【正文】 framework of the platform structure loading robot and lifting system of platform. The lifting system achieve precise lifting though transform the ball screw’s rotation into the nut’s linear motion. Through the use of SolidWorks software to the mechanism modeling and assembly for the main part to establish threedimensional model structure. In order to ensure the safety and reasonable structure,for the standard part should be select and checked fully in accordance with the mechanical requirements, For the non standard pieces such as the longmen framework platform structure, After the design is finished put the modeling into the SolidWorks Simulation. Through the simulation to exert load so as to ensure the rationality of the structure by the finite element analysis method. Keywords: Lifting platform； ball screw； solidworks ； finite element analysis 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 目錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 ..................................................................... II 摘要 ............................................................................... II Abstract .......................................................................... III 目錄 ............................................................................... IV 研究背景 .................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)升降機(jī)的需求還在不斷升溫，這是推動(dòng)升降機(jī)行業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＶ饕a(chǎn)國(guó)為美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、意大利等，世界頂級(jí)公司有 10多家，主要集中在北美、日本 (亞洲 )和歐洲。自 1992 年以來(lái)，由于受日元升值、國(guó)內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機(jī)影響，年產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。世界頂級(jí)公司都對(duì)世界市場(chǎng)具有強(qiáng)大影響力，但迄今還沒(méi)有一家公司在上述三大市場(chǎng)取得主導(dǎo)地位。主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)為 平臺(tái)提升高度 為 4000mm， 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度 4m/min， 提升平臺(tái)寬度 ≥ 2020mm， 提升平臺(tái)工作面最低工作點(diǎn) 500mm， 提升平臺(tái)靜止定位精度177。 工作原理 由伺服電機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)速給行星減速器，通過(guò)行星減速器的降低輸入轉(zhuǎn)速的作用將輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到滾珠絲桿幅所需要的轉(zhuǎn)速?？刂朴秒姍C(jī)的種類包括伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)相比伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn) 運(yùn)行性能 ： 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行跟蹤實(shí)施特性優(yōu)于伺服電機(jī)，由于步進(jìn)電機(jī)每發(fā)一個(gè)脈沖走一個(gè)角度，發(fā)脈信號(hào)電機(jī)就會(huì)走不會(huì)有延時(shí)，而伺服電機(jī)為閉環(huán)控制，發(fā)完脈沖和編碼返回對(duì)比處理，如有過(guò)沖在轉(zhuǎn)回去，有一定延時(shí)，蹤蹤特性差于步進(jìn)電機(jī)。 則提升功率 Ｗ6 6 7＝0 . 