畢業(yè)設(shè)計論文重型軸類形狀零件雙Z軸桁架自動化系統(tǒng)設(shè)計全套圖紙

1、摘要凸輪軸桁架自動化系統(tǒng)是工業(yè)制造上不可缺少的一部分，作靈活、運(yùn)動慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作，這些優(yōu)點(diǎn)就是桁架機(jī)械手能夠快速良好發(fā)展的根本，機(jī)械手能夠代替人力，更能夠準(zhǔn)確的去完成工作。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動化而生產(chǎn)的。機(jī)械手是能

2、夠模仿人體上肢的部分功能，可以對其進(jìn)行自動控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設(shè)備。通過對加工中心生產(chǎn)線的加工布局的分析，確定了桁架機(jī)械手輸送的方案，即桁架機(jī)械手輸送缸體的輸送程序，輸送方法和桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)了桁架機(jī)械手在專機(jī)輸送上的應(yīng)用，達(dá)到了快速，柔性輸送缸體的目的，提高了機(jī)床的性能、可靠性和自動化程度；從根本上解決加工中心生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍長的難題。關(guān)鍵詞：加工中心生產(chǎn)線；桁架自動化系統(tǒng)機(jī)械手；伺服驅(qū)動；生產(chǎn)節(jié)拍；abstracttruss automation system of mechanical hand is part of the manufac

3、turing industry is indispensable, flexible, motion inertia small, general strong, can grab near the base of the workpiece, and can work around obstacles between the body and the mechanical work, these advantages is the mechanical hand can quickly speed and good development of the fundamental, the me

4、chanical hand to replace human, can be more accurate to complete the work. in the modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme. automatic continuity of the chemical production process has been basically resolved. special machine is an effective me

5、thod for mass production automation; control of machine tools, cnc machine tools, machining centers, automated machinery is an important way to effectively solve the many varieties of small batch production automation. but in addition to cutting itself, there are a large number of loading and unload

6、ing, handling, assembly operations, further realizes mechanization, the industry manipulator is to realize the automation of these processes and production. mechanical hand is able to mimic the part of the human upper limb function can carries on the automatic control of the scheduled in accordance

7、with the requirements of transportation products or tools to maintain the operation of automated production equipment. truss manipulator delivery scheme is determined through analysis of processing production line processing layout, namely truss manipulator conveying cylinder transportation procedur

8、e, conveying method and truss manipulator structure; to realize application in the conveying plane truss manipulator, achieves the quick speed, flexible conveying cylinder and improve the machine performance, reliability and degree of automation; fundamentally solve problems of long production cycle

9、 of processing production line.keyword: processing production line；automation system; truss manipulator; servo drive; production cycle；全套圖紙，加153893706目 錄 引言 1 第一章前言 2 1.1 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)概述件的功用 2 1.2 凸重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的組成及作用 2 1.2.1 各重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的組成 2 1.2.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的作用 2 第二章重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的傳動

10、系統(tǒng)設(shè)計 4 2.1 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)要求 4 2.1.1 x軸橫梁的相關(guān)計算 4 2.1.2 導(dǎo)軌滑塊承載能力計算 7 2.1.3移動速度計算 8 2.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的傳動方案設(shè)計 9 2.3 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)選擇 10 2.3.1 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)額定轉(zhuǎn)速選擇 10 2.3.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)額定功率選擇 11 2.4 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的導(dǎo)軌選擇 13 2.5 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的齒輪齒條選擇 14 第三章重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的主

11、體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 3.1 夾手部分基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu) 23 3.1.1 概述 23 3.1.2 手部的結(jié)構(gòu)和手指形狀的確定 23 3.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的走線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 24 3.2.1 拖鏈選擇的技術(shù)條件 24 3.2.2 根據(jù)拖鏈選擇設(shè)計拖鏈槽結(jié)構(gòu) 25 第四章基于solidworks雙z軸桁架系統(tǒng)的建模及裝配 26 4.1 solidworks軟件建模與裝配概述 26 4.2 運(yùn)用solidworks軟件進(jìn)行零件設(shè)計 26 4.3 運(yùn)用solidworks軟件進(jìn)行零件裝配 28 第五章cad繪圖簡單說明 29 結(jié)論 30 致謝 32沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

