自動(dòng)上下料機(jī)械手直臂與夾持部件的三維設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)

1、<p>　　自動(dòng)上下料機(jī)械手直臂與夾持部件的三維設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　大學(xué)四年就這樣匆匆過去了，在此我想對培養(yǎng)我四年的母校，傳授我知識(shí)的老師，陪我一起度過酸甜苦辣的同學(xué)、朋友表示衷心的感謝。</p><p>　　特別感謝我的畢業(yè)論文指導(dǎo)老師張偉老師，是他悉心指導(dǎo)我

2、完成了這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。張老師用他淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之道，精益求精的工作作風(fēng)感染著我。從選題到答辯，都有張老師的指導(dǎo)，每次遇到問題，張老師都及時(shí)地給我們解答，這篇畢業(yè)論文的順利完成，張老師付出了太多，在此，再次向張老師表示崇高的敬意和真摯的感謝。</p><p>　　這篇論文的順利完成，也離不開我們機(jī)械手設(shè)計(jì)小組的各個(gè)成員的共同努力。在此，特別感謝我的組長陳述，組員張益、林日玖、金守勇這四位同學(xué)，是他們用汗水

3、澆灌了今天的成果。另外，感謝我們班的同學(xué)，感謝他們的關(guān)心和幫助。</p><p>　　自動(dòng)上下料機(jī)械手直臂與夾持部件的三維設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：機(jī)械手能代替人工操作，起到減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的特點(diǎn)。在實(shí)用的基礎(chǔ)上，對自動(dòng)上下料機(jī)械手直臂與夾持部件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，其中分為三個(gè)部分，手爪、手腕、直臂。設(shè)計(jì)手爪為平移型夾持式手爪，傳

4、動(dòng)結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)絲桿。手腕為回轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0-180°，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿。直臂傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為滾珠絲桿。整體機(jī)械手為直角坐標(biāo)型，驅(qū)動(dòng)均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，精度高。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ：機(jī)械手；直臂與夾持部件；Pro/e三維設(shè)計(jì)；CAD二維設(shè)計(jì)</p><p>　　中圖分類號(hào) ：TH24</p><p><b>　　目次</b&g

5、t;</p><p>　　摘要...............................................................................................................................................................I</p><p>　　目次........

6、....................................................................................................................................................III</p><p><b>　　1緒論III</b></p><p>

7、;　　1.1前言和意義III</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史III</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢V</p><p>　　1.4 本章小結(jié)VI</p><p>　　2機(jī)械手直臂部分的總體設(shè)計(jì)VI</p><p>　　2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇VI</p><p

8、>　　2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇VII</p><p>　　2.3傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇VII</p><p>　　2.4 機(jī)械手的基本形式選擇IX</p><p>　　2.5 機(jī)械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng)IX</p><p>　　2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)X</p><p>　　2.8 本章小結(jié)XI</p

9、><p>　　3機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì)XII</p><p>　　3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求XII</p><p>　　3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)XII</p><p>　　3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算XII</p><p>　　3.3.1選擇手爪的類型及夾緊裝置XII</p><p>　　3.3

10、.2 手爪夾持范圍計(jì)算XIII</p><p>　　3.3.3 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)XIV</p><p>　　3.3.4 直齒輪設(shè)計(jì)XVI</p><p>　　3.3.5電機(jī)選型XVII</p><p>　　3.4 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖XVIII</p><p>　　3.5 本章小結(jié)XX<

11、/p><p>　　4機(jī)械手手腕部分的三維設(shè)計(jì)XXI</p><p>　　4.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求XXI</p><p>　　4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇XXI</p><p>　　4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)XXI</p><p>　　4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇XXII</p><p&g

12、t;　　4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算XXII</p><p>　　4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算XXII</p><p>　　4.3.2 蝸輪齒輪設(shè)計(jì)XXIV</p><p>　　4.3.3 步進(jìn)電機(jī)選型XXV</p><p>　　4.4 手腕部分出圖及主要零部件出圖XXVI</p><p>　　4.5本章小結(jié)XX

13、XII</p><p>　　5 直臂部分的三維設(shè)計(jì)XXXIII</p><p>　　5.1 手臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)XXXIII</p><p>　　5.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)XXXIII</p><p>　　5.3 錐齒輪設(shè)計(jì)XXXVI</p><p>　　5.4 電機(jī)選型XXXVIII</p>

14、;<p>　　5.5 機(jī)械手直臂部分三維出圖及主要零部件出圖XXXIX</p><p>　　5.6 本章小結(jié)XLII</p><p>　　6.總結(jié)XLIII</p><p>　　學(xué)位論文數(shù)據(jù)集..............................................................................

