无人值守餐厅自动传菜系统设计毕业设计论文

无人值守餐厅自动传菜系统设计

作 者 姓 名 李大鹏

专 业 机械设计制造及其自动化

指导教师姓名 陈照强

专业技术职务 讲师

目 录

摘 要················································1

第一章 绪论········································3

1.1机器人的发展现状······································3

1.2无人值守餐厅前景······································5

1.3课题的研究目的及意义··································5

1.4设计内容、现有条件····································6

第二章 总体方案··································7

2.1 传菜智能餐车总体机构··································7

2.2 传菜智能餐车总体尺寸选择······························8

第三章 主要部件的选择及结构设计····················9

3.1电动机的选择··········································9

3.2 同步带的选择··········································9

3.3 轴承的选择···········································10

3.4 驱动轴的结构设计·····································11

3.5 驱动轴支撑架的设计···································13

3.6 智能餐车X轴运动设计································14

3.7 智能餐车Z轴运动设计································15

3.8 智能餐车Y轴运动设计································16

第四章 主要部件的校核及计算······················18

4.1驱动轴的校核计算·····································18

4.2齿轮的校核计算·······································19

参考文献·············································23

致 谢··················································24

摘 要

毕业设计课题研究的对象是无人值守餐厅自动传菜系统。无人值守餐厅的运营模式是顾客通过自动门进入餐厅，在前台预交一定费用领取智能餐卡，然后通过自动点菜机点菜，点菜完成后系统会提示顾客的餐桌号和等待时间。稍后送菜机器人会携带餐点停至该顾客餐桌前，将餐盘推至餐桌上，之后机器人返回，继续工作。本设计课题的重点就是对送菜机器人的设计及自动传菜系统的设计。自动传菜系统的设计需要考虑机构在X,Y,Z轴方向上的运动，运用所学的知识，构思结构，进行创新，让其实现上述功能。主要运用减速器，凸轮来实现。结构设计需要用软件CAD进行绘图，画出结构的装配图，重要结构的零件图。还有餐厅的总体布局图。

将所设计的机构放在预定的轨道上，机器人能平稳的将菜放在预定餐桌上，然后自动将菜放下，返回起始点，就验证了设计的正确性。

传菜系统的结构设计，需要考虑结构的实用性，安全性，平稳性，节能性。

关键词：无人值守餐厅 机器人 减速器 凸轮

Abstract

Graduation project design study focuses on unmanned automatic transfer food restaurant system.Unattended mode of operation of the restaurant is that customers walk through the automatic doors into the restaurant to receive a fee prepaid card at the front desk ,and then go to the automatic card order machine to take his order.After the completion of the order ,order system will show the customer's table and waiting time later, and send food robots will stop to the customers with meals table and will push the dish to the dinner table, and then returning to the table to continue to work.The focus of the project design is the design of the robot to send food and automatic transmission dish system.Automatic transmission dish system design need to consider institutions in the X, Y, Z axis movement, apply the knowledge, construct the structure and create new idea to achieve these functions. The main method is to use gear, cam to achieve.CAD design software is used to draw the structure of the assembly drawing, part drawings and important structure of the overall layout of the restaurant map.

It can be properly verified when the designed structure is placed on the predetermined orbit the robot can be able to put food on the booked table smoothly , put dishes down automatically and then return to the starting point.

The design of Pantry system should consider the practicality of the structure, security, stability and energy efficiency.

Key words: unattended restaurant; robot; reducer; CAM

第一章 绪 论

1.1机器人的发展现状

首先介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，应该说是一个科学与技术共同发展的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术。它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。　　

另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。

那么什么是机器人呢？人们一般的理解是类似于人的机器，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种从动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展的一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。

在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流

及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。

机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。 　　

1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统；⑵沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；⑶远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。 　　日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。 　　

根据日本政府2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。 　　我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。 　　

一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。

进入21世纪机器人的发展更加迅速，机器人涉及的领域更是空前庞大。不像早期，机器人只能用于高端领域，现在机器人不仅用于工业生产，更走进了人们的居家生活。例如家用吸尘机器人、园林修剪机器人、厨师机器人等等。

