畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）加工中心機(jī)械換刀手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 37頁(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）加工中心機(jī)械換刀手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫(kù)上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過(guò)的刀具返回刀庫(kù)上的任務(wù)。機(jī)械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作，使加工中心能夠得到更加充分的利用，以實(shí)現(xiàn)其的價(jià)值所在；再者，由于使用了機(jī)械手，減少由于人工換刀帶來(lái)的低生產(chǎn)效率和容易出事故的弊端。加工中心的自動(dòng)換刀裝置，通常是由刀庫(kù)和機(jī)械手組成，它是加工中心的象征。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動(dòng)作迅速、可靠性高的自動(dòng)換刀裝置，以求在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好效益。自動(dòng)換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容，各廠家都在保密，極

2、少公開(kāi)有關(guān)資料，尤其機(jī)械手部分更是如此。本次設(shè)計(jì)思路是利用機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工中心的換刀。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)由三種運(yùn)動(dòng)組成即：旋轉(zhuǎn)、升降和手爪的自鎖。機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主要負(fù)責(zé)交換刀具，其驅(qū)動(dòng)裝置由兩相互嚙合的齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力則由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供，控制步進(jìn)電機(jī)的每秒脈沖數(shù)，就可以準(zhǔn)確的控制其位置。機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)主要負(fù)責(zé)拔刀、插刀，其驅(qū)動(dòng)裝置由齒輪齒條嚙合把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同樣控制步進(jìn)電機(jī)的每秒脈沖數(shù)和實(shí)現(xiàn)對(duì)三相中的任意一相一直保持通電以實(shí)現(xiàn)抱閘。其手爪自鎖主要利用電磁感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，頂桿后面用彈簧連接用于在斷電后能自由返回到原來(lái)的位置。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；加工中心；電磁感應(yīng)；刀具abstract

3、 the machine hand is the main tool in the install of automatic tool change,which shoulder carrying the knife onto the principal axis,then,put the have been used knife of the principal axis return to the tool. purpose of the machine hand is in oder to making the central machining work more quickly an

4、d be used more fully.in other hand,using machine hand can improve the low produce efficiency and reducing the accident. the automatc tool change install of the central machining ,is usually composing of the machine hand and tool,which is the symbol of the central machining . so the central machining

5、 maker study the automatic tool change on the quickly move and good reliability .vigorously, in oder to gain huge benefit in the intense competition market.the automatic tool change is the core content to the central machining, so allthe maker are all keeping secret and do not open,especially the ma

6、chine hand.in my graduation design,the main thinking is using the machine hand to complete exchanging the knife.movement of the machine hand is make up by three kind movement.the whirling of the machine hand is in charge of exchanging the knife。two mutual mesh gear drive offer power to the equipment

7、 and control the pulse of the stepping motor。the lifting movement is in charge of the machine hand pulling and inserting the knife。rack and pinion drive can achieve the movement。stepping motor can achieve brake。 the paw lock knife is using the electromagnetic induction to complete.spring is in charg

8、e of using mandrel call in if the coil out of power and return to the former position。key word：machine hand ；central machining；electromagnetic induction ；tool目 錄第一章 緒論11.1 加工中心概述11.2 本次設(shè)計(jì)方法及要求3第二章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1自動(dòng)換刀系統(tǒng)介紹42.2 機(jī)械手種類簡(jiǎn)介52.3 手爪的選擇82.4 刀具的夾持及刀柄9第三章 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)裝置113.1機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)113.1.1旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)113.

9、1.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇113.1.3 齒輪的設(shè)計(jì)133.1.4軸的設(shè)計(jì)193.1.5滾動(dòng)軸承的選擇213.2 機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)243.2.1 升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)243.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇243.2.3齒輪及齒條設(shè)計(jì)263.2.4滾動(dòng)軸承的選擇283.2.5軸的設(shè)計(jì)293.3機(jī)械手手爪鎖刀運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)303.3.1機(jī)械手外形及鎖刀裝置設(shè)計(jì)303.3.2彈簧設(shè)計(jì)313.3.3 通電線圈的選擇33總結(jié)34致謝35參考文獻(xiàn)36第一章 緒論1.1 加工中心概述加工中心是技術(shù)含量最高的機(jī)電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。它綜合了微電子、計(jì)算機(jī)、信息、自動(dòng)控制、精密測(cè)試、機(jī)床制造等方面的技術(shù)及相關(guān)配套的最新成就，集數(shù)

10、控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床等眾多數(shù)控機(jī)床于一體。增加了刀具自動(dòng)換刀裝置和刀庫(kù)，以滿足加工需要，主要體現(xiàn)在銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋、車螺紋車內(nèi)槽等工序的加工，構(gòu)成了以工件為中心的多工序復(fù)合加工。其中自動(dòng)換刀系統(tǒng)是整個(gè)加工中心的核心。加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來(lái)的。與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于加工中心具有自動(dòng)交換加工刀具的能力，通過(guò)在刀庫(kù)上安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過(guò)自動(dòng)換刀裝置改變主軸上的加工刀具，實(shí)現(xiàn)多種加工功能。 加工中心能實(shí)現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動(dòng)控制，以保證刀具進(jìn)行復(fù)雜表面的加工。加工中心除具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能外，還具有各種加工固定循環(huán)、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度自動(dòng)補(bǔ)償、加

