【正文】 握工件，并運(yùn)送到指定地點(diǎn)。目前以液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動的應(yīng)用較為廣泛。不過缺點(diǎn)是它很難進(jìn)行速度控制，壓力不宜太高，所以抓舉能力低。由于電機(jī)速度高，所以普遍運(yùn)用減速機(jī)構(gòu)，例如諧波傳動、擺 線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機(jī)構(gòu)等。它的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢為運(yùn)動軌跡不變，具有較高的工作效率，制作成本低，但是不方便進(jìn)行調(diào)整。 控制系統(tǒng)可以按照運(yùn)動的規(guī)定，計劃采用數(shù)字順序?qū)崿F(xiàn)控制。 本文主要研究內(nèi)容 本次機(jī)械手的設(shè)計主要為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使其布局合理緊湊。這樣在工作流水線生產(chǎn)的零件可被迅速夾取以及搬運(yùn)。同時機(jī)械手自由度的選擇與實(shí)際的生產(chǎn)要求息息相關(guān)，故而工業(yè)機(jī)械手一般多采用 4~6 個自由度，至于 7 個以上的自由度則為冗余自由度，通常應(yīng)用于障礙物的躲避。臂部的結(jié)構(gòu)形式有很多種，通常的結(jié)構(gòu)如下圖 21 所示。 [17]所以本次機(jī)械手設(shè)計擬定采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。 由于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與平移關(guān)節(jié)相對比，通常具有可操作的活動范圍大，布局合理緊湊，機(jī)構(gòu)質(zhì)量輕，關(guān)節(jié)處便于密封、防塵。 本次設(shè)計的工作范圍如圖 24 所示 2 機(jī)械手的設(shè)計方案 7 圖 24 機(jī)械手工作范圍 驅(qū)動方式 本次設(shè)計的機(jī)械手采用的驅(qū)動方式是直流伺服電動機(jī)，由于其具有良好的調(diào)速性能，而且較大的啟動力矩，響應(yīng)速度快，控制程度高，同時便于實(shí)現(xiàn)速度以及位置的準(zhǔn)確控制 [18]，安裝檢測與維修方便，成本低，適用于中小型機(jī) 器人。 30176。 30176。 30176。而且要求機(jī)構(gòu)采用的零件便于加工，使設(shè)計機(jī)構(gòu)便于配合，并且控制成本，便于生產(chǎn)。在蝸輪蝸桿嚙合角小于當(dāng)其量摩擦角時，便自鎖蝸桿傳動。所以各部件繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量為： 2 2 21 1 2 31 2 3J m l m l m l? ? ? （ 32） 2 2 221 0 0 . 3 5 0 . 7 1 2 1 . 53 0 . 2 5k g m? ? ? ? ? ?? 同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量： 222 2 4 3 5J m l m l?? （ 33） 3 底座（ 腰部）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 2225 0. 4 12 0. 88. 48 kg m? ? ? ?? 式中： 4l —— 小臂重心距第二關(guān)節(jié)的水平距離（ mm） 5l —— 腕部重心距第二關(guān)節(jié)的水平距離（ mm） 設(shè)主軸轉(zhuǎn)速為 219176。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 由式，中心距 a 為 ? ?23 2 EHZZa KT ????? ???? （ 37） 由傳動比 12 21i ? ，查表取 1 2z? 由 1 2z? ，閉式傳動，估取效率 ?? 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩： 6 6 412 1 2 1 1 2 19 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 0 . 82 1 0 . 8 3 7 . 6 1 1 01750PT i T i N m m N m mn?? ??? ??? ? ? ? ? ? ????? 確定載荷系數(shù) K： 查表得選取使用系數(shù) ? 。 26 8H MPa? ? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 72 17506 0 6 0 1 1 2 0 0 0 5 . 4 3 7 1 021hN jn L? ? ? ? ? ? ? 壽命系數(shù)： 778871 0 1 0 0 .7 1 95 .4 3 7 1 0HNK N? ? ?? 許用接觸應(yīng)力： ? ? ? ? ? ?39。v? ? 計算嚙合效率： ? ? ? ?1 ta n ta n 1 1 1 8 39。 主要幾何尺寸計算 查表得 8m mm? ， 1 80d mm? ， 111839。 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主軸轉(zhuǎn)速 4n rad s? 。 圖 手腕連接軸具體尺寸 a a 3 底座（ 腰部）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 對Ⅰ軸的校核計算： 39。 39。 該機(jī)構(gòu)其余各軸計算方法與上述相圖再次不一一列出，經(jīng)計算均滿足強(qiáng)度要求。 （ 2）手轉(zhuǎn)：使手部繞自身軸線方向回轉(zhuǎn)。 30176。 30176。 技術(shù)參數(shù)詳見表 42。 9 5 5 .4 / m in22nr????? ? ? 故總傳動比： 2021 39。 手腕俯仰傳動比的分配：總傳動比 i總 2 =2，二級傳動，第一級傳動為圓柱齒輪傳動，傳動比 21i =2，第二級傳動為圓錐齒輪傳動，傳動比 22i =1。 設(shè)計準(zhǔn)則： 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計表達(dá)式： ? ? ? ?2 131 24 1 H RRZ Z K Tdu? ????? ????? （ 42） 其中， d? =， u=5 經(jīng)查得： HZ =， MPa? ， 轉(zhuǎn)矩： 661 0 . 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 9 5 5 0200PT N m mn? ? ? ? ? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1lim 580H MPa? ? ， 2 lim 560H MPa? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1lim 230F MPa? ? ， 2 lim 210F MPa? ? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 91160 60 20 00 30 0 8 16 4. 23 10N n at? ? ? ? ? ? ? ? 