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文檔簡介

刖B

近年來,隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用,機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)

領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù),它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展,使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)

與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活,但它具有能不斷重復(fù)工

作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點,因此,機(jī)械手已受到許多

部門的重視,并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。例如:在機(jī)床加工,裝配作業(yè),勞動條件差,單調(diào)

重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險場合下工作等。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,其技術(shù)性能也在不斷

提高。在國內(nèi),應(yīng)用于生產(chǎn)實際的工業(yè)機(jī)器人特別是示教再現(xiàn)性機(jī)器人不斷增多,而且計算機(jī)

控制的也有所應(yīng)用。在國外應(yīng)用于生產(chǎn)實際的工業(yè)機(jī)器人多為示教再現(xiàn)型機(jī)器人,而且計算機(jī)

控制的工業(yè)機(jī)器人占有相當(dāng)比例。帶有''觸覺〃,''視覺〃等感覺的''智能機(jī)器人〃正處于研制開發(fā)

階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。

第1章液壓機(jī)械手總體方案設(shè)計

1.1機(jī)械手總體設(shè)計方案擬定

機(jī)械手是能夠模仿人手的部分動作,按照給定的程序,軌跡和要求,實現(xiàn)自動抓取、

搬運或操作動作的自動化機(jī)械裝置。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱為“工業(yè)機(jī)械手”。能夠配

合主機(jī)完成輔助性的工作,隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手能夠獨立地按照程序,自動重復(fù)

操作。

根據(jù)課題的要求,機(jī)械手需具備上料,翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等功能,并按照自動線的統(tǒng)一生產(chǎn)

節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動作。設(shè)計可參考以下多種設(shè)計方案:

1.1.1采用直角坐標(biāo)式,自動線呈直線布置,機(jī)械手在空中行走,按照順序完成上料、翻

轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能c這種方案結(jié)構(gòu)簡單,自由度少,易于配線,但需要架空行走,

油液站不能固定,使得設(shè)計復(fù)雜程度增加,運動質(zhì)量增大。

7777777

圖1.1.1直角坐標(biāo)式布局示意圖

1.1.2機(jī)身采用立柱式,機(jī)械手側(cè)面行走,按照順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位的功能,自動

線仍成直線布置。這種方案可以集中設(shè)計液壓站,易于實現(xiàn)電氣,油路定點連接,

但是占地面積大,手臂懸伸量較大。

//'z/z/'/z

圖1.1.2立柱式機(jī)械手布局示意圖

1.1.3機(jī)身采用機(jī)座式,自動線圍繞機(jī)座布置,順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種

方案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工件等優(yōu)點。

圖1.1.3機(jī)座式機(jī)械手布局示意圖

1.2總體方案選定

抓取機(jī)構(gòu)采用夾鉗式。,送放機(jī)構(gòu)將被抓取的物體送放到目的地,由手臂、手腕、等

裝置組成。整個機(jī)構(gòu)選用空間球體坐標(biāo)系,有五個自由度。采用屈伸式布置…手腕作抓取

運動和回轉(zhuǎn)運動,手爪采用平面指型結(jié)構(gòu),通過液后缸通油,推動活塞帶動杠桿機(jī)構(gòu)合攏

將工件加緊。

腕部用銷軸將機(jī)械手定位在手臂上,并用螺母將其鎖死,同時利用較鏈連接,一端與

液壓伸縮缸的活塞桿相連,通過活塞的直線運動,帶動腕部使其能夠繞著回轉(zhuǎn)銷軸轉(zhuǎn)動。

回轉(zhuǎn)運動通過葉片式回轉(zhuǎn)油缸的運動來實現(xiàn)。

手臂相對于機(jī)身可作回轉(zhuǎn)運動,能有效地利用空間,并能繞過障礙物夾持和送放工件。

手臂采用液壓直動缸驅(qū)動,作俯仰運動,具有體積小、可集中控制、反向運動靈活等優(yōu)點。

回轉(zhuǎn)工作臺用齒輪傳動機(jī)構(gòu),用電動機(jī)驅(qū)動,可以利用擋塊定位,旦定位誤差在

0.5~lmm。具有結(jié)構(gòu)簡單、傳遞扭矩大、傳動效率高等特點。

圖1.21液壓機(jī)械手

本設(shè)計的液壓機(jī)械手有五個自由度,包括機(jī)械手的抓取、回轉(zhuǎn),手臂的拉伸、俯仰和回轉(zhuǎn)

