工件拾取裝置

1、 課程設(shè)計(jì)說明書題 目： 工件拾取裝置 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 微電子制造工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：00900150226 0900150222指導(dǎo)教師： 匡兵 職 稱： 副教授 2011年7月7日 前言隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，控制技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械人的應(yīng)用逐漸擴(kuò)散到各個(gè)領(lǐng)域。在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用，工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的水平。目前，機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接，噴涂，搬運(yùn)

2、以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。在工業(yè)流水線上，機(jī)械手得到了廣泛的應(yīng)用，大大提高了生產(chǎn)自動(dòng)化，精細(xì)化。它的特點(diǎn)是通過普通編程來完成各項(xiàng)預(yù)期的任務(wù)。在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能型和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已稱為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展

3、，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但她具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓緊重物的力量比人手力氣大的特點(diǎn)。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科的綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置，它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、

4、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到無線電訊號(hào)來操作機(jī)進(jìn)行探測(cè)月球等。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件的運(yùn)送。本次設(shè)計(jì)工件拾取裝置就是屬于機(jī)械手的第三類，但是只進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不進(jìn)行材料選擇，不進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。用CAXA電子圖板軟件進(jìn)行二維畫圖，用solidworks軟件進(jìn)行三維造型的運(yùn)動(dòng)仿真。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目：工件拾取裝置設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)要求：1. 產(chǎn)品能夠的到達(dá)工件的所在的地方并且抓取，然后移動(dòng)到一定位置放工件。2. 生產(chǎn)率能夠達(dá)到一般企業(yè)的要求，要求在8個(gè)/

5、min左右的產(chǎn)量。3. 機(jī)器效率要求合理，機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸合理，結(jié)構(gòu)配合緊密，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作執(zhí)行順暢，沒有多余的運(yùn)動(dòng)。原始數(shù)據(jù)：工件類型：平板，厚度d1=10mm,長度l1=20mm,重量m=500g目標(biāo)點(diǎn)（300,50,100）裝置高度d2=185mm裝置長度d3=152mm上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿長度d4=50mm預(yù)定生產(chǎn)率（最低）8個(gè)/min，可知至少以7.5s完成一個(gè)拾取周期即從原地到目的地，水平轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)180需4s，上下轉(zhuǎn)動(dòng)需2s，一抓一放需1s，共7s。設(shè)機(jī)械手在原點(diǎn)（0,0,0），初始時(shí)工件在目的地即點(diǎn)（300，50,100）。若要保證最低生產(chǎn)率，則需電機(jī)反轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)上下轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)械手抓放動(dòng)作，還需保證

6、各構(gòu)件能良好配合運(yùn)動(dòng)，即連貫性好。由上條件得：據(jù)勾股定理a2+b2=c2即上下轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R2=d42+d32R=160mm0=sin-1d4R0=181230故上下轉(zhuǎn)動(dòng)角為=20=3625對(duì)電機(jī)的初步要求：開始機(jī)械手在原點(diǎn)位置，經(jīng)2s水平轉(zhuǎn)動(dòng)180到達(dá)工件的正下方，經(jīng)1s上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)3625到達(dá)工件位置，經(jīng)0.5s實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓取，經(jīng)2s水平轉(zhuǎn)動(dòng)剩下180（即整個(gè)水平轉(zhuǎn)動(dòng)完成360），經(jīng)1s上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿向下轉(zhuǎn)動(dòng)3625，到達(dá)目的地即原點(diǎn)，經(jīng)0.5s放開工件，完成一個(gè)拾取周期。故水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速：8r/min(需間歇)上下轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速：16r/min(需反轉(zhuǎn))實(shí)現(xiàn)抓取電機(jī)轉(zhuǎn)速：16r/min(

