【正文】 本次設計選用低壓 200V 電壓。 對于機械 手的抓取操作及其在上料和卸料的時候，考慮到其工作的精準性，所以提供的動力源也要運行精確，保證加工的產品在規(guī)定時間內，在保證其質量的情況下，快速的完成，為工人師傅們節(jié)約更多的時間。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 所以，滾珠絲桿采用的是 THK 精密滾珠絲桿，其總長為 1160mm，外徑為 40mm，精度可達到 m?5? 伺服電機的選型 伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。 ： 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現滑動運動那樣的爬行現象 ,能保證實現精確的微進給。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下 ,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內循環(huán)。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠 被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。 所以這里用到伺服電機和滾珠絲桿的結合，能夠保證上下料的精度要求，同時也能保證速度快的要求。 實現法案：采用已有的雅馬哈機械手的原理，模仿雅馬哈結構，由伺服電機旋轉，通過聯軸器和滾珠絲桿軸連接，帶動滾珠絲桿旋轉，再設計一個連接器套在滾珠絲桿上并時另一端和機械手連接，滾珠絲桿旋轉帶動連接器水平移動，這樣就將轉動轉化成機械手的水平移動！ 圖 310 雅馬哈機械手 方案評估：采用伺服電機驅動 可使控制速度，位置精度非常準確，可以將 電壓 信號轉化為 轉矩 和轉速以驅動控制對象 ，動作反應快，過載能力大，調速范圍寬，低速力 矩大，波動小，運行平穩(wěn)。同時本設計要求保證較高的精度，四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 27 帶傳動沒有準確的傳動比，這對工件在上下料時具體的位置要求得不到保證，所以該方案不能滿足設計要求 。 方案評估：由于帶傳動具有中間繞性件的一種傳動，能夠緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲，并且如果發(fā)生過載的情況將會引起帶在帶輪上打滑，可以防止其他零件的損壞，也可以增加帶長以適應中心距較大的工作條件。 雙軸氣缸的計算 負載力的計算：主要受到各物體的重力和氣缸翻轉時受到的離心力，該氣缸所受的重力為前面各元件質量的總和： G= 1 2 3(2 )m m m g?? (327) =98N 負載力大小為： f==147N (328) 負載率 ? ： 該轉動過程對轉動速度要求不高，所以取 ? = 理論輸出力 F： F=f? (329) 第三章 各部分詳細設計 26 = =294N 氣缸的行程 l ： l =200mm 設計缸體內表面直徑 D： D=56mm 設計導桿直徑為 1d ： 1d =16mm 設計活塞桿直徑 2d ： 2d =12mm 氣缸壓力 p： P=2 2 24( 76 12 * 2 16 )F? ?? (330) = 所選氣缸壓力值 P ： P=2p (331) = 水平移動裝置的設計 移動裝置的選擇 水平移動裝置的作用是完成機械手在送料過程，將機械手從生產線上抓取的工件送到車床操作臺上加工，水平移動距離為 1000mm。因為這里氣缸主要用于實現機械手的上下運動，考慮到行程略長，所以參考雙軸氣缸的原理，上下運動的時候需要保證足夠的導向，使活塞桿不發(fā)生偏移，所以在中間設計一個導桿，這樣就能保證活塞不偏移，提高精度。 雙軸氣缸的原理：雙軸氣缸和一般的氣缸的區(qū)別在于其上加了一根導桿，主要用于長行程的場合，由于行程比一般的氣缸的行程長，所以必須加一根導桿做導向作用，這樣就能是活塞桿在長行程的過程不會發(fā)生偏移 ，使導向精度更高，同時也增強了氣缸的強度，能夠承受較大的橫向力矩和負載。 圖 38 內六角圓柱頭螺釘 螺釘安全校核的簡單計算： 由螺釘受力可以知道，螺釘主要受的是剪應力，所以做剪切應力的校核。 螺釘的選取：根據《畫法幾 何及工程制圖》 附錄表 8 選擇內六角頭螺釘（ GB/T ） 螺釘為 M6 12 全螺紋，數量為 8 個。根據回轉氣缸輸出軸的尺寸和氣缸的大小尺寸，以及機械手上下料時相對工作臺的空間位置，設計出旋轉支座為下圖所示： 圖 37 支座 材料的選擇：因為該零件只是起到連接和傳遞轉矩的作用，對強度要求不大，所以選擇材料為 HT200，零件通過鑄造而成。 兩個氣爪質量總計： m1 = 4 kg 連接支座的質量為 m2 = 2 kg 所受重力 f =(m1+m2)*g=（ 4+2） *= （ 320） f= 負載力 F=*f= *= （ 321） F= 負載率 ? ： 該轉動過程對轉動速度要求不高，所以取 ? = 理論輸出力 F1： F1=F? （ 322） = = 齒條受力 F2： 因為輸出力是由于齒條傳遞給齒輪軸，齒輪軸受到圓周力和軸向力，輸出力為圓周力，這里齒條受力估算為 倍圓周力。