【正文】 平臺上用來與滾珠螺母相固定的光孔直徑為 70mm，距離平臺右端距離為 離為 700mm， 在平臺的下方設有 10 根肋板，每根肋 寬 50mm，高 80mm。 平臺結構如圖 16 所示。從圖中可以看出框架臺頂蓋由于受壓力而產生彎曲變形，其中在邊緣處產生的位移最大 ,為 ，考慮到框架臺結構的主要作用是承載機器人、平臺結構、配重的重量以及為裝載線性軌道，因此它的變形不會對機器人的定位精度產生大的影響。 4＝ ，在 simulation 軟件中對框架臺上的四個凸臺上分別施加 的縱向力如圖 12 所示： 圖 12 框架臺受力圖 選擇材料 在施加載荷之后，需要選擇框架結構的材料，這里選擇合金鋼材料，合金鋼材料的力學性能如下 表 10 所示： 名稱 數(shù)值 單位 彈性模量 +011 N/m^2 泊松比 NA 抗剪模量 +010 N/m^2 質量密度 7700 kg/m^3 張力強度 +008 N/m^2 屈服強度 +008 N/m^2 熱擴張系數(shù) /Kelvin 熱導率 50 W/() 比熱 460 J/() 北京工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 27 表 10 合金鋼力學性能 劃分網(wǎng)格 在選擇材料之后需要對框架臺做網(wǎng)格劃分，劃分時選擇網(wǎng)格參數(shù)大小為 58mm，完成網(wǎng)格劃分之后的框架臺如圖 13 所示： 圖 13 框架臺網(wǎng)格劃分 應力分析 在對框架臺網(wǎng)格劃分完成之后便 可以仿真模擬，查看結構變形，通過軟件運算，得到框架臺的應力分布 如 圖 14 所示。因為在頂蓋上需要安裝四個滑輪，因此在頂蓋上的四個角上設計常委 216mm 寬 115mm 高5mm的凸臺結構。 北京工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 24 圖 8 支架截面尺寸圖 圖 9 支架結構圖 支架橫梁的設計 橫梁結構分為兩部分，一部分為支架結構上的橫梁，支架結構因為要承受較大的正應力與切應力，平均每 300mm 的高度設計一組橫梁來減少支架所承受的切應力，橫梁與支架結構通過焊接連在一起?？蚣芙Y構建模如 圖 7 所示。 滾珠螺母通過螺栓與升降平臺固定，因此升降臺的升降速度為 4m/min，方案理論上可以實現(xiàn)。 YLD10 聯(lián)軸器參數(shù)如表 9 所示 ： 表 9 聯(lián)軸器參數(shù) 公稱轉矩 [T] r/min 許用轉速 [n] r/min 軸孔直徑 d mm 軸孔長度 L mm D mm b mm 1600 6000 48/50/55/56 84 160 40 L0 mm 重量 m kg 螺栓數(shù)量 n 螺栓直徑 d3 mm D1 mm s mm 163 4 M12 100 8 查《機械設計課程設計》表 1126 知，與減速器相連一端轂的深度為 ，寬度為 18mm，與滾珠絲桿相連一端轂的深度為 ，寬度為 20mm，聯(lián)軸器的二維圖如 圖 6所示 : 圖 6 聯(lián)軸器 方案的理論計算 由設計要求可知，本方案要實現(xiàn)以 4m/min 的方案 使裝載機器人的平臺 升降 4000mm的高度，所選電機轉速為 2020n/min，行星減速器的傳動比為 5，而滾珠絲桿的導程為10mm。 聯(lián)軸器種類 的選擇 因為從滾珠絲桿上傳下來的重力為一噸左右，因此如果滾珠絲桿與減速器輸出端不能嚴格對中，對于聯(lián)軸器下部的減速器和電機都回產生較大的彎矩，在裝配時需要保證減速器的輸出軸與滾阻絲桿保持嚴格對中，因此這里選擇固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發(fā)生相對 位移 的地方，結構一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的設計 選擇聯(lián)軸器種類 聯(lián)軸器 用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械 零件 。 