7、需反轉(zhuǎn))總體設(shè)計(jì)方案三個(gè)電機(jī)分別負(fù)責(zé)左右，上下和抓取放開三個(gè)運(yùn)動(dòng)。左右轉(zhuǎn)動(dòng)直接靠齒輪傳動(dòng)。所以方案的選擇主要選擇上下和抓緊和松開的運(yùn)動(dòng)。左右轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方案用電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，平穩(wěn)性高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。傳遞的功率和速度范圍較大。結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比。傳動(dòng)效率高，使用壽命長上下運(yùn)動(dòng)的方案上升運(yùn)動(dòng)采用關(guān)節(jié)式，但是為了簡化把肘關(guān)節(jié)的部分固定住。直接通過齒輪和軸連接操作上下運(yùn)動(dòng)。通過控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。如果通過凸輪實(shí)現(xiàn)，凸輪與從動(dòng)件間為點(diǎn)或線接觸，易磨損，只宜用于傳力不大的場(chǎng)合； 凸輪輪廓精度要求較高，需用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工； 從動(dòng)件的行程不能過

8、大，否則會(huì)使凸輪變得笨重。工件的夾緊和松開運(yùn)動(dòng)方案如圖由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角，此角稱為齒形角，標(biāo)準(zhǔn)值為20。齒頂線平行的任一條直線上具有相同的齒距和模數(shù)。通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒條左右運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)手張開閉合抓取工件。原計(jì)劃通過液壓通過杠桿來推動(dòng)首部的夾緊或松開，液壓元件制造精度要求高，實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難，油液容易污染 油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性機(jī)械手設(shè)計(jì)原則總體設(shè)計(jì)的任務(wù)：包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算，最后繪出草圖?？傮w設(shè)計(jì)后要進(jìn)行各部件的強(qiáng)度、剛度、驅(qū)動(dòng)力驗(yàn)算。1、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及確定主要要求手架能作任何角

9、度的伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)2、驅(qū)動(dòng)方式：液壓、氣壓驅(qū)動(dòng) 該機(jī)械手是獨(dú)立的自動(dòng)化機(jī)械裝置。通用性高，機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。手臂可作前后伸縮、上下升降和水平左右擺動(dòng)三個(gè)動(dòng)作，手臂可以繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)360度4、按驅(qū)動(dòng)方式分為聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)。5、按臂力大小來說是中型機(jī)械手。機(jī)械手分類1.按驅(qū)動(dòng)方式分：液壓式、氣動(dòng)式、機(jī)械式2.按適用范圍分：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手3.按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制4.按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球座坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式機(jī)械手主要組成：機(jī)械手主要是由執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三大部分組成。1、執(zhí)行部分 執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部分。它包括手、手

10、腕、手臂和機(jī)座等部件。2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的動(dòng)力裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等方式。 3、控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定程序動(dòng)作得到電氣控制裝置?？刂葡到y(tǒng)所控制的因素包括執(zhí)行系統(tǒng)各部的動(dòng)作、動(dòng)作順序、位置、時(shí)間和速度等。機(jī)械手結(jié)構(gòu)布置要求及平穩(wěn)性與定位精度機(jī)械手工作中運(yùn)動(dòng)速度較高，在結(jié)構(gòu)布置上應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，這樣高機(jī)械手使用的可靠性，并可延長使用壽命，在結(jié)構(gòu)上要注意以下幾點(diǎn)： 1） 臂部要防止偏重 通常臂部處于懸臂的工作狀態(tài)，在設(shè)計(jì)臂部、手部結(jié)構(gòu)時(shí)要盡量使其總的重心在支撐中心，防止對(duì)支撐中心的偏重。偏重將會(huì)產(chǎn)生附加的彎矩引起立柱和導(dǎo)向的變形，工作

