【正文】 2） .齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 其條件為? ? ? ?1 2 315 * 1 0 .5H E HRRKTZ du????? ? ? ................................................（ ） 其中 EZ 彈性影響系數(shù) 查機(jī)械手冊(cè)得 EZ ＝ 12162MPa 代人計(jì)算得 ? ? ? ?1 22331 * 5 * 162 * * 1 1 / 3 * 1 / 3 * 24 * RR KTZ M Padu? ? ? ?? ? ? ? .....................................................................................................................................（ ） 即 ? ? 540HH M Pa???? ，故安全。 ?HS ， 接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 52539。機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總剛性的慣性經(jīng)由測(cè)試，可將螺帽 —螺桿及鋼珠 — 珠槽兩者間的剛性合二為一，成為螺帽剛性 nK ，因此 nSb KKK111 ?? ....................................................................................................（ ） 20 22 ????? ldK S 1 7) (4 4 )( 3131 ?????? CFRK Pn ? mNKKKnsb ?/11 ??? 錐齒輪設(shè)計(jì) 錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：錐齒輪是圓錐齒輪的簡(jiǎn)稱，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng) ,兩軸交角 S 稱為軸角，其值可根據(jù)傳動(dòng)需要確定，一般多采用 90176。 滾珠絲杠設(shè)計(jì) （計(jì)算部分由小組成員張益完成本人參與討論和數(shù)據(jù)修改） （ 1）選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為：磨制絲杠 (右旋 ) 上固定端到螺母間距離 (臨界長(zhǎng)度 ) mmltop 1056? 下固定端到螺母間距離 (臨界長(zhǎng)度 ) mmldown 1086? 設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng) mmlall 1280? 最大行程 mml 1250? 支承方式為兩端固定 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 32 定位精度： 由表得，有效行程內(nèi)目標(biāo)行程公差 meP ?47? ，行程變動(dòng)量 mVup ?39? 由表得，任意 300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量 mV p ?23300 ? ， 2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量mV p ?? 82 ? 絲杠精度為 5 級(jí)，可靠性 90%。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。然后用 Pro/e 畫出三維圖 ,用 AutoCAD 畫出二維圖（二維圖見(jiàn)附錄）。 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算：（計(jì)算部分由小組成員張益完成） （ 1）選擇軸的材料 選擇軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為 “步距角 ”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 （ 3） 必須考慮工作條件 對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手 的腕部沒(méi)有太多不利因素。43t a n ()39。 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 14 由機(jī)械手冊(cè)查表可得 牙根寬度 mmPb 9 7 ???? ，基本牙高 mmPH ???? 代入以下中的公式得 pmmNbnD F ??? ??????? 24 /0 6 7 ...........................................（ ） bpb nbDFH ??? ????? ???? 224 1 ................................................（ ） （ 6） 橫向振動(dòng)校核 對(duì)于鋼制螺桿 m i n/71415170 2262 3216 rl dn ccc ??????? ? ...........（ ） 應(yīng)滿足轉(zhuǎn)速 m in/ rnn c ?? （ 7） 效率 由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 3 0 ~2 9 )39。 r c ta na r c ta n 2 ????? dS?? ........................................................................（ ） 由機(jī)械手冊(cè)查表可得鋼和耐磨鑄鐵的 ~?f ，取 ?f ，可得 39。 運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)直齒輪使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)繼而帶動(dòng)手爪接觸塊移動(dòng)，從而形成手爪的張合，當(dāng)手爪抓到零件時(shí)，電機(jī)停止，手爪形成自鎖，帶動(dòng)零件移動(dòng)。 （ 2） 移動(dòng)型 移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)分析，從中選擇了機(jī)械手的基本形式以及自由度，確定了本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù)。 (4)多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。（ 5）鋼帶傳動(dòng) 鋼帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大，是無(wú)間隙傳動(dòng)、摩擦阻力大，無(wú)滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低，驅(qū)動(dòng)力矩大、壽命長(zhǎng)，鋼帶無(wú)蠕變、傳動(dòng)效率高。通過(guò)預(yù)緊，能消除間隙、提高傳動(dòng)剛度；進(jìn)給精度和重復(fù)定位精 度高。 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇 （ 1）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 在機(jī)器人中常用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。 （ 3）機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 它是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，動(dòng)力是由工作機(jī)械提供的。