工匕臺的回轉(zhuǎn)五個動作。其中將機(jī)械手抓取和回轉(zhuǎn)運動的液壓傳動集成設(shè)計,既能使得設(shè)計緊

湊,又能使液壓油路集中控制。便于安裝及維護(hù),而且編排和改變控制程序容易,使用方便。

液壓機(jī)械手主要參數(shù)設(shè)計:

液壓機(jī)械手的主要參數(shù)可分為基本參數(shù)、(用于說明機(jī)械手主要性能的參數(shù))、規(guī)格參數(shù)(標(biāo)

牌上標(biāo)注的參數(shù))、液壓參數(shù)(液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù))。

基本參數(shù):

1.抓重

機(jī)械手的抓重是手臂所能抓取的物件的最大重量,而該液壓機(jī)械手是用于R175柴油機(jī)機(jī)

體生產(chǎn)自動線上,主要的加工對象是柴油機(jī)機(jī)體,根據(jù)柴油機(jī)的外形參數(shù)250X170X140mm而

柴油機(jī)機(jī)體選用的材料是鑄鐵,密度為O.Olg/mm?

柴油機(jī)機(jī)體的壁厚一般為15~25mm所以,可算出機(jī)體本身的質(zhì)量為12Kg,機(jī)械手應(yīng)該有

流量為4.5L/min

P\=p+^i=1.2+0.3=1.5MPa

qP=/p(7=l.lx4.5=4.95如吊

符合設(shè)計的要求。

因此擬定的液壓系統(tǒng)方案中,油壓參數(shù)定位1.6MPa0

第2章執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計

2.1抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計

抓取機(jī)構(gòu)的工作原理

工業(yè)機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)又稱手部,是用來直接抓取工件或握持工件的部件。

本設(shè)計采用的是夾鉗式機(jī)械手,通過液壓缸內(nèi)活塞的直線運動帶動杠桿機(jī)構(gòu)和手爪,緊緊的包

絡(luò),用包絡(luò)力和摩擦力對工件施加完全約束,使得工件相對于手爪固定,完成抓取任務(wù)。

2.L1夾持力的計算

當(dāng)機(jī)械手水平夾持工件時

圖2.11水平夾持物體受力圖

根據(jù)手指受力分析,可得:

H

v“4nNb=R、(b——)

ZA/rtl(F)=06

H

ZM02(F)=0Nb=R也+&3+—)

聯(lián)立可解得:

、,3L1「

N=(——+一)G

H2

N夾緊工件所需的力;G工件的重力;L,H尺寸。

根據(jù)任務(wù)書的要求,代入G=15Kg,并取L=50mm,H=80mm.

N=(巴亞+!)150=356.25

可得:802N

因工件在傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生慣性力,震動等影響,故實際力

〃機(jī)械效率,〃=0.85~0.95取"=0.9

治安全系數(shù),&=i.2~2取6二1.5

(工作情況系數(shù),yi+a/g

位356.25x3方

890

0.9

N

2.1.2液壓缸驅(qū)動力的設(shè)計計算

D

圖2.12液壓缸驅(qū)動手爪受力圖

P=2Rsina

Rh=MRi

因為/?=lBCCOSa=lBCCOS(\^-p-y+a)=lBCCOS(p+/-?)

R=N實cos0

八i.2/sinacos。

戶=2Rsina=------------?Nxr

所以/co?£+7—a)

Z=36

由結(jié)構(gòu)設(shè)計可得a=l°"=50"=120°,/cD=130mm,^mm。

2x130sin10cos50

P=x890a763

36xcos160N

a=10"=5(T,7=12(r,/e=130mm,L=36mm。

2.1.3夾緊液壓缸主要尺寸的確定

P驅(qū)動力,Pi系統(tǒng)工作壓力取Pi=16N/mm2,以機(jī)械效率取心=0.9

Z)=1.13J763=25.95

V1.6x0.9

按照J(rèn)R-826-66的標(biāo)準(zhǔn),取D=30mm,d=10mm

液壓缸壁厚的確定

根據(jù)2㈤

P。試驗壓力,Pp=L3xL6=2.08Mpa

[可許用應(yīng)力選取30鋼為液壓缸材料,可得[可=200MPa

,2.08x30…

o=------------=0.15

將數(shù)據(jù)代入:2x200mm

根據(jù)工藝的要求,取8=10mm

液壓缸外徑及長度的確定:

D。=D+26=50mm

長度”(2。~3。)。0取/=60mm

2.1.4液壓活塞缸的設(shè)計

已知:1.活塞液壓缸D=30mm,d=10mm,=Z=60mm

選用30鋼材料。

2.活塞桿選用45鋼,活塞直徑的d計算與校核:

cr

查機(jī)械材料手冊可以得到:b=355MPa/°-s=600MPa;

4F4x890

心]萬x253.6

根據(jù)GB/T2348-1993選定的活塞桿:D=1°mm

r14F4X890IN.

CT=——7=------r=10.5

所以:"?xl0~mm

[。]<<生活塞桿的強(qiáng)度符合設(shè)計要求

3.活塞:選用20鋼材料。考慮到密封和緊固,將活塞設(shè)計成如下

圖2.1.4.1活塞

密封件采用標(biāo)準(zhǔn)件,所以活塞上開槽的尺寸就可以確定了。

活塞的密封采用Y型密封圈,Y型密封圈是一種密封性、穩(wěn)定性和耐壓性較好,摩擦力小、

壽令較長的密封圈。它能用于往復(fù)運動的密封,特別是動密封處。當(dāng)受到油壓作用時,Y型密

封圈的二唇邊就緊緊地貼壓到缸筒和活塞壁上而起到密封的作用。

活塞與活塞桿的連接采用活塞桿的軸肩定位,并用調(diào)整墊片調(diào)節(jié)松緊程度。利用開槽圓螺

母將其鎖緊,

圓螺母的選擇:由于活塞桿的直徑己確定為①1°,軸肩的高度為1mm,可以采用公稱直徑為

M8的圓螺母。查標(biāo)準(zhǔn)GB/T6179-1986可得:

圖2.1.4.2開槽圓螺用

同時,查GB/T91-2000與其相配合使用的是開口銷2x16。材料為Q215或Q235。

圖2.1.4.3開口銷

4.本設(shè)計采用彈簧使抓取液壓缸夏位。根據(jù)彈簧設(shè)計計算公式:

圖2.1.4.4彈簧受力圖

根據(jù)彈簧的強(qiáng)度條件選擇彈簧鋼絲的直徑:

因彈簧在一般載荷條件下工作,可以按照第三類彈簧來考慮,現(xiàn)選用彈簧鋼絲為C級,并

根據(jù)°2一°428-25=3估計彈簧的直徑為3mm,查表可得%=1570“pa,可以算得

[r]=0.8x0.5xo-fl=628Mpa

選取旋繞比C=6則由:

“4C-10.6154x6-10.615…

K=-------+-------=----------+-------n1.25

4C-4C4x6-46

1久/800X1.25X6,.

d>1.6;=1.6x.----------------=3.9Q2

V[r]V628

選取d'=4mm,查得&不變,故團(tuán)不變,取O=25mm

C=—=6.25

則4

計算得K=1.26

F,KC?,800x1.26x6.25,

d'>\.6『F=L6x--------------------=3.oooo

lr\628

與原值相近,所以取d'=4mm

彈簧的大徑2=25+4=29mm

800-180=678

r4-417-7.5

取G=82000MPa

GdA82000x3.24),

n=--------=----------------=4.6

則8。法尸8x25,x16.8

取〃二5

彈簧校核:根據(jù):笈二6—.

綜合上述兩式可得:°。=106.48<150例外

符合設(shè)計的要求。

極限工作應(yīng)力:取吟im=0?56%

rIn=0.56、15700=879.2A74

片=也顯=585

極限工作載荷:8DKMPa

查標(biāo)準(zhǔn)GB/T1239.6-1992選取彈簧的截面直徑為4mm,中徑為28mm,自由高度為11mm。

有效圈數(shù)為5圈。選用彈簧的材料為65Mn,彈簧硬度要達(dá)到45~50HRC.