11、中引起導(dǎo)向裝置不均勻的磨損。在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中偏重對(duì)回轉(zhuǎn)軸附加有動(dòng)壓力，其方向不斷的變化，特別是高速及速度突然變化時(shí)更為明顯，這將引起機(jī)械手的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成卡死。防止偏重過大可采取的措施如下：a.減輕手部重量，并盡量減少偏心載荷。b.合理分布臂部上各部件重量和增加平衡重，使臂部平衡。c.機(jī)械手在結(jié)構(gòu)上無法避免偏重，則應(yīng)加強(qiáng)導(dǎo)向支撐，盡力減輕偏重對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。2） 加強(qiáng)臂部剛度 選取臂部結(jié)構(gòu)時(shí)要注意各個(gè)方向的剛度。提高臂部剛度是減少手部顫動(dòng)的關(guān)鍵，有利于提高定位精度。臂部的剛度決定于臂部的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向形式。3） 改進(jìn)緩沖裝置和提高配合精度 機(jī)械手緩沖裝置是保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和減少振動(dòng)的主要措施。沖擊有兩種

12、：一種是機(jī)械沖擊，它是臂部運(yùn)動(dòng)中與定位裝置相撞而產(chǎn)生，用可靠緩沖裝置來消除。另一種是液壓系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的沖擊。這種沖擊作用于管路之中，仍會(huì)引起機(jī)械手振動(dòng)，要靠改進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)來叫解決。提高部件的配合精度，減少間隙都有利于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。在生產(chǎn)中要求機(jī)械手工作速度快，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精度高。應(yīng)注意其影響因素，設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)，以滿足要求 影響平穩(wěn)性及定位精度的因素（）慣性力的影響機(jī)械手速度變突，加（減）速度不連續(xù)，會(huì)產(chǎn)生巨大慣性沖擊力，致使工件滑移，部件松動(dòng)，零件破裂。定位時(shí)，大的減速度使臂部往復(fù)振動(dòng)，直接降低定位精度。因此，應(yīng)根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特性，選擇適宜的控制系統(tǒng)，使加（減）速度按所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化。同

13、時(shí)，在保證剛度前提下減輕機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部件的重量。（）結(jié)構(gòu)剛度的影響零件結(jié)構(gòu)剛性低，配合間隙大以及整機(jī)固有頻率低時(shí)，受較小慣性沖擊就發(fā)生振動(dòng)，不但降低定位精度，而且降低機(jī)械壽命。應(yīng)選擇合理結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械手固有頻率以及承受慣性載荷的能力。（）定位方法的影響常用定位方法中電氣開關(guān)定位的精度最低，伺服定位較高，機(jī)械擋塊定位精度最高。（）控制系統(tǒng)的影響電控系統(tǒng)誤差，閥類泄露，檢測(cè)元件失靈，擋塊偏移等都會(huì)降低定位精度。（）驅(qū)動(dòng)源的影響液壓、氣壓、電壓和油溫波動(dòng)都會(huì)降低平穩(wěn)性及定位精度，必要時(shí)，用蓄能器、穩(wěn)壓器等穩(wěn)定壓力和電壓，用加熱器冷卻器控制油溫。機(jī)械手的手臂手臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件,其作用是支承手部

14、，主要用來改變刀具的位置。手部在空間的活動(dòng)范圍主要取決于臂部的運(yùn)動(dòng)形式。1.設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題手臂部的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)形式對(duì)機(jī)械手的工作性能有著較大的影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：（1）剛度要好 要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸。實(shí)踐證明，空心桿比實(shí)心桿剛度大得多。常用鋼管作臂部和導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板，以保證有足夠的剛度。（2）偏重力矩要小 偏重力矩是指臂部的總重量對(duì)其支承或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。它對(duì)臂部的升降運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，均將產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使臂部各部分的質(zhì)量分布合理，以減少其偏重力矩。（3）重量要輕，慣量要小 由于機(jī)械手在高速情況下經(jīng)常起停和換向，為了減少在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)所產(chǎn)生的沖擊，必須

