碼垛機器人畢業(yè)設計說明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章緒論1</b></p><p>　　1.1課題的背景、來源及意義1</p><p>　　1.2 碼垛機器人的發(fā)展進程及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3 課題的設計內(nèi)容2</p><p&g

2、t;　　第二章 碼垛機器人總體結構設計4</p><p>　　2.1 方案的確定4</p><p>　　2.2 總體設計思路6</p><p>　　第三章 碼垛機器人腕部和腰部設計7</p><p>　　3.1 碼垛機器人腕部設計7</p><p>　　3.1.1 減速機的計算與選型7</p>

3、;<p>　　3.1.2聯(lián)軸器的計算與選型8</p><p>　　3.1.3軸承的選型10</p><p>　　3.2 碼垛機器人腰部設計11</p><p>　　3.2.1腰部電機選型11</p><p>　　3.2.2腰部聯(lián)軸器計算選型12</p><p>　　3.3 本章小結13<

4、/p><p>　　第四章 碼垛機器人手臂結構及其驅(qū)動系統(tǒng)設計14</p><p>　　4.1 平面機構受力分析14</p><p>　　4.2 手臂關節(jié)軸承的選型與校核15</p><p>　　4.3 銷軸校核16</p><p>　　4.3.1 后大臂與支架銷軸聯(lián)接校核16</p><p&g

5、t;　　4.3.2 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核17</p><p>　　4.3.3 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核17</p><p>　　4.3.4 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核18</p><p>　　4.3.5 其它銷軸聯(lián)接校核18</p><p>　　4.4 豎直滾珠絲杠螺母副的計算與選型19</p><p>　

6、　4.4.1 最大工作載荷的計算19</p><p>　　4.4.2 最大動載荷的計算19</p><p>　　4.4.3 初選滾珠絲杠副型號20</p><p>　　4.4.4 傳動效率計算20</p><p>　　4.4.5剛度的驗算21</p><p>　　4.4.6壓桿穩(wěn)定性校核22</p&g

7、t;<p>　　4.5 水平滾珠絲杠螺母副的計算與選型23</p><p>　　4.5.1最大工作載荷的計算23</p><p>　　4.5.2最大動載荷的計算23</p><p>　　4.5.3初選滾珠絲杠副型號24</p><p>　　4.5.4 傳動效率計算24</p><p>　　4.5

8、.5剛度的驗算24</p><p>　　4.5.6壓桿穩(wěn)定性校核26</p><p>　　4.6 水平滾動導軌副的計算選型26</p><p>　　4.6.1滑塊承受工作載荷的計算及導軌型號的選擇26</p><p>　　4.6.2額定行程壽命的計算28</p><p>　　4.7 豎直滾動導軌副的計算選型

9、30</p><p>　　4.7.1滑塊承受工作載荷的計算及導軌型號的選擇30</p><p>　　4.7.2.額定行程壽命L的計算30</p><p>　　第五章 PRO/E建模和仿真32</p><p>　　5.1 主要部件建模及其簡介32</p><p>　　5.1.1軸承建模的主要過程32</p

10、><p>　　5.1.2 機器人的主要部件及裝配模型35</p><p>　　5.2 三維機構運動仿真的基本介紹37</p><p>　　5.2.1 機構運動仿真的特點37</p><p>　　5.2.2 機構運動仿真的工作流程37</p><p>　　5.2.3 機構仿真運動裝配連接的概念及定義37</p

11、><p>　　5.2.4 機構的仿真運動38</p><p>　　第六章 ANSYS有限元分析40</p><p><b>　　結論46</b></p><p><b>　　參考文獻47</b></p><p><b>　　謝辭48</b><

12、;/p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1課題的背景、來源及意義 </p><p>　　近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展及科學技術的突飛猛進，機器人在碼垛機、弧焊、噴涂、點焊、搬運、涂膠、測量等行業(yè)有著越來越廣泛的應用。機器人是一個在三維空間中具有較多自由度，并能實現(xiàn)諸多擬人動作和功能的機器。工業(yè)機器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應用

13、的機器人，是一種典型的機電一體化裝置。工業(yè)機器人是用來搬運材料零件工具等可再編程的多功能機械手。它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果。</p><p>　　碼垛技術是物流自動化技術領域的一門新興技術，所謂的碼垛就是按照集成單元化思想，將一件件物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實現(xiàn)物料的搬運、裝卸、運輸、存儲、等物流活動。在物體的

14、運輸過程中除了散裝的物體和液體外，一般的物體都是以碼垛的形式進行存儲或組裝，這樣即可承載更多的物體，又可節(jié)省空間。隨著物流的飛速發(fā)展以及科技的突飛猛進，碼垛技術應用越來越廣泛，尤其是在環(huán)境較惡劣或人工很難做到的情況下。包裝的種類、工廠環(huán)境和客戶需求，物體的安全性等，使得碼垛成為越來越艱巨的任務，為了克服這些困難，碼垛設備的各個方面都在不斷地發(fā)展改進，如從機械手到操縱它的軟件，現(xiàn)在對靈活性的需求也在不斷增加。</p><

15、;p>　　碼垛機器人是一種具有特殊功能的垂直多關節(jié)型機器人，廣泛應用于石油、化工、食品加工、飲料等領域。可通過主計算機根據(jù)不同的物料包裝、堆垛順序、層數(shù)等參數(shù)進行設置實現(xiàn)不同型包裝的碼垛要求。而機器人碼垛技術是自動化物料后處理成套設備中的關鍵技術之一，隨著自動稱重、包裝技術的發(fā)展和性能指標的提高，對碼垛技術也提出了更高的要求。碼垛機器人手臂應具有一定的剛度和強度，防止彈性變形和斷裂。手腕搬運的東西較重，這對其精度提出了更高要求。&

16、lt;/p><p>　　為滿足自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品搬運及碼垛的要求,本課題要求設計一種碼垛機器人的機械結構部分。結合機、電、軟、硬件各自特點和優(yōu)勢互補的基礎上，對碼垛機器人整體機械結構、傳動系統(tǒng)進行分析和設計，提出了一套經(jīng)濟型設計方案。</p><p>　　1.2 碼垛機器人的發(fā)展進程及發(fā)展趨勢</p><p>　　自從２０世紀８０年代，我國碼垛機器人在國家支持下，通過“七