圖2.L4.5彈簧

5.抓取液壓缸端蓋:

圖2.L4.6液壓缸端前

。型密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單,截面尺寸小,密封性能好,摩擦系數(shù)小,容易制造等特點,可

用于靜密封和滑動密封。其結(jié)構(gòu)簡單緊湊,摩擦力比其他密封圈小,安裝方便,價格便宜,可

在-40~120。C溫度范圍內(nèi)工作,使用的速度范圍是O.OO5~O.3m/s。適用于本設(shè)計,因此采用O

型圈密封。聚四氟乙烯是一種新型塑性材料,摩擦系數(shù)極小,耐磨性好,并且能在干性和油性

的環(huán)境下工作。所以添加了聚四氟乙烯制成的密封導(dǎo)向環(huán),不僅能夠阻隔各種雜物,還能起到

密封的效果。

端蓋采用的是法蘭式的連接,這種結(jié)構(gòu)簡單,加工方便,連接可靠。缸筒端部可用鑄造。

管道尺寸的計算和確定:

油管的內(nèi)徑是根據(jù)管內(nèi)允許的流速和所通過的流量來確定的:

d=叵

即:口。

式中:4一一通過油管的流量;%一—油管中允許的流速。

而壓力管道內(nèi)的流速取%=5m/s。計算所得根據(jù)GB/T1047-1995可得到管徑為

v=3

omm

6.管接頭的選擇:

擴(kuò)口式管接頭適用于薄壁鋼管,接頭采用55°密封管螺紋,由內(nèi)外螺紋的配合能夠具有密

封性。gGB/T3747.1-1983可得:

圖2.1.4.7管接頭

回轉(zhuǎn)缸設(shè)計

本設(shè)計采用單葉片式回轉(zhuǎn)缸,它由定子塊,缸體,葉片,回轉(zhuǎn)軸組成,其中定子塊固定在

缸體上,葉片和回轉(zhuǎn)軸固定在一起。當(dāng)液壓油從一個入口進(jìn)入缸體的時候,葉片被推動并帶動

回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,同理,從相反的入口進(jìn)入能使其逆向轉(zhuǎn)動。單葉片式回轉(zhuǎn)缸結(jié)構(gòu)緊湊,輸出的扭

矩大,能夠用于中低壓的系統(tǒng)作往復(fù)運動。

考慮到擺動缸的容積效率瞑和機(jī)械效率以叫葉片式擺動缸軸輸出扭矩7

Zb(D、d]

式中:Z——葉片數(shù);

b葉片寬度;

D-----缸體內(nèi)孔直徑;

d-----葉片軸直徑:

Pi.........缸的進(jìn)口壓力;

P1-----缸的出口壓力;

q—缸的輸入量。

該設(shè)計選用1.6MPa的油月,而出口的回油壓力約為0.2MPac為了方便固定葉片,葉片軸

的直徑初步定為"=25mm

圖2.1.4.8回轉(zhuǎn)缸剖面圖

葉片與葉片軸之間采用銷進(jìn)行定位,為了方便拆裝和維修,選用內(nèi)螺紋圓錐銷,底部的螺

紋孔可起到拔銷的作用。查GB/T118-2000選取A型內(nèi)螺紋圓錐銷,GB/T1186X24

圖2.149內(nèi)螺紋圓鋅銷

本設(shè)計采用伸縮缸和回轉(zhuǎn)缸復(fù)合,回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)軸是由活塞缸的后端部構(gòu)成的,這種設(shè)計

結(jié)構(gòu)緊湊,操作方便,特別是對于液壓系統(tǒng)能夠集中控制。

圖2.1.4.10機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)

如圖所示,液壓葉片回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)軸與液壓活塞缸做成一個整體,使得結(jié)構(gòu)非常緊湊,軸

向尺寸小,液壓系統(tǒng)的油路布置清晰,密封的環(huán)節(jié)可以集中處理,便于檢修和維護(hù)。

2.2機(jī)械手手腕部設(shè)計:

圖2.2.1機(jī)械手腕部外觀圖

液壓機(jī)械手的腕部利用銷軸較接在機(jī)械手臂上,使其能夠繞著銷軸轉(zhuǎn)動。為了保證銷軸回

轉(zhuǎn)精度和延長使用壽命,在銷軸與手臂之間設(shè)一個耐磨的青銅軸套,軸套與機(jī)械手臂之間的配

H1

合采用基孔制標(biāo),而軸套與軸之間回轉(zhuǎn)的過程中會產(chǎn)生熱量,引起銷軸的變形,因此,選用

“8

/7的配合。

腕部采用液壓活塞缸驅(qū)動,固定在腕部的連桿與液壓活塞缸的活塞桿相連接,通過活塞桿

的直線運動來驅(qū)動機(jī)械手腕部轉(zhuǎn)動。

伸縮缸選擇:考慮到該設(shè)計手腕部所需的回轉(zhuǎn)扭矩較小,擬選用YY_CA_B32-100-0.0001液

壓缸

活塞桿外端形式選擇:

圖222活塞桿接頭

安裝的結(jié)構(gòu)為校制接頭,孔徑為020mm,活塞桿的直徑為020mm。

液壓缸用雙耳環(huán)支座安裝:

25

58

圖2.2.3液壓缸安裝支座

雙耳環(huán)支座的參數(shù)如圖所示。

2.3機(jī)械手臂設(shè)計

俯仰運動時驅(qū)動力的計算

圖2.3.1手臂受力圖

M=Pbcos(%+4)

4。_BC

tanal=

~oj5~~oJ5

B、C=bcos/7]-a0]D=c+bsin/3}

bcos^-a

a=arctan1

}c+hsin0、

一zzbcos/?,-a.

M=Pbcos(arctan------------+j

c+hsinI

而P作用于活塞上的卵動力:

P液壓缸的工作力;

D活塞缸的內(nèi)徑;

P封密封裝置的摩擦阻力

P被非工作缸的油壓(背壓)

當(dāng)手臂處在俯角屋的位置時,驅(qū)動力矩為:

M=Pbcos(%/2)

A^E

tan%-

~OJE~O.C-EC

A2E-B2C-OB2-OC-bcos/?2-<7

O}C=c

EC=A2B2=bsin/72

bcos。、-a

a、=arctan------------

c-bs\nP2

-z,bcos/?-,-ac、

M=Pbcos(arctan-------------fl2)

c-hs\nPz~

當(dāng)手臂處在水平位置時,£=°,驅(qū)動力矩為

-e/b一。、

M=Pbcos(arctan------)

c

手臂俯仰時的驅(qū)動力矩,應(yīng)克服手臂部件及工件的重量對回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩、手

臂啟動時的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副的摩擦力矩,即

材偏手臂作俯仰運動時的偏心力矩,手臂上仰為正,下俯為負(fù);

M慣手臂做俯仰運動的慣性力矩;

M摩手臂作俯仰運動時,各運動副的摩擦力矩;

可以初步確定機(jī)械手臂的尺寸。

圖2.3.2手臂

對手臂受力進(jìn)行計算

Fh+Fx+T=0

同理,在豎直方向上的力平衡:Zy二°

N+Fy-G-Fv=O

手臂上的所有力對于0點力矩平衡:EM二°

Fvx0.476-Fhx0.392+ATx0.241+7x0.291=0

FV=353N

…3N

2.4機(jī)械手底座機(jī)身設(shè)計

底座機(jī)身設(shè)計有安裝耳環(huán),液壓缸的耳環(huán)與機(jī)身底座通過銷軸較接,用螺栓鎖死。既能夠

滿足液壓缸在機(jī)身上的定位要求,又能夠保證液壓缸在回轉(zhuǎn)和直線運動中不會偏轉(zhuǎn)。機(jī)身的設(shè)

計如圖所示:

0

圖2.4.1機(jī)械手底座

具體設(shè)“機(jī)身底座的參數(shù)如下:

圖2.4.2底座

2.5回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計

回轉(zhuǎn)工作臺安裝:

回轉(zhuǎn)工作臺的箱體設(shè)計有光孔,并安底座。因此機(jī)械手的底座可以安放在工作臺上或支

架平臺上。箱體材料為I1T200中等強(qiáng)度的灰鑄鐵,需時效處理。

定位方式:該設(shè)計采用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊相結(jié)合進(jìn)行定位。當(dāng)機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)到設(shè)定的角

