機(jī)械手結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)-資料下載頁

　　

【正文】 積）為 A(單位為 mm)，螺紋中徑為 d2(單位為 mm2),螺紋工作高度為 h(單位為 mm),螺紋螺距為 P(單位為 mm),螺紋工作圈數(shù)為 u=H/P,則螺紋工作面上的耐磨性條件 [1]為：P=F/A=F/ d2hH≤[P] ()?令 =H/d2，則 H= d2。代入()中整理后得，??31d2≥ ()][PhF??對于梯形螺紋和矩形螺紋，h= ，則，d2≥ = = ()][?取 d2=16mm，則 H=16=40mm。公稱直徑 d=18mm 根據(jù)公式算得螺紋中徑 d2 后，按國家標(biāo)準(zhǔn)查得 D3=d，小徑為 ，D 4=d，大徑為 ，D 1=14mm，螺距為 4mm 。u=H/P=40/4=10≤10～ 12 ()所以滿足要求。由于水平傳動，所以并無自鎖要求即無需檢驗(yàn)。 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算受力較大的螺桿需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺桿工作時承受軸向壓力（或拉力）F和扭矩 T 的作用。螺桿危險截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核螺桿強(qiáng)度時，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論 [1]求出危險截面的計(jì)算應(yīng)力 =ca?= =1/A ≤[ ] ()23???22)/(3)/(TWAF?212)/4(3dTF?()arctn/???????????= 176。 ()? ?uT=Ftan( )d2/2=10450tan(176。+176。)16/2=13660mm ()?2 2211/3(4/)0953(16/.5)4/???= (4/).7509=105964/()=≤785/3～5=157～ ()所以滿足要求。 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算對于長徑比較大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力 F 大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F(單位為 N)必須小于臨界載荷 Fcr(單位為 N)。則螺桿的穩(wěn)定性條件為：Ssc=Fcr/F[1]。32其中：S sc——螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)；Ss ——螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，由于該滾珠絲杠為傳導(dǎo)螺旋，所以 Ss=～4；Fcr——螺桿的臨界載荷，單位為 N；根據(jù)螺桿的柔度 [1]。此處， 為螺桿的長度系數(shù)。ils/????表 不同固定方式的長度系數(shù)端部支撐情況 長度系數(shù) ?兩端固定一端固定，一端不完全固定一端鉸支，一端不完全固定兩端不完全固定兩端鉸支一端固定，一端自由根據(jù)設(shè)計(jì)可知，長度系數(shù) 為 。?且臨界載荷 Fcr 可按歐拉公式計(jì)算，即Fcr= ()22)/(lEI??其中：E——螺桿材料的拉壓彈性模量，單位為 Mpa，E= 105Mpa ；I——螺桿危險截面的慣性矩，I= ，單位為 mm4。64/1d22/()crIl??? )()??? 266 55./79? ()130N? ()～??所以滿足要求穩(wěn)定。 絲杠副的選擇計(jì)算現(xiàn)國內(nèi)外文獻(xiàn)上對滾珠絲杠副還沒有統(tǒng)一的分類，但各國一般是按以下原則進(jìn)行分類的，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑 d0=16～100mm，導(dǎo)程33Ph=4～20mm，螺旋升角 φ＜9176。 。微型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≤12mm 的滾珠絲杠副。對于導(dǎo)程 Ph≤3mm 的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副，螺旋升角 φ＞9176。的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副。大導(dǎo)程滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥16mm，螺旋升角 17176。≥φ＞9176。或?qū)С蘢0≤Ph≤d0 的滾珠絲杠副，對于螺旋升角 φ＞17176。稱為超大導(dǎo)程滾珠 絲杠副。重型滾珠絲杠副指公稱直徑 d0≥125mm 的滾珠絲杠副。滾珠絲杠副按用途分為兩類：定位滾珠絲杠副（用于控制軸向位移）和傳動滾珠絲杠副（用于傳遞動力） 。本次設(shè)計(jì)主要是為了傳遞軸向位移，應(yīng)選用定位滾珠絲杠副。滾珠絲杠的螺母結(jié)構(gòu)有整體式和組合式。前者結(jié)構(gòu)簡單，但磨損增大時軸向間隙無法調(diào)整。后者通過調(diào)整可以補(bǔ)償磨損或消除軸向間隙。本次設(shè)計(jì)采用整體式螺母。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 整體式螺母 螺母的疲勞壽命計(jì)算滾珠絲杠副的主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕，其疲勞壽命的計(jì)算與滾動軸承類同。一般按額定動負(fù)荷或額定靜負(fù)荷選用滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格。滾珠絲杠副已有專業(yè)工廠生產(chǎn)。必須的額定動負(fù)荷 [2]： ()39。