自動(dòng)式水果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-自動(dòng)裝杯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)式水果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-自動(dòng)裝杯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要

本論文圍繞自動(dòng)式水果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)自動(dòng)裝杯步驟的設(shè)計(jì)，首先是對(duì)夾住杯子的機(jī)械

手進(jìn)行設(shè)計(jì)，相對(duì)給出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案。選擇合適的伺服電機(jī)馬達(dá)。然后，根據(jù)直角坐標(biāo)輸送

者的結(jié)構(gòu)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)所選擇的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與減速器的選擇、

軸承的選擇、軸的設(shè)計(jì)以及各部件強(qiáng)度的校正。在這次的設(shè)計(jì)中，5個(gè)自由度包裝材料的手型

要求重要而小，外觀尺寸小，考慮到精度，需要5個(gè)自由度。分別是機(jī)體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，XYZ臂

的輸送，手的旋轉(zhuǎn)，手的抓住的張合。只有這樣，才能滿足柱狀零部件供應(yīng)的合理要求。

關(guān)鍵詞：直角坐標(biāo)系；送料機(jī)械手；機(jī)械結(jié)構(gòu)

ABSTRACT

Thispaperfocusesonthestructuredesignofautomaticfruitmachinetothedesignofautomatic

cupfillingsteps,thefirstistoclampthecupmanipulatordesign,relativetogiveanappropriate

designscheme.Selecttheappropriateservomotor.Then,accordingtothecartesiancoordinate

conveyorstructuretochoosetheappropriatetransmissionmechanism,accordingtotheselected

transmissionmechanismtocarryoutthestructuraldesign.Completetheselectionofreducer,bearing

selection,shaftdesignandthestrengthofthecomponentsofthecorrection.Inthisdesign,thehand

shapeofthe5-degreeoffreedompackagingmaterialisimportantandsmall,andtheappearancesize

issmall.Consideringtheaccuracy,5degreesoffreedomareneeded.Thesearetherotationmotionof

thebody,thetransportofXYZarm,therotationofthehand,andthetensionofthegraspofthehand.

Onlyinthiswaycanthereasonablerequirementsforthesupplyofcylindricalpartsbesatisfied.

Keywords:Cartesiancoordinatesystem;Feedingmanipulator;Themechanicalstructure

目錄

1緒論......................................................................5

2原理方案設(shè)計(jì)..............................................................9

3結(jié)構(gòu)尺寸確定.............................................................12

1

4.三維建模及裝配...........................................................39

5有限元分析..............................................................343

結(jié)論......................................................................348

參考文獻(xiàn)..................................................................399

致謝.......................................................錯(cuò)誤!未定義書簽。

1緒論

1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀

1.1.1機(jī)械手在國(guó)內(nèi)的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀

當(dāng)今急需加快助力我國(guó)機(jī)械手技術(shù)的成熟和推廣應(yīng)用，我國(guó)鼓勵(lì)部分企業(yè)積極與高校開展

機(jī)器人項(xiàng)目合作。例如，南航開發(fā)的prl型機(jī)器人，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)擁有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)器人。

中國(guó)是社會(huì)主義發(fā)展中國(guó)家，在七八十年代的時(shí)候，人口頗多，很多工廠也在此時(shí)崛起。

不過(guò)由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，到了九十年代的時(shí)候，人口也開始有所回落了。而七八十年代

的勞動(dòng)力也越來(lái)越老了。機(jī)器人的崛起，工業(yè)時(shí)代的來(lái)臨，經(jīng)濟(jì)全球化的出現(xiàn)，很多大型工廠

得到快速發(fā)展，逐漸面向自動(dòng)化生產(chǎn)看齊。而目前企業(yè)所面臨的招工難的問(wèn)題，也暗示著需要

自動(dòng)化生產(chǎn)的早日崛起，而且自動(dòng)化生產(chǎn)能夠?qū)⑸a(chǎn)效率提高，精準(zhǔn)度也更高，產(chǎn)品的質(zhì)量也

就有了保證，而且在未來(lái)的日常生產(chǎn)中，一些高危職業(yè)，比如運(yùn)輸，涂裝，研磨，焊接是所有機(jī)

械的手就可以完成，改變?nèi)丝诘慕M成結(jié)構(gòu)，改善老齡化問(wèn)題，解決人口不足，提高勞動(dòng)力的安

全意識(shí)，將高危工作交由機(jī)器人進(jìn)行。不過(guò)，由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，還比

較落后，很多大型工廠也僅僅是初步落實(shí)自動(dòng)化。而真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)則需要自動(dòng)化設(shè)備的

不斷更新,優(yōu)化，自動(dòng)化設(shè)備，并擁有更多的企業(yè)資金實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,生產(chǎn)量都不及時(shí)代的更替以

及人才的流動(dòng)變化得快，很多企業(yè)的資金都投進(jìn)了生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備中，最后得到的設(shè)備又不能

提高生產(chǎn)力，生產(chǎn)質(zhì)量又不足，大量的資金只是換來(lái)一堆廢鐵。這體現(xiàn)了想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)

的困難之處。自動(dòng)化設(shè)備的通用性提高，工作人員能夠?qū)ψ詣?dòng)化生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行替換，也同樣可

以生產(chǎn)其他產(chǎn)品。從生產(chǎn)這個(gè)產(chǎn)品開始，可以生產(chǎn)兩個(gè)或三個(gè)通用的產(chǎn)品。如果能夠達(dá)到這樣

的水準(zhǔn)，相信會(huì)有很多大型企業(yè)會(huì)推行自動(dòng)化生產(chǎn)。但是，目前我國(guó)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備還與發(fā)

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達(dá)國(guó)家存在距離，比如機(jī)器的四個(gè)家族都是先進(jìn)國(guó)家的。而反觀我國(guó)在人才儲(chǔ)備以及技術(shù)的先

進(jìn)程度上都還欠缺。但我們需要認(rèn)清自己的不足的同時(shí)，也要有改變現(xiàn)狀的信心，在九十年代

以來(lái)，很多地方都是依靠勞動(dòng)力來(lái)工作的，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)還沒(méi)有完善的概念，最終沒(méi)有發(fā)展自

動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。

當(dāng)前我國(guó)在培養(yǎng)先進(jìn)知識(shí)型技術(shù)人才上還存在著很多不足，很多民營(yíng)企業(yè)都存在著人才難

