畢業(yè)設(shè)計論文物流系統(tǒng)的機械手搬運系統(tǒng)的設(shè)計

1、目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 緒論11.1引言11.2 機械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢31.4 本課題的來源、目的意義及預(yù)期目標4第二章 傳送帶的設(shè)計計算62.1概述62.2永磁式低速同步電動機的選擇62.3同步帶傳動設(shè)計計算7第三章 移位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的設(shè)計計算113.1直流電機的選擇113.2齒輪傳動的設(shè)計計算113.2.1齒輪傳動的設(shè)計計算內(nèi)容123.2.2齒面接觸疲勞強度計算123.2.3彎曲疲勞強度驗算163.2.4齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計183.3滾動軸承的選擇計算183.3.1常用軸承的類型及特性183.3.2選擇滾動軸承的類型的方法203.3.3滾動軸承壽

2、命的計算20第四章 四軸聯(lián)動機械手設(shè)計計算224.1直流伺服電機的選擇224.2步進電機的選擇234.2.1應(yīng)用中需要注意的幾點：234.2.2步進電機的具體選擇依據(jù)244.2.3混合式步進電機控制系統(tǒng)優(yōu)缺點264.2.4 計算選擇274.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算284.3.1滾珠絲杠特點284.3.2滾珠絲杠型號的選擇294.3.3滾珠絲杠的支承和支承方式304.3.4滾珠絲杠的驗算304.3.5滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊334.3.6 防護、密封與潤滑及其他注意事項334.3.7聯(lián)軸器的選用34總結(jié)36參考文獻37致謝38第一章 緒論1.1引言機械手也被稱為自動手，能模仿人手和臂的某些

3、動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由

4、度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手其實概念上有很多，一些自動化裝置上，以機械結(jié)構(gòu)為主，實現(xiàn)手部分功能，但智能控制、關(guān)節(jié)數(shù)、傳感器都比較少，或干脆沒有，但往往也被叫做機械手。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能

5、部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。1.2 機械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機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機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎(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

6、自動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。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-vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。聯(lián)邦德國knka公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機械手發(fā)展

7、最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機械手從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機械手;其中有130多臺套噴漆機械手在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站

8、)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機械手己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機械手約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機械手生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程.

9、我國的智能機械手和特種機械手在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機械手，6000m水下無纜機械手的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機械手、雙臂協(xié)調(diào)控制機械手、爬壁機械手、管道機械手等機種:在機械手視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機械手、智能裝配機械手、機械手化機械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。1.3 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢目前

10、，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，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，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中的重要一環(huán)。未來發(fā)展具體方向為：1) 工業(yè)機械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降。2) 機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)

11、模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機械手整機;國外已有模塊化裝配機械手產(chǎn)品問市。 3) 工業(yè)機械手控制系統(tǒng)向基于pc機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、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。 4) 機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 5) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機械手操作者產(chǎn)生置

12、身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機械手。 6) 當(dāng)代遙控機械手系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機械手的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機械手走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機械手就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。 1.4 本課題的來源、目的意義及預(yù)期目標本文重點對tvt-3000e中的機械手搬運系統(tǒng)進行設(shè)計。tvt-3000e物流系統(tǒng)是由機械手搬運系統(tǒng)單元、貨物自動識別緩沖系統(tǒng)單元、堆垛系統(tǒng)單元、自動化倉庫系統(tǒng)單元所組成。采用pc-link網(wǎng)絡(luò)或host-link或profibus總線構(gòu)成的現(xiàn)代物流控制系統(tǒng)。主要完成貨

13、物的裝配與搬運，貨物的自動識別與緩沖傳輸，貨物的堆垛以及貨物的自動倉儲。于是我們提出了設(shè)計物流系統(tǒng)中機械手搬運系統(tǒng)的課題，根據(jù)機械手搬運系統(tǒng)實際狀況讓學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論,專業(yè)知識和基本技能來設(shè)計機械手搬運系統(tǒng)，從而進一步實現(xiàn)物流的自動化。tvt-3000e由機械手裝配搬運單元、貨料自動識別緩沖單元、堆垛單元、自動化倉庫單元共4個單元組成。其特點為每個單元自成系統(tǒng)，可分別單獨運行，用戶可根據(jù)實際需要自行選擇單元進行組合，可構(gòu)成9種培訓(xùn)系統(tǒng)，并具二次開發(fā)功能，標準接口可以直接與工控機i/o采集卡對接實現(xiàn)工控機控制系統(tǒng)。tvt-3000e模塊化現(xiàn)代生產(chǎn)物流培訓(xùn)系統(tǒng)涵蓋了plc控制與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、