3439。??caFC?34 ()cFHLK?F——軸向載荷；——載荷系數(shù)；K——硬度影響系數(shù)；H——短行程系數(shù)；L——計(jì)算載荷；cF——額定動載荷；aC——要求的使用壽命；39。hn——螺杠的轉(zhuǎn)速。所以 ???24124N ()39。3439。?3424.?8.?根據(jù)計(jì)算求得的 選擇滾珠絲杠副的規(guī)格，該規(guī)格滾珠絲杠的 選擇39。a aC?39。滾珠絲杠副的型號為：CDM4000—3。 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺杠，故只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。如果將一圈螺紋每圈螺紋沿螺母的螺紋大徑 D(單位 mm)展開，則可看作寬度為 D 的懸臂梁。假設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為 F/n，并作用在以螺?紋中徑 D2(單位為 mm)為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面 aa 的剪切強(qiáng)度條件[2]為： ()/[]FDbu?????：a?螺 紋 牙 危 險 截 面 的 彎 曲 強(qiáng) 度 條 件 為 ()26/[]bbl??式中 b——螺紋牙根部的厚度，單位為 mm，對于梯形螺紋，b=，P 為螺距； l——彎曲力臂，單位為 mm，看參考圖 [2]可知， l=DD2/2； [ ]——螺母材料的許用切應(yīng)力，單位為 MPa；? [ ]——螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，單位為 Mpa；b? D——螺母螺紋的大徑；35 d1——螺杠的小徑。剪切強(qiáng)度條件 [2]為：=F/ 10450/()=≤[ ]=??Dbu? ?()(其中，b==；u=H/P=40/4=10 。)所以滿足要求。螺紋牙危險截面 aa 的彎曲強(qiáng)度條件 [2]為：=6Fl/ =[610450(－14)/2]/ ?uD2??=141075/3436=≤[～][ ]=785/5=157Mpa ()?所以滿足要求。 螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算在螺旋起重器螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算中，除了進(jìn)行耐磨性計(jì)算與螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算外，還要進(jìn)行螺母下端與螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算。工作時，在螺母凸緣與底座的接觸面上產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，凸緣根部受到彎曲及剪切作用。螺母下段懸置，承受拉力和螺紋牙上的摩擦力矩作用。(1) 凸緣與底座接觸表面的擠壓強(qiáng)度 [2]計(jì)算：=104504/(522322)=104504/(1680))](4/[23DFp????=41800/=≤(～)[ ]=60～112 ()b?所以滿足條件。(2) 凸緣根部的彎曲強(qiáng)度 [2]計(jì)算：=M/W=1/4F(D4D3)/[1/6 ]=(D4D3)/ a2b?23aD?D?=10450(5232)/32102=≤[ ]=40～60 ()b?所以滿足條件。 絲杠驅(qū)動電機(jī)的選擇大臂的移動是通過絲杠來傳動的。TL=Ta+Tf+To ()式中，T L—折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩()36Ta—折算到電機(jī)軸上的加速力矩()Tf—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩()To—折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩()Ta=Jr =1500/=() ()Tf =FoP103/2 =21564103/2 =() ()i????To=FamaxP( )103/2 =21564( )103/2 =()()21???式中，J r——折算到電機(jī)軸上的總慣量( )；t——系統(tǒng)時間常數(shù)(s)；nmax——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)；Fo——導(dǎo)軌摩擦力 (N)；P——絲杠螺距 (mm)；i——降速比；——傳動鏈總效率(～)。?TL=Ta+Tf+To=++= ()PL=T ()? ()60/2n??n=v/P (P—絲杠螺距，v=) ()把() ()代入()，化簡得，PL=P/n=1302W= ()故選用安川伺服電機(jī) ⅡSGMH20AAA41 ??。min/150,?額額 機(jī)械導(dǎo)軌的選擇在設(shè)計(jì)加工導(dǎo)軌時應(yīng)滿足以下的要求：導(dǎo)向精度導(dǎo)軌在空載運(yùn)動和切削條件下運(yùn)動時，都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度，保證導(dǎo)軌運(yùn)動的準(zhǔn)確度，這是保證導(dǎo)軌工作質(zhì)量的前提。影響導(dǎo)向精度的主要因素有：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度，導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度，導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的熱變形等。