搬运码垛机器人毕业设计方案.doc

目录
1绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内码垛机器人研究现状 2
1.3码垛机器人发展趋势 4
2设计方案 5
2.1设计规定 5
2.2 机构构成 5
2.3码垛机器人途径规划 7
3起升机构设计计算 9
3.1 起升机构电机选取 9
3.1.1 起升机构电机容量选取 9
3.2 起升机构钢丝绳选取选取与计算 10
3.2.1钢丝绳绳经选取 10
3.3卷筒设计与计算 11
3.4 起升机构减速器选取 12
3.5起升机构联轴器选取 14
4旋转机构设计计算 16
4.1旋转机构电机选取 16
4.2旋转机构减速器选取 18
4.3旋转机构联轴器选取 19
4.4旋转机构齿轮传动设计 21
4.5旋转机构齿轮传动强度校核 24
4.6旋转机构轴设计计算 27
4.6.1最小轴径拟定 27
4.6.2二轴构造设计及强度校核 28
4.6.3二轴上深沟球轴承校核 33
5堆垛机构设计计算 34
5.1堆垛机构电机选取 34
5.2堆垛机构平台设计 36
5.3槽轮机构设计 36
5.4堆垛机构减速器选取 37
5.5堆垛机构联轴器选取 38
5.6堆垛机构轴最小直径计算 39
结论 41
道谢 42
参照文献 43