12、引言引言畢業(yè)設(shè)計的關(guān)鍵是結(jié)束的大學(xué)生在學(xué)校期間,這是一個綜合考試的知識,也是我們的實(shí)際設(shè)計過程,模擬真實(shí)的環(huán)境,這使得本專業(yè)設(shè)計工作我們有一個更深刻的理解,因此,為未來的工作奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 為了有效地完成畢業(yè)設(shè)計,我們把之前的生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況,并通過查找大量的資料和其他教科書和參考書,寫這個夾具設(shè)計規(guī)范。它通過程序的設(shè)計,進(jìn)一步機(jī)車閥導(dǎo)塊的過程。通過編寫夾具、測量工具、刀具設(shè)計規(guī)范,進(jìn)一步說明了設(shè)計理念,鞏固學(xué)到各種各樣的知識。這個設(shè)計編譯一組批生產(chǎn)過程規(guī)劃。簡單實(shí)用的夾具設(shè)計更多的反映了經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)在設(shè)計中的重要地位。設(shè)計工作是一個細(xì)致、困難、復(fù)雜,涵蓋非常廣泛,它不僅鞏固了所學(xué)的知識

13、,更多的提高和鍛煉我們的綜合能力,如計算能力、圖形功能。但是因?yàn)槲业膶W(xué)校和水平有限,難免有缺點(diǎn)和錯誤的設(shè)計,請在這里老師評論。28沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 前言第一章前言1.1 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)概述件的功用凸桁架式機(jī)器人是一種綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)產(chǎn)品。是一種能進(jìn)行自動控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作設(shè)備。隨著國內(nèi)企業(yè)用人成本的不斷增加，桁架式工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)、擺脫單調(diào)重復(fù)的體力勞動、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面具有明顯的優(yōu)勢，在高溫、有毒場合具有人工無法替代的作用，在機(jī)械加工業(yè)具

14、有廣泛的運(yùn)用，了解和掌握桁架式機(jī)器人的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和設(shè)計，對推動我國機(jī)器人的運(yùn)用具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)是一種建立在直角x，y，z三坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對工件進(jìn)行工位調(diào)整，或?qū)崿F(xiàn)工件的軌跡運(yùn)動等功能的全自動工業(yè)設(shè)備。1.2 凸重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的組成及作用1.2.1 各重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的組成重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)框架、x軸組件、y軸組件、z軸組件、工裝夾具以及控制柜，六部分組成。1.2.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的作用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動，每個運(yùn)動自由度之間的空間夾角為直角。自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動均按程序運(yùn)行。一

15、般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。各個機(jī)器人行走軸，均可采用滾輪導(dǎo)軌，具有可高速運(yùn)行，安裝調(diào)試方便，適合長行程應(yīng)用，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。并且高效，其各軸以極高的速度直線運(yùn)行，可用伺服電機(jī)快速響應(yīng)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，極小的重復(fù)性誤差，最高可達(dá)0.05mm；高強(qiáng)度，7x24小時工作，不需要吃飯、睡覺、抽煙等；高精度定位精度可達(dá)0.02mm（基于制作成本原因，可根據(jù)使用工況適當(dāng)放大定位精度）；性價比高相比關(guān)節(jié)機(jī)器人，其負(fù)載重量大，制作成本低，適合于“中國智造”基本國情；操作簡單，基于直角坐標(biāo)體系，其運(yùn)動參

16、數(shù)較為簡單。重型軸類形狀零件雙z軸桁架自動化系統(tǒng)可以對重量大的工件進(jìn)行操作，最大限度的提高了桁架自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，對于設(shè)計加工具有重大意義。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)設(shè)計第二章重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)書籍的設(shè)計思想的原始數(shù)據(jù),以確定生產(chǎn)的類型。根據(jù)設(shè)計規(guī)范給出根據(jù)車間的工作情況和工件的重量,根據(jù)生產(chǎn)可分為單位生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)和批量生產(chǎn)。金屬機(jī)械加工工藝人員手冊檢查表15 - 5部分體重48公斤< 100公斤,年產(chǎn)量3000件,屬于批量生產(chǎn)。2.1雙z軸桁架系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)要求2.1.1 x軸橫

