【機(jī)械手夾持設(shè)計(jì)與計(jì)算11000字（論文）】

第一章機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀及其未來發(fā)展展望1.1選題背景自工業(yè)革命以后，隨著各行業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)器代替人工已經(jīng)成為了一種新的發(fā)展趨勢，每一次的發(fā)展變革，在社會向前邁進(jìn)一大步的同時(shí)，機(jī)器與人工之間的轉(zhuǎn)換程度也得到提高。觀察每次變革的發(fā)展方向，都圍繞著降低人工成本、提高生產(chǎn)效率、適應(yīng)生產(chǎn)變化三個(gè)方向進(jìn)行發(fā)展。對于那些動作簡單、重復(fù)性高的動作，現(xiàn)使用機(jī)器代替人工操作已成為一種新的發(fā)展趨勢。而且相對人工而言，機(jī)器生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性高，質(zhì)量好。特別是一些危險(xiǎn)性較高的工種以及人力難以勝任的工作，使用機(jī)器作業(yè)已經(jīng)成為一種必然現(xiàn)象。從經(jīng)濟(jì)方面來講，機(jī)器的使用可以有效的減少人工操作成本以及人工管理成本。就目前而言，在工業(yè)生產(chǎn)中，人工雖仍占據(jù)著主要地位，但自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為一種趨勢，且這種趨勢會伴隨著社會的發(fā)展越來越明顯。在現(xiàn)如今的制造行業(yè)中，隨著對自動化生產(chǎn)的推廣，我們對機(jī)器人的需求也日益增多，綜合生產(chǎn)成本，目前且大多數(shù)自動化機(jī)器都是以機(jī)械手的形式存在。在科技高度發(fā)達(dá)的今天，伴隨著現(xiàn)如今人工成本的日益增長，隨著電商市場的發(fā)展，商品價(jià)格愈加透明化，提高產(chǎn)品競爭力已成為眾多企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。而其產(chǎn)品競爭力的提高離不開產(chǎn)品的成本、質(zhì)量，自動化生產(chǎn)也步入眾多企業(yè)的視野中，而機(jī)械手，作為自動化生產(chǎn)不可或缺的設(shè)備，需求量也日期增高。在一些發(fā)達(dá)國家、發(fā)達(dá)企業(yè)中，已初步組建了屬于自己的自動化產(chǎn)線，這不僅有著很高的科技水平，也是其擁有著雄厚資本的一個(gè)證明。但就整個(gè)工業(yè)群體中，其自動化的占比還是相對較小，但眾多中小型企業(yè)中，還不能實(shí)現(xiàn)完全的自動化，依靠人工生產(chǎn)，仍在眾多企業(yè)中占有大部分的比例。但我相信，自動化生產(chǎn)仍是日后發(fā)展的一種趨勢，隨著機(jī)械手的不斷發(fā)展、普及開來，終會實(shí)現(xiàn)高度的產(chǎn)線自動化。而我們這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是一種應(yīng)用于車床上下料的機(jī)械手，該課題方向也是后期機(jī)械工業(yè)的一種發(fā)展趨勢，在機(jī)床上應(yīng)用該機(jī)械手，可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可以減少因人工操作帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)安全保障。1.2機(jī)械手簡介機(jī)械手和人們通常說的機(jī)器人還是有著很大的不同，它們是兩個(gè)不同的概念。機(jī)械手在大多數(shù)情況下是作為機(jī)器人的附屬裝備來進(jìn)行使用的，多用于重復(fù)性高、單一的程序規(guī)定的動作；而機(jī)器人則不同，它更加的負(fù)責(zé)，相較于機(jī)械手的簡單操作，它的功能更加豐富，更加的智能化，可以適用于多種環(huán)境，進(jìn)行比較復(fù)雜的操作。機(jī)械手和機(jī)器人之間的關(guān)系，就像人與人的手臂一般；在開始工作之前，我們通過相應(yīng)的軟件以及程序代碼設(shè)定好想要實(shí)現(xiàn)的動作，啟動后它就可以依照已經(jīng)規(guī)定好的方式去實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，例如：對物料進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、各種管路、材料的焊接等等。根據(jù)不同的工作場合及不同的生產(chǎn)需求，有著各種各樣的機(jī)械手，其所配備的程序也各不相同；通過對機(jī)械手的利用，可以最大程度上減少生產(chǎn)事故的發(fā)生，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，減少了人工成本，僅需2-3人配備機(jī)械手臂就能達(dá)到以往上十人的生產(chǎn)效率；僅從物料搬運(yùn)方面來講，涉及到那些體積龐大、沉重的零件，難以通過人力來解決，即使能夠通過人力相對來說成本也比較高昂，而使用機(jī)械手和機(jī)器人就可輕易的解決該問題，在龐大的基數(shù)上，使用機(jī)器設(shè)備的成本遠(yuǎn)小于人工成本和管理成本?，F(xiàn)各行各業(yè)中，機(jī)械手的使用也日益廣泛，在建筑行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、航海以及航空等領(lǐng)域。