【正文】 ........................ 36 滑輪的尺寸設(shè)計 ....................................................... 37 結(jié)論 ............................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ........................................................................... 49 致謝 ............................................................................... 40 附錄 ............................................................................... 41 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 研究背景 KUKA 公司的 KR1000 型機器人是一種重型負(fù)載機器人，可實現(xiàn)各種類型的抓取作業(yè)，但當(dāng)其應(yīng)用于高空移動抓取時，由于其本身的重量影響，導(dǎo)致需要將其放在移動平臺上才可以達(dá)到所需的操作空間，因此針對 KR1000 型機器人實際進(jìn)行抓取作業(yè)時的操作空間有限性，擬設(shè)計一臺框架式升降平臺，用于安裝固定 KR1000 型機器人。除作為不同高度的貨物輸送外， 廣泛應(yīng)用于高空的安裝、維修等作業(yè)。 本 平臺固定 在移動小車上，由小車帶動平臺做水平運動 其 上安裝 KUKA 公司 KR1000 型機器人，帶動機器人做升降運動。 隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的帶動，國內(nèi)市場對升降機的需求還在不斷升溫，這是推動升降機行業(yè)發(fā)展的主要動力。目前 升降機企業(yè)銷售量在不斷攀升，營業(yè)額逐年增長，但利潤率有所下降，這是我國升降機行業(yè)優(yōu)化升級的結(jié)果，這將有助于我國升降機行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。但目前我國的升降機廠家還是借助 CAD 輔助制圖，機械化、規(guī)?；a(chǎn)還不成熟，這與我國對升降機需求的多樣化、柔性化不相適應(yīng)，再加上目前升降機創(chuàng)新太少，特殊要求的升降機價格高，開發(fā)周期長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長的客戶需求。 RT(越野輪胎升降機 )和 AT(全地面升降機 )產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在 經(jīng)濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)致世界工程升降機市場進(jìn)一步趨向一體化。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有 10多家，主要集中在北美、日本 (亞洲 )和歐洲。但由于日本、德國升降機工業(yè)的迅速發(fā)展及 RT 和 AT 產(chǎn)品的興起，美國廠商曾在 20 世紀(jì) 60～ 70 年代世界 市 場中占有的主導(dǎo)地位正逐步受到削弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。 美國制造商的實力也有所增強，特雷克斯升降機公司的崛起即是例證。 1995 年以來，其通過一 系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。自 1992 年以來，由于受日元升值、國內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機影響，年產(chǎn)量呈下降趨勢。歐洲是潛力很大的市場，歐洲各工業(yè)國既是工程升降機的出口國，也是重要的進(jìn)口國。在德國 AT 產(chǎn)品市場份額中，利勃海爾占 53%，格魯夫占 16%，德馬泰克占 14%，多田野和特雷克斯各占 10%和 5%左右。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長，捷徑是購買競爭對手，其長期目標(biāo)是爭奪 世界市場的支配地位。世界頂級公司都對世界市場具有強大影響力，但迄今還沒有一家公司在上述三大市場取得主導(dǎo)地位。 升降設(shè)備的發(fā)展趨勢 隨著物流的多樣性，升降設(shè)備的品種越來越多且不斷更新。 2. 自 動化和智能化 將機械技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合，將先進(jìn)的微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)隱蔽功能用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)升降平臺設(shè)備的自動化和智能化是今后的發(fā)展方向。對牽引力的發(fā)展，一是要提高牽引動力，二是有效利用能源，減少污染排放，使用清潔能源及新型動力。