【文章內(nèi)容簡介】 15( mNM f ????? ????? 附加摩擦力矩 0M ： iLFM p ?? ?2 )1(20210 ???? （ ） 式中： 0pF — 預(yù)加載荷 ； 0? — 傳動(dòng)效率取 。 代入數(shù)據(jù)得： )( )( 20 mNM ????? ???? 所以 快速空載起動(dòng)力矩： ）（起 m4 7 ????? NM 通過以上計(jì)算 得出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于 mN? 。 設(shè)計(jì)結(jié)果 機(jī)械手腕 部采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)功能，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為20BY001。 機(jī)械手大臂的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的大臂需要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，大臂帶動(dòng)小臂、腕部、手部整體旋轉(zhuǎn)，因此大臂的承載能力比較大，設(shè)計(jì)大臂時(shí)，要選用剛度較好的材料以提高剛度，并且自重要輕，承載能力要大，在此選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)功能， 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸上零件的類型、數(shù)量、尺寸以及和軸的連接方法；軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸的加工工藝；軸所受到的載荷大小、方向、性質(zhì)及分布情況等。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列要求：軸上的零件 應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸應(yīng)該具有良好的制造工藝性等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過平鍵與軸連接。 軸上安裝滾動(dòng)軸承， 滾動(dòng)軸承具有功率消耗少，起動(dòng)容易，摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)。初選圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，以徑向載荷為主。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙 [6]，因此可以滿足設(shè)計(jì)要求。 設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 大臂旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算類比于腕部步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 （ 2） 軸的設(shè)計(jì)與校核 估算軸的長度 為 478mm。各軸段的長度根據(jù)軸肩的定位關(guān)系以及軸承的設(shè)計(jì)來確定。 1）確定軸的最小直徑 [7] 30min nPAd ? () 式中：30 ][TA ?? ，初選軸的材料為 45 鋼，查表得 45 鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 aT MP30][ ?? ； P — 軸傳遞的功率，取 KWP ? ； n — 軸的轉(zhuǎn)速，取 )min(2021 rn ? 代入數(shù)據(jù)得： ）（ mmd 3m in ?? 根據(jù)最小軸徑關(guān)系取最小軸徑為 48mm。 2)校核軸的強(qiáng)度 軸的 應(yīng)力為： ? ?W TMWTWMca 2222 24 ??? ???????????????? （ ） 式中： ca? — 軸的計(jì)算應(yīng)力（ MPa ）； M — 軸所受的彎矩（ mmN? ）； T — 軸所受的扭矩（ mmN? ），其中 mmNnpT ???? 0009550 000 W — 軸的抗彎截面系數(shù)（ 3mm ），其中 333 mmddW ??? ? ? — 折合系數(shù)，取 ?? 。 代入數(shù)據(jù)得： )()( 22 MP aW aTMca ???? （ ） 根據(jù)條件，選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表查得 ][ 1?? =60MPa 。因此 ca? ][ 1?? ，故安全。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 （ 3）鍵的選擇與校核 1）鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面，鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇；鍵的主要尺寸為其截面尺寸和長度，查表選擇平鍵截面 1620???hb ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 40mm，鍵的長度選為 20mm。 2）鍵的校核 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為： ][102 3 pp kldT ?? ??? （ ） 式中： T — 傳遞的扭矩； k — 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， hk ? ，此處 h 為鍵的高度； l — 鍵的工作長度； d — 軸的直徑 。 ][p? — 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的需用擠壓應(yīng)力。 代入數(shù)據(jù)得： )( 3 MP ap ???? ???? 經(jīng)查表，許用擠壓應(yīng)力 ][p? 為 120~150MPa。所以 ][ pp ?? ? ，滿足要求。 設(shè)計(jì)結(jié)果 選用 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)功能，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為20BY001， 軸的長度為 478mm， 最小軸徑為 48mm，選用圓錐滾子軸承，平鍵截面1620???hb ，鍵的長度選為 20mm。 