碼垛機(jī)器人的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)
2025-01-06 16:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)矩 36 式中 ??動(dòng)力機(jī)系數(shù)，電動(dòng)機(jī)、透平機(jī)取 ； ??工況系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷》表 622 查得，取。 ??起動(dòng)系數(shù)，取 ； ??溫度系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷》，表 623 查得，取 。 帶入公式得。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷》選用凸緣聯(lián)軸器，由表 628 選型號(hào)為 GYS7，公稱扭矩為 1600 N?m。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)原理，如圖 33。 圖 33 GYS7 型 凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)原理圖 GYS7 型 凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸如下表： 表 38 GYS7 型 凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸 型號(hào) 公稱扭矩 TnN?m 許用轉(zhuǎn)速 [n]r/min 軸孔直徑 dH7 軸孔長度 L D 螺栓 重量 鋼 鋼 Y 型 J1 型數(shù)量 n 直徑 M GYS7 1600 6000 55 112 84 160 64 M12 本章小結(jié) 搬運(yùn)機(jī)器人腕部的運(yùn)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要保證軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度。通過本章對(duì)腕部的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了腕部采用減速機(jī)，聯(lián)軸器選用套筒聯(lián)軸器，軸承選擇角接觸球軸承軸承。 腰部的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是為了實(shí)現(xiàn)腰部帶動(dòng)整個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于腰部 回轉(zhuǎn)速度較低，選用 YD 系列低速電機(jī) .通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇、聯(lián)軸器的計(jì)算選型，最終確定了搬運(yùn)機(jī)器人腰部的設(shè)計(jì)方案。 第四章 碼垛機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 平面機(jī)構(gòu)受力分析 搬運(yùn)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的運(yùn)動(dòng)過程中，水平方向的滾珠絲杠副主要承受摩擦力，而垂直方向的滾珠絲杠副主要承受 Z 軸方向的載荷。則當(dāng)機(jī)構(gòu)的小臂處于水平方向、前后大臂與之垂直時(shí)，兩個(gè)方向的滾珠絲杠副受力最大。具體位置如圖 41 所示。 圖 41 碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置 根據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可設(shè)各臂長分別為： AB1170 ， BC 260mm ， CD 1080mm ， DE 240mm， A 點(diǎn)到圖 41 中心線的距離 d 150mm 。處于圖 41 位置時(shí)小臂的受力情況見圖 42。 圖 42 小臂受力圖 圖 42 中， G1 為負(fù)載和電機(jī)的重力，搬運(yùn)的負(fù)載最大為 100N，腕部減速機(jī)的重力約為 100N，則 G1 200N ； M 為負(fù)載和電機(jī)共同的轉(zhuǎn)矩， ；小臂材料為 45 號(hào)鋼，重量約為 50N；對(duì)小臂列受力方程如下： ｛ ｛ 41 解得 F1 ， F2 手臂關(guān)節(jié)軸承的選型與 校核 碼垛機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意兩點(diǎn)：一是應(yīng)使手臂剛度大、重量輕；二是應(yīng)使手臂運(yùn)動(dòng)速度快、慣性小。首先，因?yàn)閯偠炔粔驎r(shí)，手臂會(huì)發(fā)生彎曲變形，則應(yīng)選擇相同條件下，彎曲剛度較大的截面形狀?？紤]完第一點(diǎn)，對(duì)于第二點(diǎn)減小慣性沖擊，本章的手臂架選擇了碳素結(jié)構(gòu)鋼材料。而且盡量縮短手臂的懸伸部分長度。圖 43 對(duì)小臂進(jìn)行了剪力與彎矩的分析，可知小臂的彎矩越靠近 B 點(diǎn)越大，因此小臂的結(jié)構(gòu)為末端窄，靠近 B 點(diǎn)時(shí)逐漸加大尺寸，其它手臂結(jié)構(gòu)則采用均勻尺寸。 B 點(diǎn)為銷軸聯(lián)接，則彎矩和受力主要由銷軸來承受，因此要考慮銷軸的校核。其 它的銷軸聯(lián)接同 B 點(diǎn)一樣進(jìn)行校核，銷軸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖44。 圖 43 小臂剪力圖和彎矩圖 圖 44 銷軸聯(lián)接結(jié)構(gòu) 圖 45 中的關(guān)節(jié)軸承選用自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承，由上下軸套固定，在后機(jī)架繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，既能承受徑向載荷，又能承受任一方向較小的軸向載荷。