11、工過(guò)程圖形顯示、人機(jī)對(duì)話、故障自動(dòng)診斷、離線編程等功能。 加工中心從外觀上可分為立式、臥式和復(fù)合加工中心等。立式加工中心的主軸垂直于工作臺(tái)，主要適用于加工板材類、殼體類工件，也可用于模具加工。臥式加工中心的主軸軸線與工作臺(tái)臺(tái)面平行，它的工作臺(tái)大多為由伺服電動(dòng)機(jī)控制的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，在工件一次裝夾中，通過(guò)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工面的加工，適用于箱體類工件加工。復(fù)合加工中心主要是指在一臺(tái)加工中心上有立、臥兩個(gè)主軸或主軸可90改變角度，因而可在工件一次裝夾中實(shí)現(xiàn)五個(gè)面的加工 。立式加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括： （1）主軸組件 對(duì)加工中心主軸組件的基本要求是具有足夠的剛度，精度，傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，以及

12、高速運(yùn)轉(zhuǎn)和適應(yīng)自動(dòng)換刀的條件。主軸軸承多采用高精度，高剛度，高速滾動(dòng)軸承。立式加工中心的主軸組件按進(jìn)給功能分有鏜軸進(jìn)給，滑枕進(jìn)給及非進(jìn)給主軸等類型，大多數(shù)采用非進(jìn)給型主軸。 （2）立柱 立柱有側(cè)面導(dǎo)軌型與正面導(dǎo)軌型。側(cè)面導(dǎo)軌型立柱便于機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，制造成本也較低，并抑易于與非數(shù)控臥式鏜銑床建立模塊化系列關(guān)系，但這類立柱在機(jī)床工作時(shí)受力狀況較差，且熱變形的對(duì)稱性差，因而對(duì)機(jī)床加工精度影響較大。正面導(dǎo)軌型立柱多采用門式結(jié)構(gòu)，有較好的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)和受力條件，多數(shù)加工中心采用這種立柱形式。 （3）工作臺(tái) 立式加工中心可采用自動(dòng)分度工作臺(tái)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 立式加工中心的主軸是垂直設(shè)置的，立式加工中心刀

13、庫(kù)容量一般較大，有的刀庫(kù)可存放幾百把刀具，部分立式加工中心的結(jié)構(gòu)較臥式加工中心復(fù)雜，占地面積大，價(jià)格也較高，立式加工中心較適用于加工零件的頂部和四周側(cè)面、箱體、盤類之類的零件，特別對(duì)箱體零件上的一些孔系和頂部平面及頂面的其他工序，容易得到保證，適合于批量加工。它和一般的數(shù)控壓力機(jī)機(jī)床相比具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1） 減少機(jī)床臺(tái)數(shù), 便于管理，對(duì)于多工序的零件只要一臺(tái)數(shù)控壓力機(jī)機(jī)床就能完成全部加工，并可以減少半成品的庫(kù)存量； （2） 由于工件只要一次裝夾，因此減少了由于多次安裝造成的定位誤差，可以依靠數(shù)控壓力機(jī)機(jī)床精度來(lái)保證加工質(zhì)量； （3） 工序集中，減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率； （4）由于零件在

14、一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾就能完成多道工序加工，所以大大減少了專用工夾具的數(shù)量，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。 (圖1-1）1.2 本次設(shè)計(jì)方法及要求 本次設(shè)計(jì)的題目是加工中心的自動(dòng)換刀裝置中的核心部件-機(jī)械手的設(shè)計(jì)。機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫(kù)上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過(guò)的刀具返回刀庫(kù)上的任務(wù)。 設(shè)計(jì)此機(jī)械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作，使加工中心能夠得到更加充分的利用，以實(shí)現(xiàn)其價(jià)值所在；再者，由于使用了機(jī)械手，減少由于人工換刀帶來(lái)的低生產(chǎn)效率和容易出事故的弊端。 本次設(shè)計(jì)研究的基本思路是根據(jù)實(shí)際要求完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及完成機(jī)械手運(yùn)動(dòng)所需要的驅(qū)動(dòng)裝置。 本

15、次設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容要求包括2張0號(hào)裝配圖(圖1-1）、6張3號(hào)零件圖及15000字論文，并且設(shè)計(jì)內(nèi)容能完成機(jī)械手旋轉(zhuǎn)、升降、鎖刀運(yùn)動(dòng)。加工中心的主要的技術(shù)參數(shù)要求： 刀庫(kù)容量： 24把刀 刀柄型號(hào)： 40號(hào)刀柄 刀具最大直徑： 120 刀具重量： 11 換刀時(shí)間： 7s 選刀方式： 順序換刀 （圖1-2）第二章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)換刀系統(tǒng)介紹加工中心區(qū)別于nc鏜銑床的主要特點(diǎn)就在于它具有根據(jù)工藝要求自動(dòng)更換所需刀具的功能，即自動(dòng)換刀（atc）機(jī)能。 機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫(kù)上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過(guò)的刀具返回刀庫(kù)上的任務(wù)。 加工中心的自動(dòng)換刀形式，