0 6 6 71 0 0 0 0＝Fv＝p w 。其應(yīng)用從大應(yīng)力的傳輸工作到小負(fù)荷，精確的角度傳輸都可以見(jiàn)到減速器的應(yīng)用，切在工業(yè)應(yīng)用上，減速器具有減速及增加轉(zhuǎn)矩的北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 功能。但是減速器一般對(duì)于安裝方面比較麻煩。查《實(shí)用機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 612，選擇各齒輪齒數(shù)。 ，設(shè)計(jì)三個(gè)軸段，零件圖形如 圖 2 所示 1 段：該段是與電機(jī)的連接端，設(shè)計(jì)為中空形式，通過(guò)使電機(jī)軸插入該段軸來(lái)使行星減速器與電機(jī)連接，取該段的外徑 d1＝ 48mm，內(nèi)徑 d1’ ＝ 35mm,長(zhǎng)度 L1＝ 60mm. 2 段：取 2 段之間的軸肩高度為 ，則該段直徑為 d2＝ 48+2 ＝ 51mm， 因?yàn)樵谠摱屋S上要安裝軸承，軸承取能承受較大軸向力的圓錐滾子軸承，軸承代號(hào)為 30211，內(nèi)徑 d＝ 51mm，外徑 D＝ 100mm，寬度 B＝ 21mm。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 1126 選擇鍵尺寸，鍵寬度為18mm，高度為 11mm，其中軸深度為 ，轂深度為 。柔性傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)包括鋼絲繩升降機(jī)構(gòu)、鏈條式升降機(jī)構(gòu)。 4． 鏈條式升降機(jī)構(gòu)具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，常使用于低速與升降高度不大的場(chǎng)合。 表 3 載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn) 一般運(yùn)轉(zhuǎn) 有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) FK 1～ ～ ～ 表 4 硬度系數(shù) 滾道實(shí)際硬度 ≥ 58 55 50 45 40 HK 表 5 精度系數(shù) 精度等級(jí) C、 D E、 F G H AK KR1000 機(jī)器人抓取物重量最大為為 1000kg，則取 Fm＝ 10KN, 滾珠絲桿計(jì)算載荷 MAHFc FKKK＝F ??? ＝ 10＝ 12KN （ 215） 各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間如 表 6 所示： 表 6 工作時(shí)間 機(jī)械種類 普通機(jī)械 普通機(jī)床 數(shù)控機(jī)床 精密機(jī)床 演示機(jī)床 航空機(jī)械 時(shí)間（ h） 500010000 1000020200 20200 20200 15000 10000 取滾珠絲桿使用壽命 Lh＝ 20200h，最大轉(zhuǎn)速 nm＝ 400n/min， 額定動(dòng)載荷 為： KNLnLnFcCa hmhm 39。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 5 滾珠螺母 滾珠螺母的設(shè)計(jì) 絲桿的 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于軸向固定的長(zhǎng)絲桿在工作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù) S,應(yīng)使其大于絲桿幅傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)【 S】 . 絲桿不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 Fcr， 計(jì)算公式為： Fcr＝ ? ?22ulEIa? （ 219） 絲桿彈性模量 E＝ 206GPa，絲桿工作長(zhǎng)度 l＝ 4000mm， u 為長(zhǎng)度系數(shù)，取 u＝ 32 絲桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩 Ia＝ ? ? 47421 063 md ?????? Fcr＝ ? ? ?22ulEIa? N52792 432 ???????? ????? ? 則 S＝ 5 ???FmF cr 查《滾珠絲桿設(shè)計(jì)手冊(cè)》得【 S】 ＝ 8， S【 S】 ,則滾珠絲桿不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。 彎曲強(qiáng)度需要滿足的條件為 ][ 39。主要用于兩軸要求嚴(yán)格對(duì)中并在工作中不發(fā)生相對(duì) 位移 的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡(jiǎn)單，容易制造，且兩軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器。 