1绪论
1.1研究背景及意义
随着当代社会科技水平日新月异变化，机器人技术已经渗入到人类生活中方方面面，演着不可代替角色。机器人是各种学科技术综合而成产物，其应用限度已经逐渐辽阔起来研究机器人已经成为了当今时代趋势。机器人应用状况已经可以作为权衡一种国家现化限度高低重要因素。 从机器人工作环境来对机器人进行分类，大体上能划提成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具备良好性能自动化机械装置，是典型具有很高科技含量机电一体化产品。它在提高产品质量、增长经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同步工业机器人发展状况也是日新月异，因此研发工业机器人是一件刻不容缓事情。
码垛是随着物流产业不断壮大而发展起来一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而可以使物品存储、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运送效率。 在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度规定不高状况下，码垛工作都是通过人工来实现。日后为了减轻工人在码垛时工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等某些比较简朴机械设施。但是随着人们对码垛速度规定不断提高，老式人工码垛方式越来越难以达到人们规定，这种状况下码垛机器人应运而生。
作为工业机器人典型一种，码垛机器人技术近几年有着非常迅速发展，这样发展速度和当今世界制造业小批量、各种类发展模式是十分吻合。码垛机器人有着工作能力强、运营速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范畴广等特点，从而在市场上备受青睐，正由于这些长处，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。
近年来，袋装物品需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运送需求也在急剧增长。在国内有大量袋装物品需要进行码垛、卸垛和运送。当前，对袋装物品火车运送来讲，火车站台卸车、站台码垛、运送装车、运送卸车、库房码垛等工作普通均为人力操作，这样做极大地消耗了人力物力。特别是在环境比较恶劣状况下，工作成本会很大且效率比较低。而结合了机器人技术和码垛技术码垛机器人既可以大幅度地提高工作效率，又可以大大增强工作过程中安全性，从而节约了大量人力资源，有很大经济和现实意义。
自从上世纪70年代码垛领域有了机器人技术加盟之后，机器人码垛技术获得了很大突破，抓取货品类型、抓取速度和运营过程中精准性、稳定性都在不断地升级。码垛机器人这些长处会使码垛机器人广泛使用变为一种不可阻挡趋势，会拥有极其辽阔应用前景。 人类科技文明不断进步大大增进了人们对更有效工作方式渴望，减少劳动强度，以及更加高效、高质量地完毕码垛工作已经逐渐被人们注重起来。各行各业对其劳动效率和工作规定都在不断提高，因而在码垛工作上也在寻找着更加以便、有效工具来更好地完毕各项任务，但是老式码垛方式由于其种种弊端，已经越来越难以满足公司需求了。
近几年来，码垛机器人在各行各业应用在逐渐增多，特别是在物流运送过程中有着举足轻重作用，特别是自动化仓库浮现，更加引导了码垛机器人发展。 当前国内码垛设备基本上是进口，国内码垛机器人研发技术还不是十提成熟，国内码垛机器人研究水平和国外尚有着很大差距。中华人民共和国又是一种劳动力密集型发展中华人民共和国家，耗费人力资源进行工作特别多，随着国内对码垛机器人不断需求与国内码垛机器人技术落后之间矛盾日益突出，开发和研究自己码垛机器人就显得刻不容缓。
1.2国内码垛机器人研究现状
国内机器人有关技术起步比较晚，20 世纪 70 年代，国内才开始引进机器人技术，由于当时受着诸多因素限制，发展相对缓慢，研究水平也较低。到了 80年代，国内机器人水平有了较快发展，“七五”期间，国家也投入了诸多人力、物力来进行机器人技术研究，并相继开发出了某些工业机器人和特种机器人，使中华人民共和国机器人从无到有，迈出了一大步。到了新世纪，国内机器人技术有了长足进步，各项新技术不断涌现，先后浮现了电焊、装配、搬运、切割、码垛等诸多机器人品种，码垛机器人技术也获得了迅速发展。
在国内，哈尔滨工业大学机器人研究所和上海交通大学机器人研究所是码垛机器人领头研究单位。重要机器人公司是哈尔滨博实自动化设备有限公司、沈阳新松机器自动化股份有限公司以及首钢莫托曼机器人有限公司。 国内自行设计制造了各种形式码垛机器人，其中直角坐标型和关节型为重要构造形式。其中关节型机器人机身比较紧凑，动作灵活并且工作空间大，是机器人中使用最多一种，世界上许多知名品牌机器人公司，如 ABB、KUKA、MTOMAN、PUMA 等都采用关节型机器人。
哈尔滨工业大学研制机器人码垛机已经成功地应用在了码垛包装生产线上，并且获得了良好效果该机器人采用了双自由度笛卡尔坐标式机器人码垛机，并结合了编组机，这样就可以一种动作抓取两个或者三个物品，从而大大提高了工作能力，可以实现800袋/小时工作能力。
上海交通大学机器人研究所与沃迪包装科技有限公司合伙，共同研制了新一代 TPR 系列码垛机器人。此机器人采用是线性四连杆机构和基于PC控制系统，还能对码垛现场进行 3D仿真以及自动干涉检查，可以大大提高机器人各项性能，其工作能力可以达到1600包/小时。 哈尔滨博实自动化设备有限公司在开发了基于FFS高速高精度称重包装码垛生产线，这个生产线生产速度可以高达1600袋/小时，而在称重方面精度可达±0.1%。
沈阳新松机器自动化股份有限公司重要研究工业机器人与工业自动化技术及产品开发，在自主机器人技术方面，解决了机器人控制、本体优化设计、机器人作业和工程应用中诸多难题，成功地开发了自主码垛机器人系统。
苏海新等人设计开发了一种四自由度新型工业码垛机器人，其机械本体构造采用以平衡吊原理为基本连杆机构。控制系统采用是基于 PC 和 PMAC 分布式控制系统，这个控制系统开放性和实时性都比较好，伺服控制精度也十分高。杨灏泉等人设计研制了一种码垛SCARA机器人，该机器人机械本体构造使用水平关节型，控制系统核心某些为基于PCDSP多轴运动控制器。
尽管国内在码垛机器人研究上获得了某些成就，但是和国外码垛机器人技术相比较，国内尚有明显差距。日本和欧美等发达国家码垛机器人技术已经到达了一种比较高水平，码垛机器人工作能力在不断提高，码垛机器人柔性、解决速度以及负载能力方面也在不断提高，应用范畴也在不断拓展，因而需要国内科研工作者更加努力，从而使国内码垛机器人技术有个更好将来
1.3码垛机器人发展趋势
为了可以适应不断变化商品对于码垛规定，让码垛机器人尽量更好地为码垛工业服务，因而码垛机器人将来发展趋势重要有：
(1)自动化限度越来越高
机电综合技术将会成为码垛机器人发展主流，衡量码垛机器人技术水平一种十分重要指标将会是自动化限度。码垛机器人自动化重要涉及自动控制和自动检测。一大批微电子、红外线、传感器等新技术，特别是微小型计算机广泛使用会使码垛机器人自动控制和自动检测水平飞速提高，从而大大提高码垛质量。
(2)高速化
不但要增进单机高速化，并且要提高码垛系统高速化。在不断提高自动化限度前提下，不断改进码垛机器人构造。同步将整个码垛系统生产效率注重起来，这样才干让高速化向更深层次发展。
(3)采用模块化构造
采用模块化构造不但可以让码垛机器人最大限度满足不同物品对机器人规定，同步可以让设备设计和制造更以便，可以减少成本、缩短生产周期。
(4)多功能码垛机器人
对于生产大批量、尺寸固定商品，普通会有相应设备进行码垛。但是近些年由于多品种、小批量商品市场不断壮大以及中、小型顾客急剧增长，多功能通用码垛机器人发展速度不久，应用前景也十分开阔。

