而)2

劭—BA~ZABx3/=0.141m/s

加速度方向由B向Ao

2）C点的加速度由C点相对D、B点的运动关系得

ac=«CDn+aCDT

二aB+aCBn+aCBT

方向C玲B±CDB玲ACOB±CB

大小?JICBM?9

式中有两加速度还未确定，作速度多边形合成求解。取P点做加速度多边形,

8

［键入文档标题］

图2-6C点的加速度矢量分析图

由加速度比例尺为4=0.141/200=0.00071(m/s2)/mmo得

2

ac=117.1x0.00071=0.083m/s

r2

aCD=72.45x0.00071=0.051m/s

T2

aCB=90.71x0.00071=0.064m/s

2

aS2=152.09x0.00071=0.108m/s

3)点E的加速度点E和点C都在杆件DE上，则有

,DE470,,

<ZE=j—xtic=335x0.083=0.116m/s

4)点F的加速度根据点F相对点E的运动关系有

Up=«E+aFEn

+aFET

方向水平向右VFfE1FE

大小(2?

?VZEFD4

式中有两个未知数，作速度多边形合成求解，如图2-7所示。

9

［键入文档标题］

图2-7点F加速矢量分析图

由加速度比例尺得

2

aF=530.08X0.00071=0.376m/s

r2

aFE=312.06x0.00071=0.222m/s

5）各杆件的角加速度

T

aCB0.064,

a2=-^T=-029-=°-221rad/S

T

aCD0.051.

a3=-Z^=0335=0152rad/5

GEF，0.222

或4=一==l.Hrad/s92

‘EFU・N

2.3钱链连杆机构动态静力的分析

动态静力分析在工程中常用到的一种方法，它是利用达朗贝尔原理把惯性力和

外力作用在机构的相应构件上，用静力平衡的条件计算出各个运动副中的反作力以

及原动件上的平衡力。进行动态静力分析的步骤：

1）求出各构件的惯性力，并且将它们看成为是外力作用于产生这些惯力的构件

上；

2）然后利用静定条件把机构分解成若干个构件组和平衡力作用的构件；

3）对力的分析次序一般是从距离受到平衡力作用的构件最远的构建组开始，然

后逐步推算到平衡力作用的构件。

2.3.1确定各构件的惯性力和惯性力偶矩

要想进行机构的动态静力分析，则需要计算出每个构件的惯性力，但是机构中

的各构件尺寸、质量以及转动惯量等参数还未确定，根据经验初步设定各构件的质

量和转动惯量的参数，从而进行各构件的静力分析，并在此基础上对各构件进行强

度验算，接着根据强度验算所得的结果对构件尺寸进行修正，设计出构件合理的结

构尺寸。

10

［键入文档标题］

先初定杆件直径，并计算各杆件的质量m以及转动惯量J。选择45号钢作为

杆件的材料，查文献［1］知45钢的密度p=7800kg/m3,初选各杆件直径d=60mm。

m=pXTTX—xZ(2-8)

Y4

J=-xI2(2-9)

J3

J=-xI2(2-10)

」12

计算后杆件的质量以及转动惯量计算结果见表2-2o

表2-2杆件质量特性表

杆件长度L/mm直径d/mm质量m/kg转动惯量J/kg.m2

AB120602.6460.0127

BC290606.3960.0448

DE4706010.3660.7633

EF200604.4100.0147

只有杆件2的惯性力没有作用在机架上，所以在进行杆件动态静力分析时可以

忽略不计，作用在连杆2上的惯性力、惯性力偶以及质心偏移为

Pl2=m2as2=3.396x0.108=0.367N

MI2=Js2a2=0.0448x0.221=0.0099N-m

lh2=M12/PI2=0.0099/0.367=26.96mm

2.3.2机构动态静力分析

首先把各杆件产生的惯性力看成是外力作用于相应的构件上，并按静定的条件

把机构分解成两个杆件组4,3,2以及有平衡作用的杆件1,对杆件进行受力分析。

1)先对杆件EF受力分析，如图2-8所示。

图2-8杆件4的受力图

由杆件整体受力的平衡条件得

nT

ZF=0,R34+R34+G4+Fr+R54n+R5J=0

11

［键入文档标题］

(2-11)

方向〃EF±EFVV//EF±EF

大小？？VV??

对点F的力矩有？MF=O，则

GJ4—'-R34TLeD

44.INx74mm=R34cx200mm

R34T=-16.32N

对点E的力矩有，ME=0，则

T

FJr—G4h4—R54LEF=0

3000x134mm-44.1x74-R54Tx200=0

T

R54=1993.68N

由式(2-11)绘制力的矢量合成图，如图2-9所示。

图2-9杆件4力矢量合成图

由此可得R54=2058.57N；R34=1725.74N

2）对杆件BC和杆件DE整体受力分析，其受力图如图3T0所示。

图2T0杆件BC和DE的受力分析

根据杆件力的平衡条件得

T1111T

R43+R43+G3+R53'+R53+G2+P12+R12+R12”=0

12

［键入文档标题］

方向VVVIDE/7DEVV±BC〃BC

大小VVV??VV??

