【文章內(nèi)容簡介】 氣缸驅(qū)動實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，導向裝置由一根立柱導向，防止手臂在直線運動過程中沿運動軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，確保手臂隨機座一起轉(zhuǎn)動。： 手臂結(jié)構(gòu)圖 ，且要滿足行程要求，經(jīng)過查找篩選預選SMC氣缸的CQM系列薄型單桿雙作用氣缸，型號為：CQMB20RC100M9B（缸徑為20mm，行程100mm）。 本設計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。 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。 氣動機械手的手臂在進行伸縮（或升降）時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動或產(chǎn)生變形，以保證手部的正確方向，以增加手臂的剛性，在設計手臂結(jié)構(gòu)時，必須采用適當?shù)膶蜓b置。它根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取。 目前常采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿等，在本機械手設計中采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。 35鋼的密度：。青銅的密度： 通過SolidWorks 2011的質(zhì)量屬性工具計算得到手部結(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） 。手臂升降裝置主要由立柱、導軸上零件導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。手臂機座結(jié)構(gòu)主要由三塊鋁型材8通過螺栓連接而成。實現(xiàn)機械手手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式多種多樣，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機械、連桿機構(gòu)等。在本設計中，手臂回轉(zhuǎn)裝置用齒輪傳動機構(gòu)形式。通過PLC控制伺服電機帶動齒輪外罩4內(nèi)的齒輪，達到手臂回轉(zhuǎn)的功能。 機械手腰部和機座的結(jié)構(gòu)圖 ：升降氣缸預選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還要添加控制部分，故預選負載力為F=30N；查相關(guān)手冊取氣缸工作壓力為p=。由SMC手冊查得負載率η=。因此，氣缸缸徑為：D===經(jīng)圓整并查手冊標準取：D=20（mm） 為便于安裝調(diào)試，對行程要留有適當余量，所示預選氣缸標準行程為H=60mm,預選SMC薄型單桿雙作用氣缸的型號為：CQMB20RC60。 根據(jù)氣缸的運動狀態(tài)是輸出推力還是拉力、負載率η=、氣缸的行程L=60mm和氣缸的動作時間t=,由SMC手冊相應圖可查得氣缸的理論基準速度=220mm/s。 根據(jù)氣缸的運動狀態(tài)是輸出力還是拉力以及負載率，可查得氣缸的最大速度vmax與理論基準速度之比值，從而求得氣缸的最大速度vmax。查得：α = vmax=v0α=220=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，若氣缸的負載質(zhì)量M和最大速度的交點在預選氣缸缸徑的緩沖特性曲線之下，則表示負載運動的動能MV2max小于氣缸的允許吸收的最大能量，即該預選缸徑的緩沖能力滿足要求。本設計所選的伸縮氣缸負載質(zhì)量較小，從手冊圖中查可知所選擇的缸徑的緩沖能力能滿足要求。 在設計中，臂部的運動較多，如果運動速度和負載較大，當運動狀態(tài)變化時，將產(chǎn)生沖擊和振動。這不僅會影響機械手的精確定位，甚至會使其不能正常運轉(zhuǎn)。為了提高平穩(wěn)性，在設計時應采取有效的緩沖裝置吸收能量。因此從減少能量產(chǎn)生的角度來看，要注意以下兩點：（1）機身和臂部運動部件要緊湊，質(zhì)量輕，以減少慣性力。本設計中臂部采用鋁合金制作。（2）應考慮重心的位置，即運動部件各部分的質(zhì)量對轉(zhuǎn)軸或支承的分布情況。在設計中如果重心和轉(zhuǎn)軸不重合，將增大轉(zhuǎn)動慣量，當轉(zhuǎn)速過高，將會有較大的沖擊和振動。 常見機械手臂桿的平衡技術(shù)有四種：質(zhì)量平衡法、彈簧平衡法、氣動或液壓平衡法和采用平衡電動機。