2设计方案
2.1设计规定
在生产过程中，经常要搬运桶装重物，工作简朴枯燥，为了满足某工厂生产直径×高=φ420×500mm，重量100kg桶装化学品，本论文设计了工作寿命为，每年工作300天，两班制，每班8小时搬运码垛机器人，来满足生产规定。
2.2 机构构成
本文设计了一种专门针对桶装物品搬运码垛机器人，该机人构造简朴，制导致本低廉，运营维护以便，定位精度高，工作节拍快，适合在劳动密集型公司推广使用。
该搬运码垛机器人构造重要分为三大某些，分别为：起升机构，旋转机构，堆垛机构，三个机构互相独立。各个机构有自己独立电机驱动。
搬运码垛机器人起升机构示意图如图（2.1）所示

图（2.1）起升机构示意图
它工作原理是：电机1连接接弹性联轴器2连接制动器3，通过减速器4，链接刚性联轴器7，带动卷筒6，通过滑轮机构提高重物5起升或下降。
搬运码垛机器人旋转机构采用齿轮机构带动悬臂转动，槽轮每转一周，悬臂转动90°，从而实现机器人搬运工能。
堆垛过程示意图如图（2-2）所示，采用用单销四槽槽轮机构和曲柄滑块机构组合实现机器人堆垛功能。

图（2-2）堆垛过程示意图
堆垛装置工作原理：每框第一桶放在如图所示位置，然后通过曲柄滑块装置带动和滑块连在一起木桶动作到中间位置。后来每次动作将木桶放置到左上角，堆垛装置旋转90°，直至别的四个位置都被装满为一种循环。
2.3码垛机器人途径规划

