四自由度上下料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及機構(gòu)精度研究機械綜合實驗與創(chuàng)新設(shè)計中期進度報告

四自由度上下料機械手構(gòu)造設(shè)計及機構(gòu)精度爭論中期進度報告名目\l“_TOC_250046“緒論 1\l“_TOC_250045“前期主要工作 1\l“_TOC_250044“前期工作總結(jié) 1\l“_TOC_250043“二機械手設(shè)計方案 1\l“_TOC_250042“機械手工作性能要求 1\l“_TOC_250041“工件材料 1\l“_TOC_250040“搬運要求 1\l“_TOC_250039“機械手自由度數(shù) 2\l“_TOC_250038“機械手手部方案設(shè)計 2\l“_TOC_250037“機械手提升方案設(shè)計 2\l“_TOC_250036“機械手水平搬運方案設(shè)計 2\l“_TOC_250035“機械手驅(qū)動方案設(shè)計 2\l“_TOC_250034“機械手掌握方案設(shè)計 2\l“_TOC_250033“機械手主要技術(shù)參數(shù) 2\l“_TOC_250032“機構(gòu)運動簡圖 3\l“_TOC_250031“擺臂CD尺寸確實定 3\l“_TOC_250030“B點F點位置確實定 3\l“_TOC_250029“手臂極限工作狀態(tài)分析 4\l“_TOC_250028“機構(gòu)尺寸 5\l“_TOC_250027“傳動方案確實定 6\l“_TOC_250026“三手部構(gòu)造設(shè)計 6\l“_TOC_250025“電磁鐵類型 6\l“_TOC_250024“電磁鐵參數(shù) 6\l“_TOC_250023“安裝連接方式 7\l“_TOC_250022“電磁鐵的體積規(guī)格 7\l“_TOC_250021“四氣缸及氣動系統(tǒng)設(shè)計 7\l“_TOC_250020“氣缸的設(shè)計計算 7\l“_TOC_250019“氣缸類型及安裝形式 7\l“_TOC_250018“活塞桿直徑計算 7\l“_TOC_250017“氣缸筒內(nèi)徑計算 7\l“_TOC_250016“氣缸的行程 8\l“_TOC_250015“氣缸的運動速度 8\l“_TOC_250014“4.3氣缸夾板 9\l“_TOC_250013“五機械臂構(gòu)造設(shè)計及校核 9\l“_TOC_250012“手臂構(gòu)造強度設(shè)計與校核 9\l“_TOC_250011“材料及型材確定 9\l“_TOC_250010“擺臂與驅(qū)動臂連接夾板 10\l“_TOC_250009“配重質(zhì)量確實定 10擺臂設(shè)計及校核 11驅(qū)動臂構(gòu)造設(shè)計及校核 12支撐臂設(shè)計 13機械手質(zhì)量計算 13手臂轉(zhuǎn)動慣量的計算 14手臂齒輪齒條的設(shè)計計算 14設(shè)計要求 15齒輪齒條的材料選擇 15各系數(shù)的選定 15齒輪的設(shè)計參數(shù)，許用應(yīng)力的選擇 15齒輪的設(shè)計計算 16手臂齒輪的設(shè)計計算 17機械手轉(zhuǎn)臂處電機的選取 22\l“_TOC_250008“六底座設(shè)計與校核 22\l“_TOC_250007“行星輪設(shè)計與校核及電機的選取 22\l“_TOC_250006“中心輪和行星輪設(shè)計 22\l“_TOC_250005“行星輪及大外輪與校核 27\l“_TOC_250004“齒輪具體參數(shù) 28齒輪潤滑油的選取 29電機的選擇 29導(dǎo)軌的設(shè)計計算 30導(dǎo)軌的類型 30直線導(dǎo)軌副截面 30滾動導(dǎo)軌載荷計算 30導(dǎo)軌的選取 32預(yù)期壽命 32拖動導(dǎo)軌運動的齒輪齒條設(shè)計以及電機的選擇 32齒輪齒條的設(shè)計 32齒輪齒條具體參數(shù) 35齒輪潤滑油的選取 36電機的選取 36\l“_TOC_250003“七傳感器和微動開關(guān)的選擇 37\l“_TOC_250002“光電傳感器的選擇 37\l“_TOC_250001“微動開關(guān)的選取及其具體參數(shù) 37\l“_TOC_250000“八后續(xù)工作 37緒論前期主要工作前期工作我們把重點放在機械手機構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計計算，具體工作如下：壽命、手臂運動參數(shù)、工作節(jié)拍、定位精度等。的選擇；這樣，我們根本完后了機械手的設(shè)計計算。前期工作總結(jié)下來的工作中需要留意的。使用的前提下，盡量選用標準件，降低制造本錢，并簡化設(shè)計過程。機械手工作性能要求工件材料M=5kg，材料為灰鑄鐵，密度6.8103kg/m3，2-1搬運要求