15、采取有效的緩沖裝置外，力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以減少慣性力。（4）導(dǎo)向性要好 為了防止臂部在直線移動(dòng)中沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手部的正確方向和準(zhǔn)確定位，必須有導(dǎo)向裝置。其結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)臂部的安裝形式、抓取重量和運(yùn)動(dòng)行程等因素來確定。2.驅(qū)動(dòng)力分別計(jì)算如下1)手臂水平伸縮時(shí): P驅(qū)=P摩+P慣(公斤力)式中 P驅(qū)驅(qū)動(dòng)力 P摩摩擦力(包括手臂伸縮導(dǎo)軌間、導(dǎo)向桿間和密封裝置處的摩擦阻力,公斤力) P慣手臂在啟動(dòng)過程中的慣性力,其大小可按下式近似計(jì)算: P慣=G伸V/g t(公斤力)式中 G伸隨同手臂伸縮部件總重量(公斤力) G重力加速度(m/s) V手臂的工作速度(m/s) T起動(dòng)過程所用時(shí)間(秒)

16、 2)手臂升降時(shí): P驅(qū)=P摩+P慣+G升(公斤力)式中 G升隨同手臂升降部件總重量(公斤力) 3)手臂水平左右擺動(dòng)時(shí): M驅(qū)= M摩+M慣(公斤力米)式中 M驅(qū)驅(qū)動(dòng)力矩(公斤力米) M摩摩擦力矩(包括轉(zhuǎn)軸支撐處和密封裝置處的摩擦阻力矩, 公斤力米) M慣手臂在起動(dòng)過程中的慣性力矩.可按下式計(jì)算: M慣=Jw/t(公斤力米)式中 J隨同手臂擺動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 W手臂擺動(dòng)的角速度（1/秒）機(jī)械手抓的力學(xué)分析下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：由平衡條件可知，機(jī)械手的摩擦抓取力為Ff=G=4.9N在兩臂的作用下的作用下，齒條推桿的拉力為F1，兩臂的張力F2并通過兩臂與推桿的交接點(diǎn)，設(shè)其滑動(dòng)摩擦系數(shù)

17、為=0.4，則由正壓力Ff=FN又知Ff=G=4.9NFN=12.25N由上圖可知F2=FNcos故 F1=FN式中工件被夾緊時(shí)手指的方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知，當(dāng)齒條推桿的拉力F1一定時(shí)，隨著的增大，兩臂的張力F2也增大，但平衡條件下所需的Ff不變，始終Ff=G，同時(shí)FN也不變，更有利與抓取，經(jīng)計(jì)算最好為3040。機(jī)械手夾持范圍計(jì)算為了保證手抓張開角為30，齒條推桿運(yùn)動(dòng)長度為77mm。手抓夾持范圍，手指長35mm,當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑R1=20，當(dāng)張開時(shí)，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計(jì)算如下：R2=77tan30+20co

18、s3060 機(jī)械手的夾持半徑從20mm60mm（a） (b)圖3.2 手抓張開示意圖升降不自鎖條件分析計(jì)算手臂在的作用下有向下的趨勢(shì)，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì)。由力的平衡條件有=h=即 =所謂的不自鎖條件為：即 取 電機(jī)的選擇、傳動(dòng)比、強(qiáng)度相關(guān)計(jì)算電機(jī)的選擇：抓取工件齒條推桿所需的拉力為4.9N齒輪系的效率為：0.96P1=F*V1=4.9*2997.0860*1000=0.24wP4=0.8w則經(jīng)過輪系傳動(dòng)后所需的功率為：P5=P46=0.80.966=1.0W則電動(dòng)機(jī)需要功率為P7 =0.240.965*0.8=0.36w（公式11）給定壓緊輪功率為0.5w則需要電動(dòng)機(jī)功率為：P8=0.5

19、0.965*0.82=0.95w給定收緊輪功率為0.3w則需要電動(dòng)機(jī)功率為：P9=0.30.965*0.8=0.57w電機(jī)的總功率為：P總=P7+P8+P9=1.88w綜上數(shù)據(jù)選擇電機(jī)為 徐灝機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社 工業(yè)機(jī)械手編寫組工業(yè)機(jī)械手北京：機(jī)械工業(yè)出版社3 孫開元 駱?biāo)鼐?常見機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用圖例 北京：化學(xué)工業(yè)型號(hào)轉(zhuǎn)速輸出電流轉(zhuǎn)動(dòng)慣量D90Sa816r/min50w1.35A0.00312kgm2減速齒輪的選擇1.參數(shù)選擇1）齒數(shù) 因齒輪在減速箱體轉(zhuǎn)動(dòng)，為封閉式傳動(dòng),故取=21，則=3.524=73.5，取=74。查閱有關(guān)資料，精度等級(jí)選為3級(jí)。2）齒寬系數(shù) 由于是雙級(jí)齒輪傳

