【正文】 在底座上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，立柱可以在機(jī)座上轉(zhuǎn)動(dòng)。手部一般是夾持裝置，主要用來(lái)夾緊作業(yè)工具。 這種手爪通過(guò)活塞推動(dòng)齒條，齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開(kāi)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)活塞 往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條 使手指張開(kāi)或閉合。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān) c．力求結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，重量輕，體積小 11 作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。 液壓缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，液壓缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。本課題選用夾鉗式，它是工業(yè)機(jī)器人最常見(jiàn)的一種手部。平動(dòng)型的特點(diǎn)是手指由平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開(kāi)物體時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)。手部結(jié)構(gòu)也采用氣壓驅(qū)動(dòng)。 7 . 3 7 1 . 4 5 1 0 . 6 9Q Q S N? ? ? ? ?安 全 值 最 大 值 14 夾緊力 Q 與壓強(qiáng)的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，如圖 25 所示。 m）； M負(fù) — 負(fù)載阻力矩（ N m2）； ? — 偏轉(zhuǎn)角速度（ rad/s）； m — 質(zhì)量（ kg）； m負(fù) — 負(fù)載質(zhì)量（ kg）； 啟t — 啟動(dòng)時(shí)間（ s）； ? — 部分材料密度（ kg/m3）； v — 末端的線速度（ m/s）。 m2 16 啟負(fù)負(fù)負(fù) tJglmM /??? ????? ? N 電機(jī)在工作中實(shí)際要求轉(zhuǎn)矩 ?? aiMM ?總電 N c. 材料選擇。 b. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 (1) 計(jì)算齒輪的分度圓直徑 dt≧ ? ?3 22 11dkTHZE??? ?? (433) =34221*1 11 ? = （ 2） .計(jì)算圓周速度 v= 1000*60dtn? (434) = 1000*60 26**? =（ 3） .齒寬 b=d? *dt=*= (435) (4).計(jì)算齒寬與齒高之比 hb 模數(shù) mt=zdt =(436) 齒高 h==*= (437) hb =（ 5） .計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=,7 級(jí)精度，由圖可查得動(dòng)載系數(shù) Kv= 直齒輪， KH? =KF? =1 由表查得使用系數(shù) KA= 19 由表查得 7級(jí)精度，齒輪懸臂布置時(shí)， KH? = 由hb=， KH? =，查得 KF? =；故載荷系數(shù) K=KAKvKH? KH? =*1**1*= (438) （ 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： d=dt3KtK== (439) (7).計(jì)算模數(shù) m m=d/z=(4310) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m≧ ? ?3 22 zdKTFYFaYSa ?? ???????? (4311) 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)度極限 MPaFE 5001?? ；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限MPaFE 3802 ?? （ 2） .查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=；齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN2=； （ 3） .計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，由公式得： 齒輪的許用應(yīng)力 ? ?F? = S FEKFN 11? = 500* = (4312) 齒條的許用應(yīng)力 ? ?F? = S FEKFN 22? = 380* = (4313) (4).計(jì)算載荷系數(shù) K K=KAKvKF? KF? =**1*= (4314) (5).查取齒形系數(shù) 查得齒輪的齒形系數(shù) YFa= (6).查取應(yīng)力校正系數(shù) 查得 YSa= (7).計(jì)算 ? ?FYFaYSa?= * = (4315) 20 b. 設(shè)計(jì)計(jì)算 m≧ ? ?3 22 zdKTFYFaYSa ?? ???????? (4316) =3 2420 10* **4 2 *2*0 1 4 6 = 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于 由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 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=，算出齒輪齒數(shù) z=d/m=這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)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)。 m） () ? ?22121 hbmJ ?? (kg m)； l —— 臂的長(zhǎng)度（ mm）， 2021l? mm； ? —— 臂材料的密度（ kg/m3）， ??? kg/m3； B —— 臂的外寬（ mm）， 180?B mm； H —— 臂的外長(zhǎng)（ mm）， 180?H mm； b —— 臂的內(nèi)寬（ mm）， 150?b mm； h —— 臂的內(nèi)高（ mm）， 150?h mm； d —— 旋轉(zhuǎn)中心的偏移量（ mm）， 40?d mm； ? —— 臂擺動(dòng)的角速度 （ rad/s）； v —— 工作速度（ m/s）， ?v m/s； 啟t —— 啟動(dòng)時(shí)間（ s）， 啟 t =； 22 /l —— 電機(jī)安裝位置， 200/ ?l mm。 m ?? 慣MM l N 圖 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸 110BYG 系列混合式步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線，如圖 所示。