圖2-1工件幾何外形工件提上升度H=650mm生產(chǎn)節(jié)拍 T=12s使用壽命 L 10年h工件搬動距離x2-2我們承受機械手來實現(xiàn)此功能要了機構(gòu)的設(shè)計技術(shù)方案及設(shè)計技術(shù)參數(shù)： 圖2-2水平搬運距離機械手自由度數(shù)〔立柱回轉(zhuǎn)自由度和擺臂上下?lián)u擺自由度動自由度〔立柱水平移動自由度和工件豎直移動自由度。機械手手部方案設(shè)計率。機械手提升方案設(shè)計依據(jù)工件材料提升要求在豎直方向上，工件的材料的提升由兩局部組成：〔1〕擺臂提上升度500mm〔2〕氣缸提上升度150mm，使構(gòu)造更加緊湊。機械手水平搬運方案設(shè)計組成：擺臂的回轉(zhuǎn)和水平移動。機械手驅(qū)動方案設(shè)計性高，所以我們承受兩種傳動方案結(jié)合，實現(xiàn)機械手的傳動。機械手掌握方案設(shè)計由于專業(yè)所學學問有限，掌握系統(tǒng)的設(shè)計暫不考慮、機械手主要技術(shù)參數(shù)〔1〕工件吸取時間1s〔2〕機械手的擺臂提升、氣缸提升及底座前進，三個運動同時進展，時間2s〔3〕903s〔4〕1s〔5〕903s〔6〕2s。這樣完成了一個工作周期。設(shè)計方案確定之后，依據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍，確定了機械手的技術(shù)參數(shù)抓重 5kg機械手自由度 4最大工作半徑 1200mm；擺臂運動參數(shù) 提上升度500mm：提升時間2s；支撐臂運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍0~90回轉(zhuǎn)速度30/s最大中心高1050mm定位方式 微動開關(guān)和機械擋塊定位精度 1mm機構(gòu)運動簡圖械手的機構(gòu)運動簡圖，如右圖圖2-3其中，M點、N點分別為擺臂ＤＦ局部和ＣＦ局部的中點。擺臂CD為滿足搬運要求 取LAC

2-3機構(gòu)運動簡圖1200mm為供給足夠的旋轉(zhuǎn)空間 取LOF

400mm防止機構(gòu)尺寸太大 取配重桿長度L 500mmADBFB析公式中各個點的位置及角角所2-4AD受力分析可得 M 0 2-4受力分析圖AmgLD AD

m gLAD

m gLAC

mgLC

cosFB

cosL 0ABmDm

：配重質(zhì)量；：擺臂ＡＤ局部質(zhì)量；ADm ：擺臂ＡＣ局部質(zhì)量；ACm ：Ｃ點氣動系統(tǒng)、電磁鐵及氣動系統(tǒng)夾板質(zhì)量；CF BBGCDBL AB

、L 、L 、LAC AD AM

：分別表示對應(yīng)圖2-4中兩點之間距離；由此可得 F

gLmD ADm

m gLAD

m gLAC

mgLC

cosB cosLABLAB

FB

減?。划攃os增大的時候，即FB

F所以，BC，F(xiàn)O點，都會使所需FB

減小。由于當機械手處于最低狀態(tài)時，最大，F(xiàn)B

LAB

越大，F(xiàn)B

越小；但是，LAB

越大，將導(dǎo)致BG桿過長，所以取L =1000mm。優(yōu)點〔1〕節(jié)約材料，防止驅(qū)動臂BG過長〔2〕預(yù)留長度L ，AB BG為機械手裝配留有足夠空間，保證機械手強度。FFB機械手所處工作狀態(tài)及點的位置間2-5 系可知 AB903060 2-5假定最低工作狀態(tài)F 在垂直于桿AC方向上分力 F Fcos1FB Bn B 2 B所以，有一半的力無法做功，從而導(dǎo)致電機功率太大。GBLAF=550mm。手臂極限工作狀態(tài)分析手部最高點狀態(tài)此時機構(gòu)相對關(guān)系如右圖圖2-6BGL LBG

2L AF

100025502L

550 arctan 1 LAB

arctan 28.811000

2-6最高工作狀態(tài)手部最低點狀態(tài)此狀態(tài)分析，可以幫助我們確定機械

,并且確LFG

,符號及公示所表示意義如2-7LBB”

L cos301000cos30866mmBDL

L cos301200cos30CD1039.231040mmLBF由余弦定理可知

L 2LAB

22cos(90)LAB1

2-7最低工作狀態(tài)LAFFF 5502100022 5501000867.47868mm2所以，L L L FG BG BF現(xiàn)將各機械臂的長度調(diào)整如下：L” L”CD