本設計采用質(zhì)量平衡法來達到要求，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上，必要時甚至采用在適當位置配置平衡質(zhì)量的方法，使臂桿的重心落在支點上?？紤]到氣動機械手的性能要求，本設計初步確定以下兩個傳動方案：錐齒輪傳動和蝸桿傳動，下面將對兩種方案進行比較以便確定個合理的傳動方案。 它的主要優(yōu)點有： （1）因為結(jié)構(gòu)比交錯軸斜齒輪機構(gòu)緊湊，所以可實現(xiàn)空間交錯軸間的很大傳動比。 （2）蝸桿傳動接觸方式不同于其它類型傳動，為線接觸，噪音小，傳動平穩(wěn)； （3）當蝸桿導程角g 很小時，傳動具有自鎖性，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而蝸輪不能帶動蝸桿，故它常用于起重或其它需要自鎖的場合。 它的缺點： （1）蝸桿傳動的一般效率η=～，機械效率較低，具有自鎖性的蝸桿傳動的效率η≤。 （2） 蝸桿傳動齒面的螺旋線方向滑動速度很大，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）對制造和安裝誤差很敏感，安裝時對中心距的尺寸精度要求較高。 它的主要優(yōu)點有： （1）瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力。 （2）適用的功率和速度范圍廣。 （3）傳動效率高，η=～。在機械傳動中，齒輪傳動的效率較高。 （4）工作可靠，使用壽命長。 （5）外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。它的主要缺點是：制造和安裝精度要求較高，需專門設備制造，成本較高，不宜用于較遠距離兩軸之間的傳動。 錐齒輪傳動傳動方案除滿足氣動機械手功能、動作上要求外，還需滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率高、工藝性好和使用維護便利等要求。分析以上兩方案的優(yōu)缺點后，確定采用錐齒輪傳動方案會更加的合理，所以本設計采用錐齒輪傳動。 電動機的選擇有兩種類型：步進電機和伺服電機。下面將通過分析比較確定選用哪種類型的電機： 。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，而伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 。步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速時會急劇下降，而伺服電機為恒力矩輸出。 。步進電機一般不具有過載能力，伺服電機具有較強的過載能力。 。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更可靠。綜合以上四點所述，而且采用的是PLC控制系統(tǒng)，所以確定采用伺服電機。使用直流電源的電動機稱為直流電動機，它與交流電動機相比，具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍寬、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。所以考慮到以上因素和本系統(tǒng)的運動要求，預選本設計的電動機為直流有刷伺服電機，型號：2224A024SR。已知工作條件：輸入功率P=Pmaxηmax=81%= 小錐齒輪轉(zhuǎn)速n1=11r/min 大錐齒輪實際轉(zhuǎn)速n2= 所以，傳動比i===，初定傳動比i= 驗證傳動比：由以上數(shù)據(jù)得：傳動比誤差ε==2%傳動比誤差ε=2%控制在177。（3%5%）內(nèi)，因此傳動比i= 、熱處理方法、精度等級 考慮到該傳動的功率較小，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；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級精度。 ，故應按齒面接觸疲勞強度設計，并按齒根彎曲強度進行較核。由設計計算公式進行計算：計算公式均摘自《機械設計手冊第三卷第14篇》項目設計內(nèi)容結(jié)果、Z2及齒寬、系數(shù)φR 取小錐齒輪齒數(shù)Z1=15，大錐齒輪齒數(shù)Z2=iZ1=15=，取大錐齒輪齒數(shù)Z2=23，齒寬系數(shù)不宜取得過大，否則將引起小端齒項過薄，齒根圓角半徑過小，故取齒寬系數(shù) φR=Z1=15Z2=23φR=d1t≥試選KT=KT=Td=查表得：ZE=Td=ZE= σHLimσHLim2按齒面硬度查圖得：σHLim1=600MPaσHLim2=560MPaσHLim1=600MPaσHLim2=560MPaN1=60n1jLh=60111103008=107N2==107N1=107N2=107KHNKHN2查圖得:KHN1=，KHN2=KHN1=KHN2=取安全系數(shù)SH=1[σH1]==600KPa[σH2]==560MPaSH=1