【文章內(nèi)容簡介】 臂4個主要運動。基于機械手的4個主要運動，我們經(jīng)過定位精度、可編程性、通用性、經(jīng)濟性等各方面考慮，初步確定：；；，使絲杠螺母帶動滑塊沿直線導軌上下運動；。 機械手的技術(shù)參數(shù)（一）機械手用途：沖壓機床自動上下料（二）設計技術(shù)參數(shù)1) 抓重：最大4kg2) 自由度數(shù)：4個自由度3) 坐標型式：圓柱坐標型4) 最大工作半徑：1250mm5) 手腕運動參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍: 360176。6) 手臂伸縮參數(shù)：伸縮行程:600mm；伸縮速度:1000mm/s7) 手臂升降參數(shù)：升降行程：350mm；升降速度：200mm/s8) 手臂旋轉(zhuǎn)參數(shù)：旋轉(zhuǎn)范圍：177。120176。；旋轉(zhuǎn)速度：360176。/s 本章小結(jié)本章從宏觀角度對機械手進行了總體方案的設計與分析，經(jīng)過各方面對比考慮確定了機械手的基本形式以及自由度，初步確定采用伺服電機提供動力，并列出了機械手在設計中的一些必要的技術(shù)參數(shù)。下面的設計計算將以此進行。3 執(zhí)行機構(gòu)的設計 手腕部分的設計④所示位置，其位于手臂之上，具體結(jié)構(gòu)為伺服電機通過減速器帶動同步帶傳遞動力給手腕處。 手腕處軸承的選擇計算條件:根據(jù)實際設計需要擬選用內(nèi)徑為d=25mm的深溝球軸承，轉(zhuǎn)速約30r/min，其徑向載荷約Fr=100N，軸向載荷約（包括額定抓重與其手部重量等），工作壽命（為機器總設計壽命，）。設計計算：查《機械設計手冊（成大先第五版）》軸承選型表，試選取軸承代號61805，d=25mm，基本額定動載荷，滾珠直徑為，滾珠數(shù)量為，基本額定靜載荷。, 查表得：軸徑載荷比，X=，Y=，徑向當量動載荷：查表得：沖擊載荷因數(shù)為，溫度因數(shù)為，速度因數(shù)為，壽命因數(shù)為，力矩載荷因數(shù)為軸承61805的動載荷，故選取合適。校核軸承的額定靜載荷：，取，取，故軸承61805滿足要求。 手腕驅(qū)動伺服電機與減速器的選擇由于結(jié)構(gòu)的限制擬采用伺服電機帶動減速器，減速器通過安裝的同步帶輪傳動至手腕處。計算條件：手腕處加以抓重預估計重量為，估計工件直徑，手腕處轉(zhuǎn)速最高。設計計算：計算工件轉(zhuǎn)動慣量：假設減速器連同同步帶輪總共減速比為,則折算到伺服電機上的轉(zhuǎn)動慣量為。按照負載慣量＜3倍電機轉(zhuǎn)子慣量的原則：查相關(guān)產(chǎn)品手冊，選用電機，則, , ，取校核輸出轉(zhuǎn)速：，滿足要求。因為使用條件扭矩很小，故忽略扭矩計算?？紤]盡可能選取級數(shù)較低的減速器，以便減少重量以及空間占用量，同時保證較高的精度，根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇一級減速器直角型，查相關(guān)手冊，一級減速器最高減速比為，故應設計同步帶輪減速比為。 傳動同步帶的選擇與相應帶輪的設計計算條件：由上一節(jié)知，同步帶輪減速比為2，工件由靜止加速至轉(zhuǎn)速30r/min即其角速度為時，大約需要時間為，則所需要做的功為平均功率，最大功率約為。設計計算：計算設計功率(為工況系數(shù)）擬選用圓弧型同步帶，查機械設計手冊，由及,選擇帶節(jié)距為的同步帶。確定小帶輪齒數(shù)：，查相關(guān)圖表，最少齒數(shù)為，根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)選擇小帶輪齒數(shù)為。小帶輪節(jié)圓直徑帶速：（為允許最大轉(zhuǎn)速），故帶速齒數(shù)合適。由傳動比，得大帶輪齒數(shù)大輪節(jié)圓直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)需要初定中心距約為，則初定帶節(jié)線長度查設計手冊，得同步帶節(jié)圓長，齒數(shù)。為使得同步帶可以良好配合于帶輪，故將其設計為中心距可調(diào)的結(jié)構(gòu)，則實際中心距小帶輪嚙合齒數(shù)，故選擇合適。查表得基準額定功率，查表得圓弧齒帶長系數(shù),小齒輪嚙合系數(shù)。查機械設計手冊得基準帶寬，故帶寬查相應表格，選定帶寬為15mm。相應同步帶輪根據(jù)結(jié)構(gòu)等參數(shù)可見附圖。 手腕部分小結(jié) 機械手手腕處結(jié)構(gòu)本章對機械手手腕部分進行了設計。通過計算選擇了手腕處軸承，同步帶，電機，減速機以及完成了同步帶輪的設計，并畫出了部分二維圖紙（見附圖）。 手臂伸縮部分的設計 直線導軌與滑塊的選擇計算條件：由上一章計算選型結(jié)果可知工件連同手腕組件質(zhì)量為，伺服電機與減速機質(zhì)量，滑塊上固定板質(zhì)量約。