【正文】 回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩、手臂啟動時的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副的摩擦力矩，即 手臂作俯仰運(yùn)動時的偏心力矩，手臂上仰為正，下俯為負(fù)； 手臂做俯仰運(yùn)動的慣性力矩； 手臂作俯仰運(yùn)動時，各運(yùn)動副的摩擦力矩；可以初步確定機(jī)械手臂的尺寸。 手臂對手臂受力進(jìn)行計算 手臂受力校核手臂在水平方向上的力平衡：同理，在豎直方向上的力平衡： 手臂上的所有力對于O點(diǎn)力矩平衡：NN底座機(jī)身設(shè)計有安裝耳環(huán)，液壓缸的耳環(huán)與機(jī)身底座通過銷軸鉸接，用螺栓鎖死。既能夠滿足液壓缸在機(jī)身上的定位要求，又能夠保證液壓缸在回轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動中不會偏轉(zhuǎn)。機(jī)身的設(shè)計如圖所示： 機(jī)械手底座具體設(shè)計機(jī)身底座的參數(shù)如下： 底座回轉(zhuǎn)工作臺安裝：回轉(zhuǎn)工作臺的箱體設(shè)計有光孔，并安底座。因此機(jī)械手的底座可以安放在工作臺上或支架平臺上?！∠潴w材料為HT200中等強(qiáng)度的灰鑄鐵，需時效處理。定位方式：該設(shè)計采用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊相結(jié)合進(jìn)行定位。當(dāng)機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度時，碰上擋鐵，壓下行程開關(guān)，通過壓力繼電器發(fā)出信號給時間繼電器，使得機(jī)械手停留一段時間再開始下一個的動作。停留的時間由時間繼電器來調(diào)定的。擋鐵的設(shè)置主要是保證回轉(zhuǎn)角度的精度。齒輪傳動： 圓錐直齒輪傳動用軸交角=90176。的一對圓錐直齒輪將扭矩由沿水平方向轉(zhuǎn)換成豎直方向。選取齒輪材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后表面淬火，硬度達(dá)到40~50HRC。采用直尺錐齒輪，它具有齒形簡單，制造容易，成本較低等特點(diǎn)。齒輪的軸向定位要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠，空套齒輪和固定在軸上的齒輪的軸向定位可采用隔套定位。利用齒輪壓板將齒輪進(jìn)行軸向定位和緊固。 齒輪軸向定位軸：傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞?；剞D(zhuǎn)臺的主傳動系統(tǒng)精度要求不高，允許有少量的變形，因此，疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾，除載荷很大的情況下，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。若剛度不足，軸上的零件如齒輪，軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或產(chǎn)生振動和噪聲，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證軸有足夠的剛度?？梢韵扰まD(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。軸選用的材料為45鋼，通過調(diào)質(zhì)處理，使硬度達(dá)到200~240HBS軸1的直徑： 計算剖面處軸的直徑(mm)軸的許用應(yīng)力(MPa)軸傳遞的額定扭矩(Nmm2)查表得：=35MPa =9550000計算可得軸的直徑 =18mm取安全系數(shù)=所以=27mm 將軸徑進(jìn)行圓整，取=30mm按許用彎曲應(yīng)力來校核該軸：計算面上的工作應(yīng)力計算截面上的合成彎矩軸計算面上的轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)應(yīng)力變化的校正系數(shù)許用疲勞應(yīng)力根據(jù)Kw r/min對于軸的受力情況，在軸向受到轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動循環(huán)，因此取=查手冊 可得=60 =9550000=按照剛度校核軸：軸的彎曲變形的條件和允許值機(jī)床的主傳動軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承出的撓度y和傾角。