【正文】 時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的23倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：第三部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算一、 臂部和機(jī)身的設(shè)計(jì)臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)臂部結(jié)構(gòu)應(yīng)具有承載能力大，剛度好和自重輕的特點(diǎn)，另外其位置精度要求高。本機(jī)械手手臂運(yùn)動形式有手臂伸縮和升降的直線運(yùn)動，有手臂左右擺動的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。1）、手臂伸縮機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)、中間架體、滑枕、等組成，中間架體的底部和中間座聯(lián)接，手臂右端出口處手腕和機(jī)械手抓手步進(jìn)電動機(jī)部分聯(lián)接，當(dāng)手臂伸縮步進(jìn)電動機(jī)輸出動力后連動鏈條帶動滑枕上的定滑輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪連動滑枕做前后運(yùn)動實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)運(yùn)動，其行程大小靠擋塊和行程開關(guān)來調(diào)整，伸出端在可調(diào)式定位螺釘上，確保定位精度，手臂伸縮導(dǎo)向裝置采用燕層形滑枕，導(dǎo)向性能好，手臂剛度大，工作時(shí)運(yùn)動平穩(wěn)。2）、臂部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)考慮到在常用的機(jī)械傳動中，以齒輪的效率最高（一級圓柱齒輪傳動下率可達(dá)99％）在同樣的使用條件下，齒輪結(jié)構(gòu)最緊湊，另外是齒輪傳動工作可靠，壽命長，且其傳動比穩(wěn)定等因素，本機(jī)構(gòu)擬采用步進(jìn)電機(jī)及圓柱齒輪和手臂底等組成的行星輪系來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)回步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動輸出軸和行星齒輪自轉(zhuǎn)，由于行星齒輪與相對固定中心輪億齒合迫使行星輪產(chǎn)生一個(gè)公轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而帶動手臂繞軸線回轉(zhuǎn)，而為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，手臂實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)角度為180176。，步進(jìn)電機(jī)在機(jī)件外部，因而安裝維修方便，該步進(jìn)電機(jī)還能起到部分的平衡作用。步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理。結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯(cuò)開1/3て，C與齒3向右錯(cuò)開2/3て，A39。與齒5相對齊，（A39。就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖：旋轉(zhuǎn)：如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て1/3て）=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對齊?！?如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用AABBBC－CCAA這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m……(m1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。 力矩： 電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量Ф）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開一定角度產(chǎn)生力F與（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*SBr為磁密，S為導(dǎo)磁面積 F與L*D*Br成正比 L為鐵芯有效長度，D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=NI/RNI為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。二、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1）、手臂回轉(zhuǎn)時(shí)所需的啟動力矩驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)力矩M驅(qū)，應(yīng)當(dāng)與手臂啟動所產(chǎn)生的慣性力矩M慣及個(gè)密封裝置的摩擦阻力矩M封相平衡。M驅(qū)=M慣+M封式中：M封——密封裝置處的摩擦力矩（Nm），一般取M封=M慣=JOVε=JO△W/△t△W——回轉(zhuǎn)的角速度變換△t——啟動過程JO——手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，為了計(jì)算需要將手臂等效為一個(gè)圓柱體，其等效高1000mm，直徑240mm，其所受重力為2000N。JO =1/122000/10（12+3） =△W=60/80=取響應(yīng)時(shí)間 △t=代入： M慣= M驅(qū)= M驅(qū)++ =手臂回轉(zhuǎn)輪齒輪設(shè)計(jì)選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）齒輪傳動就裝置類型來說，有開式，半開式和封閉式之分；開式傳動齒輪適用于低速傳動，由于本機(jī)械手的回轉(zhuǎn)速度很低，故可采用開式直齒圓柱齒輪，為減輕重量，采用腹板式。2）機(jī)械手為一般共況下的工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度即可。3）材料的選擇 一般對齒輪尺寸較大，工作速度較低、周圍環(huán)境粉塵含量極高的工作狀況下，往往選擇鑄鋼和鑄鐵等材料，其耐磨性及強(qiáng)度都較好。4）選擇齒輪齒數(shù)對于齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不至于過少，故不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取Z=17~20這里取Z=20按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算由于設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算d1≥√（K1T1/Фd）[（u+1）/u]（ZE/[бH]2確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值：1）選載荷系數(shù)K=2）計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩選取電機(jī)功率P=n=11r/minT=105 =3）選取鋸齒寬度系數(shù)фb=4）材料彈性影響系數(shù)ZE=5）按齒面硬度得小齒輪的接觸極限為580Mpa6）由計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：設(shè)其工作壽命為12年，每年工作300天，兩班制則N=60njLh=1077）接觸疲勞壽命系數(shù)KHN=8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)為s=1由公式[бH]= KHNбHLim/s=551Mpa計(jì)算：1）計(jì)算齒輪分度圓直徑2）計(jì)算圓周速度v=Лdn/60000=3）計(jì)算齒寬b b=4）按實(shí)際載荷系數(shù)校核分度圓直徑載荷系數(shù)K=KAKVKHβHA =1 = 故d=370mm中心輪與星形相噘和的中心齒輪直接固定在手臂中心支架上，由于其傳動比Z2/Z1=20分度圓直徑為370mm模數(shù)m=p/Л=D/Z=齒寬為141mm校核驗(yàn)算F=2T/d=KAF1/b=故合適三、手臂升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算1）、手臂作升降運(yùn)動的液壓缸驅(qū)動力驅(qū)動力F=F慣+F摩+F密+F回+G式中F慣——起動或制動時(shí)，鏈條所受平均慣性力，F(xiàn)慣=(G/g)(△v/△t)G——參與運(yùn)動的零部件所受的總重，G=5600N△v——由靜止加速到常速的變化量；△t——啟動過程時(shí)間，~，這里取△t=取液壓缸工作壓力P=F慣=5600/F摩——摩擦阻力，=F回——步進(jìn)電動機(jī)自身停滯所造成的阻力，按F回=；代入驅(qū)動力F的計(jì)算公式得，F(xiàn)=104N。第四部分 驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 各類驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)驅(qū)動系統(tǒng)為機(jī)械手提供運(yùn)動的動力，是運(yùn)動源。啟動系統(tǒng)按驅(qū)動介質(zhì)的不同可分為液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)