則 9 812 4 . 2 3 1 0 8 . 4 6 1 05NN u ?? ? ? ? 接觸疲勞壽命系數(shù)： 1 ? ， 2 ? 彎曲疲勞壽命系數(shù)： 121NNYY?? 接觸疲勞安全系數(shù)： min 1HS ? 齒全高 h 分度圓直徑ad 齒根圓直徑 fd 2 h h m m? ? ? ? ? 11 2 2 0aad d h m m? ? ?22 2 5 2d d h m m? ? ? 11 2 1 1ffd d h m m? ? ?22 2 4 3ffd d h m m? ? ? 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 彎曲疲勞安全系數(shù)： min ? ? ，試選 ? 許用接觸應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 580 1 .1 6 3 81HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 560 1 . 0 2 5 9 1 . 61HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? 許用彎曲應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 2 3 0 2 1 3 0 6 . 6 71 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 2 1 0 2 1 2 8 01 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? 代入式中： ? ? ? ? ? ?2 213 31 224 189 .8 4 955 0 1 1 2HEtH RRZ Z K Td m mu? ???? ? ? ???? ? ??? ????? ? ? ? ? ??? 則 111 4 3 . 3 2 0 0 0 4 . 5 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s? ? ??? ? ??? 112 4 0 4 . 5 3 1 . 9 2 /1 0 0 1 0 0zvv m s?? ? ? 經(jīng)查得： 動載荷系數(shù) VK = 使用系數(shù) AK = 動載荷分布不均勻系數(shù) K? = 齒間載荷分配系數(shù) K? = 則 1. 01 1. 0 1. 02 1. 0 1. 03H A VK K K K K??? ? ? ? ? ? 修正3311 1 . 0 34 3 . 3 3 9 . 11 . 3TttKd d m mK? ? ? ? 模數(shù) 1139 .1 140dm m mz? ? ?，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=1. 基本尺寸計算： 11 1 4 0 4 0d m z m m? ? ? ? 22 1 4 0 4 0d m z m m? ? ? ? ? ?12 4 0 4 0 4022zza m m m? ?? ? ? 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核： 復(fù)合齒形系數(shù)： 1 ? ， 2 ? ，取 ?? 齒輪彎曲強(qiáng)度： ? ? ? ? ? ?11 1 1222 3 2 2 3 21 4 4 1 . 0 3 9 5 5 0 4 . 1 2 11 0 . 5 1 0 . 8 2 0 2 1 0 . 5 0 . 8 1 5F F S FRR KT Y M P az m u???? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?22 1 21 3 . 82 1 1 94 . 1FSF F FFSY M P aY? ? ?? ? ? ? ? 故齒輪強(qiáng)度滿足要求。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計表達(dá)式： ? ? 2 1312 1HEt HdZ Z Z KT udu????? ?? ???? （ 41） 其中， d? =， u=2 經(jīng)查得： HZ =， MPa? ， Z? = 轉(zhuǎn) 矩： 661 0 . 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 9 5 5 0200PT N m mn? ? ? ? ? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1 lim 580H MPa? ? ， 2 lim 560H MPa? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1lim 230F MPa? ? ， 2 lim 210F MPa? ? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 91160 60 20 00 30 0 8 16 4. 23 10N n at? ? ? ? ? ? ? ? 則 9 912 4 . 2 3 1 0 2 . 1 6 1 02NN u ?? ? ? ? 接觸疲勞壽命系數(shù)： 1 ? ， 2 ? 彎曲疲勞壽命系數(shù)： 121NNYY?? 接觸疲勞安全系數(shù)： min 1HS ? 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 18 彎曲疲勞安全系數(shù)： min ? ? ，試選 ? 許用接觸應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 580 1 .1 6 3 81HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 560 1 . 0 2 5 9 1 . 61HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? 許用彎曲應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 2 3 0 2 1 3 0 6 . 6 71 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 2 1 0 2 1 2 8 01 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? 代入式中： ? ?2 21 331 2 1 189 .8 2 955 0 2 1 .6 2HEtHdZ Z Z KT ud m mu????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ??? ?????? 則 111 4 1 . 3 2 0 0 0 4 . 3 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s? ? ??? ? ??? 112 1 6 4 . 3 2 0 . 6 9 /1 0 0 1 0 0zvv m s?? ? ? 經(jīng)查得： 動載荷系數(shù) VK = 使用系數(shù) AK = 動載荷分布不均勻系數(shù) K? = 齒間載荷分配系數(shù) K? = 則 1. 01 1. 0 1. 02 1. 0 1. 03H A VK K K K K??? ? ? ? ? ? 修正3311 1 . 0 34 1 . 3 3 8 . 11 . 3TttKd d m mK? ? ? ? 模