L”O(jiān)E

4005501001050mm由于能加的長度并不影響構(gòu)造的強度，所以強度計算仍按調(diào)整前尺寸進展計算。機構(gòu)尺寸在完成上述分析的根底上，機構(gòu)的各局部尺寸就可以確定，如以下圖圖2-8所示，為接下來的構(gòu)造設(shè)計奠定了根底：2.3

2-8機構(gòu)尺寸構(gòu)造尺寸緊湊，牢靠性高，所以我們承受兩種傳動方案結(jié)合，針對各處傳動特點，承受了如下方案，實現(xiàn)機械手的傳動：C點處選用氣壓傳動實現(xiàn)工件豎直方向提升150mm；FGB0送料運動。了吸附式電磁鐵。電磁鐵都是為特定客戶設(shè)計、生產(chǎn),型號眾多無法一一列舉，我們把電磁鐵的主要參數(shù)列舉如下。電磁鐵類型的吸在電磁鐵上，所以選用直流電磁鐵。電磁鐵參數(shù)工作電壓36V〔DC〕 初吸力〔20mm〕24V3㎏1.5終吸力〔0mm〕36V7.5由機械手上的電磁鐵工作性質(zhì)可知，選用間歇式直流電磁鐵、50%負載循、CB-130℃安裝連接方式氣壓系統(tǒng)的承受外部螺栓連接，并在手部支架承受卡槽嵌入。電磁鐵的體積規(guī)格長×寬×高=80×60×40〔單位mm)，查閱資料得電磁鐵質(zhì)量計算時取密度7.5g/，m=7.5×80×60×40×=1.44可以在惡劣環(huán)境中使用。由于重物豎直方向提升距離較大，并且為使構(gòu)造緊湊，豎直方向的提升距離局部由氣動系統(tǒng)實現(xiàn)提上升度150mm，設(shè)計參考《機械設(shè)計4氣缸的設(shè)計計算氣缸類型及安裝形式氣缸。安裝形式：固定式氣缸，前法蘭MF1式?；钊麠U直徑計算40cr[3-47]抗拉強度σ=980MPabFσ= σ=b S-安全系數(shù) S≥1.4p A p ss所以直徑d≥〔4A /π〕1/2=0.339㎜S24.2-510㎜。技術(shù)要求：df8，粗糙度Ra0.8um0.02㎜熱處理：調(diào)質(zhì)活塞桿與活塞的連接：用螺紋連接氣缸筒內(nèi)徑計算F1

πF= 〔D2Pη〕1 4πF2

F = 〔D2－d2〕Pη2 4此構(gòu)造中氣缸工作頻率一般，根本是勻速運動，其載荷率可取η=0.7－0.85，取0.7。由24-41一般氣缸的正常工作條件工作壓力為0.4－0.6MPa，取氣缸的工作氣壓為0.5MPa，選取較大的D值。D=(

4F 46.449.82＋d2〕1/2=( ＋0.012〕1/2=0.018m=18㎜πPη 3.140.51060.7氣缸筒內(nèi)徑圓整〔24.2-420㎜氣缸的行程150㎜，165㎜。氣缸的運動速度本氣缸的真正的行程為150㎜，要求在3秒之內(nèi)完成，取t=2秒，所以氣缸的sV=t=75㎜/s氣缸系統(tǒng)掌握原理圖氣缸系統(tǒng)掌握原理圖如圖4-1所示4-1氣缸系統(tǒng)掌握原理圖氣缸夾板桿，增加構(gòu)造剛度7A04公稱厚度8mm 22.8kg ，質(zhì)量s m2m 222.8(120803040)0.41kg氣缸夾板 2

4-2氣缸夾板手臂構(gòu)造強度設(shè)計與校核材料及型材確定材料確定查閱《機械設(shè)計手冊》B1P3-290 表3.2-21，選取材料ZAlSi7MgZl101J材料強度 205MPa，伸縮率5%b型材確定1〕鋁合金型號：HF-8-30305-15-1HF-8-30302)鋁合金型號:HF-8-3060,5-2所示：5-2鋁合金截面圖及參數(shù)擺臂與驅(qū)動臂連接夾板GBCD，降低連接點B5-3查閱《機械設(shè)計手冊》第一冊 P3-355表3.2-146，選用7A04型鋁合金型材 度 8mm 22.8kg ，質(zhì)量s m290m 222.8 7010-60.41kg鏈接 cos45配重質(zhì)量確實定

5-3連接夾板輪廓圖械臂在空載時，擺臂處于平衡狀態(tài)，并且驅(qū)動臂供給驅(qū)動力接近為0.以擺臂水5-4：M 0A

5-4CDm gL m gL m gL mgL 0配重 AD AD AM AC AN C ACm mC 電磁鐵

m m氣缸

1.440.410.412.26kg所以m 配重

2.261.20.4111.21.050.6-0.51.050.253.7465kg0.5為保證前端略重，去安全系數(shù)k=1.25m 3.746753kg所以配重