图（2-3）运动轨迹
(1) 码垛机器人工作时，一方面从初始位置A旋转45°到达物品层B上方，角加速度ɑ=6.542rad/ 额定ω=1.308rad/s 所需时间==0.8s
计算：令加/减速阶段所用时间=0.2s，旋转角度π/24 rad，则匀速运动角度π/6 rad,所用时间为
α=6.542rad/
=0.4s
=1.308 rad/s
(2) 然后抓手下放抓取重物，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗时=0.5s。抓取重物后上升到初始位置高度500mm，额定上升速度v=1m/s，加速运动减速运动加速度=5m/，所需时间==0.7s。
计算：令抓取重物后加速/减速上升距离100mm，耗时=0.2s,匀速上升距离300mm,耗时，则
则=5m/ v==1m/s
0.3= 则=0.3s
(3)抓手带动重物旋转由B到C位置，转过角度90°。角加速度ɑ=7.753rad/ 额定ω=2.326rad/s 所需时间==0.975s。
计算：令加/减速阶段所用时间=0.3s，旋转角度2π/18 rad，则匀速运动角度5π/18 rad,所用时间为
α=7.753 rad/
=0.375 s
=2.326 rad/s
（4）然后抓手下放抓取重物至堆垛平台上，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗时。堆垛结束后做复合运动返回初始位置 ，额定上升速度v=1m/s，角加速度ɑ=6.542rad/ 额定ω=1.308rad/s ，加速运动减速运动加速度=5m/，所需时间=0.8s。
因此，搬运码垛机器人完毕一次工作循环所消耗时间为 s
（5） 堆垛机构在接受起吊装置吊装第一种重物后，由曲柄滑块机构将重物运送到平台中央，然后每接受一次重物，平台旋转90°，直到平台四个角落位置填满（平台上共搭载5个重物）为一次循环，平台旋转时间为 S，旋转角速度=0.184rad/s。

3.起升机构设计计算
3.1 起升机构电机选取
YZR系列起重及冶金用三相异步电机合用于各种形式起重机械及冶金辅助设备电力传动。电机频繁启动制动和反转。能在额定电压下直接启动并具备启动力矩大，启动电流小，机械强度高等特点。因此本文设计搬运码垛机器人起升机构电机选用YZR型三相异步电机。
3.1.1 起升机构电机容量选取
起升机构电机功率可按提高额定起升质量时静功率计算，即：
（KW） (3-1)
式中 — 起重机额定起升质量100 kg
V — 额定起升速度1m/s
g — 重力加速度，g=9.81 (m/)
— 机构总效率
起升机构设计时输入轴与输出轴垂直布置，选用CW型圆弧圆柱蜗杆减速器，减速器效率=0.9 ，选用深沟球轴承，效率=0.99 ，滚筒效率=0.96 ，弹性联轴器效率=0.99 ，刚性联轴器效率=0.99 ，滑轮效率=0.98 。
则=.....==0.805
因此 KW
实际接电持续率
=0.8+0.7+0.975+0.5+0.5+0.8=4.275 s

==0.5+0.7+0.8=2 s
==×100%=46.8%
在[3，1-82]中选取一种与实际接电持续率最接近电机，使其额定功率满足下式：
KW
YZR112M型三相异步电机，工作定额40%，功率1.5KW，转速1000n/min 满足规定。
3.2 起升机构钢丝绳选取选取与计算
3.2.1钢丝绳绳经选取
钢丝绳绳径应不不大于下式计算最小直径：=0.118×=3.696 mm，查表取d=4mm 纤维芯钢丝绳，抗拉强度1770M，钢芯最小破断拉力9.40M。钢丝绳标记：4NAT (12+6+1) + IWS 1770 ZZ 9.40 GB/T 8918

