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正文內(nèi)容

移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-07-27 08:03 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 D570D570D638D638D638D790D790D695D732D256D256D785D1044D189440M9460M801412M903M7940表注: 1. 吸水率*(23℃,50%RH平衡) ,整個(gè)零件的強(qiáng)度和剛度是非常大的。從每個(gè)件的受力來看,材料聚甲醛的各個(gè)力學(xué)性能完全滿足本文的設(shè)計(jì)要求。由于聚甲醛的耐摩擦性好,而機(jī)器人移動(dòng)速度慢,從摩擦的角度來說,聚甲醛也是理想的支撐件材料。聚甲醛與其他塑料相比,具有自潤滑性及低摩擦系數(shù)、低磨耗等特點(diǎn)。其動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)相近,粘接較困難。: 與硬鋁進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果動(dòng)摩擦系數(shù) 1(P1:)(v1:25cm/s)比因耗/(N.m)臨界Pv值122kPa. m/s本章介紹手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及傳動(dòng)方式的選擇的比較,手指的設(shè)計(jì)方案的比較,電機(jī)的計(jì)算與型號(hào)選擇。移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂各零部件所要求的強(qiáng)度、剛度等都不同,應(yīng)該選用不同的材料來制造加工。所以本章就依據(jù)機(jī)器人在工作過程中各零部件不同受力情況,以及機(jī)械設(shè)計(jì)的要求選用了不同的材料來制造零件,并對(duì)零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核,使其達(dá)到工作要求。4 臂部結(jié)構(gòu) 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求手臂部件是機(jī)械手的主要部件。它的作用是支承手部,并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的:把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)抓取物體,則移動(dòng)臂部自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此,一般來說臂部設(shè)計(jì)基本要求: (1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕臂部通常即受彎曲(而且不僅是一個(gè)方向的彎曲),也受扭轉(zhuǎn),應(yīng)選用彎和抗扭剛度較高的截面形狀。很明顯,在截面積和單位重量基本相同的情況下,鋼管、工字鋼和槽鋼的慣性矩要比圓鋼大得多。所以,機(jī)械手常采用無縫鋼管作為導(dǎo)向桿,用工字鋼()或槽鋼作為支撐鋼,這樣既提高了手臂的剛度,又大大減輕了手臂的自重,而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置以及管道,這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊。(2)臂部運(yùn)動(dòng)速度要高,慣性要小在一般情況下,手臂的移動(dòng)要求勻速運(yùn)動(dòng),但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間,運(yùn)動(dòng)是變化的,為了減少?zèng)_擊,要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前減速度不能太大,否則引起沖擊和振動(dòng)。 為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,應(yīng)采取以下措施: (a) 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量,采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 (b) 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸 (c) 減少回轉(zhuǎn)半徑 (d) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置(3)手臂動(dòng)作應(yīng)靈活。為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力,盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。(4)位置精度要高。一般來說,直角和圓柱坐標(biāo)系機(jī)械手位置精度高。關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制,故精度差。在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測機(jī)構(gòu),能較好的控制位置精度。本文采用鋁合金材料設(shè)計(jì)成薄壁件,一方面保證機(jī)械臂的剛度,另一方面可減小機(jī)械臂的重量,減小基座關(guān)節(jié)電機(jī)的載荷,并且提高了機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計(jì)。最小壁厚:每種鑄造合金都有其適宜的壁厚,不同鑄造合金所能澆注出鑄件的“最小壁厚”也不相同,主要取決于合金的種類和鑄件的大小,:鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 銅合金 <200200 200200~500500 >500500 5~8 10~12 15~20 3~5 4~10 10~15 4~6 8~12 12~20 3~5 6~8 — 3~ 4~6 — 3~5 6~8 — 砂型鑄造鑄件最小壁厚計(jì)(mm)以上介紹的只是砂型鑄造鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),在特種鑄造方法中,應(yīng)根據(jù)每種不同的鑄造方法及其特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文機(jī)械臂殼體采用鑄造鋁合金。具體尺寸見總裝配圖。 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 臂部結(jié)構(gòu) 大臂部工字鋼結(jié)構(gòu)圖: 小臂部工字鋼結(jié)構(gòu)圖: 肘關(guān)節(jié)三維爆炸圖: 肘關(guān)節(jié)三維零件圖: 肘關(guān)節(jié)剖視圖1一圓錐齒輪A 2一圓錐齒輪B 3一軸套 4一滾動(dòng)軸承 5一緊定螺釘6一螺釘 7一大臂 8一螺釘 9一軸承端蓋 10一軸11一小臂 12一電機(jī)圓錐齒輪的嚙合面和齒隙是相互影響的,在檢查調(diào)整時(shí)不能單一地檢查調(diào)整嚙合面或齒隙,而應(yīng)綜合檢查調(diào)整,一般是先檢查調(diào)整嚙合面,然后檢查調(diào)整齒隙。調(diào)整好圓錐齒輪的嚙合面后,要檢查圓錐齒輪的齒隙。將百分表的量頭觸在牙齒大端的節(jié)圓處進(jìn)行測量。如果齒隙不正確,要根據(jù)嚙合面的實(shí)際情況,在嚙合面允許變化的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整齒隙后,要檢查齒背不平齊差,即配對(duì)圓錐齒輪的錐頂要重合。