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機械手手臂前后伸縮機構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 論文 工作內(nèi)容與基本要求 目標 任務(wù) 途徑 方法 應(yīng)掌握的 原始資料 數(shù)據(jù) 參考資料 文獻 以及設(shè)計技術(shù)要求 注意事項等 紙張 不夠可加頁 一 設(shè)計技術(shù)要求 原始資料 數(shù)據(jù) 參考資料 文獻 通過實習調(diào)研搜集資料 運用所學知識 借助 AutoCAD 軟件 對整機主體 結(jié)構(gòu) 傳動形式進行設(shè)計與計算 要求設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊 主要參數(shù) 臂力 10 公斤 手臂前后伸縮行程 600mm 速度 1000mm s 手臂左右轉(zhuǎn)動角度 240 角速度 90 s 手臂上下升降行程 150mm 速度 500mm s 小臂伸縮行程 300mm 速度 1000mm s 小臂轉(zhuǎn)動角度 180 角速度 150 s 手臂最大工作半徑 1460mm 二 設(shè)計目標與任務(wù) 1 查閱文獻資料 12 種以上 外文資料不少于兩種 寫出 3000 字以上文獻綜 述 單獨裝訂成冊 2 完成總體方案設(shè)計 3 選擇并論證設(shè)計傳動方案 整機結(jié)構(gòu)草圖 完成主要零部件的強度校核計 算等 4 用 AutoCAD 等軟件繪制裝配圖 部裝圖 主要零部件圖 5 編寫摘要 英中文完全對照 中文不少于 300 字 6 編寫設(shè)計說明書 不少于 8000 字符 備注 用電動驅(qū)動設(shè)計 不要用液壓或者氣壓設(shè)計 上邊參 數(shù)中可能有些沒用 只設(shè)計機械手手臂前后伸縮部分就行 完成時間 2016 年 3 月 15 日之前 I 摘 要 機械手 Mechanical Hand 多數(shù)是指附屬于主機 程序固定的自動抓取 操作裝置 如自動線 自動線的上 下料 加工中心的自動換刀的自動化裝置 實 現(xiàn)了自動化生產(chǎn)方式 達到了減少勞動力 節(jié)約費用 提高工作效率 增加企業(yè)經(jīng) 濟效益之目的 本文設(shè)計的機械手手臂前后伸縮機構(gòu)由電動機 絲杠螺母副 導桿 手臂 連 接板等構(gòu)成 設(shè)計過程中 首先 調(diào)查了機械手研究現(xiàn)況 在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計技 術(shù)要求選定了驅(qū)動機構(gòu)及伸縮機構(gòu)方案 接著 根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)方案對各主要零部 件進行了設(shè)計與校核 最后 通過 AutoCAD 繪圖軟件繪制了該機械手手臂前后伸縮 機構(gòu)的裝配圖及主要零部件圖 通過本次設(shè)計 鞏固了大學所學專業(yè)知識 如 機械原理 機械設(shè)計 材料力 學 公差與互換性理論 機械制圖等 掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練 使用 AutoCAD 軟件 本次機械手臂的設(shè)計代表了設(shè)計的一般過程 對今后的設(shè)計工 作有一定的參考價值 關(guān)鍵詞 機械手 手臂 伸縮 設(shè)計 II Abstract Robot mechanical hand most of the refers to attach belongs to the host program fixed automatic crawl operation device such as automatic assembly line automatic line cutting machining center automatically change knife automatic device The realization of automatic production to reduce labor save costs improve work efficiency increase the economic efficiency of the purpose of the enterprise In this paper the manipulator and the front and back telescopic mechanism of the manipulator is composed of a motor a lead screw nut pair a guide rod an arm a connecting plate and the like In the design process firstly to investigate the status of the research of manipulator based on the driving mechanism and the telescopic mechanism scheme is selected according to design requirements then based on the selected structure of the main parts were designed and checked Finally through the AutoCAD drawing software drawn before