1.2无人值守餐厅前景

十年前，谁都不会想到电脑会这么快走进人们的生活。

现在机器人正好比十年前的电脑，在我们日常生活中充当着神秘角色。但是在不久的将来，机器人肯定会走进千家万户。而无人值守餐厅正好比一个大的机器人。顾客通过自动门进入餐厅，在前台预交一定费用领取智能餐卡，然后通过自动点菜机点菜，点菜完成后系统会提示顾客的餐桌号和等待时间，稍后送菜机器人会携带餐点停至该顾客餐桌前，将餐盘推至餐桌上，之后机器人返回厨房，继续后续工作。就餐结束后，顾客只需在前台自助刷卡结账即可，结账后餐桌会自动旋转，使得餐余和餐具一并落入回收管道，同时回收系统启动，将餐具送至清洗消毒柜清洗、消毒后返回厨房，并将餐余送至沼气系统生产沼气。

这一切都是自动化。有人质疑，对于餐厅不需要这么麻烦，雇几个员工一切都解决了。现在在中国，人力资源比较丰富，劳动力廉价。但是在发达国家，工人的工资越来越高。所以，在不久的将来，使用机器人将节约很大的成本。也许过不了十年，无人值守的智能餐厅将成为服务行业的主流。

1.3课题的研究目的及意义

课题的来源：竞赛项目。

选题的目的和意义：随着科技的发展进步，机器人已经走进了人们的生产和生活。家用吸尘机器人已经诞生，工业机器人更是比比皆是。但餐饮行业的机器人服务却很少。为了打造一款具有世纪特色的新型快餐餐厅，让人们的生活变得更加舒适快捷，对智能餐厅进行研究设计。

进入21世纪，人力资源越来越紧缺。这在很多发达国家已经证实。而我们打造的无人值守餐厅实现了餐厅服务和顾客就餐的自动化，提高了效率。还具有订餐、打包等功能，增加了服务的灵活与多样性，作品体现了当今社会低碳环保的时尚和潮流。

智能餐厅是一个完整的系统，需要团队合作共同完成。我负责智能餐厅自动送菜系统的设计。

采用自动送菜系统的优点：

1）节约了人力资源

2）送菜方便快捷

3）提高了工作效率

1.4设计内容、现有条件

设计内容：设计一自动传菜系统。要求（1）外形尺寸（长*宽*高）控制在450*450*450 mm以内，送菜运行速度≥2m/s，载荷：15kg；推菜速度≥0.5m/s，载荷：5kg。（2）送菜机构电机为电容启动单相齿轮减速电机，双向传动，带刹车，带电子调速；推菜机构电机为电容启动单相齿轮减速电机，双向传动，带刹车，带电子调速。（3）工作环境良好，每天工作时间20小时，每半年检修一次，设计寿命5年。

现有条件：设计参数要求，计算机，绘图机，绘图软件，设计手册

第二章 总体方案

2.1 传菜智能餐车总体机构

经过反复研究讨论，决定用智能车代替传统的带传动实现自动传菜功能。智能小车结构简单，体积小，方便快捷，便于维修。通过CAD软件进行设计，设计完成后的主视图如图2.1.1所示。

图2.1.1主视图

便于看清设计的整体结构图，图2.1.2为左视图。

图2.1.2左视图

上面两张图片为智能餐车的装配图，通过图片大体了解餐车的结构。

2.2 传菜智能餐车总体尺寸选择

传菜系统做成智能车，首先要考虑智能餐车的大小。

智能餐车的工作区域是确定的，需要安放在回收装置的上方。回收装置也具有一定的高度，餐桌的高度为790mm，为了将餐饮安全平稳的放在桌子上，餐车高度加回收装置地面高度不应超过790mm。同时餐车也要有自己的尺寸要求，如餐具拟为最宽300mm，餐车的尺寸必须大于餐具的尺寸。综上考虑，智能餐车的的高度定为420mm、宽度为420mm。智能餐车在固定轨道上行走，对长度要求不严格。但为了美观，决定将餐车的长度也定为420mm。