14、變頻調(diào)速技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、步進電機和伺服電機的控制技術(shù)、profibus總線技術(shù)、計算機監(jiān)控技術(shù)以及氣動技術(shù)等。作為物流培訓(xùn)系統(tǒng)，為確保人身與設(shè)備安全，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計中具有漏電保護功能，短路保護功能，急停保護功能，智能診斷功能，各種限位保護功能等。由于系統(tǒng)的電氣接線采用了具有邏輯的各種模塊式接口，這樣既簡化了接線，節(jié)省了空間，又給系統(tǒng)的調(diào)試與檢修帶來了方便，增加了硬件的隔離保護功能，測試功能和信號連接與轉(zhuǎn)換功能，便于各種故障的設(shè)置，完成各種排故的訓(xùn)練，同時各模塊組成的單元具有硬件保護功能，如限位保護功能等。該系統(tǒng)還設(shè)有手動和自動轉(zhuǎn)換功能，在系統(tǒng)的自動運行過程中，若發(fā)現(xiàn)負載過載或接口出錯時

15、，可將其自動檔切換至手動檔，按動操作面板上的各種按鈕，檢查每一步的系統(tǒng)運行狀態(tài)，即可方便的排除故障完成系統(tǒng)的調(diào)整。系統(tǒng)的軟件設(shè)計，采用高速計數(shù)器，脈沖輸出定位等完成了系統(tǒng)的位控功能、pwm變頻調(diào)速功能、計算機監(jiān)控功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能。該系統(tǒng)涵蓋了plc控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、步進電機和交流伺服電機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機監(jiān)控技術(shù)以及氣動技術(shù)，可實現(xiàn)上述工業(yè)控制各種高新技術(shù)的訓(xùn)練與培訓(xùn)。作為各類高等院校機電一體、電氣自動化、機械制造、物流等專業(yè)的教學(xué)實驗裝置與各種職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中專、技校技能培訓(xùn)的教學(xué)實習(xí)裝置。根據(jù)機械手搬運系統(tǒng)實際狀況讓學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識和基本

16、技能來設(shè)計機械手搬運系統(tǒng)，完成機械手搬運系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計，從而進一步實現(xiàn)物流的自動化。本課題要完成的主要目標就是設(shè)計物流系統(tǒng)的機械手搬運系統(tǒng)。第一，機械手搬運系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先掌握機械手搬運系統(tǒng)的工作原理；然后對其機械結(jié)構(gòu)進行詳細設(shè)計，包括四軸聯(lián)動機械手機構(gòu)、貨物傳送帶機構(gòu)、貨箱推出機構(gòu)、貨料平動機構(gòu)、貨料推出機構(gòu)和貨物移位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 第二，機械手搬運控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先分析在整個單元的運動形式，然后確定電控系統(tǒng)的主要組成部分并對其電控系統(tǒng)進行詳細設(shè)計，最后利用plc實現(xiàn)對機械手搬運系統(tǒng)的順序控制。第二章 傳送帶的設(shè)計計算2.1概述帶傳動是具有中間撓性件的一種傳動，能

17、夠緩和載荷沖擊，且運行平穩(wěn)、無噪聲，制造和安裝精度不想齒輪那樣嚴格，所以帶傳動得到了很廣泛的應(yīng)用。本文的帶傳動包括兩個部分，即普通平帶傳動和同步帶傳動。在平帶中應(yīng)用最多的是膠帆布平帶，其強度高且價格低廉，此外還有麻、絲或錦綸等材料編織而成的編織帶；承載層為滌綸繩，表面覆以耐磨耐油膠布或聚氨酯的高速帶；承載層為錦綸片的強力錦綸帶等。本文中的普通平帶所帶動的載荷不是很大，故可采用應(yīng)用最多的膠帆布平帶，且無需進行強度校核。而帶動平帶運轉(zhuǎn)的傳送機構(gòu)采用同步帶傳動，所受轉(zhuǎn)矩較大，需進行強度校核。故只進行同步帶傳動的設(shè)計與校核，包括永磁式低速同步電機的選擇和同步帶的設(shè)計計算。2.2永磁式低速同步電動機的選