機(jī)械手小臂的設(shè)計(jì) 機(jī)械手小臂要實(shí)現(xiàn)的功能是帶動(dòng)腕部和手部實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，同時(shí)要配合大臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。升降關(guān)節(jié)要求傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)精度高， 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪帶動(dòng)同步齒形帶轉(zhuǎn)動(dòng)，同步齒形帶帶動(dòng)滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)絲杠的升降，從而實(shí) 現(xiàn)手部的升降運(yùn)動(dòng)，同步齒形帶具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，它通過傳動(dòng)帶內(nèi)表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應(yīng)齒槽的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)，同步齒形帶傳動(dòng)的帶輪和傳動(dòng)帶之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，能夠保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，它對(duì)中心距及其尺寸穩(wěn)定性要求較高 [8]。 滾珠絲杠具有傳動(dòng)摩擦力矩小、傳動(dòng)效率高、剛性好、工作壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)，滾動(dòng)導(dǎo)軌副精度高，潤滑方便，摩擦系數(shù)小，使用壽命長。通過分析發(fā)現(xiàn)，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)腕部和手部的升降運(yùn)動(dòng)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 1) 計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF ，選擇圓導(dǎo)軌。 zxzxm dMfFdMfFfF 22)( ????? （ ） 式中： xF — 切削力； f — 滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ，在此取 ； M — 主軸上的扭矩； zd — 主軸直徑。 代入數(shù)據(jù)得： )( NF m ????? 2）計(jì)算最大動(dòng)載荷 mwFfLC 3? （ ） 式中： L — 工作壽命，以 106轉(zhuǎn)為一單位，61060 TnL ???， n — 絲杠轉(zhuǎn)速， )min(254 0 rL vn s ???? ， T為使用壽命，在此取 T=15000h，則 150002560 6 ????L ； wf — 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，在此取 ； 代入數(shù)據(jù)得： )( 4 0 NC ???? 3）滾珠絲杠螺母副的選型 查閱表，可采用 W1L2021外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1列 ，其額定動(dòng)載荷為 610N，精度等級(jí)選為 3級(jí)。 4）傳動(dòng)效率計(jì)算： )tan(tan ?? ?? ?? （ ） 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 式中： ? — 絲杠螺旋長升角，查表知為 39。393? ； ? — 摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) ~?f ，其摩擦角約等于 39。10 。 代入數(shù)據(jù)得： )1039。393t a n( 39。393tan 39。 ??? ? ?? 5）穩(wěn)定性校核： 滾珠絲杠兩端圓錐滾子軸承，既可以承受軸向力，又可以承受徑向力，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要做穩(wěn)定性校核。 （ 2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 1）滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ldJ s ???? ? （ ） 式中： l — 長度（ m），取為 ； d — 直徑（ m），取為 。 代入數(shù)據(jù)得： )(100 . 2643 mkgJ s ??????? ? 2)運(yùn)動(dòng)部件向滾珠絲杠折算的慣量 2)2( ?PMJl ?? () 式中： M — 質(zhì)量（ kg），運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量取 40kg； P — 絲杠螺距（ m），取 。 代入數(shù)據(jù)得： ）（ 252 ) (40 mkgJ l ?????? ? 3）折算到電機(jī)軸上的總慣量 )( 26 mkgJJJ ls ????? ?? （ ） 4） 快速空載起動(dòng)力矩 0fa m a x MMMM ???起 （ ） 加速力矩 maxaM ： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 aa tnJM 602 ma xma x ?? ? ? （ ） 式中： at — 加速時(shí)間，取 sta ? ； ?J — 折算到電機(jī)軸上的總慣量，約為 mkg ?? ? 代入數(shù)據(jù)得： )( 6m a x mNM a ??? ????? ? 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 fM ： ilFMf ??2 00? （ ） 式中： fGF?0 ， f 為摩擦系數(shù)取 ： 0L — 長度，取 ； ?— 總效率，取 ? =； i — 齒輪降速比，無齒輪降速， i =1。 代入數(shù)據(jù)得： )( mNM f ????? ???? 附加摩擦力矩 0M ： iLFM p ?? ?2 )1(2021