and after the manipulator arm telescopic mechanism assembly and major parts of the map Through the design the consolidation of the University of the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design mechanics of materials tolerance and interchangeability theories mechanical drawing and master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD software the design of the mechanical arm represents the general process of design have certain reference value for the design work in the future Key words manipulator arm expansion design III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 第 2 章 總體方案設(shè)計 3 2 1 設(shè)計要求 3 2 2 方案設(shè)計 3 2 2 1 驅(qū)動機構(gòu) 3 2 2 2 伸縮機構(gòu) 3 2 2 3 總體方案 4 第 3 章 設(shè)計計算 5 3 1 手臂伸縮驅(qū)動力計算 5 3 1 1 手臂摩擦力的分析與計算 5 3 1 2 手臂密封處的摩擦阻力的計算 6 3 1 3 手臂慣性力的計算 6 3 2 電機的選擇 7 3 2 1 扭矩的計算 7 3 2 2 啟動矩頻特性校核 8 3 3 絲杠螺母的選擇與計算 8 3 3 1 絲杠螺母副支承方式選擇 8 3 3 2 確定滾珠絲杠副的導程 9 3 3 3 強度計算 10 3 3 4 螺母選擇 12 3 4 聯(lián)軸器的選用 12 3 5 軸承及鍵的選用與校核 13 3 5 1 軸承 13 IV 3 5 2 鍵 13 3 6 手臂設(shè)計與校核 14 3 6 1 導向裝置 14 3 6 2 平衡裝置 14 3 6 3 尺寸設(shè)計 14 3 6 4 尺寸校核 15 結(jié) 論 16 參考文獻 17 致 謝 18 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 第 1 章 緒論 1 1 研究背景及意義 機械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點 滿足了社會化大生產(chǎn)的需要 其主要優(yōu) 點如下 1 能代替人從事危險 有害的操作 只要根據(jù)工作環(huán)境進行合理設(shè)計 選擇 適當?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu) 機械手就可以在異常高溫或低溫 異常壓力和有害氣體 粉塵 放射線作用下 以及沖壓 滅火等危險環(huán)境中勝任工作 2 能長時間工作 不怕疲勞 可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來 并能 擴大和延伸人的功能 3 動作準確 因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量 同時又可避免人為的操作錯 誤 4 機械手特別是通用機械手的通用性 靈活性好 能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的 不斷變化 以滿足柔性生產(chǎn)的需要 5 機械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本 由于機械手在工業(yè)自動化和信息化中發(fā)揮了以上巨大的作用 世界各國都很重 視機械手的應(yīng)用和發(fā)展 機械手的應(yīng)用在我過還屬于起步階段 就顯示出了許多的 無法替代的優(yōu)點 展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景 近十幾年來 機械手的開發(fā)不僅越來越 優(yōu)化 而且涵蓋了許多領(lǐng)域 應(yīng)用的范疇十分廣闊 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機械手 Industral Robot 簡稱 IR 是 1960 年由 美國金屬市場 報首先使用的 但這個概念是由美國 George C Pevol 在 1954 年申請的專利 程序控制物料傳送裝 置 時提出來的 在這專利中所記述的機械手 以現(xiàn)在的眼光來看 就是示教再現(xiàn) 機器人 根據(jù)這一專利 Devol 與美國 Consolide Control Corp 合作 于 1959 年研制 成功采用數(shù)字控制程序自動化裝置的原型機 隨后 美國的 Unimation 公司和美國的機械鑄造 AMF 公司于 1962 年分別制造 了實用的一號機 并分別取名為 Unimate 和 Ver satran Unimate 機器人外形類似坦 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 克炮塔 采用極坐標結(jié)構(gòu) 而 Versatran 機器人采用圓柱坐標結(jié)構(gòu) 在歐洲第一臺機械手是 1963 年瑞典 Kavieldt 