按設計要求，滑塊的最大速度，滑塊運動時由靜止至最大速度時間，勻速時間，減速時間，運動行程，加速度，；距離，， 手臂伸縮結(jié)構(gòu)示意圖。設計計算：由已知條件可計算出。（一）每個滑塊負荷的大小計算1) 等速時，徑向負荷大小 2) 左行加速時，徑向負荷大小3) 左行減速時，徑向負荷大小4) 右行加速時，徑向負荷大小5) 右行減速時，徑向負荷大小（二）等效負荷的計算1) 等速時2) 左行加速時3) 左行減速時4) 右行加速時5) 右行減速時（三）擬選用導軌滑塊型號為H20FN（TBI直線導軌手冊） 基本額定動負荷：,基本額定靜負荷：。（四）靜安全系數(shù)計算由以上計算可以得知，最大等效負載為,故安全系數(shù)應為：（五）每個滑塊的平均負荷計算（六）額定壽命的計算 負載系數(shù)振動沖擊速度（V）振動（G）微 小 大 ，取負載系數(shù) 。根據(jù)直線導軌的額定壽命計算公式，分別計算各導軌滑塊的壽命如下：故直線導軌的壽命為：。按每分鐘往復次數(shù)，折算成壽命時間為：滿足需求。 傳動同步帶選擇與相應帶輪的設計傳動同步帶的選擇根據(jù)實際結(jié)構(gòu)情況選為：周節(jié)制帶L型。相應帶輪根據(jù)實際結(jié)構(gòu)需要的設計見附圖。 伸縮軸傳動結(jié)構(gòu)圖 伺服電機的選擇與傳動帶輪的設計計算條件：由上幾節(jié)計算，導軌滑塊上移動單位質(zhì)量共約，運輸同步帶輪直徑為，負載與滑臺摩擦系數(shù)，電機處帶輪齒數(shù)比為，負載最高速度，加速度。：設計計算：（一）計算折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量按照負載慣量＜3倍電機轉(zhuǎn)子慣量的原則，則（二）計算電機驅(qū)動負載所需要的扭矩克服摩擦力所需要轉(zhuǎn)矩加速時所需轉(zhuǎn)矩伺服電機額定轉(zhuǎn)矩,最大扭矩。（三）計算電機所需轉(zhuǎn)速根據(jù)以上計算分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)實際選擇ECMAC△0807.電機處傳動同步帶型號為：圓弧型5M,帶寬20mm。相應帶輪結(jié)構(gòu)見附圖。 手臂伸縮部分小結(jié)本章對機械手手臂的伸縮部分進行了設計。結(jié)合計算對同步帶，電機等進行了選型，以及結(jié)合實際對帶輪進行了設計。,用AutoCAD畫出二維圖（見附圖）。 機械手手臂伸縮部分 手臂升降部分的設計 滾珠絲杠的選擇 運轉(zhuǎn)速度時間圖 垂直結(jié)構(gòu)圖設計條件：移動物重量約，最大運動行程為，最大移動速度為，要求壽命，摩擦系數(shù)，加速時間，勻速時間，減速時間結(jié)構(gòu)簡圖。設計計算：(一）容許軸向負荷計算設向上為正1) 等加速度下降時2) 等速下降時3) 等減速下降時4) 等加速上升時5) 等速上升時6) 等減速上升時最大軸向負荷發(fā)生于等加速上升的區(qū)段（二）基本動額定負荷計算 運轉(zhuǎn)過程明細表運轉(zhuǎn)條件軸向負荷（N）平均轉(zhuǎn)速（rpm)使用時間（s）加速下降1200等速下降2400減速下降1200加速上升1200等速上升2400減速上升1200平均負荷平均轉(zhuǎn)速由設計條件：疲勞壽命要求為20000小時此為普通運轉(zhuǎn)機構(gòu)，故動額定負荷（三）基本靜額定負荷計算（其中）考慮設計條件和經(jīng)濟性等選擇滾珠絲杠型式：SFI025054，軸頸25mm，導程5mm。 伺服電機的選擇（一）慣性矩1) 絲桿軸2) 可動部3) 傳動件慣性矩總和（二）驅(qū)動扭矩的計算1) 外部負荷造成的摩擦扭矩(a) 等加速下降時(b) 等速度下降時(c) 等減速度下降時(d) 等加速度上升(e) 等速度上升(f) 等減速度上升時2) 角加速度造成的慣性扭矩擬選用型號ECMAC△0807伺服電機，其。3) 總扭矩(a) 等加速下降時：(b) 等速下降時：(c) 等減速下降時：(d) 等加速上升時：(e) 等速上升時：(f) 等減速上升時：最大扭矩發(fā)生在等加速上升時故選型合適。 光軸與直線軸承的選擇在本機械手結(jié)構(gòu)中，由于光軸主要起導向和抑制偏載作用，提升重量取決于絲杠負載，與軸無關(guān)。且負載重心與絲杠中心基本重疊的；行程相對較??；絲杠和軸兩端固定安裝的；絲杠與軸平行性較好。故光軸的選擇根據(jù)經(jīng)驗選定為20mm至30mm，考慮到支撐軸中間可以穿入電線或其他線纜，同時可以減輕機械重量，經(jīng)反復討論，選定為下部支撐光軸采用直徑30mm，內(nèi)徑20mm的空心光軸，長度為500mm；上部支撐光軸采用直徑25mm，內(nèi)徑15mm的空心光軸，長度為500mm。相應直線軸承根據(jù)結(jié)構(gòu)確定為LM30與LM25。 手臂升降部分