【正文】 說(shuō)臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、 和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本次設(shè)計(jì)主要講直臂的升降。 手臂的結(jié)構(gòu)的選擇及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的手臂升降伸縮運(yùn)動(dòng)都為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)一般是氣動(dòng)傳動(dòng)， 液壓傳動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。 我們選用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的手臂，螺母帶動(dòng)絲杠進(jìn)行升降和平移，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如下圖：中間為絲杠，兩邊為光桿。 運(yùn)行方式為電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪，繼而帶動(dòng)絲杠螺母，絲杠螺母是固定點(diǎn)，相對(duì)的絲杠做上下移動(dòng)。 滾珠絲杠設(shè)計(jì) （計(jì)算部分由小組成員張益完成本人參與討論和數(shù)據(jù)修改） （ 1）選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為：磨制絲杠 (右旋 ) 上固定端到螺母間距離 (臨界長(zhǎng)度 ) mmltop 1056? 下固定端到螺母間 距離 (臨界長(zhǎng)度 ) mmldown 1086? 設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng) mmlall 1280? 最大行程 mml 1250? 支承方式為兩端固定 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 定位精度： 由表得，有效行程內(nèi)目標(biāo)行程公差 meP ?47? ，行程變動(dòng)量 mVup ?39? 由表得，任意 300mm 行程內(nèi)行程變動(dòng)量 mV p ?23300 ? ， 2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量mV p ?? 82 ? 絲杠精度為 5 級(jí)，可靠性 90%。 （ 2）計(jì)算載荷 手腕手爪部分重量 kgm 15? NkgNkgmgG 1 5 0/1015 ???? （重力加速度取 kgNg /10? ） ..........................（ ） 軸向載荷 NFma 150? （ 3）初算導(dǎo)程： 絲杠螺母轉(zhuǎn)速 min/2022rn ? ， 直臂移動(dòng)速度 smmv /167? m in/2022 rnnm ?? 初算導(dǎo)程 mmnvP mh ?? ，所以取 mmPh 5? （ 4） 選工作壽命： hLh 20220? （ 5）由表得， NffLnFfC cahmmawam )60( 3/139。 ?? ， .............................................................（ ） NFfC maeam 100539。39。 ?? 式中， 查機(jī)械手冊(cè)得，精度系數(shù) ?af 查機(jī)械手冊(cè)得，可靠性系數(shù) 1?cf 查機(jī)械手冊(cè)得，載荷性質(zhì)系數(shù) ?wf 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 查機(jī)械手冊(cè)得，預(yù)加載荷系數(shù) ?ef 所以， NCam ? （ 6） 靜載計(jì)算：由機(jī)械手冊(cè)得， NFf as 300max ? ，式中 2?sf ..........................（ ） （ 7）選取滾珠絲杠型號(hào)：采用外循環(huán)導(dǎo)珠管埋入式 CDM 型。 其中 160?d ， ?d ， 50?hP ， kNCa ? ， kNCoa ? 滿足承載能力要求。 （ 8）計(jì)算預(yù)緊力： NFFaP 5031 m ax ??， ama FF ?max ................................................（ ） （ 9） nd 值校驗(yàn) 由機(jī)械手冊(cè)得， 7 0 0 0 03 2 0 0 02 0 0 016m a x0 ????nd ，符合要求。 （ 10）臨界轉(zhuǎn)速校核 m in/2507/10 2 227 rLfdn cc ?? ....................................................................................（ ） 式中，查機(jī)械手冊(cè)得， ?f mmll downc 10862 ?? m i n/2 0 0 6m i n/2 5 0 rrnn c ???? 滿足轉(zhuǎn)速要求 （ 11） 螺桿強(qiáng)度： 螺桿材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，其許用應(yīng)力 MPap 60][ ?? 螺桿當(dāng)量應(yīng)力： ][) 120(3) 1504()(3)4( 2322321222 pcaMP adTdF ??? ????????? ....（ ） 式中， mmNnPT ??? 1 11 符合強(qiáng)度要求 (12)系統(tǒng)剛度計(jì)算 bK 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 剛性為機(jī)械剛度的指標(biāo)，滾珠絲杠的剛性取決于螺桿與螺母之間軸向負(fù)荷珠槽接觸剛性及螺桿軸的剛性來(lái)決定。機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總剛性的慣性經(jīng)由測(cè)試，可將螺帽 —螺桿及鋼珠 — 珠槽兩者間的剛性合二為一，成為螺帽剛性 nK ，因此 nSb KKK111 ?? ....................................................................................................（ ） 2022 ?????ldK S ) ()( 3131 ?????? CFRK Pn ? mNKKKnsb ?/11 ??? 錐齒輪設(shè)計(jì) 錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)： 錐 齒輪 是圓錐齒輪的簡(jiǎn)稱，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng) ,兩軸交角 S 稱為軸角，其值可根據(jù)傳動(dòng)需要確定，一般多采用 90176。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖所示。由于這一特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圓柱齒輪中的各有關(guān) 圓柱 在錐齒輪中就變成了 圓錐 ，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設(shè)計(jì)、制造及安裝均較簡(jiǎn)單，但噪聲較大，用于低速傳動(dòng)（＜ 5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小及承載能力大等特 點(diǎn)，用于高速重載的場(chǎng)合。本 節(jié)采用 S=90176。的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)。 圖 錐齒輪 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 計(jì)算條件：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mNT ?? ，直線錐齒輪，傳動(dòng)比為 ??? nni ，錐齒輪轉(zhuǎn)速 m i n/2 0 0 0m i n ,/3 0 0 0 21 rnrn ?? 材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 HBS=217~255，齒面粗糙度 mRR ZZ ? ?? 錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算： （計(jì)算部分由組員張益完成本人參與數(shù)據(jù)討論修改） ： 電機(jī)軸端齒輪轉(zhuǎn)矩 mNT ?? 