lpc控制的通用平移机械手设计---本科毕业设计.doc

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1、目 录 摘要1 关键词1 1前言1 2机械手的基本要求及相关计算4 2.1对机器人整体的设计要求 4 2.2零件的基本要求及参数4 3 机械手原理分析、方案确定及材料选择 5 3.1驱动方式5 3.1.1液压驱动5 3.1.2电机驱动6 3.2传动方式6 3.2.1带传动6 3.2.2链传动7 3.2.3齿轮传动7 3.2.4蜗杆传动7 3.3机械手结构8 3.4机械手材料10 3.4.1机械材料选用原则10 3.4.2材料的工艺要求10 3.4.3零件材料从材料选用原则的使用要求、加工要求和经济要 求11 4机械手的计算12 4.1机械手零件尺寸及强度计算及校核12 4.1.1机械手爪的受力

2、分析12 4.1.2丝杆的尺寸计算13 4.2齿轮的选择及计算13 4.2.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数13 4.2.2按齿面接触强度设计14 4.2.3按齿根弯曲强度设计164.2.4几何尺寸计算17 5锥齿轮的几何尺寸设计计算17 5.1大端模数17 5.2其他参数18 6轴的设计19 6.1初步估算中间轴的最小直径19 6.2求轴上的载荷20 6.3画弯矩图、转矩图21 6.4按第三强度理论进行强度校核22 6.5校核轴的疲劳强度22 6.6轴的疲劳强度安全系数校核25 6.7轴的刚度校核26 6.8蜗轮蜗杆的计算及校核27 7轴承选取与寿命计算28 8 PLC概述30 8.1

3、PLC的定义30 8.2PLC的由来及发展31 8.3PLC的特点及用途32 9控制系统的功能要求34 9.1机械手的结构34 9.2硬件系统设计36 9.3 PLC的选型37 9.3.1PLC的I/O资源配置38 9.3.2其他资源设置39 9.3.3总体流程设计40 9.3.4各个模块梯形图设计41 结论55 参考文献 55 致谢57 附录57 PLC控制的通用平移机械手设计 学 生：尹懋全指导老师：周光永（湖南农业大学工学院，长沙 410128）摘要：机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，

4、设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的图纸设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。关键词：机械手 PLC 机械传动General Translational Manipulator Design PLC ControlStudent:Yin MaoquanTutor:Zhou GuangyongAbstract:Design of manipulator mechanical structure design, sensor detection system design and control system

5、 design, is a comprehensive application of mechanical, electronic, detection, control and computer technology. This topic through the analysis of the design requirenments, design the overall scheme of the manipulator, focuses on the design of hand structure and the design of hardware and software of

6、 control system, completed the design drawings of the system work. The realization of the basic functions of the conveying manipulator, reached the expected requirements, and has a good application prospect.Key words:Manipulator PLC Mechanical transmission1 前言1.1 研究的目的和意义近20年来，机械手技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自

7、动化生产线上得到广泛应用。机械手电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求，国内外都在大力开发研究。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，机械手的应用领域现代汽车制造业、彩电和冰箱等家电行业及食品药品行业，他的应用前景非常广。1.2 国内外的发展状况1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家Gerge Dev取得了附有重放记忆装置的第一台机械手的专利权，该设备能执行从一点到另一点的受控运动(即点一点运动)，这被认为是“机器人时代”的开始。

8、五年后，普兰耐特公司出售第一台工业用机器人。60年代中期，随着机器人学这一新领域的发展，在麻省理工学院、斯坦福大学、斯坦福研究所(SRI)，以及苏格兰爱丁堡大学这样的理工学院中，出现了好几个研究中心，并出现了涉及人工智能的研究课题。1970年，机器人学界早期的改革家之一，Victor Schemnna在斯坦福大学演示了一种计算机控制的工业机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。它非常先进，技术很复杂，迄今还被很多研究中心使用。70年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在日本，有了广泛的应用。由工业机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动生产率，提高和稳定了产品