18、擇本文中帶傳動是低速重復(fù)，短時工作的生產(chǎn)機械，應(yīng)盡量選用低速電動機直接傳動，而不需要選用減速器，本文選用永磁式低速同步電動機。永磁式低速同步電機是一種無減速齒輪裝置由電機直接得到低轉(zhuǎn)速（60轉(zhuǎn)/分）的新型同步電動機，可簡化傳動機構(gòu)，免除齒輪減速機構(gòu)的噪聲。其特點為可靠性高，使用壽命長，運行時振動小、噪音低，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，啟動力矩大，啟動時電流無沖擊，負載變化時電流變化極小，具有一定的自鎖能力；且能瞬間啟動、倒轉(zhuǎn)和停機等。永磁式低速同步電機可作為低速驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動元件。凡需要低速直接傳動的場合，均可采用這種電機，若配以變頻電源，則可變換電機轉(zhuǎn)速以適合各種需要。這里選用的電機型號為55tdy4，其主

19、要性能參數(shù)為：額定電壓 220v 額定頻率 50hz最大輸入電流0.075a 最大輸入功率16w同步轉(zhuǎn)速 60r/min 額定轉(zhuǎn)矩 300mmm絕緣 e級2.3同步帶傳動設(shè)計計算本文所選用的某些電機采用了電機和齒輪輪系一體化的設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強的帶負載能力，但是不能通過電機直接驅(qū)動各個連桿的運動。為減小機構(gòu)運行過程的沖擊和振動，并且不降低控制精度，采用了同步帶傳動。同步帶可以用來傳遞平行軸間的運動或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，同步帶的工作面有齒，帶輪的輪緣表面也有相應(yīng)的齒槽，帶與帶輪是靠嚙合進行傳動的，故傳動比恒定。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為承載層，氯丁橡膠或聚氨酯為基體。這種帶薄而

20、且輕，故可用于輕高速度。同步齒形帶無相對滑動，傳動比準確，傳動精度高；采用伸縮率小、抗拉抗彎曲疲勞強度高的承載繩，因此強度高，可傳遞超過100kw以上的動力；厚度小、質(zhì)量小、傳動平穩(wěn)、噪聲小、適用于高速傳動，傳動時的線速度可達50m/s，傳動比可達10，效率可達98%；無需特別張緊，對軸和軸承壓力小，傳動效率高；不需要潤滑，耐水耐腐蝕，能在高溫下工作，維護保養(yǎng)方便，所以同步帶的應(yīng)用日益廣泛。其主要缺點是工藝復(fù)雜，制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴格。在規(guī)定張緊力下，相鄰兩齒中心線的直線距離成為節(jié)距，以p表示，節(jié)距是同步帶傳動的主要參數(shù)。當(dāng)同步帶垂直其底邊彎曲時，在帶中保持原長度不變的周線，

21、稱為節(jié)線。通常位于承載層的中線，節(jié)線以表示。同步帶型號分為最輕型mxl、超輕型xxl、特輕型xl、輕型l、重型h、特重型xh、超重型xxh七種。同步帶傳動原理如圖2-1所示。 圖2-1齒形帶傳動圖2-1 同步帶傳動原理示意圖設(shè)計計算如下：選取 載荷狀況平穩(wěn)，每天工作小時h，選=1.2計算功率 =p=1.2×16=19.2w （2-1）帶型和節(jié)距 查表選取帶型號為xl 節(jié)距p=5.08mm；基準寬度=9.5mm；需用工作拉力=50n； 質(zhì)量q=0.022kg/m；小帶輪最小齒數(shù)=10齒數(shù) 選=14， =1×=14 （2-2）帶輪節(jié)圓直徑 （2-3）帶速 v= （2-4）初定中

22、心距 1.5（）a2() （2-5） 通常取a=（1.52）（），初選中心距a=80mm計算帶長 （2-6） （2-7）帶長 （2-8） 查表選取標準節(jié)線長度558.8mm， 節(jié)線長上的齒數(shù)z=110實際中心距： （2-9） 小帶輪嚙合齒數(shù) =7 （2-10）基本額定功率 3.5w （2-11） 同步帶基準寬度所能傳遞的功率 基準寬度的同步帶的需用工作拉力 q基準寬度的同步帶質(zhì)量帶寬 =42.3mm （2-12） 嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)小帶輪嚙合齒數(shù)選??；6時取=1軸上載荷 =274.3n （2-13）第三章 移位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的設(shè)計計算貨物移位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)由帶有四個方型孔位的轉(zhuǎn)盤、定位氣缸、轉(zhuǎn)盤基座、型材

