噴涂機器人畢業設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 因為噴漆機器人的主體部分都安裝在腰部回轉盤，所以要求整個結構的穩定以及手臂運行過程中的平衡。此外還要求腰部回轉盤的運動精度較高，要在驅動元件上安裝傳感器，檢測電機的旋轉精度。由于測量的是旋轉運動的精度，故在這里采用增量編碼器。 傳感器的選擇 為保證噴漆機器人位置精度需要為各關節選擇 傳感器。各個關節所作的運動都是回轉運動，綜合考慮各種傳感器，選用增量型編碼器。增量型編碼器能夠物體的旋轉運動產生信號。增量型編碼器主要應用于數控機床及機械附件 、機器人、自動裝配機、包裝機械等 機器人位置精度為 , 所以大臂、小臂、腰關節的位置精度為。 小臂轉速 ω =? /2 rad/s，長為 , 傳感器線數為： ns=2? /(iθ )=2? /(100180。 )=418 小臂選用南京中科天文儀器有限公司的 增量 編碼器 YGM610，ns=480。 大臂轉速 ω =? /2 rad/s，長為 1m, 傳感器線數為： ns=2? /(iθ )=2? /(100180。 )=524 大臂選用南京中科天文儀器有限公司的 增量 編碼器 YGM610，ns=600。 腰部轉速 ω =? /2 rad/s，小臂大臂伸直時總長為 ,傳 感器線數為： ns=2? /(iθ )=2? /(5180。 )=9425 腰部角位移測量 選杭州霍德利電子科技有限公司 的 HTL 系列空心軸編碼器 ， ns=10800[15]。 本章小結 本章首先用簡單的空間立體幾何方法建立了噴漆機器人的工作空哈爾濱工程大學本科生畢業設計 35 間的數學模型，驗證了假設條件中的噴漆機器人的各個關節的 尺寸是符合工作要求的。然后計算各個關節的轉動慣量，根據轉動慣量得出計算力矩和功率，從而選擇合理的驅動元件。選擇了驅動元件之后計算了大臂和小臂傳動機構的尺寸，包括鉸鏈四桿機構的尺寸以及兩個齒輪組的尺寸的計算和強調度校核。最后根據噴漆機器人的定位精度，合理選擇了各個關節的傳感元件。 燕山大學本科生畢業設計 36 第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 大軸 1 的結構設計與校核 大軸 1 的結構設計 圖 大軸 1 的傳動方案 確定大軸 1 上的 零件的裝配方案 大軸 1 上的零件的裝配方案如圖 所示。 確定大軸 1 的材料以及各段直徑和長度 大軸 1 的材料為 40Cr，調制處理。 由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 150mm，因為外部還要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 ab 段的長度為 41mm，直徑為 85mm,裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。固定軸承的軸肩高度為。 bc 段為過渡段，長度為 80mm，直徑 92mm，固定齒輪的軸肩高度為 。 由于大齒輪的齒寬為 65mm，軸頭的長度應該小于輪轂的長度，所以 de 段的長度為 60mm，直徑為 90mm。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。根 據這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 37 為 25mm，長度為 50mm，鍵槽的鍵槽深為 7mm。 ef 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 60mm，直徑為 85mm。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。 fg 段為過渡段，長度為 45mm，直徑為 80mm。 gh 段與大臂相連，大臂在此處的厚度為 39mm，孔徑為 90mm。而且這段軸與大臂的連接方式是脹緊聯結，通過脹緊套使大軸 1 與大臂連接在一起。因此這段軸的長度為60mm，直徑 為 60mm。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。 大軸 1 的強度校核 計算齒輪的受力 大齒輪和小齒輪的受力大小相等，方向相反。故在這里只計算小齒輪的受力。 轉矩 T 1 =10 6 ? ?11/Pn? =10 6 (3/75) =378180N mm 圓周力 tF = 112/Td=12606N 徑向力 rF = tantF ?? = 計算支撐反力 水平面受力圖如圖 (a)所示。 