【正文】 部件 質(zhì)量 機(jī)械手及負(fù)載 20kg 第二自由度及負(fù)載 70kg 第三自由度及負(fù)載 100kg 部件 質(zhì)量 機(jī)械手及負(fù)載 18kg 第二自由度及負(fù)載 56kg 第三自由度及負(fù)載 71kg 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 對于第三自由度和機(jī)械手連接螺栓 mmd ? ，取 M8 可。各個(gè)自由度的連接都采用受橫向載荷的螺栓組連接，可按下式進(jìn)行校核 fzmRKQ fp? 其中： f— 結(jié)合面間摩擦系數(shù)，取 f= m— 為結(jié)合面對數(shù) fK — 可靠性系數(shù)，取 fK = pQ — 每個(gè)螺栓的軸向載荷 R— 外載荷 z— 螺栓個(gè)數(shù) 所選取的螺栓的直徑為][ σπ pQd ?? 其中： Ssσσ?][ ； S 為安全系數(shù)， 經(jīng)過計(jì)算： 對于一、二自由度連接螺栓 mmd ? ，這里取 M8 可滿足要求。通過對兩個(gè)表的對比可以看出，按假設(shè)選定的各個(gè)部件都可以滿足使用的要求。 各主要功能部件的可靠性分 析 直角坐標(biāo)機(jī)器人各個(gè)主要功能部件的選擇 與計(jì)算在 上一章已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，其間為了確定零部件的型號曾經(jīng)做了下面的假設(shè)，匯總在表 41 中。 計(jì)算得當(dāng)量動(dòng)載荷為 P= （ 2）驗(yàn)算壽命 36 )(6010 PCnL rh ? 其中： n— 帶輪轉(zhuǎn)速，這里取最大轉(zhuǎn)速為 500r/min rC ， P— 基本額定動(dòng)載荷，當(dāng)量載荷。至于其它的附件的設(shè)計(jì)在圖紙中已經(jīng)給出，詳 見圖紙。所以選擇兩個(gè)角接觸軸承背對背安裝。 （ 4）螺桿強(qiáng)度計(jì)算 231221 )(3)4( dTdF ?? πσ 其中： T— 傳遞轉(zhuǎn)矩（ Nm）， `)ta n (2 2 ρλ ?? FdT = ? — 當(dāng)量應(yīng)力（ MPa）， 將各參數(shù)代入上式可得? =，查表 [10， ]得 53][ ?? sσσ 計(jì)算得 [? ]=11871（ MPa） ,? [? ]滿足 要求， 經(jīng)過上述的計(jì)算可知，選用的絲 桿 可滿足要求，絲 桿 長度為 40mm。55` 這里λ 8176。 則計(jì)算得當(dāng)量摩擦角 ｀ρ =8176。 （ 1）材料的選擇 螺桿 45 號鋼， MPas 355?σ ；選擇梯形螺紋 15?β 176。 機(jī)械手傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 由于機(jī)械手傳動(dòng)裝置的移動(dòng)距離比較短，所以傳動(dòng)選擇滑動(dòng)絲 桿 的傳動(dòng)裝置。設(shè)工件為鋼質(zhì)，根據(jù)密度可計(jì)算出夾取工件的體積為 m－? 。 圖 33 機(jī)械手抓取范圍簡圖 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 機(jī)械手的手部尺寸及抓取范圍 根據(jù)負(fù)載大小，估計(jì)工件的結(jié)構(gòu)尺寸。 （ 2）該 機(jī)構(gòu)為省力機(jī)構(gòu)。 其它部件的設(shè)計(jì) 其它部件都已經(jīng)給出圖紙，可按照圖紙加工，其中技術(shù)要求在 圖中已注明。其主要參數(shù)如下：內(nèi)腔尺寸： 15 30 外腔尺寸 20 30彎曲半徑 28。由以上的分析，選用的軸承為 6205， 7202AC。 ④軸承的安裝和拆卸 便于裝拆，也是在選擇軸承類型時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)因素，在軸承座沒有部分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇內(nèi)外圈可分離的軸承（如 N0000、 NA0000、30000 等）。 ③軸承的調(diào)心性能 當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時(shí)，或因軸受罰而彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。當(dāng)承受徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可行用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推行為軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載 荷。 根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時(shí)，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。 ①軸承的載荷 根據(jù)載荷的大小選擇軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后變形也較小。