17、五”、“八五”科技攻關，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在機器人領域取得了很大成就。按機器人的發(fā)展進程，分為三代機器人。第一代機器人，具有示教再現(xiàn)功能或具有可編程的NC裝置，但對外部信息不具備反饋能力；第二代機器人，不僅具有內(nèi)部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。雖然沒有應用人工智能技術，但是能進行機器人-環(huán)境交互，具有在線自適應能力；第三代機器人，具有多種智能傳感器，能感知和領會外部環(huán)境信息。目前碼垛機器人的應用主要在以下兩個方面。惡劣工作環(huán)境，危險工

18、作場合.這個領域的做業(yè)是一種有害于健康，并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè)。例如在沖床上下料、采礦、鍛造等。</p><p>　　第二個是自動化生產(chǎn)領域。碼垛機器人可用來上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。一個簡單抓放作業(yè)機器人只需較少的自由度，一個給零件定向作業(yè)的機器人要求具有更多的自由度，增加其靈巧性。工業(yè)機器人具有減少勞動力費用、提高生產(chǎn)率、改進產(chǎn)品質(zhì)量、增加制造過程的柔性、減少材料浪

19、費、控制和加快庫存的周轉、降低成本、消除了危險和惡劣的勞動崗位。目前工業(yè)機器人的開發(fā)正處在一個蓬勃發(fā)展的階段，在先進的工業(yè)發(fā)達國家里，工業(yè)機器人的開發(fā)與制造正在形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)，全世界每年的工業(yè)機器人銷售額可達42億美元。盡管如此，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)仍在不斷拓展，不斷向新的領域進軍。我國工業(yè)機器人的應用前景十分寬廣的。但是，由于我國工業(yè)基礎比較薄弱，勞動力比較豐富、低廉，給工業(yè)機器人的發(fā)展帶來一定的困難。只有符合我國的國情，才能推動和加快

20、我國工業(yè)機器人的發(fā)展和應用。工業(yè)機器人功能部件的標準化與模塊化是提高機器人的運動精度，運動速度，減低成本和提高可靠性的重要途徑。近幾年各國注重發(fā)展組合式工業(yè)機器人。它是采用標準化的模塊件或組合件拼裝而成。除了工業(yè)機器人用的各種伺服電機，傳感器外，手臂，手腕和機身也以標準化。隨著機器人作</p><p>　　1.3 課題的設計內(nèi)容</p><p>　　本設計主要是研究碼垛機器人的結構設計，主

21、要工作內(nèi)容有以下幾點：</p><p>　　1) 了解搬運機器人發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，掌握碼垛機器人的機械結構特點以及基本構成部分。</p><p>　　2) 對碼垛機器人的總體方案進行設計。設計幾種方案，對比選出最優(yōu)方案。方案確定后，對各個細節(jié)進行設計。包括腕關節(jié)電機、軸承、聯(lián)軸器的選擇；臂部材料的選擇、結構的設計、受力分析、關節(jié)處銷軸的校核、關節(jié)軸承的選型；傳動系統(tǒng)的設計：電

22、機、聯(lián)軸器、軸承的選型，滾動絲杠、滑動導軌的選型與校核；腰部電機、聯(lián)軸器、軸承型號的選擇。</p><p>　　3) 用Pro/E進行三維模型設計。設計各零部件的三維模型，并將設計好的零部件進行裝配，裝配完成后進行運動仿真。不斷改變參數(shù)，觀察機構的運動是否發(fā)生變化。</p><p>　　4) 利用ANSYS軟件對主要受力構件進行有限元分析，生產(chǎn)應變、應力圖。</p><

23、p>　　第二章 碼垛機器人總體結構設計</p><p>　　2.1 方案的確定 </p><p>　　碼垛機器人工作過程是往復循環(huán)的，由于關節(jié)式手臂運動形式工作范圍大、通用性強，因此本文采用平行四邊形機構作小臂驅(qū)動器的關節(jié)式機械手。在此課題的研究中共設計出三種方案，即方案一、方案二、方案三 。</p><p>　　方案一：如圖2-1所示。后大臂沿著絲杠向上運

24、動，前大臂沿著絲杠想向右運動；后大臂向下運動，前大臂向運動，實現(xiàn)碼垛機器人碼垛過程。此結構能基本滿足設計要求，但是由于前大臂、后大臂與小臂間通過銷軸連接，運動范圍小，且前大臂與后大臂不相連接，使得機構運動精度低，運動不確定。</p><p><b>　　圖2-1 方案一</b></p><p>　　方案二：如圖2-2所示，此機構的前大臂與小臂通過移動副連接，前大臂通過

25、滑塊可以沿著小臂滑動，解決了方案一工作范圍小的缺點。但是由于前大臂與小臂組成移動副，使得摩擦阻力增加，運動效率低，成本高。此機構中前大臂主要起支撐作用，機構的運動主要取決與后大臂，這使得此種方案的運動精度更低。</p><p><b>　　圖2-2 方案二</b></p><p>　　方案三：如圖2-3所示，機構運動原理與圖2-1相同，此機構構成平行四邊形，運動具有確

26、定性，銷軸處有關節(jié)軸承，減少摩擦力，方案三改善了方案一方案二的不足之處。</p><p><b>　　圖2-3 方案三</b></p><p>　　2.2 總體設計思路</p><p>　　碼垛機器人主要實現(xiàn)不同型包裝的碼垛物體的搬運功能。在對碼垛機器人的運動形式簡單了解以后，設計的思路還是很清晰的。。本文主要進行碼垛機器人的機構設計，要實現(xiàn)碼

27、垛機器人在半徑為1.5米的圓周內(nèi)的碼垛運動，必須由四個動作來實現(xiàn)，即腰部的旋轉、后大臂的上下運動、前臂的前后運動和手腕的回轉運動，而且這四個動作全部由交流伺服電機驅(qū)動。</p><p>　　由于腕部轉速較低，特選用減速機來驅(qū)動，而且要選擇重量輕的減速機。此時由于軸立起來以后就有往下竄動的趨勢，而且還要轉動，既要保證軸的正常轉動，其次還要軸一定的支撐，由此引入了角接觸軸承。軸承型號7305C。電機軸與傳動軸之間用聯(lián)