15、..........................................................43</p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1前言和意義</b></p><p>　　機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械化

16、、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接

17、影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。</p><p>　　目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化大生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用機(jī)器人技術(shù)，設(shè)計(jì)用一臺(tái)裝卸機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。通過對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其

18、自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)械手的簡史</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)

19、品。</p><p>　　機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)。</p><p>　　1962年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式

20、通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。</p><p>　　1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><

21、p>　　1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于±1毫米。</p><p>　　美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它

22、給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到±0.1毫米。</p><p>　　德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。</p><p>　　瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。</p><

23、p>　　瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年個(gè)大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222

24、億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。</p><p>　　第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，

25、具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。</p><p>　　第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重

26、要一環(huán)。</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢</p><p>　　目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下：</p><p>　　1．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可

27、重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。</p><p>　　2．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　3．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度

28、等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　4．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)； </p><p>　

29、　5．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。</p><p>　　總的來說，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元

30、件。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了機(jī)械手的基本概念，工業(yè)發(fā)展簡史，發(fā)展機(jī)械手的重要性及設(shè)計(jì)的目的，并介紹了機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。</p><p>　　2機(jī)械手直臂部分的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　

31、?。?）手部，是直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型。手部是用來抓取工件的部件，根據(jù)被抓取物件的形狀、尺寸、重量、材料和抓取要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。其中最常用的抓取類型是吸附型和夾持型，吸附型主要是針對于一些正方形表面光滑、輕質(zhì)的工件或物料，夾持型主要是針對圓柱形狀或者是別的一些比較復(fù)雜形狀的工件或物料。傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：連桿杠桿式、滑槽杠桿式、斜槭杠桿式、絲杠螺母式、齒輪齒條式、重力式和彈簧式

32、。</p><p>　?。?）腕部，即連接手部和臂部的部件，起支撐和改變手部姿態(tài)的作用，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、左右擺動(dòng)、上下擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，

33、靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　臂部 ，手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能

34、滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。</p><p>　　2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的

35、重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 可分為以下四類：</p><p>　?。?）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　氣壓機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、易于保養(yǎng)、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單成本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差、沖擊力大、定位精度一般、抓取力小。</p><p>　　（2）液壓傳動(dòng)機(jī)械手</p&

36、gt;<p>　　是以油液壓縮的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：輸出力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、抓取力大。但是這種機(jī)械手對密封性要求很高、不易于保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，成本高。</p><p>　　（3）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　它是由機(jī)械傳

37、動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。但是結(jié)構(gòu)較大，保養(yǎng)需求高。</p><p>　　（4）電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　它是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)速度快，行程長，定位精度高，易于維護(hù)、使用方便、節(jié)能環(huán)保。但是其技術(shù)還不夠成熟、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本也較高。</p>

38、;<p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。按照各驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)以及機(jī)械手的工作環(huán)境經(jīng)討論我們采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.3傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇</p><p><b>　?。?）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　在機(jī)器人中常用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐

39、齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。</p><p><b>　?。?）諧波齒輪傳動(dòng)</b></p><p>　　諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小重量輕，傳動(dòng)比大（幾十到幾百），傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪音低、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。故在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。諧波齒輪傳動(dòng)與少齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似，它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引

40、起齒間的相對錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的，故諧波齒輪傳動(dòng)與一般的齒輪傳動(dòng)具有本質(zhì)上的差別。</p><p><b>　?。?）螺旋傳動(dòng)</b></p><p>　　螺旋傳動(dòng)及絲杠螺母，它主要是用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的，如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠。</p><p

41、>　　絲杠螺母傳動(dòng)分為普通絲杠（滑動(dòng)摩擦）和滾珠絲杠（滾動(dòng)摩擦），前者結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低，具有自鎖能力；但是摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低（30%~40%）。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高（92%~98%），其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，靈活度高。通過預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動(dòng)剛度；進(jìn)給精度和重復(fù)定位精度高。使用壽命長；而且同步性好，使用可靠、潤滑簡單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。由于滾珠絲杠