9、质量，大大缩短了产品更新换代的周期。这些应用在很大程度上激发了人们对机械手的研究和开发，它的技术也因此取得了长足的进步。80年代，人们为了让机器人技术向各行各业扩展、应用，于是有了用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域的机器人。应用于这些领域的机器人，绝大多数都是由机械手和与之对应的安装平台组成的。到了上世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展和它们之间的相互整合，机械手技术得到了飞速发展。除了工业机械手水平不断提高之外，各种用于非制造业的特种机械手也有了长足的进展。现代控制理论使得机械手控制系统的性能进一步提高。传感器技术的发展和应用大大的

10、提高了机械手的作业性能和对环境的适应性。网络通信技术实现了多个机械手的协调工作，也使得机械手山过去的专用设备向标准化设备发展。微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机械手的可靠性有了很大的提高。还有通过诸如模态分析、有限元分析及仿真设计等现代设计方法的运用，某些领域的机械手已经实现了优化设计，在这个方面做的比较突出的是德国的KUKA公司。罗斯罗卡公司研制的“罗德”轮式机器人。该机器人可用于清理雷场和移动机器人操作机械手设计与分析处理炸药等危险物品。该车长1.4m、宽0.67m、重350kg、(6x6)驱动、动力装置为1台电动机，车上供电蓄电池可使用2h，车速(前进或后退)可在06.sk

11、m/h之间连续变化。车上装有活动操作臂，有6个自由度，固定在机器人车的旋转塔上。操作臂不伸长时可吊重80kg，伸直时最长为1.ms，此时可吊重16kg。操作臂顶端装有夹爪，夹紧力可达30kg，能把物体提升至2.75m高。该车采用100m(或250m)长的电缆或无线电装置进行遥控。操作手完成整个操作过程必须借助1台黑白或彩色电视显示器，显示车上3个摄像机获得的监视驾驶、操作臂控制和夹爪操作的图像。车上装有两个卤气探照灯，可在夜间或能见度很低的地区使用。我国的机械手研究与开发工作起步较早，曾经有过一些成果，但在产业化和应用上，一直步履维艰。改革开放以来，通过“七五”,”九五”科技攻关，目前基本掌握

12、了机械手的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术生产了部分机械手关键元器件，开发出了喷漆、弧焊、装配、搬运等机械手。但是，我国的机械手技术及其应用程度和发达国家相比还有很大的差距，如:可靠性低于国外产品;机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上远远赶不上发达国家。以上原因主要是没有实现机械手的高度产业化。2 机械手的基本要求及相关参数计算2.1 对机器人整体的设计要求对机器使用方面的要求：事先预定的功能是设计的基本要求，好的使用性能指标是设计的主要目标；另外，操作使用方便，工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外表美观、噪音低等往往

13、是机械设计说要求的。对机器经济性能的要求：机械手经济性能主要体现在设计、制造和使用的全过程中，在机械手设计时要全面综合的考虑，设计的经济性主要体现在合理的功能定位、实现功能的简单技术途径和简单合理的结构。2.2 零件的基本要求及参数机械零件是机械手的基本构成，对机械手设计的最终都是通过零件的设计来实现的，所以设计零件时应满足的要求是从机械手功能要求引申出来的，也是从机器人的经济性能和技术性能来考虑的。要求在预定的期限内安全可靠的工作，从而保证机械手的各种性能在工作期限能内能够可靠的实现，这就要求机械手的各种零件在工作期限内不能产生各种时效形式，即零件的强度、刚度、机械性能的稳定性、耐磨性和温升

14、性能满作必要的条件，这些条件就是判定零件工作能力的准则。要尽量的降低零件的设计制造成本，这要求从零件的设计制造等多方面加以考虑，设计时合理的选择零件的材料和毛坯的形式，设计简单合理的零件结构，合理的设定零件的共差等级以及认真考虑零件加工工艺性，另外要尽量考虑选用标准话、通用化和系列化的零部件。任何一部机器都由动力机、传动装置和工作机器组成，动力机是机械的动力来源，可直接利用自然资源（即一次资源）或二次资源转化为机械能，如水轮机、汽轮机、液压马达、电动机等，工作机是机器的执行机构，传动机构是一种中介机构，实现能量的传递和其他作用的装置。下表是机械手的相关参数： 表2.1 机械手的基本参数Tabl