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 4 2 機(jī)械手直臂部分的總體設(shè)計(jì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 （ 1）手部，是直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型。 隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)械人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多。預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬(wàn)機(jī)器人在工作。 1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用 42%。 毫米。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。手腕為回轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為 0180176。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿。目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元，產(chǎn)量為 14535 臺(tái)。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) 目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下： 1．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 手部是用來(lái)抓取工件的部件，根據(jù)被抓取物件的形狀、尺寸、重量、材料和抓取要求而有多種結(jié)構(gòu) 形式，如夾持型、托持型和吸附型等。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)動(dòng)精確，動(dòng)作頻率大，定位精度高。 （ 2）諧波齒輪傳動(dòng) 諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小重量輕，傳動(dòng)比大（幾十到幾百），傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪音低、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。使用壽命長(zhǎng)；而且同步性好，使用可靠、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，因此滾珠絲杠在機(jī)器人中應(yīng)用很多。 （ 6)鏈傳動(dòng) 在機(jī)器人中鏈傳動(dòng)多用于腕傳動(dòng)上，為了減輕機(jī)器人末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。 圖 機(jī)械手基本形式 按照機(jī)械手的工作環(huán)境采用直角坐標(biāo)型機(jī)械手 ，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，定位精度高，比較滿足設(shè)計(jì)要求。下面的設(shè)計(jì)計(jì)算將以此進(jìn)行。 （ 3）平面平移型。 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 11 圖 二維手爪結(jié)構(gòu)圖 手爪夾持范圍計(jì)算 加工毛坯尺寸： Φ 20Φ 30 長(zhǎng)度： 100 左右 毛坯質(zhì)量（以鋼材的密度計(jì)算）：約 246g555g（按最大 600g 計(jì)算） 裝夾深度：約 25mm 縱向定位精度： 橫向定位精度： 1mm 手爪接觸塊為橡膠，橡膠具有 彈性大，定伸強(qiáng)度高，抗撕裂性和電絕緣性優(yōu)良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特點(diǎn)。50615c o r c t a n2c o sa r c t a n39。50639。t a n (21 211 ??.................（ ） mmNFDT ??????? ? ........................................................（ ） mmNT ??03 故 mmNTTTT q ???????? ........................................................（ ） 5 5 01 9 9 5 5 0 ???? nTP qq 選用轉(zhuǎn)速為 min/35000 rn ? 的直流電機(jī)，速比 ?? nni 齒輪傳動(dòng)效率 ?? 、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率 ?? 總效率 ???? ??? 電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩： mmNiTT qL ???? ? ............................................................（ ） 電機(jī)軸輸出功率： 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 16 WnTP LL 5 5 03 5 0 5 5 00 ???? ............................................................................（ ） 電機(jī)選用 40ZY02 直流電動(dòng)機(jī) 機(jī)械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖 圖 手爪三維圖 圖 直齒輪絲桿 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 17 圖 電機(jī)齒輪 圖 齒輪箱 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 18 圖 手爪接觸塊連接件和絲桿螺母 圖 手爪裝配件 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手手爪的類型及夾緊裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 典型的腕部結(jié)構(gòu) (1) 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 (3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定 位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由機(jī)械手冊(cè)表 611 查得： MPab 650?? ，MPas 360?? ， MPa2701 ??? ， MPa1551 ??? （ 2）初步確定最小軸徑 按表選取 115?A 由機(jī)械手冊(cè)得 mmnPAd 33322m i n ????? ? .....................................（ ） （ 3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 21 圖 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖 （ 4）鍵的選擇與校核 蝸輪連接鍵 選擇普通平鍵 2078 ?? 查機(jī)械手冊(cè)可得 M P alkD Tp 311121 ??? ???? ..........................................（ ） 查機(jī)械手冊(cè)可得