1.25配重材料選取鑄鐵，灰扎圓鋼，d=55mm《機械設(shè)計手冊》第一冊P3-127表3.1-133擺臂設(shè)計及校核2-7材料確定擺臂承受HF-8-3030型鋁材強度校核M 0Am gL m gL

m gL

m gL

cosL 0配重

AD

AO

AC AN

B ABF 0xm gm配重 AO

gmAC

gm連接

g-mC

gm重物

Ax

Fcos0B LAF

sin9030LBF帶入數(shù)據(jù)求得57.152.269.81.20.419.811.21.059.80.6cos3059.81.2-0.51.050.2539.80.5 F B129.03N

cos57.151F 2.269.80.419.81.21.059.859.80.51.059.839.8cos3035.71Nx作出構(gòu)造剪力圖與彎矩圖，如圖5-5所示。5-5剪力圖與彎矩圖5-4A所以

13.845 7.69MPamax Wz

1.80106K=1020.5MPa205K 10所以，強度滿足要求。

max驅(qū)動臂構(gòu)造設(shè)計及校核驅(qū)動臂承受HF-8-3030型鋁材GBFBmax

129.03N型材截面積HF-8-3030可由下述公式近似算出：A 30303.4243.75216.58.27148.224824400mm2S 2所以

max

FAFS

129.03400106

0.32MPab所以滿足要求支撐臂設(shè)計使用壽命機械手質(zhì)量計算立柱兩側(cè)肋板質(zhì)量S 0.150.03(0.150.06)0.170.50.2235m21查閱《機械設(shè)計手冊》取公稱厚度為10mm鋁合金板材，s

28.5kg/m2m2S1

20.0223528.51.27395kg1.27kg支撐臂質(zhì)量支撐臂所需型材長度 支撐臂橫向連接型材長度L2=200-302=140mm所以總質(zhì)量 m2材料為HF-8-3060BG

105014021032.66kgl 115027428021858mm3m 18581.051.95kg3CD擺臂所需型材長度l 4擺臂質(zhì)量

2.151.052.26kg4氣缸、電磁鐵及夾板質(zhì)量m 0.411.440.412.26kg55.1.7.6電機、齒輪齒條、底座等質(zhì)量m6

20kg機械手工作時總質(zhì)量m總

mm1

mm3

mm5 61.272.661.952.262.26532040kg手臂轉(zhuǎn)動慣量的計算理學問可知J mi

r2，當機械手臂處于最高點狀態(tài)時，轉(zhuǎn)動慣量最大，所以i取擺臂處于最高狀態(tài)時進展分析：dmldxCDACJ LAC

x2dm

lAC 1.051.230.605kgm211AC 0 3 l0 311對于驅(qū)動臂BG：larctanlBAAF

550 arctan 28.81 1J LBG(xcos)2dm L 3cos2l1ACBG 0 3 BG l 01 1.051.23cos228.810.398kgm23CDADL 1 1J ADx2dm x3 lAC 1.050.530.044kgm2AC 0 3 l0 3對于配重J mr230.520.75kgm2D當提升重物時，在c點處總質(zhì)量m m mC1 C

52.267.26kgJ C

r2C1C

7.261.2210.45kgm2對于B點處連接夾板、J mB

r2連接板B

0.41120.41kgm2系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量J J總

J J JAD BG

J JD B0.6050.3980.043750.7510.450.4112.657kgm2手臂齒輪齒條的設(shè)計計算設(shè)計要求機械臂上下料時齒條的行程：L=274㎜ 齒條受到的最大軸向力：Fmax

=129.03N 機械手臂抬升和下降的時間：t=3s機構(gòu)，另一方面可以縮小機械體積便于模塊化的裝卸、檢修。齒輪齒條的材料選擇確定齒輪齒條的疲乏極限應(yīng)力齒輪：38SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度320-340HBS齒條：35SiMnMo280-300HBS由圖16.2-17及圖16.2-26，按MQ級質(zhì)量要求取值，查得σHlim1

=790N/㎜2

Hlim2

=760N/㎜2；σ

FE1

=640N/㎜2

=600N/㎜2各系數(shù)的選定起升系統(tǒng)的最大功率P=F×V F=129.03N =91.33㎜/s計算齒輪強度用的載荷系數(shù)k，包括使用系數(shù)kA；動載荷系數(shù)kv；齒間載kHkH；即：K=kkkkA v H H使用系數(shù)態(tài)為稍微沖擊，使用系數(shù)kA動載荷系數(shù)