对点B的力矩有，MB=。，则

R43T八43+^3^3+R53753+^2^2=P12八2

r

-16.32Nx108+103.6Nx298+R53x363+64NX145=0.367Nx180

解得23T=-140.43N

对点E力矩有£ME=0,则

Rl2T九12+P/2%2+G3fI3=G2h2+R53Th53

R12TX274+0.367x110+103.6x30=64x127+140.43x474

解得：％2T=283.8N

绘制出力的矢量合成图，如图2-11所示。

图2T1力的矢量合成图

由力的矢量合成图可得：R53=178N；R12=1565No

3）对杆件1进行力的分析，受力图如图2T2所示。

杆件的受力平衡可得/?21”=R51n=1539N

2.4杆件的强度计算校核

根据上一节对杆件受力情况分析，根据杆件受力的方向判断，杆件主要受到拉

13

［键入文档标题］

压力，属于拉压杆。

2.4.1机构材料和横截面的选择

1)拉压杆的综合性能要求比较高，材料用45号钢，主要物理性质见表2-3。

表2-3杆件材料的力学性能

材料抗拉强度屈服强度剪切疲劳延伸率8密度P弹性模量E

极限。b极限。S极限入1(%)(kg/m3)

45钢640MPa355MPa155MPa167800206GPa

2)杆件截面尺寸的计算

通过上一节对拉压杆所受到外力作用的分析，可以利用强度条件来确定杆件所

需要的横截面积⑺。

A2华詈(2-11)

㈤

式中：A为杆件所需最小横截面积：

FNmax为杆件受到的最大轴向力；

［。］为许用屈服应力，M=与/s。

取安全系数S=1.5,则［o］=350+1.5=233MPa。选摇杆3作为校核，杆件

的形状是圆形，因此直径为

4F/vmax1726X4

d>—————7=3.07mm

兀㈤233x106

考虑到制造条件，经济效益及稳定性等因素，取杆件的直径d=22mm。

2.4.2杆件之间的联结以及强度校核

杆件与其它构件之间的联结一般是利用轴销，耳片及螺栓等相连接，它们之间

的受力和变形较为复杂，我们可以对其进行简化分析。联结件的受力情况如图2-13

所示，可以发现作用在联结件上的作用力与轴销的轴线垂直，受到剪切力和挤压力

的作用。

14

［键入文档标题］

图2-13联结件的受力示意图

1）剪切强度的计算

销轴主要受到剪切力的作用，在力学计算中，可以看作力是均匀分布在剪切面

上，该处受到的剪切力不能超过材料的许用应力［、，由参考文献［7］得

(2-12)

式中：A为剪切面的面积；

Fs为与截面相切的力；

［口为许用切应力，［T］=T/S.

取安全系数S=1.5,则旧=155+1.5=103MPa。所以销轴的最小直径为

14医=4x1726

d>T=4.62mm

兀回-7-T---X---1—0—3——X1—06

取销轴的直径d=10mm。

2）挤压强度计算

轴销和轴孔是直接接触的，在受到外力的作用下，轴销和轴孔的接触面上相互

压紧，受到的应力称为挤压应力。当受到的挤压应力超过许用挤压应力时，接触区

域就会发生明显的塑性变形，导致不能正常工作。挤压应力为F,耳片的厚度为b,

为了避免联结处挤压破坏口则

^bs=77-[^bs](2-13)

△bs

式中：Abs为受压面积；

［。bj为材料的许用挤压应力，瓦』=1.5~2.5［CT］O

15

［键入文档标题］

将杆件收到的力代入式(2-13)得耳片的厚度

b=——一-=0.86mm,取耳片的厚度b=25mm。

35OX1O6X1O

3)杆件稳定性校核

如果作用在细长杆上的轴向压力达到或者超过了临界值时，杆件会突然弯曲，

从而失去稳定性现象，临界压力就是使压杆保持微小的弯曲平衡的最小压力。所以

对于受到轴向压力杆件，除了应该考虑杆件强度和刚度问题以外，还应考虑它们稳

定性问题。

(1)杆件的临界载荷

由材料力学可知两端为钱支细长拉压杆，查参考文献［7］得临界压力

2

「TTEI

Fcr=—(2-14)