28、軸器連接，選擇A型平鍵套筒聯(lián)軸器。</p><p>　　機械手臂的材料和結構的選擇。手臂材料要求強度高，彈性模量大，重量輕，阻尼大，價格低，故選擇碳素結構鋼或合金結構鋼。手臂做成工字型或打孔以減小重量，減少加工面積。為保證機構運動的精度，將手臂設計成平行四邊行機構。為減小摩擦，在手臂與手臂、手臂與支撐架之間的銷軸處采用關節(jié)軸承。</p><p>　　為了使手臂傳動準確，手臂驅(qū)動系統(tǒng)增加了直

29、線滾動導軌作為導向裝置，這就要考慮導軌的受力問題，由于負載和手臂的重量基本都加在了導軌上，因此要進行受力分析。手臂驅(qū)動系統(tǒng)采用低速交流伺服電機帶動滾動絲杠副旋轉從而實現(xiàn)前大臂的左右運動，后大臂的上下運動。此處驅(qū)動電機選擇伺服電機。軸承選用角接觸球軸承。</p><p>　　腰部旋轉速度低，因此選用中低速電機。由于腰部以上所有構件的載荷都由腰部軸承來承擔，故選用主要承受軸向載荷的推力球軸承。根據(jù)腰部所受總體載荷的大

30、小選擇推力球軸承型號。聯(lián)軸器選擇凸緣聯(lián)軸器。</p><p>　　第三章 碼垛機器人腕部和腰部設計</p><p>　　3.1 碼垛機器人腕部設計</p><p>　　3.1.1 減速機的計算與選型</p><p>　　本節(jié)減速機的型號是根據(jù)上海泰一傳動設備有限公司的《R系列斜齒輪減速機選型手冊》選用的。</p><p&

31、gt;　　1. 實際服務系數(shù)確定</p><p>　　減速機是按載荷平穩(wěn)，每天工作時間一定和少量啟停次數(shù)的情況設計的，而在實際情況使用中往往不是處于此種理想狀態(tài)。減速機的實際服務系數(shù)必須按照實際情況的載荷類型、運行時間、使用頻率來確定工作機系數(shù)f1、原動機系數(shù)f2和啟動系數(shù)f3，使其三者的乘積小于或等于服務系數(shù)fB。具體參數(shù)值參見表3-1，3-2, 3-3。</p><p>　　表3-1

32、工作機系數(shù)f1</p><p>　　表3-2 原動機系數(shù)f2</p><p>　　表3-3 啟動系數(shù)f3</p><p>　　由表確定本機構的工作系數(shù)f1 = 2.5，原動機系數(shù)f2 = 1.0，起動系數(shù)f3 =1.3，那么f1f2f3 =2.51.01.3 =3.25。</p><p>　　2. 確定減速機型號</p><

33、;p>　　根據(jù)《R系列硬齒面斜齒輪減速機》選型手冊，由f1f2f3fB ，由表1-4選擇fB = 3.4的減速機，型號為RF37-Y0.18-4P-48.08-M4-I 。減速機豎直安放，其具體參數(shù)如表2-4所示：</p><p>　　表3-4 減速機的具體參數(shù)</p><p>　　3.1.2聯(lián)軸器的計算與選型</p><p>　　聯(lián)軸器計算選型所使用的公式和

34、某些參數(shù)值的選擇參考《機械設計手冊第五版》和《機械設計課本》。</p><p>　　1. 聯(lián)軸器的理論轉矩</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中 ——理論轉矩（）；</p><p>　　——傳遞的功率（）；</p><p><b>　　——工作轉速（）

35、。</b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得 。</b></p><p>　　2. 聯(lián)軸器的計算轉矩 </p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中：——動力機系數(shù)，電動機透平機的=1.0；</p><p>　　——工況系數(shù)，由《

36、機械設計書冊第五版第2卷》表6-2-2，查得K=1.5；</p><p>　　——起動系數(shù)，由制造商確定，與啟動頻率f有關，選取=1.0；</p><p>　　——溫度系數(shù),由《機械設計書冊第五版第2卷》表6-2-3查得，=1.0。</p><p><b>　　帶入公式得。</b></p><p>　　聯(lián)軸器選用A型平鍵

37、套筒聯(lián)軸器，查《機械設計手冊第五版第3卷》，因聯(lián)軸器的許用轉矩要大于計算轉矩，而且減速機輸出軸的軸徑為25mm，所以由表15,1-10確定聯(lián)軸器的有關參數(shù)如下：</p><p>　　表3-4 聯(lián)軸器的具體參數(shù)</p><p>　　套筒聯(lián)軸器與軸間的定位靠平鍵連接，緊定螺釘也起定位作用。套筒聯(lián)軸器與軸的裝配如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 II型平鍵套筒

38、聯(lián)軸器與軸的裝配圖</p><p>　　3. 驗算套筒的扭矩強度和鍵的擠壓強度</p><p><b>　　套筒的扭轉強度：</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　式中 ——套筒外徑，由表3-4得到；</p><p><b>　

39、　——軸徑，。</b></p><p><b>　　將數(shù)值帶入公式得到</b></p><p>　　由套筒的材料為45號鋼，由《機械設計》課本表15-3查得，許用切應力為25～45Mpa，則所選套筒滿足強度要求。</p><p><b>　　平鍵的擠壓強度：</b></p><p>&l

40、t;b>　　(3-4)</b></p><p>　　式中 k——鍵工作高度；</p><p><b>　　——鍵工作長度。</b></p><p>　　由表15,1-10確定，，d=25mm，帶入公式得到</p><p><b>　　，</b></p><p&g

41、t;　　由《機械設計》課本P106,許用擠壓應力應為鍵，軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，由表6-2，取許用擠壓應力為120～150Mpa。</p><p>　　因此平鍵滿足強度條件。</p><p>　　3.1.3軸承的選型</p><p>　　由于腕部的轉速并非高轉速，并且承受的載荷為軸向載荷，因此選用角接觸球軸承，且成對使用。由《機械設計課程設計指導手冊》

