【正文】 15）其中IP——絲桿的計(jì)算截面積的極慣性矩 （416）G——絲桿材料切變模量鋼材料取：軸向載荷F使鋼球與螺旋滾道間產(chǎn)生的軸向變形δa當(dāng)時(shí)，且滾動(dòng)螺桿兩邊有預(yù)緊，則：mm （417）參數(shù)如下：△Z——工作螺母中的鋼球總數(shù) （418）Z——一圈螺母中的鋼球數(shù) FP——預(yù)緊力，一般取KZ——載荷分布不均勻系數(shù)，一般取KZ=因溫度升高引起的軸向位移δa的計(jì)算表42 材料線膨脹系數(shù)at（表內(nèi)數(shù)值*106/OC）材料 溫度范圍（OC） 20201002020020300工業(yè)用銅（）（）黃銅 碳鋼（）（）（）鑄鐵（）（）（）鎳鉻合金由上表綜合考慮取 mm （419）其中at——線性膨脹系數(shù) △t——絲桿溫度，一般取值為35 lo——螺紋有效長度 lo =360mm絲桿軸向總變形量δmm （420）絲桿的軸向剛度剛度條件[Kδ]—絲桿允許軸向剛度 小于 所以設(shè)計(jì)符合條件重復(fù)定位度 Kδ：軸向剛度 Fst：導(dǎo)軌間最大靜摩擦力△ 小于[△]==50181。在選擇固定—固定安裝方式中，Lc為絲桿計(jì)算長度，指F和T作用處到固定軸承端的距離，Lc=360mm。所以絲杠在工作行程長度上所會(huì)引起的導(dǎo)程誤差為um （429）本次設(shè)計(jì)的絲杠的傳動(dòng)精度為5mm。滾動(dòng)軸承與絲杠的配合，配合采用基孔制配合，配合公差選用。滾動(dòng)軸承支座也兼做絲杠的支撐。 為軸承座側(cè)端面到軸承左端面的距離。設(shè)計(jì)的零件圖如下：圖41 Y軸軸承座由上兩章的分析可知，需要用彈性聯(lián)軸器，根據(jù)設(shè)計(jì)想法，可以選擇單膜片聯(lián)軸器，其實(shí)物圖下圖110，其型號(hào)為SFC030SA210B10BM。(l0/2π)m=直線導(dǎo)軌目前有兩種選擇，一是滑動(dòng)直線導(dǎo)軌，兩一種是滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。把滾珠、滾柱、或者滾針等等的滾動(dòng)體，放置在相互匹配的兩導(dǎo)軌之間，使兩導(dǎo)軌由滑動(dòng)摩擦變成為滾動(dòng)摩擦，就成為了滾動(dòng)導(dǎo)軌[12]。所設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌可以選用標(biāo)準(zhǔn)件，所以直接可以選擇一定的型號(hào)的導(dǎo)軌，只要符合尺寸和壽命，剛度強(qiáng)度，精度要求的導(dǎo)軌都可以選用。根據(jù)公式m3 (437)實(shí)際有重量的體積可按m3所以質(zhì)量kg (446)計(jì)算得鏈接件的質(zhì)量為kg長期工作的導(dǎo)軌，會(huì)有磨損，從而影響工作的精度和穩(wěn)定性。對(duì)潤滑油最基本的要求就是要有良好的潤滑性能[11]。安裝座的選擇設(shè)計(jì)要做到結(jié)構(gòu)簡約，剛度強(qiáng)度要達(dá)到，質(zhì)量也不能太重。本部分的連接架包括整個(gè)機(jī)械手的支撐架。其基本尺寸長寬高為：96mm，80mm,25mm,加工后圖如下：圖51 加工連接件圖毛坯的設(shè)計(jì)：選擇45鋼為毛坯的材料。尺寸的加工：把毛坯拿到立式銑床去進(jìn)行切削加工，每個(gè)端面切削掉1mm，最終加工到的尺寸為978161。零件熱處理：進(jìn)行滲碳處理，滲碳之后進(jìn)行淬火，低溫回火，最后再進(jìn)行調(diào)制處理，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最好再進(jìn)行人工時(shí)效[16]。通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，查找資料，和老師同學(xué)共同探討，完成本次設(shè)計(jì)。因?yàn)闆]有涉及的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，也就需要借鑒前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。Z軸運(yùn)動(dòng)模塊固定在X軸上，X軸運(yùn)動(dòng)模塊固定在Y軸上。其有效工作空間為長250mm，寬180mm，高150mm。 謝 辭這篇設(shè)計(jì)說明書是在畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師張旭老師細(xì)心指導(dǎo)下完成的，老師認(rèn)真，負(fù)責(zé)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹笇?dǎo)，讓我學(xué)到了很多的東西。也感謝我們學(xué)校有一個(gè)很好的圖書館，各類資料十分齊全，特別是圖書館的那個(gè)數(shù)據(jù)庫，里面可以查到我所有設(shè)計(jì)所需要的資料。我知道自己的水平有限，在歷時(shí)三十六周的時(shí)間里，只能設(shè)計(jì)這么一個(gè)作品，所以本文一定會(huì)有許多的不足之處，懇請(qǐng)各位指出不足之處，本人不勝感激。也感謝這大學(xué)四年里，曾經(jīng)幫助過我的老師和同學(xué)們，如果沒有他們?cè)?jīng)的幫助和鼓勵(lì)，自己也不會(huì)學(xué)到那么多知識(shí)，學(xué)不到那么多專業(yè)知識(shí)，更不用說能自己做畢業(yè)設(shè)計(jì)了。