求的現(xiàn)狀，甚至國(guó)有企業(yè)也沒(méi)有人才支撐落實(shí)自動(dòng)化生產(chǎn)。不過(guò)我國(guó)目前也意識(shí)到相關(guān)問(wèn)題的

嚴(yán)重性了，已經(jīng)在相關(guān)人才的培養(yǎng)上出臺(tái)了很多政策，并且獲得了不錯(cuò)的收獲。由此，開發(fā)出

了遙控機(jī)器人手，機(jī)器人手，調(diào)整控制爬上墻壁的機(jī)器人管道等的模型。當(dāng)今人工智能技術(shù)的

發(fā)展，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)人的五官感受了，在視聽覺(jué)上都能達(dá)到真人的水平。同時(shí)在傳感器上也有

很高的造詣。中國(guó)的宇宙飛船具備人工智能技術(shù)。在外太空探險(xiǎn)中，可以不受大量輻射的輻射

外探險(xiǎn)。我國(guó)在目前的人工智能研發(fā)上，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)中，以及機(jī)械方面的研究都與

發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平有著很多的差距，這就需要大量的投資才能在研究上盡力追趕，其中系統(tǒng)

的研發(fā)是一個(gè)重中之重，人才與技術(shù)也應(yīng)大力發(fā)展。

1.1.2機(jī)械手在國(guó)外的發(fā)展以及研究現(xiàn)狀

國(guó)外近幾年在發(fā)展機(jī)械手上的成績(jī)：

(1)區(qū)別機(jī)械手的好壞主要是在速度以及精確度上去衡量的，而且性能好的機(jī)械手相對(duì)

比較可靠，而由于很多大型的機(jī)械手生產(chǎn)商的出現(xiàn)，機(jī)械手的價(jià)格相對(duì)降低了。ABB機(jī)械手大

概在三十萬(wàn)左右。只是我國(guó)還是比較欠缺相關(guān)的人才，所以目前發(fā)展不起來(lái)。

(2)機(jī)械手的發(fā)展已經(jīng)被模塊化了。單手就能實(shí)現(xiàn)各種功能。手把和伺服馬達(dá)相結(jié)合，

再加上傳感器就能夠達(dá)到測(cè)量準(zhǔn)確位置的要求了。

(3)機(jī)械手操作起來(lái)很簡(jiǎn)單，而且應(yīng)用很廣泛，又容易維護(hù)，這對(duì)很多需要進(jìn)行可靠生

產(chǎn)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，是個(gè)理想的設(shè)備，在未來(lái)的發(fā)展中，機(jī)械手會(huì)越來(lái)越操作簡(jiǎn)潔化，功能全面化。

(4)機(jī)械手在過(guò)去只是利用速度傳感器以及位置傳感器來(lái)感應(yīng)物體位置，而現(xiàn)在能夠通

過(guò)視覺(jué)傳感器與聲音傳感器相結(jié)合，達(dá)到多功能全方位地感知物體位置所在，而多個(gè)傳感器相

結(jié)合也體現(xiàn)機(jī)械手在多應(yīng)用的情況下，協(xié)調(diào)性還是非常好的，而它的應(yīng)用也更智能化。

(5)機(jī)器人手本來(lái)是參考真人的收來(lái)進(jìn)行研制的，而現(xiàn)在根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展水平，機(jī)械

手也采用遠(yuǎn)程操控來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，通過(guò)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)。從原來(lái)的模擬控制發(fā)展到

現(xiàn)在的過(guò)程控制。例如，操作者由遠(yuǎn)程操作者操作，該遠(yuǎn)程操作者可以得到對(duì)應(yīng)的環(huán)境的感官

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體驗(yàn)。

（6）不停地完善自身的不足，是目前機(jī)器人手控系統(tǒng)發(fā)展道路的特點(diǎn)，進(jìn)入實(shí)用化階段。

這個(gè)系統(tǒng)最著名的例子是成功發(fā)射了火星。

（7）在人類探索宇宙的過(guò)程中，hand給予了我們太多幫助，當(dāng)出現(xiàn)不能被輻射的時(shí)候,

也能利用機(jī)械手來(lái)對(duì)物體進(jìn)行操作，從而完成我們的作業(yè)。

1.2研究的背景及意義

就在進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)得到快速地發(fā)展，而它的發(fā)展也推動(dòng)了網(wǎng)購(gòu)以及物流技術(shù)的

更新迭代，從而出現(xiàn)了智能倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用。普通的倉(cāng)儲(chǔ)物流對(duì)貨物進(jìn)行分揀是繁雜而復(fù)雜的工作。

花費(fèi)大量的人力和物力，分類后包裝貨物，放進(jìn)倉(cāng)庫(kù)，工作很麻煩。如果有大量的貨物的情況

下，這些貨物就不能及時(shí)的送到每個(gè)收件人手上，甚至?xí)霈F(xiàn)派件錯(cuò)誤，造成很大的損失。然

而就在這時(shí)，企業(yè)的機(jī)械化生產(chǎn)得到快速的發(fā)展，也帶來(lái)了智能倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用。這個(gè)智能倉(cāng)庫(kù)是

以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)貨物進(jìn)行管理，不需要人工參與。大大節(jié)約了時(shí)間和勞

力。智能倉(cāng)庫(kù)主要是機(jī)械自動(dòng)化代替人工進(jìn)行作業(yè)。人的管理者，以及計(jì)算機(jī)的發(fā)展，都推動(dòng)

了機(jī)器自動(dòng)化工作的發(fā)展。目前，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都應(yīng)用了智能倉(cāng)庫(kù)來(lái)進(jìn)行物流管理，而且擁有

很先進(jìn)的技術(shù)。其中智能倉(cāng)庫(kù)里，機(jī)器人是最重要的角色，它們代替的是原來(lái)的人力管理，因

此就形成了真正的無(wú)人，也能確保貨物的安全性。

當(dāng)前制造業(yè)泛濫的前提下，很多企業(yè)都在想著怎么增加生產(chǎn)量,盡可能地減少成本的投入，

實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。這是每個(gè)企業(yè)在真正意義上的發(fā)展方向?，F(xiàn)在的人工費(fèi)這么高，在找普通工

人這樣高難度的情況下，很多企業(yè)都在想著減少人工，但生產(chǎn)量又要增加，因此，自動(dòng)化生產(chǎn)