此要求可通過檢查兩圓錐齒輪大端的背錐面是否相平齊來保證。 臂部肘關(guān)節(jié)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì): 一對(duì)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)注意,直齒圓錐齒輪最小齒數(shù)為,齒數(shù)比不宜過大。齒寬系數(shù)不應(yīng)過大,因?yàn)閳A錐齒輪的齒越寬,制造、安裝誤差就越大,偏載也越嚴(yán)重,故一般取,還應(yīng)使最小齒寬(1) 選定齒輪材料,熱處理方式 ,齒數(shù)及精度等級(jí) 對(duì)于一般齒輪傳動(dòng),可選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼。A齒輪:45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)HB240~270(T255);B齒輪:45號(hào)鋼,正火HB180~210(Z195);兩輪均為軟齒面(HB350)。為避免根切及具有較好性能,考慮到直齒圓錐齒輪最小齒數(shù),選定齒輪齒數(shù)。按一般的加工能力及 使用要求,初選齒輪精度等級(jí)為8級(jí)。(2) 初步確定主要參數(shù)由于兩齒輪齒面均為軟齒面(HB350),可以先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),確定A齒輪的分度圓直徑,即(mm) (41)式中:工作轉(zhuǎn)矩-工作情況系數(shù) ,由表4-9,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),工作平穩(wěn),?。?;-載荷分布不均系數(shù),見表5-2,一般工業(yè),一齒輪為懸臂支承,?。?;-齒寬系數(shù),由表5-3?。?;-齒數(shù)比,;-齒輪材料接觸疲勞的基本許用應(yīng)力,由圖4-13(a),碳鋼,鋼質(zhì),調(diào)質(zhì),?。徽?。 將以上系數(shù)和中的小值代入公式得 (42)大端模數(shù) (43) 按照表4-7齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),選取第一系列模數(shù)值。 然后,再根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。 (44) (45)式中: (46) (47) -動(dòng)載荷系數(shù),用平均直徑處的圓周速度按降一級(jí)精度(即9級(jí))并由圖4-20(a)查取,其中 (48) (49) (410)由圖4-20(a)查得=1; (411) (412) -齒形系數(shù),查圖4-27得;-齒寬,圓整后??;-齒輪材料彎曲疲勞的基本許用應(yīng)力,可查圖4-12(c)得:,; (413)查圖4-30得 查圖4-31得 查圖4-32得 , (414)由于,故計(jì)算小輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 表明取是合格的。(3) 計(jì)算圓錐齒輪的有關(guān)參數(shù)工作轉(zhuǎn)矩: 圓錐齒輪大端分度圓直徑:圓錐齒輪的分錐角,:() 圓錐齒輪錐距: (415)齒寬系數(shù): (416)(4) 計(jì)算齒輪嚙合處作用力:圓周力 (417)軸向力 (418)徑向力 (419)當(dāng)時(shí),一齒輪的徑向力與另一齒輪的軸向力數(shù)值相等而方向相反。即 。: 圓錐齒輪作用力方向電動(dòng)機(jī)置于小臂殼體內(nèi)。其中方形截面為機(jī)械手大臂與小臂的殼體,截面為小臂機(jī)構(gòu)的殼體。機(jī)械手手臂剛性好、抗扭能力強(qiáng)、重量輕,所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置都置于機(jī)械手臂內(nèi)部,外形簡潔。機(jī)械手表面還裝有緩沖墊,當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)故障或供電電池耗盡時(shí),可以起到緩沖作用,避免手臂沖擊造成損壞。為大臂外殼所粘貼的橡膠墊,: 大臂的緩沖墊: 機(jī)械臂三維姿態(tài): 機(jī)械臂的三維爆炸圖 臂部電機(jī)的選擇電機(jī)選型的計(jì)算同手部的計(jì)算同,則選擇了北京和利時(shí)電機(jī)公司56BYG250CSASSBL0241型號(hào)電機(jī)。: 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角相電阻相電感保持轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量質(zhì)量驅(qū)動(dòng)電壓56BYG250CSASSBL0241226048 : 步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線: 步進(jìn)電機(jī)的尺寸: 步進(jìn)電機(jī)的安裝5 移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的肩部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 肩部的傳動(dòng)方式移動(dòng)機(jī)械臂肩部為繞水平軸旋轉(zhuǎn)的自由度,搭載物體本身具有繞平軸旋轉(zhuǎn)的的自由度的機(jī)器手。移動(dòng)機(jī)械臂是繞水平軸做一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)機(jī)械臂的肩部??梢赃x用螺旋機(jī)構(gòu)或者蝸桿這兩種傳動(dòng)方式。螺旋機(jī)構(gòu)高低機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,本身可以自鎖是其優(yōu)點(diǎn),但是轉(zhuǎn)速比不是常數(shù),對(duì)于主要抓取物體的肩關(guān)節(jié),不能滿足繞水平方向軸士180。的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)力操作比較困難。螺旋機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)還有:制造及安裝精度要求高,價(jià)格較貴,且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合。制造工藝比較復(fù)雜,特別是長螺桿更難保證熱處理及磨削工藝質(zhì)量,剛性和抗振性能較差。摩擦阻力大,傳動(dòng)效率低(一般為30%~60%),磨損快。對(duì)于抓取物體的肩關(guān)節(jié)來說,該機(jī)構(gòu)響應(yīng)慢,不易于控制。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn):蝸桿傳動(dòng)用于交錯(cuò)軸傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。通常交錯(cuò)角為90度。它的主要優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)比大,工作較穩(wěn)定。噪聲低,結(jié)構(gòu)緊湊,可以自鎖。主要缺點(diǎn):效率低,需要貴重的減摩性有色金屬。選擇蝸桿傳動(dòng),主要是考慮到其具有自鎖能的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闄C(jī)械臂要抓取物體,則要求移動(dòng)機(jī)械臂的肩部具有自鎖能力。由于采用具有自鎖功能的蝸輪副傳動(dòng)還有下述優(yōu)點(diǎn):(1)由于突然的斷電抓取物體的重量以及本身的重量會(huì)在系
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