1.35。齒輪傳動不行避開地會有制造及裝配誤差，輪齒變載后還需要產(chǎn)生彈性變形，由于嚙合齒對剛度的變化，也要引起動載荷，kv齒間載荷安排系數(shù)k=1H齒輪載荷分布系數(shù)

1.0。計算齒輪強度時，考慮齒面上載荷沿接觸線分布不均勻現(xiàn)象，通常以系數(shù)面上載荷分布不均勻的程度對齒輪強度的影響取kH k=kAkvkHkH=1.35×1×1×1.34=1.8齒輪的設(shè)計參數(shù)，許用應(yīng)力的選擇1〕α的選擇我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標準壓力角為=202〕z為使齒輪免于根切，應(yīng)取Z≧17，這里取z=20齒寬系數(shù)d

的選擇取Φ=0.4d估量工作壽命330010L=3×300×30=9000hh齒輪的許用應(yīng)力k[σ]=N lims式中：s-疲乏強度安全系數(shù)，對接觸疲乏強度計算時，取S=1k-考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為壽命系數(shù)NNN=60njLhnjL為齒輪的工作壽命；n60〔r/min〕hN=60×60×9000=3.24×107316.2-18可得kN

=1.2[σ]=kNH =1.2790lim =948MPaH s 1σ =640N/㎜2；K

=1；s=1.2FE1k

HF1640[σ]= HF FE1= =533.3MPaF s 1.2z=20＞17時，齒形系數(shù)YFa根本參數(shù)選擇完畢齒輪的設(shè)計計算2KTY Y2KTY Yz2[]FaSad F

=2.8，應(yīng)力校正系數(shù)YSa

=1.55T=95.5105Pn

nπmz=v×60m≥21.895.51050.01182.81.15=0.1760.4202533.387.2依據(jù)模數(shù)的常用值取m=2.5；n=35r/minKT(u1)ud( KT(u1)ud( E )2[ ]Hzd≥2.32式中[σ]的單位為MPa,d的單位為mm，其余各符號的意義和單位同前，H由于傳動為齒輪齒條傳動，傳動比近似無窮大，所以u1=1u查〔機械設(shè)計手冊第四版表12.12〕MPaZMPaE1.832001.832001〔189.820.4948取兩者的偏大值d=50㎜計算齒寬b= d=0.4×50=20㎜db齒條

=25㎜h齒條

=15㎜最終確定齒輪數(shù)據(jù)：模數(shù)m=2.5㎜ 齒數(shù)z=20 分度圓直徑d=50㎜ 齒寬b=20㎜b齒條

=25㎜ 轉(zhuǎn)速n=35r/min 齒條的高度h齒條

=15㎜手臂齒輪的設(shè)計計算335r/min。設(shè)計參考《機械設(shè)計》第四版邱宣懷計算工程計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果材料選擇正火處理構(gòu)造鋼硬度 轉(zhuǎn)矩T1

p 11.785=9550T =9550×=95501 n 35

T=3215N·mm1齒寬系數(shù)d

1id 2

130.32

0.6ddAd 值 由表12.16估量00 d

82

A 82d

12.17(b)

Hlim1

550MPa520MPa初步計算許用

0.9H1

Hlim1

0.9550

[ ]495MPa1接觸應(yīng)力

0.9 0.9520H2 Hlim2

[ ]468MPa2初步計算小輪

d A1 d3

T1 d H

u1u

取d 30mmd1

823

3215 31 10.64682 3b2.校核計算

bd 0.630 取b18mmd 1v

dnv1v

3035

v0.055m/s601000 601000精度等級

由表12.6 9級Z1=21

md1

1

30 1.4321由表12.3，取m=1.5mm Z=20螺旋角β

nd 30Z=11 m 1.5

1Z=602A由表12.9 工作特性取動力機稍微沖擊；工作機均勻平穩(wěn)K=1.1AV由圖12.9 對于9級精度齒輪K=1.14VF2T23215214Ntd1301KF 1.1214A tb1813.1N/㎜1.67[1.883.2(11)]cos0z1z齒間載荷分系211K[1.883.2( )]20 601.67z 0.89Z 4341.670.893K1=Z210.8921.26K 1.26齒向載荷分布K AB( )2C103bbKHd11.170.16(18) 0.6110K 1.24H230318KKKKK1.96A V H HK1.11.141.261.24彈性系數(shù)Z由機械設(shè)計表12.12EZ 189.8MPaE節(jié)點區(qū)域系數(shù)節(jié)點區(qū)域系數(shù)由機械設(shè)計圖12.16Z 2.5H接觸最小安全由機械設(shè)計表12.14SHlim

