【正文】 m?? 中較小值為 m? 值，即 m2 .5mm0 0 2 ?? ??m 估算滾珠絲杠底徑 (mm) 2md 根據(jù)公稱直徑的選擇，滾珠絲杠的底徑的選擇要小于公稱直徑，暫選 mm202 ?md 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) 所選擇的滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)為 52505CM ?bF 。 滾動(dòng)軸承型號(hào)選擇計(jì)算 根據(jù)上述的因素選擇角接觸球軸承和推力角接觸軸承。 絲杠軸拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算 max22 4/ ap Fd ??? 式 () p? —— 絲杠軸許用拉壓應(yīng)力， 2N/mm 絲杠的鋼材一般為 34Cr2Ni2Mo ， 其 力學(xué) 性 能 查 表 得 M P a1200~1000?b? MPa800?s? 許用拉應(yīng)力 ? ? ?? ? 許用壓應(yīng)力 ? ? ?? ? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 e? 是彈性極限，其數(shù)值與 s? 值非 常接近，因此 MPa800?e? 許用拉應(yīng)力 ? ? M P ??? eta ?? 許用壓應(yīng)力 ? ? M P 6 ??? taca ?? ?????? ap Fd?? N2 4 6 K N2 9 94/. 6 34/ m a x222 ?????? ap Fd?? 因此符合校核要求。 與絲杠軸配合的鍵的校核 初步選擇鍵的基本尺寸為 ( m m ) 2044 ????? lhb 鍵的強(qiáng)度校核 ? ? 轉(zhuǎn)TdlhT p ??? ?41 式 () ? ? ????????????轉(zhuǎn)TdlhT p? 因此該鍵的強(qiáng)度符合要求 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇 滾珠絲杠副尺寸選擇計(jì)算 初算導(dǎo)程 (mm) hp X軸的滾珠絲杠的導(dǎo)程先選擇為 6mm。選擇鍵連接類型時(shí)，一般考慮傳遞扭矩大小，軸上零件沿軸向是否有移動(dòng)及移動(dòng)距離大小，對(duì)中性要求和鍵在軸上的位置等因素，徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 并結(jié)合各種鍵連接的特 點(diǎn)加以分析選擇。 U2 系列步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)具有細(xì)分倍頻高，定位精度高、運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)噪聲小，響應(yīng)頻率高及使用簡(jiǎn)單，性價(jià)比好等優(yōu)點(diǎn)。由于軸徑 20d? ，則選擇軸承型號(hào)為 ?rC ?orC 。 (4)旋 轉(zhuǎn)精度。 滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性 ? ?N驗(yàn)算cF m a x242521 /10 aclc FLdKKF ??? 式 () 式中 CF —— 臨界壓縮載荷， N 1K —— 安全系數(shù)，滾珠絲杠垂直安裝為 1/2，滾珠絲杠水平安裝取 1/3 2K —— 支撐系數(shù) clL —— 滾珠絲杠最大受壓長(zhǎng)度 maxaF? —— 滾珠絲杠副所受最大軸向壓縮載荷， N 由于， Y 軸方向絲杠是水平安裝 3/11?K ；絲杠的支撐方式為兩端固定 22?K mm1080?clL ； N4230141033m a x ????? pa FF 。根據(jù)上面算出的額定動(dòng)載荷，在選擇絲杠時(shí)要滿足載荷 ama CC? 和 mdd 22? 的條件，但不宜過大，以免增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及結(jié)構(gòu)尺寸。綜上所述，初步選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)就二者的使用性能做一比較： 運(yùn)行性能：步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高 或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)得現(xiàn)象，停止時(shí) 轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 氣壓驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速，氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低。雖然直線電機(jī)具有很多優(yōu)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 點(diǎn)，但是就本設(shè)計(jì)而言，三維傳動(dòng)距離不大，速度要求也不高，因此如果應(yīng)用直線電機(jī)，則性價(jià)比不高，經(jīng)濟(jì)性也不高。工業(yè)應(yīng)用中重要的是采用可靠的機(jī)械機(jī)構(gòu)、簡(jiǎn)單的控制結(jié)構(gòu)和算法，并易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性好。 其中齒輪齒條傳動(dòng)主要適用于重載荷、長(zhǎng)行 程的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，且齒輪齒條傳動(dòng)工作噪聲大，普通的齒輪齒條傳動(dòng)很難達(dá)到高精度的定位。相對(duì)機(jī)械手本體尺寸，其工作空間比較大。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型機(jī)械手結(jié)構(gòu)尺寸大得多。應(yīng)用裝配機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣環(huán)境中裝配機(jī)械手替代人進(jìn)行正常的工作意義更大。 我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī) 器人在“ 863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 (3)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等 )驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。 機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式可以分為液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)四種機(jī)械手： (1)液壓傳動(dòng)機(jī)械手 液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位 置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1） 手部 手部安裝在手臂的前端。 需要其他設(shè)計(jì)題目直接聯(lián)系?。?！ 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 機(jī)械手概述 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，它可以說是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 本課題設(shè)計(jì)的 小型零件裝配 機(jī)械手，主要包括機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)、機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的 三 自由度運(yùn)動(dòng)： X、 Y軸的移動(dòng)以及X軸的旋轉(zhuǎn) 。設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作。 