【正文】 的 問題。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。 1） 電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 DJ 的折算 表 [14]218 查出 DJ = ㎏? cm2 2） 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 LJ 的折算 )/(8 22 cmKgDMJ cL ? 式中： cM 為圓柱質(zhì)量（ Kg）， D 為圓柱體直徑（ cm） ,L 為圓柱體長度。 對于鋼材，材料密度為 ) 33 cmKg ?? ? ,把 數(shù)據(jù)代入上式得： )( 22 cmKgDMJ cL ??? 3） 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 SJ 的折算 表 [14]42 P119，得出 1m 長的滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為 ㎏? cm2，絲杠長度 L＝ 600mm，所以滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量： SJ = = ㎏? cm2； 4） 手臂轉(zhuǎn)動慣量 GJ 的折算 工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量 GJ 可按下式進 行計算： MLJ G 20 )2( ?? 公式[14]（ 26） 式中， 0L 為絲杠導(dǎo)程（ cm）； M 為工作臺質(zhì)量（ kg）。 所以： 2220 )2( cmkgMLJ G ????????? ??? ? 5）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量 ?J 計算 22 7 1 6 cmkgJJJJJ GSLD ??????????? （ 2） 驗算矩頻特性 步 進 電 機 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 maxjM 是 指 電 機 的 定 位 轉(zhuǎn) 矩 ， 表 [14]221 中 查 得mM j ??? 7max 。步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩 mqM 與最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjM 的關(guān)系為： 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 20頁 maxjmq MM ?? 公式[14]（ 229） 表 [14]212 得 ? ＝ 。所以， mM mq ????? 步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩可按下式計算： 0MMMM KfKaKq ??? 公式[14]（ 230） 式中： KqM 為空載啟動力矩（ N?cm）； kaM 為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度，折算到電機軸上的加速力矩 （ N?cm）； KfM 為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩 （ N?cm）， 有關(guān) KqM 的各項力矩值計算如下： 1）加速力矩 36010602m a xm a x2m a xpbKavntnJJM???????? ???公式 [14]（ 232）和（ 233） 式中： ?J 為 傳動系統(tǒng)等效 轉(zhuǎn)動慣量； ? 為電機最大角加速度； maxn 為與運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速； t 為運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間， maxv 為運動部件最大快進速度； b? 為初選步進電機的步距角； p? 為脈沖當(dāng)量。 m i n/ a xm a x rvn p b ????? ? ? cmtnJM Ka ????? ?????? ??? 22m a x? 2） 空載摩擦力矩 iLfGMkf ??2 0?? 公式 [14]（ 234） 式中： G 為運動部件的總重量； f? 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i 齒輪傳動降速比； ? 為傳動系數(shù)總效率，取 ? ＝ ； 0L 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。 cmM kf ?????? ???? 3） 附加摩擦力矩 ? ?2021 12 ??? ?? iLFM YJ 公式 [14]（ 235） 式中： YJF 為滾珠絲杠預(yù)緊力； 0? 為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，現(xiàn)取 0? ＝ 。 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 21頁 ? ? cmM ???????? ?? 20 所以， 步進電機所需空載啟動力矩： cmMMMM KfKaKq ????????? 初選電機型號應(yīng)滿足步進電機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動 轉(zhuǎn)矩，即mqKq MM ? 公式[14]（ 231） ， 從上式可知電機初步滿足要求。 （ 3） 啟動矩頻特性校核 步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動很少使用。升速啟動是步進電機從靜止?fàn)顟B(tài)開始逐漸升速，在零時刻，啟動頻率為零。在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動結(jié)束時，步進電機達到了最高運行速度。 圖 [14]221，從 90BF001 矩 特性圖中，可查得：縱向： 空載啟動力矩 KqM ＝cm?? 對應(yīng)的允許啟 動頻率 Zyq Hf 4000? 。 表 [14]211，步進電機 150BF002 啟動頻率 yqZq fHf ?? 1600 ，所以所選電機不會丟步。 （ 4） 運行矩頻特性校核 步進電機的最高快進運行頻率 KJf 可按下式計算： PKZvf ?601000 max? 公式 [14]（ 236） 式中： maxv 為運動部件最大快進速度。算得 ZKZ Hf ? 。 快進力矩 KJM 的計算公式： 0MMM KfKJ ?? 公式[14]（ 237） 式中： 0M 為附加摩擦力矩， KfM 為快進時，折算到電機軸上的摩擦力矩。算得： cmMMM KfKJ ???? 2 .1 3 61 .4 2 80 .7 80 ＝＋＝。 