1HF + rF = 2HF rF = 2HF (+) 故 1HF =， 2HF = 垂直面受力圖如圖 (b)所示。 1VF + 2VF +F= tF 1VF (+) tF =0 燕山大學本科生畢業設計 38 故 1VF =， 2VF = 、畫軸彎矩圖 水平面彎矩圖見圖 (c) HM 圖。垂直面彎矩圖見圖 (d) VM 圖。合成彎矩圖見圖 (e)圖，合成彎矩 M= 22VHMM? 。 、畫轉矩圖 軸受轉矩 T= T1 ，轉矩 圖見圖 (f) 1T 圖。 (a) (b) (c) 第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 33 39 (d) (e) (f) 圖 大軸 1 的受力分析 燕山大學本科生畢業設計 40 、按彎扭合成應力進行強度校核 de 段的中間截面為危險截面。取 ? =。 當量轉矩 T? =378180=226908 N mm ? ?22 /e M T W???? =，查表知 ? ?1b?? =70MPa，所以 e? ? ?1b?? 。因此大軸 1 的強度滿足要求，故安全 [2630]。 大軸 2 的結構設計與校核 大軸 2 的結構設計 圖 大軸 2 的傳動方案 確定大軸 2 上的零件的裝配方案 大軸 2 上的零件的裝配方案如圖 所示。 確定大軸 2 的材料以及各段直徑和長度 大軸 2 的材料為 40Cr，調制處理。 由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 150mm，因為外部還要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 gh 段的長度為 41mm，直徑為 85mm,裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。固定軸承的軸肩高度為。 fg 段為過渡段，長度為 80mm，直徑 92mm，固定齒輪的軸肩高度為 。 第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 41 由于大齒輪的齒寬為 75mm，軸頭的長度應該小于輪轂的長度，所以 de 段的長度為 60mm，直徑為 90mm。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。根據這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 25mm，長度為 50mm，鍵槽的鍵槽深為 7mm。 cd 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪的輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 45mm，直徑為 85mm。裝配的軸承為角接 觸球軸承，型號是 7217C。 bc 段為過渡段，長度為 ，直徑為 80mm。 ab 段與鉸鏈四桿機構的底桿相連，并且穿過大臂末端的通孔，大臂在此處的厚度為 39mm，孔徑為 95mm，底桿的厚度為 40mm，孔徑為90mm，這段軸與底桿的連接方式是脹緊聯結，通過脹緊套使大軸 2 與底桿連接在一起。根據以上條件這段軸的長度為 ，直徑為60mm。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。 大軸 2 的強度校核 大軸 1 是帶動大臂實現俯仰運動的軸，大軸 2 是帶動鉸鏈四桿機構運動的軸。從第三章可知大軸 1 受到的轉矩是 378180 N mm，而且同時承受大臂和小臂的總重量。大軸 2 受到的轉矩是 50400 N mm，但是只承受底桿的重量。兩根軸的主體機構和材料以及熱處理方式一樣，大軸 2 的受力比大軸 1 的受力小得多，當大軸 1 滿足強度條件時，大軸 2必然滿足強度條件。 燕山大學本科生畢業設計 42 小軸 1 的結構設計與校核 小軸 1 的結構設計 圖 小 軸 1 的傳動方案 確定小軸 1 上的零件的裝配方案 小軸 1 上的零件的裝配方案如圖 所示 。 確定小軸 1 的材料以及各段直徑和長度 小軸 1 的材料為 40Cr，調制處理。 ab 段的主要用處是通過聯軸器與電機相連，電機輸出端的軸徑是24mm，再根據凸緣軸器的寬度， ab 段的長度為 35mm，直徑為 24mm。這一段由于和聯軸器連接，所以開有鍵槽，具體尺寸和電機輸出端的一樣。 bc 段是過渡段，長度為 40mm，直徑為 28mm。 