【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 超過(guò)180176。，完全能夠滿足工作的需要。另外，出于美觀及協(xié)調(diào)考慮，將電機(jī)置于操作臂內(nèi)部，電機(jī)軸線與俯仰的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直，要求傳動(dòng)空間垂直的兩軸間的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以采用蝸輪蝸桿或者是圓錐齒輪傳動(dòng)。雖然蝸輪蝸桿傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)上的自鎖，但其傳動(dòng)效率低而且更容易磨損，因此選擇直齒圓錐齒輪傳動(dòng)方式。圖26 俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 臂部結(jié)構(gòu)手臂部分是機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，它要支撐腕部結(jié)構(gòu)和末端執(zhí)行器，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)，將末端執(zhí)行器送到需要的工作面上的任意一點(diǎn)，另外，臂部還要承擔(dān)調(diào)整末端姿態(tài)的任務(wù)，因此，一般臂部需要有伸縮、左右旋轉(zhuǎn)和升降三個(gè)自由度。對(duì)于洗車機(jī)械操作臂而言，因?yàn)橛幸苿?dòng)平臺(tái)，故左右回轉(zhuǎn)的自由度可以省略，只需要伸縮和升降兩個(gè)關(guān)節(jié)。由于臂部通常受到扭轉(zhuǎn)和彎曲的作用，因此主要要考慮臂部的抗彎和抗扭強(qiáng)度。很顯然，在材料相同，截面積和重量近似的情況下，空心結(jié)構(gòu)的抗彎剛度要大得多，因此采用中空的型材能提高抗彎剛度的同時(shí)也大大減輕了臂的自重。1）伸縮自由度伸縮關(guān)節(jié)的主體結(jié)構(gòu)采用鋁合金方管型材，并且進(jìn)行鏤空去掉部分材料以減輕重量。伸縮關(guān)節(jié)的作用是使操作臂末端能達(dá)到汽車的寬度上每一處，～2米，因此。為了減小收縮時(shí)的尺寸，伸縮機(jī)構(gòu)整體采用兩級(jí)伸縮的結(jié)構(gòu)。其傳動(dòng)方式采用絲杠螺母的螺旋傳動(dòng)方式，絲杠副的運(yùn)動(dòng)方式為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)，兩個(gè)螺母通過(guò)法蘭分別與兩個(gè)伸縮級(jí)相連接，帶動(dòng)伸縮級(jí)運(yùn)動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力由電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)提供。伸縮關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如下圖27所示。圖27 伸縮手臂的結(jié)構(gòu)2）升降自由度豎直方向的升降自由度作用是使洗車刷能夠達(dá)到從車頂部到底部的所有表面，～，底盤高10～20厘米。升降機(jī)構(gòu)主要包括三個(gè)部分：支架，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。支架為四根型材，型材上有孔，將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與支架相連接。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是升降機(jī)構(gòu)中比較重要的結(jié)構(gòu)，若要精度高，最好采用直線導(dǎo)軌，但直線導(dǎo)軌特別是像這樣行程很長(zhǎng)直線導(dǎo)軌的價(jià)格過(guò)于昂貴，同時(shí)也會(huì)增加操作臂的整體重量，因此設(shè)計(jì)了一種精度稍差的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)采用同步齒形帶傳動(dòng)，升降平臺(tái)與同步帶連接，由同步帶帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如下圖28所示。圖28 升降機(jī)構(gòu)（注：圖中同步帶，電機(jī)及升降平臺(tái)未表示）本次設(shè)計(jì)的洗車操作臂的主要?jiǎng)幼骷跋鄳?yīng)的結(jié)構(gòu)即為上述四個(gè)，操作臂的整體效果圖如圖29所示。圖29 整體效果圖3 零部件材料選擇與計(jì)算 零件設(shè)計(jì)的一般要求機(jī)械零件是組成機(jī)器的最小也是最基本的單元，所有機(jī)器最終都是通過(guò)一個(gè)一個(gè)零件設(shè)計(jì)組裝而成的。每一個(gè)零件的設(shè)計(jì)都可能影響機(jī)器的使用或者性能、成本等，因此設(shè)計(jì)零件時(shí)首先要滿足機(jī)器的使用功能要求，在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)綜合考慮零件生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)器在設(shè)計(jì)完成后都有負(fù)載能力、使用壽命的要求，即在規(guī)定的負(fù)載下在預(yù)期的使用壽命內(nèi)機(jī)器不會(huì)出現(xiàn)各種可能的實(shí)效，這也是要通過(guò)零部件的設(shè)計(jì)保證的，即要求機(jī)器的動(dòng)力源能夠提供足夠的功率、力或者力矩，機(jī)械零件在強(qiáng)度、剛度、耐磨性等方面滿足一定的要求，這樣才能保證機(jī)器工作的可靠性和使用壽命。 