生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等 ，其中以二指用的最多。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動(dòng) 油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服 電機(jī) 和步進(jìn) 電機(jī) 等。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。通用機(jī)械手則考慮用 步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低廉等特點(diǎn)，一般適用于大附屬，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上下料機(jī)械 手和“加工中心”批量自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手等。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。因此它常被用于工作主機(jī)的上、下料。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì) 近年來，國(guó)外的工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 從 1994 年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一， 紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 本課題 研究的主要內(nèi)容 本課題主要 闡述 了 機(jī)械手的基本組成及 國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀， 研究 了 裝配 機(jī)械手的功能要求和現(xiàn)實(shí)意義 。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是一臺(tái) 小型零件裝配 機(jī)械手，通過 X 軸、 Y 軸的移動(dòng)及 X 軸的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)零件的 拾取 — 搬運(yùn) — 裝配。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡(jiǎn)單、成本低廉，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)，其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 21 四種機(jī)械手坐標(biāo)型式 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一臺(tái) 小型零件裝配 機(jī)械手，要求實(shí)現(xiàn) 三 自由度運(yùn)動(dòng)。但是它只能用于平行軸之間的傳動(dòng)，瞬間速度不均勻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不平穩(wěn)，不宜在載荷變化的傳動(dòng)中應(yīng)用，工作時(shí)有噪聲。直線電機(jī)具有較高的動(dòng)態(tài)性，加速度可超過 2g。對(duì)于本設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)二維傳動(dòng)，即 X、 Y軸的直線傳動(dòng)。考慮到三維傳動(dòng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)不選用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)。 速度響應(yīng)性能：步進(jìn)電機(jī)從加速到工作轉(zhuǎn)速需要 200400 毫秒。所以綜上所述， X 軸的滾珠絲桿的導(dǎo)程先選擇為 8mm。 計(jì)算預(yù)緊力 )N(pF 當(dāng)最大軸向載荷不能確定時(shí) ，運(yùn)公式 aP bCF ? 式 () 系數(shù) b，對(duì)輕載荷時(shí)取 ，中載荷時(shí)取 ，重載荷時(shí)取 。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 額定靜載荷 oaC 驗(yàn)算 ??N oas CFf ?max 式 () 式中 oaC —— 滾珠絲杠副基本軸向穩(wěn)定靜載荷， N sf —— 靜態(tài)安全系數(shù)，一般取 2~1 ,有沖擊時(shí)及振動(dòng)時(shí)取 3~2 maxaF —— 滾珠絲杠副所受最大軸向載荷， N 其中查表取 2?sf N4230max ?aF ,由于滾珠絲杠副的規(guī)格型號(hào)已經(jīng)選定 ，則 ?oaC 因此復(fù)符合校核要求 絲杠軸拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算 max22 4/ ap Fd ??? 式 () 式中 p? —— 絲杠軸許用拉壓應(yīng)力， 2N/mm 絲杠的鋼材一般 為 Cr2Ni2Mo34 ，其力學(xué)性能查表得 M P a1200~1000?b? MPa800?s? 許用拉應(yīng)力 ? ? ?? ? 許用壓應(yīng)力 ? ? ?? ? e? 是彈性極限，其數(shù)值與 s? 值非常接近，因此， MPa800?? 許用拉應(yīng)力 ? ? M P ??? ela ?? 許用壓應(yīng)力 ? ? M P 6 ??? laca ?? ?????? ap Fd?? N4 2 3 9 94/ 6 34/ m a x222 ?????? ap Fd?? 因此符合校核要求 滾珠絲杠彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件校核 ? ??? ?? WM ma xma x 式 () 式中 maxM —— 最大彎矩 W —— 圓形截面抗彎截面系數(shù) LFMmaxmax 41? 其中 N1 5 0 0m a x ?? LF 323dW ?? 其中 0dd? 取 ??d ? ? M P 0 0413m a x??????? ??? 因此符合校核要求。（ 6）軸向游動(dòng)。這個(gè)應(yīng)力對(duì)于向心球軸承為 4200MPa，對(duì)于滾子軸承為 4000MPa。 以下是根據(jù)扭矩對(duì)該步進(jìn)電機(jī)的校核。 在規(guī)范中不僅規(guī)定了鍵本身，而且還規(guī)定了對(duì)不同軸徑的鍵截面和加工尺寸，因此強(qiáng)度驗(yàn)算是用改變鍵的有效長(zhǎng)度的方法。其中 ?aC 大于額定載荷 ?amC ,絲杠底徑 ?d 大于 mm202 ?md ，所以滿足。由于軸徑 d=17mm，則要選擇軸承型號(hào)為 7003AC 的單列角接觸球軸承，其主要尺寸和參數(shù)為 d=17mm D=35mm B=10mm ?rC ?orC 。 額定靜載荷 oaC 驗(yàn)算（ N） oaas CFf ?max 式 () 式中 oaC —— 滾珠絲杠副基本軸向穩(wěn)定靜載荷， N sf —— 靜態(tài)安全系數(shù)，一般取 2~1 ,有沖擊時(shí)及振動(dòng)時(shí)取 3~2 maxaF —— 滾珠絲杠副所受最大軸向載荷， N 其中查表取 ?sf N2460max ?aF ，由于滾珠絲杠副的規(guī)格型號(hào)已經(jīng)選定，則 ?oaC .2 K N373 .9 6 K NN3 6 9 01 4 6 a x ?????? oaas CFf 因此符合校 核要求。 與電機(jī)配合的鍵的校核 鍵的強(qiáng)度校核 ? ?電TdlhT p ??? ?41 式 () 式中 d —— 軸的直徑 h —— 鍵的高度 l? —— 鍵的接觸長(zhǎng)度 ? ?p? —— 許用擠壓應(yīng)力， ? ? MPa80?p? ? ? ???????????? 電TdlhT p? 因此該鍵的強(qiáng)度符合校核要求。 軸鍵的選擇計(jì)算 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇計(jì)算 初步選擇 U2 系列步進(jìn)電機(jī)。（ 8）安裝與拆卸等