【正文】 因?yàn)榭紤]到在平臺(tái)中央有孔，因此肋板在孔兩端均勻分布，具體位置如圖所示。 圖 16 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 平臺(tái)的尺寸設(shè)計(jì)如 圖 17 所示 ，平臺(tái)長 2500mm，與框架臺(tái)的寬度相同， 總寬度為2200mm， 厚度為 30mm， 其中與滑塊相連的豎直板面 寬為， 120mm 厚度為 20mm，在平臺(tái)中間離右端面 900mm 處有直徑為 800mm 的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。 考慮 到平 臺(tái)結(jié)構(gòu)直接與機(jī)器人相連，因此平臺(tái)的變形會(huì)對(duì)機(jī)器人的定位精度產(chǎn)生很大影響 。 在平臺(tái)的上板面 上設(shè)有連接放置機(jī)器人和連接鋼絲繩的凸臺(tái)結(jié)構(gòu) ，為了盡可能的減小 與滾珠螺母相連的光孔處應(yīng)力， 將平臺(tái)與兩根鋼絲繩連接位置的中點(diǎn)與凸臺(tái)中心重合。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 15 框架臺(tái)位移分析 平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析 平臺(tái)結(jié)構(gòu)用來安放 KR1000 型機(jī)器人，使機(jī)器人與平臺(tái)在一起做升降運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)的長度與框架結(jié)構(gòu)的寬度相同，為 2500mm，左端的 豎直 板 面 與滾珠滑塊通過螺栓連接，使平臺(tái)沿著軌道運(yùn)動(dòng)， 在光孔周圍設(shè)計(jì)螺紋孔用來安裝螺栓。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 14 框架臺(tái)應(yīng)力分析 位移分析 軟件分析后得到框架結(jié)構(gòu)放大 537 倍的 位移如圖 15 所示。通過軟件分析，設(shè)計(jì)中所找到的最低安全系數(shù)為 ，大于機(jī)械上框架類結(jié)構(gòu)所需要的最低安全系數(shù) ，因此結(jié)構(gòu)安全。 施加載荷 因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)所受的壓力為機(jī)器人、平臺(tái)結(jié)構(gòu)、配重的重力之和，方向豎直向下，大小為 2 倍的配重重量，為 2＝ ，因?yàn)殇摻z繩上各處受力相同，因此四個(gè)凸臺(tái)上受力大小均為 247。頂蓋設(shè)計(jì)如圖 11 所示。在框架結(jié)構(gòu)的兩端各設(shè)計(jì)相同的四組橫梁，橫梁的截面尺寸為長 100mm，寬北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 80mm，在每個(gè)與滑輪連接的蓋板正下方設(shè)置一組，中間位置設(shè)置兩組，如圖 10 所示： 圖 10 頂蓋橫梁結(jié)構(gòu)圖 頂蓋的設(shè)計(jì) 框架臺(tái)設(shè)計(jì)側(cè)面寬度為 1100mm，因?yàn)樵诳蚣芘_(tái)的左側(cè)需要用鋼絲繩懸掛配重結(jié)構(gòu)，因此在鋼絲繩的左側(cè)蓋板延伸出 500mm 以保證配重結(jié)構(gòu)有足夠的運(yùn)動(dòng)空間，因?yàn)槠脚_(tái)兩側(cè)的受力相同，為了保證框架臺(tái)的平穩(wěn)性，使框架臺(tái)的左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同。這里橫梁設(shè)計(jì)為正方形結(jié)構(gòu)，每組橫梁為四根，分別連接于兩端的支架結(jié)構(gòu)。 支架設(shè)計(jì)為抗彎能力強(qiáng)的方鋼結(jié)構(gòu)，長度為 80mm，寬度 50mm，厚度為 5mm，其截面圖 與結(jié)構(gòu)圖分別為圖 圖 9,考慮到支架臺(tái)在最頂端的彎矩較大， 在支架結(jié)構(gòu)的頂端焊接有厚度 20mm的平板為形成整個(gè)支架臺(tái)結(jié)構(gòu) 。 圖 7 框 架臺(tái) 考慮到框架結(jié)構(gòu)的兩側(cè)要懸掛相同重量的重物，具有對(duì)稱性的矩形結(jié)構(gòu)比三角形有著更好的穩(wěn)定性，因此框架在設(shè)計(jì)時(shí)為四條腿矩形結(jié)構(gòu)?？紤]到框架結(jié)構(gòu)的主要目的是支撐重物，而它受力后產(chǎn)生的輕微變形并不會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度產(chǎn)生較大影 響，因此這次在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第三 章 框架平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 根據(jù)升降平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，升降高度為 4000mm，平臺(tái)寬度不能低于 2020mm， 導(dǎo)軌的高度設(shè)計(jì)為 4500mm，距平臺(tái)底部 300mm并且 KR100 機(jī)器人體積龐大，其高度 約為 米，為 了防止機(jī)器人在升降和作業(yè)過程中與龍門框架發(fā)生碰撞，因此設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)支架的總高度為 6000mm， 設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的寬度為 2500mm。 