23、基體四部分組成。其中轉(zhuǎn)盤基座內(nèi)含貨物到位檢測傳感器和2個定位傳感器。帶有四個方型孔位的轉(zhuǎn)盤由直流電機驅(qū)動。定位氣缸規(guī)格為10-35型，使帶有四個方型孔位的轉(zhuǎn)盤精確定位。移位轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的設(shè)計計算主要包括直流電機的選擇、齒輪傳動的設(shè)計計算以及校核計算，和滾動軸承的校核計算。3.1直流電機的選擇小齒輪傳動的功率和轉(zhuǎn)矩都較小，因此可由直流電機直接驅(qū)動，選擇直流電機的型號為37rg240，具體參數(shù)如下所示：電壓： dc12v額定轉(zhuǎn)速： 20r/min輸出扭矩： 20kg.cm 1nm=10.2kgcm重量： 0.2kg3.2齒輪傳動的設(shè)計計算齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的

24、功率可達近十萬千瓦，圓周速度可達200m/s，直徑能做到10m以上，單級傳動比可達8或更大，因此在機器中應(yīng)用廣泛。和其他機械傳動相比，齒輪傳動的主要優(yōu)點是：工作可靠，使用壽命長；瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍廣等。主要缺點是：齒輪制造需要專用機床和設(shè)備，成本較高；精度較低時，振動和噪聲較大；不適用于軸間距離較大的傳動等。齒輪傳動應(yīng)滿足兩項基本要求：1）傳動平穩(wěn)要求瞬時傳動比不變，盡量減小沖擊、噪聲和振動；2）承載能力高要求在尺寸小、重量輕的前提下，齒輪的強度高、耐磨性號，在預(yù)定的使用期限內(nèi)不出現(xiàn)斷齒等失效現(xiàn)象。在齒輪設(shè)計、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強度、制造精

25、度、加工方法以及熱處理工藝等，基本上都是圍繞這兩個基本要求進行的。3.2.1齒輪傳動的設(shè)計計算內(nèi)容齒輪傳動的設(shè)計計算主要有選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)等。1）齒輪類型 由于齒輪傳動是為帶動機械手的轉(zhuǎn)動，傳遞的扭矩不太大，故可采用直齒圓柱齒輪傳遞動力。2）精度選擇 齒輪精度等級的選擇是根據(jù)傳動的用途、使用條件、傳動功率、圓周速度等決定的。機械手的轉(zhuǎn)動速度不高，故選用7級精度（gb10095-88）。3）材料選擇 齒輪材料的選擇應(yīng)具備下列條件：1）齒面具有足夠的強度，以獲得較高的抗點蝕抗磨粒磨損抗膠合和抗塑性流動的能力；2)在變載荷下有足夠的彎曲疲勞強度；3）具有良好的加工和熱處理工藝性；4

26、）價格較低。最常用的材料是鋼，鋼的品種很多，且可通過各種熱處理方式獲得適合工作要求的綜合性能。4）傳動尺寸無嚴格限制，批量較小，故小齒輪材料用40cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為260hb，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240hb。5）齒數(shù)選擇 選小齒輪齒數(shù)z1 =20，大齒輪齒數(shù)z2 =i×z1 =5×20=100。3.2.2齒面接觸疲勞強度計算1）初步計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 =20kg.cm=1960齒寬系數(shù) 查表可得 =1.0齒寬b 和小齒輪分度直徑的比值稱為齒寬系數(shù)（）為便于裝配和調(diào)整，根據(jù)和求出齒寬b后在將小齒輪寬度加大5mm10mm，但計算時按大齒輪寬度計算。接觸疲勞

27、極限 由圖可得hlim1=710mpa，hlim2=580mpa初步計算的許用接觸應(yīng)力 （3-1） 值由表可得，取=90初步計算小齒輪直徑 （3-2） 取=20mm初步齒寬120=20mm （3-3）2）校核計算圓周速度 （3-4）精度等級 由表12.6，選8級精度齒數(shù)z和模數(shù)m 初取齒數(shù)=20z2 =i·z1 =5×20=100則選取z1 =20，z2 =100使用系數(shù) 由表10-2查得使用系數(shù)ka=1.5；動載系數(shù) 根據(jù)=0.489m/s，8級精度，由圖10-8查得動載荷系數(shù)kv=1.2；齒間載荷分配系數(shù) （3-5） （3-6）由此得=齒向載荷分配系數(shù) 由表12.11

