【文章內(nèi)容簡介】 超過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，將電機置于操作臂內(nèi)部，電機軸線與俯仰的轉(zhuǎn)動軸垂直，要求傳動空間垂直的兩軸間的轉(zhuǎn)動，可以采用蝸輪蝸桿或者是圓錐齒輪傳動。雖然蝸輪蝸桿傳動能夠?qū)崿F(xiàn)機構(gòu)上的自鎖，但其傳動效率低而且更容易磨損，因此選擇直齒圓錐齒輪傳動方式。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，并帶動它們做空間運動，將末端執(zhí)行器送到需要的工作面上的任意一點，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)和升降三個自由度。對于洗車機械操作臂而言，因為有移動平臺，故左右回轉(zhuǎn)的自由度可以省略，只需要伸縮和升降兩個關(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到汽車的寬度上每一處，～2米，因此。為了減小收縮時的尺寸，伸縮機構(gòu)整體采用兩級伸縮的結(jié)構(gòu)。其傳動方式采用絲杠螺母的螺旋傳動方式，絲杠副的運動方式為絲杠轉(zhuǎn)動螺母移動，兩個螺母通過法蘭分別與兩個伸縮級相連接，帶動伸縮級運動。絲杠轉(zhuǎn)動的動力由電機通過帶傳動提供。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到從車頂部到底部的所有表面，～，底盤高10～20厘米。升降機構(gòu)主要包括三個部分：支架，導(dǎo)向機構(gòu)和傳動機構(gòu)。支架為四根型材，型材上有孔，將導(dǎo)向機構(gòu)與支架相連接。導(dǎo)向機構(gòu)是升降機構(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直線導(dǎo)軌的價格過于昂貴，同時也會增加操作臂的整體重量，因此設(shè)計了一種精度稍差的導(dǎo)向機構(gòu)。升降機構(gòu)的傳動采用同步齒形帶傳動，升降平臺與同步帶連接，由同步帶帶動工作臺實現(xiàn)升降動作。導(dǎo)向機構(gòu)和升降機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如下圖28所示。圖28 升降機構(gòu)（注：圖中同步帶，電機及升降平臺未表示）本次設(shè)計的洗車操作臂的主要動作及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)即為上述四個，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算 零件設(shè)計的一般要求機械零件是組成機器的最小也是最基本的單元，所有機器最終都是通過一個一個零件設(shè)計組裝而成的。每一個零件的設(shè)計都可能影響機器的使用或者性能、成本等，因此設(shè)計零件時首先要滿足機器的使用功能要求，在實現(xiàn)功能的同時綜合考慮零件生產(chǎn)加工的經(jīng)濟性。 機器在設(shè)計完成后都有負載能力、使用壽命的要求，即在規(guī)定的負載下在預(yù)期的使用壽命內(nèi)機器不會出現(xiàn)各種可能的實效，這也是要通過零部件的設(shè)計保證的，即要求機器的動力源能夠提供足夠的功率、力或者力矩，機械零件在強度、剛度、耐磨性等方面滿足一定的要求，這樣才能保證機器工作的可靠性和使用壽命。 機器的成本同樣也是通過零部件的設(shè)計來體現(xiàn)，零件的生產(chǎn)制造成本降低必然會帶來機器整體成本的下降，因此在設(shè)計零部件時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)盡量簡單、合理、易于加工裝配。另外，能夠使用標準化、系列化和通用零件時一定要使用，提高互換性。 零件材料的選擇 選擇合適的零件材料使設(shè)計零件時首先要考慮的問題，不同的材料的強度、加工性能、密度、價格等都有非常大的差異，要根據(jù)機器的要求具體選擇，例如對機器質(zhì)量有限制時就應(yīng)該選用密度小的材料。通常機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）等也常用來加工金屬零件。他們各自有自己的特點，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)濟性、質(zhì)量限制等方面考慮，合理選擇機械臂的零件材料。 操作臂的材料選擇主要有機械臂的主體部分，包括支架、導(dǎo)向機構(gòu)、伸縮機構(gòu)等、各關(guān)節(jié)處殼體等尺寸體積較大的零件，各個關(guān)節(jié)處的傳動軸，傳動零件如齒輪系、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)量就遠大于任務(wù)要求。相應(yīng)地，使用鋁合金時每根支撐柱的質(zhì)量只有4kg左右。因此對于機械臂的主體材料，選擇硬鋁合金或者鍛造鋁合金是比較合理的。另外，對于可移動平臺，因為要降低重心，使得操作臂行駛時更穩(wěn)定，應(yīng)選用鑄鐵或鋼板這樣密度大的材料。 2）傳動軸：在操作臂中，傳動軸是很重要的零件，它們的強度、剛度等性能直接影響操作臂的工作性能。常用傳動軸的材料是碳素鋼和合金鋼，碳素鋼價格低廉，進行熱處理后物理性能也較好，應(yīng)用很廣泛。而合金鋼的機械性能和熱處理性能都更優(yōu)秀，通常傳動大動力并要求減小尺寸時采用。洗車機械操作臂要傳遞的動力較小，采用碳素鋼可以滿足設(shè)計要求，選擇45鋼，并進行熱處理。 3）傳動件：操作臂中的傳動零件主要是齒輪和帶輪。對于齒輪而言，其設(shè)計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，前者用于強度、速度精度要求相對較低的場合，常用材料有45鋼、40Cr等；后者主要用于高速、重載、傳動精度高的場合，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級精度，而硬齒面齒輪則達到5到6級精度。操作臂的齒輪系傳動精度、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到設(shè)計要求，材料選擇40Gr。而對于帶輪而言，其對耐磨性、抗沖擊性等要求都較低，因此常見的金屬包括鋼材、鋁合金、銅等材料都可以用來加工帶輪。在本設(shè)計中，同樣采用鋁合金。另外對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)雜不容易機加工得到的采用鑄造鋁合金。 零部件計算 腕關(guān)節(jié)計算 1）電機功率選擇 洗車刷形狀為圓盤形，預(yù)計洗車摩擦力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，轉(zhuǎn)速3200 r/min， kg/cm