在圖紙方面，老師更是幫我指出圖紙的錯(cuò)誤和細(xì)節(jié)的不足。如果三個(gè)電機(jī)的配合控制得當(dāng)，機(jī)械手還可以在空間做相應(yīng)的曲線運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)兩軸的連接件滑塊來連接兩個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先要考慮的就是要設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣子的結(jié)構(gòu)，確定好結(jié)構(gòu)后，就可以根據(jù)要求選擇所需的零件。要完成設(shè)計(jì)，首先要有足夠的理論基礎(chǔ)。完成了三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊的選型與設(shè)計(jì)，并使其能組裝成為一個(gè)完整的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。加工好后，在拿到倒圓角機(jī)上，對(duì)需要倒圓角的地方進(jìn)行倒圓角，圓角直徑選擇R=。經(jīng)過鑄造得出99*83*63的長方體（含有類工字型貫穿的）毛坯。故在設(shè)計(jì)時(shí)，在導(dǎo)軌與固定板之間，每邊加兩個(gè)加固零件。電機(jī)安裝座也兼做聯(lián)軸器的保護(hù)座。機(jī)械手LM滾動(dòng)導(dǎo)軌潤滑油的選擇，參考上章表614，決定選用精密設(shè)備所用的導(dǎo)軌油來進(jìn)行潤滑。滾動(dòng)圓柱形導(dǎo)軌的潤滑很是方便，所以工作時(shí)，應(yīng)該要每天潤滑兩次，早上進(jìn)行一次潤滑，晚上再進(jìn)行另一次潤滑。表47 所選的導(dǎo)軌的參數(shù)品牌滾動(dòng)體列數(shù)材料型號(hào)重量THK4列碳素鋼HSR15R1C11kg/m下圖為詳細(xì)信息圖圖44滾動(dòng)導(dǎo)軌詳細(xì)信息圖表48 設(shè)計(jì)參數(shù)滑座上負(fù)載F滑座個(gè)數(shù)單方向行程每分鐘往復(fù)20N2 360mm 2每天工作時(shí)長一年工作量壽命24h300天 10年N （443）h根據(jù)公式 (544)其中式中為單行程長度為額定行程長度壽命n 為往復(fù)數(shù)每小時(shí)求得km (445)此導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于簡支梁，經(jīng)過計(jì)算，其彎曲強(qiáng)度符合要求，故設(shè)計(jì)合理。每種截面形狀又可以分為凸形與凹形。本次設(shè)計(jì)為小型通用的機(jī)械手，要求定位迅速，移動(dòng)精度高，定位精度高，結(jié)構(gòu)輕巧，工作效率高。mm （442）上網(wǎng)查詢有關(guān)混合式步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)資料，經(jīng)過分析，*m即可。m （440）i=1. 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Jm，=(1/i2)因?yàn)閆軸運(yùn)動(dòng)模塊的運(yùn)動(dòng)速度曲線為矩形，最大速度為20mm/s，所以按最大運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算。 A為軸承支座為能能安裝上軸承所留的軸向?qū)挾?。滾動(dòng)軸承與軸承座的配合使用基軸制，配合公差選用 。mm/s2 （434）所以徑向外載荷NN 查機(jī)械設(shè)計(jì)課本，并計(jì)算得：N因 則N N附表： 表43 軸承參數(shù)基本尺寸/mm基本額定載荷/KN極線轉(zhuǎn)速/r*min1安裝尺寸/mmd D BCrCor脂油daminDamaxramax10 26 8190002800026 81900028000 30 918000260001525 30 918000260001525查詢機(jī)械設(shè)計(jì)表135，得出以下表格表44 軸承70000AC的計(jì)算參數(shù)因軸承工作時(shí)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故而有沖擊，經(jīng)過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表載荷系數(shù)為，因 （435） （436）所以中軸承所受到的當(dāng)量載荷 （437）N （438） 軸承預(yù)期計(jì)算壽命，h 壽命指數(shù)，當(dāng)h時(shí)fh= Ft： 溫度系數(shù)，ft =表45 軸承溫度系數(shù)工作溫度/℃120125150175200ft根據(jù)基本額定載荷C，查找機(jī)械手冊(cè)表5522，最后決定選70000AC型號(hào)額的角接觸軸承。由上一章X軸的滾動(dòng)軸承的選擇分析，可知，應(yīng)該選用角接觸軸承。傳動(dòng)效率：由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)時(shí)， λ：螺紋升角因?yàn)榇嬖诠ぷ髫?fù)載F，也存在轉(zhuǎn)矩T，所以絲桿的導(dǎo)程會(huì)產(chǎn)生變形量。 （421）a：安全系數(shù)，a=E：彈性模量， I：絲桿剖面最小慣性矩， （422） d2: 螺紋底徑，這里設(shè)計(jì)為13mm。