17、梁的相關(guān)計算：根據(jù)x軸橫梁的布局形式可將橫梁按兩點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)計算橫梁的相關(guān)參數(shù)，包括：剪切力q、彎矩m。1.初始條件：(1) 橫梁及導(dǎo)軌自身質(zhì)量w1；(2) 托板及其上的包含z軸部件的總重量w2；(3) 抓手自身質(zhì)量w3；(4) 工件自身質(zhì)量w4；(5) 重力加速度：g；2 .橫梁所受外力：f=w2+w3+w4,方向垂直向下。橫梁不考自重時計算示意圖見圖2.1所示: 圖2.1 橫梁不考自重時計算示意圖圖中l(wèi)為橫梁的總有效跨度；l1: 托板左側(cè)導(dǎo)向滑塊距橫梁左端尺寸；l2：托板右側(cè)導(dǎo)向滑塊距橫梁右端尺寸；l3： z軸托板上兩導(dǎo)向滑塊之間距離；q外：除橫梁自重之外所有外力所產(chǎn)生的均布載荷，3.桁架機(jī)

18、器人在外力作用下的設(shè)計計算公示表表2.1 桁架機(jī)器人在外力作用下的設(shè)計計算公示名稱計算條件計算公式剪力0xl1q外=q外l3/l(l2+l3/2)l1x(l1+l2)q外=q外l3/l(l2+l3/2)-q×(x-l1)(l1+l3) xlq外=-q外l3/l(l1+l3/2)彎矩x=l1+l3/l(l2+l3/2)mmax外=ql3/l(l2+l3/2)×(l1+(2l2l3+l32)/4l4.橫梁只考慮自重時的計算示意圖圖2.2 橫梁只考慮自重時的計算示意圖當(dāng)x軸橫梁只考慮自重時，由橫梁自身質(zhì)量產(chǎn)生的載荷q自沿橫梁全長作用，q自= w1/l，且均勻分布。表2.2 桁架機(jī)

19、器人在自重作用下的設(shè)計計算公式名稱計算條件計算公式剪力q自=q自l/2-q自x彎矩x=l/2mmax=q自l2/8橫梁實(shí)際工作中所受作用力是自重和外力共同作用的結(jié)果，是上述兩種狀態(tài)計算參數(shù)的矢量疊加，見表2.3。表2.3 橫梁實(shí)際工作中所受作用力是自重和外力共同作用的結(jié)果名稱計算公式剪力q總=q外+q自彎矩m總max=m外max+m自max6、橫梁彎矩強(qiáng)度校核（1）橫梁可以等效為一個等截面中心對稱的桿件結(jié)構(gòu)，對整個橫梁截面來說，最大應(yīng)力發(fā)生在彎矩最大的截面上。其值為：式中：wz為抗彎截面系數(shù)。（2）強(qiáng)度條件：產(chǎn)生最大彎矩的截面稱為危險截面，危險截面上產(chǎn)生最大應(yīng)力的點(diǎn)稱為危險點(diǎn)。即：式中： 為材

20、料的許用應(yīng)力。= 0/n0為材料的極限應(yīng)力。對于脆性材料：0=b;對于塑性材料：0=s。n為安全系數(shù)。對于脆性材料：n=2.53.0；對于塑性材料：n=1.52.0。（3）橫梁剪切強(qiáng)度校核：最大彎曲剪切應(yīng)力通常發(fā)生在截面中性軸處，該處的正應(yīng)力為零，最大剪切應(yīng)力作用點(diǎn)處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。橫梁是一個等截面直梁，最大彎曲剪切應(yīng)力發(fā)生在剪力最大的截面上。最大彎曲剪切應(yīng)力不得超過材料在純剪切時許用剪應(yīng)力。即： 式中：q總max是發(fā)生在截面上的最大剪切力：smax是所求應(yīng)力點(diǎn)外的面積到中性軸的靜面矩，靜面矩s=應(yīng)力點(diǎn)面積a×應(yīng)力點(diǎn)面積形心對某軸的標(biāo)矩；iz是橫梁截面對中性軸z的慣性矩；b是橫梁截

