自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计.docx

摘要通过整合近年来所学习的机械工程专业知识，对工业机械于各部分的结构和作用进行分析，尝试设计出一种圆柱坐标形式的数控上下料机械手。机械于可以通过对人工操作的替代，起到降低劳动力成本、提高生产率、减少加工时间以及降低工人劳动强度的作川。机械手可以通过替代人工操作来降低人工成本、减少加工时间、降低劳动强度，起到提高人类生产力的作用。本文采用三维技术设计自动机械手及央持零件，具有一定的可运用范围,部件包括直臂、手腕、手爪三部分，手爪设计为平移型夹持式手爪，采用滑动丝杆传动结构：手腕为蜗轮蜗杆的传动结构，可转动QT80°角度：直臂为滚珠丝杆的传动结构。整体机械手的坐标为直角，通过电机进行驱动，准确度很高且具有合理的结构。具体进行J'机械手的总体设计，手腕、手臂和手爪的结构设计，以及机械手传动机构、驱动系统的设计。关键词：机械手：直臂与夹持部件；CAD二维设计第1章绪论1.1 前言和意义机械手能够移动和抓取工件，被广泛适用于现代社会自动化的生产过程，是一种新式的、在机械化生产中发展起来的设备。它能够使人们以更加轻松的姿态应对繁重的工作，并尽珏避免出现在危险、不健康的工作环境中。从而起到降低劳动力成本、提高生产率、减少加工时间以及降低工人劳动强度的作用。机械手被普遍地运用到机械行业中的自动化数控机床中，它可以搬运、装卸工件，可以对零部件进行组装“由于结构非常紧凑，适应性很强，多用于规模较小的生产中，可以节约大量的设备、人力和能源“当前，我国的工业机罂入水平提高显著.但同国外发达国家相比还有很大的提升空间。例如产业化水平不高,应用规模较小。研究和开发机械手对我国自动化生产能力有若很大的影响，-因此，研究和设计机械手也具有积极的现实意义。现阶段，我国很多工厂数控机床生产线中装卸工件的工作都需要人工来完成，不仅劳动效率跟不上，工作强度更是很高。为了减少成本黄川、提高劳动效率，同现代化的生产方式相适应，以柔性制造系统代替旧工业模式，本文通过整合近年来所学习的专业知识，对机器人技术加以开发利用，设计一种装卸机械手来替代人力工作，可以使劳动效率得到有效提高，本设计有着明确的研究目标和研究方向，体现了一定的机械专业水平。1.2 工业机械手的简史现代工业机械手起源于上世纪50年代初，是一种具有多自由度动作功能的柔性自动化机械产品.机器人的研究和生产最早始于美国。1950年，世界上第一台机械手诞生于美国。它主要是在机身上放置一个较长的回转臂，并在臂的末端放置装有电磁铁的工件用来抓放机器。I960年，在此基础上，由美国机械铸造公司研制的世界上第一台数控示教再现型机器人诞生了。它采用液压驱动、采用仿制坦克炮塔进行曾俯仰和旋转，磁鼓存储装置是其控制系统。在此基础匕一些球坐标式式通用机械手逐渐发展起来。1962年，美国又诞生了款名为VerSaUan的机械手,意为操作方便。该机械手利用液压驱动,可自由摆动中心柱，可伸展、转动和提升手臂.该机械手是工业机械手的基础，体现了一定时期内发达国家的机械研究水平。上世纪70年代，美国麻省理二学院和Sima1.e公司联合研究设计了一种新型工业机械手，称为UnimaeVic-ami,其控制系统为小型电子计算机,可适用于装配流程，可以允许有小于±1亳米的误差。在制造机械手时，美国非常注重它可咏性地提升，减少成本费用并进行结构改良。Unimate公司使用了8台试验台用来测试机械手的性能.并将故隙前的平均时间大大延长，从400小时加长到1500小时，精度确定为±01充米。德国机械制造业开发机械手始于上世纪70年代，最初主要用于设备装载、焊接和起重运输，KnKa还开发了采用关节结构的点焊机械手。从上世纪60年代开始，I本从美国引进了基础机械手以后，便开始在研制道路上突飞猛进。上世纪70年代，日本从事研究机械手的研究院、大学共有50多家，费用占工业研发费的40$以上。