度時,碰上擋鐵,壓下行程開關(guān),通過壓力繼電器發(fā)出信號給時間繼電器,使得機(jī)械手停留一

段時間再開始下一個的動作。停留的時間由時間繼電器來調(diào)定的。擋鐵的設(shè)置主要是保證回轉(zhuǎn)

角度的精度。

齒輪傳動:

圖251圓錐直齒輪傳動

用軸交角=90。的一對圓錐直齒輪將扭矩由沿水平方向轉(zhuǎn)換成豎直方向。

選取齒輪材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后表面淬火,硬度達(dá)到40~50HRC。

采用直尺錐齒輪,它具有齒形簡單,制造容易,成本較低等特點。

齒輪的軸向定位

要保證正確嚙合,齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠,空套齒輪和固定在軸上的齒輪的軸

向定位可采用隔套定位。利用齒輪壓板將齒輪進(jìn)行軸向定位和緊固。

圖2.5.2齒輪軸向定位

軸:傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外,還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)

載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞?;剞D(zhuǎn)臺的主傳動系統(tǒng)精度要求不高,允許有少量的變形,因

此,疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾,除載荷很大的情況下,可以不必驗算軸的強(qiáng)度。剛度要

求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形(彎曲,失穩(wěn),轉(zhuǎn)角)。若剛度不足,軸上的零件

如齒輪,軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作,或產(chǎn)生振動和噪聲,發(fā)熱,過早磨

損而失效。因此,必須保證軸有足夠的剛度??梢韵扰まD(zhuǎn)剛度估算軸的直徑,再根據(jù)受力

情況,結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸,驗算彎曲剛度。

軸選用的材料為45鋼,通過調(diào)質(zhì)處理,使硬度達(dá)到200~240HBs

d……計算剖面處軸的直徑(mm)

團(tuán)-一軸的許用應(yīng)力(MPa)

軸傳遞的額定扭矩(N?mm2)

查表得:T】=35MPaT=9550000

d*任〉3,5x9550000

計算可得軸的直徑加]一V35000=18mm

取安全系數(shù)[q=1.5

所以d=27mm將軸徑進(jìn)行圓整,取d=30mm

按許用彎曲應(yīng)力來校核該軸:

JM2+(aT)2.

d3

o.....計算面上的工作應(yīng)力

M.....計算截而上的合成彎矩

T-----軸計算面上的轉(zhuǎn)矩

a-----根據(jù)轉(zhuǎn)應(yīng)力變化的校正系數(shù)

。"----許用疲勞應(yīng)力

根據(jù)0=尸〃=5.5x0.97=5.3.

“3=/?1x-J-=58

1r/min

對于軸的受力情況,在軸向受到

轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動循環(huán),因此取a-=0.7

查手冊可得0'尸。7-=9550000%

I。j4073502+(0.7x9550『

70,=19.8"&<60MPa

按照剛度校核軸:

軸的彎曲變形的條件和允許值

機(jī)床的主傳動軸的彎曲剛度驗算,主要驗算軸上裝齒輪和軸承出的撓度y和傾角6。各類

軸的撓度y,裝齒輪和軸承處的傾角/應(yīng)小于彎曲剛度的許用值加和網(wǎng),即

”網(wǎng)

軸的彎曲變形的允許值:

軸的類型允許撓度變形部位允許傾向

一般傳動軸(0.0003-0.0005)裝軸承處,裝齒0.00250.0001

輪處

剛度要求較高的0.00021裝單列圓錐滾子0.0006

軸軸承

安裝齒輪的軸(0.01-0.03)裝滑動軸承處0.001

該設(shè)計的回轉(zhuǎn)工作臺要求的同轉(zhuǎn)精度不高,通過擋鐵定位,對于運動的平穩(wěn)性要求也不高,且

轉(zhuǎn)速不高。因此,設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單,定位可靠,軸上不需要開槽、估孔和切制螺紋,因此不影響

軸的疲勞強(qiáng)度,而且結(jié)構(gòu)重量輕。

圖2.5.3^fl|

對于回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)所需的扭矩較大,軸上采用花鍵來傳遞扭矩。本設(shè)計選用矩形花鍵,以其承載

