【正文】 MPapp 100?? 所以 ppp ??1 軸端連接鍵 選擇普通平鍵 2055 ?? 。 。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。 （ 2）計(jì)算載荷 手腕手爪部分重量 kgm 15? NkgNkgmgG 150/1015 ???? （重力加速度取 kgNg /10? ） ..........................（ ） 軸向載荷 NFma 150? （ 3）初算導(dǎo)程： 絲杠螺母轉(zhuǎn)速 min/20xxrn ? ， 直臂移動(dòng)速度 smmv /167? m in/20xxrnnm ?? 初算導(dǎo)程 mmnvP mh ?? ，所以取 mmPh 5? （ 4） 選工作壽命： hLh 20xx0? （ 5）由表得， NffLnFfC cahmmawam 6 7 71 0 0/)60( 3/139。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖所示。 lim ?? 因此估算時(shí)的齒輪許用接觸應(yīng)力 M P aM P aS HHHP 39。 電機(jī)選型 計(jì)算條件：絲杠軸向工作載荷約為 NFm 150? ，絲杠移動(dòng)速度 smmv /167? 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 37 圓錐齒輪傳遞效率 ?? 設(shè)計(jì)計(jì)算： 絲杠工作的功率： 6 71 5 01 ???? NFvP ...................................................（ ） 絲杠轉(zhuǎn)矩 1 2 11 ?? nPT 電機(jī)選用同步轉(zhuǎn)速 min/30000 rn ? 的三相異步電機(jī)，速比 0 0 03 0 0 00 ??? nni 電機(jī)輸出軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩： ???LT 電機(jī)輸出軸功率 0 ?? LL TnP ..........................................................................（ ） 電機(jī)選用 YS5012 三相異步電動(dòng)機(jī) 機(jī)械手直臂部分三維出圖及主要零部件出圖 圖 直臂結(jié)構(gòu)三維圖 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 38 圖 直臂部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維圖 圖 滾珠絲桿螺母 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 39 圖 直臂套筒 圖 光桿絲桿連接件 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 40 圖 直臂箱體 圖 直臂箱蓋 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手直臂的類型及升降裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 2 ?? 考慮到絲杠需從錐齒輪 2 中心穿過，且所選用絲杠的公稱直徑 mmd 160 ? ，絲杠螺母mmD 361 ? ，故取 mmde 722 ? ， mmde 481 ? 齒數(shù)：取 36,24 21 ?? zz 大端模數(shù)： mmzdm ee 211 ?? .....................................................................................（ ） 1） .齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 其條件為 ? ? ? ?1 0 .5t F a SaFFRK F Y Ybm?????? .....................................................................（ ） 其中 載荷系數(shù) AvK K K K K??? FaY 齒形系數(shù) SaY 應(yīng)力校正系數(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 36 R? 齒寬系數(shù) 查機(jī)械手冊(cè)得 AK ＝ 1 查圖得 vK ＝ 查機(jī)械手冊(cè)得 K? ＝ 查表得 K? ＝ 可得 FaY ＝ 可得 SaY ＝ R? 取常用值 1/3 代人計(jì)算得 ? ? ? ?1 . 5 1 0 2 . 1 1 . 5 0 . 5 6 21 0 . 5 2 1 0 . 5 / 3 2 4t F a S aF RK F Y Ybm? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? .......................（ ） 即 ? ? 380FF M Pa???? ，故安全。 圖 錐齒輪 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 35 計(jì)算條件：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mNT ?? ，直線錐齒輪，傳動(dòng)比為 2 0 0 03 0 0 00 ??? nni，錐齒輪轉(zhuǎn)速 m in/2 0 0 0m in ,/3 0 0 0 21 rnrn ?? 材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 HBS=217~255，齒面粗糙度 mRR ZZ ? ?? 錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算： （計(jì)算部分由組員張益完成本人參與數(shù)據(jù)討論修改） ： 電機(jī)軸端齒輪轉(zhuǎn)矩 mNT ?? 載荷系數(shù) ?K 齒數(shù)比 ?i 估算時(shí)，安全系數(shù) 39。 （ 10）臨界轉(zhuǎn)速校核 m in/2 5 0 7/10 2 227 rLfdn cc ?? ....................................................................................（ ） 式中，查機(jī)械手冊(cè)得， ?f mmll downc 10862 ?? m in/20xxm in/ rrnn c ???? 滿足轉(zhuǎn)速要求 （ 11） 螺桿強(qiáng)度： 螺桿材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，其許用應(yīng)力 MPap 60][ ?? 螺桿當(dāng)量應(yīng)力： ][) 120(3) 1504()(3)4( 2322321222 pcaM P adTdF ??? ????????? ....（ ） 式中， mmNnPT ??? 11 符合強(qiáng)度要求 (12)系統(tǒng)剛度計(jì)算 bK 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 34 剛性為機(jī)械剛度的指標(biāo)，滾珠絲杠的剛性取決于螺桿與螺母之間軸向負(fù)荷珠槽接觸剛性及螺桿軸的剛性來決定。 運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪，繼而帶動(dòng)絲杠螺母，絲杠螺母是固定點(diǎn)，相對(duì)的絲杠做上下移動(dòng)。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。先對(duì)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算設(shè)計(jì)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了選型。 。步進(jìn)電機(jī)是一種 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 （ 2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。50639。t a n (21 21 ??， ...................（ ） 代入以下公式得 ptca mmNdMdF ??? ?????????? 2232223323 /3 2 ) (3) ()(3)4(...