式中 S — 钢丝绳最大静拉力，S=mg=100×9.81=981 N
C — 钢丝绳选取系数
由机构运用级别T7（繁忙使用）机构载荷状态L2中载查表[1,8-1-8] 得机构工作级别M7，钢丝绳选取系数C=0.118mm/
钢丝绳实际破断力估算公式为：
(3-2)
式中 d — 钢丝绳直径
— 钢丝绳钢丝抗拉强度极限
— 钢丝绳中金属丝截面与整个截面比值，与钢绳构造关于，普通=0.45~0.55，
取ω=0.5
K — 钢丝绳编结损失系数，普通α=0.82~0.92，取α=0.88
则： ==9781.728
依照所选钢丝绳实际破断力验算安全系数n：
n==9781.728÷981=9.971
3.3卷筒设计与计算
(1) 卷筒直径计算
DIN15020规定了钢绳卷筒和滑轮直径不得不大于下式计算最小直径：
卷筒： =1×22.4×3.696 =82.790 mm
滑轮： =1×25×3.696 =92.4 mm
取卷筒直径=84 mm 滑轮直径=94 mm
式中 — 以钢丝绳中心线计算钢丝绳卷绕直径；
— 计算钢丝绳最小直径；
— 与钢丝绳卷绕形式，工作级别关于系数，不旋转钢丝绳=1；
— 与一次提高弯曲次数及方向关于系数，由机构工作级别查表[1,8-1-54] 得：卷筒 =22.4滑轮=25；
(2) 卷筒绳槽构造尺寸设计计算：
绳槽半径：R=（0.53~0.56）d=0.55×4=2.2 mm
绳槽深度：原则槽=0.3×d=1.2 mm
绳槽节距：原则槽=d+(2~4)=4+3=7
(3) 卷筒厚度计算：
铸铁卷筒厚度：mm ，取=12 mm
(4) 卷筒长度计算：
单联卷筒：=93.5+2×8+21=130.5 mm
式中： mm ，：最大起升高度2915mm ,m为滑轮组倍率取m=1，为钢丝绳安全圈数，，取=3。
：无绳槽卷筒端部尺寸，按需要定，取=8 mm
：固定绳尾所需长度3P=3×7=21 mm
（5）卷筒强度校核：
条件：，因此应用卷筒壁内表面最大压应力进行强度计算，
符号意：A — 与卷筒层数关于系数，查表[1,8-1-55]取A=1
— 钢丝绳最大拉力，=mg+ma=100×（9.81+5) =1481 N
— 卷筒壁厚12 mm
— 许用压应力，铸铁= M Pa
— 抗压强度，=1.5=1.5×195=292.5 M Pa，材料选用HT200灰铁200。
代入，因此卷筒强度计算合格。
3.4 起升机构减速器选取
起升机构传动比依照电动机转速和卷筒转速n，由式 拟定，其中 （r/min）；
式中 — 电动机额定转速，r/min；
n — 卷筒转速；
— 起升速度，m/min ；
a — 滑轮组倍率；
— 卷筒计算直径，m，=D+d (D为卷筒直径，d为钢丝绳直径)。
（1） 选用减速器公称输入功率
应满足： ＜ (3-3)
式中 — 机械强度计算功率，KW；
— 负载功率，KW；===0.981KW
— 工况系数；查表[4,16-2-8]得=1.5
— 安全系数；查表[4,16-2-9]得=1.4
— 减速器公称输入功率；查表[4,16-2-4]得：ZDY型减速器，公称传动比i=4.5，输入转速1000r/min，输出转速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5KW。
带入公式得： =0.981×1.5×1.4=2.060 ＜ 9.5 （KW）
（2） 校核热平衡许用功率：
应满足：
式中 — 计算热功率，KW；
— 减速器热功率，查表无冷却装置=18；
— 系数，查表[4,16-2-10]环境温度系数，无冷却条件，环境温度为30°时=1.15。载荷系数，查表[4,16-2-11]当小时载荷率为40％时，=0.74。公称功率运用系数，，查表[4,16-2-13]用插值法得=0.323；
带入公式得：
因此，选取ZDY型减速器，公称传动比i=4.5，输入转速1000r/min，输出转速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5KW满足设计规定。
3.5起升机构联轴器选取
起升机构中联轴器应满足下式规定： (3-4)
式中 T — 所传递转矩计算值，；
— 按载荷组合B计算最大转矩，对高速轴，=(0.7~0.8)，其中为电动机转矩容许过载倍数，查表得YZR112M三相交流异步电机=2.2，为电动机额定转矩，=9550=14.325，P为电动机额定功率，kW，n为转速，r/min；对低速轴=，其中，为起升载荷动载系数，查表[2,3-16]得=1.05+0.4（）=1.05+0.4（1.0-0.2）=1.37；为钢丝绳最大静拉力作用于卷筒转矩，=mg =100×9.81×0.084=82.404；
— 联轴器许用转矩，，由机械设计手册查得
— 联轴器重要限度系数，对起升机构，=1.3；
— 角度偏差系数，电机轴处选用UL型弹性联轴器，减速器输出端选用YL型刚性联轴器=1；
代入公式得：对于高速轴 。电机轴径32mm，变速箱输入轴径24mm，输入转速1000r/min。