公司發(fā)表的第一臺操作機 日本在六十年代初期就開始研制固定程序控制的機器手 并從其他各國引進了 用于不同生產(chǎn)過程的機器人 并獲得迅速 很快研制出日本國產(chǎn)華的機械手 技術(shù) 水平很快趕上了美國并超過了其它國家 目前機械手在日本已得到迅速發(fā)展并很快 得到普及 我國雖然開始研制機械手僅比日本晚 5 6 年 但由于種種原因 機械手的技術(shù) 發(fā)展比較慢 但目前已引起了有關(guān)方面的極大關(guān)注 除了引進 消化 仿制外 已 經(jīng)具備了一定的獨立設(shè)計和研制能力 在 1958 年維吾爾自治區(qū)成立 30 年大慶 站展覽館展出了由機械局研制的跳舞機器人 阿依古麗 在 1986 年地十六屆 廣交會上 成都電訊工程學院研制的第三代仿人機器人 成蓉小姐 已經(jīng)用漢語或 英語向來賓問好 并能簡要的介紹的展覽產(chǎn)品及回答簡單問話 西北電訊工程學院 研制的微機控制示教再現(xiàn)式機器人 西電 I 號 也于 1985 年 9 月在陜西省科技貿(mào) 易大會上進行了表演 此外 清華大學自動化系研制的具有視覺手眼系統(tǒng) 北京鋼 鐵學院研制的焊接機器人 均已達到了較高的水平 近幾年來的成就表明 我國機器人技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步 相信在不久的 將來 我們一定回趕上世界各國前進的步伐 2 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 第 2 章 總體方案設(shè)計 2 1 設(shè)計要求 設(shè)計機械手手臂前后伸縮機構(gòu) 其中機械手參數(shù)要求如下 1 臂力 10 公斤 2 手臂前后伸縮行程 600mm 速度 1000mm s 3 手臂左右轉(zhuǎn)動角度 240 角速度 90 s 4 手臂上下升降行程 150mm 速度 500mm s 5 小臂伸縮行程 300mm 速度 1000mm s 6 小臂轉(zhuǎn)動角度 180 角速度 150 s 7 手臂最大工作半徑 1460mm 2 2 方案設(shè)計 2 2 1 驅(qū)動機構(gòu) 有氣動 液動 電動和機械式四種形式 氣動式速度快 結(jié)構(gòu)簡單 成本低 采用點位控制或機械擋塊定位時 有較高的重復定位精度 但臂力一般在 300N 以 下 液動式的出力大 臂力可達 1000N 以上 且可用電液伺服機構(gòu) 可實現(xiàn)連續(xù) 控制 使工業(yè)機械手的用途和通用性更廣 定位精度一般在 1mm 范圍內(nèi) 目前常 用的是氣動和液動驅(qū)動方式 電動式用于小型 機械式只用于動作簡單的場合 根據(jù)設(shè)計要求 本次采用電動式驅(qū)動機構(gòu) 2 2 2 伸縮機構(gòu) 常用的平移伸縮機構(gòu)有以下幾種 1 齒輪齒條傳動 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 傳遞率可達 到數(shù)十萬千瓦 圓周速度可達 200m s 有以下特點 1 效率高 2 結(jié)構(gòu)緊湊 3 工作可靠 4 傳動比穩(wěn)定 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高 價格較貴 且 不宜用于傳動距離過大的場合 2 渦輪渦桿傳動 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 優(yōu)點是傳動比大 結(jié)構(gòu)尺寸緊湊 但軸向力大 易發(fā)熱 效率低 3 曲柄滑塊機構(gòu) 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運動變換為滑塊的往復直線運動 或者將滑塊的往復直線 運動轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運動 構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡單 加工方便 易 于得到較高的制造精度等優(yōu)點 因而在包括煤礦機械在內(nèi)的各類機械中得到了廣泛 的應(yīng)用 如自動送料機構(gòu) 沖床 內(nèi)燃機空氣壓縮機等 4 絲桿螺母副 梯形螺桿 螺母的滑動螺旋傳動 梯形螺紋具有牙根強度高 工藝性好 螺紋 對中性好但主要缺點是效率低 滾珠絲杠螺母副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動 或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動 的理想產(chǎn)品 它是傳統(tǒng)滑動性絲杠的進一步延伸發(fā)展 滾珠絲杠螺母副因優(yōu)良的摩 擦特性 并且可以消除方向間隙并施加預載 高精度和高靈敏度使其廣泛的運用于 各種工業(yè)設(shè)備 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展 人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高 為了使機械產(chǎn)品能實現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運行 要求滾珠絲杠副的運動平穩(wěn) 無爬行現(xiàn)象 傳動精度高 綜上述分析 本次設(shè)計的機械手手臂前后伸縮機構(gòu)采用滾珠絲杠螺母副 2 2 3 總體方案 結(jié)合上述選定的驅(qū)動機構(gòu)和伸縮機構(gòu)方案得出本次機械手手臂前后伸縮機構(gòu)方 