河北工业大学城市学院2015届本科毕业设计说明书
图3.4轴的弯矩图
3. 校核轴的强度
求出轴的弯、扭矩之后，要针对危险截面做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力：
σ????= ??2+4??2
（3-5）
通常弯曲应力σ是对称循环变应力，而由扭转切应力τ则常是不对称循环变应力。考虑到两种应力影响不同，引入折合系数α，则计算应力为
σ????
= ??2+4（α??）
2
（3-6） 当扭转切应力为静应力时。取α≈0.3；当扭转切应力为脉动切应力时，取
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α≈0.6；若扭转切应力亦为对称循环变应力时，取α=1。
对于直径为d的圆轴，弯曲应力为
σ=
扭转切应力
????τ==
????2??将?和?代入公式3-6，则轴的弯扭合成强度条件为
??????
(3-7)
式中：??????------轴的计算应力，MPa M-------轴所受的弯矩，N·mm T-------轴所受的扭矩，N·mm W-------轴的抗弯曲截面系数，????3
????3
W= 32 （3-8）
[???1] -----对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，MPa。查机械设计课本表15-1可得， ???1 =55??????。
代入轴数据，前立柱下轴所受扭矩T=0，将M=17000N·mm，α≈0.6，W=2650.719mm代入公式3-7得：??????=6.413MPa?[???1]=55MPa，故满足条件，合格。其余各连接轴也可以按此法校核。
4. 按剪切应力和挤压应力进行校核计算
又由于各轴均不传递扭矩，只做连接轴按成连接件计算。故对其进行切应力和挤压应力的校核，已知各连接轴均采用优质碳素结构钢中的45号钢，其许用切应力[τ]=60 MPa,许用挤压应力[??????]=120 MPa。
a) 切应力的计算
τ=
???? ????2????2 ??2+(????)2= ()+4()=≤[???1]
??2??????
?? （3-9）
????
τ=≤[??]
??- 23 -
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（3-10）
b) 挤压应力的计算
??????=
（3-11）
??????
（3-12）
式中，??????为挤压力；??????为挤压面上的名义挤压应力；??????为挤压计算面积；[??????]为材料许用挤压应力。
由剪切强度条件校核轴的直径 轴的受力情况如图3.5所示：
??????=≤[??????] ??????
??????
??????
图3.5 轴的受力图
轴有两个剪切面，称为双剪切。假想将轴沿剪切面截开，根据任一部分的平衡条件可求得剪应力为
????= ??
2由剪切强度条件，得
2??
≤[τ] ????2所以
2??d≥ ??[??]代入前立柱下轴数据得d≥4.607mm。
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由挤压强度条件校核轴的直径：
挤压力最大处发生在面积最小的地方，故最大挤压应力发生在立柱连接臂与轴的接触处。挤压力为
F????=??
挤压计算面积
??????=??×0.64
由挤压强度条件得
??????
所以
d≥
??
[??????]×0.64??=≤[??????] ??????
代入轴数据得d≥26mm。综合考虑轴的剪切和挤压强度，为保证连接的安全，轴的直径选择d=30是合理的。其他轴如大臂与小臂支撑轴2；小臂与手腕支撑轴3都可以按此法计算校核。
结 论
本文研究了一种用于水泥生产线的码垛机器人的结构设计，本次设计研究了其整体构造，对传动方式进行了细致的比较与选择，对机器人结构主要参数进行了仔细计算，对码垛机器人的具体设计有了详细的设计思路。
在课题的研究过程中主要进行了以下的工作：
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第一，利用三维造型软件Solidworks建立了各个零件的三维图形，并进行了组装，得到了样机的三维形态，这为码垛机器人的后续设计奠定了很好的基础。
第二，使用CAD绘制码垛机器人二维工程图，手绘零部件图。 第三，对三维模型进行运动仿真。
在整个毕业设计过程中，我发现我的知识是很有限的，经验太少，在设计中遇到了各种各样的问题，在毕业设计初期对设计一个完整的机械产品缺少前期的规划和准备经验，在设计中期没有对资料和计算过程进行细致整理导致撰写说明书浪费了许多时间。介于之前的课程设计都是手绘、手算、手写，在本次毕业设计过程中原来手写手算很轻松的工作如复杂公式、符号、力学分析图，在电子文档上书写变得比较费劲，对电子文档的细致的格式要求也不同于以往的手写报告。而且，在本次毕业设计过程中，我学习到许多以往没有涉及的知识，对电机和减速器的选择，轴的校核有了更进一步的认识。
由于知识量掌握太少，我的设计中还有很多的不足之处，请老师批评指正。
参考文献
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