各類軸的撓度y，裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值和， 即。軸的彎曲變形的允許值：軸的類型允許撓度變形部位允許傾角一般傳動軸（~）裝軸承處，裝齒輪處 剛度要求較高的軸裝單列圓錐滾子軸承安裝齒輪的軸（~）裝滑動軸承處該設(shè)計的回轉(zhuǎn)工作臺要求的回轉(zhuǎn)精度不高，通過擋鐵定位，對于運(yùn)動的平穩(wěn)性要求也不高，且轉(zhuǎn)速不高。因此，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，因此不影響軸的疲勞強(qiáng)度，而且結(jié)構(gòu)重量輕。 軸對于回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)所需的扭矩較大，軸上采用花鍵來傳遞扭矩。本設(shè)計選用矩形花鍵，以其承載能力高、定心性及導(dǎo)向性好。矩形花鍵軸：平均直徑=（D+d）/2當(dāng)量直徑=慣性矩：I=花鍵的校核：花鍵的受力是在側(cè)面，因此，其主要的失效形式是表面被壓潰，花鍵的連接強(qiáng)度為：根據(jù)GB/T 11442001 選取輕系列的8X32X36X6 。8X42X46X8二種類型的花鍵。為了避免齒輪在花鍵上滑移而影響定位精度，可在軸上開螺紋孔，通過螺栓將齒輪固定在花鍵上。滾動軸承計算與選擇a，壽命計算公式：滾動軸承的壽命計算公式如下：式中：L—額定壽命（ x）轉(zhuǎn)C—額定動載荷（Kgf）P—當(dāng)量負(fù)載荷（Kgf）——壽命指數(shù)，對球軸承 =3 對滾子軸承=10/3在實(shí)際計算中，一般采用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命，這時上試可變?yōu)椋?式中：—額定壽命（h）n—軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/min）當(dāng)量動載荷P=X+Y式中：—徑向負(fù)荷（Kgf）—軸向負(fù)荷（Kgf）X—徑向系數(shù)Y—軸向系數(shù)（2）按照負(fù)載荷選擇軸承按額定靜負(fù)載選擇軸承的基本公式如下：= 式中：—當(dāng)量靜負(fù)荷（Kgf） 按下列兩式計算，取大值 —額定靜負(fù)荷（kgf）—安全系數(shù)電機(jī)選擇：,根據(jù)工作載荷、工作要求、工作環(huán)境、安裝要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式、容量和轉(zhuǎn)速、并確定其具體型號.一般將電動機(jī)的選擇分三個步驟1. 選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式。2. 選擇電動機(jī)的容量。3. 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理：步進(jìn)電機(jī)有轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組。定子繞組分若干相，每相的磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子在軸向上有若干個齒。當(dāng)每相定子繞組通以直流電激磁以后便能夠吸引轉(zhuǎn)子的齒與定子上的極齒對齊，因此它是按照電磁體的作用原理進(jìn)行工作的。步距角，其中m為相繞組，z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，k為通電方式系數(shù)。2）步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)：A、步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移和角速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；B、維持控制繞組的電流不變，電機(jī)便停在某個位置上不動，即步進(jìn)電機(jī)有自整的能力，不需要機(jī)械制動；C、有一定的步距精度，沒有累積誤差；D、其缺點(diǎn)是效率低、拖動負(fù)載的能力不變、脈沖當(dāng)量（步距角）不能夠太小、調(diào)速范圍不大、最高輸入頻率一般不超過18000HZ。步進(jìn)電機(jī)選擇a、 計算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (Ncm)式中： ————脈沖當(dāng)量（mm/step）； ————進(jìn)給牽引力（N）； ————步距角，176。； ————電機(jī)——絲杠的傳動效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積，。 