S

=1.05總工作時間t t 330010h h

t=9000hh應(yīng)力循環(huán)次數(shù)h

N 60ntL1

60359000

N 1.89107L1NNL

N /i1.89107/3L1

N 6.3106L2接觸壽命系數(shù)由機械設(shè)計圖12.18Z

Z =1.28N1N Z =1.40N2許用接觸應(yīng)力 H2

ZHlim1S

N1

5501.281.05

670MPaH1[ ]H

H2

Hlim ZHlim2 SHlim

5201.401.05

H2

693MPa驗算

Z Z ZZ

2KT1

u1

430MPaHH E H

bd2 1

]H1189.82.50.891 21.9632153118302 33.確定主要傳動尺寸a

d(i1) 30(31)

a=60a 1

602 2分度圓直徑

dmz 1.5201 1

d=30mm1d=90d id2 1

330 2齒寬b b d 0.630d 1

b=18mm取b25mm1b 20㎜24.齒根彎曲疲乏強度驗算4.齒根彎曲疲乏強度驗算重合度系數(shù)Y Y

0.250.750.250.75

Y 0.70 1.67齒間載荷安排KF

由表12.10，K =1F Y

10.70

K =1.43F齒向載荷分布 b

20 3.56

K =1.41KFK

h 2.252.5 F12.14KKKK K 1.11.141.431.41 K2.53A V F F齒形系數(shù)YFa

由圖12.21 YFa1Y

2.802.29應(yīng)力修正系數(shù)由圖12.22 YSa1

1.54YSa彎曲疲乏極限12.23

YSa2

1.74500MPaFlim彎曲最小安全由機械設(shè)計表12.14S

Flim1 470MPaFlim2Fmin彎曲壽命系數(shù)由機械設(shè)計圖12.24YN

Y 0.98N1Y 1.01N2尺寸系數(shù)YX

由圖12.25 Y 1.0X許用彎曲應(yīng)力

Y Y

5000.981

392MPa F1 S

1.25

380MPa[ ]

FminY Y

4701.011 Flim2 N2 XF2 SFmin

1.25序號名稱序號名稱符號計算公式及參數(shù)選擇1模數(shù)mn1.5mma2螺旋角β03分度圓直徑d1d2d30mm1d90mm24齒頂高h1.5mm5齒根高hf1.875mm6全齒高h3.375mm7頂隙c0.75mm10中心距a120mm機械手轉(zhuǎn)臂處電機的選取伺服電機，可以對轉(zhuǎn)速很好地掌握力量。實際生產(chǎn)狀況所選取的溝通伺服電機的局部參數(shù)：型號：80ST-M02430. 級數(shù)：4級.額定輸出功率：750W. 定轉(zhuǎn)矩：2.4N*m.瞬時最大轉(zhuǎn)矩：7.2N*m. 電機轉(zhuǎn)子慣量：1.06Kgcm2機械時間常數(shù)：0.95ms. 氣時間常數(shù)：6.47ms.額定轉(zhuǎn)速：3000rpm. 定相電流：4.2A.重量：2.7kg. 數(shù)：2500C/T.定電壓:單相220VAC行星輪設(shè)計與校核及電機的選取中心輪和行星輪設(shè)計立柱，配重，工件，支架，氣缸，電磁鐵等質(zhì)量共18.68kg.再加上電機以

=360mm.行T=11.58N*m.工行星輪與底座水平接觸，摩擦系數(shù)參見表4.1，取礦物油潮濕金屬外表，摩0.2g9.8m/s2計。則抑制摩擦所需轉(zhuǎn)矩T=μMg*D/4*1000=0.2*22*9.8*360/4*1000m 總=3.88N*m.T=T+T=11.58+3.88=15.46N*m.總 工 m計算工程計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果材料選擇小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)處理大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)處理齒形直齒圓柱齒輪嚙合方式外嚙合硬度小齒輪硬度241-286HB，260HB大齒輪硬度229-286HB,240HB轉(zhuǎn)矩T1由從前所求T=15460N·mmII齒寬系數(shù)d由表12.13，取φ=0.8dφ=0.8dAd值12.16β=0°.A=82mm2dA=82mm2d1接觸疲乏強度極限12.17(c)Hlim1Hlim2710MPa580MPa接觸應(yīng)力H10.9Hlim10.9710[ ]639MPa1H20.9Hlim20.9580[ ]522MPa2d AT1d11d3 2ud H823154600.852223d 45mm137.35mmbbd 0.8*45d 1d 36mm1校核計算圓周速度v v