案如下 圖 2 1 手臂前后伸縮機構(gòu)方案 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 第 3 章 設(shè)計計算 3 1 手臂伸縮驅(qū)動力計算 先進行粗略的估算 或類比同類結(jié)構(gòu) 根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要 尺寸 再進行校核計算 修正設(shè)計 如此反復 繪出最終的結(jié)構(gòu) 做水平伸縮直線運動的絲桿螺母副的驅(qū)動力根據(jù)克服的摩擦 慣性等幾個方面 的阻力 來確定來確定絲桿螺母副所需要的驅(qū)動力 絲桿螺母副的驅(qū)動力的計算為 FF 回摩 密 慣 3 1 1 手臂摩擦力的分析與計算 由于導向桿對稱配置 兩導向桿受力均衡 可按一個導向桿計算 0AM bGLaF總 得 b 總 0YbaGF 總 得 aL 總 ababFF 摩 摩摩 2LG 總摩 式中 參與運動的零部件所受的總重力 含工件 N 總 L 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離 m 參考上一節(jié)的計算 a 導向支撐的長度 m 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 當量摩擦系數(shù) 其值與導向支撐的截面有關(guān) 對于圓柱面 57 1 2 4 摩擦系數(shù) 對于靜摩擦且無潤滑時 鋼對青銅 取 5 01 鋼對鑄鐵 取 3 8 計算 油缸桿的材料選擇鋼 導向套支撐選擇鋼 預估 3051 2 已知 L 800mm 導向支撐 a 設(shè)計為 200mmN60 總G 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計算 600 1260N aLF2 總摩 206 3 3 1 2 手臂密封處的摩擦阻力的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同 在手臂設(shè)計中 采用 O 型密封圈 當液壓缸工 作壓力小于 10Mpa 液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為 0 03F 封F 3 1 3 手臂慣性力的計算 0 1慣Ft vG 總 式中 參與運動的零件的總重力 包括工件 N 總 從靜止加速到工作速度的變化量 m s v 啟動時間 s 一般取 0 01 0 5 t 設(shè)啟動時間為 0 2s 最大為 0 233m s 則 v 0 1 69 9N慣F 20 36 由于背壓阻力較小 可取 0 05回F 所以 1260 69 9 0 03F 0 05F摩 慣 封 回 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 求得 1446NF 所以手臂伸縮驅(qū)動力為 1446N 3 2 電機的選擇 根據(jù)該機械臂的參數(shù) 其動力系統(tǒng)要求電動機定位精度高 速度調(diào)節(jié)方便快速 受環(huán)境影響小 且功率小 并且可用于開環(huán)系統(tǒng) 而 BF 系列伺服電動機為反應(yīng)式 伺服電動機 具備以上的所有條件 我們選用的型號 90BF004 的電動機作為主運動 的動力源 選用時主要有以下幾個步驟 3 2 1 扭矩的計算 伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩 是指電機的定位轉(zhuǎn)矩 伺服電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩maxjM 與最大靜轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系是 mpMajmxj 伺服電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動 伺服電機所需空載 啟動力矩按下式計算 0Mkfakq 式中 空載啟動力矩 kq 空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上a 的加速力矩 空載時折算到電機軸上的摩擦力矩 kfM 由于絲桿預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩 0 而且初選電機型號時 應(yīng)滿足伺服電動機所需空載啟動力矩小于伺服電動機名 義啟動轉(zhuǎn)矩 即 maxjpkqM 計算 的各項力矩如下 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 加速力矩 1 8 10 J2521 08 iMR 55108 256 mKg mrvnpb4036 1436maxax 0 519N m 2112ax 10642 8 0 tnJMkq 空載摩擦力矩 0 648 02 796 130 iLGfkf mN 附加摩擦力矩 1 2200 iFMYJ 92 01 48 mN 0 519 0 6 1 222 2 3410kfakq 0 951 25 23 775mxj mN 3 2 2 啟動矩頻特性校核 伺服電機有三種工況 啟動 快速進給運動 工進運行 前面提出的 僅僅是指初選電機后檢查電機最大靜轉(zhuǎn)矩是maxjqkM 否滿足要求 但是不能保證電機啟動時不丟步 因此 還要對啟動矩頻特性進行校 核 伺服電機啟動有突跳啟動和升速啟動 突跳啟動時加速力矩很大 啟動時丟步是不可避免的 因此很少見 而升速啟 動過程中只要升速時間足夠長 啟動過程緩慢 空載力矩 