20、動(dòng)，兩支承相對(duì)為不對(duì)稱布置，且兩齒輪為硬齒面，查表17-12（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)），取=.55。3）載荷系數(shù)K 因?yàn)檩d荷有輕微沖擊，齒輪為硬齒面，支承不對(duì)稱，故查表17-9，取K=1.4。4）齒數(shù)比 取=3.5。2.確定許用應(yīng)力大，小齒輪的齒面硬度均為4855HRC。由圖17-35查得=1170Mpa，由圖17-37查得=350 Mpa，并取最小安全系數(shù)=1，=1，許用應(yīng)力分別為=/=1170 Mpa=/=350 Mpa按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算由齒數(shù)取=74，=21，查表17-11得齒行系數(shù)=4.33，=3.99。齒行系數(shù)與許用彎曲應(yīng)力的比值為/=4.33/350=0.012/=3.99/350=0.

21、011因?yàn)?較大，故將此值代入=3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 取許用接觸應(yīng)力=1170 Mpa，代入式中得，小齒輪的分度圓直徑為 齒輪的模數(shù)為 m= 顯然，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合適。 6.確定模數(shù) 由上述計(jì)算結(jié)果可見，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度比較弱，故應(yīng)以m5.464為準(zhǔn)。根據(jù)表17-1，取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=6mm.傳動(dòng)比：不完全齒輪相關(guān)公式水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速：16r/min上下轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速：64r/min實(shí)現(xiàn)抓取電機(jī)轉(zhuǎn)速：64r/min故只要給出相應(yīng)參數(shù)即可得到相應(yīng)的不完全齒輪機(jī)械手電機(jī)齒輪參數(shù)：k1=0.51660=215M=164/16=14 N=2m=3水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)齒輪參數(shù)：k1=26460=321

22、5M=12N=2m=3上下轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)齒輪參數(shù)：k1=16460=1615 M=12 N=2 m=3按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算中心距 T1= 9.55106 p/n=1.91106Nmm初取暫取 由查參考文獻(xiàn)4得 =258mm 圓整取 a =260 mm一般取 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2Z=(2acos)/m=(2260cos12)/3 =60Z1 = Z/(u+1) =60/(3+1)=15Z2 = 20實(shí)際傳動(dòng)比： i= Z1/Z2=0.75 傳動(dòng)比誤差：i理i實(shí)/i理=5.5-5.5/3=0% 在誤差允許范圍內(nèi)；精確求cos=mn(Z1+Z2)/2a =2(40+220)/(2260)=0.978 = 12.

23、10150 =1265與所取的=120 相近 ZH Z不修改d1=mZ1/cos=215/cos12.1015 =30.61mm d2=mZ2/cos=220/cos12.1015=40.8mm圓周速度：v=d1n2/601000=40.655/(601000)=0.01m/s查參考文獻(xiàn)4得 KA=1.25vz1/100=0.3833/100=0.125由vz1/100=0.174和8級(jí)精度查表得 Kv=1.01齒寬 b=aa=0.4135=31mmb/d1=31/40.65=0.74按b/d1=0.74 齒輪相對(duì)軸承非對(duì)稱布置，查圖得：K=1.12按齒輪精度為7，查表得 K=1.2K=KAK

24、vKK=1.251.011.121.2=1.697 重合度的計(jì)算 齒頂圓直徑 ： da1=d1+2m=40.65+22=42.5mm da2=d2+2m=219.86+22=201.mm端面壓力角： at=arctan(tann/cos)= arctan（tan20/cos12.1015）=20.41310n=cos at)=arctan(tan12.1b=arctan(ta0150cos20.41310)=11.36190齒輪基圓直徑 db1=d1cos at=40.65cos20.41310=38.27mm db2=d2cos at=219.86cos20.41310=193.62mm 端