42、中國標準出版社，選擇軸承型號為7305C,具體參數(shù)如下表：</p><p>　　表3-5 軸承的具體參數(shù)</p><p>　　軸承的布置形式選用預緊布置，用以提高軸承的旋轉精度，增加剛性和減小軸的振動。</p><p>　　3.2 碼垛機器人腰部設計</p><p>　　3.2.1腰部電機選型</p><p>　　因為

43、腰部的回轉速度較低，所以此處的驅(qū)動電機選用一般的電機轉速太大，而選擇中低速電機較為合適。選擇淮安正福科技有限公司的YD系了電機，電機型號為YD112，其額定功率為1.1kW，額定轉速為17.5r/min，額定扭矩為600N.m。由于電機要豎直安裝，因此電機的外形圖如圖3-2。</p><p>　　圖3-2 電機的外形圖</p><p>　　YD系列低速電機的安裝尺寸如表3-6。</p

44、><p>　　表3-6 電機的安裝尺寸</p><p>　　YD系列低速電機的性能參數(shù)如表3-7。</p><p>　　表3-7 電機的性能參數(shù)</p><p>　　3.2.2腰部聯(lián)軸器計算選型</p><p><b>　　聯(lián)軸器的理論轉矩</b></p><p><b&

45、gt;　　(3-5)</b></p><p>　　式中 ——理論轉矩（）；</p><p>　　——傳遞的功率（）；</p><p><b>　　——工作轉速（）。</b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得 。</b></p><p><b>　　

46、聯(lián)軸器的計算轉矩</b></p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　式中 ——動力機系數(shù)，電動機、透平機取=1.0；</p><p>　　——工況系數(shù)，由《機械設計手冊第五版第2卷》表6-2-2查得，取K=1.5。</p><p>　　——起動系數(shù)，取=1.0；</p>

47、<p>　　——溫度系數(shù)。由《機械設計手冊第五版第2卷》，表6-2-3查得，取=1.0。</p><p><b>　　帶入公式得。</b></p><p>　　由《機械設計手冊第五版第2卷》選用凸緣聯(lián)軸器，由表6-2-8選型號為GYS7，公稱扭矩為1600 N·m。凸緣聯(lián)軸器結構原理，如圖3-3。</p><p>　　圖3

48、-3 GYS7型-凸緣聯(lián)軸器結構原理圖</p><p>　　GYS7型-凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸如下表：</p><p>　　表3-8 GYS7型-凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸</p><p><b>　　3.3 本章小結</b></p><p>　　搬運機器人腕部的運動相對簡單，只有一個旋轉運動。設計的關鍵是要保證

49、軸的轉速和旋轉精度。通過本章對腕部的詳細設計計算，確定了腕部采用減速機，聯(lián)軸器選用套筒聯(lián)軸器，軸承選擇角接觸球軸承軸承。</p><p>　　腰部的設計計算主要是為了實現(xiàn)腰部帶動整個搬運機器人的回轉運動。由于腰部回轉速度較低，選用YD系列低速電機.通過對電動機的選擇、聯(lián)軸器的計算選型，最終確定了搬運機器人腰部的設計方案。</p><p>　　第四章 碼垛機器人手臂結構及其驅(qū)動系統(tǒng)設計<

50、;/p><p>　　4.1 平面機構受力分析</p><p>　　搬運機器人在實現(xiàn)搬運的運動過程中，水平方向的滾珠絲杠副主要承受摩擦力，而垂直方向的滾珠絲杠副主要承受Z軸方向的載荷。則當機構的小臂處于水平方向、前后大臂與之垂直時，兩個方向的滾珠絲杠副受力最大。具體位置如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 碼垛機器人運動位置</p><p&g

51、t;　　根據(jù)搬運機器人運動學分析，可設各臂長分別為：AB=1170 ，BC= 260mm ，CD =1080mm ，DE =240mm，A點到圖4-1中心線的距離d = 150mm 。處于圖4-1位置時小臂的受力情況見圖4-2。</p><p>　　圖4-2 小臂受力圖</p><p>　　圖4-2中，G1為負載和電機的重力，搬運的負載最大為100N，腕部減速機的重力約為100N，則G1

52、= 200N ；M為負載和電機共同的轉矩， ；小臂材料為45號鋼，重量約為50N；對小臂列受力方程如下：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?。?(4-1)</p><p>　　解得F1 = 1237.6154N ，F(xiàn)2 = 987.6154N</p><p>　　4.2 手臂關節(jié)

53、軸承的選型與校核</p><p>　　碼垛機器人的手臂結構設計要注意兩點：一是應使手臂剛度大、重量輕；二是應使手臂運動速度快、慣性小。首先，因為剛度不夠時，手臂會發(fā)生彎曲變形，則應選擇相同條件下，彎曲剛度較大的截面形狀。考慮完第一點，對于第二點減小慣性沖擊，本章的手臂架選擇了碳素結構鋼材料。而且盡量縮短手臂的懸伸部分長度。圖4-3對小臂進行了剪力與彎矩的分析，可知小臂的彎矩越靠近B點越大，因此小臂的結構為末端窄，

54、靠近B點時逐漸加大尺寸，其它手臂結構則采用均勻尺寸。B點為銷軸聯(lián)接，則彎矩和受力主要由銷軸來承受，因此要考慮銷軸的校核。其它的銷軸聯(lián)接同B點一樣進行校核，銷軸的聯(lián)接結構如圖4-4。</p><p>　　圖4-3 小臂剪力圖和彎矩圖</p><p>　　圖4-4 銷軸聯(lián)接結構</p><p>　　圖4-5中的關節(jié)軸承選用自潤滑向心關節(jié)軸承，由上下軸套固定，在后機架繞銷

55、軸轉動時，既能承受徑向載荷，又能承受任一方向較小的軸向載荷。查閱《機械設計手冊》第五版、單行本、軸承，由表7-1確定所選軸承的型號為GE25ES-2RS，其中d =25mm，軸承尺寸見表4-1。</p><p>　　表4-1 向心自潤滑關節(jié)軸承參數(shù)</p><p>　　圖4-5 向心關節(jié)軸承結構</p><p><b>　　4.3 銷軸校核</b&g

56、t;</p><p>　　4.3.1 后大臂與支架銷軸聯(lián)接校核</p><p><b>　　銷軸抗剪強度：</b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　銷軸采用45號鋼，其許用切應力，許用彎曲應力，，將以上值帶入公式得</p><p><