mm （411）——當(dāng)量摩擦角，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件由旋動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變到直線運(yùn)動(dòng)時(shí)取當(dāng)量應(yīng)力σMPa （412） mm e滾到圓弧偏心距mm表41 許用應(yīng)力表牌號(hào) 鑄件預(yù)計(jì)抗拉強(qiáng)度單鑄試棒最小抗拉強(qiáng)度（Mp）用途舉例 鑄件壁厚（mm）抗拉強(qiáng)度σb≥（Mp）大于小于等于HT100102030102030401301009080 100適于對(duì)強(qiáng)度無要求的零件（外罩、底板）HT15010203010203040175145130120 150適于對(duì)強(qiáng)度要求不高的零件（機(jī)床底架、軸承座）HT20010203010203040220195170160 200適用于對(duì)強(qiáng)度、耐磨性要求較高的零件（氣缸、齒輪）由上表易知：鑄鐵抗拉強(qiáng)度最小為100Mp，而且剛的抗拉強(qiáng)度較之更大，所以σ小于[σ]，設(shè)計(jì)符合要求。轉(zhuǎn)速系數(shù) ，其中n是絲桿轉(zhuǎn)速； 短行程系數(shù)Kl=，精度為五級(jí)，故選擇所以 （47）螺旋導(dǎo)程角λ 3）基本額定載荷校核Ca N N （48）式中fc為與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關(guān)的系數(shù)，一圈螺紋滾道內(nèi)的鋼球數(shù)量；鋼球滾道切面在接觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂直線之間的夾角[12]。 導(dǎo)軌摩擦力 N （41）其中（，為了保證各種強(qiáng)度足夠，此處按7kg計(jì)算）——移動(dòng)負(fù)載；u=——導(dǎo)軌與支撐之間的摩擦系數(shù)由方案已確定使用圓柱形滾動(dòng)導(dǎo)軌，故u的值可由上章表41得。4 Y軸運(yùn)動(dòng)模塊的的設(shè)計(jì)對(duì)于Y軸直線運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)，依然是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠副，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺母移動(dòng)，再加上導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，完成Y軸運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。根據(jù)結(jié)構(gòu)，只要校核它的彎曲強(qiáng)度即可。本次設(shè)計(jì)選擇如下圖所示的安裝架：圖37 電機(jī)安裝座示意圖。對(duì)于本次精密運(yùn)動(dòng)機(jī)械手導(dǎo)軌，我覺得應(yīng)該要根據(jù)導(dǎo)軌的使用特點(diǎn)，還有導(dǎo)軌的各種性能特點(diǎn)來合理選用潤滑油。為了延長導(dǎo)軌的壽命，一個(gè)好方法就是對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行定期的潤滑和保養(yǎng)。表312 所選的導(dǎo)軌的參數(shù)品牌滾動(dòng)體列數(shù)材料型號(hào)重量THK4列碳素鋼HSR15R1C11kg/m下圖為詳細(xì)信息圖圖35 滾動(dòng)導(dǎo)軌詳細(xì)信息圖表313 設(shè)計(jì)參數(shù)滑座上負(fù)載F滑座個(gè)數(shù)單方向行程每分鐘往復(fù)20N2 280mm 2每天工作時(shí)長一年工作量壽命24h300天 10年N （343）h 根據(jù)公式 （344）其中式中為單行程長度為額定行程長度壽命n 為往復(fù)數(shù)每小時(shí)求得km （345）由結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌的強(qiáng)度校核按簡支梁計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算，彎曲強(qiáng)度符合要求。mm （342）上網(wǎng)查詢有關(guān)混合式步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)資料，經(jīng)過分析，*m即可。m i=1. 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Jm，=(1/i2)因?yàn)閆軸運(yùn)動(dòng)模塊的運(yùn)動(dòng)速度曲線為矩形，最大速度為20mm/s，所以按最大運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算。設(shè)計(jì)精密機(jī)械手，優(yōu)先考慮精度，故一定要選擇彈性聯(lián)軸器。 A為軸承支座為能能安裝上軸承所留的軸向?qū)挾?。滾動(dòng)軸承與軸承座的配合使用基軸制，配合公差選用 。 mm/s2 （337）所以徑向外載荷N2）軸承支反力的計(jì)算：N 3）計(jì)算角接觸軸承的派生軸向力： 查機(jī)械設(shè)計(jì)課本，并計(jì)算得：N4）軸承所受軸向載荷：因 則N N附表： 表3