滾珠絲桿的導(dǎo)程為 10mm，即滾珠絲桿每轉(zhuǎn)一圈，絲桿螺母上升 10mm 的高度，因此滾珠螺母的上升速度為 4 m / m inm in/mm4 0 0 010400 ????螺母v 。行星減速器的軸端與電機(jī)直接相連，因此行星減速器的高速軸轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同，北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 既有 電機(jī)高速軸 n?n ，行星減速器的傳動(dòng)比為 5，因此減速器的低速軸的轉(zhuǎn)速為m in/n4005n ?? 高速軸低速軸n 。因?yàn)榕c聯(lián)軸器相配合的行星架末端軸長為 60mm，直徑為 50mm，與聯(lián)軸器配合的滾珠絲桿軸端直徑為 55mm，長度為 65mm，因此型號(hào)為 YLD10 的聯(lián)軸器滿足要求。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，套筒聯(lián)軸器和夾殼聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速低，并且套筒聯(lián)軸器只用于連接兩軸直徑相同聯(lián)軸北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 器，而夾殼聯(lián)軸器穩(wěn)定性差，凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定性高，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可以連接不同直徑的兩端，并且適應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍大，因此這里選用剛性凸緣聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工 作 零件 間構(gòu)成的動(dòng)連接具有某一方向或幾個(gè)方向的活動(dòng)度來補(bǔ)償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等， 彈性 可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補(bǔ)償兩軸的偏斜和位移，同時(shí)彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。 ② 可移式聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器的種類 按照被連接兩軸的相對(duì) 位置 和位置的變動(dòng)情況，可以分為： ① 固定式聯(lián)軸器。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。bb ?? ? ，彎曲強(qiáng)度滿足要求。bb ?? ? ， 彎曲強(qiáng)度 M P azbd Fhb 0 0033 221 ???? ????? ??， M P ab 1 20]][~[][ 39。 ???? ?? ，則 ][??? ，剪切強(qiáng)度滿足要求。 螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)量應(yīng)力 為： ?????????????????? 31221 4 dTdF?? ， （ 224） 若要使強(qiáng)度滿足要求，需要 ][??? ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 ， 53][ ?? s?? ， s? 為材料屈服極限，取螺桿材料為 65Mn, s? ＝ 520~600MPa，則 ][? ＝ 120~173MPa， ][??? ，強(qiáng)度滿足要求。 絲桿幅效率驗(yàn)算 首先計(jì)算絲桿幅的導(dǎo)程角λ， 10t a n 11 ?????? ?? d P h，則 ??? 當(dāng)滾珠絲桿副由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械效率 ? ?,tantan pn ?? ? ? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 , ?p ，解得 ?, ?p ， 該滾珠絲桿幅的機(jī)械效率為 ： ? ? ? ? % a n a nt a n t a n , ????? ?? ?pn ? ? （ 221） 一般要求滾珠絲桿幅的機(jī)械效率為 90%95%，則符合要求。 臨界轉(zhuǎn)速 ncr 驗(yàn)算 絲桿工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需要驗(yàn)算不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 ncr， 要求 crmax nn . 臨界轉(zhuǎn)速 為： 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 ncr＝ ? ?2129910uldfe （ 220） 1. 系數(shù) fe 的選取如下 表 8 所示 ： 表 8 系數(shù) fe 安裝方法 固定 自由 固定 支撐 支撐 支撐 固定 固定 系數(shù) fe 因?yàn)闈L珠絲桿下端固定，上端自由，選 fe＝ ， 臨界轉(zhuǎn)速 ncr＝? ? 322212??????? ????uldf e r/min 工作轉(zhuǎn)速為 n＝ 400r/min，則 nncr,滿足要求。主要尺寸如圖 5 所示。 偏心距 為： e＝ (Rdo/2)＝ ()＝ 102? mm （ 217） 絲桿內(nèi)徑 為： d1＝ Do+2e+2R＝ 70+2 102? 