載荷系數(shù) ?K 齒數(shù)比 ?i 估算時(shí)，安全系數(shù) 39。 ?HS ， 接觸 疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 52539。 lim ?? 因此估算時(shí)的齒輪許用接觸應(yīng)力 MP aMP aS HHHP 39。39。 lim39。 ??? ?? ...................（ ） 估算結(jié)果： mmde 3 239。 1 ???? 所以 mmidd ee 39。 139。 2 ?? 考慮到絲杠需從錐齒輪 2 中心穿過(guò)，且所選用絲杠的公稱直徑 mmd 160 ? ，絲杠螺母mmD 361 ? ，故取 mmde 722 ? ， mmde 481 ? 齒數(shù)：取 36,24 21 ?? zz 大端模數(shù)： mmzdm ee 211 ?? .....................................................................................（ ） 1） .齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 其條件為 ? ? ? ?1 0 .5t F a S aFFRK F Y Ybm?????? .....................................................................（ ） 其中 載荷系數(shù) AvK K K K K??? FaY 齒形系數(shù) SaY 應(yīng)力校正系數(shù) 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 R? 齒寬系數(shù) 查機(jī)械手冊(cè)得 AK ＝ 1 查圖得 vK ＝ 查機(jī)械手 冊(cè)得 K? ＝ 查表得 K? ＝ 可得 FaY ＝ 可得 SaY ＝ R? 取常用值 1/3 代人計(jì)算得 ? ? ? ?1 . 5 1 0 2 . 1 1 . 5 0 . 5 6 21 0 . 5 2 1 0 . 5 / 3 2 4t F a S aF RK F Y Ybm? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? .......................（ ） 即 ? ? 380FF M Pa???? ，故安全。 2） .齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 其條件為? ? ? ?1 2 315 * 1 0 . 5H E HRRKTZ du????? ? ? ................................................（ ） 其中 EZ 彈性影響系數(shù) 查機(jī)械手冊(cè)得 EZ ＝ 12162MPa 代人計(jì)算得 ? ? ? ?1 22331 * 5 * 162 * 8* 1 1 / 3 * 1 / 3 * 24 * RR KTZ MP adu? ? ? ?? ? ? ? .....................................................................................................................................（ ） 即 ? ? 540HH M Pa???? ，故安全。 電機(jī)選型 計(jì)算條件：絲杠軸向工作載荷約為 NFm 150? ，絲杠移動(dòng)速度 smmv /167? 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圓錐齒輪傳遞效率 ?? 設(shè)計(jì)計(jì)算： 絲杠工作的功率： 6 71 5 01 ???? NFvP ...................................................（ ） 絲 杠轉(zhuǎn)矩 11 ?? nPT 電機(jī)選用同步轉(zhuǎn)速 min/30000 rn ? 的三相異步電機(jī)，速比 ??? nni 電機(jī)輸出軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩： ???LT 電機(jī)輸出軸功率 ?? LL TnP ..........................................................................（ ） 電機(jī)選用 YS5012 三相異步電動(dòng)機(jī) 機(jī)械手直臂部分三維出圖及主要零部件出圖 圖 直臂結(jié)構(gòu)三維圖 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 圖 直臂部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維圖 圖 滾珠絲桿螺母 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 圖 直臂套筒 圖 光桿絲桿連接件 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 圖 直臂箱體 圖 直臂箱蓋 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手直臂的類型及升 降裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。先對(duì)滾珠絲桿結(jié)構(gòu)和錐齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算設(shè)計(jì)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了選型。然后用 Pro/e 畫出三維圖 ,用 AutoCAD 畫出二維圖（二維圖見附錄）。 中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 通過(guò)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計(jì)算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)，我對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)整體的深層次的理解，同時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)這門專業(yè)的理解更加深刻和準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量使用標(biāo)準(zhǔn)的配件，降低成本，每一個(gè)設(shè)計(jì)都小心謹(jǐn)慎，仔細(xì)計(jì)算，最終能夠?qū)崿F(xiàn)與數(shù)控機(jī)床相配合，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中上下料的 自動(dòng)化。中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 參考文獻(xiàn) [1]于傳浩 ,章滌峰 .一種氣動(dòng)機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) [J].武漢：武漢化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院， [2]何芹 ,原政軍 姚龍?jiān)?. 用于方形物件裝卸液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì) [D].山東：山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， [3] 岳錫芬 .數(shù)控車床單機(jī)自動(dòng)化的途徑及若干技術(shù)問(wèn)題 [J]. 南京：南京數(shù)控機(jī)床有限公司技術(shù)開發(fā)部， [4]楊建平 ,邊際 .機(jī)器手自動(dòng)給料系統(tǒng) [J].黑龍江：佳木斯大學(xué)中專部， [5] 邱濟(jì)寶 . 全自動(dòng)易拉罐盆栽機(jī)的系統(tǒng)研制 [D].浙江：中國(guó)計(jì) 量學(xué)院， [6] 李昌輝 . 自動(dòng)上料機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā) [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué) , [7]無(wú)平 . 用于缸體三軸孔機(jī)床上下料的桁架機(jī)械手設(shè)計(jì) [J]. 遼寧大連：大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司自動(dòng)化所 , [8] 羅庚興 ,寧玉珊 . 氣動(dòng)安裝機(jī)械手的 PLC 控制 [