機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)精度研究-機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-20 15:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用于連接驅(qū)動(dòng)臂GB與擺臂CD，降低連接點(diǎn)B點(diǎn)處的應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和使用壽命，驅(qū)動(dòng)臂連接夾板輪廓圖如圖53所示。 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一冊(cè)P3355 ，選用7A04型鋁合金型材 工程厚度8mm ，質(zhì)量 圖53 連接夾板輪廓圖 配重質(zhì)量的確定 為了降低功耗，提高效率，決定在擺臂的末端設(shè)計(jì)配重，設(shè)計(jì)原則是使得機(jī)械臂在空載時(shí)，擺臂處于平衡狀態(tài)，受力圖如圖54： 圖54 擺臂CD受力分析圖 所以為保證前端略重，去安全系數(shù)k=所以配重材料選取鑄鐵，灰扎圓鋼，d=55mm 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一冊(cè) P3127 擺臂設(shè)計(jì)及校核 由前述可知，當(dāng)擺臂處于最低點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，并且提升工件時(shí)，結(jié)構(gòu)處于最危險(xiǎn)狀態(tài)，所以對(duì)此狀態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)所處狀態(tài)如前圖27所示。 材料確定 擺臂采用HF83030型鋁材 強(qiáng)度校核 帶入數(shù)據(jù)求得 作出結(jié)構(gòu)剪力圖與彎矩圖，如圖55所示。 圖55 剪力圖與彎矩圖由圖54剪力圖與彎矩圖可知，A點(diǎn)彎矩最大，為最危險(xiǎn)截面 所以取安全系數(shù)K=10則所以，強(qiáng)度滿足要求。 驅(qū)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 驅(qū)動(dòng)臂采用HF83030型鋁材由前求可知，驅(qū)動(dòng)臂GB最大應(yīng)力型材截面積HF83030可由下述公式近似算出：所以 所以滿足要求 支撐臂設(shè)計(jì) 支撐臂主要受壓，采用HF83060型鋁材，來(lái)提高支撐臂的強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)使用壽命 機(jī)械手質(zhì)量計(jì)算查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取公稱(chēng)厚度為10mm鋁合金板材， 支撐臂所需型材長(zhǎng)度 L=400+550+30+30+40=1050mm 支撐臂橫向連接型材長(zhǎng)度 L2=200302=140mm 所以總質(zhì)量 材料為HF83060 驅(qū)動(dòng)臂BG質(zhì)量 擺臂所需型材長(zhǎng)度 擺臂質(zhì)量 、電磁鐵及夾板質(zhì)量 電機(jī)、齒輪齒條、底座等質(zhì)量機(jī)械手工作時(shí)總質(zhì)量 手臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算，為接下來(lái)底座旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇做好準(zhǔn)備。由大學(xué)物理知識(shí)可知，當(dāng)機(jī)械手臂處于最高點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，所以取擺臂處于最高狀態(tài)時(shí)進(jìn)行分析：對(duì)于擺臂CD的AC部分 對(duì)于驅(qū)動(dòng)臂BG： 對(duì)于擺臂CD的AD部分：對(duì)于配重當(dāng)提升重物時(shí)，在c點(diǎn)處總質(zhì)量 對(duì)于B點(diǎn)處連接夾板、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械臂上下料時(shí)齒條的行程：L=274㎜ 齒條受到的最大軸向力：F= 機(jī)械手臂抬升和下降的時(shí)間：t=3s 選擇齒輪齒條傳遞動(dòng)力的原因：一方面齒輪傳動(dòng)比較容易做成模塊化的機(jī)構(gòu)，另一方面可以縮小機(jī)械體積便于模塊化的裝卸、檢修。