57、b>　　銷軸抗彎強度：</b></p><p><b>　　(4-3)</b></p><p><b>　　其中，，帶入公式得</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　因此選擇銷軸的軸徑d= 25mm，滿足強度要求。</p&g

58、t;<p>　　4.3.2 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核</p><p><b>　　銷軸抗剪強度：</b></p><p>　　銷軸采用45號鋼，其許用切應力，許用彎曲應力，，將以上值帶入公式（4-2）得</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　銷軸

59、抗彎強度：</b></p><p>　　其中，，帶入公式（4-3）得</p><p><b>　　，</b></p><p>　　因此選擇銷軸的軸徑d= 25mm滿足強度要求。</p><p>　　4.3.3 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核</p><p><b>　　銷軸抗剪強度

60、：</b></p><p>　　銷軸采用45號鋼，其許用切應力，許用彎曲應力，，將以上值帶入公式（4-2）得</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　銷軸抗彎強度：</b></p><p>　　其中，，帶入公式（4-3）得</p><p&g

61、t;<b>　　，</b></p><p>　　因此選擇銷軸的軸徑d= 50mm滿足強度要求。</p><p>　　4.3.4 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核</p><p><b>　　銷軸抗剪強度：</b></p><p>　　銷軸采用45號鋼，其許用切應力，許用彎曲應力，，將以上值帶入公式（4-2）

62、得</p><p><b>　　銷軸抗彎強度</b></p><p>　　由圖9-3可知，，帶入公式（4-3）得</p><p><b>　　，</b></p><p>　　因此選擇銷軸的軸徑d= 50mm滿足強度要求。</p><p>　　4.3.5 其它銷軸聯(lián)接校核<

63、;/p><p>　　由于小臂和腕部聯(lián)接與前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核的尺寸相同，可選用軸徑為30mm的銷軸。</p><p>　　連桿與后大臂的銷軸軸徑為25mm，前大臂、支撐架和連桿三者用銷軸聯(lián)接在一起，連桿與后大臂的銷軸軸徑為25mm。</p><p>　　4.4 豎直滾珠絲杠螺母副的計算與選型</p><p>　　4.4.1 最大工作載荷的計算

64、</p><p>　　按綜合導軌進行計算，最大工作載荷公式為：</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　　式中 K——載荷系數(shù)，，由《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》表3-29查得，K = 1.15；</p><p><b>　　——摩擦系數(shù)，；</b></p>

65、;<p>　　——進給方向的載荷，。</p><p>　　如圖4-1中，E點的受力沒有垂直絲杠方向的，因此 = 0 N。將數(shù)值帶入公式得</p><p>　　4.4.2 最大動載荷的計算</p><p>　　碼垛機器人后大臂的運行速度，則最大動載荷</p><p><b>　　(4-5)</b></p

66、><p>　　式中 ——滾珠絲杠副的壽命，單位為106r；</p><p>　　——載荷系數(shù)，由《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》表3-30，取=1.2；</p><p>　　——硬度系數(shù)，滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)=1.0。</p><p>　　滾珠絲杠副的壽命公式為：</p><p><b>　　(

67、4-6)</b></p><p>　　式中 T——使用壽命，T = 15000h；</p><p><b>　　n——絲杠轉速。</b></p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　初選絲杠導程，帶入公式(4-7)得到</p><p>&l

68、t;b>　　。</b></p><p>　　將以上數(shù)值帶入公式(4-6)得</p><p><b>　　。</b></p><p>　　將、帶入公式(4-5)得</p><p>　　4.4.3 初選滾珠絲杠副型號</p><p>　　選擇絲杠型號時應使?jié)L珠絲杠副的額定動載荷Ca，

69、額定靜載荷，根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，選擇海特DFT02005-5型滾珠絲杠副，為雙螺母式，其公稱直徑為20mm，導程為mm，循環(huán)滾珠為5圈1列，精度等級為5級，額定動載荷為N大于，則滿足要求。滾珠絲杠副的具體尺寸參數(shù)如表4-1所示。</p><p>　　表4-2 滾珠絲杠副的尺寸參數(shù)</p><p>　　4.4.4 傳動效率計算</p><p>　　

70、滾珠絲杠螺母副的螺旋升角：</p><p><b>　　傳動效率：</b></p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　式中 ——絲杠螺旋升角。</p><p>　　——摩擦角，滾珠絲杠的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。</p><p>　　將數(shù)值帶入公

71、式(4-8)得：</p><p>　　4.4.5剛度的驗算</p><p>　　滾珠絲杠副的軸向變行將引起絲杠導程發(fā)生變化，從而影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性，軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變行等。因此應考慮以下引起軸向變形的因素：</p><p>　　絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p>　　在總的變

72、形量中占的比重較大,可按下式計算：</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　式中 ——絲杠兩端支承間距離，約為700mm；</p><p>　　——絲杠最大工作載荷(N)；</p><p>　　——絲杠材料的彈性模量，鋼的 E=2.1MPa；</p><p>　　——滾

73、珠絲杠的截面積（按底徑d2確定的）.絲杠底徑mm， 。</p><p>　　由于轉矩M一般很小，公式的第二項可忽略不計。將數(shù)值帶入公式(4-9)得</p><p><b>　　。</b></p><p>　　滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　當對絲杠加有預緊力，且預緊力為軸向最大負載的1/3時，之值可減少一半

74、，故其計算公式為：</p><p><b>　　(4-10)</b></p><p>　　式中 ——滾珠直徑，由表4-1查得= 3.175mm。</p><p><b>　　——單圈滾珠數(shù)；</b></p><p>　　——滾珠總數(shù)量，=Z圈數(shù)列數(shù)=；</p><p><

75、;b>　　——預緊力。</b></p><p>　　滾珠絲杠的滾珠數(shù)為：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　取整為Z= 17。</b></p><p>　　滾珠絲杠的預緊力為：</p><p>　　將數(shù)值帶入公式（4-10）

76、得到</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　由于減小一半，則</b></p><p><b>　　=。</b></p><p><b>　　剛度校驗</b></p><p>　　絲杠總的變形量=0.02