15、e 2.1 parameters of the manipulator定 位 精 度3mm安 装 方 式平移式地面安装抓起工件重量10 kg控制功能自动控制/手动控制状态显示指示灯S 轴（回旋）180U轴（手腕左右摆动）60B 轴（手腕俯仰）60T 轴（手腕回旋）1803 机械手原理分析、方案确定及材料选择3.1 驱动方式目前机械手的驱动方式有液压驱动、电器驱动和气压驱动等多种方式，各种启动方式有自己的特点，在工业机器手中液压、气压传动较多。有的机器手才有多种驱动方式并存，机体采用哪一种方式要根据工业要求和机器手具体特点而定，比较各种机器手的特点，选择合适的驱动方式。3.1.1 电机驱动电机驱

16、动系统按照电机驱动方式分为直流电机驱动系统、交流异步电机驱动系统、无刷直流电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统和多台电机驱动系统等，过电机驱动系统有很大的区别，性能上也存在着很大的差异，在这里不对电机系统作更进一步阐述，只把电机驱动、液压驱动和气压驱动做一比较，说明系统的选择。电机驱动可以避免电能变换为压力能的中间环节，效率比液压能和气压能都高，电动系统将电动机、测速机、编码器、减速器组成一次加工的壳体中，使得整个电机系统体积小，通用性和稳定性得到提高，另外电动机根据电机的距离算出发出的脉冲数，并将脉冲数输入计算机，达到非常高的位置准确度，这都是电机驱动的优点；相对的液压驱动和气压驱动的系统繁琐

17、，维护复杂液压气压的系统体积比较大，对于移动机器人来说都是无法实现的问题，对于移动机器人的机械手的位置精度要求，液压、气压系统则无法实现。综上所述，本机械手选用电器驱动系统作为机械手的驱动方式。3.2 传动方式传动装置是一种能将能量传递和兼有其他作用的装置，他的主要作用是能量的传递，和分配，运动形式的转化，运动速度的改变；传动一般分为两种形式：一种是机械能不发生变化的传动机械传动，第二种是电能转化为其他形式地传动电传动。机械传动又分为机械啮合传动、摩擦传动和液体传动三大类，考虑机械手的具体工作传动情况，齿轮传动、带传动、链传动和螺杆传动都可以作为选择范围，这里对以上四种传动情况座椅简单介绍，分

18、析他们的优劣。3.2.1 齿轮传动齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，常用的渐开线齿轮传动具有以下一些主要特点:传动效率高，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率是最高的。一级圆柱齿轮传,动在正常润滑条件下效率可达到99%以上，在大功率传动中，高传动效率是十分重要的:传动比恒定，齿轮传动具有不变的瞬时传动比，因此齿轮传动可用于圆周速度为,200m/s以上的高速传动;结构紧凑，在同样使用条件下，齿轮传动所需要空间尺寸,比带传动和链传动小得多;工作可靠、寿命长，齿轮传动在正确安装，良好润滑和正,常维护条件下，具有其他机械传动无法比拟的高可靠性和寿命。齿轮传动的主要缺点有:对齿轮制造、安装要求高

19、;齿轮制造常用插齿机和滚齿机等专用机床及专用工具;通常的齿轮传动为闭式传动，需要良好的维护保养，因此齿轮传动成本和费用高;并且齿轮传动不适合中心距较大的两轴间的动力传递。3.2.2 蜗杆传动蜗杆传动是一种空间齿轮传动，能实现交错角为90度的两轴间动力和运动传递。蜗杆传动与圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动相比具有结构紧凑、传动比大、传动平稳和可以自锁等显著特点。蜗杆传动的主要缺点是:齿面摩擦力大，发热量高，传动效率低。蜗杆传动通常用于中、小功率非长时间连续工作的应用场合。3.3 机械手结构本文设计的机械手具有5个自由度，在性能指标中已经提出。下面分别是手部、腕部和臂部的具体设计。机械手手部(末端执行器