16、可分為有機(jī)械手換刀方式和無(wú)機(jī)械手換刀方式兩類。無(wú)機(jī)械手換刀方式，適用于采用40號(hào)以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用量型刀具的重型機(jī)床，這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。另外，刀庫(kù)回轉(zhuǎn)是在工步與工步之間，即非切削時(shí)進(jìn)行的。因此，雖然刀庫(kù)設(shè)置在立柱頂面，卻免去了刀庫(kù)回轉(zhuǎn)時(shí)的震動(dòng)對(duì)加工精度的影響。無(wú)機(jī)械手換刀方式中，刀庫(kù)可以是圓盤型、直線排列式，也可以是格子箱式等。無(wú)機(jī)械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫(kù)轉(zhuǎn)位定位的準(zhǔn)確度，為保證轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確，就要盡力消除刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈的間隙，為此可采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副，或采用可以相互錯(cuò)位的兩片齒輪結(jié)構(gòu)形式，或采用插銷定位、反靠定位等方法來(lái)準(zhǔn)確定位。圓盤型刀庫(kù)可設(shè)在

17、立柱頂上、立柱主軸箱的側(cè)面，也可設(shè)在橫梁一端，或設(shè)在主軸箱上，由主軸箱和刀庫(kù)配合運(yùn)動(dòng)完成自動(dòng)換刀動(dòng)作。直線排列式刀庫(kù)可設(shè)在工作臺(tái)上方，也可設(shè)在工作臺(tái)的一端或兩端，由主軸箱或工作臺(tái)配合運(yùn)動(dòng)完成自動(dòng)換刀動(dòng)作。格子箱式刀庫(kù)可設(shè)在雙工作臺(tái)的中間，換刀時(shí)，小直徑刀具可軸向取刀，大直徑刀具可徑向取刀。加工中心的自動(dòng)換刀裝置，通常是由刀庫(kù)和機(jī)械手組成，它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動(dòng)作迅速、可靠性高的自動(dòng)換刀裝置，以求在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好效益，自動(dòng)換刀裝置是加工中心的核心內(nèi)容，各廠家都在保密，極少公開(kāi)有關(guān)資料，尤其機(jī)械手部分更是如此。 無(wú)機(jī)械手換刀方式中

18、特別需要注意的是刀庫(kù)轉(zhuǎn)位定位的準(zhǔn)確度。為保證轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確，就要盡力消除刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈的間隙，為此可采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副，或采用可以相互錯(cuò)位的兩片齒輪結(jié)構(gòu)形式；或采用插銷定位、反靠定位等方法來(lái)準(zhǔn)確定位。2.2 機(jī)械手種類簡(jiǎn)介加工中心換刀機(jī)械手的種類繁多，可以說(shuō)每個(gè)廠家都推出自己的獨(dú)特的換刀機(jī)械手，在加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，是機(jī)械手具體執(zhí)行刀具的自動(dòng)更換，對(duì)其要求是迅速可靠、準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。由于加工中心機(jī)床的刀庫(kù)和主軸，其相對(duì)位置距離不同，相應(yīng)的換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程也不盡相同，它們由各種形式的機(jī)械手來(lái)完成。常見(jiàn)的機(jī)械手有：?jiǎn)伪蹎巫剞D(zhuǎn)式機(jī)械手 機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的軸線與刀具主軸平行，機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度

19、來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀，換刀具的所花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，用于刀庫(kù)換刀位置的刀座的軸線相平行的場(chǎng)合。 圖2-1 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 圖2-2 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短，如圖3.2所示。雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手（俗稱扁擔(dān)式）這種機(jī)械手的兩臂各有一個(gè)卡爪，可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)180之后有同時(shí)將刀具歸回刀庫(kù)及裝入主軸，是目前加工中心機(jī)床上最為常用的一種形式，換刀時(shí)間要比前兩種都短，如圖2-3所示。圖2-3 雙臂回轉(zhuǎn)

20、式機(jī)械手這種機(jī)械手在有的設(shè)計(jì)中還采用了可伸縮的臂，如圖2-4所示：圖2-4 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)與兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，相互配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行從刀庫(kù)取“新刀”插入機(jī)床主軸上，如圖2-5所示：圖2-5 雙機(jī)械手 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手圖2-6 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手這種機(jī)械手兩臂可往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定角度。兩個(gè)手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫(kù)，裝刀機(jī)械手執(zhí)行從刀庫(kù)取出“新刀”裝入主軸。整個(gè)機(jī)械手可沿導(dǎo)軌或絲杠作直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與主軸之間的運(yùn)送刀具工作。雙臂端面夾緊式機(jī)械