77、66mm = 26.6，取絲杠的有效行程為mm。由《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》查表3-27，查得5級精度滾珠絲杠有效行程mm時，行程偏差允許達到32mm，可見絲杠剛度足夠。</p><p>　　4.4.6壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負載時，應驗算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負載用下式計算：</p&

78、gt;<p><b>　　(4-11)</b></p><p>　　式中 ——臨界載荷(N)；</p><p>　　——絲杠支承系數(shù)，由《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》查表3-34，采用雙推-雙推支承形式，所以= 4；</p><p>　　——壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取為2.5～4。垂直安裝時K= 2.5；</p>

79、<p>　　——截面慣性矩,絲杠截面慣性矩（為絲杠螺紋的底徑)；</p><p>　　——絲杠兩支承端距離，a=700mm。</p><p>　　將以上數(shù)值帶入公式(4-11)得</p><p>　　可知壓桿穩(wěn)定性滿足校核。</p><p>　　4.5 水平滾珠絲杠螺母副的計算與選型</p><p>　　

80、4.5.1最大工作載荷的計算</p><p>　　按綜合導軌進行計算，最大工作載荷公式(4-4)為：</p><p>　　式中 K——載荷系數(shù)， K = 1.15；</p><p><b>　　——摩擦系數(shù)， ；</b></p><p>　　——垂直絲杠的受力，。</p><p>　　如圖4-1中

81、，F(xiàn)點的受力沒有水平絲杠方向的，因此0N。將數(shù)值帶入公式(4-4)得。</p><p>　　4.5.2最大動載荷的計算</p><p>　　搬運機器人前大臂的運行速度，則最大動載荷公式(4-5)為</p><p>　　式中 ——滾珠絲杠副的壽命，單位為106r；</p><p>　　——載荷系數(shù)，取=1.2；</p><p

82、>　　——硬度系數(shù)，取硬度系數(shù)=1.0。</p><p>　　初選絲杠導程，帶入公式(4-7)得到</p><p>　　取使用壽命T = 15000h，將其與轉速n帶入公式(4-6)得</p><p><b>　　。</b></p><p>　　查《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》的表3-30得= 1.2 ，由于

83、硬度，所以= 1.0 。帶入公式(4-5)得</p><p><b>　　。</b></p><p>　　4.5.3初選滾珠絲杠副型號</p><p>　　選擇絲杠型號時應使?jié)L珠絲杠副的額定動載荷Ca，額定靜載荷，根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，選擇海特DFT02005-5[3]型滾珠絲杠副，為雙螺母式，其公稱直徑為20mm，導程為mm

84、，循環(huán)滾珠為5圈1列，精度等級為5級，額定動載荷為N大于，則滿足要求。</p><p>　　4.5.4 傳動效率計算</p><p>　　計算傳動效率公式(4-8)為：</p><p>　　式中 ——絲杠螺旋升角，=4.55°。</p><p>　　——摩擦角，滾珠絲杠的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。</p><

85、p>　　將數(shù)值帶入公式(4-8)得：</p><p>　　4.5.5剛度的驗算</p><p>　　滾珠絲杠副的軸向變行將引起絲杠導程發(fā)生變化，從而影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性，軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變行等。因此應考慮以下引起軸向變形的因素：</p><p>　　絲杠的拉伸或壓縮變形量</p>&l

86、t;p>　　在總的變形量中占的比重較大,可按公式(4-9)計算：</p><p>　　式中 ——絲杠兩端支承間距離，約為700mm；</p><p>　　——絲杠最大工作載荷(N)；</p><p>　　——絲杠材料的彈性模量，鋼的 E=2.1MPa；</p><p>　　——滾珠絲杠的截面積（按底徑d2確定的）.絲杠底徑mm， 。&l

87、t;/p><p>　　由于轉矩M一般很小，公式的第二項可忽略不計。將數(shù)值帶入公式(4-9)得</p><p><b>　　。</b></p><p>　　滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　當對絲杠加有預緊力，且預緊力為軸向最大負載的1/3時，之值可減少一半，故可按公式(4-10)計算值：</p>&

88、lt;p>　　式中 ——滾珠直徑，由表4-1查得= 3.175mm。</p><p>　　——單圈滾珠數(shù)Z=17；</p><p>　　——滾珠總數(shù)量，=Z圈數(shù)列數(shù)=；</p><p><b>　　——預緊力。</b></p><p>　　滾珠絲杠的預緊力為：</p><p>　　將數(shù)值帶入

89、公式（4-10）得到</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　由于減小一半，則</b></p><p><b>　　=。</b></p><p><b>　　剛度校驗</b></p><p>　　絲杠總的

90、變形量=0.006mm = 6，取絲杠的有效行程為mm。由《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》查表3-27，查得5級精度滾珠絲杠有效行程mm時，行程偏差允許達到32mm，可見絲杠剛度足夠。</p><p>　　4.5.6壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負載時，應驗算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負載用公式(4-11)

91、計算：</p><p>　　式中 ——臨界載荷(N)；</p><p>　　——絲杠支承系數(shù)，采用雙推-雙推支承形式，故取= 4；</p><p>　　——壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，水平安裝時K=4；</p><p>　　——截面慣性矩,絲杠截面慣性矩；</p><p>　　——絲杠兩支承端距離，a=700mm。</p

92、><p>　　將以上數(shù)值帶入公式得</p><p>　　可知壓桿穩(wěn)定性滿足校核。</p><p>　　4.6 水平滾動導軌副的計算選型</p><p>　　4.6.1滑塊承受工作載荷的計算及導軌型號的選擇</p><p>　　工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。對于水平布置的工作臺多采用雙導軌，四滑塊的支撐形式

93、?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷由一個滑塊承擔，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：</p><p><b>　　(4-12)</b></p><p>　　式中 F——外加載荷； </p><p>　　G——移動部件的重量G=800N。</p><p>　　將數(shù)值帶入(4-12)得</p>

94、<p><b>　　。</b></p><p>　　根據(jù)工作載荷初選海特滾動導軌，F(xiàn)V型導軌。型號為SBS15FV,其額定動載荷，額定靜載荷?；瑝K的尺寸及安裝尺寸如表4-3，表4-5為導軌的尺寸及負載能力。導軌的標準長度如表4-4，選取導軌的標準長度為820mm。</p><p>　　表4-3 FV型滑塊的尺寸及安裝尺寸</p><p&g