由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 62mm，因為外部還要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 cd 段的長度為 25mm，直徑為 30mm，裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7206C。固定軸承 的軸肩高度為4mm。 ef 段為過渡段，長度為 95mm，直徑 38mm。 由于小齒輪的齒寬為 70mm，軸頭的長度應該小于輪轂的長度，所以 fg段的長度為 67mm，直徑為 35mm。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。根據這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 12mm，長度為 56mm，鍵槽的鍵槽深為 5mm。固定齒輪的軸肩高度為 。 gh 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 50mm，直徑為 30mm。裝配 的軸承為角接觸球軸承，型號是 7206C。 第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 43 小軸 1 的強度校核 計算齒輪的受力 轉矩 T 1 =10 6 ? ?11/Pn? =10 6 (3/75) =378180N mm 圓周力 tF = 112/Td=12606N 徑向力 rF = tantF ?? = 計算支撐反力 水平面受力圖如圖 (a)所示。 1HF + rF = 2HF rF 153= 2HF (67+153) 故 1HF =， 2HF = 垂直面受力圖如圖 (b)所示。 1VF + 2VF = tF 1VF (67+153)= tF 67 故 1VF =， 2VF = 畫軸彎矩圖 水平面彎矩圖見圖 (c) HM 圖。垂直面彎矩圖見圖 (d) VM 圖。合成彎矩圖見圖 (e)圖，合成彎矩 M= 22VHMM? 。 畫軸轉矩圖 軸受轉矩 T= T1 ，轉矩圖見圖 (f) 1T 圖。 (a) 燕山大學本科生畢業設計 44 (b) (c) (d) (e) 第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 45 (f) 圖 小 軸 1 的受力分析 按彎扭合成應力進行強度校核 fg 段的中間截面為危險截面。取 ? =。 當量轉矩 T? =378180=226908 N mm ? ?22 /e M T W???? =，查表知 ? ?1b?? =70MPa，所以 e? ? ?1b?? 。因此小軸 1 的強度滿足要求，故安全。 小軸 2 的結構設計與校核 小軸 2 的結構與小軸 1 一樣，但驅動元件的輸出轉矩較小。上面校核的小軸 1 的強度滿足要 求，故小軸 2 的強度必然滿足要求。 回轉底盤與腰部主軸連接螺釘的校核 腰部回轉所需轉矩 T=? 。 選取的螺釘材料為 Q235，直徑為 12mm，固定用的螺栓數目為 6。 取可靠系數 C=，結合面摩擦系數 f=， ir =65mm。 預緊力 60 1/ ( )iiF C T f r????= 342 1. 63 10 1. 1 / ( 0. 16 6 65 )? ? ? ?= 查表取材料屈服極限 S? =240MPa 查表取安全系數 S= 故需用應力 ??? = /S S? =160MPa 由此螺釘的直徑 ? ?01 .3 / ( )4dF ? ??= 燕山大學本科生畢業設計 46 所以預選取的螺釘滿足強度要求。 本章小結 本章對 噴漆機器人的重 要 傳動零 件 進行了強度校核。對大軸 1 、大軸 小軸 小軸 2 的各個段的尺寸進行了確定，同時確定了安裝在軸上的軸承的類型和型號，最后按照 彎扭合成力矩對軸進行了校核。同時根據腰部的運動形式對腰部回轉底盤處的連接螺釘 強度校核 。 經計算均滿足強度的條件 。 結 論 本文完成了 6 自由度關節式噴漆機器人的結構的設計，實現了在180。 180。 3m 的最大覆蓋范圍內自動噴漆的功能，達到了 預期目標。 主要完成了以下工作： 完成了對噴漆機器人的 方案 設計。機器人 可實現 6 個自由度 的運動， 分別為：腕部 噴槍 的 回轉 運動 ，腕部回轉套 的 回轉 運動 ，小臂 的俯仰 運動 ，大臂 的 俯仰 運動 ，腰部 的 回轉 運動 。 用簡單的空間幾何的方法建立了噴漆機器人的運動空間的數學模型并對其進行研究。論證分析過程用到極限點法，即證明能夠滿足各個 極限點 ，則其它各 點 必然滿足。結果證明本文設計的噴漆機器人能夠滿足作業空間 要求。 完成了驅動元件 和傳感器 的選擇 。 第 4 章 軸、螺釘的設計與校核 47