21、手這種機(jī)械手只是在夾緊部位上和前幾種不同，上述幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來(lái)抓住刀具，而此種機(jī)械手則是夾緊刀柄的兩個(gè)端面，如圖2-7所示：圖2-7 雙臂端面夾緊式機(jī)械手2.3 手爪的選擇1、機(jī)械鎖刀手爪彈簧銷式手爪，使用這種形式的抓持機(jī)構(gòu)，手爪不需要設(shè)置專門的傳遞裝置，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。但在機(jī)械手有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為避免刀具甩脫，手爪就必須有自鎖夾持機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。2、鉗形杠桿機(jī)械手。這種機(jī)械手手爪的張合需要?jiǎng)恿鬟f裝置，傳動(dòng)較復(fù)雜，但手爪的結(jié)構(gòu)可較簡(jiǎn)單。使用也較普遍。3、虎鉗形指。在手爪中設(shè)有定位銷，使刀具在手爪中定位。用這種形式的夾持機(jī)構(gòu)時(shí)，刀具需經(jīng)特殊補(bǔ)充加工，不能使用標(biāo)準(zhǔn)刀具

22、，所以使用者較少。4、電磁感應(yīng)式鎖刀機(jī)械手。手爪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鎖刀驅(qū)動(dòng)裝置簡(jiǎn)，而且能滿足工作要求。（注：本人自己設(shè)計(jì)） 故選擇自己設(shè)計(jì)的第四種方案。2.4 刀具的夾持及刀柄 在刀具自動(dòng)交換裝置上，機(jī)械手抓刀具的方法大體上可以分為下列兩類： (1)柄式夾持（軸向夾持）。 (2)發(fā)蘭式夾持。這種夾持方式，在刀具夾頭的前端，有供機(jī)械手用的發(fā)蘭盤。采用發(fā)蘭式夾持，當(dāng)應(yīng)用中間搬運(yùn)裝置時(shí)，可以很方便地從一個(gè)機(jī)械手將刀具夾頭過(guò)渡到另一個(gè)輔助機(jī)械手上去，刀具夾頭采用帶洼形的法蘭盤夾持刀夾。在這里，我們采用第一種夾持方式，刀柄型號(hào)為bt40,錐度為7：24。圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)刀具夾頭的錐柄柄部，由圖可見(jiàn)，刀柄圓柱部分

23、的v形槽是供機(jī)械手夾持之用。帶v形槽圓柱右端，按所裝刀具（例如鉆頭、銑刀、鉸刀及鏜桿等）不同，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可設(shè)計(jì)成不同形式。圖2-8刀柄的型式表2-1 日本bt標(biāo)準(zhǔn)刀柄的尺寸：柄部型號(hào)錐 體螺 紋 孔凸 緣d1lrl1l2l3d1gd2tbbt4044.4565.419307017m161922.516.1bt4557.1582.81.211387021m20232919.3bt5069.85101.81.513459025m242735.325.7 表2-2 刀柄參數(shù)表柄部型號(hào)凸 緣參考尺寸l1wd2d3tyy1vdd4bt40210.125363251.61.616.61075.679bt45

24、260.126880303.23.221.21295.215bt50310.2085100353.23.223.215119.019第三章 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)裝置3.1機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)3.1.1旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)軸2通過(guò)聯(lián)軸器連接在步進(jìn)電機(jī)上，軸上通過(guò)鍵和軸肩來(lái)固定齒輪，軸頭部分用滾動(dòng)軸承進(jìn)行支撐，軸承支撐與機(jī)床通過(guò)螺釘連接，齒輪2和齒輪1相互嚙合。齒輪1通過(guò)彈性擋圈固定在軸1上，軸頭通過(guò)螺栓連接機(jī)械手，一旦電機(jī)通電并控制其轉(zhuǎn)速就能帶動(dòng)軸2旋轉(zhuǎn)，就能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置見(jiàn)圖3-1所示： 圖3-1 3.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)需要一定的力，在這種力的作用下，機(jī)械手及

25、齒輪的大小和形狀都沒(méi)有發(fā)生改變，那么機(jī)械手和齒輪組成的整體，我們可以看成剛體，圍繞電機(jī)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以我們可以通過(guò)剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)求機(jī)械手由靜止到運(yùn)動(dòng)這段過(guò)程中的加速度。我把機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型（圖3-2）： 圖3-2工程上常用每分鐘轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)n（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)速）來(lái)描述剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，其單位是r/min,顯然角速度與n間的關(guān)系是 。這里我們要求機(jī)械手n=30r/min.加速時(shí)間為1s，代入數(shù)值=3.14*30/30=3.14(rad/s)。角速度對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)就是繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的角加速度，以符號(hào)表示,=3.14(r/)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的牛頓第二定律：，其中t為電動(dòng)機(jī)的

26、電磁轉(zhuǎn)矩，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其單位都是，j為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的角速度。,為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)半徑。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由機(jī)械手、軸、齒輪組成，可以分開(kāi)來(lái)求各旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j.齒輪4的質(zhì)量m=2.664kg，所以=2.6640.04125=0.005;齒輪3的質(zhì)量m=0.726kg，=0.7260.04125=0.001;軸1的質(zhì)量m=0.6kg，所以=0.00006;軸2的質(zhì)量m=0.62kg，=0.0007。當(dāng)機(jī)械手夾持刀具后。我們可以理想的認(rèn)為刀具的質(zhì)量平均分配到機(jī)械手上，m=25.5kg，j=1.79，所以=1.796。實(shí)際傳動(dòng)比為i=1,所以根據(jù)： （3-1） t= （3-2） 將數(shù)據(jù)代入式3-