对于低速轴
变速箱输出轴径32mm，滚筒轴轴径28mm，转速n=217.140。
型号选取：
对于高速轴：从GB/T 5844—1986查表[1,6-2-24] 选用UL5型轮胎式联轴器，许用转矩160，许用最大转速4000r/min，轴径在24~35之间，符合规定。
对于低速轴：从GB/T 5843—1986查表[1,6-2-28] 选用YL7对中榫型联轴器，许用转矩160，许用最大转速7600r/min，轴径在28~40之间，符合规定。

4.旋转机构设计计算
旋转机构中电机带动CW型圆弧圆柱蜗杆减速器，减速器输出轴带动原则直齿轮副进而带动旋转轴旋转，实现旋转机构运动。
4.1旋转机构电机选取
初选电机时考虑启动功率按下式计算：
（kW） (4-1)
式中： —等速运动时所需功率即摩擦阻力功率；
—加速机构所需功率；
（1） 摩擦阻力功率计算
回转支撑装置中摩擦阻力矩= ()；
式中 —径向轴承中摩擦阻力矩，；
—止推轴承中摩擦阻力矩，；
a. 径向轴承中摩擦阻力矩= （)
式中 —止推轴承所受水平力，N；
—径向轴承摩擦系数，滚动轴承取=0.015；
—径向轴承内径，m；
计算： = N
柱式旋转机构由一种推力滚子轴承承受轴向力，由径向轴承承受径向力。=0.075 m ；
因此 ===0.212 N
b. 止推轴承中摩擦阻力矩 （）
式中 —止推轴承所受垂直力，N。
—径向轴承摩擦系数，对滚动轴承取=0.015；
—止推轴承内径与外径平均值，m；
计算： ==（130+100）×9.81=2256.3 N
= mm =0.0925 m
=
= =0.212+1.565=1.777
等速运动时所需功率即摩擦阻力功率==0.00413 （kW）
（2） 加速机构所需功率
（kW） (4-2)
式中：—搬运码垛机器人旋转时回转惯性阻力矩；
—搬运码垛机器人旋转时角速度，=2.326 rad/s；

计算：
回转惯性阻力矩：
搬运码垛机器人回转时回转惯性阻力矩由绕回转中心线回转物品惯性阻力矩和回转某些惯性阻力矩构成，即
=
式中： —物品对起升机构回转中心转动惯量，；
—搬运码垛机器人起升重物旋转时角加速度；
计算： ==100×=64
=7.753
=
搬运码垛机器人旋转某些惯性阻力矩
（） (4-3)
式中 —搬运码垛机器人旋转机构各部件和构件绕回转中心转动惯量
—搬运码垛机器人起升机重物旋转时角加速度；
计算： 柱式回转轴对回转中心转动惯量为
=
支撑架2对回转中心转动惯量为