42、傳動(dòng)返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動(dòng)時(shí)，須附加自鎖機(jī)構(gòu)或制動(dòng)裝置。</p><p><b>　　（4）同步帶傳動(dòng)</b></p><p>　　同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動(dòng)。為保證帶和帶輪作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，齒形帶采用了承載后無彈性變形的高強(qiáng)力材料，無彈性滑動(dòng)，以保證

43、節(jié)距不變。同步帶具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高（可達(dá)98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要潤滑；傳動(dòng)平穩(wěn)，能高速傳動(dòng)（可達(dá)40m/s）、傳動(dòng)比可達(dá)10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人中使用很多。其主要缺點(diǎn)是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，同時(shí)具有一定的蠕變性。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。（5）鋼帶傳動(dòng)</p><p>　　鋼帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無間隙傳動(dòng)、摩擦阻力大，無滑動(dòng)，結(jié)

44、構(gòu)簡單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動(dòng)力矩大、壽命長，鋼帶無蠕變、傳動(dòng)效率高。</p><p><b>　?。?)鏈傳動(dòng)</b></p><p>　　在機(jī)器人中鏈傳動(dòng)多用于腕傳動(dòng)上，為了減輕機(jī)器人末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。由于電機(jī)距離被傳動(dòng)的腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)，故采用精密套筒滾子鏈來傳動(dòng)。</p><p><b&g

45、t;　　（7)鋼絲繩輪傳動(dòng)</b></p><p>　　鋼絲繩輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是帶輪較大、安裝面積大、加速度不宜太高。</p><p>　　2.4 機(jī)械手的基本形式選擇</p><p>　　常見的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: (1)直角坐標(biāo)型機(jī)械手;(2)圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手;

46、 (3)球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手; (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。</p><p>　　圖2.1 機(jī)械手基本形式</p><p>　　按照機(jī)械手的工作環(huán)境采用直角坐標(biāo)型機(jī)械手，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，定位精度高，比較滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.5 機(jī)械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng)</p><p>　　在直角坐標(biāo)型機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)

47、設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，關(guān)于機(jī)械手具有4個(gè)自由度 即：手爪張合；手腕回轉(zhuǎn)；直臂升降；橫臂平移4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和4個(gè)電機(jī)組成：（1）手部，采用絲桿螺母結(jié)構(gòu)，通過電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)手抓的張合。（2） 腕部，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)90°~180°（3）臂部，采用滾珠絲杠，電機(jī)帶動(dòng)絲桿使螺母在橫臂上移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)手臂平動(dòng)，帶動(dòng)絲桿螺母使絲桿在直臂上

48、移動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂升降。</p><p>　　圖2.2 機(jī)械手直臂與夾持部件總裝三維圖</p><p>　　圖2.3 二維示意圖</p><p>　　2.6 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（1）用途：數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):</p><p>　　1、抓重

49、:600g (夾持式手部)</p><p>　　2、自由度數(shù):4個(gè)自由度</p><p>　　3、坐標(biāo)型式:直角坐標(biāo)型</p><p>　　4、橫臂手臂長度:2180mm</p><p>　　5、手臂最大高度:2769.5mm</p><p><b>　　6、手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p>

50、;<p>　　升降行程：920mm</p><p>　　升降速度：167mm/s</p><p><b>　　7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)范圍: 0-180°</p><p><b>　　2.8 本章小結(jié)</b></p><p>

51、　　本章對機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)分析，從中選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以此進(jìn)行。</p><p>　　3機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　?。?） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所

52、需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。</p><p>　　（2） 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。</p><p>　　（3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。</p><p>　　（4） 應(yīng)保證手抓的夾持精度。</p&g

53、t;<p>　　3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。</p><p>　?。?） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　（3）平面平移型。</b></p><p>　　3.3 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算</p&g

54、t;<p>　　3.3.1選擇手爪的類型及夾緊裝置</p><p>　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)抓取圓柱形物塊的機(jī)械手。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 適于夾持平板和圓柱類材料, 且工件

55、徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差為零。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇移動(dòng)型手爪，采用絲杠螺母這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式。</p><p>　　運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)直齒輪使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)繼而帶動(dòng)手爪接觸塊移動(dòng)，從而形成手爪的張合，當(dāng)手爪抓到零件時(shí)，電機(jī)停止，手爪形成自鎖，帶動(dòng)零件移動(dòng)。</p><p>　　圖3.1 二維手爪結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3.2 手爪夾持