特別是在流水作業(yè)方面，使用機(jī)械手等自動化設(shè)備可有效提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及合格率，有效的降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；同時(shí)，機(jī)械手目前應(yīng)用更加廣泛的在重工業(yè)、輕工業(yè)等機(jī)械設(shè)備行業(yè)。例如就它可以應(yīng)用在一些半自動設(shè)備的上下料方面；其所具有的自動運(yùn)輸和自動夾緊功能加裝在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備上，可以實(shí)現(xiàn)我們目前意義上說的全自動化的模式?？偟膩碚f，機(jī)械手應(yīng)用前景非常遠(yuǎn)大，在這飛速發(fā)展的社會，應(yīng)用越來越多。就現(xiàn)有制造行業(yè)而言，它可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，同時(shí)也降低了人工成本以及安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也解放了勞動力等等；從另一方面來講，它也為我們現(xiàn)有社會的發(fā)展進(jìn)步添磚添瓦；與人力相比較，機(jī)械手的優(yōu)勢特點(diǎn)也非常明顯，有了它的出現(xiàn)，如有神助一般，解決了以前很多難以通過人力來解決的問題。例如：在一些人力難以長期停留或無法通過人力可及的場合，比如一些高溫高壓或者水下或存在有害物質(zhì)的工作環(huán)境下，它能通過合適的、有針對化的設(shè)計(jì)不同的機(jī)械手來適應(yīng)不同的場合進(jìn)行工作，而單憑人力卻無法長期在在這種場所下進(jìn)行工作，否則會對身體造成了不可挽回的傷害，相較于機(jī)械手來說就沒有那么多的局限性，它可以針對場合選擇合理的材料以及進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；從另一個(gè)方面來講，人的力量是有限的，要想維持相應(yīng)的產(chǎn)量，相應(yīng)的人工投入以及管理投入必不可少，因?yàn)槿瞬豢赡芨邚?qiáng)度的工作一直不休息，為了產(chǎn)量必須增加人工投入進(jìn)行輪換，相應(yīng)的管理成本也必不可少，而機(jī)械手就沒有這方面的顧慮，除了人工的操作及必要的維護(hù)，它可以保持不間斷的持續(xù)工作，而且工作的質(zhì)量、準(zhǔn)確度并不會如同人工一般存在波動；對于機(jī)械行業(yè)或者整個(gè)工業(yè)體系來講，質(zhì)量以及成本是不可或缺的一環(huán)，它影響最終的經(jīng)濟(jì)效益，就這一方面來講，機(jī)械手做的非常成功，它是不可多得的幫手，在產(chǎn)品精度以及生產(chǎn)連續(xù)性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工；④伴隨著機(jī)械手局部配件的更換，它可以滿足各種類產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)。1.3機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展一共分為三個(gè)階段，第一代的機(jī)械手為傳統(tǒng)的機(jī)械手，它實(shí)現(xiàn)的功能較為簡單，其結(jié)構(gòu)相對來說也較為簡單，簡單的來說分為臀部、手部兩個(gè)組成部分，現(xiàn)大多數(shù)作為示教的機(jī)械手出現(xiàn)在市面上。相對來說，其編程也較為簡單，一般是通過在線編程得到指定的動作。較第一代機(jī)械手而言，第二代機(jī)械手反饋能力非常的靈敏，是帶感應(yīng)的機(jī)械手，它的控制方式比較復(fù)雜，具備著一定的觸覺，視覺等。在1990年第二代機(jī)械手就已經(jīng)進(jìn)入了使用階段，目前雖未鋪展開來，但它的前景非常客觀，我相信用不了多久，這類機(jī)械手將會普遍應(yīng)用于各行業(yè)中。而第三代工業(yè)機(jī)械手較第一代結(jié)構(gòu)來說比較復(fù)雜，它不僅擁有第二代機(jī)械手的感應(yīng)功能，同時(shí)，它也非常的智能化，可以根據(jù)所處的環(huán)境以及對所操作的物體進(jìn)行掃描識別，做出相應(yīng)要求的指令。并且它可以隨著識別目標(biāo)的變化做出相應(yīng)更改。目前第三代機(jī)械手尚處于研發(fā)試制階段，還存在一定的瓶頸，尚未能投入到市場中應(yīng)用。我國的機(jī)械手的研發(fā)及應(yīng)用較發(fā)達(dá)國家發(fā)展起步較慢，較歐美等國還存在一定的差距，但近些年來，隨著國家的大力發(fā)展，我國對于機(jī)械手的發(fā)展也予以極大的重視，目前我們國家的機(jī)械手行業(yè)發(fā)展十分迅猛。以德國為例，在二戰(zhàn)后他們通過大力發(fā)展工業(yè)，使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，其主要原因也得益于及大量使用設(shè)備代替人工，解放了大量的勞動力。在上世計(jì)70年代，在國內(nèi)也開始了對機(jī)械行業(yè)的初步研究。隨著改革開放，我國的經(jīng)濟(jì)得到了長足的發(fā)展，隨著國家資金雄厚，到了80年代，國家開始重視機(jī)械行業(yè)，加大了政策扶持力度，使得我國的機(jī)械手行業(yè)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，完成了機(jī)械手的自我開發(fā)以及生產(chǎn)，擁有了自我研發(fā)以及自我生產(chǎn)的能力。