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版、單行本、軸承，由表 71 確定所選軸承的型號(hào)為GE25ES2RS，其中 d 25mm，軸承尺寸見表 41。 表 41 向心自潤滑關(guān)節(jié)軸承參數(shù) 軸承型號(hào) 尺寸 mm 額定載荷 kN 重量 Kg d D B C d1 r1 r2 動(dòng)載荷 靜載荷 GE25ES2RS2RS 25 42 20 16 29 48 240 圖 45 向心關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu) 銷軸校核 后大臂與支架銷軸聯(lián)接校核 銷軸抗剪強(qiáng)度： 42 銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力，將以上值帶入公式得 銷軸抗彎強(qiáng)度： 43 其中，帶入公式得 ， 因此選擇銷軸的軸徑 d 25mm，滿足強(qiáng)度要求。 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核 銷軸抗剪強(qiáng)度： 銷軸采用 45 號(hào)鋼，其 許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力，將以上值帶入公式（ 42）得 。 銷軸抗彎強(qiáng)度： 其中，帶入公式（ 43）得 ， 因此選擇銷軸的軸徑 d 25mm 滿足強(qiáng)度要求。 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核 銷軸抗剪強(qiáng)度： 銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力，將以上值帶入公式（ 42）得 。 銷軸抗彎強(qiáng)度： 其中，帶入公式（ 43）得 ， 因此選擇銷軸的軸徑 d 50mm 滿足強(qiáng)度要求。 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核 銷軸抗剪強(qiáng)度： 銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力 ，將以上值帶入公式（ 42）得 銷軸抗彎強(qiáng)度 由圖 93 可知，帶入公式（ 43）得 ， 因此選擇銷軸的軸徑 d 50mm 滿足強(qiáng)度要求。 其它銷軸聯(lián)接校核 由于小臂和腕部聯(lián)接與前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核的尺寸相同，可選用軸徑為 30mm 的銷軸。 連桿與后大臂的銷軸軸徑為 25mm，前大臂、支撐架和連桿三者用銷軸聯(lián)接在一起，連桿與后大臂的銷軸軸徑為 25mm。 豎直滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 最大工作載荷的計(jì)算 按綜合導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，最大工作載荷公式為： 44 式中 K??載荷系數(shù)，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表 329查得， K ； ??摩擦系數(shù)，； ??進(jìn)給方向的載荷。 如圖 41 中， E 點(diǎn)的受力沒有垂直絲杠方向的，因此 0 N。將數(shù)值帶入公式得 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 碼垛機(jī)器人后大臂的運(yùn)行速度，則最大動(dòng)載荷 45 式中 ??滾珠絲杠副的壽命，單位為 106r； ??載荷系數(shù)，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表 330，取 ； ??硬度系數(shù)，滾道硬度為 60HRC 時(shí)，取硬度系數(shù) 。 滾珠絲杠副的壽命公式為： 46 式中 T??使用壽命， T 15000h； n??絲杠轉(zhuǎn)速。 47 初選絲杠導(dǎo)程，帶入公式 47 得到 。 將以上數(shù)值帶入公式 46 得 。 將、帶入公式 45 得 初選滾珠絲杠副型號(hào) 選擇絲杠型號(hào)時(shí)應(yīng)使?jié)L珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 Ca，額定靜載荷，根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇海特 DFT020215 型滾珠絲杠副，為雙螺母式，其公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程 為 mm，循環(huán)滾珠為 5 圈 1 列，精度等級(jí)為 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 N 大于，則滿足要求。滾珠絲杠副的具體尺寸參數(shù)如表41 所示。 表 42 滾珠絲杠副的尺寸參數(shù) 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的螺旋升角： 傳動(dòng)效率： 48 式中 ??絲杠螺旋升角。 ??摩擦角，滾珠絲杠的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。 將數(shù)值帶入公式 48 得： 剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變行將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形 ，絲杠與螺母之間滾道的接觸變行等。因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素： 絲杠的
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