56、范圍計(jì)算</p><p>　　加工毛坯尺寸：Φ20-Φ30 長度：100左右 </p><p>　　毛坯質(zhì)量（以鋼材的密度計(jì)算）：約246g-555g（按最大600g計(jì)算）</p><p>　　裝夾深度：約25mm</p><p>　　縱向定位精度：0.1mm</p><p>　　橫向定位精度：1mm<

57、;/p><p>　　手爪接觸塊為橡膠，橡膠具有彈性大，定伸強(qiáng)度高，抗撕裂性和電絕緣性優(yōu)良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特點(diǎn)。</p><p>　　圖3.2 手爪橡膠</p><p>　　3.3.3 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件：</b></p><p><b>　　

58、需自鎖</b></p><p>　　絲杠長度 145mm </p><p>　　最大質(zhì)量共計(jì)約1100g。</p><p>　　絲杠載荷：絲杠豎直時(shí)承受最大軸向力，G=mg (g取10N/kg)。</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算：（計(jì)算部分由小組成員張益完成本人參與討論）</p><p>　　牙型、材料和許

59、用應(yīng)力</p><p><b>　　采用梯形單頭螺紋</b></p><p>　　螺桿材料選45鋼，調(diào)制處理，，由機(jī)械手冊查表可得</p><p>　　許用拉應(yīng)力 .................................................................（3.1）</p><p>

60、;　　手爪部分為輕載，螺母材料選耐磨鑄鐵。由機(jī)械手冊查表可得</p><p>　　許用彎曲應(yīng)力， 取 ；</p><p><b>　　許用剪應(yīng)力</b></p><p><b>　　由機(jī)械手冊查表可得</b></p><p><b>　　許用壓強(qiáng)，取</b></p>

61、<p>　　按耐磨性計(jì)算螺桿中徑</p><p>　　由表中公式，， ....................................................................................（3.2）</p><p>　　采用整體螺母式，取，</p><p>　　由GB/T 5796.3-1986，可選

62、，，，，，的梯形螺紋、中等精度。螺桿左右兩端分別采用不同的旋向，螺旋副標(biāo)記分別為：</p><p><b>　　，。</b></p><p><b>　　螺母高度，取</b></p><p><b>　　則螺紋圈數(shù)圈</b></p><p><b>　　自鎖性驗(yàn)算&l

63、t;/b></p><p>　　由于單頭螺紋，導(dǎo)程，故螺紋升角為</p><p>　　........................................................................（3.3）</p><p>　　由機(jī)械手冊查表可得鋼和耐磨鑄鐵的，取，可得</p><p>　　......

64、.............................................................（3.4）</p><p><b>　　，故自鎖可靠。</b></p><p><b>　　螺桿強(qiáng)度校核</b></p><p>　　由機(jī)械手冊查表可得，螺紋摩擦力矩</p><p&

65、gt;　　， ...................（3.5）</p><p><b>　　代入以下公式得</b></p><p><b>　　...（3.6）</b></p><p><b>　　螺母螺紋強(qiáng)度校核</b></p><p>　　因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校

66、核螺母螺紋強(qiáng)度即可。</p><p><b>　　由機(jī)械手冊查表可得</b></p><p><b>　　牙根寬度，基本牙高</b></p><p><b>　　代入以下中的公式得</b></p><p>　　..................................

67、.........（3.7）</p><p>　　................................................（3.8）</p><p><b>　　橫向振動(dòng)校核</b></p><p>　　對于鋼制螺桿 ...........（3.9）</p><p><b>　　應(yīng)滿足

68、轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　效率</b></p><p>　　由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)</p><p>　　.........（3.10）</p><p><b>　　效率取為</b></p><p>　　3.3.4 直齒輪設(shè)計(jì)</p>

69、<p>　　表3.1 直齒輪參數(shù)表</p><p><b>　　3.3.5電機(jī)選型</b></p><p>　　計(jì)算條件：空行程最長，夾緊時(shí)間不超過1.2s</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算：（電機(jī)選型部分和組長商量而定）</p><p>　　螺母移動(dòng)平均速度， ......................

70、...............................（3.11）</p><p><b>　　絲杠的平均轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　摩擦轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　.................（3.12）</p><p>　　...................