25、面齒頂圓壓力角 at1 =arcos db1/ da1 =arcos(38.27/44.65)=23.7781 at2 =arcos db2/ da2 =arcos(193.62/224.86)=18.213=1/(2)Z1(tanat1- tanat)+Z2(tanat2- tanat) =1.706 =bsin/(mn)=1.80 ZH =2.449齒面接觸應(yīng)力H =ZHZE ZZ2KT1(u+1)/bd2u 0.5=669.57MPaS, 滿足要求c.剖面校核因軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)處理。 根據(jù)教材附表查取應(yīng)力集中系數(shù)，絕對(duì)尺寸影響系數(shù)和表面質(zhì)量系數(shù)。根

26、據(jù)：查得： 查得：=3.8 =3.8=11.79 =3.76 取S=1.51.8 SS, 滿足要求。各工藝動(dòng)作的配合及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖，拾取裝置在初始位置開始。傳動(dòng)帶1以一定的速度勻速把一個(gè)個(gè)工件相隔一段一定的距離的工件運(yùn)到A點(diǎn)。同時(shí)拾取裝置也以一定的速度勻速往下移動(dòng)到A點(diǎn)，工件和拾取裝置在同一時(shí)間到達(dá)A點(diǎn)，拾取裝置夾緊工件，按原路原速度回到初始位置。緊接著按一定速度勻速旋轉(zhuǎn)180度到達(dá)距離A點(diǎn)X方向300，Y方向50，Z方向100的B點(diǎn)。松開工件，讓工件在傳動(dòng)帶2上被帶動(dòng)下一個(gè)需要加工的地方。拾取裝置按原方向原速度旋轉(zhuǎn)180度回到初始位置。這樣完成一個(gè)一次拾取過程。然后準(zhǔn)備下一次拾取。如此一直

27、循環(huán)下去，進(jìn)行大批量的拾取動(dòng)作。各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的尺寸計(jì)算為了把工件從A點(diǎn)拾取到B點(diǎn)，先畫個(gè)矩形，把工件的初始點(diǎn)和終點(diǎn)分別放在兩個(gè)對(duì)角定點(diǎn)（如上圖的A、B點(diǎn)）。按照我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)類型。需要確定上下轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)（如圖E點(diǎn)）和CD的長度。需要如圖的運(yùn)動(dòng)的方式，我們選擇轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)設(shè)置在矩形的中心。在上下轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候使得CE的長度等于AE的長度。剛好使機(jī)械手能到達(dá)工件的位置A。在左右轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候也剛好能從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。所以只要計(jì)算CD的長度就可以了。CD152.因?yàn)檫@次的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所以剩下的桿的厚度，齒輪的大小，基本符合美觀的角度就行了。最后給出傳動(dòng)比。運(yùn)動(dòng)分析和運(yùn)動(dòng)仿真如上圖，這是整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)簡圖，其中1

28、桿位上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿，2桿和1桿連，并和1桿相對(duì)固定，3桿為1、2桿所組成直角三角形的斜邊，沒有實(shí)體設(shè)計(jì)，還是1、2桿復(fù)合件上線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。其中長方體的幾何中心為上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心O點(diǎn)，從原點(diǎn)（0,0,0）和(300,50,100)目標(biāo)點(diǎn)所組成的長方體，本裝置將其上下轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置在長方體的中心，且在裝置的會(huì)裝機(jī)構(gòu)在同一平面，同時(shí)在長方體兩條體對(duì)角線所組成的矩形平面，方便了軌跡的設(shè)計(jì)與固定。對(duì)于尺寸的設(shè)置必須按照軌跡圖中的規(guī)定，即上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿的長度為50mm,據(jù)計(jì)算上下轉(zhuǎn)動(dòng)角度為36251，由此計(jì)算出桿2的長度，為152mm，同時(shí)上下轉(zhuǎn)動(dòng)中心必須嚴(yán)格固定在O點(diǎn)，即長方體幾何中心。運(yùn)動(dòng)軌跡基本確定后，