21、面的寬度；是材料的剪切許應(yīng)力，它與材料的許用用力之間，存在如下關(guān)系：對于塑性材料：=0.60.8;對于脆性材料：=0.81.02.1.2 導(dǎo)軌滑塊承載能力計算：導(dǎo)軌滑塊是x軸運(yùn)動時的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它由兩根導(dǎo)軌和四只滑塊組成。兩導(dǎo)軌固定在橫梁側(cè)面的安裝面上，四只滑塊與托板固定聯(lián)接，托板上裝有x軸驅(qū)動部件、z軸驅(qū)動部件、整個z軸部件、軌道潤滑裝置等。1. 初始條件：工件質(zhì)量m1；托板自身質(zhì)量m2；托板上負(fù)載的質(zhì)量ms：包括x軸驅(qū)動部件、z軸驅(qū)動部件、整個z軸部件、軌道潤滑裝置等；重力加速的：g；2 .計算模型見圖2.3所示： 圖2.3 計算模式圖中：mg=（m1m2m3）g：滑塊所受總負(fù)載；l0：兩滑

22、塊水平方向中心線之間的距離； l1: 兩導(dǎo)軌垂直方向中心線之間的距離； l2: 滑塊所受負(fù)載幾何中心與托板水平幾何中心線水平方向的距離； l3：滑塊所受總負(fù)載幾何中心與導(dǎo)軌幾何中心線前后水平方向的距離； p1、p2、p3、p4：滑塊1、滑塊2、滑塊3、滑塊4分別所受徑向力見圖2.4 圖2.4 p1t、p2t、p3t、p4t：滑塊1、滑塊2、滑塊3、滑塊分別所受側(cè)向力表4 計算公式名稱計算公式徑向力p1=p2=-mg.l3/(2.l2)p3=p4=mg.l3/2l2側(cè)向力p1t=p4t=mg/4+mg.l2/(2l0)p2t=p3t=mg/4-mg.l2/(2l0)2.1.3移動速度計算 “移動

23、速度”是桁架機(jī)器人的主要參數(shù)之一，桁架機(jī)器人運(yùn)動速度的快慢直接影響機(jī)器人工作的節(jié)拍，從而決定機(jī)器人的工作效率。1.工作方式及運(yùn)動特點(diǎn)桁架機(jī)器人的工作方式：機(jī)器人在某一位置處于靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)電氣控制系統(tǒng)接受到某一控制信號后桁架帶動機(jī)械手由靜止?fàn)顟B(tài)開始加速啟動；機(jī)械手按某一運(yùn)動軌跡運(yùn)動到特定位置執(zhí)行特定的運(yùn)動。運(yùn)動特點(diǎn)：上述運(yùn)動過程可分解三個部階段機(jī)械手由靜止到勻速運(yùn)動中的加速度階段；機(jī)械手勻速運(yùn)動階段；機(jī)械手勻速運(yùn)動到特定位置停止的減速階段；2 .初始條件（1）機(jī)械手開始處于靜止?fàn)顟B(tài)，初始運(yùn)動速度v0=0；（2）機(jī)械手由靜止到勻速運(yùn)動過程中的加速度a加；（3）機(jī)械手由靜止到勻速運(yùn)動過程中的加速度時

24、間t加；（4）機(jī)械手勻速運(yùn)動時的速度v,（5）機(jī)械手由勻速運(yùn)動到靜止過程中的加速度a減，（6）機(jī)械手由勻速運(yùn)動到靜止過程中的減速度t減，3.計算公式：加速過程： v=v0+a加t加減速過程： v=v0-a減t減2.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的傳動方案設(shè)計 在機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)中，電氣驅(qū)動是利用各種電動機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動機(jī)器人的關(guān)節(jié)，來獲取動力。電氣驅(qū)動主要有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流電機(jī)、直線電動機(jī)以及最近幾年出現(xiàn)的超聲波電機(jī)和hd電動機(jī)【10】等幾種。步進(jìn)電機(jī)是一種用脈沖信號控制，每輸入一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就進(jìn)行回轉(zhuǎn)一定的角度，脈沖數(shù)與角度數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向取決于