71、.....................................（3.13）</p><p>　　故........................................................（3.14）</p><p>　　選用轉(zhuǎn)速為的直流電機(jī)，速比</p><p>　　齒輪傳動(dòng)效率、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率</p><p

72、><b>　　總效率</b></p><p><b>　　電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　............................................................（3.15）</p><p><b>　　電機(jī)軸輸出功率：</b><

73、;/p><p>　　............................................................................（3.16）</p><p>　　電機(jī)選用40ZY-02直流電動(dòng)機(jī)</p><p>　　3.4 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖</p><p>　　圖3.3 手爪三維圖

74、</p><p>　　圖3.4 直齒輪絲桿</p><p><b>　　圖3.5 電機(jī)齒輪</b></p><p><b>　　圖3.6 齒輪箱</b></p><p>　　圖3.7 手爪接觸塊連接件和絲桿螺母</p><p>　　圖3.8 手爪裝配件</p>

75、<p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對機(jī)械手手爪的類型及夾緊裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。先對絲杠螺母式的手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，然后對手爪滑動(dòng)絲杠進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，對直齒輪和電機(jī)進(jìn)行了選型。最后用Pro/e畫出三維圖,用AutoCAD畫出二維圖（二維圖見附錄）。</p><p>　　4機(jī)械手手腕部分的三維設(shè)計(jì)</p><p

76、>　　4.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　?。?） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。</p><p>　　（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局</p><p&g

77、t;　　腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。</p><p>　　（3） 必須考慮工作條件</p><p>　　對于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。</p>

78、;<p>　　4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇</p><p>　　4.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于270°）。</p><p>　　(2) 齒條

79、活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于270°的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。</p><p>　　(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。</p><p>　　(4) 機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p&

80、gt;<p>　　本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)90°或180°，則腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)是一種步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行

81、的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　故手腕結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)渦輪蝸桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)：其主要功能是帶動(dòng)手爪的轉(zhuǎn)向，使其能準(zhǔn)確的抓取零件和放置零件。</p><p>　　運(yùn)行方式為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到一定角度(90°或180°

82、)時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)功能。</p><p>　　4.3 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　計(jì)算條件：夾取工件重量600g左右，回轉(zhuǎn)180°。</p><p>　　4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算：（計(jì)算部分由小組成員張益完成）</p><p><b>　　（1

83、）選擇軸的材料</b></p><p>　　選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械手冊表6-1-1查得：，，，</p><p>　　（2）初步確定最小軸徑</p><p><b>　　按表選取</b></p><p>　　由機(jī)械手冊得 ...................................

84、..（4.1）</p><p><b>　　（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖4.1 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）鍵的選擇與校核</p><p><b>　　1、蝸輪連接鍵</b></p><p><b>　　選擇普通平鍵 </b

85、></p><p>　　查機(jī)械手冊可得 ..........................................（4.2）</p><p><b>　　查機(jī)械手冊可得</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　2、軸端連接鍵<

86、/b></p><p><b>　　選擇普通平鍵。</b></p><p>　　查機(jī)械手冊可得 .........................................（4.3）</p><p><b>　　查機(jī)械手冊可得</b></p><p><b>　　所以<

87、;/b></p><p><b>　?。?）軸的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　其條件為 ....................（4.4）</p><p>　　其中 —— 軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa；</p><p>　　M —— 軸所受的彎矩，Nmm ； .......................

88、.....（4.5）</p><p>　　T —— 軸所受的扭矩，Nmm；</p><p>　　W —— 軸的抗彎截面系數(shù)，；</p><p>　　—— 對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按表計(jì)算</p><p>　　.............................................................

89、.............................................................................（4.6）</p><p>　　即＝270MPa，故安全。</p><p>　　4.3.2 蝸輪齒輪設(shè)計(jì)</p><p><b>　　計(jì)算條件：</b></p><p>

90、;　　蝸輪軸輸出功率，轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)比。工作壽命</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算：</b></p><p>　　1選擇材料和加工精度</p><p>　　蝸桿選用45鋼、蝸輪選用ZCuAl10Fe3、加工精度7級</p><p><b>　　初選幾何參數(shù)</b></p>&

91、lt;p><b>　　，</b></p><p>　　計(jì)算蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率及蝸桿輸入轉(zhuǎn)矩</p><p>　　粗算傳動(dòng)效率 .................................（4.7）</p><p>　　蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 ..............................................（4.8

92、）</p><p>　　蝸桿輸入轉(zhuǎn)矩 ...................................................（4.9）</p><p><b>　　確定許用接觸應(yīng)力</b></p><p>　　蝸桿輸入功率 ..................................................