28、（3-7）載荷系數(shù)k （3-8） 彈性系數(shù)由表12.12，鋼的彈性系數(shù)=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由圖12.16，取=2.5接觸最小安全系數(shù) 由表12.14，取=1.05總工作時間 預(yù)期使用年限十年，每年300個工作日，單班制，在使用年限內(nèi)，工作時間占20%。故總工作時間為=10=4800h應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （3-9）接觸壽命系數(shù) 由圖12.18，=1.22=1.35許用接觸應(yīng)力 （3-10）驗算（3-11）計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度較為適合，齒輪尺寸無需調(diào)整，否則，尺寸調(diào)整后還應(yīng)再進行驗算。3）確定主要傳動尺寸分度圓直徑d模數(shù)取標準值時，齒輪齒數(shù)確定，且與初選齒數(shù)相同，無需進行調(diào)整，故分度圓直徑不

29、會改變，即 （3-12）中心距 （3-13）齒寬 取=25mm ， =20mm3.2.3彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù) （3-14）齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10， （3-15）齒向載荷分配系數(shù) 由圖12.14，取=1.32載荷系數(shù)k齒形系數(shù)由圖12.21，=2.46=2.19應(yīng)力修正系數(shù)由圖12.22，=1.65=1.8彎曲疲勞極限 由圖12.23c，=600mpa=450mpa彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14，取一般可靠度，可得=1.25尺寸系數(shù) 由圖12.14，=1.0 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由表12.15，估計，則指數(shù) m=6.23 （3-16） 原應(yīng)力估計次數(shù)正確 彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24，

30、=1.15 =1.5許用彎曲應(yīng)力 （3-17） 驗算 （3-18） 傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核這樣設(shè)計出來的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。3.2.4齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計齒輪的結(jié)構(gòu)主要由毛坯材料、幾何尺寸、加工工藝、生產(chǎn)批量、經(jīng)濟等因素確定，各部分尺寸由經(jīng)驗公式求得。對于小齒輪，齒輪直徑比軸的直徑大得多，則不論是從制造還是從節(jié)約貴重材料的觀點，應(yīng)該把齒輪和軸分開。本文中的小齒輪因可轉(zhuǎn)速較低，故而設(shè)計時可將電機軸與小齒輪直接采用過盈連接，而不需要使用聯(lián)軸器，從而簡化了結(jié)構(gòu)，節(jié)省了材料。對于尺寸較大的大齒輪，因小齒輪與大齒輪之間的嚙合關(guān)系是內(nèi)

31、嚙合，因此需要固定大齒輪的外緣。齒圈用較好的鋼制造，大齒輪與轉(zhuǎn)盤之間用過盈連接，并且加裝4個緊定螺釘。3.3滾動軸承的選擇計算3.3.1常用軸承的類型及特性1）調(diào)心球軸承主要承受徑向載荷，同時也能承受少量的軸向載荷，因為外圈軌道表面是以軸承中點為中心的球面，故能調(diào)心允許偏轉(zhuǎn)角是在保證軸承正常工作條件下內(nèi)、外圈軸線間的最大夾角。2）調(diào)心滾子軸承承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷，承受能力較大，滾動體為鼓形，外圈滾道球面，因而具有調(diào)心性能。3）推力調(diào)心滾子軸承能同時承受很大的軸向載荷和不大的徑向載荷。滾子承腰鼓形，外圈滾道是球面，故能調(diào)心4）圓錐滾子軸承能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷，因系線接觸

32、，承載能力大于“7"類軸承。內(nèi)、外圈可分離，裝拆方便，成對使用。5）推力球軸承只能承受軸向載荷，而且載荷作用線必須與軸線相重合，不允許有角偏差。高速時，因滾動體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴重，壽命降低，適用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處，緊圈內(nèi)孔直徑小。6）深溝球軸承主要承受徑向載荷，同時也可承受一定量的軸向載荷。當(dāng)轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不大時，可代替推力球軸承承受純軸向載荷。7）角接觸球軸承能同時承受徑向、軸向聯(lián)合載荷，公稱接觸角越大，軸向承載能力也越大。公稱接觸角有、 、三種，通常成對使用，可以分別裝于兩個支點或同裝于一個支點上。8）圓柱滾子軸承能承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷。