截1上到1979年，己经累计生产了56900台机械手，占世界总产量的70K桧列世界第一，增长速度也达到50%每年。在众多使用机械手的产业中，汽车工业使用量最高，其次是电机产品。1990年，共有55万台机械臂在为多个行业服务。第二代机械手发展迅速，其控制系统是微电子计算机，具有听、触、看、甚至简单思维的能力。在机械手上安装传感器，赋予其反馈信息的功能。国外已经研究设计了这种机械手。第三代机械手将计算机和电子设备相连接，可以完整、流畅地完成各种工作任务，成为柔性制造系统FMS中的主要环节。当前，对机器手的研究随着它应用范围的不断增加也在不断提升，国际性的学术交流当前也越加活跋和广泛，促进了研究水平的进一步提高。第2章机械手直臂部分的总体设计2.1执行机构的选择(1)手部。通常是平动型或者回转型，是与工件直接接触的部分。它具行抓取工件的功能，根据被抓取物体的重量、形状、材质和尺寸的特点，有不同的结构。如吸附式、支撑式、夹钳式等。吸附型适用于重量较轻、表面平整的方形工件：夹持型主要适用于结构匆杂的圆柱形工件。仃较多的传力结构形式，例如弹簧式、丝杆螺杆式、连杆式等。(2)手腕。连接手我和手，主要对手姿势起到支撑作用，可以使机械手的运动范围更大，并更加灵活，从而适应范围更广。于腕有一定的独立性，能够上下左右和回转运动。通常腕部只需要有上下摆动和回转运动就可以在正常工作中使用。一些结构简单的机械手甚至没有腕部，手搬运工件是由手臂骤动的。目前，回转液压缸是最常见的手腕回转运动机构，它的优势在于构造灵活旦紧密：缺点是回转角度小于270。，旦密封严监，否则输出扭矩的桧定性较差，雄以保证。因此，如果要求的回转角度较大，则需要采用轮系结构或齿条传动。(3)于臂。作为机械F重要的握持机构，手臂的功能是支掾于和于腕，支持他们做空间运动。手惜运动的主要目标是将手送到运动范围内的任何位置，如果对手的方位发生变化，则是手腕来实现其运动。因此，要满足手臂运动的条件，应实现旋转、伸缩的自由度。手臂工作通常包含多种传动和舞动机构。通过分析手臂的受力情况，它有很多自身的运动，承载着手和手腕，以及工件的运动和静裁荷。因此，工作性能受到机械手灵活性、工作范围的影响.2. 2驱动机构的选择驱动机构在工业机械手的组成中有若极其重要的作用。根据不同的动力源能够分为以(1)气压传动机械手气压机械手骤动执行机构主要是通过对空气的压力进行压缩来进行的。它的优势在于便于养护、输出力大、速度快、费用低、构造简单。但由于空气的可压缩性特点，它的工作速度不稳定，抓取时的定位精度以及力度都不足。(2)液压传动机械手气压机械手驱动执行机构主要是通过油液压缩的压力来进行的)它的优势在于输出力大、速度快、传动稔定、构造简单。不足之处在于有很高的密封性要求，难以养护：同时由于液体属性的影响，只能在常温环境下工作。目泄线油时会膨响到其工作性能，因此对油液过灌的要求很高，因此费用成本高。(3)机械驱动机械手它的驱动执行机构主要是通过机械传动来进行的，是一种专用机械手，主要附属在主机上工作，优点是定位准确、动作幅度大；不足之处是保养需求高且体枳较大。(4)电气驱动机械手它的邸动执行机构主要是通过电机卵动来进行的。优势在于环保性强、易于保养、定位准确、工作行程长且操作速度快：不足之处在于技术的成熟度不高,结构更杂且成本费用较嬴作为工业机械手的揖要组成部分，驱动机构的驱动方案和仪器装置对_E业机械手的性价比起到了决定作用。本设计使用电动驱动，是根据机械手的工作条件和各种火动设备的特点来决定的，2.3传动结构的选择(D谐波齿轮传动谐波齿轮传动的优势在于具有较高的传动效率、较强的承载能力、噪声和传动误差小、准确度高、传动和定等。因此广泛应用在机器人系统中。它主要依靠可控变形波来传递动力，而这种变形波的产生是依靠柔性齿轮在齿间引发的相对错齿来进行的，不同于一般的齿轮传动。(2)螺旋传动它属于旋转传动，主要是将旋转运动和直线运动进行转换的一系列过程。它仃两种类型，机床工作台的进给丝杠属于运动传递：螺旋压力机和千斤顶属于能量传递。