中的加速力矩 不kqMka 會很大 一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象 3 3 絲杠螺母的選擇與計算 3 3 1 絲杠螺母副支承方式選擇 絲杠螺母副就是由絲桿 螺母和滾珠組成的一個機構(gòu) 他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 動轉(zhuǎn)和直線運動進行相互轉(zhuǎn)換 設(shè)最大行程為 800mm 移動部件大概質(zhì)量為 720Kg 表 3 1 絲杠螺母副支承 支承方式 簡圖 特點 一端固定 一端自由 結(jié)構(gòu)簡單 絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速 都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸 這種安裝 方式的承載能力小 軸向剛度底 僅僅適用 于短絲桿 一端固定 一端游動 需保證螺母與兩端支承同軸 故結(jié)構(gòu)較復雜 工藝較困難 絲桿的軸向剛度與兩端相同 壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高 絲 桿有膨脹余地 這種安裝方式一般用在絲桿 較長 轉(zhuǎn)速較高的場合 在受力較大時還得 增加角接觸球軸承的數(shù)量 轉(zhuǎn)速不高時多用 更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承 兩端固定 只有軸承無間隙 絲桿的軸向剛度為一端固 定的四倍 一般情況下 絲桿不會受壓 不 存在壓桿穩(wěn)定問題 固有頻率比一端固定要 高 可以預拉伸 預拉伸后可減少絲桿自重 的下垂和熱膨脹的問題 結(jié)構(gòu)和工藝都比較 困難 這種裝置適用于對剛度和位移精度要 求較高的場合 3 3 2 確定滾珠絲杠副的導程 滾珠絲杠副的導程按下式計算 maxnVPh 式中 滾珠絲杠副的導程 hP Vmax 工作臺最高移動速度 i 電機最高轉(zhuǎn)速 maxnin r 由進給系統(tǒng)設(shè)計要求知 Vmax 2 5 in 查閱 機械設(shè)計手冊 13 得 步進電機 110BF003 的最高轉(zhuǎn)速 nmax 6000 min r 將數(shù)值代入上式 5 1 可得 Ph 10 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 故取 Ph S 10 m 3 3 3 強度計算 1 對于圓柱導桿的牽引力計算 Fm KFX f Fz 2FY G 取 K 1 4 f 0 2 考慮工作臺在移動過程中只受 G 影響 故 F fG 0 2 30 9 8 58 8 1mN 考慮工作臺在加工時靜止只受 FX 影響 故 F KF 1 4 9 8 130 1783 6 2mX 故 Fm F F 58 8 1783 6 1842 412mNN 2 計算最大動載荷 C 當轉(zhuǎn)速 時 滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲 in0 r 勞點蝕 因此要進行動載強度計算 其計算動載荷 應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母 NcC 副的額定動載荷 即 reqHdcFfTC 3 式中 動載荷系數(shù) df 硬度影響系數(shù) H 當量動載荷 eqFN 滾珠絲杠螺母副的額定動載荷 r N 壽命 以 為一個單位 Tr610Tneq6610 式中 T 使用壽命 h N 循環(huán)次數(shù) 滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速 eqnmin r 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 取 T 15000hmin67 4105 2max rsvneq 代入數(shù)據(jù)可得 351067 4 T 取 2 df 取 f 1 0H 當工作載荷單調(diào)連續(xù)或周期性單調(diào)連續(xù)變化時 則 NFFmeq 67 12083 5617823322minax 式中 最大和最小工作載荷 i 所以 計算可得 KNCc 5 1067 280 1375 查閱 機械設(shè)計手冊 7 選取 GD3210 4 型滾珠絲杠副 所以剛度滿足要求 caKN 8 1 3 靜載強度計算 當轉(zhuǎn)速 時 滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大min0 r 塑性變形 影響正常工作 為此進行靜載強度計算 最大計算靜載荷為 NFfHdoc 32 1406 78 12 ax 式中 硬度影響系數(shù) 查 機械設(shè)計手冊 7 可得 GD3210 4 型滾珠絲杠副額定靜載荷 所以滿足要求 滾珠絲杠螺母的主要參數(shù)如表 3 2 所示 ocoaFNC 60958 表 3 2 滾珠絲杠螺母副的主要參數(shù) 滾珠絲杠副型號 GD3210 4 公稱直徑 320 dm 導程 1hP 鋼球直徑 95 wD 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 絲杠外徑 31 dm 螺紋底徑 9 24 額定動載荷 NCa857 額定靜載荷 60 接觸剛度 mR34 3 3 4 螺母選擇 由于數(shù)控機床對滾珠絲杠副的剛度有較高要求 故選擇螺母時要注重其剛度的 保證 推薦按高剛度要求選擇預載的螺母型式 其中插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母 