能力高、定心性及導(dǎo)向性好。

矩形花鍵軸:平均直徑4=(D+d)/2

4(647

當(dāng)量直徑辦=兀

-/+6z(。-d)(0+d)2

慣性矩:I=64

花鍵的校核:

花鍵的受力是在側(cè)面,因此,其主要的失效形式是表面被壓潰,花鍵的連接強(qiáng)度為:

_27x103

*(p2hldm

根據(jù)GB/T1144-2001選取輕系列的8X32X36X6;8X42X46X8二種類型的花鍵。為了避免齒輪在

花鍵上滑移而影響定位精度,可在軸上開螺紋孔,通過螺栓將齒輪固定在花鍵上。

滾動軸承計算與選擇

a,壽命計算公式:

滾動軸承的壽命計算公式如下:

嗚’

式中:L一額定壽命(xlO6)轉(zhuǎn)

c一額定動載荷(Kgf)

P一當(dāng)量負(fù)載荷(Kgf)

£一一壽命指數(shù),對球軸承£=3對滾子軸承£=10/3

在實際計算中,一般采用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命,這時上試可變?yōu)?

4=[60"

式中:人一額定壽命(h)

n-軸承的計算轉(zhuǎn)速(r/min)

當(dāng)量動載荷P=X乙+Y工

式中:'一徑向負(fù)荷(Kgf)

入一軸向負(fù)荷(Kgf)

X一徑向系數(shù)

Y一軸向系數(shù)

(2)按照負(fù)載荷選擇軸承

按額定靜負(fù)載選擇軸承的基本公式如下:

式中:《一當(dāng)量靜負(fù)荷(Kgf)按下列兩式計算,取大值

%=篦+乂£P(guān)o=E.

°。一額定靜負(fù)荷(kgf)

邑一安全系數(shù)

電機(jī)選擇:電動機(jī)一般由專業(yè)工廠按標(biāo)準(zhǔn)系列成批大量生產(chǎn).在機(jī)械設(shè)計中,根據(jù)工作載荷、

工傳要求、工作環(huán)境、安裝要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的

類型和結(jié)構(gòu)型式、容量和轉(zhuǎn)速、并確定其具體型號.

一般將電動機(jī)的選擇分三個步驟

1.選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式。

2.選擇電動機(jī)的容量。

3.確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

1)步進(jìn)電機(jī)的工作原理:

步進(jìn)電機(jī)有轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組。定子繞組分若干相,每相的磁極上有極齒,轉(zhuǎn)子在

軸向上有若干個齒。當(dāng)每相定子繞組通以直流電激磁以后便能夠吸引轉(zhuǎn)子的齒與定子上的極齒

對齊,因此它是按照電磁體的作用原理進(jìn)行工作的。

步距角。=360/mzQ其中m為相繞組,z為轉(zhuǎn)子齒數(shù),k為通電方式系數(shù)。

2)步進(jìn)電機(jī)的工作特點:

A、步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流的控制,其轉(zhuǎn)子的角位移和角速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻

率成正比,改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向;

B、維持控制繞組的電流不變,電機(jī)便停在某個位置上不動,即步進(jìn)電機(jī)有自整的能力,不需

要機(jī)械制動;

C、有一定的步距精度,沒有累積誤差;

D、其缺點是效率低、拖動負(fù)載的能力不變、脈沖當(dāng)量(步距角)不能夠太小、調(diào)速范圍不大、

最高輸入頻率一般不超過18000HZo

步進(jìn)電機(jī)選擇

a、計算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩圖

T=36—

'"-2M4例?cm)

式中:5P--------脈沖當(dāng)量(mm/step);

Fm-------進(jìn)給牽引力(N);

4------------步距角,初選雙拍制為0.75°;

〃--------電機(jī)—絲杠的傳動效率,為齒輪、軸承、絲杠效率之積,分別為0.98,0.99,

0.99和0.94o

T二36b〃£,二36x0.01x1799.134

152.307

2汨“7-2^x0.75x0.98x0.99x0.99x0.94

N?cm

b、估算步進(jìn)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩4

品=*二而69'

*cm

C、計算最大靜轉(zhuǎn)矩%max

查表取五相十拍,則

2號鬻”

N?cm

d、計算步進(jìn)電機(jī)運行頻率'和最高起

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