Ncmb、 估算步進(jìn)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩Ncmc、 計算最大靜轉(zhuǎn)矩查表取五相十拍，則 Ncmd、計算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高起動頻率HzHz試中： ————最大切削進(jìn)給速度（m/min）。 m/min； ————最大快移速度（m/min）， m/min； ————脈沖當(dāng)量。e、初選步進(jìn)電機(jī)型號 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)距查得110BF004最大靜轉(zhuǎn)距為784 ，可以滿足要求，考慮到此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)選稍大轉(zhuǎn)距的步進(jìn)電機(jī)，以便留有一定的余量，決定采用130BF001步進(jìn)電機(jī)，查得130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動頻率和運(yùn)行頻率滿足要求。校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)距a、等效轉(zhuǎn)動慣量計算傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸撒謊能夠的總的轉(zhuǎn)動慣量（）可以按下試計算： Kgcm2 ⑴試中：——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量(Kgcm2) ——工作臺及工件等移動部件的重量（N）； ，——齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)130BF001，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為：= Kgcm2對于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸節(jié)等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為： (Kgcm2)對于鋼材，材料密度為代入上式，有：Kg/cm2式中： ——圓柱體質(zhì)量（kg）； ——圓柱體直徑（cm）； ——圓柱體長度（cm）；因此： = Kgcm2 = Kgcm2 = Kgcm2代入式⑴ 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣性匹配問題： 　　?。緷M足慣性匹配的要求。第3章 液壓驅(qū)動、控制系統(tǒng)的設(shè)計1. 液壓系統(tǒng)回路分析本機(jī)械手采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)是由一些基本的回路組成，主要有以下回路：液壓系統(tǒng)的壓力必須與負(fù)載相適應(yīng)，以減少動力消耗和減少發(fā)熱。本機(jī)械手采用雙聯(lián)定量泵供油，用溢流閥來調(diào)定壓力，使系統(tǒng)在恒定的或限制的最高壓力下工作。溢流閥所起到的作用：起安全閥的作用（防止液壓系統(tǒng)過載）在系統(tǒng)正常工作的情況下，閥關(guān)閉不溢流，系統(tǒng)的壓力決定于外載荷。當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到閥的調(diào)定壓力時，閥開啟溢流。此時系統(tǒng)的壓力就是閥的調(diào)定壓力。 調(diào)壓回路由于俯仰運(yùn)動采用的是雙聯(lián)同步運(yùn)動的液壓缸，因此要保證液壓缸以相同的位移和速度運(yùn)動。本設(shè)計采用分流閥控制同步回路，通過保證進(jìn)入液壓缸的流量相等來實(shí)現(xiàn)速度的同步，精度可達(dá)2%~5%。此時，溢流閥的作用是維持系統(tǒng)壓力恒定。在本節(jié)流調(diào)速回路中，溢流閥在工作時為常開，通過溢流出多余的油液而維持系統(tǒng)壓力的基本平衡。通過中間缸活塞二邊的運(yùn)動保持兩缸的流量基本相等。 調(diào)速回路本設(shè)計采用復(fù)合式泵的保壓回路，當(dāng)系統(tǒng)壓力較低時，低壓大泵和高壓小泵同時供油；當(dāng)系統(tǒng)壓力升高到卸荷閥調(diào)定的壓力時，大泵卸荷，小泵供油保持溢流閥調(diào)定的壓力值。由于保壓狀態(tài)下液壓缸只需要微量位移，僅用小泵供給，便減少系統(tǒng)發(fā)熱，減低能耗。 