27、2可以求出t=12.1。根據(jù)求出的折算到電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可以查相關(guān)的書籍查出步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)（見(jiàn)表3-1）： 表3-1步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表 電機(jī)型號(hào) 步距角 相數(shù) 電壓（v） 電流a110byg3502 0.6/1.2 3 80-350 4.0 相電感mh 慣量 啟動(dòng)頻率hz 空載頻率 轉(zhuǎn)矩 30 12 1600 30000 16 3.1.3 齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)按照兩齒輪軸在機(jī)構(gòu)中相對(duì)位置的不同分為：兩軸相互平行，兩軸相交和兩軸交錯(cuò)（即不平行也不相交）三類。用與平行軸傳動(dòng)的有：直齒、斜齒、圓柱齒輪、直齒、斜齒內(nèi)齒輪、直齒、斜齒緣，這些齒輪有稱為平面齒輪。用與相交軸傳動(dòng)的有：兩軸線垂直相交和兩軸線相交但

28、不垂直的直齒、圓弧齒、延伸外擺線齒錐齒輪。用與交錯(cuò)軸傳動(dòng)的有：螺旋齒輪、蝸輪蝸桿和軸線偏置的錐齒輪（雙曲線齒輪）這些齒輪又稱空間齒輪。齒輪齒形曲線主要采用漸開(kāi)線、其它還有擺線、圓弧線等，由于漸開(kāi)線齒形容易制造，便于安裝，所以大多數(shù)齒輪采用漸開(kāi)線齒形。齒形標(biāo)準(zhǔn)：（摘自jb-100-60，jb304-62）齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率近十萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。一、 齒輪傳動(dòng)主要特點(diǎn)：效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率為最高。如一級(jí)圓柱齒輪的效率可達(dá)99%。這對(duì)大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?%，也有很大的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)構(gòu)緊湊 在相

29、同的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。工作可靠，壽命長(zhǎng) 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪，工作十分可靠，壽命可長(zhǎng)達(dá)一、二十年，這也是其它機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對(duì)車輛及礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于這一特點(diǎn)。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離大的場(chǎng)合。齒輪傳動(dòng)可做成開(kāi)式、半開(kāi)式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒(méi)有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)外界雜物極易侵入，而且潤(rùn)滑不良，因此工作條件不好，輪齒也極易磨損，故只

30、宜用于低速傳動(dòng)。當(dāng)齒輪傳動(dòng)裝有簡(jiǎn)易的防護(hù)罩，有時(shí)還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到防止外界雜物侵入，潤(rùn)滑條件也不算最好。而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體（機(jī)匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)（齒輪箱）。它與開(kāi)式或半開(kāi)式相比，潤(rùn)滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場(chǎng)合。二、設(shè)計(jì)原則：所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行算。設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、

31、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變 形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對(duì)齒輪材料性能的基本要求 為：齒面要硬，齒芯要韌。常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵和一些非金屬材料。 三 、失效形式1、輪齒折斷：當(dāng)彎曲應(yīng)力超過(guò)彎曲疲勞極限，輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴(kuò)展，致使輪齒折斷。這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒受到短時(shí)意外的嚴(yán)重過(guò)載或沖擊載荷作用也易造成突然折斷。這種折斷稱為過(guò)載折斷。增大齒根處過(guò)渡圓角半徑，提高齒面加工精度，可以降低應(yīng)力集中。在齒根處施以噴丸、輾壓等冷作強(qiáng)化處理方法，都可以提高輪齒的抗折斷能力。 2、齒面疲勞點(diǎn)蝕：輪齒工作時(shí)，當(dāng)齒面接觸應(yīng)力超過(guò)材料的接觸疲勞極限時(shí)，在載荷的

32、多次重復(fù)作用下，齒面的表層會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋，裂紋的蔓延、擴(kuò)展，造成許多微粒從工作表面上脫落下來(lái)，在表面出現(xiàn)許多月牙形的淺坑，這使齒輪不能正常工作而失效。這種失效稱為齒面疲勞點(diǎn)蝕。疲勞點(diǎn)蝕一般出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。齒面抗點(diǎn)蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)。齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。提高齒面硬度和減少齒面粗糙度，采用粘度大的潤(rùn)滑油都有助于提高齒面接觸疲勞強(qiáng)度，防止點(diǎn)蝕的發(fā)生。 圖3-3齒面疲勞點(diǎn)蝕 3、齒面膠合：當(dāng)齒面所受的壓力很大且潤(rùn)滑效果差，或壓力很大而速度很高時(shí)，由于發(fā)熱大，瞬時(shí)溫度高，相嚙合的齒面發(fā)生粘聯(lián)現(xiàn)象，此時(shí)兩齒面有相對(duì)滑動(dòng)，粘接的地方被撕裂。這種膠合稱為熱膠合。低速重載的齒輪，