第三自由 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 度采用兩根微型直線導(dǎo)軌。V 形導(dǎo)軌的尺寸為 B=20， b=2，α =90176。 ⑥能補(bǔ)償因受力變形和受熱變形的原則：例如龍門式機(jī)床的橫梁導(dǎo)軌，將中間部位制成凸形，以補(bǔ)償主軸箱（或刀架）移動(dòng)到中間位置進(jìn)的彎曲變形。 ④移動(dòng)導(dǎo)軌（例如工作臺）在移動(dòng)過程中，始終全部接觸的原則：也就是固定的導(dǎo)軌長，移動(dòng)的導(dǎo)軌短。 ③導(dǎo)軌能自動(dòng)貼合的原則；要使導(dǎo)軌精度高，必須使相互結(jié)合的導(dǎo) 軌有自動(dòng)貼合的性能。如矩形導(dǎo)軌的直線性與側(cè)面導(dǎo)軌的直線性在制造進(jìn)互不影射；又如平 — V 導(dǎo)軌的組合，上導(dǎo)軌（工作臺）的橫向尺寸的變化不影射導(dǎo)軌的工作精度。同時(shí)加 PLS80 精密行星減速器減速比3?i 。 [6] 圖 32 軌跡規(guī)劃圖 如上圖可知加速度是不變的，則加加速時(shí)間為最快速度與加速度之比。在系統(tǒng)中可作為直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的執(zhí)行元件 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 （ 3）慣性力矩 GT aMmG tJnT 30π? 其中： MJ — 折合到電動(dòng)機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； mn — 電動(dòng)機(jī)當(dāng)量轉(zhuǎn)速； at — 加速時(shí)間； 折合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算： 22 ）ω（）ωω（ mjimiimM VmJJJ ????? 其中： mJ — 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； iJ — 各轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； iω— 各轉(zhuǎn)動(dòng)件角速度； im — 各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量； jV — 各直線運(yùn)動(dòng)件的速度； 由上式可得到，外載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 FT =；絲杠副預(yù)緊力摩擦力摩擦力矩0T =；其中 68310 ?? aa FF ；第三自由度總負(fù)載估算 20kg； at 的確定需要作軌跡規(guī)劃。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，起動(dòng)、停止快。在系統(tǒng)中作用直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的 執(zhí)行元件 電機(jī)擴(kuò)大機(jī) 用輸入端較小的功率變化來控制輸出端較大的功率變化。角位移與接受的電脈沖數(shù)楊正比，轉(zhuǎn)速與每秒電脈沖數(shù)成正比。對 3 級精度絲杠副，取 ； 4 級以下精度取 ； （ 2）絲杠副預(yù)緊力摩擦力摩擦力矩 0T 02000 12 ηηπ ?? ha PFT 其中： hP — 基本導(dǎo)程； 0aF — 預(yù)加載荷； 電機(jī)名稱 用 途 交、直流伺服電動(dòng)機(jī) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與信號電壓成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而均勻下降。驅(qū)動(dòng)力就主要由三部分組成，即個(gè)載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 FT 、絲杠副預(yù)緊力摩擦力矩 0T 、慣性力矩 GT 。由于第二自由度的負(fù)載小于第一自由度負(fù)載，為了使設(shè)計(jì)簡化，第二自由度采用同樣型號的電機(jī)。 控制電機(jī)的用途與分類如下表表示 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 表 39 電機(jī)的分類與用途 由上述可知，第一、二自由度的電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)，第三自由度選用伺服電機(jī)。 [5] 控制電機(jī)已成為現(xiàn)代機(jī)電一體化的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)以及軍事裝備中必不可少的重要元件。 控制電機(jī)的輸出功率一般較小，通常從數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦，系列產(chǎn)品的機(jī)殼外徑一般由 到 130mm，重量從數(shù)十克到數(shù)千克，這類電機(jī)也稱微電機(jī)或微控電機(jī)。 