第三章 主要部件的选择及结构设计

3.1 电动机的选择

智能餐车需要用到三台电动机，一台用于带动驱动轴，一台通过带传动带动凸轮使升降板上下运动，最后一台也是通过带传动使顶板整体运动。电动机都选择R系列斜齿轮硬齿面减速电机。电动机的选择，要根据静功率，适用的机构运动速度等来选择。

传菜机构和升降机构中的电动机要求很低，它的载荷极小，相对于一般选用的电机基本可以忽略不计。但是餐车运动速度有要求，为2m/s。根据行走轮速度来选电机，最后再进行校验。它的传送比约为1:1，行走轮直径d=150mm，所以行走轮轮的转速n=2000/1504r/s。根据传送比，可得电动机的输出转速n=4r/s，即240r/min。所以我选择了R系列斜齿轮硬齿面同轴式减速电机，型号为RF 32R17，他的功率为0.18KW，输出转数240r/min。

3.2同步带的选择

考虑到智能餐车的工作环境是餐厅。餐车本身必须干净整洁并且不能有异味。决定用电动机带动同步带轮进行传动，结构如图3.3.1：

图3.2.1传动装置

同步带轮传动是由一根内周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和相应的带轮所组成。运动时，带齿与带轮的齿槽相啮合传递运动和动力，是一种啮合传动，因而具有齿轮传动、链传动和平带传动的各种优点 。

同步带按材质可分为氯丁橡胶加纤维绳同步带，聚氨酯加钢丝同步带，按齿的形目前主要分为梯形齿和圆弧齿两大类，按带齿的排布面又可分为单面齿同步带和双面齿同步带。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，可精密传动,传动平稳，能吸震，噪音小，传动速比范围大，一般可达1∶10，允许线速度可达50m/s，传动效率高，一般可达98℅―99℅。传递功率从几瓦到数百千瓦。结构紧凑还适用多轴传动，张紧力小，不需润滑，无污染，因而可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场合下正常工作。

考虑到同步带传动具有传动平稳，噪音小，效率高，不需要润滑，无污染的优点，将其用于智能餐车的送菜机构。

3.3轴承的选择

选用轴承时，首先是选择轴承类型。轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。

而此处的轴承需要同时承受径向载荷及轴向载荷。角接触球轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角ɑ有关。接触角大的，承受轴向载荷的能力也高。所以选择角接触球轴承，机构代号70000C，基本额定动载荷比1.0~1.4。

另外轴承的工作环境是密封的，防止灰尘、水、酸气和其他杂物进入。密封装置可分为接触式和非接触式两大类。此处选择的是接触式密封。在轴承盖内放置软材料与转动轴直接接触而起密封作用。如图3.3.1所示。

图3.3.1轴承与轴承盖

3.4驱动轴的结构设计

轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。

轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的两件要有准确的工作位置；轴上的两件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。

拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相关关系。如图图3.4.1中的装配方案是：带轮、套筒、轴承、端盖、行走轮依次从轴的左侧安装，左端只装轴承及其端盖。这样就对各轴端的粗细顺序做了初步安排。拟定装配方案时应考虑几个方案，进行分析比较与选择。

图3.4.1

为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空装的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。

零件的轴向定位

轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母来保证得的。分为定位轴肩和非定位轴肩两类。利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使周德直径增大，而且轴肩处因截面突变而引起应力集中。另外轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度h一般取为h=(0.07~0.1)d,为与零件相配处的轴的直径，单位mm。滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面得高度，以便拆卸轴承，轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径r必须小于与之相配的零件毂孔端部的圆角半径R或倒角尺寸C。轴和零件上的倒角和圆周尺寸的常用范围见表3.1.1。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的，其高度没有严格的规定，一般取为1~2mm。

表3.1.1轴和零件上的倒角和圆周尺寸的常用范围

轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体连接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴向定位也常利用轴承端盖来实现。

1、零件的周向定位

周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处。

2、各轴段直径和长度的确定

零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。初步确定轴的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小与分布情况，因而还不能按轴所收的具体载荷及其引起应力来确定轴的直径。但在进行轴的结构设计时，通常已能求的轴所受的扭矩。因此，可按轴所受的扭矩初步估算轴所需的直径。将初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从d处起逐一确定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的经验去定，或参考同类机器用类比的方法确定。