93、....（4.10）</p><p><b>　　滑動(dòng)速度、、</b></p><p>　　、 ..............................................（4.11）</p><p>　　..................................（4.12）</p><p>

94、<b>　　求載荷系數(shù)K</b></p><p>　　動(dòng)載荷系數(shù)、嚙合質(zhì)量系數(shù)、小時(shí)載荷率、小時(shí)載荷率系數(shù)、環(huán)境溫度系數(shù)、工作情況系數(shù)</p><p><b>　　由于不帶風(fēng)扇，</b></p><p>　　所以： .......................（4.13）</p><p><

95、;b>　　計(jì)算m和q值</b></p><p>　　.......................（4.14）</p><p><b>　　取 ，，16</b></p><p>　　7.蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核驗(yàn)算</p><p>　　....................................

96、（4.15）</p><p><b>　　接觸強(qiáng)度足夠。</b></p><p>　　4.3.3 步進(jìn)電機(jī)選型</p><p>　　計(jì)算條件：手腕電機(jī)載荷約為85N，蝸輪軸轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算：</b></p><p>　　手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間約為，</

97、p><p>　　期間做功 .........................................................................（4.16）</p><p>　　蝸輪軸輸出功率 ...................................................（4.17）</p><p>　　渦輪軸轉(zhuǎn)矩

98、 .................................................（4.18）</p><p>　　電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩 .................................................（4.19）</p><p>　　電機(jī)軸輸出功率 .............................................

99、...（4.20）</p><p>　　步距角取。 ...................................................................（4.21）</p><p>　　靜力矩 ............................（4.22）</p><p>　　選用永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)57BYG450C&l

100、t;/p><p>　　4.4 手腕部分出圖及主要零部件出圖</p><p>　　圖4.2 手腕三維圖</p><p><b>　　圖4.3 手腕法蘭</b></p><p><b>　　圖4.4 蝸桿</b></p><p><b>　　圖4.5 蝸輪</b>

101、;</p><p><b>　　圖4.6 蝸輪軸</b></p><p><b>　　圖4.7 軸端法蘭</b></p><p>　　圖4.8 蝸輪蝸桿箱體</p><p>　　圖4.9 蝸輪蝸桿箱蓋</p><p>　　圖4.10 蝸輪軸承蓋</p><

102、p>　　圖4.11 蝸輪軸承蓋開口</p><p>　　圖4.12 嵌入式軸承蓋</p><p>　　圖4.13 嵌入式軸承蓋開口</p><p><b>　　4.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對機(jī)械手手腕的類型及回轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。先對蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算設(shè)計(jì)，對電機(jī)進(jìn)行了選型。然后用Pro

103、/e畫出三維圖,用AutoCAD畫出二維圖（二維圖見附錄）。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　5 直臂部分的三維設(shè)計(jì)</p><p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、

104、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。</p><p>　　手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本次設(shè)計(jì)主要講直臂的升降。</

105、p><p>　　5.1 手臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手的手臂升降伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　我們選用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的手臂，螺母帶動(dòng)絲杠進(jìn)行升降和平移，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如下圖：中間為絲杠，兩邊為光桿。</p><p>　　運(yùn)行方式為電機(jī)帶

106、動(dòng)錐齒輪，繼而帶動(dòng)絲杠螺母，絲杠螺母是固定點(diǎn)，相對的絲杠做上下移動(dòng)。</p><p>　　5.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄓ?jì)算部分由小組成員張益完成本人參與討論和數(shù)據(jù)修改）</p><p>　　（1）選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為：磨制絲杠(右旋)</p><p>　　上固定端到螺母間距離(臨界長度) </p><p

107、>　　下固定端到螺母間距離(臨界長度)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)后絲杠總長</b></p><p>　　最大行程 支承方式為兩端固定定位精度：   由表得，有效行程內(nèi)目標(biāo)行程公差，行程變動(dòng)量</p><p>　　由表得，任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量，2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量</p><

108、;p>　　絲杠精度為5級，可靠性90%。</p><p><b>　?。?）計(jì)算載荷</b></p><p><b>　　手腕手爪部分重量</b></p><p>　　（重力加速度?。?..........................（5.1）</p><p>　　軸向載荷（3）初算

109、導(dǎo)程：</p><p>　　絲杠螺母轉(zhuǎn)速，直臂移動(dòng)速度</p><p><b>　　初算導(dǎo)程，所以取</b></p><p><b>　　選工作壽命：</b></p><p><b>　?。?）由表得，</b></p><p>　　， .........