20、)结构形式多样，但总的设计都有如下几点基本要求:（1）有适当的夹紧力和驱动力，手指握力(夹紧力)大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏抓取物体;力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力是，除考虑抓取物体重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证夹持安全可靠。（2）应具有一定的开闭范围，手应具有一定的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)或开闭范围(对平移型手指从张开到闭合的直线移动距离)，以便于抓取或退出物体。（3）保证抓取物体在手指内的夹持精度，应保证每个被抓取的物体，在手指内都有准确的相对位置。（4）结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自

21、身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的位置，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕的运动形式可以有:绕X轴转动称为回转运动;绕Y轴转动称为上下摆动;绕Z轴转动称为左右摆动;有的甚至是沿Y轴或Z轴的横向移动。一般手腕设有回转或再增加一个上下摆动即可满足工作要求。本文设计的机械手腕部结构，具有一个摆动的自由度，摆动范围为090度，传动方式选择圆锥齿轮传动，电机置于机械臂内与腕部传动轴垂直。另外小臂中间旋转关节也属于腕部自由度范畴，利用电机带动连轴器，连轴

22、器再带动小臂前半段壳体旋转。两自由度手腕足以满足各种工作情况的需要。手臂部件是机械手的主要部件。它的作用是支承腕部和手部，并带动它们做空间运动。臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。设计基本要求:本文设计的机械手臂壳体采用铸铝加工而成，其中方形截面为机械手大臂与小臂的壳体，圆形截面为小臂旋转机构的壳体。机械手手臂刚性好、抗扭能力强、重量轻，所有传动机构和驱动装置都置于机械手臂内部，外形简洁;机械手表面还装有缓冲垫，当驱动装置出现故障或

23、供电电池耗尽时，可以起到缓冲作用，避免手臂冲击造成损坏。大臂外壳所粘贴的橡胶垫，起缓冲垫作用。小臂与大臂的关节使用圆锥齿轮传动，电动机置于大臂壳体内。3.4 机械手材料3.4.1 机械材料选用原则机械零件材料的选择是机械设计的一个重要问题，不同材料制造的零件不但机械性能不同，而且加工工艺和结构形状也有很大差别。机械零件常用材料有黑色金属、有色金属、非金属材料和各种复合材料等。选择材料主要应考虑以下方面的问题。使用要求，零件的受载情况和工作状况;对零件尺寸和质量的限制;零件的重要程度等。若零件尺寸取决于强度，且尺寸和重量又受到某些限制时，应选用强度较高的材料。静应力下工作的零件，应力分布均匀的(

24、拉伸、压缩、剪切)，应选用组织均匀，屈服极限较高的材料;应力分布不均匀的(弯曲、扭转)宜采用热处理后在应力较大部位具有较高强度的材料。在变应力下工作的零件，应选用疲劳强度较高的材料。零件尺寸取决于接触强度的，应选用可以进行表面强化处理的材料，如调质钢、峰碳钢、氮化钢。若零件尺寸取决于刚度，则应选用弹性模量较大的材料。碳素钢与合金钢的弹性模童相差很小，故选用优质合金钢对提高零件的刚度没有意义。截面积相同、改变零件的形状与结构可使刚度有较大的提高。滑动摩擦下工作的零件应选用摩擦性能好的材料:在高温下工作的零件应选用耐热材料;在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料等。3.4.2 零件材料从材料选用原

25、则的使用要求、加工要求和经济要求选择机械手的零件材料。在机械手中各传动件是关键性零件，有各关节传动轴和齿轮系，它们的强度、刚度等机械性能直接影响机械手的工作质量。1、传动轴传动轴的常用材料有碳素钢和合金钢。碳素钢对应力集中的敏感性较低，还可通过热处理改善其综合性能，价格也比合金钢低廉，因此应用较为广泛，常用45号钢。合金钢则具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求移动机器人操作机械手设计与分析减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。在一般工作温度下碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同。因此，用令金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。鉴于此