應(yīng)用最為廣泛 它適用重載荷傳動 高速驅(qū)動及精密定位系統(tǒng) 并在大導程 小導 程和多頭螺紋中具有獨特優(yōu)點 且較為經(jīng)濟 滾珠的工作圈數(shù) i 和列數(shù) j 根據(jù)所要求性能 工作壽命 推薦按表 3 3 選取 表 3 3 要求特性 插管式 i j 滾珠循環(huán)流暢 1 5 2 1 5 3 2 5 1 剛性 2 5 2 2 5 3 法蘭形狀 按安裝空間由標準形狀選擇 亦可根據(jù)需要制成特殊法蘭形狀 導程精度選擇 根據(jù)機床定位精度 確定滾珠絲杠副導程的精度等級 一般情況下 推薦按下 式估算 E 0 25 0 6 TD 式中 E 累計代表導程偏差 m TD 機床有效行程的定位精度 m 3 4 聯(lián)軸器的選用 根據(jù)前面計算 軸最小直徑 取md9 14in d15 查機械手冊 根據(jù)軸徑和計算轉(zhuǎn)矩選用彈性柱銷聯(lián)軸器 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計算 KTc 查表課本 14 1 K 1 3 則 mNTKAca 431 1024 5 啟動載荷為名義載荷的 1 25 倍 則 TC 250 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查手冊選擇聯(lián)軸器型號為選用 HL1 J1 型 彈性柱銷聯(lián)軸器 其允許最大扭矩 T 63 許用最高轉(zhuǎn)速 n 5000 半聯(lián)軸器的孔徑 d 15 孔長度 l 30mm 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度min r L1 32 3 5 軸承及鍵的選用與校核 3 5 1 軸承 1 按承載較大的滾動軸承選擇其型號 因支承跨距不大 故采用兩端固定式軸 承組合方式 軸承類型選為深溝球軸承 軸承的預期壽命取為 L h 29200h 由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為 Fr1 340 43N 軸向力為 Fa1 159 90N 2 初步選擇深溝球軸承 6204 其基本額定動載荷為 Cr 51 8KN 基本額定靜 載荷為 C0r 63 8KN 3 徑向當量動載荷 NFNVHr 43 06 187 543 2221211 r 8 5 9222 動載荷為 查得 則有arYFP4 06 Nr 0139 156 3 由 式 13 5 得 a hrh LPCnL 104 53012 3985760601 6 滿足要求 3 5 2 鍵 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 1 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 選用單圓頭平鍵 尺寸為 mlhb286 2 校核鍵聯(lián)接的強度 鍵 軸材料都是鋼 由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 MPaP120 鍵的工作長度 bl25681 合適 PP MadlkT 165 0722131 3 6 手臂設(shè)計與校核 3 6 1 導向裝置 氣壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時 為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動 以保證手 指的正確方向 并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用 以增加手臂的剛性 在設(shè)計 手臂結(jié)構(gòu)時 應(yīng)該采用導向裝置 具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓 取物體重量等因素來確定 同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量 和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量 導向桿目前常采用的裝置有單導向桿 雙導向桿 四導向桿等 在本設(shè)計中才 用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性 3 6 2 平衡裝置 在本設(shè)計中 為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài) 減少手抓一側(cè) 重力矩對性能的影響 故在手臂伸縮一側(cè)加裝平衡裝置 裝置內(nèi)加放砝碼 砝碼塊 的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié) 務(wù)求使兩端盡量接近 平衡 3 6 3 尺寸設(shè)計 長度設(shè)計為 內(nèi)徑為 半徑 R 105mm 軸徑 半徑mb120 mD210 mD402 運行角速度 加速度時間 0 5s 壓強 R20 s 9 t MPa 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 則力矩 2 rRpbM 5 02 15 04 6mN 3 6 4 尺寸校核 1 測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量 分析部件的質(zhì)量分布情況 kg120 質(zhì)量密度等效分布在一個半徑 的圓盤上 那么轉(zhuǎn)動慣量 r21rmJ 