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行延申，結(jié)合著各行業(yè)的需求，開發(fā)出了適合各方面操作的機(jī)械手，如物流搬運(yùn)機(jī)械手以及適合各種焊接機(jī)械手等等。在近些年，隨著科技發(fā)展的日新月異，我們已經(jīng)發(fā)展到機(jī)器人行業(yè)，取得的豐碩的科研成果?，F(xiàn)目前機(jī)械手各行業(yè)的改革與研發(fā)，日益偏向于滿足多環(huán)境、多功能性開發(fā)，越來越智能化。如圖1-1所示，其為我們國內(nèi)某機(jī)械手公司所生產(chǎn)的機(jī)械手：圖1-1目前機(jī)械手行業(yè)在我國發(fā)展已將近50年了，這么多年以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在各行各業(yè)中，機(jī)械手的身影隨處可見，已經(jīng)全面在市場中鋪展開來。特別是近些年來，隨著工業(yè)的飛速發(fā)現(xiàn)，原有的傳統(tǒng)機(jī)械手以及難以跟隨市場發(fā)展的腳步，到了上世紀(jì)90年代，機(jī)械手行業(yè)圍繞市場需求進(jìn)行了方向改革，開始向多功能化、智能化方向進(jìn)行發(fā)展，目前在許多行業(yè)的特許工位已進(jìn)行大量使用，它可以根據(jù)對周圍環(huán)境進(jìn)行識別，可以針對環(huán)境的變化來判斷出下一步相應(yīng)的動作?，F(xiàn)如今，國內(nèi)外的機(jī)械手正朝著智能化的方向在不斷的發(fā)展。1.4機(jī)械手未來發(fā)展展望自上世紀(jì)70年代至今，我國機(jī)械手經(jīng)過了四十多年的飛速發(fā)展，在越來越多的領(lǐng)域我國的工業(yè)機(jī)械手已得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代制造行業(yè)產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，以及隨著科學(xué)水平的提高和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我們的機(jī)械手也不例外，也需要結(jié)合著創(chuàng)新新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，根據(jù)行業(yè)內(nèi)的使用狀況，用以設(shè)計(jì)不同種類的機(jī)械手來滿足各行各業(yè)的需求，這也是未來機(jī)械手研發(fā)前進(jìn)的一個(gè)方向。同時(shí)，為了提高產(chǎn)品的競爭力，滿足各行業(yè)的需求，只有不斷改進(jìn)、不斷創(chuàng)新才能永不落后，市場才不會出現(xiàn)飽和的情況，整個(gè)機(jī)械手行業(yè)才能保持活力，生機(jī)勃勃。綜上以上幾個(gè)方面，機(jī)械手的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一、確保國內(nèi)機(jī)器手企業(yè)間保持良性的競爭。以免大批量的相同的機(jī)器手項(xiàng)目涌入市場中，進(jìn)行惡性競爭，浪費(fèi)大量的研發(fā)資金和發(fā)展周期。二、加大對機(jī)械手的改進(jìn)，不斷創(chuàng)新，與現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)品共同邁步前進(jìn)，滿足供方市場需求，向多功能化、智能化的方向前進(jìn)，只要能為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，那么后續(xù)的引入到市場將勢在必行，這也將成為后續(xù)的一種趨勢。第二章夾持機(jī)械手計(jì)方案設(shè)定2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟介紹機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)耗費(fèi)時(shí)間較長，任務(wù)較為繁雜的一個(gè)設(shè)計(jì)過程，要想做好設(shè)計(jì)，成功的完成此次機(jī)械設(shè)計(jì)，需要有一個(gè)詳細(xì)的計(jì)劃，現(xiàn)我們先按以下步驟類一個(gè)大綱，具體如下：1：解讀設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，將此次任務(wù)書的要求羅列出來，明確自己需要達(dá)到的目標(biāo)，其次將任務(wù)書中所給的條件羅列清楚，對其中所需要使用的設(shè)備以及所設(shè)計(jì)的零件列一個(gè)需求計(jì)劃表，做好可行性分析；2：整體方案的設(shè)計(jì)，圍繞著任務(wù)書的目標(biāo)，列出其核心任務(wù)，及其設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)。最后圍繞上述目標(biāo)做出一個(gè)初步的方案設(shè)計(jì)，初步方案中需包含到功能的實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及元器件的選型。一般來說，為了保證設(shè)計(jì)的可靠性，一般會設(shè)計(jì)2-3個(gè)方案來保證實(shí)施的可行性，再根據(jù)成本、周期以及投入等幾個(gè)方面來確定最終方案。