則是企業(yè)所追求的理想生產(chǎn)方式。也正是自動(dòng)化生產(chǎn)才可以帶來(lái)人們所需的高質(zhì)量產(chǎn)品，這也

帶來(lái)了企業(yè)所希望看到的高產(chǎn)能。而在國(guó)家看來(lái)，自動(dòng)化生產(chǎn)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科學(xué)技術(shù)更新

的必然產(chǎn)物。很多國(guó)家的勞動(dòng)力人口都在衰減，因?yàn)槔淆g化很嚴(yán)重。尤其是日本以及歐洲國(guó)家

都是在此前提下產(chǎn)生工業(yè)自動(dòng)化，逐漸成為所有國(guó)家的發(fā)展。體現(xiàn)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)的綜合水平,

在真正意義上就是取決于這國(guó)家有沒(méi)有先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。當(dāng)今世界，機(jī)器人生產(chǎn)主要采

用作業(yè)在線及編程作業(yè)方式，主要負(fù)責(zé)焊接、噴漆等高危工作，此外，在很多需要用到大量人

力的工作也發(fā)揮著很大的作用。出錯(cuò)率更低，更便宜。

隨著空氣伺服技術(shù)的出現(xiàn)，汽缸已經(jīng)可以由人為操作來(lái)隨時(shí)停止它的工作。的發(fā)展，汽缸

在實(shí)際應(yīng)用中任何位置都可以停止。德國(guó)有一家專業(yè)生產(chǎn)汽缸的企業(yè)，就是利用傳感器與PLC

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進(jìn)行結(jié)合，這樣就能將汽缸進(jìn)行隨時(shí)啟停。同時(shí)，很多自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越豐富，

比如食物加工，汽車制造等人們?nèi)粘Ｐ枰纳a(chǎn)領(lǐng)域。從今以后，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的成熟也給

了智能工廠的出現(xiàn)提供了很好的基礎(chǔ)，智能工廠可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，自動(dòng)化生產(chǎn)等工作。機(jī)械

化操作會(huì)大大減少人工勞動(dòng)力的參與，也能減少很多物力，還能大幅提高工作效率。

1.3.研究?jī)?nèi)容和思路

研究?jī)?nèi)容：

此次設(shè)計(jì)的機(jī)械手夾起的是柱狀的零件,紙杯塑料杯等,此次主要是柱狀的零件設(shè)計(jì)分析,

手的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要是齒輪運(yùn)動(dòng)為主,其運(yùn)動(dòng)形式是關(guān)節(jié)式,機(jī)體在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，它在三

維面上都是進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的漲落，而機(jī)械手會(huì)揪住它的張合。具體的機(jī)械手的外形大小是，高度為

1000mm,寬度為650mm,長(zhǎng)度是450mm,它的其他制作要求如下：

1.整個(gè)機(jī)體的結(jié)構(gòu)比較緊密，工作效率非常高，而且穩(wěn)定。

2.對(duì)整個(gè)機(jī)體進(jìn)行三維計(jì)算的時(shí)候，利用軟件設(shè)計(jì)的環(huán)境來(lái)進(jìn)行封裝模擬。

主要的研究想法是利用機(jī)械手在日常生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)水平，對(duì)整個(gè)機(jī)械手的包裝能

力進(jìn)行一個(gè)預(yù)測(cè)和模擬，也能夠?qū)φ麄€(gè)研究過(guò)程建立很好地基礎(chǔ)，還對(duì)派遣手的機(jī)械結(jié)構(gòu)、

控制系統(tǒng)、電氣機(jī)械對(duì)分配有全面的了解。對(duì)這個(gè)課題進(jìn)行全面了解之后，采用更為可靠

以及安全度高的設(shè)計(jì)方案。以下為思路概要：

設(shè)計(jì)包裝送材料設(shè)計(jì)的機(jī)械手,并解決遇到的相關(guān)問(wèn)題。

包裝材料的機(jī)械手的構(gòu)造整體的構(gòu)思。

根據(jù)機(jī)體的整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后采用最為適宜實(shí)驗(yàn)的電機(jī)馬達(dá)。

機(jī)械手的整個(gè)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)開始就要有全面的認(rèn)識(shí)。

完成手夾部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使送夾手實(shí)現(xiàn)夾取。

學(xué)習(xí)繪圖軟件，比如CAD等，用來(lái)繪制一些相關(guān)的配件圖。

2原理方案設(shè)計(jì)

2.1送料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)定義

輸送材料的機(jī)械手主要利用電機(jī)馬達(dá)、傳動(dòng)部件進(jìn)行傳動(dòng)，完成了一系列的柱狀部件打包

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動(dòng)作。主要是輸送柱狀的零部件需要完成整個(gè)生產(chǎn)。主要是利用直角坐標(biāo)完成了輸送動(dòng)作。下

面是這次的機(jī)器人的基本方案。

2.2簡(jiǎn)易流程概括

圖2-1簡(jiǎn)易流程圖

本次設(shè)計(jì)整體流程分為自動(dòng)去皮切果部分和自動(dòng)裝杯部分，去皮切果部分結(jié)構(gòu)主要是人

工把蘋果放到桌面的指定位置后，等待水果裝卸機(jī)械手臂的識(shí)別，當(dāng)機(jī)械手識(shí)別到指定位置有

水果后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，通過(guò)絲桿使機(jī)械臂沿y軸方向移動(dòng)，機(jī)械爪前臂通過(guò)齒輪齒條沿z軸向

下移動(dòng)，在通過(guò)齒輪齒條帶動(dòng)的將機(jī)械爪夾緊，將指定位置的水果以同樣的運(yùn)動(dòng)方式，抓取到

去皮機(jī)上方，在通過(guò)機(jī)械前臂，把抓取爪中的水果沿z軸方向，向下插入到去皮機(jī)的果叉上,

抓取機(jī)械爪放松，向上移動(dòng)，等待去皮步驟完成，當(dāng)感應(yīng)器識(shí)別到去皮完成的信號(hào)燈后，在次

向下把水果夾緊后，沿z軸向上移動(dòng)，把水果夾出去皮機(jī)，在通過(guò)機(jī)械臂，沿y軸方向移動(dòng)到

傳送帶的切果杯上方，機(jī)械前臂沿z軸向下移動(dòng)，靠近切果杯，之后，機(jī)械爪松開，使水果落

入杯中，入杯后的水果杯傳送帶送入切果裝置中，切果裝置通過(guò)齒輪齒條沿z軸方向向下移動(dòng),

使刀具順利切中水果，切果完成后，刀具復(fù)位，傳送帶繼續(xù)移動(dòng)，到指定位置等待裝杯，機(jī)械

手定位到杯具位置等待，當(dāng)識(shí)別到杯具位置上有切果杯后，在齒輪及齒條的傳導(dǎo)下機(jī)械手的兩

夾緊塊經(jīng)過(guò)x軸位移相互接近夾起裝有水果切塊的杯具，懸臂主板帶動(dòng)機(jī)械手做y軸負(fù)方向位

移將杯具取出，接下來(lái)主軸在電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)至水果包裝杯位置，機(jī)械手轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°將水