25、輸入脈沖的順序。步進(jìn)電機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)，通過脈沖頻率同步，能夠按照脈沖要求進(jìn)行啟動、停止、反轉(zhuǎn)和制動變速，有較強(qiáng)的阻礙偏離穩(wěn)定的能力。在機(jī)器人中位置控制系統(tǒng)中得到了極大的應(yīng)用。主要有永磁式、反應(yīng)式、永磁感應(yīng)子式三種。直流伺服電機(jī)是用直流電供電的電動機(jī)。其功能是將輸入的受控電壓/電流能量轉(zhuǎn)換為電樞軸上的角位移或角速度輸出。直流伺服電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與普通動力用直流電機(jī)相同。特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、可控性好、響應(yīng)迅速、轉(zhuǎn)矩大。一般有永磁式和電磁式，在機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)中多采用永磁式直流伺服電機(jī)。交流伺服電機(jī)的使用情況與直流伺服電機(jī)相同，但交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、功率大、過

26、載度能力強(qiáng)、無電刷、維修方便，因而交流伺服電機(jī)是今后機(jī)器人用電流的主流。低速電機(jī)主要用于系統(tǒng)精度要求高的機(jī)器人。為了提高功率效率比，伺服電機(jī)制成高轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪減速后帶動機(jī)械負(fù)載。由于齒輪傳動存在間隙，系統(tǒng)精度不易提高，若對功率效率比要求不十分嚴(yán)格，而對于精度有嚴(yán)格的要求，則最好取消減速齒輪，采用大力矩的低速電機(jī)，配以高分辨力的光電編碼器及高靈敏度的測速發(fā)動機(jī)，實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。環(huán)形超聲波電動機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使用在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處，不需齒輪減速，可直接驅(qū)動負(fù)載，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞信息。hd電動機(jī)是一種小型大轉(zhuǎn)矩（大推力）的電動機(jī)，電動機(jī)可直接與負(fù)載連接，可應(yīng)用在系

27、統(tǒng)定位精度要求高的機(jī)器人產(chǎn)品中。通過上述對幾種機(jī)器人常用電機(jī)的分析和比較，綜合考慮本文桁架機(jī)器人臂并不要求有很高的扭矩，但是要求有較高精度并要求能夠快速啟動和制動，所以選擇應(yīng)用較為廣泛的步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。2.3 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)選擇 2.3.1 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)額定轉(zhuǎn)速選擇 對于機(jī)械手的抓取操作及其在上料和卸料的時候，考慮對其工件的精準(zhǔn)性，所以提供的動力源也要運(yùn)行精確，保證加工的產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)，在保證其質(zhì)量的情況下，快速的完成，為人工師傅們節(jié)約更多的時間，根據(jù)本次設(shè)計要求電機(jī)的轉(zhuǎn)移量為 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速n 根據(jù)設(shè)計要求的電機(jī)品牌，按照計算的參

28、數(shù)，選擇合適的驅(qū)動電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，再結(jié)合轉(zhuǎn)矩等參數(shù)要求，確定具體電機(jī)。2.3.2 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)額定功率選擇1、驅(qū)動電機(jī)扭矩計算： 驅(qū)動電機(jī)是驅(qū)動橫梁上運(yùn)動部件的動力源，由于桁架機(jī)器人對運(yùn)動部件的運(yùn)動速度和重復(fù)定位精度有相應(yīng)的要求，驅(qū)動電機(jī)均采用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)驅(qū)動力的大小一般由電機(jī)的額定扭矩來決定。因此，設(shè)計時需要計算驅(qū)動電機(jī)的扭矩。2、 初始條件（1）電機(jī)驅(qū)動的總載荷量g（托板上所有零件及z軸自重w2、手爪質(zhì)量w3、工件質(zhì)量w4）。（2）g=w2 +w3 +w4,（3）驅(qū)動齒輪的直徑d，（4）電機(jī)中心到上軌道中心距離l1；（5）電機(jī)中心到軌道中心距離l2；（6）軌