33、因系線接觸，內(nèi)、外圈只允許有極小的相對偏轉(zhuǎn)軸承內(nèi)、外可分離。9）滾子軸承只能承受徑向載荷，承載能力大，徑向尺寸特小，一般無保持架，因而滾針間有摩擦，軸承極限轉(zhuǎn)速低，這類軸承不允許有角偏差。軸承內(nèi)外圈可分離可以不帶內(nèi)圈。 3.3.2選擇滾動軸承的類型的方法1）當(dāng)載荷較大或有沖擊載荷時，宜用滾子軸承；當(dāng)載荷較小時，宜用球軸承。2）當(dāng)只受徑向載荷時，或雖同時受徑向和軸向載荷，但以徑向載荷為主時，應(yīng)用向心軸承；當(dāng)只受軸向載荷時，一般應(yīng)用推力軸承，而當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時，可用角接觸球軸承或深溝球軸承；當(dāng)徑向和軸向載荷都較大時，應(yīng)采用角接觸軸承。3）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，宜用球軸承；當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，可用滾子軸承，也可用球軸

34、承。4）當(dāng)要求支承具有較大剛度時，應(yīng)用滾子軸承。5）當(dāng)軸的撓度變形大或軸承座孔不同、跨度大而對支承有調(diào)心要求時，應(yīng)選用調(diào)心軸承。6）為便于軸承的裝拆，可選用內(nèi)、外圈分離的軸承。7）從經(jīng)濟角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結(jié)構(gòu)軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜。3.3.3滾動軸承壽命的計算主動軸處軸承的校核：選用的軸承型號為6203，由高等學(xué)校教材第四版機械設(shè)計 查得，1）徑向負荷：由以上軸承的計算可得：小齒輪處所受徑向力 雙片齒輪處所受的徑向力故該軸承所受總徑向力為2）當(dāng)量動載荷： （3-19）查手冊，?。o沖擊或輕沖擊）3）確定軸承的壽命 （3-20）由計算可知選用62

35、03軸承能夠滿足使用要求。經(jīng)校核，其余各處軸承均能夠滿足使用要求，但由于篇幅所限，加之計算過程多有重復(fù)，其余各軸承的校核從略。第四章 四軸聯(lián)動機械手設(shè)計計算四軸聯(lián)動機械手機構(gòu)結(jié)構(gòu)由伺服電機驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)角度270°的氣控機械手（具有光電傳感器）、由步進電機驅(qū)動絲杠組件構(gòu)成沿x、y軸移動裝置（含x、y軸限位開關(guān)）、可回旋270°的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)（其電氣部分由直流電動機、光電編碼器、接近開關(guān)等）以及型材基體四部分組成。四軸聯(lián)動機械手的作用是將傳送帶上的貨物搬運到指定的位置上。當(dāng)貨物落入傳送帶上，由傳送帶將貨物傳送至機械手工作區(qū)，被傳感器檢測到后，機械手開始動作。機械手移至傳送帶上貨物的上

36、方，機械手張開，向下移動，機械手夾緊貨物，升起，四軸聯(lián)動機械手底盤旋轉(zhuǎn)，同時機械手在絲杠的作用下沿x、y軸直線運動，機械手將貨物放置在預(yù)定的位置上。此時進入3000e2貨料自動識別緩沖系統(tǒng)單元的自動分檢傳送帶的始端。四軸聯(lián)動機械手的設(shè)計計算涉及到步進電機的選擇、直流伺服電機的選擇、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算及強度驗算以及軸承和聯(lián)軸器的選擇。對于齒輪的設(shè)計計算和校核已在帶傳動中詳細敘述，此處就不再贅述。4.1直流伺服電機的選擇直流伺服電機分為有刷和無刷電機，其各具特色，簡介如下：有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。

37、因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 選擇伺服電機也并沒有什么特定的規(guī)律可循，關(guān)鍵的是你所選擇的電機必須適應(yīng)你負載運動的工作要求。比如在系統(tǒng)精度要求不高、運動速度在幾百轉(zhuǎn)以下（不超過500轉(zhuǎn)）但不至于過低（大于1轉(zhuǎn)），不需要頻繁起停的情況下，步進電機是一種很好的選擇。這是因為步進電機開環(huán)控制，控制精度低，速度太高，電機扭矩會下降的很快，將帶不動負載，速度過低會出現(xiàn)轉(zhuǎn)