dn11

452/3

v0.09m/s1000 1000取Z=30m d /Z 45/301.51 t 1 112.3，m=1.5mmn

Z=30Z

Z iZ2

33090 Z=902

1Z=902m

iz 9032z 3021KAKV

由表12.9 工作特性取工作機中等沖擊；動力機均勻平穩(wěn)由圖12.9 由表12.10先求

K=1.50AK=1.05V2T2F t d1KF

2*15460687N451.5*687A t 28.625N/mm100N/mm.齒間載荷分系

b 361[1.88-3.2*(Z11

1)]*cosZ2

1.74

[1.883.2(1

1)]*cos01.74

Z0.87Z 3

30 9041.743

0.87

由此K 1H Z2

10.872

1.32齒向載荷分布

12.1〔對稱支承9驗調(diào)整〕KH

KH

bAB( )2C103bd1

K 1.29H361.170.16( )20.61103363645載荷系數(shù)K KK KA V

K KH H

K=2.681.501.051.321.29彈性系數(shù)Z 由機械設(shè)計表12.12 Z 189.8MPaE E節(jié)點區(qū)域系數(shù)由機械設(shè)計圖12.16Z

ZH2.5H接觸最小安全由機械設(shè)計表12.14SHlim

SHlim

=1.05總工作時間t t 5300160.5 t 12023h h h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N 60nt

2 N60 60120232.88107. L1

2.88107L1 n 3N

N 9.6106L N NL2 L1

/i2.88107

/39.6106 L2接觸壽命系數(shù)由機械設(shè)計圖12.18Z

Z =1.25N1N Z =1.31N2許用接觸應(yīng)力 H1

ZHlim1S

n1

7101.251.50

592MPaH1[H]

H2

Hlim ZHlim2 SHlim

5801.311.50

H2

507MPa驗算 H

508MPa ZZ

2KT1

u1

[ ]H2H E H

bd2 u1189.82.50.87

22.68154603136452 3所以計算結(jié)果說明，接觸疲乏強度較為適宜，齒輪尺寸無需調(diào)整。確定主要傳動尺寸a

d(i1) 45(31)

a90mma 1

902 2分度圓直徑

2a

290

45.000mm

d=45.000mm1 i1 31

1d=135.000mmd id2 1

345135.000mm 2齒寬b b d 36mmd 1齒根彎曲疲乏強度驗算

b36mm Y Y

Y=0.68F齒間載荷安排F

K =1.47FKF

KF 1Y 1/0.681.47齒向載荷分布12.14b/h45/(2.251.5)13.3

K =1.30FK

F KF1.30K

KKKK K 1.501.051.471.30 K=3.01A V F F齒形系數(shù)YFa

由圖12.21 Y

Fa1

=2.52=2.21應(yīng)力修正系數(shù)由機械設(shè)計圖12.22Y

YSa1

=1.63Sa

=1.80彎曲疲乏極限由機械設(shè)計圖12.23

Flim1Flim2

600MPa450MPa彎曲最小安全由機械設(shè)計表12.14

S =1.50Fmin彎曲壽命系數(shù)由機械設(shè)計圖12.24 Yn1Y

0.991.01尺寸系數(shù) 由圖12.25 YX1.0許用彎曲應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力[ ]FY YFlim1N1XF1SFminY Y6000.9911.504501.0111.50F1F2396MPa303MPaFlim2 N2 XF2SFmin驗算F12KTYbdm1Fa1Sa1YY23.01154602.521.630.68145361.5107MPa F1F2F1YYY YFa2Sa21072.211.80Fa1Sa12.521.63104MPaF2所以彎曲疲乏強度符合條件行星輪及大外輪與校核此時轉(zhuǎn)矩為15460*8/3=41227N*mm.與原來相比變大了不到三倍，此時的大外輪尺寸為45*7=315mm.且外輪及底座運動所需的轉(zhuǎn)矩由與大外輪內(nèi)嚙合的三組行星輪共同分擔，每一行星輪所承受轉(zhuǎn)矩為總轉(zhuǎn)矩的三分之一，即外輪尺寸是小輪的近三倍，故強度必定合格，在此不作進一步驗證。嚙合方式：NGW2K-H〔負號機構(gòu)〕Z=30，Z=90，Z=210.1 2傳動比條件Z

3Z 210ib 1 b1 31 8.aH Za

Z 301故傳動比滿足條件。Z Z同心條件：Z b ac 2Z Z3

2103090Z2 2 2c.裝配條件：n =3.n 為行星輪個數(shù)，這里n =3.w w wZ Za nw

3021080為整數(shù)。3d.鄰接條件：d mac

*(Zc

2*h*)=1.5*(90+2)=138mm.a180 m*(Z

Z)2*a*sin n 2 n 2w

c =90mm.滿足鄰接條件。圖6.1行星輪示意圖 圖6.2構(gòu)造簡圖齒輪具體參數(shù)序號 名稱 符號端面模數(shù) mn螺旋角 β分度圓直徑 d1d2d3