2＝ （ 218） 則滾珠絲桿幅的 結(jié)構(gòu) 如圖 4。查《滾珠絲桿選型手冊(cè)》得精密研磨級(jí)滾珠絲桿 FSV 系列，型號(hào) 7010B3 滿足要求，其技術(shù)參數(shù) 為表 7 所示。 43343 ?????????? （ 216） 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 根據(jù) 39。 絲桿的尺寸計(jì)算 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》， 得載荷系數(shù)、硬度系數(shù)、精度系數(shù)分別如下表 表 表5 所示， 得 KF＝ ， KH＝ ,KA＝ ，查表 24 取 C 級(jí)精度。 滾珠絲 桿 的選型 計(jì)算絲桿總長 滾珠絲桿的轉(zhuǎn)速與行星減速器輸出軸轉(zhuǎn)速相同，為 桿V ＝ 400r/min。 升降機(jī)構(gòu) 類型 選擇 由于齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)主要為海上作業(yè)設(shè)計(jì)，柱塞式升降機(jī)構(gòu)存在能耗大、同步精度差的缺點(diǎn)，鋼絲繩機(jī)構(gòu)存在定位不精確，平穩(wěn)性差的缺點(diǎn)，鏈條式升降機(jī)構(gòu)也存在穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。其采用的鏈條機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)，定點(diǎn)定位好，同步精度高，但運(yùn)行平穩(wěn)性較差 。當(dāng)鋼絲繩使用伸長量變大后，升降機(jī)構(gòu)定位不精確，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性變差，易受外界負(fù)載影響、慣性大、啟動(dòng)及換向慢 。但剪叉式升降機(jī)構(gòu) 臺(tái)面在升降過程中較難實(shí)現(xiàn)勻速，并且升降行程較小 。 2． 柱塞式升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但其同步精度較差，且存在能耗偏大的問題，因此這種升降技術(shù)在升降平臺(tái)上并不常用 。 類型 各類升降機(jī)構(gòu)的比較 、升降速度快、操作簡單、同步性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)易于將平臺(tái)調(diào)平且定位較精準(zhǔn)。剛性升降機(jī)構(gòu)包括齒輪齒條式、柱塞式、剪叉式、絲桿式。在 工廠 、自動(dòng)倉庫等 物流 系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送時(shí)，升降平臺(tái)上往往還裝有各種平面輸送設(shè)備，作為不同高度輸送線的連接裝置。 太陽輪軸 的 強(qiáng)度 校核 齒輪所受圓周力為 ： mmNdTF t ?????? 31 1 （ 29） 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 齒輪所受徑向力為 ： mmNFF tr ????? a n . （ 210） 則齒輪軸所受最大彎矩為 在第一段軸，且該段軸為空心，因此為危險(xiǎn)軸面，所受彎矩為： mmNLLLFFLM r ????????? )( 321. （ 211） 軸 的計(jì)算應(yīng)力公式為 222224)(4 ???????????????? WTWMca ????? （ 212） 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力，取折合系數(shù) ? 為 ， 軸的抗彎截面系數(shù)為 3233 2 2 6 532 mmdDW ????? ?? 則計(jì)算應(yīng)力 M P aca 2 26 52 5 1 2 26 57 9 5522 ??????? ? ?????????? 已知軸的材料為經(jīng)過調(diào)制處理的 45 號(hào)鋼，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 151 得軸的許用彎曲應(yīng)力為 MPa60][ 1 ??? ，則 ][ 1?? ??ca ，故安全。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 3 行星架 齒輪 的 強(qiáng)度校核 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核 強(qiáng)度條件：δ H? δ HP 計(jì)算應(yīng)力 為為： δ H＝?? HHVAEH KKKKuubdFtZZZ ??? 1( 1 （ 24） 許用應(yīng)力δ HP＝limlimHXWLVRNH S ZZZZ? （ 25） 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，由表 取使用系數(shù) KA＝ ， 動(dòng)載系數(shù) Kv＝22121 11 0 0)1( uuVZKbFKKtA ???? 按表 ，取 K1＝ ， K2＝ ， 則 Kv＝ 125 25100 ) ( ?????? ?? ＝ 查表取 KHB＝ KFP＝ 1，取 KHα ＝ KF＝ ，查圖 取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH＝ ，查表 取材料彈性系數(shù) ZE＝ ，取接觸強(qiáng)度重合系數(shù) Zεβ ＝ ，又已知 δ Hlim＝ 1400MPa， h＝ 20200，則 NL＝ 60 2020 20200＝ 81024? ， 北京工業(yè)大