26、，机械手各传动关节的传动轴选用45号钢，应能满足设计的需要。2、齿轮系齿轮的主要失效形式有轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形。因此设计齿轮传动，要使齿面具有较高的抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力，齿根则要有较高的抗折断能力。为此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬，齿芯要韧。钢材韧性好，耐冲击，容易通过热处理和化学处理来改善其机械性能和提高硬度，是制造齿轮最常用的材料。锻钢可制成软齿面和硬齿面两种声轮。4 机械手的计算4.1 机械手零件尺寸及强度计算及校核 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械

27、毕业设计下载！该论文已经通过答辩由机械设计2设计计算公进行试算，即 （11） 1、确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数Kt1.3（2）计算小齿轮传递的转矩 （12）（3）由机械设计2查得材料的弹性影响系数（4）由机械设计3按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限; 大齿轮的接触疲劳强度极限 （5）由机械设计2 计算应力循环次数： (13) （6）由机械设计2查得接触疲劳寿命系数, ;（7）由机械设计4选取齿宽系数=0.5（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数,由机械设计 得 (14) 2、计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值: （15）（2） 计算圆周速度V： （16

28、）（3）计算齿宽b： （17）（4）计算齿宽与齿高之比模数： （18）齿高： （19） （20）（5）计算载荷系数根据v=0.98m/s,8级精度，由机械设计3 查得动载系数Kv=1.12，直齿轮，假设,由机械设计2查得，由机械设计查得使用系数;由机械设计2 查得8级精度小齿轮相对支承非对称布置时， （21）将数据代入后得：由,查机械设计5得，；故载荷系数 （22） （6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计2得，=12.83 （23）（7）计算模数m （24）4.2.3 按齿根弯曲强度设计由机械设计3得弯曲强度的设计公式为 （25）确定公式内的各计算数值（1）由机械设计3查得小

29、齿轮的弯曲疲劳极限;大齿轮的弯曲疲劳强度极限;（2）由机械设计3 查得弯曲疲劳寿命系数;（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由机械设计2得：= （26） （4）计算载荷系数； （5）查取齿形系数 由机械设计3， 查得 ； （6）查取应力校正系数 由机械设计3查得；（7）计算大、小齿轮的并加以比较 （27）故大齿轮的数值大。（8）设计计算 （28）对比计算结果由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数

30、0.815，并就近圆整为标准值m1，按接触疲劳强度算得的分度圆直径算出小齿轮的齿数 （29） 小齿轮的齿数 取Z271 （30）4.2.4 几何尺寸计算1、计算分度圆直径 （31）2、计算中心距 （32）3、计算齿轮宽度 尺宽系数为为0.40.9,取值为。由得， 5 锥齿轮的几何尺寸设计计算5.1 大端模数查机械设计手册1取齿形角，齿顶高系数，顶隙系数,大端模数m按照弯曲疲劳强度计算： （33）其中：，查表得,取,算得: ,查机械设计手册1取模数的标准值m=35.2 其他参数节锥角,由 （34）可知 分度圆直径d： 锥角距R： （35） 齿宽系数： (查教材机械设计6 取)齿宽b （36） 齿

31、顶高： （37） 齿根高： （38）齿顶圆直径： （39）齿根角： （40）周节： （41） 分度圆弧齿厚: （42） 当量齿数： （43）端面重合度： （44） 6 轴的设计6.1 初步估算中间轴的最小直径先按式机械设计手册初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢，调质处理，根据机械设计，取得A0110，于是得 （45）考虑轴上键槽的削弱，轴径需加大，取.1、根据轴向定位的要求确定轴的各段长和直径拟定轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括齿轮，套筒，轴承和轴承端盖及联轴器几大部分。（1）由计算可的轴的最小直径为30mm,故轴段I的直径为。考虑到轴承的宽度及轴承轴向定位等，故取轴段I的长

