【文章內容簡介】 NmF237963?3F由于使用雙氣缸，則一個氣缸提供 185N 的力即可，工廠里一般都有自己的壓縮空氣的裝置，一般壓縮空氣的氣壓為 ，則由壓力公式 F=PS 得 dPaN26)(??解得氣缸的最少直徑為 d==本科生畢業(yè)設計－ 9 － 氣缸選擇根據(jù)《機械設計手冊單行本氣壓傳動》P22204 表 22416 選 10A5 系列氣缸，氣缸實體如圖 35 所示，該氣缸主要零件用鋁合金制造，重量輕。這里具體選用型號為10A5LA50B50，該氣缸為標準型，氣缸直徑為 50mm，行程為 50mm，安裝尺寸符合 ISO國際標準。圖 35 氣缸 絲桿螺母副的計算與選型 需要使用絲桿螺母副的有 z 軸、x 軸和 y 軸，x 軸和 y 軸的絲桿螺母副使用環(huán)境差不多，可以選用同樣的絲桿螺母副，但 z 軸使用情況不一樣，需要單獨計算。 Z 軸滾珠絲杠螺母副的計算與選型（1）最大工作載荷 Fm 的計算 Z 軸滾珠絲桿螺母如圖 36 所示，需要帶動的部分包括機械抓手、z 旋轉軸和絲桿螺母與 z 旋轉軸連接件，估計這部分重量不會超過 800N，所以 Fz=800N，除此之外，并沒有收到其他方向的載荷。本科生畢業(yè)設計－ 10 －圖 36 滾珠絲桿螺母 計算形式可按矩形導軌方式進行，查《系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 329，可以取該絲桿螺母副顛覆力矩影響系數(shù)為 ，同樣可以取滾動導軌上的摩擦因數(shù)為1.=K。求得該工作環(huán)境的最大工作載荷為：=μ N 80 . 度G+Fy zμKx Fm?（2）滾珠絲桿螺母座上最大動載荷 的計算 Q z 軸的進給速度最快可達 ，我們可以初選絲杠導程為 ，則10m/s=v m 5=Ph可以計算出絲杠最快轉速 。我們可以取滾珠絲杠螺母副的30r/inr 5/Phn使用壽命 ，代入計算公式 ，計算出其絲杠壽命系數(shù)150h=T6T1L（單位為：10 6 r）。查書《系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 330，可取我們27L0的載荷系數(shù) ，滾道硬度為 HRC60，則可以取得硬度系數(shù)為 ， =fH桿螺母副的最大動載荷： NFfLmHQ1470530??（3）絲桿螺母副型號的選擇 最大動載荷和初選的絲杠導程根據(jù)上面已經(jīng)計算出來，可查《系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 331，選擇 GD 系列的 40054 型滾珠絲杠副，該絲桿螺母副為濟寧博特精密絲杠制造有限公司所生產，其導程為 Ph=5 mm，公稱直徑為 40 mm，為內循環(huán)固定反向器雙螺母式，循環(huán)滾珠為 4 圈2 列，精度等級可以取 5 級，可查得其額定動載荷為15307N，大于上式所計算出來的 FQ，則滿足要求。（4）所選絲桿螺母副傳動效率 η 的計算 從上可知公稱導程 ，直徑 ，代入公式 ，計5m=Ph40m=d )]/(πarctn[P =λ0h算得絲杠螺旋升角為 。將導軌摩擦角 和絲杠螺旋升角，代入計算公式′172λ′1φ，計算可得其傳動效率為 。φ)+ /tan(λ=η %η（5）滾動絲桿螺母剛度的驗算 1）Z 軸上端采用一對面對面組配的推力角接觸球軸承來固定絲杠上端，下端則采用一對面對面組配推力角接觸球軸承，外加一個推力球軸承，上、下支承的中心距離計算出約為 ；鋼的彈性模量可查得為 ；查書《系統(tǒng)設計課70m=a Mpa ?程設計指導書》表 331，可知該絲桿絲杠底徑 ，直徑 ，據(jù)此36m==d可以計算出絲杠截面積為 。則可以計算出絲杠由工作載荷 作用下而引2109=S F本科生畢業(yè)設計－ 11 －起的拉/壓變形量 ≈]度12905 .17/[80=度ESFma/δ1 2）可以根據(jù)計算公式 ,求得單圈滾珠數(shù) ；滾珠的圈數(shù)列數(shù)3w)Dd π(Z37=Z為 42，則可計算出得滾珠總數(shù)量 。當絲杠預緊時，可計算出軸向預緊力為=∑，由書《系統(tǒng)設計課程設計指導書 》式（327）計算出滾珠與螺紋滾93N=/F mYJ道間的接觸變形量為 。 ≈2? 3）以上算出的 和 可以代入 ，求得絲杠總變形量1 21???總。由書 《系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 327 知,5 =?總?