29、道運(yùn)動式的摩擦系數(shù)u3、 計算模型 圖2.5 計算模型在總載荷g的作用下運(yùn)動部件在上下軌道上所受的力可以分解為徑向力和側(cè)向力，運(yùn)動時所受的滑動摩擦力是上述兩種力共同作用的結(jié)果，上軌道所受摩擦力f1=u×(p1t+p2t+p1+p2),下導(dǎo)軌上所受的摩擦力f2=u×(p3t+p4t+p3+p4)。上下軌道上所受滑動摩擦力的合力與電機(jī)轉(zhuǎn)動時作用在齒輪齒側(cè)面分度圓上的傳動力大小frz相等，方向相反，即：frz=f1+f2,運(yùn)動部件啟動和停止時由于加速度的存在，運(yùn)動部件存在慣性力，加速度時慣性力與運(yùn)動方向相同為正，減少時慣性力與運(yùn)動方向相反為負(fù) 在運(yùn)動部件啟動時，運(yùn)動部件加速度f總

30、=f慣+frz,此時電機(jī)需輸出最大的驅(qū)動力才能驅(qū)動運(yùn)動部件運(yùn)動。電機(jī)輸出功率計算：式中：p：電機(jī)的輸出功率；v:運(yùn)動部件勻速運(yùn)動時的速度；：運(yùn)動時的機(jī)械效率伺服電機(jī)扭矩的計算：式中：p：電機(jī)的輸出效率；v: 電機(jī)運(yùn)動時的轉(zhuǎn)速；t：電機(jī)的輸出扭矩；電機(jī)型號的確定：根據(jù)計算電機(jī)的輸出扭矩，選擇所需的電機(jī)。式中： t額：電機(jī)的額定輸出扭矩；i：與電機(jī)相連的減速器的減速比；t：電機(jī)的輸出扭矩；n：電機(jī)運(yùn)行時的安全系數(shù)；2.4 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的導(dǎo)軌選擇 根據(jù)給定的工作載荷fz和估算的wx和wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fsl=c0/p,式中：c0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kn；工作載荷p=0.5

31、(fz+w);fsl=1.03.0(一般運(yùn)行狀況)，3.05.0（運(yùn)行時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 選br直線滾動導(dǎo)軌，e級精度。查得，fh=1,ft=1,fc=0.81,fa=1,fw=1. 工作壽命每天8小時，連續(xù)工作5年，250/年，額定壽命為：計算四滑塊的載荷，工作臺及其重物約為4000n計算需要的動載荷ca由機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書表3-20中選用ly15al直線滾動導(dǎo)軌副，其ca=606n,c0a=745n基本參數(shù)如下：導(dǎo)軌的額定動載荷ca=17500n依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷ca(kn)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命ln:額定行程長度

32、壽命：,導(dǎo)軌的額定工作時間壽命：導(dǎo)軌的工作壽命足夠 滾動導(dǎo)軌間隙調(diào)整預(yù)緊可以明顯提高滾動導(dǎo)軌的剛度，預(yù)緊采用過盈配合，裝配時，滾動體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量。 潤滑與防護(hù)潤滑：采用脂潤滑，使用方便，但應(yīng)注意防塵。防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌，以提高導(dǎo)軌壽命。防護(hù)方式用蓋板式。 2.5 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的齒輪齒條選擇1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)a.選直齒圓柱齒輪b貨叉為一般工作機(jī)械，速度不高，故選用7級精度（gb/0095-88）；c材料選擇。選擇齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs,齒條材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs;d初

