【正文】 Ln/2L3L3=L2+LxL4L4=LzL2L5L5=b+Le+La+Lx+Ln/2因為設(shè)計為兩端固定，故選Lc=L5式中，通過查詢機械手冊得，計算得mm故轉(zhuǎn)速已經(jīng)滿足要求螺桿材料為45號鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，且查表得其許用應(yīng)力MPa當前設(shè)計的螺桿的當量應(yīng)力 （28） 式中 （29）故所設(shè)計的絲杠強度符合設(shè)計要求。 （210）上式中，A為絲杠的截面面積。 （212）G為絲杠的彈性模量，T為絲杠的轉(zhuǎn)矩。絲杠所允許的導(dǎo)程誤差要求小于傳動精度的1/2，即um （ 214）由上面計算可以得出故設(shè)計符合的絲杠剛度符合要求，可以安裝使用。對于絲杠運動副，為了保持精度和延長使用壽命，應(yīng)該定期對其進行潤滑等保養(yǎng)。因為機械手既有有軸向載荷又有徑向載荷，所以在設(shè)計時一般選用角接觸球軸承[11]。本次設(shè)計，從二中選一，我選用的是角接觸球軸承。滾動軸承與絲杠的配合，配合采用基孔制配合，配合公差選用。 mm/s2 （217）所以徑向外載荷NN （218）N 查機械設(shè)計課本，并計算得：N因 則NN附表： 表26 軸承參數(shù)基本尺寸/mm基本額定載荷/KN極線轉(zhuǎn)速/r*min1安裝尺寸/mmd D BCrCor脂油daminDamaxramax10 26 8190002800026 81900028000 30 918000260001525 30 918000260001525查詢機械設(shè)計表135，得出以下表格表37 軸承70000AC的計算參數(shù)因軸承工作時有沖擊，經(jīng)過查機械設(shè)計手冊表載荷系數(shù)為，因 （219）所以中軸承所受到的當量載荷N （220）N （222） 軸承預(yù)期計算壽命，h 壽命指數(shù)，當h時，fh=Ft： 溫度系數(shù)，ft =表28 軸承溫度系數(shù)工作溫度/℃120125150175200ft根據(jù)基本額定載荷C，查找機械手冊表5522，采用了70000AC型號的角接觸軸承，其參數(shù)如下表：表29 70000AC軸承的基本參數(shù)d DB aCr10mm26mm8mm da DarasCorh （223） LhL,h=20000h 且CCr 因此，軸承70000AC的選擇符合設(shè)計要求，合格。滾動軸承座設(shè)計為兩個，一個為軸承的固定端，一個為軸承的支撐端。設(shè)計其本尺寸d=10mm d為絲杠的直徑，在這里是為了給絲杠能穿過軸承支座所預(yù)留的直徑的孔。 D=25mm 軸承外徑，即為為能安裝上滾動軸承預(yù)留的直徑。 為軸承座的總體長度。圖24 Z軸軸承安裝座安裝時，要要注意對軸承進行預(yù)緊，讓軸承的旋轉(zhuǎn)精度得以提高，也能增加出軸承裝置的剛性，減小絲杠導(dǎo)軌在工作時的定震動。設(shè)計精密機械手，優(yōu)先考慮精度，故一定要選擇彈性聯(lián)軸器。其實物圖如下圖：圖25 膜片聯(lián)軸器因為是精密機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以要選擇精密零件。其參數(shù)如圖中的表所示：圖26 膜片聯(lián)軸器參數(shù)圖。因為Z軸運動模塊的運動速度曲線為矩形，最大速度為10mm/s，所以按最大運動速度計算。所以絲杠的工作功率w （224）計算絲杠轉(zhuǎn)矩 N確定，選擇型號57HM410306A。直線導(dǎo)軌目前有兩種選擇，一是滑動直線導(dǎo)軌，另一種是滾動直線導(dǎo)軌。