彎曲強度需要滿足的條件為 ][ 39。 螺桿剛度驗算 滾珠絲桿在工作載荷 F 和轉矩 T 共同作用下引起每個導程變形量 北京工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 19 eGJTPEAPFl ?2 20 ??? （ 222） 公式中 A 為滾珠絲桿截面積， )(41 221 mdA ?? ， Jc 為絲桿的極慣性矩， )(32 441 mdJC ?? ，G 為絲桿切變模量，對鋼 G＝ ， T（ N? m） 為轉矩， 轉矩轉nnPT W39550? ，其中 Pw＝ 667w＝ ， n3 為滾珠絲桿傳遞效率， 轉n 為絲桿轉速，則轉矩為 mKNT ????? 0 66 50 mGdTPEDPFGJTPEAPFle7292323294321222120 )1010( 10101041642???????? ???????? ????????? ??? (223) 則絲桿在任意 300mm 行程內彈性變量所引起的導程誤差 umpll 03 ?????? ? 查《滾珠絲桿設計手冊》，滾 珠絲桿精度選擇 C6級，在任意 300mm長度內誤差為 ，通常要求絲桿的導程誤差 l? 小于其傳動精度的 21 ， uml ][ ???? ， l? ][l? ,則絲桿剛度滿足要求。 北京工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 17 圖 5 滾珠螺母 滾珠螺母的設計 絲桿的 穩(wěn)定性驗算 由于軸向固定的長絲桿在工作時可能發(fā)生失穩(wěn)，所以在設計時應驗算其安全系數(shù) S,應使其大于絲桿幅傳動結構允許安全系數(shù)【 S】 . 絲桿不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 Fcr， 計算公式為： Fcr＝ ? ?22ulEIa? （ 219） 絲桿彈性模量 E＝ 206GPa，絲桿工作長度 l＝ 4000mm， u 為長度系數(shù)，取 u＝ 32 絲桿危險截面的軸慣性矩 Ia＝ ? ? 47421 063 md ?????? Fcr＝ ? ? ?22ulEIa? N52792 432 ???????? ????? ? 則 S＝ 5 ???FmF cr 查《滾珠絲桿設計手冊》得【 S】 ＝ 8， S【 S】 ,則滾珠絲桿不會發(fā)生失穩(wěn)。 表 7 滾珠絲桿參數(shù) 公稱外徑 （ mm） 導程 （ mm） 珠徑 （ mm） 根徑 （ mm） 動載荷 C （ kgf） 靜載荷 C0 (kgf) 70 10 9688 37516 即 Do＝ 70mm， Ph＝ 10mm，滾珠直徑 do＝ ，滾道半徑 R＝ ＝ ＝。 表 3 載荷系數(shù) 載荷性質 無沖擊平穩(wěn)運轉 一般運轉 有沖擊和振動運轉 FK 1～ ～ ～ 表 4 硬度系數(shù) 滾道實際硬度 ≥ 58 55 50 45 40 HK 表 5 精度系數(shù) 精度等級 C、 D E、 F G H AK KR1000 機器人抓取物重量最大為為 1000kg，則取 Fm＝ 10KN, 滾珠絲桿計算載荷 MAHFc FKKK＝F ??? ＝ 10＝ 12KN （ 215） 各類機械預期工作時間如 表 6 所示： 表 6 工作時間 機械種類 普通機械 普通機床 數(shù)控機床 精密機床 演示機床 航空機械 時間（ h） 500010000 1000020200 20200 20200 15000 10000 取滾珠絲桿使用壽命 Lh＝ 20200h，最大轉速 nm＝ 400n/min， 額定動載荷 為： KNLnLnFcCa hmhm 39。由于 KR 機器人抓取作業(yè)時需要很高的精度和平穩(wěn)性，并且從安全角度考慮，這里選用絲桿式升降機構。 4． 鏈條式升降機構具 有結構簡單、成本低等優(yōu)點，常使用于低速與升降高度不大的場合。 剪叉式升降機構具有結構緊湊、承載量大、驅動裝置通過性強和操控性好的特點，因而在各種場合中得 到了廣泛應用。柔性傳動升降機構包括鋼絲繩升降機構、鏈條式升降機構。 升降機構的設計 升降機構又叫升降臺，是一種將人或者貨物升降到某一 高度 的升降設備。 