【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 同時(shí)要采用一定形式的緩沖措施。 、靈活、平穩(wěn)，定位精度高。 本設(shè)計(jì)中，手臂的上下運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，導(dǎo)向裝置由一根立柱導(dǎo)向，防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。手臂的結(jié)構(gòu)圖如圖 ： 圖 手臂結(jié)構(gòu)圖 伸縮氣缸的選用 ，且要滿足行程要求，經(jīng)過(guò)查找篩選預(yù)選 SMC氣缸的 CQM系列薄型單桿雙作用氣缸，型號(hào)為： CQMB20RC100M9B（缸徑為 20mm，行程 100mm）。 本設(shè)計(jì)所選伸縮氣缸符合體積小、重量輕、薄、安裝空間小、安裝方便等特點(diǎn)。 三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 本薄型單桿雙作用伸縮氣缸只需基本型安裝即可滿足要求。 導(dǎo)向裝置 氣動(dòng)機(jī)械手的手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）時(shí)，為了防止手 臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，以保證手部的正確方向，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取。 目前常采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手設(shè)計(jì)中采用單導(dǎo)向桿來(lái)增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 手臂和手部的總質(zhì)量 35 鋼的密度： !未找到引用源。 。青銅的密度： !未找到引用源。 通過(guò) SolidWorks 2022 的質(zhì)量屬性工具計(jì)算得到手部結(jié)構(gòu)和臂部結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為： M=M手 +M鋁 +M缸 +M閥 +M薄片 +M其他 =+++++=（ g） 機(jī)械手腰部和機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 機(jī)械手腰部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。手臂升降裝置主要由立柱、導(dǎo)軸上零件 導(dǎo)軸下零件 升降氣缸 塊零件 定位套 3和轉(zhuǎn)柱 7等組成，塊零件和轉(zhuǎn)柱通過(guò)螺母連接，即轉(zhuǎn)柱定制為螺紋柱，安裝方便，節(jié)約成本。手臂機(jī)座結(jié)構(gòu)主要由三塊鋁型材 8通過(guò)螺栓連接而成。 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式多種 多樣，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)械、連桿機(jī)構(gòu)等。在本設(shè)計(jì)中，手臂回轉(zhuǎn)裝置用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式。通過(guò) PLC控制伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪外罩 4內(nèi)的齒輪，達(dá)到手臂回轉(zhuǎn)的功能。 三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 機(jī)械手腰部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械手升降氣缸的選用 ：升降氣缸預(yù)選 SMC 氣缸的薄型氣缸。手臂結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為 M=，考慮到在臂部安裝時(shí)還要添加控制部分，故預(yù)選負(fù)載力為 F=30N；查相關(guān)手冊(cè)取氣缸工作壓力為 p=。由 SMC手冊(cè)查得負(fù)載率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 因此， 氣缸缸徑為： D=ηΠPF4= 304 6 ??? ?η= 經(jīng)圓整并查手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)?。?D=20（ mm） 為便于安裝調(diào)試，對(duì)行程要留有適當(dāng)余量，所示預(yù)選氣缸標(biāo)準(zhǔn)行程為 H=60mm,預(yù)選 SMC薄型單桿雙作用氣缸的型號(hào)為： CQMB20RC60。 根據(jù)氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是輸出推力還是拉力、負(fù)載率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、氣缸的行程 L=60mm和氣缸的動(dòng)作時(shí)間 t=,由 SMC手冊(cè)相應(yīng)圖可查得氣缸 的理論基準(zhǔn)速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =220mm/s。 三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 根據(jù)氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是輸出力還是拉力以及負(fù)載率，可查得氣缸的最大速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 max 與理論基準(zhǔn)速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 之比 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 值，從而求得氣缸的最大速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 查得： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 α = vmax=v0179。α =220179。 =198mm/s 最后根據(jù) 各系列緩沖氣缸的緩沖特性曲線和氣緩沖氣缸的緩沖特性曲線，若氣缸的負(fù)載質(zhì)量 M 和最大速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的交點(diǎn)在預(yù)選氣缸缸徑的緩沖特性曲線之下，則表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能 21 MV2max 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 小于氣缸的允許吸收的最大能量，即該預(yù)選缸徑的緩沖能力滿足要求。本設(shè)計(jì)所選的伸縮氣缸負(fù)載質(zhì)量較小，從手冊(cè)圖中查可知所選擇的缸徑的緩沖能力能滿足要求。 機(jī)械手的平穩(wěn)性 和臂桿平衡方法 在設(shè)計(jì)中，臂部的運(yùn)動(dòng)較多，如果運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載較大，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，將產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。這不僅會(huì)影響機(jī)械手的精確定位，甚至?xí)蛊洳荒苷＿\(yùn)轉(zhuǎn)。為了提高平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取有效的緩沖裝置吸收能量。因此從減少能量產(chǎn)生的角度來(lái)看，要注意以下兩點(diǎn)： （ 1）機(jī)身和臂部運(yùn)動(dòng)部件要緊湊，質(zhì)量輕，以減少慣性力。本設(shè)計(jì)中臂部采用鋁合金制作。 （ 2）應(yīng)考慮重心的位置，即運(yùn)動(dòng)部件各部分的質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)軸或支承的分布情況。在設(shè)計(jì)中如果重心和轉(zhuǎn)軸不重合，將增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高，將會(huì)有 較大的沖擊和振動(dòng)。 常見(jiàn)機(jī)械手臂桿的平衡技術(shù)有四種：質(zhì)量平衡法、彈簧平衡法、氣動(dòng)或液壓平衡法和采用平衡電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)采用質(zhì)量平衡法來(lái)達(dá)到要求，臂桿質(zhì)量平衡的原理是合理地分布臂桿質(zhì)量，使臂桿重心盡可能落在支點(diǎn)上，必要時(shí)甚至采用在適當(dāng)位置配置平衡質(zhì)量的方法，使臂桿的重心落在支點(diǎn)上。 機(jī)座傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 確定傳動(dòng)方案 考慮到氣動(dòng)機(jī)械手的性能要求，本設(shè)計(jì)初步確定以下兩個(gè)傳動(dòng)方案：錐齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)，下面將對(duì)兩種方案進(jìn)行比較以便確定個(gè)合理的傳動(dòng)方案。 