33、選齒輪齒數(shù)為z=20。2.按齒面接觸強(qiáng)度計算計算公式為a.確定公式內(nèi)各參數(shù)的值。.試選載荷系數(shù)kt=1.2.計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩.選齒寬系數(shù)d=0.45.查得材料的彈性影響系數(shù)ze=189.8mpa1/2 .按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限hlim=600mpa,齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限hlim=550mpa.取齒輪接觸疲勞壽命系數(shù)kh=0.90，齒條接觸疲勞壽命系數(shù)kh=0.95.計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)s=1，由公式求得：齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力,齒條的接觸疲勞許用應(yīng)力a.按齒面接觸強(qiáng)度計算（1） 計算齒輪的分度圓直徑（2） 計算圓周速度 （3） 齒寬 （4） 計算齒寬

34、與齒高之比模數(shù) 齒高 (5)計算載荷系數(shù)根據(jù)v=0.05m/s,7級精度，由圖可查得動載荷系數(shù)kv=1.002直齒輪，kh=kf=1由表查得使用系數(shù)ka=1.25由表查得7級精度，齒輪懸架布置時，kh=1.189由b/h=3.996,kh=1.189,查得kf=1.14；故載荷系數(shù)(6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由公式得：（7）計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強(qiáng)度計算彎曲強(qiáng)度的實(shí)際公式為a. 確定公式內(nèi)各參數(shù)的值 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限fe1=500mpa；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限fe2=380mpa查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn1=0.83;齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn2=0.88

35、；計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,由公式得：齒輪的許用應(yīng)力齒條的許用應(yīng)力 計算載荷系數(shù)k 查取齒形系數(shù)查得齒輪的齒形系數(shù)yfa=2.80 查取應(yīng)力校正系數(shù) 查得ysa=1.55 計算b. 設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)成積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.51并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d=39.222mm，算出齒輪齒數(shù)z=d/m=39.222/2=20這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既

36、滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4.幾何尺寸的計算 a.計算分度圓直徑 b計算齒輪齒條寬度 取齒輪寬度b=17mm,齒條寬度為b=16mm, c計算齒頂圓直徑 d 計算齒根圓直徑 e計算齒輪齒條的節(jié)距 f計算齒頂高 g.計算齒根高 豎直方向運(yùn)動機(jī)械部件的計算 步進(jìn)電機(jī)的選型 計算所需的轉(zhuǎn)矩： 式中： ml臂轉(zhuǎn)動所需的轉(zhuǎn)矩（n.m）; m慣臂轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的慣性轉(zhuǎn)矩（n.m）; m摩摩擦所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩（n.m）; l臂的長度（mm）,l=200mm； 臂材料的密度（kg/m3），=2.7×103kg/m3; b臂的外寬（mm），b=180mm; h臂

37、的外長（mm）,h=180mm; b臂的內(nèi)寬(mm),b=150mm; h臂的內(nèi)高（mm）,h=150mm; d旋轉(zhuǎn)中心的偏移量（mm）,d=400mm; 臂擺動的角速度（rad/s）; v工作速度（m/s）,v=0.6m/s; t啟啟動時間（s），t啟=0.5s; ll電機(jī)安裝位置，ll=200mm. 設(shè)臂為實(shí)心時的質(zhì)量為m外，對應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量為j外，用臂材料填充臂空心部分所需的質(zhì)量為m內(nèi)；對應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量為j內(nèi)。 代入數(shù)據(jù)得： 同理有： 所以根據(jù)計算所得數(shù)據(jù)選擇110byg350dh-sakrma 型號的電機(jī)，3.選的齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)e選直齒圓柱齒輪；f貨叉為一般工作機(jī)械，速度不

38、高，故選用7級精度（gb/0095-88）；g.材料選擇，材料齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，齒條材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs;h.初選齒輪齒數(shù)為z=20.4.按齒面接觸強(qiáng)度計算設(shè)計公式為 c.確定公式內(nèi)各參數(shù)的值。 試選載荷系數(shù)kt=1.2 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 選齒寬系數(shù)d=0.45 查得材料的彈性影響系數(shù)ze=189.8mpa1/2 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限hlim=600mpa，齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限hlim=550mpa 取齒輪接觸疲勞壽命系數(shù)kh=0.90,齒條接觸疲勞壽命系數(shù)kh=0.95 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系數(shù)s=