本次設(shè)計為小型通用的機械手，要求定位迅速，移動精度高，定位精度高，結(jié)構(gòu)輕巧，工作效率高[12]。把滾珠、滾柱、或者滾針等等的滾動體，放置在相互匹配的兩導(dǎo)軌之間，使兩導(dǎo)軌由滑動摩擦變成為滾動摩擦，就成為了滾動導(dǎo)軌[12]。每種截面形狀又可以分為凸形與凹形。所設(shè)計的導(dǎo)軌可以選用標準件，所以直接可以選擇一定的型號的導(dǎo)軌，只要符合尺寸和壽命，剛度強度，精度要求的導(dǎo)軌都可以選用。表211 所選的導(dǎo)軌的參數(shù)品牌滾動體列數(shù)材料型號重量THK4列碳素鋼HSR15R1C11kg/m下圖為其詳細信息圖圖28 滾動導(dǎo)軌詳細信息圖導(dǎo)軌的長度為220mm，滑塊外形尺寸為34mm。根據(jù)公式 m3 （229）實際有重量的體積可按m3 所以質(zhì)量kg （230）計算得鏈接件的質(zhì)量為長期工作的導(dǎo)軌，會有磨損，從而影響工作的精度和穩(wěn)定性。滾動導(dǎo)軌的潤滑很是方便，所以工作時，應(yīng)該要每天潤滑兩次，早上進行一次潤滑，晚上再進行另一次潤滑。對潤滑油最基本的要求就是要有良好的潤滑性能。表213 常見導(dǎo)軌的潤滑方法導(dǎo)軌類型所用潤滑油潤滑方法備注普通的滾動導(dǎo)軌LAN全損耗系統(tǒng)用油壓力循環(huán)、油輪、油繩、油槍一般是無爬行機床（臥式）液壓式導(dǎo)軌油液壓系統(tǒng)提供潤滑油磨床，液壓控制機械系統(tǒng)一般多用的潤滑油導(dǎo)軌油壓力循環(huán)油槍、油繩、油輪一般用于有爬行運動的機床油霧需要排除空氣，在工作表面不準有有切屑潤滑脂滑動面較短時用脂槍或壓蓋脂杯注入到油槽里[5]一般用與運動速度較慢或者運動為垂直運動的導(dǎo)軌[6]由上表格，因為Z軸運動模塊為垂直導(dǎo)軌，所以決定選用精密設(shè)備所用的導(dǎo)潤滑脂來進行潤滑。所以設(shè)計一個合適的點擊安裝座，來安裝固定電機。經(jīng)過在網(wǎng)上多家產(chǎn)品公司的瀏覽查詢，決定采用如下圖所示的電機座，結(jié)構(gòu)簡約，符合安裝要求。電機安裝座里面連接著聯(lián)軸器。其外觀圖如下圖所示：圖211 Z機架三維輔助圖電機安裝在其上端。加上有效負載2kg，可知作用在X軸上的有效載荷約為5kg。因為X軸直線運動模塊和Z軸直線運動模塊一樣，是精密運動機械，要求定位精確度高，移動精度高，所以不選用滑動絲杠和滑動導(dǎo)軌，而是選用了滾珠絲杠及滾動導(dǎo)軌。執(zhí)行元件驅(qū)動方面采用永磁式有刷直流伺服電機驅(qū)動，運動速度曲線為梯形，最大家速度為。導(dǎo)軌摩擦力 N （31）其中（，為了保證各種強度足夠，此處按5kg計算）——移動負載；u=——導(dǎo)軌與支撐之間的摩擦系數(shù)由方案已確定使用圓柱形滾動導(dǎo)軌，故u的值可由查下表得： 表31常用材料的滾動摩擦系數(shù)摩擦副材料靜摩擦系數(shù)us動摩擦系數(shù)u無潤滑有潤滑無潤滑有潤滑鋼鋼~~鋼青銅~~1）軸向載荷和等效軸向載荷的計算N （32）其中負載移動阻力系數(shù)k= ——負載移動阻力； m/s2 （33）N2）預(yù)設(shè)滾動絲桿基本參數(shù)采用右旋磨制絲杠。又查表得： 表33 載荷系數(shù)表載荷性質(zhì)平穩(wěn)無沖擊一般運行有沖擊和振動KF 表34 硬度系數(shù)硬度系數(shù)大于等于585550KH表35 精度系數(shù)精度系數(shù)357KA由上表知： 載荷系數(shù)，動載荷硬度系數(shù) 。