有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。

为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应取为相应的标准值及所选配合公差。

为了使齿轮轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴做过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。

确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配图或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2-3mm。

3、轴的结构工艺性

轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产率高，成本低，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简化。

为了便于装配零件并去掉毛刺轴段应制出45°的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。它们的尺寸可参考标准或手册。为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。

通过上面的讨论也可以进一步说明，轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用。

3.5 驱动轴支撑架的设计

支撑架作用是固定轴，轴承套在轴上，然后固定在支架上。支撑架三视图如图3.5.1所示。

主视图 侧视图

图3.5.1

支架下端与地板相连，上端支撑顶板，将零件连成整体。底板的结构如图3.5.2所示。

图3.5.2底板

底板上开有四个槽，是给行走轮留的空间，周围开有螺钉孔，与护板、支撑架相连。护板俯视图如图3.5.3所示。

图3.5.3护板

3.6 智能餐车X轴运动设计

为了实现餐车在X轴上的运动，结构如图3.5.1所示。

图3.6.1（一）

餐车在X轴上的运动就是电动机带动带轮运动，带轮带动轴转动，轴带动两端轮子转动，实现餐车运动。

3.7 智能餐车Z轴运动设计

餐车把餐饮平稳的放在餐桌上，然后自动收回。要想完成这个功能，就需要有一个升降装置。

餐饮放在餐盘上，餐盘的主视图如图3.7.1所示。

图3.7.1餐盘

此处工作原理和叉车形似，餐盘相当于托盘，升降机构相当于叉车，桌子充当了货架。升降机构整体升起，将餐盘托起。托盘上升的最高点离桌面10mm，然后升降机构下降15mm，这样餐盘已经放在餐桌上，升降机构最顶端的插板也离开餐盘5mm，插板厚度为11.5mm，这时与餐桌和餐盘都处于非接触状态，能够很好的收回。

这就是升降机构要完成的任务，升降机构总体布局图如图3.7.2所示。

图3.7.2

(1）同步带轮（二）凸轮（三）升降板（四）升降板支架

工作机理是电动机带动同步带轮转动，同步带轮带动轴转，轴带动凸轮转动，从而实现升降板的上下运动。升降板的俯视图如图3.7.3。

图3.7.3升降板

1处连有小轮子，轮子放在升降板支架的槽内，升降支架不仅起到了支撑作用，同时也保证了升降板的平衡，使餐盘能够平稳的升起。同时，1处连有小轮子也能减少升降板与支撑架之间的摩擦。

使升降板上下运动的凸轮结构如图3.7.4。

图3.7.4凸轮

凸轮偏心轴离最顶端50mm，离最低端35mm差15mm，正好能完成目标。

3.8智能餐车Y轴运动设计

智能餐车在Y轴上的运动利用了减速器原理。具体布局图如图3.8.1

图3.8.1

假设同步带轮1往前转动。工作原理是电动机带动同步带轮转动，同步带轮带动轴转动，小车往前运动，同时齿轮2往前转动，带动齿轮3往后转动，齿轮3带动齿轮4往前转动，同理齿轮5往前转动，带动齿条6往前运动，从而使最上面板再次往前运动。

小车在固定的轨道上行走，确定运动的唯一性。

第四章 主要部件的校核及计算

4.1 驱动轴的校核计算

轴的设计准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的震动稳定性。

进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当的选取其许用应力。对于承受扭矩的轴，应按扭转强度条件计算；这种方法是只按轴所收的扭矩来计算轴的强度。轴的扭转强度条件为

式中，扭转切应力，MPa；

T轴所受扭矩，N.mm；

轴的抗扭截面系数，mm³；

n轴的转速，r∕min；

p轴传递的功率，kw；

d计算截面处轴的直径，mm

许用扭转切应力，MPa

由上式可得

根据上式确定轴的直径d=24mm。

轴常用的几种材料的值及值如表3.2所示。

表3.2常用轴的材料性能表

智能餐车的轴材料为45号钢。

应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增加轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d大于100mm的轴，有一个键槽时，轴径增加5%~7%；对于轴径d小于100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%~7%；有两个键槽时，应增大10%~15%。然后将轴径圆整为标准直径。应当注意，这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用轴段的最小直径。