確定齒輪齒條的疲勞極限應(yīng)力參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇齒輪齒條的材料為齒輪：38SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度320340HBS齒條：35SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度280300HBS，按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值，查得σ=790N/㎜ σ=760N/㎜；σ=640N/㎜ σ=600N/㎜起升系統(tǒng)的最大功率P=FV F= =㎜/s計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)k，包括使用系數(shù)k；動(dòng)載荷系數(shù)k；齒間載荷分配系數(shù)k；及齒向載荷分配系數(shù)k； 即：K=kkkk1）使用系數(shù)考慮齒輪嚙合是外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)，該齒輪傳動(dòng)的載荷狀態(tài)為輕微沖擊。2）動(dòng)載荷系數(shù)齒輪傳動(dòng)不可避免地會(huì)有制造及裝配誤差，輪齒變載后還需要產(chǎn)生彈性變形，由于嚙合齒對(duì)剛度的變化，也要引起動(dòng)載荷。3）齒間載荷分配系數(shù)對(duì)于直齒齒輪，取k=14）齒輪載荷分布系數(shù)計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，考慮齒面上載荷沿接觸線分布不均勻現(xiàn)象，通常以系數(shù) k 來(lái)表征齒面上載荷分布不均勻的程度對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響，取k =綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)k=kkkk=11=，許用應(yīng)力的選擇1）壓力角α的選擇我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 =202）齒數(shù)z的選擇為使齒輪免于根切，應(yīng)取Z≧17，這里取z=203） 齒寬系數(shù) 的選擇取Φ =4）預(yù)計(jì)工作壽命3年，每年300個(gè)工作日，每個(gè)工作日10個(gè)小時(shí)L=330030=9000h5） 齒輪的許用應(yīng)力[σ]=式中：s疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，取S=1 k考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱(chēng)為壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是：N=60njLn為齒輪的轉(zhuǎn)速；j為齒輪每轉(zhuǎn)一周時(shí)，同一齒面嚙合次數(shù)；L為齒輪的工作壽命；n暫取60（單位為r/min）則N=60609000=10 k=[σ]===948MPaσ=640N/㎜；K=1；s=[σ]===當(dāng)齒數(shù)z=20 ＞ 17 時(shí)，齒形系數(shù)Y=，應(yīng)力校正系數(shù)Y=基本參數(shù)選擇完畢齒輪的設(shè)計(jì)公式：m≥ 轉(zhuǎn)矩T= nπmz=v60m≥=根據(jù)模數(shù)的常用值取m=；n=35r/min 通過(guò)上述計(jì)算得m= z=20 所以分度圓直徑d=50㎜ 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式()d≥式中[σ]的單位為MPa, d的單位為mm，其余各符號(hào)的意義和單位同前，由于傳動(dòng)為齒輪齒條傳動(dòng)，傳動(dòng)比近似無(wú)窮大，所以=1 查（）Z=d≥=㎜取兩者的偏大值d=50㎜計(jì)算齒寬b==50=20㎜齒條寬度要比齒輪齒寬要大，取齒條寬b=25㎜齒條的高度，考慮到齒高和裝配要求，取h=15㎜ 最終確定齒輪數(shù)據(jù)： 模數(shù)m=㎜ 齒數(shù)z=20 分度圓直徑d=50㎜ 齒寬b= 20㎜ 齒條寬 b=25㎜ 轉(zhuǎn)速n=35r/min 齒條的高度h=15㎜ 設(shè)計(jì)要求：取傳動(dòng)比為3，輸出軸轉(zhuǎn)速35r/min。設(shè)計(jì)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版 邱宣懷計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果材料選擇正火處理結(jié)構(gòu)鋼硬度小齒輪 硬度350HB 大齒輪 硬度320HB轉(zhuǎn)矩T=9550=9550T=3215Nmm齒寬系數(shù) 值 接觸疲勞強(qiáng)度極限(b)初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力初步計(jì)算小輪直徑d1初步齒寬 b圓周速度v精度等級(jí)9級(jí)齒數(shù)Z模數(shù)m螺旋角β取Z1=21，取mn= mmZ=Z1=20Z2=60使用系數(shù)KA 工作特性取動(dòng)力機(jī)輕微沖擊；工作機(jī)均勻平穩(wěn)KA=動(dòng)載系數(shù)KV 對(duì)于9級(jí)精度齒輪KV=齒間載荷分系數(shù)N/㎜K=齒向載荷分布系數(shù)
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