3：技術(shù)設(shè)計(jì)，根據(jù)前期定好的方案，結(jié)合自身所學(xué)，開始相應(yīng)的設(shè)計(jì)，開始選型設(shè)備并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過三維以及二維軟件對設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，確定具體設(shè)計(jì)后整理相應(yīng)的三維并制作出相應(yīng)的二維裝配圖紙。4：施工設(shè)計(jì)，在技術(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將整體設(shè)計(jì)拆分為標(biāo)準(zhǔn)件以及非標(biāo)件，對其中的非標(biāo)件給出相應(yīng)的加工工藝并給出具體的技術(shù)要求，最后匯總成一整套的加工資料后對整體產(chǎn)品進(jìn)行施工制作。5：改進(jìn)設(shè)計(jì)，是在設(shè)計(jì)匯總的基礎(chǔ)上按設(shè)計(jì)匯總進(jìn)行打樣以及裝配，看其是否達(dá)到了方案設(shè)計(jì)的要求，對其不合理之處進(jìn)行二次改進(jìn)，用以滿足最終的需求。6：工藝設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)的主要目的是結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的方案配備相應(yīng)的生產(chǎn)條件，并針對其具體零件的生產(chǎn)以及裝配做出指導(dǎo)性的生產(chǎn)文件，用以滿足后續(xù)批量生產(chǎn)。7：定型設(shè)計(jì)，在對產(chǎn)品進(jìn)行檢測后，確認(rèn)其滿足方案以及生產(chǎn)要求后，將對其所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及設(shè)備、文件等進(jìn)行鎖定。無特殊情況，后續(xù)將按現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)。2.2常見的機(jī)械手樣式介紹機(jī)械手的類型實(shí)際上非常的多，甚至可以說是五花八門，這么多種類的機(jī)械手，采用哪種類型能滿足上下料機(jī)械手的要求，我們進(jìn)行一一的分析。搬運(yùn)機(jī)械手它的結(jié)構(gòu)基本上是龍門式結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)的機(jī)械手它的體積一般是比較大的，但在工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，如果使用這種類型的機(jī)械手的話，它是不能滿足我們的要求的，因?yàn)樗⒉环蠈C(jī)械手要求結(jié)構(gòu)小巧緊湊的特點(diǎn)。還有一種類型的機(jī)械手是坐標(biāo)式的機(jī)械手，這種機(jī)械手跟龍門式機(jī)械手比較像，但是它的結(jié)構(gòu)比龍門式機(jī)械手要小很多，它的自由度比較低，一般是三自由度，這就讓機(jī)械手的整體動作是顯得十分的僵硬，并不能夠靈活的完成多自由度的工作，因此在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中它的實(shí)用性也不大，所以要盡可能采用自由度比較多的機(jī)械手第一種為關(guān)節(jié)式機(jī)械手，是以人或者動物的關(guān)節(jié)作為靈感來設(shè)計(jì)的，它可以實(shí)現(xiàn)由單一角度、多個(gè)角度以及任意角度的運(yùn)動，目前該類機(jī)械手已經(jīng)在大多企業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用，且后續(xù)應(yīng)用將會愈加廣泛。第二種為圓柱式坐標(biāo)機(jī)械手，其較第一種機(jī)械手來說，它的占地空間相對較小，且其工作范圍更廣，憑借這幾點(diǎn)它在市場上的占比更多，且目前各行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。目前多應(yīng)用于制造行業(yè)產(chǎn)品的搬運(yùn)以及成本制件測量等方面。第三種是直角式坐標(biāo)機(jī)械手，它比較適合于現(xiàn)行業(yè)中流水線上成排成列，或者配合傳送的等功能上的應(yīng)用，這類機(jī)械手一共有X軸、Y軸、Z軸三個(gè)軸，它可以根據(jù)功能的需要在單獨(dú)在每個(gè)軸的方向中進(jìn)行運(yùn)動，也可以根據(jù)需要三個(gè)軸同時(shí)運(yùn)動。目前這類機(jī)械手多用于各企業(yè)的流水線上，用于成排成列的生產(chǎn)，對產(chǎn)品進(jìn)行周轉(zhuǎn)。2.3夾持式機(jī)械手方案的設(shè)計(jì)根據(jù)此次所下達(dá)的任務(wù)書的要求，并結(jié)合自身所學(xué)，我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的夾持機(jī)械手的方案設(shè)計(jì)圖如圖2-1所示：圖2-1我將此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)分解為三個(gè)部分來進(jìn)行設(shè)計(jì)，第一，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書該機(jī)械手擁有三個(gè)自由度；第二，對其機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；第三，主要是對其升降部分進(jìn)行設(shè)計(jì)；最后，是對其伸縮部分的一個(gè)設(shè)計(jì)描述；關(guān)于旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)為：通過伺服電機(jī)帶動5轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，從而使得整個(gè)機(jī)械手得以旋轉(zhuǎn)。