1.5mm045.000mm,135.000mm,315.000mm齒頂高 ha 1.5mm5齒根高hf1.875mm6全齒高h3.375mm7頂隙c0.75mm48.000mm,138.000mm8齒頂圓直徑d d d34 5318.000mm9齒根圓直徑41.250mm,131.2500mmd d df3 f4 f5314.250mm10中心距a 90.000mm,90.000mm齒輪潤滑油的選取荷的齒輪潤滑。電機的選擇機，可以對轉(zhuǎn)速很好地掌握力量。依據(jù)上述計算，機械手工作所需總轉(zhuǎn)矩為15.46N*m,則齒輪軸所需要的轉(zhuǎn)矩為5.15N*m,電機拖動齒輪軸的傳動比為1/3.則電機的轉(zhuǎn)矩應(yīng)至少為1.72N*m.選取點擊時留一局部余量，一般選擇電機連續(xù)1.72*1.3=2.23N*m.n=1/12*8*3=2r/s.電機的功率，P=T*ω/η.T=2.23N*mm,ω=n*2π=12.56rad/s.型號：80CB075C-500000.級數(shù)：6400W.額定轉(zhuǎn)矩：2.39N*m.瞬時最大轉(zhuǎn)矩：7.16N*m.:1.03kg·cm2.機械時間常數(shù)：1.16ms.2.30ms.額定轉(zhuǎn)速：3000rpm.：4.4A.重量：2.9kg.編碼器：2500P/R.：MS0075A〔經(jīng)濟型〕.750W.220VAC.導(dǎo)軌的設(shè)計計算導(dǎo)軌的選用要求：工作臺質(zhì)量預(yù)估為m40F50N，有效行程L0.4m，每分鐘往復(fù)次數(shù)n5，移動速度va

8m/min，壽命30000h。運動條件：常溫，平穩(wěn)，無沖擊和振動，設(shè)計計算參考《機械設(shè)計手冊2導(dǎo)軌的類型動直線導(dǎo)軌運動靈敏度高,運動平穩(wěn)性好，定位精度高,精度保持性好[參照9.3-1]。直線導(dǎo)軌副截面承受GGB型滾動直線導(dǎo)軌副[參照圖9.3-7]，導(dǎo)軌副的截面圖如圖 6-3。滾動導(dǎo)軌載荷計算

6-3導(dǎo)軌副的截面6-4：6-4導(dǎo)軌副受力圖導(dǎo)軌滑塊的布局如圖6-5：6-5導(dǎo)軌副滑塊布置圖340計算得：FF1 2FF3

262.5N237.5N導(dǎo)軌的選取由上述計算的最大的載荷為262.5N，由表9.3-51選取型號為GGB16AA。選取100mmGGB16AA2P25004預(yù)期壽命查表9.3-51，導(dǎo)軌的額定動，靜載荷分別為C6.07KN C 6.8KNO查表9.3-45~48，各項系數(shù)f 1，f 1，f 0.81，f ，f 1.2h t c a wf ---硬度系數(shù) f---溫度系數(shù)h tf---接觸系數(shù) fc f ---載荷系數(shù)w

---精度系數(shù)FF1 2

262.5N，代入式〔9.3-15〕

ffffhtca

ckf pw[

110.810.9

35]1.2138607kmpFmax按式〔9.3-16〕

0.2625L L103h 2La

n60L ---壽命時間〔h〕 L---額定壽命〔km〕hL---行程長度〔m〕 n---每分鐘往復(fù)次數(shù)aF ---受力最大的滑塊所受的載荷〔KN 〕maxL 138607103h 20.4560577529h大于要求的壽命，所選的導(dǎo)軌符合要求。拖動導(dǎo)軌運動的齒輪齒條設(shè)計以及電機的選擇:齒輪齒條的設(shè)計總 總秒內(nèi)走完，則導(dǎo)軌平均速度為133mm/s,也即0.133m/s,取最大速度0.15mm/s,取導(dǎo)軌最大加速度為0.4m/s2。M=40kg,g=9.8m/s2,由于導(dǎo)軌為滾動接觸，摩擦系數(shù)較小，約為總0.003~0.005。F=μM總

g+Ma總=0.005*40*9.8+40*0.4=17.96N。齒輪齒條的材料選擇:

max

=17.96N齒輪：38SiMnMo，調(diào)質(zhì)，硬度320-340HBS齒條：35SiMnMo280-300HBS確定齒輪齒條的疲乏極限應(yīng)力:16.2-1716.2-26，MQσ =790N/mm2，σ =760N/mm2；Hlim1 Hlim2σ =640N/mm2,σ =600N/mm.FE1 FE2齒輪齒條系統(tǒng)的最大功率P=F×V，F(xiàn)=17.96N,V=150mm/s.k，包括使用系數(shù)kA；動載荷系數(shù)kv；齒間kHkH；即：K=kkkk.A v H H使用系數(shù)k1.35.A動載