果切塊導(dǎo)入水果包裝盒。同時(shí)水果裝卸的機(jī)械臂開始識(shí)別指定位置是否有下一個(gè)水果，識(shí)別到

有之后，重復(fù)以上步驟，將水果去皮切瓣，循環(huán)往復(fù)，重復(fù)完成完整的一個(gè)生產(chǎn)流程。

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3結(jié)構(gòu)尺寸確定

3.1本體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)

怎樣選擇最為合適的機(jī)械配置是機(jī)械設(shè)計(jì)里面最關(guān)鍵的一步，這一步對(duì)整個(gè)機(jī)械的總體設(shè)

計(jì)以及制作過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生重大影響。

這次設(shè)計(jì)的送手主要有5個(gè)組成部分，分別是機(jī)器架，三維軸上的手臂以及手持部分，其

中三維軸上的手臂會(huì)安裝在持針器上，與其他兩條手臂接上，然后與機(jī)器的手腕處相連，并與

拉鎖部連接。這次設(shè)計(jì)的送手的布局圖如圖3-1所示。

圖3-1送料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)布局圖

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3.2各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方案確定

現(xiàn)在，用于包裝機(jī)器人連接的一般驅(qū)動(dòng)方法有油壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。油壓和氣

壓的驅(qū)動(dòng)被廣泛使用在包裝機(jī)上。幾個(gè)包裝機(jī)器人同時(shí)使用多種驅(qū)動(dòng)方法，根據(jù)不一樣外表的

機(jī)器人，會(huì)有不一樣的特點(diǎn)以及使用介紹。根據(jù)每種不同的驅(qū)動(dòng)方式，采用最為適合操作的驅(qū)

動(dòng)方法和包裝機(jī)器人⑼。

3.2.1液壓驅(qū)動(dòng)

需要一套供油系統(tǒng)。特別是電液伺服系統(tǒng)需要緊密的過(guò)濾裝置。否則會(huì)破損。油壓驅(qū)動(dòng)系

統(tǒng)具有較大的功率和輸出功率，形成伺服機(jī)構(gòu)，常用于驅(qū)動(dòng)大型手關(guān)節(jié)。

3.2.2.氣壓驅(qū)動(dòng)

由于難以精確控制位置，空氣驅(qū)動(dòng)的包裝機(jī)器人在腕力在300N之內(nèi)，它在運(yùn)動(dòng)起來(lái)的時(shí)

候，速度非?？欤夷軌驊?yīng)對(duì)比較高溫，而且高灰塵的環(huán)境。

3.2.3.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多種，分別是一般交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、交流直流伺服馬達(dá)及步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)

器。現(xiàn)有的交流和直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)必須加裝一個(gè)加減速的裝置來(lái)輔助，因?yàn)檫@種馬達(dá)的扭矩非常

大，所以導(dǎo)致控制起來(lái)非常不穩(wěn)定，只適合一些中型和重包裝機(jī)器人。步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩小，

控制性能好，速度和位置控制準(zhǔn)確材料性能提高，馬達(dá)性能逐漸提高。缺點(diǎn)是易磨損。

在研究和比較了各種包裝機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法后，這個(gè)設(shè)計(jì)的包裝機(jī)器人由交流直流伺服馬

達(dá)來(lái)完成。

3.3各關(guān)節(jié)減速傳動(dòng)方案確定

3.3.1.齒輪傳動(dòng)

齒輪驅(qū)動(dòng)器是機(jī)械驅(qū)動(dòng)器中最廣泛使用的類型。齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是對(duì)齒輪、特殊齒輪

和特殊工具（如齒輪成形機(jī)和用于制造齒輪的壓路機(jī)）的制造和安裝要求較高。普通齒輪傳動(dòng)也

叫做封閉式傳動(dòng)，維護(hù)起來(lái)的要求非常高。所以造成價(jià)格昂貴，不適用于軸間距比較大的傳動(dòng)

3.3.2行星齒輪傳動(dòng)

行星的齒輪傳動(dòng)需要通過(guò)交付的形式來(lái)進(jìn)行，而交付則由柔性輪、剛性輪、晶片產(chǎn)生器三

個(gè)基本構(gòu)成。如圖3-2所示。三個(gè)構(gòu)成要素中的一個(gè)是可以任意設(shè)定，另一個(gè)是保留下來(lái)，一個(gè)

是驅(qū)動(dòng)速度（固定齒輪相比）減少或增加使能意識(shí)到,或者為了形成差速傳達(dá)兩個(gè)輸入和一個(gè)輸

出可以代替。行星計(jì)劃主要用于軍事生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備、起重機(jī)、儀器精度、包裝機(jī)器人等。

8

剛輪

圖3-2行星減速器結(jié)構(gòu)圖

如上所述，這次的設(shè)計(jì)用齒輪進(jìn)行減速和傳動(dòng)。。

3.4各關(guān)節(jié)傳動(dòng)布局確定

據(jù)設(shè)計(jì)要求，分別對(duì)國(guó)內(nèi)外專用包裝機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、各個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，還有三維空間

上的結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方式來(lái)進(jìn)行探討。

3.4.1.底部旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)方案

底部旋轉(zhuǎn)是利用伺服電機(jī)馬達(dá)來(lái)完成的，而且在行星減速器對(duì)其減速之后，再由圓柱形的

齒輪傳給主軸。

9

圖3-3基座內(nèi)部傳動(dòng)

3.4.2.XYZ軸傳動(dòng)方案

圖3-4Y軸傳動(dòng)

伺服馬達(dá)和減速機(jī)進(jìn)行結(jié)合之后，再通過(guò)螺釘?shù)膫鬟f之后，可以在兩邊的軌道上直線運(yùn)動(dòng)。

3.4.3.腕關(guān)節(jié)擺動(dòng)傳動(dòng)方案

伺服馬達(dá)主要是經(jīng)過(guò)主軸的傳動(dòng)，然后更改傳動(dòng)的角度，最后回到板子再到流水線。

10

圖3-5腕關(guān)節(jié)傳動(dòng)