(1)幾何精度37直線運(yùn)動導(dǎo)軌的幾何精度一般包括：導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度（簡稱 A項(xiàng)精度） ，導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線精度（簡稱 B 項(xiàng)精度） ，兩導(dǎo)軌面間平行度也叫扭曲（簡稱 C 項(xiàng)精度） ，在 A、B 兩項(xiàng)精度中都規(guī)定了導(dǎo)軌在每米長度上的直線度和導(dǎo)軌全長的直線度，在 C 項(xiàng)精度中，規(guī)定了導(dǎo)軌在每米長度上和導(dǎo)軌全長上，兩導(dǎo)軌面間在橫向每米長度上的扭曲值。上述 A、B 、C 三項(xiàng)精度的公差，可參考有關(guān)機(jī)床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。(2)接觸精度精刨、磨削和刮研的導(dǎo)軌表面，接觸精度按 JB227878 的規(guī)定，采用著色法進(jìn)行檢查，用接觸面所占百分比或 2525(mm)面積內(nèi)的接觸點(diǎn)數(shù)來衡量。精度保持性精度保持性主要是由導(dǎo)軌的耐磨性決定的，它與導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌和材料、工藝方法以及受力情況等有關(guān)。另外，導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的殘余應(yīng)力也會使導(dǎo)軌發(fā)生蠕變而影響導(dǎo)軌的精度保持性。影響精度保持性的主要因素是磨損，提高耐磨性以保持精度是提高機(jī)床質(zhì)量的主要內(nèi)容之一，也是科學(xué)研究的一大課題。提高耐磨性的因素有很多，提高耐磨性應(yīng)從設(shè)計(jì)、工藝、材料、熱處理、使用等各方面綜合考慮。這里主要從設(shè)計(jì)角度來進(jìn)行分析。從設(shè)計(jì)的角度提高耐磨性的基本思路是：盡量爭取無磨損；在無法避免的磨損時盡量爭取少磨損、均勻磨損、以及磨損后能夠補(bǔ)償，以便提高使用期限 [2]。滿足上述要求，故選擇 HIWIN 線性導(dǎo)軌系列。 聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算 選擇聯(lián)軸器的類型根據(jù)傳遞扭矩的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。通常選擇時考慮以下幾點(diǎn)：(1) 所需傳遞的扭矩的大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。(2) 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的偏心力大小。(3) 兩軸相對位移的大小和方向。(4) 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。(5) 聯(lián)軸器的制造，安裝，維護(hù)，和成本。38在加工中心驅(qū)動系統(tǒng)中，由于要與伺服電機(jī)相連接，要保證傳動無間隙只有這樣才能準(zhǔn)確完成脈沖指令，從而不丟失脈沖，通過以上的要求綜合考慮到以上的要求，選擇單節(jié)夾緊螺絲固定式的膜片聯(lián)軸器，它具有以下特點(diǎn)：膜片彈性聯(lián)軸器，它的靈敏度高，高的扭矩剛性，零回轉(zhuǎn)間隙，順時針和逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同，不銹鋼膜片補(bǔ)償徑向，角向和軸向偏差。 [1] 聯(lián)軸器的主要參數(shù)聯(lián)軸器的型號為 LK3 系列，材料為為鋁合金，額定扭矩 85 ,最大扭矩Nm?170 ，最高轉(zhuǎn)速 6000r/min，慣性力矩 ,靜態(tài)扭矩剛性 8600Nm? 6510??2kg?，徑向偏差 ,角向偏差 ，軸向偏差 mm。/rad?.5?圖 聯(lián)軸器參數(shù)圖其中軸徑尺寸分別各為 φ30mm，φ25mm 。 聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩由于機(jī)器起動過程有動載荷，可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大扭矩作為計(jì)算扭矩 ，計(jì)算扭矩按下式進(jìn)行計(jì)算：caTTca=KAT ()式中 T 為公稱轉(zhuǎn)矩，單位為 ； 為工作情況系數(shù)。Nm?K公稱轉(zhuǎn)矩 =9550 N m ()950PTn?.??查得 KA=。由公式()得，39== m ()caATK??而該聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為 85 ，許用的最大轉(zhuǎn)速為 6000 r/min，因此該聯(lián)軸Nm?器適合。圖 聯(lián)軸器的三維視圖40結(jié)論本文是針對回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)自動粘貼膠片的任務(wù)，設(shè)計(jì)的一個 3—DOF 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手（包括 1 個移動關(guān)節(jié)，2 個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 。由于回轉(zhuǎn)殼體口徑較小，設(shè)計(jì)時要重點(diǎn)考慮到機(jī)械手的運(yùn)動范圍和如何避免對殼體與膠片的磨損。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1．對 3—DOF 平面機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，包括運(yùn)動學(xué)方程的建立，運(yùn)動學(xué)方程的正問