29、便開始對(duì)電機(jī)的選擇和傳動(dòng)比的計(jì)算，由上述對(duì)電機(jī)的選擇和傳動(dòng)比的計(jì)算得出，開始機(jī)械手在原點(diǎn)位置，經(jīng)2s水平轉(zhuǎn)動(dòng)180到達(dá)工件的正下方，經(jīng)1s上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿向上轉(zhuǎn)動(dòng)3625到達(dá)工件位置，經(jīng)0.5s實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓取，經(jīng)2s水平轉(zhuǎn)動(dòng)剩下180（即整個(gè)水平轉(zhuǎn)動(dòng)完成360），經(jīng)1s上下轉(zhuǎn)動(dòng)桿向下轉(zhuǎn)動(dòng)3625，到達(dá)目的地即原點(diǎn)，經(jīng)0.5s放開工件，完成一個(gè)拾取周期;或取相反的運(yùn)動(dòng)軌跡，即開始機(jī)械手在(300,50,100)，工件在原點(diǎn)，經(jīng)2s水平轉(zhuǎn)動(dòng)180到達(dá)工件的正上方，經(jīng)1s1、2桿復(fù)合件以O(shè)點(diǎn)位轉(zhuǎn)動(dòng)半徑向下轉(zhuǎn)動(dòng)36251，機(jī)械手指尖達(dá)到工件所在平面，經(jīng)0.5s實(shí)現(xiàn)抓取，經(jīng)1s1、2復(fù)合件以O(shè)點(diǎn)向上轉(zhuǎn)動(dòng)36

30、251，機(jī)械手2桿軸線和目標(biāo)點(diǎn)同一水平面，經(jīng)2s水平轉(zhuǎn)動(dòng)180，即完成整周360轉(zhuǎn)，回到機(jī)械手原始位置即目標(biāo)地，經(jīng)0.5s放開工件。其中水平轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)需8r/min,水平轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在7.5s內(nèi)耗2s水平轉(zhuǎn)完180后停留2.5s,用2s然后水平轉(zhuǎn)動(dòng)180;而1桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為16r/min,其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是后停留2s，向下（或向上）轉(zhuǎn)動(dòng)1s到達(dá)工件位置，停留0.5s，向上（或向下）轉(zhuǎn)動(dòng)1s到達(dá)目的地所在平面；桿2的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為16r/min,其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)后停留3s，經(jīng)0.5s實(shí)現(xiàn)加緊動(dòng)作后，停留3s，經(jīng)0.5s放開。運(yùn)動(dòng)軌跡誤差表現(xiàn)為轉(zhuǎn)動(dòng)和停留時(shí)間不精確，導(dǎo)致抓取不平穩(wěn)或抓不到，抓取后放置位置偏離目的地。原因是：電機(jī)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（即不完全齒輪）設(shè)計(jì)的誤差導(dǎo)致停留時(shí)間和工作時(shí)間與設(shè)計(jì)不匹配；實(shí)際軌跡尺寸的偏離；工件光滑；轉(zhuǎn)動(dòng)自鎖失效等。具體的控制措施：設(shè)計(jì)前先畫出軌跡圖，計(jì)算好電機(jī)轉(zhuǎn)速和不完全齒輪相關(guān)參數(shù)，正確選擇電機(jī)參數(shù)，計(jì)算并校核桿件強(qiáng)度，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件或標(biāo)準(zhǔn)尺寸，少用隨意設(shè)計(jì)尺寸，潤滑和密封要合理，并結(jié)合實(shí)際。設(shè)計(jì)小結(jié)接近兩周的機(jī)械結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們發(fā)現(xiàn)、思考、討論和解決問題的能力。加強(qiáng)了我們的