3.4.4.手持關(guān)節(jié)動(dòng)作方案

圖3-6機(jī)械手傳動(dòng)

用齒輪的齒條以及直線型的滑軌來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)。

3.5送料機(jī)械手運(yùn)行參數(shù)確定

3.5.1工作空間的確定

由關(guān)節(jié)機(jī)械手的構(gòu)造可知，來(lái)找到適合自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。這個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡就是在機(jī)械手進(jìn)行

運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，手腕需要保持有足夠的活動(dòng)空間，這也是衡量它的技術(shù)水平最重要的參數(shù)，它的

活動(dòng)軌跡是500mm以內(nèi)。

11

具體可見(jiàn)下圖3-8：

圖3-7送料機(jī)械手的工作范圍簡(jiǎn)圖

3.5.2送料機(jī)械手的工作要求

包裝機(jī)器人具有工作范圍廣、動(dòng)作靈活、靈活性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，可以捕捉到接近基

本的東西。按照東西的不同使用途徑以及特性，得到以下的參數(shù)：

尺寸是高為1000mm,寬為650mm,以及長(zhǎng)度450mm；

有五個(gè)自由度；

是采用垂直的方式進(jìn)行列坐標(biāo)；

最大的負(fù)載重量是兩千克；

它的活動(dòng)范圍在半徑500mm以內(nèi)

表3-1各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍和最大工作轉(zhuǎn)速

各關(guān)節(jié)部件最大工作范圍（°）最大工作轉(zhuǎn)速（rad/s）

腰部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)±170°1.96

XYZ軸關(guān)節(jié)+150°、-90°1.57

腕部擺動(dòng)關(guān)節(jié)±180°3.93

手持工具加持（采用齒輪齒條）±360°3.93

3.6底座旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)

3.6.1.電機(jī)的選型和校核

12

如何選擇直流伺服電機(jī)馬達(dá)

伺服電機(jī)馬達(dá)的重要指標(biāo)是功率。但是，伺服電機(jī)馬達(dá)的選擇不是依靠功率，而是按照下

面的參數(shù)來(lái)選擇。

3.6.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)

底座旋轉(zhuǎn)的時(shí)候,它的速度為1/7min,而主軸在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候速度為:

IOOOF1000x3.

n=-------=--------------名191r/mm

7id3.14x300式（3.1）

公式里面的“代表的是主軸的直徑。

3.6.3電機(jī)的轉(zhuǎn)速

設(shè)定齒輪的減速比i等于6

zu=2Z?=6x191=31r/s-1146=/min式（3.2）

3.6.4主軸旋轉(zhuǎn)需要牽引力計(jì)算

牽引力F的公式是

48.58448

=323.8965N

D~03~

2式（3.3）

3.6.5求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩

,_（尸+//印）D9.

〃

L21000式（3.4）

194.33792+0.15x1214.61230019.8

=-------------------------------------------------------------------X----------X—X----------

0.7261000

=79.07/V.m

當(dāng)〃等于0.7,W等于1214.612N,〃等于0.15

公式里的

〃一一代表的是摩擦系數(shù)；

F一一代表的是牽引力；

W——代表的是主軸的重力；

13

D一一代表的是主軸直徑；

〃一一代表的是傳遞效率；

i——代表的是傳動(dòng)裝置減速比。

3.6.6求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性

(4+4+4)

=0.000348+(3(0.004765+0.00131+0.000603)

=0.000036189kg

式（3.5）

公式里的“一一代表的是主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;

人一一代表的是大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

人一一代表的是小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

,4——代表的是電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

3.6.7電機(jī)的選定

根據(jù)轉(zhuǎn)矩的最大值以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)找到對(duì)應(yīng)的條件，所以需要采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。

表3-2電動(dòng)機(jī)參數(shù)

型號(hào)電刷額定功轉(zhuǎn)子慣量電機(jī)直徑電機(jī)軸電機(jī)長(zhǎng)效率

材料率直徑度

MAXONF2260石墨1KW1290320mm40mm200mm70%

g-cm2

3.6.8電機(jī)的驗(yàn)算

J=4皿=361.8W

[式(3.6)

0.25<<]

式（3.7）

361.89,

0.25<--------<1

即1290n0.25<0.2805<1式（3.8）

14

公式里的——代表的是電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量。

從以上的計(jì)算可以看出，選擇的直流電機(jī)滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.7.1快移時(shí)的加速性能

最大空棒對(duì)扭矩進(jìn)行加速的時(shí)候，如果沒(méi)有在主軸上連到三維軸，那么就需要在靜止?fàn)顟B(tài)

下，按照步驟來(lái)對(duì)指令進(jìn)行加速執(zhí)行。直到伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到〃"-時(shí)。那么此時(shí)的最大

空棒就會(huì)對(duì)扭矩進(jìn)行最大馬力的加速，此時(shí)伺服馬達(dá)的最大輸出的扭矩是&X。

=J6=]^^=1651.87X2X314x4000=0.91N-m,

JJ

60tfl60X0.075式（3.9）

加速時(shí)間7“=4TM=4xl9=76ms式（3.10）

公式里的丁乂——代表的是機(jī)械時(shí)間常數(shù)為19ms.

3.7.2齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)和校核

1）齒輪材料、熱處理方法及應(yīng)力的計(jì)算

①根據(jù)使用條件選擇軟齒面齒輪。齒輪：45號(hào)鋼，質(zhì)量調(diào)整處理，硬度為230-235hbso

大齒輪：45號(hào)鋼，正火處理，硬度190-277hbSo

②確定許用應(yīng)力

a.確定極限應(yīng)力b〃1im和bpiim

b.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,確定壽命系數(shù)為ZN、YN

陽(yáng)=60a為t=60XiX37.5X(10X300X16)=1.08x10s

式(3.11)

zM1.O8X1O8

N=-=---------=0.54X110a8

2'u2式(3.12)

查文獻(xiàn)⑴得

Z.v尸=1

c.計(jì)算許用應(yīng)力

查文獻(xiàn)⑴取SH*等于1，S-mm等于1.4。

用=嚅=*.MPa=580-MPa

式⑶13)

15

%=堂=早.MPa=555MPa

__220X2X1-MPa=314.27-MPa

式(3.14)