首先，我們將伺服電機(jī)通過鍵連接與小齒輪鏈接在一起，再將一個(gè)大齒輪與小齒輪進(jìn)行嚙合，再將傳動軸通過鍵連接與大齒輪相連，再通過傳動軸安裝在圓錐滾子軸承上面，采用圓螺母將其鎖緊，達(dá)到旋轉(zhuǎn)效果。關(guān)于升降部分的設(shè)計(jì)為：首先，我們準(zhǔn)備一個(gè)帶有絲桿螺母的絲桿，通過聯(lián)軸器將伺服電機(jī)與絲桿連接在一起，并在絲桿螺母上通過螺釘裝有一個(gè)絲桿螺母座，將連接板裝在螺母座上，并將滑塊與連接板的兩端相連，最后通過將滑塊放置在直線導(dǎo)軌上。當(dāng)伺服電機(jī)進(jìn)行正反旋工作時(shí)就可以帶動絲桿的旋轉(zhuǎn)，最終帶動整個(gè)連接板上下移動。關(guān)于伸縮部分的設(shè)計(jì)為：主要原理是通過伸縮油缸來實(shí)現(xiàn)整體機(jī)械手的運(yùn)動，我們將導(dǎo)向裝置和一個(gè)伸縮油缸安裝在連接盤上面，再將伸縮油缸的前部鏈接一個(gè)連接盤2，從而通過控制伸縮油缸的移動來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)參數(shù)具體如下：1、該機(jī)械手的臂力要求為10公斤；2、其機(jī)械手的前后行程為600mm(速度1000mm/s)；3、其機(jī)械手的最大旋轉(zhuǎn)角度為240°(角速度90*/s)；4、其機(jī)械手的上下移動行程為150mm(速度500mm/s)；5、其機(jī)械手小臂的移動行程為300mm(速度1000mm/s)

；6、其機(jī)械手小臂的最大旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動角度為180°(角速度150*/s)；7、其機(jī)械手臂的最大的工作半徑為1460mm；2.4夾持式機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主動齒輪的設(shè)計(jì)主要如下所示：①材質(zhì)：40Cr；②技術(shù)參數(shù)：齒數(shù)為75，模數(shù)為3，壓力角為20°，齒厚為45mm，其中間孔D為φ22H7，孔內(nèi)鍵槽寬度為6mm,四周開有4-φ60減重孔；③二次處理：通過調(diào)質(zhì)處理，然后滲碳；④技術(shù)要求：其滲碳層深度要求在0.3-0.5mm，其齒輪徑向跳動小于0.08mm，端面跳動小于0.1mm。從動齒輪的設(shè)計(jì)如下所示：①材質(zhì)：40Cr；②技術(shù)參數(shù)：齒數(shù)為150，模數(shù)為3，壓力角為20°，齒厚為50mm，其中間孔D為φ75H7，孔內(nèi)鍵槽共計(jì)2個(gè)，寬度為16mm,四周開有4-φ90減重孔；③二次處理：通過調(diào)質(zhì)處理，然后滲碳；④技術(shù)要求：其滲碳層深度要求在0.3-0.5mm，其齒輪徑向跳動小于0.08mm，端面跳動小于0.1mm。絲桿螺母座的設(shè)計(jì)如下所示：①材質(zhì)：45鋼；②技術(shù)參數(shù)：其尺寸為：φ100mm×60mm,中心孔的尺寸為φ40G7,底面需做磨平處理，中心孔距底面尺寸41±0.02mm，與絲桿螺母配合的螺紋孔為6-M6,與連接板的配合的螺紋孔為4-M8；③二次處理：通過調(diào)質(zhì)處理，且其熱處理后硬度需達(dá)到HRC40°-45°；連接座的設(shè)計(jì)如下所示：①材質(zhì)：HT200；②技術(shù)參數(shù)：其尺寸為：90mm×90mm×150mm,與平面軸承安裝套配合螺紋孔直徑尺寸為5-M8,其中間設(shè)計(jì)有與滑套配合的M40內(nèi)螺紋。滑套的設(shè)計(jì)如下所示：①材質(zhì)：45鋼；②技術(shù)參數(shù)：其尺寸為：φ40mm×80mm,外螺紋大小為M40，整體長度為50，內(nèi)螺紋大小為M24,長度為30mm，通孔大小為φ27。③二次處理：進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；夾緊轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)如下所示：①材質(zhì)：45鋼；②技術(shù)參數(shù)：零件尺寸為φ24×190mm,其頭部兩端有正反螺紋，大小為M24,長度為20mm，并在尾部設(shè)計(jì)φ6通孔，用于連接聯(lián)軸器；③二次處理：進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，且其熱處理后硬度需達(dá)到HRC35°-40°；傳動軸的設(shè)計(jì)如下所示：①材質(zhì)：45鋼；②技術(shù)參數(shù)：零件尺寸為φ25×50mm,其頭部設(shè)計(jì)有螺紋，用于連接回轉(zhuǎn)油缸，尾部有φ6通孔，用于連接聯(lián)軸器；③二次處理：進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，且其熱處理后硬度需達(dá)到HRC35°-40°；