主要規(guī)格和技術(shù)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。 在平臺上安裝的機器人重量為 ，高度約為 ，底 面半徑約為 400mm。 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(fù)載機器人的框架與平臺結(jié)構(gòu)以及其他的輔助零部件共三部分組成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)主要用來為機器人、機器人提供支撐，平臺結(jié)構(gòu)上裝載機器人。 工作原理 由伺服電機輸出額定轉(zhuǎn)速給行星減速器，通過行星減速器的降低輸入轉(zhuǎn)速的作用將輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到滾珠絲桿幅所需要的轉(zhuǎn)速。 根據(jù) 升降平臺的 設(shè)計要求，平臺的提升速度為 4m/min,通過選擇導(dǎo)程為 10mm 的滾珠絲桿，滾珠絲桿將自身的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為滾珠螺母的上下移動，并且?guī)优c螺母把合 在一起的平臺結(jié)構(gòu)一起運動，為了保證較高的運動精度和靈敏度，在 框架 臺上焊接有直線導(dǎo)軌，將平臺結(jié)構(gòu)與 軌道滑塊相連，使平臺沿著軌道運動。配重與平臺結(jié)構(gòu)通過兩個鋼絲繩來連接。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二 章 升降系統(tǒng)的設(shè)計與分析 電機的選型 電動機是傳動以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動機在實際應(yīng)用中的重點已經(jīng)開始從過去簡單的傳動向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移；尤其是對電動機的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制?？刂朴秒姍C的種類包括伺服電機、步進(jìn)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機、測速發(fā)電機。 伺服電機相比步進(jìn)電機優(yōu)點： 低頻特性 ： 步進(jìn)電機在低速運行時會出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，電機運行平穩(wěn)性 劣 于伺服電機。 矩頻特性 ： 步進(jìn)電機的輸出力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，步進(jìn)電機在高速時力矩會很小 。 控制精度 ： 步進(jìn)電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，選型時電機出力要有充分余量，應(yīng)處理好起、降速問題。 步進(jìn)電機相比伺服電機優(yōu)點 運行性能 ： 步進(jìn)電機運行跟蹤實施特性優(yōu)于伺服電機，由于步進(jìn)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(zhuǎn)回去，有一定延時，蹤蹤特性差于步進(jìn)電機。在頻繁正反轉(zhuǎn)跟蹤特性要求較高的場合必需使用步進(jìn)電機。 電機的選擇 通過對伺服電機和步進(jìn)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(jìn)電機?？紤]到伺服電機電機在與減速器連接時軸端為豎直方向，因此選擇立式伺服電機。 則提升功率 Ｗ6 6 7＝0 . 0 6 6 71 0 0 0 0＝Fv＝p w 。 則機構(gòu)總效率為： 0 . 9 0 3～0 . 8 0 0＝ 0 . 9 9 )～0 . 9 5 ) ( 0 . 9 8～0 . 9 9 ) ( 0 . 9 0～0 . 9 9 ) ( 0 . 9 7～( 0 . 9 7＝nnnn＝n 4321 ??? 則電機所需功率為 WnPwPd 3~ 8?? 選擇電機型號 電機采用定位精度高、性能良好的西門子伺服電機。其參數(shù)如下： 表 1 電機參數(shù) 額定轉(zhuǎn)速 ne （ rmp） 軸高 SH （ mm） 額定功率（ kw） 額定轉(zhuǎn)矩 Me 額定電流 Ie （ A） 相對數(shù) 2020 63 3 所得 電機轉(zhuǎn)矩 mNNmnPT ed . 0 0 5 5 09 5 5 0 30 ??????? ?， （ 21） 說明 符合要求 。在目前用于傳遞動力與運動的機構(gòu)中，減速器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。其應(yīng)用從大應(yīng)力的傳輸工作到小負(fù)荷，精確的角度傳輸都可以見到減速器的應(yīng)用，切在工業(yè)應(yīng)用上，減速器具有減速及增加轉(zhuǎn)矩的北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 功能。 