=然忡的可.=210^2X1.MPa=3QQ.MPa

"尸1SFmn1.4③

先大致確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸

a.選擇齒輪類型

依據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件，選用直齒圓柱齒輪。

b.選擇齒輪精度等級(jí)

初步選用6級(jí)精度。

c.初選參數(shù)

先選：4等于45、Z2等于270、王等于它等于0、次等于0.2

d.初步計(jì)算齒輪的主要尺寸

因?yàn)楦鶕?jù)齒輪的方案，需要選擇一些齒面很弱的,所以根據(jù)接觸的強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)是適合的。

2

3l(ZHZEZe)2KT(u+l)

\affp-0u

式(3.15)

所以需要先確定系數(shù)為：K、Z”、Zg、Z-

取K.等于1、K.等于1.05、Kp等于1.13、Ka等于1.2,則K等于KAKvKfl熊等于1.424。

查文獻(xiàn)⑴得等于。代入等于式（3-11）得

4125.03,…

m------------=1.250iran

Zi100

取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)加等于1.5mm<,

dx-mZj=l.5X100=150iransd2=mz2=l.5X200=300iran

a=0.5m=0.5X1.5(100+200)=225

b=0d心=0.2X150=30mni,取4=321?,4=么+(5?10)=32+6=38inm

e.驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度條件

按彎曲強(qiáng)度條件及下式驗(yàn)算：

bdym式(3.16)

16

計(jì)算彎曲應(yīng)力:

2x1.424x200000

x2.21xl.78x0.7=183.45MPA<<7

38x150x1.5m

仁"|^^=183.45X2.18x1.85

=188.07

MPA<O-/K

1Fdl1SdL2.21x1.78

計(jì)算結(jié)果表明該設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。

3.8XYZ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.8.1直線導(dǎo)軌的選取與校核

根據(jù)結(jié)構(gòu)特性和摩擦特性的導(dǎo)向類型請(qǐng)參照附錄表3-3o各種指南的主要特征和應(yīng)用被記

載在表中。

這次實(shí)驗(yàn)選擇的是第一種的滑動(dòng)型導(dǎo)軌。

3.8.2初選導(dǎo)軌型號(hào)及估算導(dǎo)軌長(zhǎng)度

X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P12x940-4具體數(shù)據(jù)見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》9-149Y

方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20AAL20P2x1090-4

導(dǎo)引動(dòng)作正常，穩(wěn)定，沒(méi)有沖擊和振動(dòng)溫度。

為什么要滾動(dòng)導(dǎo)軌呢？

1）有很高的精確度。能夠很好地增加數(shù)控系統(tǒng)的反應(yīng)速度以及靈敏度，而且驅(qū)動(dòng)需要的

功耗非常小。

2）可以負(fù)重很多，而且很硬。

3）可以很好地快速運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而且瞬間的速度能夠高滑動(dòng)的引導(dǎo)十倍之多。

4）導(dǎo)軌把設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化了，在制作的時(shí)候，為了達(dá)到質(zhì)量上的要求，減少了投入資金。

導(dǎo)軌的長(zhǎng)度：

因?yàn)橛脕?lái)引導(dǎo)的長(zhǎng)度會(huì)對(duì)工作臺(tái)有所影響，而引導(dǎo)系的長(zhǎng)短是依靠滑動(dòng)引導(dǎo)的長(zhǎng)度來(lái)決定

的。

它的公式是：

L=H+S+A1-S1-S2

根據(jù)這個(gè)公式可以得到Lx等于940mm,Ly等于600mm

其中L—導(dǎo)軌長(zhǎng)度

17

H一滑塊的導(dǎo)向面長(zhǎng)度

S一滑塊行程

△1一封閉高度調(diào)節(jié)量

S1一在滑動(dòng)器抵達(dá)死點(diǎn)的情況下，滑動(dòng)器就會(huì)伸出的長(zhǎng)度。

S2一在滑動(dòng)器抵達(dá)下方的死點(diǎn)的情況下?；瑒?dòng)器會(huì)伸出的長(zhǎng)度。

3.8.3計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命

X方向的導(dǎo)軌計(jì)算

X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2Pl2x940-4,查表9.3-73[1]得，這種導(dǎo)軌的額定動(dòng),

靜載荷分別為Ca等于13.6kN,Coa等于20.3kN。

4個(gè)滑塊的載荷按表9.3-48序號(hào)1的載荷計(jì)算式計(jì)算。

其中工作臺(tái)的最大重量為：

G=100X9.8=980N

Fl=F2=F3=F4=l/4(Gl+F)=250N

1)滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式[6]為：

L=(fhftfcfaCa/fwPc)*xK=27166kro

公式里的L---額定壽命(km)；

Ca——額定動(dòng)載荷(KN)；

P——當(dāng)量動(dòng)載荷(KN)；

Fmax---受力最大滑塊所受的載荷(KN)；

Z一一導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)；

￡——指數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌體為滾珠時(shí)，￡等于3；當(dāng)為滾柱時(shí)￡等于10/3；

K——額定壽命單位(KM),滾珠時(shí)，K等于50KM；滾柱時(shí)，K等于100KM；

fh---硬度系數(shù)；

fh一一(滾道實(shí)際硬度(HRC))o

由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC,故通常可取fh等于1

ft一一溫度系數(shù)為，查表6-2[7],得人等于1

fc——接觸系數(shù)，查表6-3[7]；得力等于1

fa——精度系數(shù)為，查表6-4[7]；取力等于1.5

fw——查表6-5[7]；得載荷系數(shù)九等于1

18

fw——載荷系數(shù)查表6-5[7]；得兀等于1

則L等于27166Km

2）壽命時(shí)間的計(jì)算

當(dāng)行程長(zhǎng)度一定的情況下，h單位的額定壽命如下：

「Z-10327166x10srco

=--------------=-------------------=30592.3%

?叼602x0.74x1x60

公式里的L"——壽命時(shí)間（h）

L---額定壽命（km）

La---行程長(zhǎng)度（m）

%一一每分鐘往返次數(shù)

則Lh=30592.3/?