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； h. 初選齒輪齒數(shù)為 Z=20。 d=mz=2*20=40mm (4317) b．計(jì)算齒輪齒條寬度 b= d? *d=*40=18mm, (4318) 取齒輪寬度 B=17mm,齒條寬度為 B=16mm. da=d+2ha*m=40+2*2=44mm (4319) df=d2(ha+c)m=402**2=35mm (4320) P=? m=2? (4321) ha=ha* m=1*2=2 (4322) hf=(c* +ha* )m=(1+)*2= (4322) 28 齒條齒部彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 齒條牙齒的單齒彎曲應(yīng)力： 210 */**6 sbhF xtF ?? 式中： xtF —— 齒條齒面切向力 b—— 危險(xiǎn)截面處沿齒長(zhǎng)方向齒寬 1h —— 齒條計(jì)算齒高 S —— 危險(xiǎn)截面齒厚 從上面條件可以計(jì)算出齒條牙齒 彎曲應(yīng)力： ?0F? ***6 =上式計(jì)算中只按嚙合的情況計(jì)算的，即所有外力都作用在一個(gè)齒上了，實(shí)際上齒輪齒條的總重合系數(shù)是 （理論計(jì)算值），在嚙合過(guò)程中至少有 2個(gè)齒同時(shí)參加嚙合，因此每個(gè)齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 副的計(jì)算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計(jì)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=(Fz+W)； fSL=~(一般運(yùn)行狀況 )，~（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。 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。沿齒面接觸線單位長(zhǎng)度上的平均載荷 P（單位為 N/mm）為 P = LFn Fn —— 作用在齒面接觸線上的法向載荷 L —— 沿齒面的接觸線長(zhǎng)，單位 mm 法向載荷 Fn 為公稱(chēng)載荷，在實(shí)際傳動(dòng)中，由于齒輪的制造誤差，特別是基節(jié)誤差和齒形誤差的影響，會(huì)使法面載荷增大。 AK = 動(dòng)載系數(shù) VK 齒輪傳動(dòng)制造和裝配誤差是不可避免的，齒輪受載后還要發(fā)生彈性變形，因此引入了動(dòng)載系數(shù)。根據(jù)分析，齒根所受的最大玩具發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn)位于單對(duì)齒嚙合最高點(diǎn)時(shí)。 橫梁的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算 由于橫梁是三個(gè)方向上尺寸相差不太多的箱體零件，用材料力學(xué)的強(qiáng)度分析方法不能全面地反應(yīng)它的應(yīng)力狀況。 一、 上橫梁的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算： 由于上橫梁的剛度遠(yuǎn)大于立太平的剛度，因此可以將上橫梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，支點(diǎn)間距離為寬邊立柱中心距。 ]＋ KPL/4GA[1－ 2（ D/∏ L） ] ＝ PL179。 ） ； J — 梁的截面慣性矩（ cm178。 二、活動(dòng)橫梁的強(qiáng)度及剛度計(jì)算： 對(duì)桁架機(jī)器人，一般只校核活動(dòng)橫梁承壓面上的擠壓應(yīng)力，對(duì) Q235 應(yīng)力≤ 80MPa，尚需考慮活動(dòng)橫梁的自重 G，其受力簡(jiǎn)圖如下： ɑPɑPDG2DG2三缸大型液壓機(jī)活動(dòng)橫梁受力圖 P 為側(cè)缸公稱(chēng)力，簡(jiǎn)化為一個(gè)集中力，重力 G/2 的作用點(diǎn)近似地取為半邊活動(dòng)橫梁的重心處，許用應(yīng)力可取 6075MPa。 （ 1）集中載荷 如對(duì)鍛造液壓機(jī)砧座的窄邊，可看作集中載荷，受力簡(jiǎn)圖如下： 37 L/2 L/2P2P2Pf max下橫梁。此外，在出砂孔及與柱塞聯(lián)接的螺孔處，有出現(xiàn)裂紋的情況，這往往是由于聯(lián)接螺釘松動(dòng)而造成的。 ） ； A — 梁的截 面積（ cm178。＋ 4（ D/∏ L） 179。 最大剪力為： Q =P/2 最大撓度在梁的中點(diǎn)： 36 ?0 =P/48EJ (L/2－ D/∏ ) [3L178。按簡(jiǎn)支梁計(jì)算出的橫梁中間截面的應(yīng)力值和該處實(shí)測(cè)應(yīng)力值還比較接 近，因此作為粗略核算，這種方法還是可行的。 斜齒輪嚙合過(guò)程中，接觸線和危險(xiǎn)截面位置在不斷的變化，要精確計(jì)算其齒根應(yīng)力是很難的，只能近似的按 法面上的當(dāng)量直齒圓柱齒輪來(lái)計(jì)算其齒根應(yīng)力。 齒輪齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒輪受載時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。因此在計(jì)算載荷的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按接觸線單位長(zhǎng)度上的最大載荷，即計(jì)算 Pca （單位 N/mmm）進(jìn)行計(jì)算。 小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算斜齒 圓柱齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力時(shí)，推導(dǎo)計(jì)算公式的出發(fā)點(diǎn)和直齒圓柱齒輪相似，但要考慮其以下特點(diǎn)：嚙合的接觸線是傾斜的，有利于提高接觸強(qiáng)度 ；重合度大， 31 傳動(dòng)平穩(wěn)。(f h ft fc fα )(L/50) 1/3=208N 由《機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 320 中選用 LY15AL 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副 ,其 Cα =606N, C0α =745N. 基本參數(shù)如下 : 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 17500aC ? N 30 依據(jù)使用速度 v（ m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 aC (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命 Ln： 額定行程長(zhǎng)度壽命 : ()H T C aWf f f CS fFTK? 20214 500MFMF ? ? ? 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50oT W C HRdf f f fK? ? ? ??? 33 1 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( )