旋轉 90 度之后齒輪軸轉過的距離： s= 14d? = (311) 齒距 p = ，所以齒條走過了 5 個齒，這里需要齒條的有效長度大于行程 s，增加三個齒的長度保證齒輪運行正常，即齒條齒數為 8. 齒條疲勞強 度的計算： 1. 按齒面接觸強度設計 213 2 1d ( )[]HEhdHK T Z Z Z?? ? ???? (312) 齒寬系數 d? ：由《機械設計》表 查的 d? =. A V H HK K K K K??? (313) AK 為使用系數，查表 得： AK = VK 為動載系數，查表 得： VK = HK? 為齒間載荷分布系數，查表 得： HK? = HK? 為齒向載荷分布系數，由表 得： HK? = 所以動載系數 K =? ? ? = 第三章 各部分詳細設計 20 tand z????? （ 314） 0 .3 1 8 0 .8 1 9 ta n 2 0? ? ? ? ? 4 3 aZ? ??? = （ 315） EZ 為彈性系數，由表 可得： EZ = MPa HZ 為節(jié)點區(qū)域系數，由圖 可得： HZ = 由圖 查得 aHH MP1 1 0 02lim1lim ?? ?? ，計算接觸疲勞許用應力 [ H? ] 2 ][][ 21 HH ?? ?? （ 316） 其中上述 [ H? ]1 = 990 aMP ， [ H? ]2 =1000 aMP 所以可以計算出齒輪的分度圓直徑 d mm? 所以，滿足要求！ 2. 齒根彎曲疲勞強度的校核： 校核公式 ? ?13 212 F a SadFKTm Y Y Yz ???? （ 317） 重合度系數， Y? = a?? （ 318） = ? = 齒間載荷分配系數 FaK ， 由表 查的 FaK = 齒向載荷分配系數 FK? , 由圖 查得 FK? = 載荷系數 K , A V Fa FK K K K K ?? （ 319） = ? ? ? = 齒形系數 FaY ， 由圖 1FaY = 2FaY = 應力修正系數 SaY 由圖 1SaY = 2SaY = 彎曲疲勞極限 limF? 由圖 得 lim1F? =450MPa lim2F? =100MPa 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 21 彎曲最小安全系數 minFS 由表 minFS = 許用彎曲應力 ? ?1F? =349MPa ? ?2F? =89MPa 所以帶入公式得： m? ，所以滿足要求！ 氣缸大小的選擇 負載的計算：由該氣缸的輸出軸上所要承受的有兩個氣爪的重力，連接旋轉氣缸和氣爪的支座的重力，旋轉所產生的離心力，通氣和排氣時所受到的沖擊力。 齒頂高 ah ah = *ah m *( 1)ah? ah =2mm 齒根高 fh fh = **()ah c m? *( )c ? fh = 齒全高 h h = **(2 )ah c m? h = 齒頂圓直徑 ad ad = *a( +2 )z h m ad =33mm 齒根圓直徑 fd fd = **( 2 2 )az h c m?? fd = 基圓直徑 bd bd = cosda bd = 齒距 p p = m? p = 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 19 齒厚 s s = m? /2 s = 齒槽寬 e e = m? /2 e = 頂隙 c c = *cm c = 齒條的設計： 考慮到齒條加工難度比齒輪軸小，所以選擇材料比齒輪軸材料強度低，以便磨損齒條，保護齒輪。此次齒輪的材料選擇 CrMnTi20 。 齒輪齒條式氣缸的設計 齒輪軸的材料選擇 此次設計屬于精密設計，所選用的齒輪精度比較高，并且齒輪要有較高的強度及其齒面具有較高的硬度，還應進行磨齒及其精加工。 活塞僅作往復直線運動，摩擦損失少，齒輪傳動的效率較高，此擺動氣缸效率可達到 95%左右。 葉片式擺動氣缸體積小，重量最輕，但制造精度要求高，密封困難，泄漏是較大，而且動密封接觸面積大，密封件的摩擦阻力損失較大，輸出效率較低，小于 80℅因此，在應用上受到限制，一般只用在安裝位置受到限制的場合，如夾具的回轉，閥門開閉及工作臺轉位等。在定了上有兩條氣路，當左 路進氣時，右路排氣，壓縮空氣推動葉片帶動轉了順時針擺動。 葉片式氣缸：單葉片式擺動氣缸的結構原理如圖 34 所示口它是由葉片軸轉了 (即輸出軸 )、定子、缸體和前后端蓋等部分組成。如圖所示： 圖 34 氣動氣缸 旋轉裝置的設計 傳動件的選擇 旋轉裝置主要動力為氣動，所以首選氣缸為擺動氣缸。 負載率 ? ：由于該氣缸的作用只是負責抓取工件，所以屬于低速情況： 取 ? = (38) 理論輸出力： F1= F/? (39) = = 缸徑的計算：氣缸直徑的 設計計算需根據其負載大小、運行速度和系統工作壓力來決定。制動塊 6限制工件行程，定位銷 13 保證直線導軌不錯位。適用于多塵，多屑的場合。它有平行開合手指，肘節(jié)擺動開合手爪、有兩爪、二爪和四爪等類型，其中兩爪中有平開式和支點開閉式驅動方式有直線式和旋轉式。根據氣缸的潤滑方式，有給油潤滑氣缸和無給油潤滑氣缸，根據氣缸的選型方法，可知本次機械手上下料設計中氣缸的選擇是關鍵！ 氣爪的設計 氣爪的介紹 氣爪即是氣動手爪，是一種變形氣缸。 另外，選定氣缸