工作的時(shí)間為六小時(shí)每天；

Lh等于30592,3/300X6等于16.9年

用同樣的道理求Y方向?qū)б泳嚯x的額定壽命：

L等于26340.1km

Lh等于25230h等于14年

3.8.4導(dǎo)軌材料與熱處理

機(jī)床滑動(dòng)導(dǎo)軌是用灰鑄鐵以及耐磨耗鑄鐵來(lái)做的。

灰鑄鐵通常用HT200或HT300做固定向?qū)?，用HT150或HT200做動(dòng)向?qū)А?/p>

導(dǎo)向件熱處理:一般重要的導(dǎo)向件，需要在對(duì)鑄造件進(jìn)行粗加工后進(jìn)行一次時(shí)效處理，對(duì)

高精度的導(dǎo)向件進(jìn)行半精加工后進(jìn)行第二次時(shí)效處理。

3.8.5導(dǎo)軌的技術(shù)要求

1）磨削導(dǎo)軌它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠很穩(wěn)定的接觸，而且不易變形，利于收集油，同時(shí)外觀

精致。不過(guò)需要的過(guò)多動(dòng)力，但工作效率很低。一般用在精確度比較高的向?qū)А?/p>

2）幾何精度

導(dǎo)軌的幾何精度都是利用導(dǎo)軌在直線上以及導(dǎo)軌之間的平行度等，而且?guī)缀尉榷家鶕?jù)

機(jī)器其他的精度來(lái)確定的。這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌精度選擇的是三級(jí)。

19

3.9電機(jī)選取和校核

XYZ軸初選電機(jī)：選擇直流伺服電機(jī)，型號(hào)為SGMPH-15、額定功率P等于1.5kW、額定轉(zhuǎn)

短TN=7.5N?m、額定轉(zhuǎn)速〃八,等于3OOOr/min、峰值轉(zhuǎn)矩7；ax等于60N?〃z。

送料機(jī)械手的受力情況如圖所示:

J=J+J.+J+J^.+J+J

li434式(4.1)

外部負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：4即重物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

2,2,2

?r+機(jī)2?弓+加3?G

}式(4.2)

7i

公式里的7、%分別代表的是諧波減速器和齒輪傳動(dòng)的效率。7等于68、%等于0.98

把數(shù)字代入公式(4-2)得:

20

20X0.72+10Xl.l2+10X1.92

0.8X0.99X1602

=0.002576kg?/|

內(nèi)部結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

m(")_「麗(口什2)

J-2nHi2-2TlM2

=0.000000065kg,m2式@3)

公式里的：m：立柱質(zhì)量(kg),小立柱外半徑(m),r2：立柱內(nèi)半徑(m),密

度(kg//)，力：立柱高度(m)0

XYZ關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：估算得乙=。?000035kg.m2

:,由式(4.3)得J=0.0032kg-m2

假設(shè)電機(jī)從0加速到3000r/min所用的時(shí)間為0.25s,則就為角加速度

二負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩

r=(Jo+J)?a

=(0.00082+0.0032)X1256=5.05N?加式(4.5)

因此折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T等于5.05%?加〈電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩7；=7.5/^?加。

電機(jī)的選擇符合要求。

3.9.1絲桿計(jì)算和校核

XYZ軸的傳動(dòng)時(shí)，螺絲的輸送設(shè)計(jì)是必要的。因?yàn)樗偷臅r(shí)候是扭矩和軸力，所以垂直于

桌子的力很小。無(wú)視。這次將Z軸的設(shè)計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，所以即T為0,工作質(zhì)量是根據(jù)

整體質(zhì)量選擇的產(chǎn)品型號(hào)，質(zhì)量約為36kg,根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)測(cè)定表的質(zhì)量%等于50kg.加

工產(chǎn)品的長(zhǎng)度為200-800mm,螺紋沖程為600mmo在這次的設(shè)計(jì)中，由于加工工作的負(fù)荷少，

21

使用帶有減速機(jī)的伺服馬達(dá)，直接與螺釘驅(qū)動(dòng)表運(yùn)轉(zhuǎn)。

螺釘兩端為固定支承，每臺(tái)安裝兩個(gè)60度接觸角推力角，與球軸承接觸，安裝椅背,

進(jìn)行前拉伸。

設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：

1.絲杠載荷：

導(dǎo)軌摩擦力

Fu="(rol+m2)g=0.06(50+36)X9.8

=0.06(400+200)X9.8=50.6N式(5.i)

依據(jù)上面動(dòng)力頭選用，鉆孔時(shí)軸向最大工進(jìn)阻力Famax等于244.5N；

因此，絲桿軸向總載荷：

Fl=Fu+F2=50.6+244.5=295n、

式(5.2)

公式里的，F(xiàn)2為鉆孔時(shí)最大軸向阻力,F1為絲桿總阻力；

2.絲杠導(dǎo)程Ph

設(shè)計(jì)空載時(shí)，工作臺(tái)最大速度：Vmax=10m/min=10-1000=10000nm/inin

ph_rmax/?7_10000/1OOO

(初選絲桿轉(zhuǎn)速為lOOOr/min)

4.當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm

絲桿的旋轉(zhuǎn)速度快速的進(jìn)給。打孔的時(shí)候慢慢打入。取消小刀公式里的速送。

nnF=nlql/100+n2q2/100+.....

=60-15/100+80-30/100+100-50/100+2000?5/100

=183r/min

5.當(dāng)量負(fù)荷

尸〃,=3片上?2+產(chǎn).+

V100nm100

“3100015~、u38070℃3100505)100015

=P/50.5x----x-----F295x---x----F853x----x-----F50.5x----x----

183100183100183100183100

=25ON

6.初選滾珠絲杠

(1)計(jì)算動(dòng)負(fù)荷

22

"=符=39

式(5.3)

(2)要求壽命Lh

壽命Lh等于300(日)X16(h)X0.6(開機(jī)率)X10(年)等于28800h

由壽命系數(shù)為Kh="o"=3.9

Kn=(—V=0.56

轉(zhuǎn)速系數(shù)為

(3)綜合系數(shù)為

滾珠絲杠的綜合系數(shù)為：

鉉=ftfhfJk=—X0.53=03gs

fu1-1

(4)滾珠絲杠副的型號(hào)

額定動(dòng)負(fù)荷Ca=25909N>Caj=420N

預(yù)緊力Fo=0.25Ca=6477N〉l/3Fmax=2353/3=784N

初選的滾珠絲杠符合設(shè)計(jì)要求。

7.絲杠螺紋部分長(zhǎng)度Lu

Lu等于工作臺(tái)最大行程(600)+螺母長(zhǎng)度(129)+兩端余程(25)等于300+129+25X2等

于779mm

8.支承距離L

支承距離L>Lu等于479因此取L等于1100mm

9.臨界轉(zhuǎn)速校核

(1)絲杠底徑d2=d0-l.2Dw=32-l.2X6.35=24.4irarP0.0244m取25mm

(2)支承方式系數(shù)為查表f2=4/3(兩端固定)