2 10 6 mkg t JM 慣 108 596mN 考慮軸承 油封之間的摩擦力 設(shè)定一摩擦系數(shù) 2 0 k 慣摩 Mk mN 45 1082 總驅(qū)動力矩 摩慣驅(qū) mN 413 508 M 驅(qū) 設(shè)計尺寸滿足使用要求 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計幾乎用到了我們大學所學的所有專業(yè)課程 可以說是我們大學所 學專業(yè)知識的一次綜合考察和評定 通過這次畢業(yè)設(shè)計 使我們對以前所學的專業(yè) 知識有了一個總體的認識與融會貫通 例如我們在設(shè)計過程當中需要用到所學的工 程制圖 材料力學 機械工程材料 機械設(shè)計 極限配合與公差以及 CAD 計算機輔 助制圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識 在做畢業(yè)設(shè)計的過程中 不僅使我們熟悉了舊的的知識 點 還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細節(jié)問題 而這些細節(jié)問題恰恰是決定我 們是否能夠成為一名合格的機械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在 此外 我感覺兩個月的畢業(yè)設(shè)計極大的豐富了我們的知識面 使我學到了許多 知識 不僅僅局限于多學的專業(yè)知識 在做設(shè)計的過程中 由于需要用到課本外的知 識 這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料 例如在設(shè)計傳動方案時就需要我們 對提升裝置的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選擇合適的傳動方式 由于 以前沒有注意此方面的問題 所以必須通過實踐認識和查閱資料才能做到更好 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 參考文獻 1 喬東凱 黃崇林 移動式工業(yè)機器人設(shè)計的動力學分析 J 茂名學院學報 2003 13 3 2 張廣鵬 方英武 田忠強 工業(yè)機器人整機結(jié)構(gòu)方案的動態(tài)性能評價 J 西安理工大 3 徐灝 機械設(shè)計手冊 M 第 5 卷 機械工業(yè)出版社 1992 4 吳宗澤 機械設(shè)計師手冊 M 機械工業(yè)出版社 2002 5 成大先 機械設(shè)計圖冊 M 化學工業(yè)出版社 2002 年 6 羅洪量 機械原理課程設(shè)計指導書 M 第二版 高等教育出版社 1986 7 JJ 杰克 美 機械與機構(gòu)的設(shè)計原理 M 第一版 機械工業(yè)出版社 1985 8 王玉新 機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法學 M 第一版 天津大學出版社 1996 9 張建民 工業(yè)機器人 B M 北京理工大學出版社 1992 10 馬香峰 機器人結(jié)構(gòu)學 B M 機械工業(yè)出版社 1991 11 俄 IO M 索羅門采夫 工業(yè)機器人圖冊 B M 機械工業(yè)出版社 1993 12 黃繼昌 徐巧魚 張海貴等 實用機械機構(gòu)圖冊 B M 人民郵電出版社 1996 13 天津大學 工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ) 編寫組 工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ) B M 天津科學技術(shù)出版 社 1981 14 金茂菁 我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀 J 機器人技術(shù)與應(yīng)用 2001 01 4 15 席偉光 楊光 李波 機械設(shè)計課程設(shè)計 北京 高等教育出版社 2003 16 甘永立主編 幾何量公差與檢測 上?？茖W技術(shù)出版社 2003 機械手手臂伸縮機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 致 謝 從基礎(chǔ)課到專業(yè)課四五十門 但這都是零散的 成塊吸收 而最終的畢業(yè)設(shè)計 就是把這些零散 成塊的知識有條理 系統(tǒng)化 綜合運用 達到檢驗所學程度的目 的 既是對綜合運用知識的能力的培養(yǎng) 又是為將來走上工作崗位的做的一次實戰(zhàn) 模擬 課題對我來說是陌生的 因為平時接觸這方面的知識很少 在整個設(shè)計過程中 我學會了如何把所學的知識應(yīng)用到設(shè)計中去 不是單一的設(shè)計一件東西 而是要靈 活運用 舉一反三 能運用到別的設(shè)計中去 不過 在設(shè)計上還有很多缺陷 需要 進一步完善 希望各位領(lǐng)導和老師提出意見 批評指正 使以后不在犯同樣的錯誤 不斷成熟 進步 在此我感謝各位領(lǐng)導和老師的孜孜不倦的教悔和熱心幫助 經(jīng)過了近 3 個月的時間 我的畢業(yè)設(shè)計終于作完了 在整個設(shè)計過程中我尊敬 的老師們和我的同學給予了我很大的幫助 在此我深表感謝 沒有他們的幫助我很 難將這次畢業(yè)設(shè)計做好 我更加感謝的我的指導 在我的整個設(shè)計過程中都給予了 我很大的支持和幫助 在此 我對老師衷心的說一聲謝謝 我還要感謝院里的領(lǐng)導 因為是他們?yōu)槲姨峁┝诉@次機會 謝謝