在进行轴的设计时还要进行轴的刚度校核计算，轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。由于智能餐车在z轴上力很小，故不用校核。

4.2 齿轮的校核计算

齿轮机构及其设计

齿轮机构是在各种机构中应用的最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并且有传递功率范围大、传递效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。

对齿轮整周传动而言，不论两齿轮的齿形如何，其平均传动比总等于齿数的反比，即

为了提高轮齿的抗折断能力，可采取下列措施：1）用增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及支撑的刚性，是轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。

对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如夹布塑胶、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力。齿面硬度应为250—350HBS。

智能餐车齿轮材料选择牌号45，热处理方法为调质，强度极限为650，屈服极限360，齿芯部硬度217—255HBS。

1、齿轮传动的计算载荷

为了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单位长度上所受载荷进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平均载荷p（单位为N/mm)为

式中为作用于齿面接触线上的法向载荷，N；L沿齿面的接触线长，mm。

法向载荷为公称载荷，在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮的制造误差，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法向载荷增大。此外，在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算齿轮传动的强度时，应按接触线单位长度上的最大载荷，即计算载荷进行计算。即

式中，K为载荷系数；、L的意义和单位同前。

计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数,动载系数、齿间载荷分配系数及齿向载荷分布系数，即

2、轮齿的受力分析

进行齿轮传动的强度计算时，首先要知道轮齿上所受的力，这就需要对轮齿传动做受力分析。沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方便，将法向载荷在节点p处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力。由此得

式中小齿轮传递的转矩，N.mm;小齿轮的节圆直径，mm；啮合角，对标准齿轮=20°

3、齿面接触疲劳强度计算

齿面接触疲劳强度计算的基本公式，

4、齿轮传动设计参数的选择

压力角的选择

由机械原理可知，增大压力角，轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为等于20°。但增大压力角并不一定对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1-1.2，压力角为16°到18°的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。

齿数z的选择

若保持齿轮传动的中心距a不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能降低滑动速度，以减少磨损及胶合的危险性。但模数笑了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。

闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可取为=17-22.

为使轮齿免于根切，对以=20°的标准直齿圆柱齿轮，应取17

小齿轮齿数确定后，按齿数比可确定大齿轮齿数。为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，与一般应为互质数。

3.齿宽系数的选择

由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适当。圆柱齿轮齿宽系数值列于表。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为所以对于标准圆柱齿轮，的值规定为0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2.

4、齿轮的许用应力

齿轮的许用应力按下式计算

S疲劳强度安全系数。对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声，振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故取S==1。但对弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重的事故，因此在行进齿根弯曲疲劳强度计算时取S==1.25-1.5。

考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。

N=60nj

n为齿轮的转速；j为齿轮没转一圈时，同一齿面啮合的次数；为齿轮的工作寿命。

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致 谢

时间飞逝，马上就要毕业了。大学四年要感谢的人很多，首先感谢四年来教育我的老师们。从大学的第一节课，老师就教育我们要好好学习，在大四找工作，做毕业设计的时候切身认识到所学每一科的重要性。学校给我们提供了很多实习的机会，感谢机械学院的领导。

在毕业设计期间，陈照强老师给我提出了很多宝贵的意见，让我温习了以前学过的知识，同时也让我认识到自己的不足。非常感谢陈老师。陈老师告诉我学习要温故而知新，学习要踏踏实实。不能浮在表面。我都铭记在心。王毅老师也说过，细节决定成败。我会向老师们学习。在以后的工作中，我会继续努力。

另外还要感谢身边的同学，在毕业期间，我们相互协作，相互交流。学到很多知识，更切身体会到，一个团体合作的重要性。谢谢在毕业设计期间给我提过意见的同学们。

最后，我也要深深感谢父母等家人对我的全力支持。他们给我提供了深造的机会和很好的生活学习环境，衷心祝他们身体健康，幸福如意。

非常感谢百忙中抽空指导评审本论文的评阅老师和答辩委员会的老师。

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