支撑架3对回转中心转动惯量为

=
（）
因此作用在旋转机构柱式旋转轴上转矩为 ：
=496.192+45.673=571.865
因此 （kW）
（kW）
查[3，1-26]选取Y100L—6型三相异步电机，额定功率1.5kW， 同步转速1000r/min。
4.2旋转机构减速器选取
本文使用CW型圆弧圆柱蜗杆减速器，传递交错轴间运动和功率。
计算：
(4-4)
(4-5)
(4-6)
—减速器计算输入机械功率，kW；
—减速器计算输入热功率，kW；
—减速器计算输出机械转矩，；
—减速器计算输出热转矩，；
—减速器实际输入功率，=1.334kW；
—减速器实际输出转矩，=295.08 ；
—工作载荷系数，查表[4,16-2-50] =1.5；
—启动频率系数，查表[4,16-2-51]=1.3；
—小时载荷系数，由旋转机构小时载荷率查表[4,16-2-52]得=0.56；
—环境温度系数，依照工作环境温度查表[4,16-2-53]得=1.14；
其中：减速器实际输出转矩等于摩擦阻力矩与回转惯性阻力矩之和除以旋转机构齿轮传动比。
即
=1.334×1.5×1.3=2.601 kW
=1.334×0.56×1.14=2.372 kW
=295.08×1.5×1.3=575.409
=295.08×0.56×1.14=188.379
依照计算成果，查[4,16-2-46]，选取CW型圆弧圆柱蜗杆减速器，公称传动比，输入转速1000r/min，中心距100 mm，额定输入功率3.41kW，额定转矩640。
4.3旋转机构联轴器选取
选取Y100L—6型三星异步电机，额定功率1.5kW， 同步转速1000r/min，最大转矩2.2。

堆垛机构中，联轴器选取时应依照： (4-7)
式中 T — 所传递转矩计算值，；
— 按载荷组合B计算最大转矩，对高速轴，=(0.7~0.8)，其中为电动机转矩容许过载倍数，查表得Y100L—6三相交流异步电机=2.2，为电动机额定转矩，=9550=21.01，P为电动机额定功率，kW，n为转速，r/min；
— 联轴器许用转矩，，由机械设计手册查得
— 联轴器重要限度系数，对起升机构，=1.3；
— 角度偏差系数，电机轴处选用UL型弹性联轴器，减速器输出端选用YL型刚性联轴器=1；
代入公式得：对于电机输出轴

电机轴径28mm，变速箱输入轴径28mm，输入转速1000r/min。 对于低速轴
—工作状况系数查机械设计表14—1得=2.3。
变速箱输出轴径48mm，滚筒轴轴径28mm，转速n=217.140。
型号选取：
对于高速轴：从GB/T 5844—1986查表选用UL5型轮胎式联轴器，许用转矩160，许用最大转速4000r/min，轴径在24~35之间，符合规定。

对于低速轴：从GB/T 5843—1986查表选用YL11型联轴器，许用转矩1000，许用最大转速5300r/min，轴径在55~70之间，符合规定。
4.4旋转机构齿轮传动设计
1. 旋转机构采用原则直齿轮传动,齿数比，电机驱动，工作寿命，每年工作300天，八小时工作制，每天两班，中档冲击载荷。
（1） 依照设计规定，选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取。旋转机构为普通工作机，查表[5，10-6] ，选取7级精度。
（2） 材料选取。由表[5，10-1]，选取小齿轮材料为（调质），齿面硬度280，大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度240。
（3） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数。
2. 按齿面接触疲劳强度设计
（1）由式 (4-8)
1） 拟定公式中各参数值
试选。
小齿轮传递转矩=295083 ；
由表[5，10-7]选用齿宽系数。
由图[5，10-20]查得区域系数。
由表[5，10-5]查得材料弹性影响系数。
计算接触疲劳强度用重叠度系数。

=

计算接触疲劳 许用应力
由图[5，10-25d]查得小齿轮和大齿轮接触疲劳极限分别为 。
计算应力循环次数：

由图[5，10-23]查取接触疲劳寿命系数，。
取失效概率为1%，安全系数，则

取和中较小者作为齿轮传动接触疲劳许用应力，因此。
2） 试算小齿轮分度圆直径

=
=66.653 mm
（2） 调节小齿轮分度圆直径
1）计算实际载荷系数前数据准备。
圆周速度。

齿宽b。

2） 计算实际载荷系数
由表[5，10-2]查得使用系数。
依照，7级精度，由图10-8查得动载系数。
齿轮圆周力。

查表[5，10-3]得齿间载荷分派系数。
由表[5，10-7]用插值法查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，得齿向载荷分布系数。由此，得到实际载荷系数