所以 （38） 4）螺旋導(dǎo)程角λ 5）基本額定載荷校核Ca N （39） N式中fc為與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關(guān)的系數(shù)，一圈螺紋滾道內(nèi)的鋼球數(shù)量；鋼球滾道切面在接觸點處的公法線與螺紋軸線的垂直線之間的夾角[12]。6)基本靜載荷計算 N （310） F ——軸向載荷 N基本額定靜載荷N （311）當a=45 o時， 結(jié)果為Coa′小于Coa，所以設(shè)計的參數(shù)符合要求。mm （312）——當量摩擦角，當運動件由旋動運動轉(zhuǎn)變到直線運動時取當量應(yīng)力σMPa （313） mm e滾到圓弧偏心距mm （314）表36 許用應(yīng)力表牌號 鑄件預(yù)計抗拉強度單鑄試棒最小抗拉強度（Mp）用途舉例 鑄件壁厚（mm）抗拉強度σb≥（Mp）大于小于等于HT100102030102030401301009080 100適于對強度無要求的零件（外罩、底板）HT15010203010203040175145130120 150適于對強度要求不高的零件（機床底架、軸承座）HT20010203010203040220195170160 200適用于對強度、耐磨性要求較高的零件（氣缸、齒輪）由上表易知：鑄鐵抗拉強度最小為100Mp，而且剛的抗拉強度較之更大，所以σ小于[σ]，設(shè)計符合要求?？紤]到連接的穩(wěn)定，故選擇固定——固定的安裝方式 （315）其中Lj——絲桿兩個支撐之間的距離，mmL——絲桿計算長度， mmE——絲桿材料的彈性模量 查表可知：鋼—— MPaA——絲桿的計算截面積 mm2 （316）轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的軸向變形量δTmm （317）其中IP——絲桿的計算截面積的極慣性矩 （318）G——絲桿材料切變模量鋼材料?。狠S向載荷F使鋼球與螺旋滾道間產(chǎn)生的軸向變形δa當時，且滾動螺桿兩邊有預(yù)緊，則： mm （319）參數(shù)如下：△Z——工作螺母中的鋼球總數(shù) Z——一圈螺母中的鋼球數(shù) FP——預(yù)緊力，一般取KZ——載荷分布不均勻系數(shù)，一般取KZ=因溫度升高引起的軸向位移δa的計算表37 材料線膨脹系數(shù)at（表內(nèi)數(shù)值*106/OC）材料 溫度范圍（OC） 20201002020020300工業(yè)用銅（）（）黃銅 碳鋼（）（）（）鑄鐵（）（）（）鎳鉻合金由上表綜合考慮取mm （320）其中at——線性膨脹系數(shù) △t——絲桿溫度，一般為35 lo——螺紋有效長度 lo =250mm絲桿軸向總變形量δmm （321）絲桿的軸向剛度 （322）剛度條件[Kδ]—絲桿允許軸向剛度 小于 所以設(shè)計符合條件重復(fù)定位度um Kδ：軸向剛度 Fst：導(dǎo)軌間最大靜摩擦力△ 小于[△]==50181。 （323）a：安全系數(shù)，a=E：彈性模量，MPa I：絲桿剖面最小慣性矩， （324） d2: 螺紋底徑，10mmg： r：材料比重，N/mm3 A： 螺紋底徑面積，mm2 （325）Lc： 計算許用轉(zhuǎn)速nc用的安裝距離。當滾珠絲桿精密等級為5級時r/min （326）式中，通過查詢機械手冊得，由上章表110已取得mm故轉(zhuǎn)速已經(jīng)滿足要求10）的校核 （327）故設(shè)計的滾珠絲杠副工作穩(wěn)定，符合要求。 （329）上式中，A為絲杠的截面面積，mm2 （330）絲杠的極慣性矩為， （331）G為絲杠的彈性模量，T為絲杠的轉(zhuǎn)矩。絲杠所允許的導(dǎo)程誤差要求小于傳動精度的1/