圖 [14]222，從 90BF001 運 行 矩 頻 特 性 圖 中 ， 可 知 ， 快 進 力 矩 KJM ＝mcm ???? 0 .0 2 1 3 62 .1 3 6 ＝ 對應(yīng)的允許快進 頻率 KJyKJ ff ? ， 所以 ,所用的電機都滿足快速進給運行矩頻特性要求。 綜上所述，所選用的步進電機 90BYG503 符合要求，可以使用。 軸承的選取 （ 1） 環(huán)形軸承 3 作為機座的支 承原件，是為機器人研制的專用軸承，具有寬度小、直徑大、精度高、剛度大、 承載能力高（可 承受徑向力、軸向力和傾覆力矩）、裝置方便等特點價格高。 （ 2） 杠下部裝有 圓錐滾子 軸承，型號為 30204， 它的有關(guān)參數(shù)如下： 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 22頁 表 36 圓錐滾子軸承參數(shù)表 軸承代號 基本額定 極限轉(zhuǎn)速 r/min 動載荷 Ca/KN 靜載荷 C0a/KN 脂潤滑 油潤滑 30204 8000 10000 工業(yè)機器人的機械傳動裝置的選擇 滾珠絲杠的選擇 估算：等效載荷 Fm =1000 N, 絲桿有效行程 560 mm ,等效轉(zhuǎn)速 nm =1000 r/min , 要求使用壽命 L39。 h = 15000 h 左右，工作溫度低于 100℃ ，可靠度 95%，精度為 3 級精度。 計算載荷 Fc = FK aK RK tK mF 表 [15]1521 得 FK = ， aK = ， RK =， tK = 1 Fc = FK aK RK tK mF = ? ? ? 1? 1000 = 1771 N a39。C = 3c4h39。m F Ln ? = 34 177 150 00100 0 ??? = N 選擇滾珠絲桿副的型號 主要尺寸為：按 a39。C = 19559N， 表 [10]29，選用 SFU040064 滾珠絲杠。 0D = 40 mm , nP =8 mm , wD =4 mm , d = 39mm，滾珠直徑 d0= 滾道半徑 : R= mmmmd 0 ???? 偏心距 ： e== mmdR 20 )()2( ?????? 絲杠內(nèi)徑 ： mmmmReDd )(22 201 ?????????? ? 39。d ≤27 mm , aC =24000 N , CK =1880 N 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 23頁 螺旋導(dǎo)程角 ： γ = arctan0ndP? = arctan 406?? = 3186。38′ 螺桿不長，無需驗算穩(wěn)定性。 剛度驗算 按最不利情況考慮，即在螺距 (導(dǎo)程 )內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為： S? = 4122n1GdPT16? + 21nEdFP4? T1 = mF 2d0 tan( γ+ v? ) = 1000? 240 ? tan( 39。383? + 39。39。408 ) = 1321 Nmm 磨擦系數(shù) f = , 當(dāng)量磨擦角 v? = 39。39。39。408 ，剪切彈性模量 G=? 410 N/mm2所以： S? = 442 2 8132116 ??? ??? + 25 810004 ??? ??? = μm 其中，危險截面 1d = ， E = ， 每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形 ss? = ?? = m? /m ( ss? )p = 15 m? /m 因為滾球絲桿精度要求為 3 級精度，由 表 [9]158 查得 ( ss? )p = 15 m? /m 所以其剛度滿足要求。 計算效率 η= ? ?vtantan ??? ? = ? ?39。39。39。39。 408383tan 39。383tan ?? ? = = 96% 諧波齒輪的選擇 諧波齒輪的特點，與一 般齒輪傳動相比，有如下特點： 傳動比大。一級諧波齒輪減速比可以在 50～ 500 之間，在只傳遞運動的裝置中可達 1000。采用多級或復(fù)波式傳動時，傳動比可以更大。 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 24頁 這種傳動同時嚙合的齒數(shù)多，可達總齒數(shù)的 30%～ 40%。故承載能力大。 運動誤差小，無沖擊，齒的磨損小，傳動精度高，傳動平穩(wěn) 效率高（減速傳動下，一般可達 ～ ），結(jié)構(gòu)簡單，零件少，重量輕。在承載能力和傳動比相同的條件下，比一般齒輪減速器的體積和重量約減少 1/2～ 1/3。 缺點是起動力矩大，柔輪易疲勞損壞，故柔輪的材料和 熱處理條件要求高。傳動比小于 35 時不能采用諧波傳動。 由于諧波減速傳動裝置明顯的優(yōu)點，已廣泛用于機器人和其它機電一體化機械設(shè)備中。 本設(shè)計中的諧波齒輪采用帶杯形柔輪的諧波傳動組合件。它是由三個基本構(gòu)件構(gòu)成的，帶凸緣的環(huán)形剛輪，杯形的柔輪和柔性軸承、橢圓盤構(gòu)成的波發(fā)生器。 聯(lián)軸器的選擇 該機構(gòu) 是是膜片型彈性聯(lián)軸器，具有高靈敏性，高扭轉(zhuǎn)剛性 。 回轉(zhuǎn)間隙為零，順時針和逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同，裝置中的不銹鋼膜片補償徑向，角向，軸向偏差，利用鍵槽固定軸， 螺栓徑向固定 中間彈性體為進口不銹鋼膜 。 這種聯(lián)軸 器定心性好，承載能力高，傳遞功率大、轉(zhuǎn)速高、使用壽命長，具有過載保護能力，能在受振動和沖擊載荷等惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，安裝、使用和維護方便，作用于系統(tǒng)中的載荷小、噪聲低。 1—— 聯(lián)軸器 ， 2—— 螺栓 ， 3—— 軸 圖 312 TSK3K 法蘭膜片 聯(lián)軸器 遼寧科技大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 25頁 4 三自由度圓柱坐標 工業(yè)機器人的計算機控制系統(tǒng)概述 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點 及對控制功能的基本要求 工業(yè)機器人具有多個自由度，每個自由度一般包括一個伺服機構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計算機來實現(xiàn)。因此，機器人控制系統(tǒng)也是一個計算機控制系統(tǒng) ?？刂葡到y(tǒng)的功能是控制機器人操作機的運動和操作以滿足作業(yè)的要求。在作業(yè)中機器人的工作任務(wù)是要求操作機的末端執(zhí)行器按點位 或軌跡運動，并保持設(shè)定的姿態(tài)。在運動中或在規(guī)定的某點位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。對工業(yè)機器人的控制功能大致有