它的主要優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊，所以可實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)軸間的很大傳動(dòng)三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 比。 （ 2）蝸桿傳動(dòng)接觸方式不同于其它類型傳動(dòng)，為線接觸，噪音小，傳動(dòng)平穩(wěn)； （ 3）當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角 g 很小時(shí)，傳動(dòng)具有自鎖性，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿，故它常用于起重或其它需要自鎖的場(chǎng)合。 它的缺點(diǎn)： （ 1）蝸桿傳動(dòng)的一般效率η =～ ，機(jī)械效率較低，具有自鎖性的蝸桿傳動(dòng)的效率η≤ 。 （ 2） 蝸桿傳動(dòng)齒面的螺旋線方向滑動(dòng)速度很大，因 此容易引起磨損和發(fā)熱，故摩擦損失大，效率低，而且為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸輪一般使用貴重的減摩材料制造，成本高。 （ 3）對(duì)制造和安裝誤差很敏感，安裝時(shí)對(duì)中心距的尺寸精度要求較高。 它的主要優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 （ 2）適用的功率和速度范圍廣。 （ 3）傳動(dòng)效率高，η =～ 。在機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率較高。 （ 4）工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。 （ 5）外廓尺寸小 ，結(jié)構(gòu)緊湊。 它的主要缺點(diǎn)是：制造和安裝精度要求較高，需專門設(shè)備制造，成本較高，不 宜用于較遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。 圖 三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 錐齒輪傳動(dòng) 傳動(dòng)方案除滿足氣動(dòng)機(jī)械手功能、動(dòng)作上要求外，還需滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊 湊、傳動(dòng)效率高、工藝性好和使用維護(hù)便利等要求。分析以上兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)后，確定采用錐齒輪傳動(dòng)方案會(huì)更加的合理，所以本設(shè)計(jì)采用錐齒輪傳動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)的選用 電動(dòng)機(jī)的選擇有兩種類型：步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。下面將通過(guò)分析比較確定選用哪種類型的電機(jī)： 。步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，而伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。 。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速時(shí)會(huì)急劇下降，而伺服電機(jī)為恒力矩輸出。 。步進(jìn) 電機(jī)一般不具有過(guò)載能力，伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。 。步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更可靠。 綜合以上四點(diǎn)所述，而且采用的是 PLC控制系統(tǒng)，所以確定采用伺服電機(jī)。 使用直流電源的電動(dòng)機(jī)稱為直流電動(dòng)機(jī)，它與交流電動(dòng)機(jī)相比，具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。所以考慮到以上因素和本系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求，預(yù)選本設(shè)計(jì)的 電動(dòng)機(jī)為直流有刷伺服電機(jī)，型號(hào)： 2224A024SR。 錐齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知工作條件：輸入功率 P=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Pmaxη max=179。 81%= 小錐齒輪轉(zhuǎn)速 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 n1=11r/min 三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 大錐齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)速 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 n2= 所以，傳動(dòng)比 i=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = =，初 定傳動(dòng)比 i= 驗(yàn)證傳動(dòng)比： 由以上數(shù)據(jù)得：傳動(dòng)比誤差 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ε = ? =2% 傳動(dòng)比誤差ε =2%錯(cuò)誤 !未找到引用源。 控制在177。（ 3%5%）內(nèi)，因此傳動(dòng)比 i= 、熱處理方法、精度等級(jí) 考慮到該傳動(dòng)的功率較小，故大、小錐齒輪都選用 45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度分別為 220HBS、 260HBS，屬軟齒面閉式傳動(dòng)；錐齒輪的載荷平穩(wěn)，而且轉(zhuǎn)速較低，根據(jù)工作條 件，定為 7級(jí)精度。 ，故應(yīng)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行較核。 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：計(jì)算公式均摘自《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷第 14篇》 項(xiàng)目 設(shè)計(jì)內(nèi)容 結(jié)果 Z Z2及齒寬、系數(shù)φ R 取小錐齒輪齒數(shù) Z1=15，大錐齒輪齒數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2=i錯(cuò)誤 !未找到引用源。 1=錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 ，取大錐齒輪齒數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2=23，齒寬系數(shù)不宜取得過(guò)大，否則將引起小端齒項(xiàng)過(guò)薄，齒根圓角半徑過(guò)小，故取齒寬 系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 φ R= 41 Z1=15 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 2=23 φ R= 41 KT d1t≥ 3 212 )()( URRHE KTZ ??? ? 試選 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = 傳遞的轉(zhuǎn)矩Td 數(shù)ZE Td= 查表得： ZE= !未找到引用源。 Td= ZE= 接觸疲勞強(qiáng)度極限 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ? HLim? HLim2 按齒面硬度查圖得： ? HLim1=600MPa ? HLim2=560MPa ? HLim1=600MPa ? HLim2=560MPa 三江學(xué)院 2022屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 次數(shù) N1=60n1jLh=60179。 11179。 1179。 10179。 300179。 8=179。 107 N2= iN1 =179。 107 N1=179。 107 N2=179。 107 壽命系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 查圖得 :KHN1=， KHN2= KHN1= KHN2= 接觸應(yīng)力 取安全系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 SH=1 [? H1]=HHLimHNSK 11? =179。 600KPa [?