(3)同步带传动作为一种新型传动，它整合了普通带和链轮链条传动的共同优势.它有哂合齿轮在带面和带轮的外周，啮合传动是通过带齿和轮齿进行的。为了使带和带轮作同步的传动，并且不会产生滑动，齿形带使用的材料是不会产生变形和滑动的高强力材料，使节距不会有变化。同步带的优点是有高达98%的传动效率，准确度高且节约能源：能吸附噪音：稳定性强、养护便捷、结构紧凑：传动速度快，达到40m,因此机器人制造中使用非常广泛。不足之处是对安装技术、中心距的要求很高。（4）钢带传动它的优势在于带轮间和钢带保持布定的接触面，摩擦阻力符合标准，噪声小、运行平稳、不产生滑动、构造简单，使用期限长，驱动力强，钢带也有很高的传动效率且无端变。2.4机械手的基本形式选择根据手臂动作形态和坐标形式的不同，工业机械手可以分为以下4种：直角坐标型、圆柱坐标型、多关节型以及球坐标型机械手。图21机械手基本形式考虑到机械手的工作条件，本设计时使用了直角坐标型机械手，它的优势在于定位非常准确，构造也很紧凑，能符合设计所需要的要求。2.5机械手直臂部分的主要部件及运动机械手的组成部分有电机4个以及大部件3个。（1）手部。使用了丝杆螺母结构。在电机的作用下，手爪实现了张合；（2）腕部。在步进电机的作用下，蜗轮蜗杆使手部得以实现90°以上，180°的传动：（3）愕部。在电机的作用下，螺母通过滚珠丝杆平行移动在横曾上，同时也带动了丝杆螂母，丝杆在直留上移动，手臂的升降得以实现.图2.2机械手机臂与夹持部件总装三维图图2.3二维示意图2.6机械手的技术参数(1)用途：数控机床自动上下料(2)设计技术参数：I、抓重：600g(夹持式手部)2、自由度数：4个自由度3、坐标：直角坐标型4、横臂手臂长度:2180mm5、手博最大高度：2769.5mm6、手臂运动参数升降行程：92Omm升降速度：167mm7、手腕运动参数回转范围：0-180°3机械手手爪的三维设计第3章机械手手爪的三维设计3.1手部设计基本要求(D应当有一定的驱动力和夹紧力。并考虑在夹紧力差不多的条件下，不同的传动及适应的驱动力大小也有所不同。(2)手指的张合范围达到要求，具备的开合角度(张合的角度)范围足够)，以便于抓取工件。(3)要求在本身强度和刚度都能保证的条件下，使用高效率、轻重量且具有紧涛结构的材质，有利于手普负载的减轻“(4)应当对手爪的夹持精度进行保证。3.2典型的手部结构包括有回转型、移动哒和平面平移型。3.3机械手手爪的设计计算3.3.1选择手爪的类型及央紧装置本文是针对圆柱形物块进行抓取的机械手进行设计的.依据握持工件的不同原理，将工业机械手分为吸附和夹持两种类型。前苕适用于比较平整、且有一定面积的板状物体，同本设计不相符：因此，本设计使用夹持式机械手，按照运动方式的不同分为平移型和回转型。前者张合于爪时是依靠平行移动，它的优势在于构造非常简单，并且轴心的位置不会受到工件尺寸变化的影响，非常适合平板类材料，而且夹持误差的发生率很低。因此，本设计选择平移型手爪。运行方式为直齿轮在电机的带动下，再带动丝杠运转，使手爪形成张合，零件在被手爪抓到时，电机的运行工作也会停止，手爪自锁并帮助零件移动。丝杆电机手爪接触块图3.1二推手爪结构图3.3.2手爪夹持范围计算毛坯加工尺寸：D2O3O长度：100左右毛坯质量：约246g-555g装夹深度：约25mm纵向和横向定位精度分别为：0.Inim'Imm手爪接触块是橡胶，具有高强度、大弹力、优良电绝缘性的优点，目.耐旱耐磨、防撕裂。图3,2手爪橡胶3.3.3滑动丝杠设计设计条件：丝杠长度为145mm最大质量为UOOg。丝杠载荷：竖直时承受的轴向力最重为Fa三x=1.1.6N.G=mg（g取IONkg）.设计计算：（计算部分由小组成员张益完成，本人参与讨论）（D材料和许用应力使用单头梯形螺纹选用45钢作为螺杆材料，调制处理，。，二360WnBn2,由机械手册台表可得许用酮J,=f=12072N/mm：（3.1）许用弯曲应力。