第三章夾持機(jī)械手部分零部件設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1電機(jī)的的選擇因其以底部電機(jī)需要達(dá)到如下條件：①可以隨時(shí)正反轉(zhuǎn)；②可以進(jìn)行調(diào)速；基于以上兩種條件，我們將底部電機(jī)類型選擇伺服電機(jī)。已知腰座連接板可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn),且其腰座連接板的直徑d為410mm,且其設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動一圈的時(shí)間t為2s,通過其底座的外徑的線速度來計(jì)算所消耗的最大功率，其可求得每圈的路程為s：S=π*d=3.14*0.41=1.29m則平均速度為V=S/t=1.29m/2s=0.645m/s通過設(shè)計(jì)階段的三維軟件進(jìn)行測算，其機(jī)械手上部的重量T為200kg左右，由此可計(jì)算出重量F=T*g=200*9.8=1960N假設(shè)將其運(yùn)動視為勻速運(yùn)動，則計(jì)算出整個(gè)裝置消耗的功率為P則：P=F*V=1960N*0.645m/s=1264W≈1.26KW最大轉(zhuǎn)速Q(mào)UOTEωs=180°s,QUOTEns=1450rmin。根據(jù)整體設(shè)計(jì)，其轉(zhuǎn)動重心距離轉(zhuǎn)軸約等于800mm,其轉(zhuǎn)動有效重量QUOTE35kg左右。根據(jù)扭矩公式可以得出：QUOTET=35?g?L=35×9.8×800=266000N?mm=266N.m伺服電機(jī)通過兩對深溝球軸承、中心軸的來驅(qū)動整個(gè)底座的轉(zhuǎn)動，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為QUOTET電機(jī)Tη=此處ηTT考慮功率損耗，以及上述計(jì)算數(shù)據(jù)，我們選擇了安川伺服電機(jī)，其電機(jī)型號為：SGMGH-20A該電機(jī)的額定功率為：2Kw，額定轉(zhuǎn)速為：1500r/min；設(shè)其底座的轉(zhuǎn)速為n，可得出n=60/t=60/2=30r/min因其為減速齒輪設(shè)計(jì)，其傳動比為i=2，則可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速n2：n2=n1*i=30*2=60r/min以此可得出此時(shí)的扭矩為T1由扭矩計(jì)算公式：T1=9550*因伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同,其功率會發(fā)生變化,通過資料查詢，安川伺服電機(jī)在60r/min時(shí)額定功率大約為1.2kwT1=9550*=9550*=191N?m＞188.4N?m最終得出該伺服電機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。同上計(jì)算，我們選取的升降伺服電機(jī)的型號為SGMGH-15A；其伺服電機(jī)的額定功率為：1.5Kw，額定轉(zhuǎn)速為：3000r/min將電機(jī)處的扭矩設(shè)為T2=9950*p/n=9550*1/3000=3.18N*m；其安川伺服電機(jī)的實(shí)物圖片如圖4-1所示：圖4-13.2聯(lián)軸器的選型設(shè)計(jì)與計(jì)算聯(lián)軸器的主要作用為對其鏈接的兩根軸進(jìn)行扭矩傳輸。其次，在某些情況下也可看作一種過載保護(hù)裝置，它可以保證其所連接的軸在運(yùn)動過程中不會脫離。另外，在出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差時(shí)，它還可以起到部分誤差補(bǔ)償?shù)淖饔?。其按功能可分為剛性?lián)手器和柔性聯(lián)軸器。大多數(shù)聯(lián)軸器分為兩個(gè)部分，多采用平鍵連接或者用螺釘鎖緊。此次設(shè)計(jì)選用的為HL系列聯(lián)軸器，具體的參數(shù)請見圖4-2。聯(lián)軸器在此次設(shè)計(jì)中主要為伺服電機(jī)與絲桿進(jìn)行鏈接。此次我們將升降伺服電機(jī)作為研究對象，此伺服電機(jī)軸徑為22mm,絲桿軸的軸徑為15mm，聯(lián)軸器型號選擇：HLI40-15-22，其額定扭矩15.5N.m,最大扭矩33N.m，15.5N.m＞3.18N*m因其額定扭矩大于電機(jī)的額定扭矩，符合設(shè)計(jì)要求。聯(lián)軸器選用如圖4-2所示：圖4-23.3傳動絲桿設(shè)計(jì)選型與強(qiáng)度校核傳動絲桿在精密機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中很常見，它的特點(diǎn)體現(xiàn)為精度高、效率高等特點(diǎn)。將機(jī)械手上下看作勻速直線運(yùn)動，設(shè)其行程為1mm，升降單面的時(shí)間為3s,可求出速度V=s/v=1m/3s=0.33m/s所選絲桿的導(dǎo)程P為5mm,其型號為SFU2510-4，根據(jù)等式V*t=p*n；v:工件上升速度由參數(shù)表可知V=0.33m/st:單位時(shí)間取1minn:絲桿轉(zhuǎn)速0.33*60=0.01*nn=1980r/min絲桿設(shè)計(jì)可類比軸類設(shè)計(jì)，其絲桿最小直徑的校核如下：幾種常用軸材料的τp及A值絲桿的材質(zhì)一般為40Cr,且是實(shí)心軸，根據(jù)扭轉(zhuǎn)輕度的公式：d=17.2其中T代表扭矩其中c為常數(shù)（c=97-112）取c=112已知P=1.5kw,n=1980r/min絲桿的扭矩為：T=9550*P/n=9550*1.5/1980=7.23N*Md=Cd≥10.21這里選擇的絲桿直徑為25mm，直徑大小選取合理根據(jù)軸類校核公式：d=17.2d=17.2可得：τp=代入上式可得：τp=7.23τp=2.355遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于35，該絲桿軸徑大小選型合理。