(3)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度Lc=l29/2+300+40+(700-479)/2=500麗0.5m

臨界轉(zhuǎn)速：

23

nc=9900/邙=9900x4-73：x00244=21617r/min

L0.52式(5.4)

可見(jiàn)nc〉nma所以符合要求；

10.壓桿穩(wěn)定校核

兩端固定支承，螺絲釘不受壓縮，所以不需要校正穩(wěn)定性。

11.預(yù)拉伸計(jì)算設(shè)溫升為3.5°C

⑴溫升引起的伸長(zhǎng)量a0"EXi()Yx3.5X0.59=22皿式(55)

(2)絲杠全長(zhǎng)伸長(zhǎng)量％><10^X3.5X0,7=27^

(3)預(yù)緊力

5X10-6X-X0.02442

Ft=先HAE=d69X2.1X10H=459N式(5.6)

12.軸承的選擇

(1)軸端結(jié)構(gòu)采用E型和F型(并排)軸端

(2)軸承型號(hào)主要尺寸和參數(shù)

軸承型號(hào)為7602020TVP

(3)預(yù)緊力確定

預(yù)緊力Fo等于2300N

軸承的最大軸向載荷為Fmax=Ft+Fmax/2=459+2353/2=1636N

由于Fo>Fmax/3等于1636/3等于545N所以，符合要求.

(4)疲勞壽命計(jì)算41尸=3.11式(5.7)

K---x459

"0.56

由軸承動(dòng)負(fù)荷計(jì)算公式校核C等于2549N

因此軸承在使用周期上是符合標(biāo)準(zhǔn)的。

13.定位精度校核

(1)絲杠在拉壓載荷下的瓦皿”最大彈性位移

24

FI1式(5.8)

久max=——=--------------------------：------------------------------XIO,=Q.OO33F

4AE4X-X0.02442X2.1X10"

4、

快速移動(dòng)時(shí)F等于50.6N,6max等于1.2um

鉆孔時(shí)F等于295N,Rmax等于7.8um

(2)絲杠與螺母間的接觸變形必

a=行式(5.9)

經(jīng)通過(guò)表格可以得到CMD3210-2.5滾珠絲杠到螺母的接觸的剛度

Kc等于955N/um所以得：

快速移動(dòng)時(shí)5c~353/955=0.37uin

鉆孔時(shí)久=2353/955=2.5uro

(3)軸承的接觸變形選

角接觸軸承的軸向剛度

511

KB=23.6[Z2sin由兀]505

..11

=23,6[13"sin’60'x0一005953「x2300，

=246N/um

快速移動(dòng)時(shí)5E=353/246=L4um

鉆孔時(shí)&=2353/246=9.luro

(4)絲杠系統(tǒng)的總位移S5=&回+0+&式(5.10)

快速移動(dòng)時(shí)S2+0.37+1.4=2.97uin

鉆孔時(shí)§=7.8+2.5+9.6=19.9um

(5)定位精度

螺母是出現(xiàn)于螺釘?shù)闹虚g，4?與心螺母相對(duì)是不相同的。根據(jù)上面講述的，得到

的位移大小是650mm。然后檢測(cè)出來(lái)的螺釘精確度達(dá)到一級(jí)的水平，任何情況下的誤差都不

超高66um。而且這時(shí)候的輸送速度是在2.97um。可以達(dá)到將輪廓控制定位的準(zhǔn)確度保持在

25

0.01/300mm±o同樣可以得到，這樣也能夠達(dá)到精密磨削的定位準(zhǔn)確度是保持在±0.002/

300mm。能夠達(dá)到打孔的時(shí)候需要的定位精確度的需要。根據(jù)上面的計(jì)算處理之后，能夠得

到這個(gè)滾珠絲杠是達(dá)到定位精度的需要。

3.10夾持膠帶關(guān)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)

3.10.1.齒輪齒條的設(shè)計(jì)與校核

齒輪參數(shù)的選擇

齒輪模式的值是m等于2.5,活性基爾的牙齒數(shù)z等于25,壓力是角取a等于20°機(jī)架

基爾的牙齒數(shù)量是上述馬達(dá)的輸出旋轉(zhuǎn)數(shù)而定。齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是n等于10r/min,齒輪

在傳動(dòng)的時(shí)候扭矩是122n,導(dǎo)向裝置的工作時(shí)間是八小時(shí)每天。而且使用的周期是五年內(nèi)。

主動(dòng)式小齒輪是用20mncr5材料來(lái)做的，經(jīng)過(guò)浸炭淬火來(lái)處理。另外，機(jī)架齒輪是用45號(hào)鋼

和41cr4來(lái)做的，經(jīng)過(guò)高頻的淬火來(lái)進(jìn)行處理。剛度是在56hrc以上。如果需要降低重量，

外表就需要用鋁合金來(lái)進(jìn)行壓鑄。

齒輪幾何尺寸確定

齒頂高h(yuǎn)a=17mm

齒根高h(yuǎn)f=5.5mm,

齒高h(yuǎn)=ha+hf=17+5.5=22.5

分度圓直徑d二mz/cosB=2x25=50

齒頂圓直徑da=d+2ha=61.348+2X17=95.348

齒根圓直徑df=d-2hf=61.348-2X11

d=dcosa=15.337xcos20°=14A12mm

基圓直徑h

法向齒厚為

；+2x0.7x0.364|x2.5

=4.593wwX4=18.372

26

端面齒厚為

/R\[R07I

s=,—+2/tana\m=1—+2x——--x0.367x2.5253

t12rtJtHcos外)

=5.215mmx4=21.1

分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系d=60000v/nnl==0.001ID/S

齒距p=KnF3.14X10=31.4

齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線距離H=d/2+xnf=37.674

齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)

3

曄

mlt>12.4

①,

(1)試取K=1.3

(2)斜齒輪的轉(zhuǎn)矩T=2221N.m

(3)取齒寬系數(shù)為圖=。8

(4)齒輪齒數(shù)馬=6

(5)復(fù)合齒形系數(shù)為蹤等于3.32

(6)許用彎曲應(yīng)力?？诙??7X。生=0.7X920=644N/W/

為齒輪材料的彎曲疲勞