=5060N三2,取o=50N三2;许用剪应力t,=40Nnn2由机械手球查表可得许用压强P,=68Nmm2取P.=6Nmn2(2)按耐磨性计算螺杆中径.(3.2)由表中公式，<0.8采用整体螺母式，取y=1.2.=0.8J-*三1.02mm1.8×6由GB/T5796.3-1986,可选d=IOF=15c2=D2=9,D4=10.5.d3=7.5Q1.=8的中等精度和梯形螺纹。螺杆两侧有不一致的旋转方向，喉旋副标记为：TJO×21.H-7H7e.T.1.()×2-7H7e。螺母高度H=ydz=1.2x9=10.8mn,取H=IImm则螺纹圈数n=HP=11/2=6圈(3)自锁性验算由于单头螺纹，导程S=P=I511m,故螺纹升角为.-(3.3)由机械手册直表可得钢和耐磨铸铁的f=010012,JRf=O.11,可得darctanarctan'*-605G(3.4)"cos1.50cos2入卬'，故自锁可靠。(4)螺杆强度校核由机械手册查表可得，螺纹摩擦力矩,1三<.F,1.a)(X+>,)三91.6tan(3o4+6o50,)三9.1INmm(3.5)代入以下公式得对螺母的强度进行核验22=J(4-1.1.6Jt+3x(-?H-)2=0322Vw<1,.(3.6)Y3.14x7.5'0.2×7.5*'由于螺母材料的强度低，因此需要对螺母的强度进行核验。通过查机械手册表可以了解牙根宽度b=O65P=O.65x1.5=O.975mm,基本牙高H1=05P=05x1.5=075mm代入以下中的公式得11Dibn3.I4×IO5×O.975×637,3×1.1.6O.75O4Aw3.14×i5×0.975-6=O.I39<o(6)横向振动校核咐于钢制螺杆”,=123XIG=123X1(TX冲*=71.41.5min应满足转速n0.8n=57132-min(7)效率由回转运动转化为直线运动时=(0.950.99)-tanz-.(0.950.99)IanU+p')tan04,)tano4'o5)«0.292-0.304.(3.7).(3.8)(3.9).(3.10)效率取为。=0.2973.3.4直齿轮设计2；Iri齿轮参数表项目符号齿轮1.单位单位凿轮2单位几何参数:齿数Ze2035e法向模数11n1.5厘米法向压力角112皿有效齿宽beQ来齿顶高系数ha*1/而隙系独<*0盔标准中心距11.2亮米中心W'ae42七米分度19直径基M宜径dedbe3028,191亳米寇米SE=!f?5顶圆直径<1a3A亳米57根附直径di¾26.如冕米150.34齿顶高hac1.452电米42.21u齿根高金齿高hIht<,875意米1.：31.077弧F厚SB2.356急米2.9W名义转矩TC0.0531N11v0.09。名义功率Pc仪低，0.011.1.三转速rr350Onrnin1998J材服I支承形式U3；"3.3.5电机选型计算条件:空行程最长1=6Omn«.夹案时间低于1.2s设计计十:螺母平均移动的速度Vh'=6(>"21.s("Ms.(3.11)/I2c丝杠的平均特速n=33,3rs摩擦特矩Ti=f,1.=,;ta(>?÷)=9x11.6tan(3o4'+6o50')=9.1IN三(3.12)22E='ztt)=*.12XI1.6×IO=4.MTww.(3.13)T3-ONnunT4=+2+T3=9.11+4.64+O=13.75Nmm.(3.14)史42卯998=2.8895509550.(3.15).(3.16)27.1x35009550=9.93"选用转速为11o=3500min的直流电机，速比齿轮传动效率Q=0.96、滑动螺旋传动效率d/阂75总效率11=nn2=O96xO297=O29电机轴驱动转矩:T=T4Ziy=13.75/1.75/0.29=27.INmm电机轴输出功率:选用的直流电动机型号为4OZY-O23. 4机械手手爪及其主要零部件的三维出图图3.3手爪三雄图ff1.3.5电机齿轮J-I.'"H1.£：»t.->A1.