95、t;　　表4-4 導軌的尺寸及負載能力</p><p>　　表4-5 導軌的標準長度</p><p>　　4.6.2額定行程壽命的計算</p><p>　　在直線導軌系統(tǒng)的使用中，除了已知負載外，那些未知的震動和沖擊也必須計算在內(nèi)。而且，硬度和溫度也是影響壽命的主要因素。</p><p>　　上述選取的FV系列SBS15FV型導軌副的滾道硬度

96、為60HRC，工作溫度不超過100℃，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為4級，工作速度較低，載荷不大。</p><p><b>　　則額定行程壽命為：</b></p><p><b>　　(4-13)</b></p><p>　　式中 ——額定行程壽命(km)；</p><p>　　——額定動載荷，=

97、4.58kN；</p><p>　　——滑塊上工作載荷，= 1.437kN；</p><p>　　——硬度系數(shù)，由圖4-6，=1.0；</p><p>　　——溫度系數(shù)，由圖4-7，=1.0；</p><p>　　——接觸系數(shù)，由表4-6，,=0.81；</p><p>　　——載荷系數(shù)，由表4-7，=1.0。<

98、/p><p>　　將以上數(shù)值帶入公式(4-13)可得</p><p><b>　　。</b></p><p>　　由于常見導軌的距離額定期望壽命為50km，此導軌的額定行程壽命遠大于50 km，則初選的導軌型號滿足設計要求。</p><p><b>　　圖4-6 硬度系數(shù)</b></p>

99、<p><b>　　圖4-7 溫度系數(shù)</b></p><p><b>　　表4-6 接觸系數(shù)</b></p><p><b>　　表4-7 載荷系數(shù)</b></p><p>　　4.7 豎直滾動導軌副的計算選型</p><p>　　4.7.1滑塊承受工作載荷的計算及

100、導軌型號的選擇</p><p>　　工作載荷是影響直線滾動導軌副使用壽命的重要因素。對于豎直布置的工作臺多采用雙導軌，四滑塊的支撐形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷由一個滑塊承擔，則單滑塊所受的最大水平方向載荷用公式(4-12)計算：</p><p>　　式中 F——外加載荷； </p><p>　　G——移動部件的重量G=800N。</p

101、><p>　　將數(shù)值帶入(4-12)得，</p><p><b>　　。</b></p><p>　　根據(jù)工作載荷初選海特滾動導軌，F(xiàn)V型導軌。型號為SBS15FV,其額定動載荷，額定靜載荷。導軌和滑塊的尺寸及安裝尺寸如表4-3、4-4。由表4-5，選取導軌的長度為820mm。</p><p>　　4.7.2.額定行程壽命L

102、的計算</p><p>　　在直線導軌系統(tǒng)的使用中，除了已知負載外，那些未知的震動和沖擊也必須計算在內(nèi)，并硬度和溫度也是影響壽命的主要因素。根據(jù)上述因素選取的FV系列SBS15FV型導軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過100oC，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為4級，工作速度較低，載荷不大。</p><p>　　利用公式(4-13)計算額定行程壽命為：</p><

103、p>　　式中 ——額定行程壽命(km)；</p><p>　　——額定動載荷，= 4.58kN；</p><p>　　——滑塊上工作載荷，= 1.188kN；</p><p>　　——硬度系數(shù)，由圖4-6，=1.0；</p><p>　　——溫度系數(shù)，由圖4-7，=1.0；</p><p>　　——接觸系數(shù)，由表

104、4-6，,=0.81；</p><p>　　——載荷系數(shù)，由表4-7，=1.0。</p><p>　　將以上數(shù)值帶入公式(4-13)可得,</p><p><b>　　，</b></p><p>　　由于常見導軌的距離額定期望壽命為50km，此導軌的額定行程壽命遠大于50Km則初選的導軌型號滿足設計要求。</p&g

105、t;<p>　　第五章 PRO/E建模和仿真</p><p>　　Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/C

106、AM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置。Pro/E第一個提出了參數(shù)化設計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。 Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保

107、證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。</p><p>　　5.1 主要部件建模及其簡介</p><p>　　5.1.1軸承建模的主要過程</p><p>　　Pro/e建模比較簡單，這里只是簡單介紹一下角接觸球軸承的建模，其余部件略去。機器人中的角接觸球軸承如圖所示。</p><p>　　圖5-1 角接觸球軸承</p><

108、;p>　　具體的建模步驟如下：</p><p><b>　　創(chuàng)建零件文件。</b></p><p>　　選擇“旋轉”工具，彈出旋轉控制面板，單擊“位置”按鈕，在彈出的面板中單擊“定義” ，彈出“草繪”對話框。</p><p>　　選擇基準面TOP為草繪平面，接受默認的參照與方向，單擊“草繪”按鈕進入草繪界面。</p><

109、;p>　　繪制完成后的草圖如下圖(5-2)所示。</p><p><b>　　圖5-2 草圖</b></p><p>　　單擊“繼續(xù)當前部分”按鈕即對勾按鈕，完成截面草圖的繪制。接著單擊旋轉控制面板的“確定”按鈕，模型效果下圖(5-3)。</p><p><b>　　圖5-3 內(nèi)外圈</b></p>&

110、lt;p>　　選擇“旋轉”工具，彈出旋轉控制面板，單擊“位置”按鈕，在彈出的面板中單擊“定義” ，彈出“草繪”對話框。</p><p>　　選擇基準面TOP為草繪平面，接受默認的參照與方向，單擊“草繪”按鈕進入草繪界面。</p><p>　　繪制完成草圖后，單擊“繼續(xù)當前部分”按鈕即對勾按鈕，完成截面草圖的繪制。接著單擊旋轉控制面板的“確定”按鈕，模型效果下圖(5-4)。</p

111、><p>　　圖5-4 未陣列的角接觸球軸承</p><p>　　選擇剛繪制的圓球，然后選擇“陣列”工具，彈出陣列控制面板。在“陣列方式”下拉菜單中選擇“軸”選項，單擊內(nèi)圈中心軸。</p><p>　　在陣列控制面板的“陣列數(shù)”文本編輯框輸入陣列數(shù)目10，“角度”文本編輯框輸入陣列角度36，單擊“確定”，模型效果如圖(5-5)所示。（圖中的倒角的步驟沒有加進去，是為了說