式中：E为弹性模量；

I为横截面最小的惯性矩；

1为杆件的长度。

由式(2-14)得摇杆的临界压力为

TT2End4Ti3x206x103x224

Fer=bxk=-------K-------=105.85KN

crI26464x4702

(2)临界校核

使连杆因压力过大而屈服的轴向力为

7rd2[a]ITx222X233

FQ==88.50KN

44

细杆件的承载能力是通过材料的稳定性要求确定的。

16

［键入文档标题］

3传动方案设计和电动机的选取

3.1传动装置

任何一部机械都是由三部分组成的，即原动机、传动装置以及工作机。传动方

式有机械传动、电气传动、气压传动和液压传动等。传动的作用表现为三个方面：

第一，传递动力和运动以满足工作机的要求；第二改变速度的大小及方向；第三，

改变运动形式。机械传动在机械工程中应用比较普遍，就是利用机械零部件来传递

动力和运动，其传动形式可分为两类：第一类靠机械的零件间的摩擦传递动力和运

动。第二类是靠主动件和从动件的啮合来传递动力及运动。如齿轮传动，蜗轮蜗杆

传动等。啮合传动能运用于大功率场面，且传动较准确。

3.1.1传动方案设计

传动方案有链传动、齿轮传动以及带式传动等。

链传动是一种挠性传动，通过链轮的轮齿和链条链节啮合来传递运动和动力。

其主要优点是能保持准确的平均传动比，传递效率高，作用在轴上的径向压力较小，

安装精度较低，可以在潮湿和高温环境中工作，但其只能实现平行轴链轮的同向传

动，磨损后会容易出现跳齿和噪音的现象，不宜用于高速运动的场合。链传动主要

用在要求工作可靠，两周距离相距较远，低速重载，工作环境恶劣。例如摩托车上

应用了链传动，结构上大为简化，而且使用方便可靠；挖土机的运行机构就采用了

链传动。

带传动是一种挠性传动，结构简单，价格低廉，传动平稳，缓冲吸振等优点。

带传动在受到拉力作用时会发生弹性变形，不能保证恒定的传动比，传动精度传动

效率低，所占用的空间比较大。

齿轮传动是机械传动中最重要的传动方式之一，形式多样，应用非常广泛，效

率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高；传动比平稳、工作可靠、

寿命长，设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，使用寿命

可长达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的；齿轮传动有开式齿轮，半

开式齿轮和闭式齿轮。闭式齿轮传动也就是减速器。

本次设计采用二级圆柱减速器和联轴器作为传动方案。二级圆柱齿轮减速器结

构的优点：结构简单，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，轴在转矩作用下产生的

扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的互相抵消，以减缓沿齿宽载荷

分布不均匀的现象，用于载荷比较平衡的场合。为了能够减少车间现场的空间占用

以及减少传动链的原则，因此用弹性联轴器实现动力传动，传递效率高，有一定的

减振作用，还可以做安全装置。传动方案如图3T所示。

17

［键入文档标题］

1-电动机2、5-联轴器3-减速器4-低速级齿轮传动6-高速级齿轮传动

图3T,电动机及传动装置

3.1.2机械效率估算

效率是评定机械传动性能的一个重要指标。不断的提升机械的传动效率，才能

节省能源，减少费用，取得更好的经济效益。经查参考文献⑴可得，弹性联轴器的

效率小=0.99；I轴上一对滚动轴承效率功=0.99；圆柱齿轮为7级精度，效率小=

0.97；初选n,in轴也为滚动球轴承，效率为%=0.99；工作机构的效率为九,=

0.95。总得机械效率⑵:

口4=/27727732442y(3T)

将各效率代入式(3T)得总效率为

77d=0.992X0.99x0.97x0.97X0.99x0.99X0.95=0.85

3.1.3电动机的类型

在工业发展中，运动部件大多数是由电动机来带动的。按电动机的工作电源类

分为：直流电动机和交流电动机。交流电动机可分为单向电动机和三相电动机。按

电动机的结构以及工作原理可分：直流电动机、异步电动机、同步电动机。一般工

业设计选择过程中，应先考虑三相异步电动机，其具有节能高效的特点，但也要考

虑工作环境以及工作制度，每天工作制，室内及三相交流电等条件。

3.1.4电动机功率的计算

不同型号的电动机有不同的转速和功率，所以要根据工作机给定的要求来选定

合理的电动机，包括转速以及功率，这样才能满足工作需求，得以正常工作，电机

18

［键入文档标题］

功率的计算⑵:

(3-2)

式中：Pw为工作所需功率；

nd为总得工作效率。

工作机正常工作所需功率为

Fxv(3-3)

1000X77W

式中：F为工作机的工作阻力;

v为工作机的平均速度。

由式（3—2）、（3-3）及运动参数得

3000X0.78m/skw=2.897kw

Pd=1000x0.95x0.85

Pw=2.46kw

经过查询机械设计手册,选择的电动机为Y100L2-4型，其主要参数如表3-1o