【正文】 ?啟 018 =，等速轉(zhuǎn)動角速度 s? ?? 。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 60 1 3 12 l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? . 03 42 5. 01 25 552 0. 31 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 19 55 N m? ? ? 機械手腕部三維軟件圖如圖 32 所示： 圖 32 機械手腕部三維軟件圖 腕部驅(qū)動力的計算 本次設(shè)計 機械手腕部采用齒輪傳動，通過小臂的步進電機驅(qū)動齒輪，傳遞給手腕上的齒輪，實現(xiàn)一定的傳動比。根據(jù)機械手的要求，設(shè)計的齒輪參數(shù)如下： (1) 傳動比為 i =:1； (2) 兩齒輪模數(shù)為 m=； (3) 壓力角為β = 20； (4) 中心距選擇α =66mm。 手腕的齒輪設(shè)計： 分度圓直徑 d=mZ=*40=40mm， 基圓直徑 bd =mzcos? =, 齒頂圓直徑 ad =m（ z+2 *ha ） =42mm, 齒根圓直徑 fd =m（ z2 *ha 2*c ） =, 標(biāo)準(zhǔn)中心距 a= 21 m（ 1z + 2z )=66mm. 齒輪示意圖如圖 33 所示： 20 圖 33 齒輪示意圖 齒輪三維圖如圖 34 所示： 圖 34 齒輪三維圖 腕部轉(zhuǎn)軸的選擇及計算 腕部轉(zhuǎn)軸的直徑為 8mm 的圓軸，其上的圓槽為安裝卡簧的位置。腕部齒輪的厚度為 10mm，通過鍵固定到轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸兩邊通過軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 AA 21 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 [5] 易知轉(zhuǎn)軸傳遞的功率屬于中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45 鋼并調(diào)制處理。查機械設(shè)計手冊軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知強度極限，再由機械設(shè)計手冊軸材料的許用彎曲應(yīng)力表知許用彎曲應(yīng)力。 按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑 查機械設(shè) 計手冊得軸的計算公式為： 錯誤 !未找到引用源。 式 41 根據(jù)機械設(shè)計手冊常用材料值和值，取 錯誤 !未找到引用源。 ，將 錯誤 !未找到引用源。 、錯誤 !未找到引用源。 帶入式 41，有 考慮到軸承受齒輪部分的扭矩力，故將估算的直徑加大，取為 8mm。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑。 考慮到長度對整體運動的影響，在這里我們根據(jù)實際情況選取長度為 34mm 的軸。 軸材料的許用彎曲應(yīng)力表 常用軸材料 22 腕部轉(zhuǎn)軸的三維圖及工程圖如圖 35 所示： 圖 35 腕部轉(zhuǎn)軸 選取軸承為深溝球軸承，規(guī)格為 8mm*12mm*。 軸承三維圖如 36 所示： 23 圖 36 軸承 卡簧的三維圖如 37 所示： 圖 37 卡簧 以上所選取零件均為標(biāo)準(zhǔn)件，便于有良好地互換性。 本章小結(jié) 本章通過四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。并進行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算，同時也計算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆健? 24 小臂部分的設(shè)計及有關(guān)計 算 手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。本次設(shè)計的手臂運動形式為上下仰俯運動和伸縮運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應(yīng)該具備 2 個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮和仰俯運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活 性等直接影響到機械手的工作性能。 小臂部分設(shè)計的基本要求 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 (1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 （ 2)提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 (3)合理布置作用力的位置和方向。 (4)注意簡化結(jié)構(gòu)。 (5)提高配合精度。 臂部運動速度要高，慣性要小 機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在 1000 1500mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè) 計在0180s 內(nèi)，大部分平均移動速度為 1000mms ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 090s 。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效、最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有 3 個途徑： （ 1）減少手臂運動件的重量，采用鋁合金或密度稍小的碳鋼材料。 （ 2）減少臂部運動件的輪廓尺寸。 （ 3）減少回轉(zhuǎn)半徑 ? ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。 （ 4）驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 手臂動作應(yīng)該靈活 為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。本次設(shè)計中轉(zhuǎn)軸采用軸承連接，卡簧固定。 25 總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，只有這樣，才能設(shè)計出完美的、性能 良好的機械手。 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運動機構(gòu) [6] 常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種： （ 1）雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。 （ 2）手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向 移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組 合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 （ 3）雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 （ 4）齒輪裝置傳動機構(gòu)。 手臂運動機構(gòu)的選擇 通過以上，綜合考慮，本次設(shè)計采用第四種， 傳遞功率大，傳動平穩(wěn)，能夠長時間使用，耐磨性好。 小臂部分各零件的計算 先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 腕部轉(zhuǎn)軸的直徑為 8mm 的圓軸，其上的圓槽為安裝卡簧的位置。腕部齒輪的厚度為10mm，通過鍵固定到轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸兩邊通過軸承和卡簧連接到手腕的耳板上。 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 同腕部的轉(zhuǎn)軸易知，小臂部分的轉(zhuǎn)軸傳遞的功率屬于中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45 鋼并 調(diào)制處理。查機械設(shè)計手冊軸的常用材料及其主要力學(xué)性能知強度極限，再由機械設(shè)計手冊軸材料的許用彎曲應(yīng)力表知許用彎曲應(yīng)力。 按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑 查機械設(shè)計手冊得軸的計算公式為： 錯誤 !未找到引用源。 式 41 根據(jù)機械設(shè)計手冊常用材料 錯誤 !未找到引用源。 值和 錯誤 !未找到引用源。 值，取 錯誤 !未找到引用源。 ，將 錯誤 !未找到引用源。 、 錯誤 !未找到引用源。 帶入式 41 有： 26 考慮到軸承受齒輪部分的扭矩力，故將估算的直徑加大，取為 8mm。由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑。 考慮到長度對整體運動的 影響，在這里我們根據(jù)實際情況選取長度為 34mm 的軸。 小臂部分轉(zhuǎn)軸的三維圖及工程圖如圖 38 所示 ： 圖 38 小臂轉(zhuǎn)軸 小臂支板的確定 小臂的板料厚度為 4mm，便于有足夠的強度，也利于軸承的安裝。根據(jù)支板所承受的力的大小和自身重量，取 壁厚為 3mm。臂部的尺寸通過查閱機械手手冊，以及強度的校核，選取 板長為 74mm,寬為 30mm，高為 65mm.。小臂一上的板通過四個螺釘固定在小臂上，側(cè)面的四個孔為步進電機安裝位置，其臂寬根據(jù)步進電機安裝齒輪的位置確 定，確保齒輪安裝在臂部的中間，以便于有足夠的強度使得整個機構(gòu)能平穩(wěn)工作。 小臂的三維軟件 圖及工程圖如圖 39 所示 ： 27 28 圖 39 小臂 小臂部分軸承的三維圖及工程圖的選取 選取軸承為微型深溝球軸承，規(guī)格為 8mm*12mm*。如圖 310 所示： 29 圖 310 軸承 小臂部分步進電機的選取 [7] 步進 電機 是將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時可以通過控制 脈沖頻率 來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 所選步進電機的型號為： 42 步進電機 42BYGHW609 4 線 參數(shù)： 電機的外形尺寸： 小臂部分的電機通過外六角螺釘固定在小臂上，選擇 M8 的外六角螺釘。 三維軟件繪制的步進電機如圖 311 所示 ： 30 圖 311 步進電機 外六角螺釘?shù)娜S圖如圖 312 所示 ： 圖 312 螺釘 小臂部分齒輪的 選取 本次設(shè)計機械手小臂部分采用齒輪傳動，通過大臂的步進電機驅(qū)動齒輪，傳遞給小臂上的齒輪，實現(xiàn)一定的傳動比。根據(jù)機械手的要求，設(shè)計的齒輪參數(shù)如下： (1) 傳動比為 i =:1； (2) 兩齒輪模數(shù)為 m=； (3) 壓力角為β = 20； 31 (4) 中心距選擇α =56mm。 手腕的齒輪設(shè)計： 分度圓直徑 d=mZ=*60=60mm， 基圓直徑 bd =mzcos? =, 齒頂圓直徑 ad =m（ z+2 *ha ） =62mm, 齒根圓直徑 fd =m（ z2 *ha 2*c ） =, 標(biāo)準(zhǔn)中心距 a= 21 m（ 1z + 2z )=56mm. 齒輪三維圖如 313 所示： 32 圖 313 齒輪 小臂部分的三維軟件總圖如 314 所示： 圖 314 小臂部分裝配總圖 33 大臂部分各零件的計算 大臂支板的確定 根據(jù)支板所承受的力的大小和自身重量，取 壁厚為 3mm。臂部的尺寸通過查閱機械手手冊，以及