各類減速器 的優(yōu)缺點 按照傳動類型的不同，減速機可以分為蝸輪蝸桿減速 器 、 諧波減速器、行星減速器、齒輪減速器四種。 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(zhuǎn)速不能太高。齒輪減速器 在模塊組合體系基 礎(chǔ)上設(shè)計制造，有極多的電機組合、安裝形式和結(jié)構(gòu)方案。但是減速器一般對于安裝方面比較麻煩。但是價格較貴。經(jīng)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(jìn)電機專用，最大特點是定位精度和重復(fù)定位精度精準(zhǔn)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 減速器選用 2KH(NGW)型傳動。查《實用機械傳動裝置設(shè)計手冊》表 612，選擇各齒輪齒數(shù)。齒輪毛坯為 20CrNiMo，硬齒面輪經(jīng)滲碳、淬火、磨齒加工，齒面硬度為 5862HRC，太陽輪、行星輪精度為六級，內(nèi)齒輪為七級。 由《機械設(shè)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 。 齒輪軸 的尺寸設(shè)計 30 nPAd?估算太陽輪軸的軸徑，選軸的材料為 45 號鋼，調(diào)制處理。 ，設(shè)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(shè)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(nèi)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(nèi)徑 d＝ 51mm，外徑 D＝ 100mm，寬度 B＝ 21mm。 3 段：為了使齒輪與軸承不發(fā)生沖撞及加工方便，齒輪與軸承之間要保持一定距離，取 3 段之間軸肩高度為 3mm，則該段軸的直徑為 d3＝ d2+3 2＝ 51+6＝ 57mm，軸的長度為 L3＝ 10mm。 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(nèi)齒輪的軸向固定，因此它的直徑 d 只是略小于內(nèi)齒輪的外徑，取 d2＝ 250mm，厚度為 L2＝ 15mm。 4 段：取 4 段之間的軸肩高度為 2mm，則 4 段軸的直徑為 d4＝ 602 2＝ 56mm，該段需要安裝一對圓錐滾子軸承，軸承代號為 30212，軸承內(nèi)徑為 d＝ 56mm，外徑 D＝ 110mm，寬度 B＝ 22mm，取軸 的長度 L4＝ 65mm。 查《機械設(shè)計課程設(shè)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 。 齒根彎曲疲勞強度校核 強度條件： ?F? PF? （ 26） F? ＝ ???? YYKKKKmb F SFFFVAnt? （ 27） PF? ＝limFXreltreliNEF S YYYY? （ 28） 復(fù)合齒形系數(shù) YFS＝ ，重合度與螺旋角系數(shù)??Y＝ ，齒輪材料的彎曲疲勞強度基本值 EF? ＝ 2/700 mmN ， YN 為彎曲強度計算壽命系數(shù)， 因 ,109 7??LN 查表得 NLN∞ ,則取 YN＝ 1，查表 取相對齒根圓角敏感性系數(shù),?relTRY 取彎曲強度計算尺寸系數(shù) Yx＝ ，齒輪彎曲強度最小安全系數(shù) , ?FS M P aF ?????????? M P aFp ??????? F? PF? ，則齒根彎曲強度滿足要求。 升降機構(gòu)的設(shè)計 升降機構(gòu)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(shè)備。 升降機構(gòu)根據(jù)機構(gòu)屬性不同分為剛性、柔性、剛?cè)犭p性三類。柔性傳動升降機構(gòu)包括鋼絲繩升降機構(gòu)、鏈條式升降機構(gòu)。但由于價格貴，制造難度大，主要應(yīng)用于海上自升式升降平臺 。 剪叉式升降機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、驅(qū)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(yīng)用。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3． 鋼絲繩升降機構(gòu)布置靈活且具有定點定位性好、運行噪聲小、運行平穩(wěn)性好等優(yōu)點，但是對升降高度有一定限制。 4． 鏈條式升降機構(gòu)具 有結(jié)構(gòu)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。 5． 絲杠式升降機構(gòu)是螺旋形式頂升，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)、傳動準(zhǔn)確等優(yōu)點，同時絲杠易于實現(xiàn)自鎖，故其安全可靠。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(gòu)。 升降平臺的提升速度為 平臺V ＝ 4m/min，滾珠絲桿的導(dǎo)程為 r/mm10m in/r4 0 0 m in/m4 ???桿平臺VVPh