絲杠有效行程在 時，行程偏差可允許達到 65μm，則可見所選絲桿剛度20~足夠。（6）滾珠絲桿螺母副的壓桿穩(wěn)定性校核 失穩(wěn)時的臨界載荷 可根據(jù)《系統(tǒng)設計課程設計指導書 》式（328）計算出來。Fk查《系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 334，應該取其支承系數(shù) ；由絲杠底徑1?kf，則可求得截面慣性矩為 ；當絲桿垂直安裝時，壓m =d m 84295≈6/42dI??桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 應取 ；已知滾動螺母至軸向固定處的距離 ，計算出70a得臨界載荷 ，遠大于工作載荷 ，則所選絲杠不會失穩(wěn)。108N4. ≈?kF0N=mF 綜上所述，所選擇的 GD 系列 40054 型滾珠絲杠副可以滿足使用要求，其實體如圖37 所示。圖 37 滾珠絲杠副本科生畢業(yè)設計－ 12 － x 軸和 y 軸滾珠絲杠螺母副的計算與選型X 軸和 y 軸可以選用同樣規(guī)格的滾珠絲桿螺母副，如圖 38 所示，因為 x 軸所受垂直載荷比 y 大，同樣只需要進行對 x 軸的受力分析即可，計算方式與 z 軸差不多。圖 38 滾珠絲桿螺母副（1）絲桿螺母的最大工作載荷 Fm 的計算 當抓手抓起限定最重的物品碼垛機器人以最大速度運行時，其只受到與工作臺面垂直垂向的載荷 。已知移動部件總重量估計不大于 ，同樣可以與 z150N =Fz 20N=G軸一樣按矩形導軌進行計算，可選 K=，μ=。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： ])+15 (0. +1. [=度Gy +zμ Kx m?（2）滾動絲桿螺母副的最大動載荷 FQ的計算 x 軸工作時的最快進給速度同樣可達到為 v=1000mm/s，絲杠導程同樣可選 Ph=5 mm，則絲杠壽命系數(shù)同樣為 L0=2700（單位為：106 r）。則可求得最大動載荷： 30??（3）型號選擇 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，以及 x 軸的絲桿比較長，主要受到徑向載荷，為了保證其剛度，選擇直徑比較大的絲桿，可以選擇與 z 軸相同的濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產的 GD 系列 20223 型滾珠絲杠副，其額定動載荷為 15307 N，遠遠大于 FQ，滿足要求。 剛度的驗算與壓桿穩(wěn)定性校核與 z 軸的方式一樣，通過計算得出選擇的滾珠絲杠副滿足使用要求。 各軸驅動電機選型 各軸都要求有一定的精度，而且需要電機自鎖，所以電機類型可以選擇為步進電機，本科生畢業(yè)設計－ 13 －各軸所承受的載荷都有些不同，z 旋轉軸沒有起動負載而且轉速很低，z 軸有起動負載而且移動速度快，x 軸和 y 軸沒有起動負載而且移動速度快，則電機的選型要分開計算。 Z 旋轉軸電機的選擇 該電機主要克服機械抓手和紙箱旋轉時的摩擦力矩，如圖 39 所示，而根據(jù)該部分設計的機構知摩擦力矩為軸承的滾動摩擦，數(shù)值較小。抓手和紙箱轉動慣量很大，是電機設計需要考慮的主要對象。圖 39 電機裝配圖 （1）加在電機轉軸上的總轉動慣量 Jz 的 計算 抓手最大質量為 10kg，容許抓取質量為 30kg，其轉動慣量的計算可近似認為 40kg紙箱為 400mm100mm100mm 的長方體，則長方體繞 Z 軸的轉動慣量為： Jz=m(a2+b2)/12 （31） 式中 a=40cm，b=10cm，m=40kg，則 ?！?=Jz可以初選 z 旋轉軸的步進電機型號為 130BYG2502，該電機為兩相混合式，二相四拍驅動時步距角為 ，查《系統(tǒng)設計課程設計指導書》表 45 動慣量為 ，則可計算出加在步進電機轉軸上的總轉動慣量為248kgcm=J =Jz+Jep （2）加在電機轉軸上的等效負載轉矩 Tep 的計算 其最大的等效負載轉矩為快速啟動時電機轉軸所承受的負載，則本科生畢業(yè)設計－ 14 － = （32）eqTmax 在考慮傳動鏈的總效率 η 上，可以計算快速起動時旋轉部件折算到電機轉軸上的最大加速轉矩我： （33）??1602max??ameqtnJT式中 ——對應最快移動速度的電機最高轉速，其單位為 r/min；mn ——步進電機由靜止到加速至最高轉速所需的時間，其單位為 s。at Z 旋轉軸主要是帶動著抓手和紙箱沿電機中心