查《機械設計課程設計》表 1126 選擇鍵尺寸，鍵寬度為18mm，高度為 11mm，其中軸深度為 ，轂深度為 。 1 段：該段軸共有三個分出軸端，分別與三個行星輪相連，三個軸完全相同，軸的直徑為 d1＝ 40mm，軸的長度 L1 比行星輪厚度略大，取 L1＝ 65mm， 2 段：該段軸用以對太陽輪、行星輪、內齒輪的軸向固定，因此它的直徑 d 只是略小于內齒輪的外徑，取 d2＝ 250mm，厚度為 L2＝ 15mm。 ，設計三個軸段，零件圖形如 圖 2 所示 1 段：該段是與電機的連接端，設計為中空形式，通過使電機軸插入該段軸來使行星減速器與電機連接，取該段的外徑 d1＝ 48mm，內徑 d1’ ＝ 35mm,長度 L1＝ 60mm. 2 段：取 2 段之間的軸肩高度為 ，則該段直徑為 d2＝ 48+2 ＝ 51mm， 因為在該段軸上要安裝軸承，軸承取能承受較大軸向力的圓錐滾子軸承，軸承代號為 30211，內徑 d＝ 51mm，外徑 D＝ 100mm，寬度 B＝ 21mm。 由《機械設計》圖 1021 查得齒輪的接觸疲勞強度極限 1400MPa＝δH lim ， 齒輪的彎曲強度極限 340MPa＝δFlim 。查《實用機械傳動裝置設計手冊》表 612，選擇各齒輪齒數(shù)。經過比較后決定使用使用行星輪減速器 精密行星減速 器 主要為伺服電機 /步進電機專用，最大特點是定位精度和重復定位精度精準。但是減速器一般對于安裝方面比較麻煩。 諧波優(yōu)缺點的諧波是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大，精度很高；但是缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊、剛性與件相比較差，輸入轉速不能太高。其應用從大應力的傳輸工作到小負荷，精確的角度傳輸都可以見到減速器的應用，切在工業(yè)應用上，減速器具有減速及增加轉矩的北京工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 6 功能。其參數(shù)如下： 表 1 電機參數(shù) 額定轉速 ne （ rmp） 軸高 SH （ mm） 額定功率（ kw） 額定轉矩 Me 額定電流 Ie （ A） 相對數(shù) 2020 63 3 所得 電機轉矩 mNNmnPT ed . 0 0 5 5 09 5 5 0 30 ??????? ?， （ 21） 說明 符合要求 。 則提升功率 Ｗ6 6 7＝0 . 0 6 6 71 0 0 0 0＝Fv＝p w 。 電機的選擇 通過對伺服電機和步進電機對比，伺服電機在運行穩(wěn)定性、系統(tǒng)精度控制等許多性能方面都優(yōu)于步進電機。 步進電機相比伺服電機優(yōu)點 運行性能 ： 步進電機運行跟蹤實施特性優(yōu)于伺服電機，由于步進電機每發(fā)一個脈沖走一個角度，發(fā)脈信號電機就會走不會有延時，而伺服電機為閉環(huán)控制，發(fā)完脈沖和編碼返回對比處理，如有過沖在轉回去，有一定延時，蹤蹤特性差于步進電機。 矩頻特性 ： 步進電機的輸出力矩會隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，步進電機在高速時力矩會很小 ?？刂朴秒姍C的種類包括伺服電機、步進電機、旋轉變壓器、自整角機、測速發(fā)電機。配重與平臺結構通過兩個鋼絲繩來連接。 工作原理 由伺服電機輸出額定轉速給行星減速器，通過行星減速器的降低輸入轉速的作用將輸出轉速調節(jié)到滾珠絲桿幅所需要的轉速。 系統(tǒng)組成 升降平臺的機械組成部分主要由 升降系統(tǒng)和負載機器人的框架與平臺結構以及其他的輔助零部件共三部分組成。主要規(guī)格和技術參數(shù)為 平臺提升高度 為 4000mm， 平臺運動速度 4m/min， 提升平臺寬度 ≥ 2020mm， 提升平臺工作面最低工作點 500mm， 提升平臺靜止定位精度177。 2. 自 動化和智能化 將機械技術和電子技術結合，將先進的微電子技術、電力電子技術、光纜技術隱蔽功能用到機械的驅動和控