選取絲桿的公稱直徑徑為：D=25mm，導(dǎo)程P=10mm總長：1396螺旋方式：右旋滾珠直徑：4.762mm絲桿軸的剛性Ks計(jì)算：由公式：Ks=式中：E楊氏模量2.06×105N/mm2d螺桿軸溝槽直徑d=25-4.762=20.238L安裝間距1300mm代入上式：Ks=KS=25.47＜33查圖4-3該絲桿的表可得：該絲桿的KS為33圖4-3該絲桿選型設(shè)計(jì)合理圖4-3為上銀絲桿實(shí)物圖片圖4-43.4直線導(dǎo)軌的選型設(shè)計(jì)與壽命計(jì)算因直線導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)很小，其在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備中非常常見，且目前大多數(shù)的設(shè)備應(yīng)用負(fù)載較低。1.類型選擇

目前國內(nèi)市場導(dǎo)軌種類較雜較多，尚未形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)性價(jià)比，參照市場我們將選用臺灣上銀直線導(dǎo)軌。2.精度選擇

圖4-5直線導(dǎo)軌的精度示意圖我們可以查閱PMI手冊，根據(jù)不同精度等級對應(yīng)的容許誤差值進(jìn)行選擇，可參照數(shù)控機(jī)床等級進(jìn)行參考。如下表2所示。表2直線導(dǎo)軌精度等級適用數(shù)控機(jī)床類型參考機(jī)床類型機(jī)床坐標(biāo)精度等級

機(jī)床類型機(jī)床坐標(biāo)精度等級數(shù)控鏜銑床X/Y/ZSP/P/P數(shù)控磨床X/Y/ZSP/P/P電火花機(jī)床X/Y/ZSP/P/H數(shù)控車床X/ZP/P&H/H數(shù)控雕刻機(jī)X/Y/ZH/H/H&N/N/N普通機(jī)床X/Y/ZH/H/H&N/N/N數(shù)控十字臺X/YP/H線切割X/YP/P&H/H3.滑塊載荷計(jì)算

按設(shè)備工作臺我們這里選用4個(gè)滑塊來承載水平運(yùn)動，其運(yùn)動載荷受力情況如下圖所示。圖4-6滑塊工作臺水平運(yùn)動載荷受力圖圖4-6設(shè)滑塊總承重為F1，已知整個(gè)機(jī)械臂的重量約為100kg左右，F(xiàn)=100*9.8=980N根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際情況，設(shè)直線滑軌工作時(shí)間為16h,其滑軌行程為1000mm，其導(dǎo)軌按每分鐘往返3次，其滑塊壽命為10年。則可計(jì)算出每個(gè)滑塊的承重為：F1=980/4=245N已知滑塊壽命計(jì)算公式如下：L=(f已知壽命L單位km硬度系數(shù)fH溫度系數(shù)fT負(fù)荷系數(shù)fwC基本動額定負(fù)載P工作負(fù)荷N這里我們初選上銀直線導(dǎo)軌HGH-35CA-R1500該導(dǎo)軌的寬度為34mm,長度為1500mm圖4-7（1）硬度系數(shù)fH查詢資料可知直線導(dǎo)軌的滾動面硬度為HRC58～64，否則會降低其承重能力，故以額定動、靜負(fù)荷分別乘以硬度系數(shù)fH，目前上銀直線導(dǎo)軌硬度符合要求，為HRC58以上，故此fH=1.0。

圖4硬度系數(shù)fH（2）溫度系數(shù)fT直線導(dǎo)軌當(dāng)其環(huán)境溫度高于100℃時(shí)會影響其使用壽命，此時(shí)基本額定動、靜負(fù)荷分別乘以相對的溫度系數(shù)fT。PMI直線導(dǎo)軌部份的配件為塑料制品，環(huán)境溫度不能高于100℃。故此fH=1.0。⑶負(fù)荷系數(shù)fw因直線導(dǎo)軌導(dǎo)軌使用中會受到一定的沖擊及振動，考慮到不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件與使用速度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到負(fù)荷系數(shù)除以基本額定動負(fù)荷C。經(jīng)驗(yàn)取值如表4所示。故取fw=1.2沖擊及振動速度振動的測量值(G)fW沒有外部沖擊及振動低速時(shí)：V￡15m/min相當(dāng)G值￡0.51.0～1.5沒有特別明顯的沖擊及振動中速時(shí)：15<V￡60m/min0.5<G￡1.01.5～2.0有外部沖擊及振動高速時(shí)：V>60m/min1.0<G￡202.0～3.5由圖4-10可知：C=49.52KNL=(fL=(1L=23892.96km已知每天滑軌工作16h,滑軌行程為1000mm，上銀導(dǎo)軌平均小時(shí)的往返次數(shù)為3次，每天工作則滑塊每天行走的公里數(shù)為：s=1m*3*2*16*60=5.76Km則每年行走的公里數(shù)為S1=5.76*365=2102.4Km總共壽命為n年，n=23892.96/2102.4=11.36年＞10年該直線導(dǎo)軌選型合理。3.5傳動齒輪的設(shè)計(jì)3.5.1傳動齒輪的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核此處設(shè)計(jì)的減速器采用兩個(gè)外齒輪相互嚙合，其小齒輪的齒數(shù)為Z1為75，傳動比為i為2,則大齒輪Z2=z1*i=75*2=150已知小齒輪的轉(zhuǎn)速為60r/min,大齒輪的轉(zhuǎn)速為30r/min由于伺服電機(jī)的特性，已知這里伺服電機(jī)在60r/min的功率為：1.2KW因齒輪材料為40Cr,，其齒面硬度為217-286HSB，相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度取均值，σHlim1=300Mpa,σFE1=350Mpa(查教材)，大齒輪用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為197-286HSB，σHlim2=400Mpa,σFE2=550Mpa(查教材)。