38、動不連續(xù)的爬行現(xiàn)象，而且步進電機的響應(yīng)也不快，不適合頻繁啟動的應(yīng)用場合。當(dāng)運動速度幾轉(zhuǎn)到3000多轉(zhuǎn)以下時，控制精度相對要求較高，可以選擇直流或者交流伺服電機。一般情況下，交流伺服電機低速特性不如直流伺服電機，如果負載工作于較低速，建議選擇直流伺服電機。本文中控制機械手的電機控制精度要求較高，且負載處于較低速運行，可選用直流伺服電機。經(jīng)過考慮，選擇直流電機的型號為msma5aza1g，其基本參數(shù)為：額定電壓 12v額定電流 1.0a額定工作頻率 200hz額定輸出功率 0.05kw額定轉(zhuǎn)速 3000r/min4.2步進電機的選擇步進電動機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元

39、件。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量頻率以及電動機繞組的通電順序，電動機即可獲得所需的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。4.2.1應(yīng)用中需要注意的幾點：步進電機應(yīng)用于低速場合每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時6666pps)，最好在1000-3000pps(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。由于歷史原因，只有標稱為12v電壓的電機使用

40、12v外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57byg采用直流24v-36v，86byg采用直流50v,110byg采用高于直流80v），當(dāng)然12伏的電壓除12v恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考慮溫升。轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。高精度時，應(yīng)通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少。電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻

41、尼的解決。電機在600pps（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。4.2.2步進電機的具體選擇依據(jù)步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。步距角的選擇電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。選用1.5度。靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩一下子很

42、難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來。電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）綜上所述選擇電機一般應(yīng)遵循步驟如圖4-1所示： 圖4-1 選擇電機的步驟力矩與功率換算步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變

43、化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： p=m=2n/60 p=2nm/60其中p為功率，單位為瓦；為每秒角速度，單位為弧度；n為每分鐘轉(zhuǎn)速；m為力矩，單位為牛頓·米。p=2fm/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱pps）。4.2.3混合式步進電機控制系統(tǒng)優(yōu)缺點步進電機分三種：永磁式（pm） ，反應(yīng)式（vr）和混合式（hb）。 永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)

44、點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛?；旌鲜讲竭M電機控制系統(tǒng)的優(yōu)點正是由混合式步進電機特殊的結(jié)構(gòu)所帶來的，簡而言之它具有穩(wěn)定可靠、性能好、運行平穩(wěn)等優(yōu)點，以和最具有可比性的反應(yīng)式步進電機系統(tǒng)相比為例。首先，混合式步進電機系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較高，由于驅(qū)動器是系統(tǒng)中可靠性最薄弱的一個部分，所以系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性主要是由驅(qū)動器的可靠性來決定的。混合式電機轉(zhuǎn)子上有永磁體，部分磁場已由轉(zhuǎn)子上的磁鋼產(chǎn)生，所以混合式電機繞組電流可以設(shè)計得比較小，而反應(yīng)式電機磁場完全由繞組電流產(chǎn)生，故欲和混合式電機產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，在電機體積相差不太大的情況

45、下，反應(yīng)式電機所需電流就要大得多。在當(dāng)前電力電子器件水平限制下，混合式電機的驅(qū)動器就比反應(yīng)式電機的驅(qū)動器要可靠得多，同時由于大的繞組電流，反應(yīng)式電機本體的發(fā)熱情況也要嚴重的多。實際上，為產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，反應(yīng)式電機不僅線圈電流大，而且定子線圈匝數(shù)多，電機體積大，繞組電感也大。由于繞組電感大，反應(yīng)式驅(qū)動器必須要以高壓驅(qū)動才會有比較好的高頻性能，但這樣驅(qū)動器的可靠性會明顯變差；如果反應(yīng)式驅(qū)動器取和混合式驅(qū)動器一樣的驅(qū)動電壓時，電機的高頻轉(zhuǎn)矩明顯要小，這也是反應(yīng)式電機系統(tǒng)性能比混合式電機系統(tǒng)差的一個重要原因?；旌鲜讲竭M電機一般步距角較小，再加上混合式步進電機共振區(qū)不明顯，振蕩較小，在控制步進電機升降頻

46、規(guī)律一致的情況下，運行要比反應(yīng)式步進電機穩(wěn)定?；旌鲜讲竭M電機系統(tǒng)的缺點在于混合式步進電機的制造比較復(fù)雜，電機的成本相對較高；其次是雖然混合式步進電機共振區(qū)不明顯，振蕩較小，但依然影響性能。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)精度要求來確定，一般取為0.010.02mm。如取得太大，無法滿足系統(tǒng)精度要求，如取得太小，或者機械系統(tǒng)難以實現(xiàn)，或者對其精度和動態(tài)性能提出過高要求，使經(jīng)濟性降低。所以根據(jù)滾珠絲杠的精度要求，步進電動機脈沖當(dāng)量：，步角距。由于無減速裝置，所以由=/360×可知，滾珠絲杠螺距，即基本導(dǎo)程=4mm。一般來講，反應(yīng)式步進電機步距角較小，運行頻率高，價格較低，但功耗較大，永磁式步進電機功耗