（ ） （ 5） 螺母螺紋強(qiáng)度校核 因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋強(qiáng)度即可。 螺母高度 mmdH ???? ? ，取 mmH 11? 則螺紋圈數(shù) 62/11/ ??? PHn 圈 （ 3） 自鎖性驗(yàn)算 由于單頭螺紋，導(dǎo)程 mmPS ?? ，故螺紋升角為 39。 通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇移動(dòng)型手爪，采用絲杠螺母這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式。 典型的手部結(jié)構(gòu) （ 1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 8 圖 機(jī)械手直臂與夾持部件總裝三維圖 圖 二維示意圖 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù) （ 1）用途：數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 9 （ 2）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 抓重 :600g (夾持式手部 ) 自由度數(shù) :4個(gè)自由度 坐標(biāo)型式 :直角坐標(biāo)型 橫臂手臂長(zhǎng)度 :2180mm 手臂最大高度 : 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 升降行程： 920mm 升降速度： 167mm/s 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 : 0180176。 (3)球坐標(biāo) (極坐標(biāo) )型機(jī)械手 。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。后者雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但是其最大的優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高（ 92%~98%），其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，靈活度高。按照各驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)以及機(jī)械手的工作環(huán)境經(jīng)討論我們采用電 動(dòng)驅(qū)動(dòng)。但是這種機(jī)械手對(duì)密封性要求很高、不易于保養(yǎng)與維護(hù)、受到液體本身的屬性影響，不宜在高溫或者低溫的環(huán)境下工作、油的泄漏會(huì)導(dǎo)致對(duì)其工作性能產(chǎn)生很大的影響、油液過濾要求非常嚴(yán)格，成本高。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即 可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。 本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)械手的基本概念，工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史，發(fā)展機(jī)械手的重要性及設(shè)計(jì)的目的，并介紹了機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元 (Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。據(jù)報(bào)道， 1979 年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá) 50多個(gè)。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由 400 小時(shí)提高到 1500 小時(shí)，精度可提高到177。 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 Versatran 機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。設(shè)計(jì)手爪為平移型夾持式手爪，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)絲桿。直臂傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為滾珠絲桿。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。 1962 年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)、麻省 理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm 型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于177。德國(guó) KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá) 222 億日元 ，是 1978 年的二倍。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。其中最常用的抓取類型是吸附型和夾持型，吸附型主要是針對(duì)于一些正方形表面光滑、輕質(zhì)的工件或物料，夾持型主要是針對(duì)圓柱形狀或者是別的一些比較復(fù)雜形狀的工件或物料。 （ 3） 臂部 ，手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。根據(jù)動(dòng)力源的不同 , 可分為以下四類 ： （ 1）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 5 氣壓機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。但是結(jié)構(gòu)較大，保養(yǎng)需求高。故在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。由于滾珠絲杠傳動(dòng)返行程不能自鎖；因此在用于垂直方向傳動(dòng)時(shí)，須附加自鎖機(jī)構(gòu)或制動(dòng)裝置。由于電機(jī)距離被傳動(dòng)的 腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)，故采用精密套筒滾子鏈來傳動(dòng)。 機(jī)械手直臂部分的主要部件及運(yùn)動(dòng) 在直角坐標(biāo)型機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，為了滿足設(shè)計(jì)要求，關(guān)于機(jī)械手具有 4個(gè)自由度 即：手爪張合；手腕回轉(zhuǎn)；直臂升降；橫臂平移 4個(gè)主要運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 10 3 機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì) 手部設(shè)計(jì)基本要求 （ 1） 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。 機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇手爪的類型及夾緊裝置 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)抓取圓柱形物塊的機(jī)械手。 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造 12 圖 手爪橡膠 滑動(dòng)絲杠設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件： 需自鎖 絲杠長(zhǎng)度 145mm 最大質(zhì)量共計(jì)約 1100g。 ????? ?? f ...................................................................（ ） 39。43t an ( )39。先對(duì)絲杠螺母式的手部