驅(qū)動(dòng)部件的選擇 （ 1）控制電機(jī)的概述 隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置的，在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出多種具有特殊性能的小功率電機(jī)，它們在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中分別作為執(zhí)行元件、檢測元件和解算元件，這種電機(jī)統(tǒng)稱為控制電機(jī)。 1） 計(jì)算動(dòng)負(fù)載 [5] 由公式mn haj FfKKC ?? 其中： hK 壽命系數(shù)， 31)500( hh LK ? nK 轉(zhuǎn)速系數(shù)， 31)( nKn ? hL 要求壽命， hL =300 16 10＝ 48000h 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 ?f 綜合系數(shù)，wkaht f fffff ?? 其中：查表 33 得 1?tf ；查表 34 得 1?hf ；查表 35 得 ?af ；查表 36 得 ?wf ；查表 37 得 1?kf 表 33 溫度系數(shù) tf 工作溫度 小于 100 125 150 175 200 225 250 1?tf 1 表 34 硬度系數(shù) hf 硬 度 》 58 55 50 45 40 hf 表 35 精度系數(shù) af 表 36 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) wf 表 37 可靠性系數(shù) kf 經(jīng)計(jì)算，得 ??f 因此得到 NCaj 2100? 選用 RNBS 標(biāo)準(zhǔn)型螺帽精度轉(zhuǎn)造滾珠絲杠副，其型號為 RNBS2510A，其額定動(dòng)載荷為 ，符合要求 精度等級 3 5 7 10 af 負(fù)荷性質(zhì) 無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn) 一般運(yùn)動(dòng) 有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) wf 可靠度 90 95 96 97 98 99 kf 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 根據(jù)豎直方向的工作行程為 300mm，選用標(biāo)準(zhǔn)螺桿長度 500mm 的滾珠絲杠副。 9）實(shí)際軸間距 a mmmmLaa p 63]2 3310 00[2 L 00 ??? －＋－＋ 10）小帶輪嚙合齒數(shù) mz 8]216[)](22[432 33 ?????? e ntzzazpze ntz bm π 11）基本額定功率 0P 1000 )( 20 vmvTP a ?? 由表 [4， ]查得 NTa ? ， mkgm /? 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 KWP )( 20 ????? 12）計(jì)算帶寬 sb 00 PKPbbzdss ? 由表 [4， ]查得 H 型帶 ??? zms zb ， mmmmb s ??? 由表 [4， ]查得，應(yīng)選帶寬代號為 300 的 H 型帶，其 mmbs 2..76? 13）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸 傳動(dòng)選用的同步帶為 840H300； 1643 ??zz mmdd ?? mmdd aa ?? （ 3）第三自由度傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 由于第三自由度為豎直方向，通過對傳動(dòng)部件的分析，不適合采用帶傳動(dòng)，因此，采用絲杠傳動(dòng)，絲杠的軸向力為第三自由度負(fù)載的全部作用力，于是，絲杠的軸向載荷為 200N。 9）實(shí)際軸間距 a mmmmLaa p 1283]2 262827941200[2 L 00 ??? －＋－＋ 10）小帶輪嚙合 齒數(shù) mz 遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 9]218[)](22[ 212 11 ?????? e ntzzazpze ntz bm π 11）基本額定功率 0P 1000 )( 20 vmvTP a ?? 由表 [4， ]查得 NTa ? ， mkgm /? KWP 00 ) 00( 20 ????? 12）計(jì)算帶寬 sb 00 PKPbbzdss ? 由表 [4， ]查得 H 型帶 ??? zms zb ， mmmmb s ??? 由表 [4， ]查得，應(yīng)選帶寬代號為 300 的 H 型帶，其 mmbs 2..76? 13）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸 傳動(dòng)選用的同步帶為 1100H300； 1821 ??zz mmdd ?? mmdd aa ??