YLD10 聯(lián)軸器參數(shù)如表 9 所示 ： 表 9 聯(lián)軸器參數(shù) 公稱轉(zhuǎn)矩 [T] r/min 許用轉(zhuǎn)速 [n] r/min 軸孔直徑 d mm 軸孔長(zhǎng)度 L mm D mm b mm 1600 6000 48/50/55/56 84 160 40 L0 mm 重量 m kg 螺栓數(shù)量 n 螺栓直徑 d3 mm D1 mm s mm 163 4 M12 100 8 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 1126 知，與減速器相連一端轂的深度為 ，寬度為 18mm，與滾珠絲桿相連一端轂的深度為 ，寬度為 20mm，聯(lián)軸器的二維圖如 圖 6所示 : 圖 6 聯(lián)軸器 方案的理論計(jì)算 由設(shè)計(jì)要求可知，本方案要實(shí)現(xiàn)以 4m/min 的方案 使裝載機(jī)器人的平臺(tái) 升降 4000mm的高度，所選電機(jī)轉(zhuǎn)速為 2020n/min，行星減速器的傳動(dòng)比為 5，而滾珠絲桿的導(dǎo)程為10mm?？蚣芙Y(jié)構(gòu)建模如 圖 7 所示。因?yàn)樵陧斏w上需要安裝四個(gè)滑輪，因此在頂蓋上的四個(gè)角上設(shè)計(jì)常委 216mm 寬 115mm 高5mm的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出框架臺(tái)頂蓋由于受壓力而產(chǎn)生彎曲變形，其中在邊緣處產(chǎn)生的位移最大 ,為 ，考慮到框架臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要作用是承載機(jī)器人、平臺(tái)結(jié)構(gòu)、配重的重量以及為裝載線性軌道，因此它的變形不會(huì)對(duì)機(jī)器人的定位精度產(chǎn)生大的影響。平臺(tái)上用來(lái)與滾珠螺母相固定的光孔直徑為 70mm，距離平臺(tái)右端距離為 離為 700mm， 在平臺(tái)的下方設(shè)有 10 根肋板，每根肋 寬 50mm，高 80mm。 平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖 16 所示。 4＝ ，在 simulation 軟件中對(duì)框架臺(tái)上的四個(gè)凸臺(tái)上分別施加 的縱向力如圖 12 所示： 圖 12 框架臺(tái)受力圖 選擇材料 在施加載荷之后，需要選擇框架結(jié)構(gòu)的材料，這里選擇合金鋼材料，合金鋼材料的力學(xué)性能如下 表 10 所示： 名稱 數(shù)值 單位 彈性模量 +011 N/m^2 泊松比 NA 抗剪模量 +010 N/m^2 質(zhì)量密度 7700 kg/m^3 張力強(qiáng)度 +008 N/m^2 屈服強(qiáng)度 +008 N/m^2 熱擴(kuò)張系數(shù) /Kelvin 熱導(dǎo)率 50 W/() 比熱 460 J/() 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 表 10 合金鋼力學(xué)性能 劃分網(wǎng)格 在選擇材料之后需要對(duì)框架臺(tái)做網(wǎng)格劃分，劃分時(shí)選擇網(wǎng)格參數(shù)大小為 58mm，完成網(wǎng)格劃分之后的框架臺(tái)如圖 13 所示： 圖 13 框架臺(tái)網(wǎng)格劃分 應(yīng)力分析 在對(duì)框架臺(tái)網(wǎng)格劃分完成之后便 可以仿真模擬，查看結(jié)構(gòu)變形，通過(guò)軟件運(yùn)算，得到框架臺(tái)的應(yīng)力分布 如 圖 14 所示。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 8 支架截面尺寸圖 圖 9 支架結(jié)構(gòu)圖 支架橫梁的設(shè)計(jì) 橫梁結(jié)構(gòu)分為兩部分，一部分為支架結(jié)構(gòu)上的橫梁，支架結(jié)構(gòu)因?yàn)橐惺茌^大的正應(yīng)力與切應(yīng)力，平均每 300mm 的高度設(shè)計(jì)一組橫梁來(lái)減少支架所承受的切應(yīng)力，橫梁與支架結(jié)構(gòu)通過(guò)焊接連在一起。 滾珠螺母通過(guò)螺栓與升降平臺(tái)固定，因此升降臺(tái)的升降速度為 4m/min，方案理論上可以實(shí)現(xiàn)。 聯(lián)軸器種類 的選擇 因?yàn)閺臐L珠絲桿上傳下來(lái)的重力為一噸左右，因此如果滾珠絲桿與減速器輸出端不能嚴(yán)格對(duì)中，對(duì)于聯(lián)軸器下部的減速器和電機(jī)都回產(chǎn)生較大的彎矩，在裝配時(shí)需要保證減速器的輸出軸與滾阻絲桿保持嚴(yán)格對(duì)中，因此這里選擇固定式聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 選擇聯(lián)軸器種類 聯(lián)軸器 用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械 零件 。 螺桿剛度驗(yàn)算 滾珠絲桿在工作載荷 F 和轉(zhuǎn)矩 T 共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程變形量 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 eGJTPEAPFl ?2 20 ??? （ 222） 公式中 A 為滾珠絲桿截面積， )(41 221 mdA ?? ， Jc 為絲桿的極慣性矩， )(32 441 mdJC ?? ，G 為絲桿切變模量，對(duì)鋼 G＝ ， T（ N? m） 為轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)nnPT W39550? ，其中 Pw＝ 667w＝ ， n3 為滾珠絲桿傳遞效率， 轉(zhuǎn)n 為絲桿轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)矩為 mKNT ????? 0 66 50 m