33、油膜遭破壞也發(fā)生膠合現(xiàn)象。這時(shí)齒面溫度無(wú)明顯增高，這種膠合稱為冷膠合。為防止產(chǎn)生膠合現(xiàn)象，低速傳動(dòng)選用粘度大的潤(rùn)滑油，高速傳動(dòng)選用含抗膠合劑的潤(rùn)滑油。此外，適當(dāng)提高表面硬度及降低表面粗糙度也都是有效的方法。 圖3-4齒面膠合 4、齒面磨損：在載荷作用下，齒面會(huì)產(chǎn)生磨損，使齒側(cè)間隙增大，齒根厚度減小，從而產(chǎn)生沖擊和噪聲。對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，齒面磨損是它不可避免的失效形式。采用閉式傳動(dòng)，保持潤(rùn)滑油的清潔，提高齒面硬度，減小齒面粗糙度，均可有效地減少齒面磨損。 圖3-5齒面磨損 5、齒面塑性變形：在重載作用下，當(dāng)齒面硬度不夠時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形。在從動(dòng)輪2齒面節(jié)線處出現(xiàn)凸棱，主動(dòng)輪1齒面節(jié)線處出現(xiàn)

34、凹溝，從而破壞齒廓形狀，影響齒輪正常嚙合。適當(dāng)提高齒面硬度，可防止或減輕齒面的塑性變。 圖3-6 齒面塑性變形 四 選定齒輪1、2類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 選擇齒輪材料和確定許用應(yīng)力齒輪1：45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度197286hbs；齒輪2：45鋼，正火處理，齒面硬度156217hbs。 根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比為1和具體要求，所以兩齒輪模數(shù)和齒數(shù)一樣，但厚度不一樣，主要是為了機(jī)械手的上升運(yùn)動(dòng)而專門設(shè)計(jì)的。但是齒輪1比較薄，彎曲強(qiáng)度不如齒輪2高，所以齒輪1的齒面硬度比齒輪2高30hbs。 2）計(jì)算大小齒輪接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n試加工中的換刀次數(shù)而定 3）確定有關(guān)系數(shù)：由機(jī)械設(shè)計(jì)教材查詢接觸強(qiáng)度計(jì)

35、算的壽命系數(shù)圖，得=1.05；（允許有一定點(diǎn)腐）按較高可靠度使用取接觸強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)=1.25;取工作硬化系數(shù)=1.0；潤(rùn)滑系數(shù)=0.92； 4）計(jì)算許用接觸應(yīng)力【】： 按齒面強(qiáng)度185hbs，由所選材料及熱處理方式查齒面接觸疲勞極限應(yīng)力圖，得=307mpa。 計(jì)算齒輪的許用接觸應(yīng)力： =246mpa； 5）確定小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t： t= 12.1 ； 6）初取有關(guān)系數(shù) 因?yàn)辇X輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù)k無(wú)法準(zhǔn)確確定，需要預(yù)選。初選k=1.1；取齒寬系數(shù)=0.4；由齒輪副材料查彈性系數(shù)表得彈性系數(shù)=188.9；傳動(dòng)比i=1；節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.5.7）按齒面接觸強(qiáng)度確定分度圓直徑： 79m

36、m;8) 確定模數(shù)和齒數(shù) 齒數(shù)：取=53模數(shù)：m=1.49，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=1.5準(zhǔn)確的分度圓直徑=1.553=79.5mm 齒輪齒頂圓直徑：=m（z+2）=82.5mm 齒輪基圓直徑：=m（z-2.5）=75.75mm 齒輪圓周速度：v=0.24m/s 9)確定載荷系數(shù)k，驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 確定載荷系數(shù)k，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，由使用系數(shù)表=1.0，按7級(jí)精度可以查出=1.05;齒寬：b=0.479.5=31.8mm;查齒向載荷系數(shù)=1.07; 查直齒輪齒間載荷分配系數(shù)表，得=1.05; 所以載荷系數(shù)k=1.17 驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度根據(jù)齒數(shù)查得齒形系數(shù)=2.35;由應(yīng)力修正系數(shù)圖查得=1

37、.68;按齒面硬度值及所選材料、熱處理方式查齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力圖=210mpa;查彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)=1.0;由于m=1.55，則大小齒輪彎曲疲勞計(jì)算的尺寸系數(shù)：=1.0;取實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)=2;彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)：=1.4.查表可以知道彎曲疲勞極限=210250mpa。 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 = 28mp ，安全。3.1.4軸的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)械的一個(gè)常用的重要零件，它支持著其他轉(zhuǎn)動(dòng)零件如齒輪、蝸輪等零件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，它由軸系支持、軸承則安放在箱體或機(jī)架上面，軸承、軸和軸上零件形成一個(gè)組成體，稱為軸系。組成軸系的主要零件有軸、軸承、聯(lián)軸器等稱為軸系零件。 軸設(shè)計(jì)的主要問(wèn)

38、題： 軸的設(shè)計(jì)主要包括：軸的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算等，設(shè)計(jì)軸的主要步驟如下： （1）根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)總體布局?jǐn)M定軸上零件的位置； （2）選擇軸的材料； （3） 初步估計(jì)軸的直徑； （4）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （5）進(jìn)行軸的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)計(jì)算； （6）校核鍵、軸承、聯(lián)軸器等的強(qiáng)度或壽命； （7）繪出軸系的裝配圖、零件圖等。 軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件。它支承著其他轉(zhuǎn)動(dòng)件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)它又通過(guò)軸承和機(jī)架聯(lián)接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體軸系部件。 一、軸的總類： 軸按受載情況分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸，其中轉(zhuǎn)軸既支承傳動(dòng)機(jī)件又傳遞力，即