110、....................................................（5.2）</p><p>　　式中，查機(jī)械手冊得，精度系數(shù)</p><p>　　查機(jī)械手冊得，可靠性系數(shù)</p><p>　　查機(jī)械手冊得，載荷性質(zhì)系數(shù)</p><p>　　查機(jī)械手冊得，預(yù)加載荷系數(shù)</p><p&g

111、t;<b>　　所以，</b></p><p>　　靜載計(jì)算：由機(jī)械手冊得，，式中 ..........................（5.4）</p><p>　　（7）選取滾珠絲杠型號(hào)：采用外循環(huán)導(dǎo)珠管埋入式CDM 1605-3.5-P5型，。</p><p><b>　　其中，，，，</b></p>

112、<p><b>　　滿足承載能力要求。</b></p><p>　?。?）計(jì)算預(yù)緊力：， ................................................（5.5）</p><p><b>　?。?）值校驗(yàn)</b></p><p>　　由機(jī)械手冊得，，符合要求。</p&g

113、t;<p>　?。?0）臨界轉(zhuǎn)速校核</p><p>　　....................................................................................（5.6）</p><p>　　式中，查機(jī)械手冊得，</p><p><b>　　滿足轉(zhuǎn)速要求</b>&l

114、t;/p><p><b>　　螺桿強(qiáng)度：</b></p><p>　　螺桿材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，其許用應(yīng)力</p><p><b>　　螺桿當(dāng)量應(yīng)力：</b></p><p><b>　　....（5.7）</b></p><p><b>　　式

115、中，</b></p><p><b>　　符合強(qiáng)度要求</b></p><p>　　(12)系統(tǒng)剛度計(jì)算</p><p>　　剛性為機(jī)械剛度的指標(biāo)，滾珠絲杠的剛性取決于螺桿與螺母之間軸向負(fù)荷珠槽接觸剛性及螺桿軸的剛性來決定。機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總剛性的慣性經(jīng)由測試，可將螺帽—螺桿及鋼珠—珠槽兩者間的剛性合二為一，成為螺帽剛性，因此</

116、p><p>　　....................................................................................................（5.8）</p><p>　　5.3 錐齒輪設(shè)計(jì)</p><p>　　錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：錐齒輪是圓錐齒輪的簡稱，它用來實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng),兩軸交角S

117、稱為軸角，其值可根據(jù)傳動(dòng)需要確定，一般多采用90°。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖所示。由于這一特點(diǎn)，對應(yīng)于圓柱齒輪中的各有關(guān)"圓柱"在錐齒輪中就變成了"圓錐"，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設(shè)計(jì)、制造及安裝均較簡單，但噪聲較大，用于低速傳動(dòng)（＜5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小

118、及承載能力大等特點(diǎn)，用于高速重載的場合。本節(jié)采用S=90°的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)。</p><p><b>　　圖5.4 錐齒輪</b></p><p>　　計(jì)算條件：負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直線錐齒輪，傳動(dòng)比為，錐齒輪轉(zhuǎn)速</p><p>　　材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HBS=217~255，齒面粗糙度</p><p&g

119、t;　　錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算：（計(jì)算部分由組員張益完成本人參與數(shù)據(jù)討論修改）</p><p><b>　　1.初步計(jì)算：</b></p><p><b>　　電機(jī)軸端齒輪轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　齒數(shù)比</

120、b></p><p><b>　　估算時(shí)，安全系數(shù)，</b></p><p><b>　　接觸疲勞強(qiáng)度極限</b></p><p>　　因此估算時(shí)的齒輪許用接觸應(yīng)力 ...................（5.9）</p><p><b>　　估算結(jié)果：</b><

121、/p><p><b>　　所以</b></p><p>　　考慮到絲杠需從錐齒輪2中心穿過，且所選用絲杠的公稱直徑，絲杠螺母，故取，</p><p><b>　　2.幾何計(jì)算</b></p><p><b>　　齒數(shù)：取</b></p><p>　　大端模數(shù)

122、： .....................................................................................（5.10）</p><p><b>　　3.強(qiáng)度校核</b></p><p>　　1）.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　其條件為 .............