3) 按实际载荷系数算分度圆直径
mm
级相应模数

将按接触疲劳强度设计齿轮模数就近放大为标 准值，算出小齿轮齿数。
取，则大齿轮齿数,取，与互为质数。
这样设计出齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，且构造紧凑。
3. 几何尺寸计算
（1）计算分度圆直径

（2） 计算中心距
mm
(3)计算齿轮宽度

考虑到安装误差，为保证设计齿宽，将小齿轮略微加宽（5~10）mm，即取mm，取大齿轮齿宽。
4.5旋转机构齿轮传动强度校核
1. 齿根弯曲疲劳强度校核
(4-9)
（1） 计算各参数值
1） 计算实际载荷系数
依照，7级精度，由图[5，10-8]查得动载系数。
由式

查表[5，10-3]得齿间载荷分派系数。
宽高比

由表[5，10-4]用插值法查得，结合查图[5，10-13]，得。则载荷系数为
2) 拟定，，，，
由图[5，10-17]查得齿形系数，。
由图[5，10-18]查得应力修正系数，
3) 计算

=

4) 计算
计算应力循环次数：

由图[5，10-22]查得弯曲疲劳寿命系数，。
由图[5，10-24c]查得小齿轮和大齿轮齿根弯曲疲劳极限分别为，。
取弯曲疲劳安全系数，则

5）校核弯曲疲劳强度

因此齿轮弯曲疲劳强度校核合格。
6） 齿轮重要参数
齿数

分度圆直径
mm
mm
齿顶圆直径
mm
mm
齿根圆直径
mm
mm
中心距
mm
齿轮宽度
mm
mm
4.6旋转机构轴设计计算
4.6.1最小轴径拟定
（1）按扭转强度设计轴1最小轴径：
(4-10)
式中：—扭转切应力，；
—轴1受扭矩， ；
—轴抗扭截面系数，；
—轴1转速， r/min；
P—轴传递功率，P =1.334 kW；
—计算截面处轴直径，mm；
—许用扭转切应力，，轴材料取45号钢，查表[5，15-3] 得=35；
计算：
mm
(2)按扭转强度设计轴2最小轴径：

式中：—扭转切应力，；
—轴2受扭矩， ；
—轴抗扭截面系数，；
—轴2转速， r/min；
P—轴传递功率，P =1.334 kW；
—计算截面处轴2直径，mm；
—许用扭转切应力，，轴材料取45号钢，查表得[5，15-3] =35；
计算：
mm
4.6.2二轴构造设计及强度校核
（1）二轴上零件装配方案设计
二轴重要传递电机轴扭矩给一轴，二轴上零件重要有：深沟球轴承，小齿轮，联轴器。三个定位轴肩分别定位深沟球轴承，小齿轮和联轴器实现轴上零件轴向固定，靠键实现轴上零件轴向固定。（见图4.5.2）

图（4.5.2）
（2） 二轴强度校核
1. 轮齿受力分析
计算轮齿受力时，可忽视啮合轮齿间所受摩擦力。各力按下式计算：
(4-11)
(4-12)
(4-13)
式中：—小齿轮传递转矩，=295083 ；
—压力角，=20°；
因此

2. 画出轴力学模型简图见图(a）
图 (a)

3. 分别作出二轴在水平方向上受力简图与水平方向上弯矩图见图（b）

图（b）
计算：

4. 分别作出二轴在竖直方向上受力简图与水平方向上弯矩图见图（c）

图（c）
计算：

5. 作弯矩图和扭矩图见图（d）
计算：

图（d）

6. 按弯扭合成应力校核轴强度
轴弯扭合成强度条件为：
(4-14)
式中：—轴计算应力，；
—轴所受弯矩，；
—轴所受扭矩，；
—轴抗弯截面系数， ，其中d为轴径，b为键槽宽度，t为轴上键槽深度；
—对称循环变应力时轴许用弯应力，；
依照弯矩和扭矩图拟定危险截面B强度。轴做循环往