图3.6齿轮箱图3.7手爪接触块连接件和纹杆螺母02口5441的的I省世乐网态飞团区44图3.8手爪装配件第4章机械手手腕部分的三维设计4.1腕部设计的基本要求(D力求结构紧凑、重量轻手臂最前面的部分是腕部，它的动载荷、静教荷是由肘部来承担的。因此.皆部的运转能力在很大程度上由腕部的结构和动力栽荷决。在对腕部进行设计时，必须尽力做到具备较轻的重量，结构也尽可能紧凑。(2)布局科学作为机械手的执行部位，脱部具仃重要的作用，主要负责支掠和连接。除了使运转方式符合要求以外，也要具有一定的刚度和强度.同时还要考虑结构，做到布局科学，使其与手部、臂部做到有效的连接。(3)考虑工作条件对于本机械手的设计，主要作用是搬运工作场中被加工过的棒料，因此环境条件较好，不存在高温、高腐蚀性等危害条件，几乎没有不良因案.4. 2腕部的结构以及选择4.2.1典型的腕部结构(D腕部结构的回转驱动具有一个自由度。它的优势在于构造灵活，便于腕部回转，总力矩为M.同时需要注意以卜.几种阻力：启动惯性：回转角小于270°,角度由静片和动片间能够回转的方位确定。(2)腕部结构由齿条活塞驱动。在回转角的角度被要求大于270°的条件下，可以使用这种腕部结构，由于体积过大，更加适合悬挂式樽部。(3)手腕结构的旋转驱动有两个自由度，因此可以允许手腕进行上下左右旋转.(4)腕部结构是机-液相结合的.4.2. 2腕部结构和胆动机构的选择本设计要求腕部结构的回转驶动具有一个自由度,即回转90°或180“。步进电机是一种可以将电脉冲信号转换为线位移或角位移的开环控制元件,电机的停止和速度位置不受负载变化的影响,是否超载仅取决于脓冲数和脉冲信号的频率.当步进驱动阳接收到.脓冲信号时，步进电机受其驶动，按设定的方向和角度转动，称为“步矩向”,它以固定的角度逐步旋转.其角位移般的控制是通过控制脓冲数进行的，可以达到精确定位的目的：同时，通过控制冲赎率来控制电机旋转的加速度，实现时速度调整的目标.因此，腕部结构的作用是帮助手爪转动，使其抓取和放置零件时更加方便和准确.操作方式是步if1.电机带动腕部旋转至90"或180',是电机完成手腕旋转功能4. 3腕部的设计计算计比条件：夹取工件电t600g左右.回转180.。4.3. 1蜗轮轴的设计计算设计计并.：(计算部分由小组成员张益完成)(1)选择轴的材料选择轴的材料为，15弱，调质处理.由机械手册表6-11查得：。，二650MPn.a,=360MPa.a_j=270MPa,t_j=I55MPa(2)初步确定最小轴径按表选取A=I1.5由机械手册得d.n2115XM).6,WM(4.D(3)轴的结构设计图4.1蜗轮轴结构图(4)键的选择与校核1、蜗轮连接健选择普通平恻8X7X20宣机械手册可得&=区垩也=必D1*./,30x3.5x12.(4.2)查机械手册可得OBF1.oOMpa所以P<PP2、轴端连接键选择普通平键5X5X20。查机械手册可得P：2T:2x7.5761.O,DikJ,I6×2.55=25,u.(13)查机械手册可得。=100MPh所以P2<C(5)轴的强度校核其条件为o=(Mw)14(aT2W)i='iM2+(aT)3V<o.(4.4)其中。a轴的计算应力,MPa;M轴所受的方矩.NmmM=QAgMp?;.(4.5)T轴所受的扭矩，NmnuW轴的抗弯截面系数，mnV；O-对称循环变应力时釉的许用弯曲应力，其值按表计算0.1456.(4.6)即。aso.=270MRu故安全。4.3.2蜗轮齿轮设计计算条件:期轮轴输出功率P=1.1.9x03kw,转速n=1.5rmin.负载转矩T1=7.576Nm.传动比i=5().工作寿命1.=2(XXX)h设计计算:I选择材料和加I：精度蜗杆选用45钢,蜗轮选用ZCUAI1.OFe3.加工精度选用7级1 .几何参数Z1.=1.z2=502 .计算蜗轮蜗杆传动效率及期杆输入转矩粗算传动效率n=(WO3.55班310(135#0)%=0.753(4.7)期轮输出转拉7；=9.55月=9.558上=7.576"m-.0.8)n15蜗杆输入转矩r=n='-=o.2ow"”-(4.9)1.i50x0.7533 .