機(jī)器的成本同樣也是通過(guò)零部件的設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)，零件的生產(chǎn)制造成本降低必然會(huì)帶來(lái)機(jī)器整體成本的下降，因此在設(shè)計(jì)零部件時(shí)要加工工藝性方面多加考慮，包括選擇合理的材料、合適的毛坯形式，根據(jù)情況選擇制定合適的加工精度、表面粗糙度等，并使零件的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、合理、易于加工裝配。另外，能夠使用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用零件時(shí)一定要使用，提高互換性。 零件材料的選擇 選擇合適的零件材料使設(shè)計(jì)零件時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，不同的材料的強(qiáng)度、加工性能、密度、價(jià)格等都有非常大的差異，要根據(jù)機(jī)器的要求具體選擇，例如對(duì)機(jī)器質(zhì)量有限制時(shí)就應(yīng)該選用密度小的材料。通常機(jī)械零件的材料主要是金屬，包括黑色金屬（鋼材）、有色金屬（銅、鋁等）及其合金，另外，還有部分非金屬材料（工程塑料如尼龍66）等也常用來(lái)加工金屬零件。他們各自有自己的特點(diǎn)，物理性能有很大差別。例如工程塑料和鋼材的密度就可能相差五倍左右。 從材料選擇的使用要求、加工性能和經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量限制等方面考慮，合理選擇機(jī)械臂的零件材料。 操作臂的材料選擇主要有機(jī)械臂的主體部分，包括支架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)等、各關(guān)節(jié)處殼體等尺寸體積較大的零件，各個(gè)關(guān)節(jié)處的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)零件如齒輪系、帶輪等。 1）大尺寸零件：任務(wù)要求設(shè)備的總體質(zhì)量在20Kg以內(nèi)，在強(qiáng)度滿足的情況下應(yīng)該盡量減少質(zhì)量，因此選擇密度小而強(qiáng)度高的鋁合金材料，例如硬鋁合金2A1鍛造鋁合金6066063等。他們都有較高的強(qiáng)度，6061和6063的可加工性能要好于2A12。雖然鋁合金比常用的鋼材價(jià)格要高，但其密度也要小很多。例如支架，在截面面積接近的情況下，根據(jù)ug的分析數(shù)據(jù)顯示，使用型鋼時(shí)每根支撐體的質(zhì)量是12kg左右，這樣操作臂的總質(zhì)量就遠(yuǎn)大于任務(wù)要求。相應(yīng)地，使用鋁合金時(shí)每根支撐柱的質(zhì)量只有4kg左右。因此對(duì)于機(jī)械臂的主體材料，選擇硬鋁合金或者鍛造鋁合金是比較合理的。另外，對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)，因?yàn)橐档椭匦?，使得操作臂行駛時(shí)更穩(wěn)定，應(yīng)選用鑄鐵或鋼板這樣密度大的材料。 2）傳動(dòng)軸：在操作臂中，傳動(dòng)軸是很重要的零件，它們的強(qiáng)度、剛度等性能直接影響操作臂的工作性能。常用傳動(dòng)軸的材料是碳素鋼和合金鋼，碳素鋼價(jià)格低廉，進(jìn)行熱處理后物理性能也較好，應(yīng)用很廣泛。而合金鋼的機(jī)械性能和熱處理性能都更優(yōu)秀，通常傳動(dòng)大動(dòng)力并要求減小尺寸時(shí)采用。洗車機(jī)械操作臂要傳遞的動(dòng)力較小，采用碳素鋼可以滿足設(shè)計(jì)要求，選擇45鋼，并進(jìn)行熱處理。 3）傳動(dòng)件：操作臂中的傳動(dòng)零件主要是齒輪和帶輪。對(duì)于齒輪而言，其設(shè)計(jì)要求是齒面耐磨性及齒芯的韌性。通常采用熱處理的鋼材作為加工材料。齒輪有軟齒面齒輪和硬齒面齒輪之分，前者用于強(qiáng)度、速度精度要求相對(duì)較低的場(chǎng)合，常用材料有45鋼、40Cr等；后者主要用于高速、重載、傳動(dòng)精度高的場(chǎng)合，常用材料為20Cr、20CrMnTi等。兩者的加工精度也有差別，通常軟齒面齒輪8級(jí)精度，而硬齒面齒輪則達(dá)到5到6級(jí)精度。操作臂的齒輪系傳動(dòng)精度、載荷大小及速度要求都不是很高，故選用軟齒面齒輪即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，材料選擇40Gr。而對(duì)于帶輪而言，其對(duì)耐磨性、抗沖擊性等要求都較低，因此常見(jiàn)的金屬包括鋼材、鋁合金、銅等材料都可以用來(lái)加工帶輪。在本設(shè)計(jì)中，同樣采用鋁合金。另外對(duì)于操作臂中的其他一些零件，比如軸承座，端蓋等都采用6061鋁合金，形狀較復(fù)雜不容易機(jī)加工得到的采用鑄造鋁合金。 零部件計(jì)算 腕關(guān)節(jié)計(jì)算 1）電機(jī)功率選擇 洗車刷形狀為圓盤形，預(yù)計(jì)洗車摩擦力20牛，假設(shè)洗車摩擦力均勻分布于刷面上，則單位面積上摩擦力P=。 則刷面的摩擦力矩 （31）=m 洗車刷轉(zhuǎn)速ω取1r/s，則消耗功率P=Mω= 選擇DC60直流減速電機(jī)，轉(zhuǎn)速3200 r/min， kg/cm