39、承受彎矩和扭矩兩種作用；心軸只起支承旋轉(zhuǎn)件作用而不傳遞動(dòng)力，即只承受彎矩作用；傳動(dòng)軸主要傳遞動(dòng)力，即主要承受扭矩作用。 按結(jié)構(gòu)形狀分為：光軸、階梯軸、實(shí)心軸、空心軸等。 按幾何軸線形狀分為：直軸、曲軸、鋼絲軟軸。 設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)考慮多方面的因素和要求，其中主要問(wèn)題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和 剛度。對(duì)于高速軸還應(yīng)考慮震動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題。 二、軸的常用材料 軸的材料種類很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問(wèn)題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 軸的常用材料是35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼，對(duì)于受載較小或不太重要的軸，也可以用a3、a5等普通碳素鋼。對(duì)于

40、受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼。 根據(jù)工作條件要求，軸可在加工前或加工后經(jīng)過(guò)整體或表面處理，以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、輥壓、氮化等），以提高其強(qiáng)度（尤其疲勞強(qiáng)度）和耐磨、耐腐蝕等性能。 軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。軸的直徑較小，可用圓鋼棒制造；對(duì)于重要的，大直徑或階梯直徑變化較大的軸，采用鍛坯。為節(jié)約金屬和提高工藝性，直徑大的軸還可以制成空心的，并且?guī)в泻附拥幕蛘咤懺斓耐咕?。?duì)于形狀復(fù)雜的軸，可采用鑄造。 軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運(yùn)輸?shù)葪l件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)是盡量減小應(yīng)力集中

41、，受力合理，有良好工藝性，并使軸上零件定位可靠，裝拆方便。對(duì)于要求剛度大的軸，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。零件與軸的固定或聯(lián)接方式，隨零件的作用而異。一般情況下，為了保證零件在軸上具有固定的工作位置，需從軸向和周向加以固定。3、 軸的設(shè)計(jì)1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸1主要用于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為了便于安裝定位和達(dá)到使用的要求，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了軸頭、軸頸、軸環(huán)、軸肩、軸頭上的一段螺紋和軸頸上的鍵槽。軸肩主要用于定位角接觸球軸承和機(jī)械手在軸上的位置，軸頭的螺紋用來(lái)固定機(jī)械手。1）選擇軸的材料 選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理；由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得當(dāng)毛坯直徑100mm，硬度為170-217hbs，強(qiáng)度極限=600

42、mpa，=35mpa。 2）估算該軸的軸徑根據(jù)軸1的受力情況只受扭矩，我就按該軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。對(duì)于實(shí)心圓軸，其強(qiáng)度條件為： （3-3） 其中t為軸傳遞的扭矩，單位nmm;為軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力；為該軸的抗截面模量，單位mm,對(duì)于圓截面軸=0.2d;p為軸傳遞的功率;n=30r/min為軸的轉(zhuǎn)速。由上式得軸徑d（mm）的計(jì)算公式： (3-4) 其中a=,為材料與受載情況決定的系數(shù)，對(duì)與45鋼來(lái)說(shuō)查表可以查出a為118-107.將數(shù)據(jù)代入式3-4可以求出軸徑d11.5mm，為了滿足加工使用要求，所以將該軸的最小軸徑取17mm11.5mm。將d=17mm和其他物理量代入式3-3 12.3mpa，

43、滿足使用要求。 2. 軸2的強(qiáng)度計(jì)算 在傳遞運(yùn)動(dòng)中軸1與軸2是受一樣的扭矩。代入數(shù)據(jù)可以求出軸徑d=11.5mm，所以將軸2的最小軸徑取為12mm11.5mm，滿足使用要求。3.1.5滾動(dòng)軸承的選擇滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用廣泛的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。其優(yōu)點(diǎn)主要有摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等。 一、軸承的分類如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來(lái)分類時(shí)，滾動(dòng)軸承可以概括地分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承，主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承；只能承受軸向載荷的軸承叫做推力軸承；能同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。 二、軸承的選用原則軸承的選用

44、，包括類型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承形式的選擇。首先是選擇軸承的類型，在選擇時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有：軸承的載荷、轉(zhuǎn)速和調(diào)心性能、安裝和拆卸等。根據(jù)載荷的大小選用軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中的主要元件是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承；對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承；當(dāng)同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，而軸向載荷不大時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較

45、大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類型的選擇不會(huì)發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。球軸承與滾子軸承相比較，有較高的 極限轉(zhuǎn)速，故在高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。軸承的極限轉(zhuǎn)速是在一定載荷和一定潤(rùn)滑條件下，滾動(dòng)軸承所能允許的最高轉(zhuǎn)速，它與軸承類型、尺寸、精度、游隙，保持架的材料與結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑的性質(zhì)與用量、載荷的大小與方向以及散熱條件等因素有關(guān)。此外，軸承類型的選擇還應(yīng)該考慮軸承裝置整體設(shè)計(jì)的要求，如軸承的配置使用要求等。 三、軸承的主要失效形式 滾動(dòng)軸承的失效形式很多，其基本形式有：磨損（磨料磨損、疲勞磨損、粘著磨損、微動(dòng)磨損）失效、接觸疲勞失效、