112、明書的簡潔。）</p><p>　　圖5 -5 角接觸球軸承的模型</p><p>　　5.1.2 機器人的主要部件及裝配模型</p><p>　　腕部電機裝配圖如圖5-6所示。電機固定在外殼上，電機軸的轉動帶動底下圓盤的轉動 。外殼與小臂是銷軸連接，為減少摩擦銷軸處加軸承。外殼上的小孔與系桿鉸接，作用是為保持無論在何運動狀態(tài) 下電機軸始終鉛直向下。</p&

113、gt;<p>　　圖5-6 手腕部電機轉配</p><p>　　滾珠絲杠副裝配如圖5-7所示。滾珠絲杠副支承形式采用雙推-雙推的支承形式。絲杠用銷釘連接方式。軸承用軸承端蓋和緊固件定位?；瑝K用滑動桿連接方式，可以沿著導軌滑動。圓螺母用圓柱連接方式，可以沿著滾珠絲杠螺旋向前移動。</p><p>　　圖5-7 滾珠絲杠裝配</p><p>　　腰部電機裝

114、配如圖5-8所示。聯(lián)軸器通過鍵與軸定位。角接觸球軸承通過軸肩和套筒來定位。推力球軸承與軸用銷釘連接裝配。推力球軸承用外殼來定位，將整個腰部以上構件的重力通過軸承傳給整個外殼。最上面部分的大圓盤可以通過電機軸的轉動帶動腰部以上構件旋轉一定角度。</p><p>　　圖5-8 腰部電機裝配</p><p>　　整個機構的裝配圖如圖5-9所示。</p><p>　　圖5-

115、9 整體機構的裝配圖</p><p>　　5.2 三維機構運動仿真的基本介紹</p><p>　　5.2.1 機構運動仿真的特點</p><p>　　在Pro/ENGINEER中進行機構仿真運動的設計有兩種方法:一是Mechanlsm(機構設計)，它可以通過用戶對各種不同運動副的連接設定，使機構按照實際的運動要求進行運動仿真。二是Pro/MeehanlsmMotio

116、n功能，該模塊是一個完整的三維實體靜力學、運動學、動力學和逆動力學仿真與優(yōu)化設計工具。Motion運動模塊可以快速創(chuàng)建機構仿真模型并能方便的進行運動分析，從而改善機構設計、節(jié)省時間、降低成本。機構是由構件組合而成，而每個構件都以一定的方式至少與另一個構件連接。這種連接，既使兩個構件直接接觸，又使兩個構件產(chǎn)生一定的相對運動。進行機構運動仿真的前提是創(chuàng)建機構，創(chuàng)建機構與零件裝配都是將單個零部件組裝成一個完成的機構模型，因此兩者之間有很多相似

117、之處。由零件裝配得到裝配體，其內(nèi)部的零部件并沒有發(fā)生相對運動，而由連接得到的機構，其內(nèi)部的構件之間可以產(chǎn)生一定的相對運動。</p><p>　　5.2.2 機構運動仿真的工作流程</p><p>　　建立仿真運動的一般步驟：</p><p>　　1. 創(chuàng)建機構中參與運動的不可缺少的零件模型。</p><p>　　2. 選取合適的“連接”進行機

118、構的裝配，并進行必要的位置調(diào)整。</p><p>　　3. 進入機構設計界面，進行仿真運動的參數(shù)設置，其中包括高級連接類型的設置，伺服電動機和分析定義的參數(shù)設置。在機構仿真運動設計研究中，用戶可以通過對機構添加運動副，使其隨伺服電動機一起移動，并且在不考慮作用于系統(tǒng)上的力的情況下分析其運動。使用運動分析觀察機構的運動，并測量主題位置、速度和加速度的改變。然后用圖形表示這些測量，或者創(chuàng)建軌跡曲線和運動包絡。根據(jù)以上

119、分析，機構運動仿真總體上可以分為6個部分：創(chuàng)建圖元、檢測模型、添加建模圖元、準備分析、分析模型和獲取結果。</p><p>　　5.2.3 機構仿真運動裝配連接的概念及定義</p><p>　　常規(guī)的裝配限制了元件、組件的所有自由度，而元件、組件之間的相對運動必須保留某個或幾個方向上的自由度，因此在進行機構仿真運動的裝配過程中需要引入“連接”定義，即能夠限制主體的自由度，僅保留所需的自由度

120、，以產(chǎn)生機構所適合的運動類型。連接在“裝配”環(huán)境中建立，單擊“元件放置”對話框中的“連接”字符即可進入連接設置狀態(tài)，Pro/ENGINEER中共提供了n種連接模式，下面介紹主要的連接方式:</p><p><b>　　1. 剛性</b></p><p>　　使用一個或多個基本約束，將元件與組件連接在一起，受剛性連接的元、組件屬于同一主體，連接后，6個方向上的自由度被完

121、全限制，相互之間不再</p><p><b>　　有自由度。</b></p><p><b>　　2. 銷釘</b></p><p>　　僅有一個旋轉自由度，由一個軸對齊和一個與軸垂直的平移約束來限制其它5個自由度，元件可以繞軸旋轉。</p><p><b>　　3. 滑動桿</b&

122、gt;</p><p>　　僅有一個沿軸向的平移自由度，實際上就是一個與軸平行的平移運動，使用“軸對齊”和“旋轉”兩個約束限制其他5個自由度。</p><p><b>　　4. 圓柱</b></p><p>　　具有一個旋轉自由度和一個沿軸向的平移自由度，元件可以繞軸旋轉，同時可沿軸向平移，使用“軸對齊”的約束限制其他4個自由度。</p&

123、gt;<p><b>　　5. 平面</b></p><p>　　具有兩個平移自由度和一個旋轉自由度，使用“平面”限制其他3個自由度，元件可繞垂直于平面的軸旋轉并在平行于平面的兩個方向上平移。</p><p><b>　　6. 球</b></p><p>　　具有3個旋轉自由度。使用“點對齊”約束來限制3個自