32、度。（2）轴段II采用键定位，其尺寸为，由于轴段II仅仅是用键来定位的，所以轴段II的长度与键的宽度和高度有关，考虑到齿轮轮毂的宽度及轴向定位要求等，。（3）取安装轴承处的轴段III的直径，考虑到定位要求，故轴段III的长度为。（4）轴段IV的左端是由推力球轴承51405固定，为了是轴的受力均匀和稳定，故设计轴段IV并用支承环进行固定，通过查机械设计手册第三卷，根据选定的推力球轴承的支承环的高度为9mm，并且选定轴IV的直径，为了使轴承紧密的固定在轴上，轴段IV的长度选为。（5）轴段V用螺母将中间轴固定在中间板上，螺母与中间板中间用垫片隔开，起到密封固定的作用，通过查机械设计手册，垫片的厚为2

33、mm（GB9796），故轴段V的直径，。2、轴上零件的周向定位齿轮和轴的周向定位采用平键联接。按查得平键截面（GB/T10951979），键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮廓与轴的配合为H7/p6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。3、确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计手册，取轴端倒角为245，各轴肩处的圆角半径为R1mm。6.2 求轴上的载荷，由机械设计手册查得， （46）（1）计算外力取三维坐标系oxyz，将啮合力分解为水平方向的径向力和竖直方向的切向力：分别平行y轴和z轴，再将两个切向力分别向齿轮中心平移，在平

34、移的同时必须加以附加力偶：由 （47） （48） （49） （50）切向力和径向力由图中可知（2）作内力图确定危险切面，根据上面的计算结果分别作出水平平面内和竖直平面内的弯矩图和扭矩图，为此先算出A,B两点的支反力：在坐标系oxz平面内 （51） （52）在坐标系oxy平面内可以确定轴承的支撑点跨距，。水平面弯矩： （53）垂直面弯矩： （54）6.3 画弯矩图、转矩图总弯矩： （55）扭矩： T=18225Nmm弯矩图如图6.1从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为：T18225NmmM86145Nmm图6.1工作轴的载荷分析图Figure 6.1 Analysi

35、s of load working shaft6.4 校核轴的疲劳强度在上面的分析中已判定E截面为危险截面，所以现在校核C面左右两侧即可，其他截面均无需校核。截面C右侧面校核，抗弯截面系数W为W=0.1d3=0.1x303=2700mm3抗扭截面系数WT为 WT=0.2d3=0.2x303=5400mm3弯矩M及弯曲应力为M=86145=31.91MPa （58） 扭矩T3及扭转应力为 T3 1039.2Nmm= =4.871MPa （59）轴的材料为45号钢，调质处理， =640MPa,=275MPa,=155MPa。过盈配合处的值，根据机械设计3用插入法求出，并取，于是得=2.67, =0

36、.8x2.93=2.49 （60）轴按磨削加工，由机械设计3得表面质量系数为=0.87故得综合系数为：K=-1=2.67+ =2.95 （61）K=+-1=2.94+ =2.46计算安全系数： S= =2.37 （62） S= =3.76Sca= =3.81S=1.5 （63） 故安全。 截面D左侧面校核：抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x303=2700mm3抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x303=3125mm3弯矩M及弯曲应力为: M=35939 扭矩T3及扭转应力为：T3=14798.5 =4.7MPa （64）根据机械设计2用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数：, 由机械设计2得尺寸系数由机械设计2 得扭转尺寸系数轴按磨削加工，由机械设计3得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即，则按机械设计2 ，得综合系数值为：K=-1=0+=0.09 （65）K=+-1=+=1.63 （66）计算安全系数：S= =18.89 S= =4.79 Sca=3.87S=1.56.6 轴的疲劳强度安全系数校核由材料力学可知 （67）式中： T 轴传递的转矩Nmm；轴的抗扭截面模量；P 轴的传递功率KW，n 轴的转速（