由(查教材)，取SH=1.25，SF=1，則[σH1]=σHlim1/SH=240Mpa[σH2]=σHlim2/SH=320Mpa[σF1]=σFE1/SF=350Mpa[σF2]=σFE2/SF=550Mpa按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按9級精度制造。取載荷系數(shù)K=1.5(查教材)，齒寬系數(shù)Φd=0.8(查教材),主軸上的轉(zhuǎn)矩為由扭矩公式：T=9550*p為輸入功率（功率以滿載計(jì)算），n為輸入轉(zhuǎn)速,以大齒輪為研究對象，已知p=1.2KW,n=30r/minT=9550*=382N.M取ZE=118.9√Mpa(查教材)，u=i=2M這里大齒輪轉(zhuǎn)速較低，所以我們帶入大齒輪的YFa2,Ysa2查表可得：；k=1.5Φd=0.8ZH=2.43σH=560Mpa，cosβ=1帶入公式：MMn≥1.22考慮到小齒輪強(qiáng)度實(shí)際運(yùn)用的情況，我們這里選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)Mn=3根據(jù)彎曲強(qiáng)度校核公式：σF1=2*K*T1*Y帶入已知參數(shù)：σF1=2*1.5*382*1000*2.82*1.560.8*33*752QUOTE該齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)合理同理可計(jì)算出大齒輪符合設(shè)計(jì)要求。3.5.2傳動齒輪的幾何參數(shù)計(jì)算已知Z1=75.Z2=150，齒頂高系數(shù)ha*=1，頂系系數(shù)c*=0.25，模數(shù)m=3取Z1齒厚T=45，取Z2=50分度圓直徑dd1=m*z1=3*75=225d2=m*z2=5*150=450齒頂高h(yuǎn)aha=ha*mha1=ha2=ha*1*m=1*3=3齒根高h(yuǎn)fhf=（ha*+c*）*mhf1=hf2=（ha*+c*）*m=(1+0.25)*3=3.75齒高h(yuǎn)h=ha+hfh1=h2=ha1+hf1=3+3.75=6.75齒頂圓直徑dada1=d1+2ha1=225+3*2=231da2=d2+2ha2=450+3*2=456齒根圓直徑dfdf1=d1-2hf=225-2×3.75=217.5df2=d2-2hf=450-7.5=442.5中心距aa=(225+450)/2=675/2=337.53.6液壓油缸的選型設(shè)計(jì)3.6.1液壓油缸缸筒內(nèi)徑大小與壁厚的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)降油缸所承重約為110kg,F=110*9.8=1078N,液壓缸的機(jī)械效率:90%，設(shè)該液壓缸的工作壓力p=2MPa，液壓缸內(nèi)徑D由以下公式計(jì)算：由公式D=將數(shù)值帶入上述公式D=解得D=27.62m。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五章液壓設(shè)計(jì)部分可得出表4-1：表4-181012162025324050638090100110125140160180200220250280320360400450500考慮到強(qiáng)度，由以上的數(shù)據(jù)表格可知,我們該液壓缸選擇內(nèi)徑為40mm缸筒壁厚計(jì)算。3.6.2液壓油缸活塞桿大小的計(jì)算液壓油缸活塞桿可根據(jù)其要求受力來進(jìn)行選擇，當(dāng)用作壓力時(shí)，其直徑d為0.5~0.7D根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊，當(dāng)其許用壓力＞5Mpa時(shí)其直徑為d=0.6D因此處受力比較大，故?。篸=0.6*40=24取d=25因?yàn)閷?shí)際使用壓力為2Mpa，所以根據(jù)下表，d=25mm，可滿足使用。表4-2活塞桿直徑系列4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604003.6.3液壓油缸缸筒壁厚的校核由于我們設(shè)計(jì)的液壓缸內(nèi)徑D=40mm，外徑D1=50mm,則根據(jù)公式/D=5/40=0.125＜0.25，可按照第一強(qiáng)度理論，即按照薄壁圓筒中經(jīng)理論計(jì)算，則有式中=缸筒壁厚D=缸筒直徑=缸筒實(shí)驗(yàn)壓力液壓缸的額定壓力≤16Mpa的時(shí)候，=1.5，額定壓力＞16Mpa的時(shí)候，=1.25=材料許用應(yīng)力，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，n=3.5-5，這里n取4，選用45鋼，并且調(diào)制HB245-265，查手冊得知，45鋼抗拉強(qiáng)度=530-598Mpa，取=560Mpa，故==140Mpa由于缸體工作壓力P=2Mpa≤16Mpa取=1.5=3Mpa所以=3*502*140=0.54，這里我們活塞缸厚度為5mm,5>0.54，所以該液壓缸缸體厚度足夠?；钊麠U連接處強(qiáng)度校核3.6.4活塞桿的強(qiáng)度校核按照強(qiáng)度條件校核由公式