46、斷裂失效、腐蝕失效和壓痕失效。磨損失效是滾動(dòng)軸承最常見(jiàn)的失效形式。由于工作狀況的復(fù)雜性，有時(shí)會(huì)表現(xiàn)多種失效形式。由于滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)和使用不同，導(dǎo)致其失效形式原因的多樣化。主要有裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、過(guò)載、沖擊、振動(dòng)、磨料或有害液體的侵入、環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低、材質(zhì)缺陷和制造精度低等 1.接觸疲勞失效指軸承工作表面受到交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生實(shí)效。接觸疲勞剝落發(fā)生在軸承工作表面，往往也伴隨著疲勞裂紋，首先從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀，如點(diǎn)狀為點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴(kuò)大，而往往向深處擴(kuò)展，形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞

47、源。 2.磨損失效指表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致其工作表面金屬不斷磨損而產(chǎn)生失效。持續(xù)的磨損將引起軸承零件逐漸損壞，并最終導(dǎo)致軸承尺寸精度喪失及其他相關(guān)問(wèn)題。磨損可能影響到形狀變化，配合間隙增大及工作表面形貌變化，可能影響到潤(rùn)滑劑或使其污染達(dá)到一定程度而造成潤(rùn)滑功能完全喪失，因而使軸承喪失旋轉(zhuǎn)精度乃至不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。磨損失效是各類軸承常見(jiàn)的失效模式之一，按磨損形式通?？煞譃樽畛Ｒ?jiàn)的磨粒磨損和粘著磨損。磨粒磨損是指軸承工作表面之間擠入外來(lái)堅(jiān)硬粒子或硬質(zhì)異物或金屬表面的磨屑且接觸表面相對(duì)移動(dòng)而引起的磨損，常在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷。硬質(zhì)粒子或異物可能來(lái)自主機(jī)內(nèi)部或來(lái)自主機(jī)系統(tǒng)其他相鄰零件由潤(rùn)滑介

48、質(zhì)送進(jìn)軸承內(nèi)部。粘著磨損是指由于摩擦表面的顯微凸起或異物使摩擦面受力不均，在潤(rùn)滑條件嚴(yán)重惡化時(shí)，因局部摩擦生熱，易造成摩擦面局部變形和摩擦顯微焊合現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)表面金屬可能熔化，接觸面上作用力將局部摩擦焊接點(diǎn)從基本上撕裂而增大塑性變形。這種粘著-撕裂-粘著的循環(huán)過(guò)程構(gòu)成了粘著磨損，一般而言，輕微的粘著磨損稱為擦傷，嚴(yán)重的粘著磨損稱為咬合。 四、軸承的選擇在設(shè)計(jì)中根據(jù)所受力的情況及與軸承配合的軸徑，選用一對(duì)角接觸球軸承配合使用和一個(gè)單獨(dú)使用的角接觸球軸承。角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，也可單獨(dú)承受軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作，由于一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力，因此，一般成對(duì)使用，

49、也可以單獨(dú)使用（本次設(shè)計(jì)就有單獨(dú)使用的情況）。且承受軸向載荷的能力與接觸角有關(guān)。接觸角越大，承受軸向載荷的能力越高。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，軸承同時(shí)受到徑向力和軸向力，所以選擇角接觸球軸承，軸徑為12mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)制圖手冊(cè)可以查出軸承的型號(hào)為7001c，基本額定載荷=5.42kn,=2.65kn，極限轉(zhuǎn)速為18000r/min。連接機(jī)械手的軸1定位所用的軸承也同時(shí)承受軸和徑向力，故選用一對(duì)角接觸球軸承，根據(jù)軸1中段軸徑為25mm，查手冊(cè)可以查出軸承的型號(hào)為7005c,=11.5kn,=7.45kn,極限轉(zhuǎn)速為12000r/min。軸頭的軸徑為17mm，可以查出型7003c，=6.60kn，=3.85kn，極限轉(zhuǎn)速為16000r/min。3.2 機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)3.2.1 升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)用一個(gè)有一定厚度和空間大小的箱體把大齒輪1裝下，但不能干涉其運(yùn)動(dòng)。箱體的上下通過(guò)一對(duì)角接觸球軸承、軸肩及彈性擋圈固定在軸2上。箱體的左側(cè)是齒條，齒條和左方的齒輪3相互嚙合，齒輪3和齒輪4嚙合，齒輪4通過(guò)聯(lián)軸器連接電機(jī)。控制電機(jī)，就能帶動(dòng)齒輪3和4旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪4和齒條嚙合，就能帶動(dòng)箱體運(yùn)動(dòng)，這樣齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成了箱體升降運(yùn)動(dòng)。（驅(qū)動(dòng)裝置見(jiàn)圖3-7） 圖3-7