39、1，由公式h=khn/s*lim求得：齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力h=540mpa，齒條的接觸疲勞許用應(yīng)力h=522.5mpa。 d.按齒面接觸強(qiáng)度計算 (1)計算齒輪的分度圓直徑 (2)計算圓周速度 (3)齒寬 （4）計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù) 齒高 (5)計算載荷系數(shù) 根據(jù)v=0.05m/s，7級精度，由圖可查得動載荷系數(shù)kv=1.002 直齒輪，kh=kf=1 由表查得使用系數(shù)ka=1.25 由表查得7級精度，齒輪懸臂布置時，kh=1.189 (6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由公式的： (7) 計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強(qiáng)度計算 a確定公式內(nèi)各參數(shù)的值(1)查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度

40、極限fe1=0.83mpa；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限fe2=0.88mpa;(2)查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn1=0.83；齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn2=0.88;(3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，由公式得： 齒輪的許用應(yīng)力 齒條的許用應(yīng)力 (4)計算載荷系數(shù)k (5)查得齒形系數(shù)查得齒輪的齒形系數(shù)yfa=2.80 (6)查取應(yīng)力校正系數(shù)查得ysa=1.55 (7)計算 b.設(shè)計計算對于計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒根模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)

41、與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.51并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d=39.222mm,算出齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4.幾何尺寸的計算 a.計算分度圓直徑 b.計算齒輪齒條寬度取齒輪寬度b=17mm,齒條寬度為b=16mm.a. 計算齒頂圓直徑b. 計算齒根圓直徑c. 計算齒輪齒條的節(jié)距d. 計算齒頂高e. 計算齒根高齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計算齒條牙齒的單吃彎曲應(yīng)力：式中：fxt齒條齒面切向力 b危險截面處齒長方向齒寬 h1齒條計算齒高 s危險截面齒厚從上面條件計算出齒條牙

42、齒彎曲應(yīng)力： 上式計算中只按嚙合的情況計算的，即所有外力都作用在一個齒上了，實(shí)際上齒輪齒條的總重系數(shù)是2.63（理論計算值）,在嚙合 過程中至少有2個齒同時參加嚙合，因此每個齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍。齒條的材料我選擇是45鋼制造，因此：抗拉強(qiáng)度b=690n/mm2(沒有考慮熱處理對強(qiáng)度的影響)。齒部彎曲安全系數(shù)因此，齒條設(shè)計滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計要求。又滿足了齒面接觸強(qiáng)度，符合本次設(shè)計的具體要求。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計第三章重型軸類形狀零件雙z軸桁架系統(tǒng)的主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 夾手部分基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu) 3.1.1 概述做零

43、件時, 機(jī)器人的手部是最重要的部件。從其功能和形態(tài)上看，分為工業(yè)機(jī)器人的手部和類人機(jī)器人的手部。目前前者應(yīng)用較多，比較成熟，后者正在發(fā)展中。工業(yè)機(jī)器人的手部夾持器（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來握持工作或工具的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材料及表面狀態(tài)的不同，其手部結(jié)構(gòu)也是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計的，按其握持原理的不同，常用的手部夾持器分為如下兩類：1. 夾持式，包括內(nèi)撐式和外夾式，常用的還有勾拖式和彈簧式等。2. 吸附式，包括氣吸式和磁吸式等。3.1.2 手部的結(jié)構(gòu)和手指形狀的確定在本系統(tǒng)中，抓重為重型的，我們決定選擇滑槽杠桿支點(diǎn)回轉(zhuǎn)手部。這種結(jié)構(gòu)可通過各桿之間的角度或桿長，該變握力的大小及指間的開閉角。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，夾持范圍廣，這種手部的結(jié)構(gòu)比較簡單，工作原理清晰易懂，也是機(jī)器人較常用的結(jié)構(gòu)，這些都合乎教學(xué)演示的要求，缺點(diǎn)是工件直徑誤差會引起夾持后工件的中心發(fā)生移動。指端采用v塊型式，也是機(jī)器人手指形狀較常用