47、較小，斷電后仍有制動力矩，但步距角較大，啟動和運行頻率較低，混合式步進電機由上述兩種電機的優(yōu)點，但價格較高?？紤]到滾珠絲杠的運行特點，本文采用混合式步進電機。4.2.4 計算選擇步進電機轉(zhuǎn)軸上啟動力矩的計算 （4-1）運行時：=1450n, =741n，分別取=0.03，g=300n,=1.8mm/step=36×0.01×1450+0.03×（300+741）/(2×1.8×0.7) =67.4由手冊可知：/=0.866，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩=/0.866=67.4/0.866=77.8 確定步進電機最高工作頻率，假定=0.025m/s=100

48、0×0.025/0.02=1250根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進電機。42byg250c采用兩相四拍的通電方式。相數(shù)，2；步距角，；電流，1.5a；靜力矩,110；轉(zhuǎn)動慣量，280；引線數(shù)，4。4.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算4.3.1滾珠絲杠特點滾珠絲桿是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成執(zhí)行性的直線運動的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，如下圖所示，由螺母、絲杠、滾珠、回珠器、密封環(huán)等組成。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動效率高。在數(shù)控機床的傳動中，經(jīng)常用于代替滑動絲杠，以提高傳動精度。在設(shè)計滾珠絲杠時，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定滾珠絲杠的上述參數(shù)時，目前采用的方法是，在防止疲勞點蝕的基礎(chǔ)上，即滾珠絲杠在工作

49、過程中受軸向負載時，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計滾珠絲杠副時，必須保證在一定的軸向負載作用下，這種名義直徑d和螺距t的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點蝕現(xiàn)象，這個負載的最大值稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動負載。滾珠絲杠計算的內(nèi)容包括型號選擇，穩(wěn)定性校核，極限速度校核，精度計算，剛度與變形計算等。絲杠螺母副的特點：1）用較小的扭矩轉(zhuǎn)動絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。2）可達到很大的降速比

50、，使降速機構(gòu)大為簡化，傳動鏈的以縮短。3）能達到較高的傳動精。用于進給機構(gòu)時,還可兼作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小數(shù)值可達0.0001mm。4）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動效率=0.920.96,而一般的常規(guī)（滑動）絲杠螺母副的=0.200.40。所以滾珠絲杠的傳動效率比常規(guī)絲杠的傳動效率提高了34倍。因此功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/31/4。5）給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，這樣反向時就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比較有較高的軸向精度。6）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。滾珠絲杠基本上是滾動摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小

51、幾乎和運動速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性。由于滾珠絲杠基本上是滾動摩擦，與常規(guī)絲杠螺母副比較不宜出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動精度高。7）有可逆性，由于滾珠絲杠副摩擦系數(shù)小，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以由直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。絲杠和螺母都可以作為主動件，也可以作為從動件。8）制造工藝復(fù)雜，滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也高，故制造成本高。例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般都要求磨削成型表面的。9）不能自鎖，特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立刻停止運動，故常需要添加制動裝置。在設(shè)計滾珠絲杠時，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定

52、滾珠絲杠的上述參數(shù)時，目前采用的方法是，在防止疲勞點蝕的基礎(chǔ)上，即滾性絲杠在工作過程中受軸向負載時，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計滾珠絲杠副時，必須保證在一定的軸向負載作用下，這種名義直徑d和螺距t的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點蝕現(xiàn)象，這個負載的最大值稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動負載。4.3.2滾珠絲杠型號的選擇根據(jù)使用要求和結(jié)構(gòu)要求，選定滾珠絲杠的型號為wcm1604-2.5，這是一種微型外循環(huán)插管式、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠副，精度等級選3級，其主要參數(shù)有：公稱直徑， 導(dǎo)程=4mm， 鋼球直徑=2.381mm， 絲杠外經(jīng)d=15.7mm, 螺紋底徑=13mm， 循環(huán)圈數(shù)2.51， 額定動載荷=4763n， 額定靜載荷=10011n， 接觸剛度r=221n