保壓回路采用O型機(jī)能的三位四通換向閥，滑閥在中間位置時油路全封閉，液壓缸鎖緊。由于液壓缸充滿液壓油，故能從靜止到啟動較平穩(wěn)，且換向沖擊小，換向復(fù)位精準(zhǔn)。 三位四通換向閥當(dāng)液壓伸縮缸帶動手爪夾持工件時須停留一段時間，這時活塞桿不需要移動，但是仍要保持一定的壓力。此時可以將三位四通閥處在中間位置，通過中立加壓能使整個回路轉(zhuǎn)化為差動電路，不僅能為下步的油缸的運(yùn)動加速，還能起到密封的功能。三位四通閥能通過電磁控制，因此，能夠通過設(shè)定的程序來調(diào)控電信號的變化，從而通過三位四通電磁閥改變油路的變化。本設(shè)計采用蓄能器減少沖擊，當(dāng)液壓回路壓力升高時，蓄能器吸收能量，減少沖擊，實(shí)現(xiàn)緩沖。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，由于泵的故障或突然斷電等原因使得油泵不能正常供油時，為了確保工作安全，蓄能器可作應(yīng)急動力源，向回路釋放壓力油，使工件不會脫落。 緩沖回路該設(shè)計采用的是機(jī)械內(nèi)在反饋開環(huán)控制系統(tǒng)方案。內(nèi)在反饋系統(tǒng)內(nèi)部各參數(shù)之間互為因果關(guān)系，這對動態(tài)性能有非常重要的影響，而且難以控制。此時，系統(tǒng)按照一定的規(guī)律聯(lián)系相關(guān)的元素，通過信號的傳輸和交換。系統(tǒng)表現(xiàn)出處在運(yùn)動狀態(tài)下，是由于元素之間有著聯(lián)系，有信息的傳輸與交換。因此，在系統(tǒng)中通過反饋校正來改善控制系統(tǒng)的性能。采用校正系統(tǒng)后，除了能收到校正效果外，還能消除系統(tǒng)的不可變部分中為反饋所包圍的那部分環(huán)節(jié)的參數(shù)波動對系統(tǒng)的影響。當(dāng)系統(tǒng)一些參數(shù)，特別是壓力，隨著工作條件的改變而發(fā)生大幅度的變化時，系統(tǒng)能夠取出適當(dāng)?shù)姆答佇盘?，即有條件采用反饋校正，是恰當(dāng)?shù)摹Ｏ聢D為反饋校正框圖： 反饋框圖開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、成本低，但缺點(diǎn)是精度不高。液壓泵選擇在機(jī)械手工作過程中，手爪的伸縮和手臂的回轉(zhuǎn)速度變化范圍大，為了節(jié)省能量，減少系統(tǒng)發(fā)熱，選用雙聯(lián)葉片泵供油。其中一個為小流量泵，另一個為大流量泵，兩泵可分別向系統(tǒng)提供一定量的壓力油，也可以同時向系統(tǒng)供應(yīng)較大流量的液壓油，以滿足執(zhí)行器對速度的要求。兩泵可以通過溢流閥調(diào)定的壓力來控制。選用雙聯(lián)葉片泵，其型號為YB6/40，~。液壓泵站的油箱容量為25L。在油箱處還應(yīng)設(shè)置濾油器，濾油器在液壓系統(tǒng)中，濾除外部或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)部產(chǎn)生的液壓油的固體雜質(zhì)，使液壓油保持清潔，延長液壓原件的使用壽命，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性。~ MPa，為一般液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)中固體顆粒的大小約為25~50μm選取的普通網(wǎng)式濾油器，裝在液壓泵的吸油管路上。該濾油器具有結(jié)構(gòu)簡單、通油能力大，清洗方便，容易拆換等特點(diǎn)。液壓系統(tǒng)原件的選擇溢流閥：Y660 。 單向閥：Y10B 。 調(diào)速閥：Q63B 。 節(jié)流閥：L25B ； 換向閥：34E63B 。驅(qū)動缸的選定：驅(qū)動缸的內(nèi)徑和活塞桿外徑的計算由方案設(shè)計得驅(qū)動缸的內(nèi)徑即為回轉(zhuǎn)缸內(nèi)直徑，設(shè)此工作壓力P=：缸筒內(nèi)徑 D=mm，按JB218377,選取D=40mm；由活塞桿直徑d===18mm。按JB218377,選取d=20mm。驅(qū)動缸外徑及行程：按GB106867得D’=60mm；由GB234980選取缸的行程S=650mm。強(qiáng)度校核：A、壁厚校核：由于,故可視為薄壁，=≈；顯然=10,故壁厚安全。B、活塞桿的穩(wěn)定性校核：活塞桿斷面回轉(zhuǎn)半徑k=20/4=5mm；m=85,由于兩端鉸鏈n=1；故細(xì)長比l/k=630/7=90,而=85；故l/k,因mm4此時P==1005kN；而實(shí)際使用時，為了保證活塞桿不產(chǎn)生縱向彎曲，則P≤P/nF=1005/4=。（nF=4）參 考 文