确定许用接触应力Cmf4u-H,t4fCT1.nz0.2017501e_o.(4.10)期卜HnI入功率£=一三三三I5.78h1.9.559.55滑动速度v,=6.8nVs>np=115Nmn2Zt=O.88N=60n21.,=60×15×20000=1.8×i07、Z=0.76.O=OmZtZv=115×0.88×0.76Nmn276.912Nmm2(4.12)4 .求载荷系数K动载荷系数K1.=I.1、啮合质星系数K?=0.96、小时载荷率Je=I5%、小时载荷率系数K3=O68,环境温度系数K4=1.37、工作情况系数Ks=1.O由于不带风扇，K6=I所以：K=KiK2K3K4K5K6=1.1×0.96×0.68×1.37×1.0×1=0.984.(4.13)5.计算m和q值I15150V50x76.912×0.9M×7.576=4.87三1(4.14).(4.15).(4.16).(4.17).(4.18)取mq=5mm,m=2,q=167.蜗轮齿面接触强度校核验算14783瓯14783.9847.576S才=Wq-32-t3"%接触强度足够。4.3.3步进电机选型计算条件:手腕电机载荷约为85N,蜗轮轴转速n-1.5rmin设计计算：手腕转动90°的时间约为t=1.s.期间做功W=mgh+ni2gh=1.1.9J.IfIIQ/期轮轴输出功率匕=：=Ur=I1.9×IOM涡轮轴转也7；-9.552-9.55xJ7,76、m,n15电机轴输出物P7；=三=7S76=0.20Wm-(4.ti5O×O.753电机轴输出功率8幽冬”T5.78".(4.20)9.559.55步距角取B=«i=0.018o×50=0.9o。.(4.21)静力矩TmaX=(23)Tz=(2-3)×O.2OI=(O.4O2-O.6O3)Nm.(4.22)选用永磁感应子式步进电机57BYG450C4. 4手腕部分出图及主要零部件出图ic.Si(6X凡几同业先四作昧1愈落44图4.2手腕一:雒图.<ni,fii*4Fii“wrRr*avww¾图43手腕法兰不罪：I口落弧学试e图45蜗轮图4.8蜗轮期杆箱体4U3./八9。、二、二14I<图4.9蜗轮期杆箱毁-UA*.r1.03S*X*：*>>tv«B»1.4t图4.11蜗轮轴承盖开口-d-，KC4C?J'I"B图，1.13倏入式轴承瓶开口第5章直臂部分的三维设计督部运动的主要目标是将手部送到运动范围的任何一个位置。如果对手部的方位加以变化，则由腕部来实现它的运动。因此，要满足臂部运动的条件，需要达到升降、伸缩和回转这三个条件的自由度。手愕通常由各种传动和郭动机构来实现运动。通过分析惜部的受力状况，它在工作时有很多的自身运动，承受了手部和腕部，以及工件的动、静载荷。因此，机械手的工作性能也会受到它的灵活性、工作范围以及结构的重要影响。机械手的主要握持结构是手恃，它可以支撑手部的工件和手腕，支持它们进行空间运动。手殍运动包括提升、转动和伸展三部分。本设计主要指直臂的升降。5. 1手臂的结构的选择及其驱动机构机械皆是能够伸缩的，当滚珠丝杆在被电动机进行液压、气动和躯动时，机械耨就开始进行直线运动了。我们选用的手臂结构为滚珠丝杠型，丝杠的平移和升降是在螺母的带动下进行的,通过电机进行驱动。工作时，锥齿轮由电机带动运行，而丝杠螺母作为固定点，也在带动下相对于丝杠上下运动,5.2滚珠丝杠设计（I）选取的滚珠丝杠的转动系统螺母到上固定端间距离（临界长度）1.p=!056nm螺母到下固定端间距离（临界氏度）=1（1设计后丝杠总长Ia=I28Omm最大行程I=1250mm由表得，目标行程在有效行程内的公差印07即X行程变动量V=39m由表得，任意30Omm行程内行程变动量V3(X)p=23n2弧度内行程变动量V2m=8pm丝杠精度为5级，可靠性9佻。(2)计算载荷手腕F爪部分重疥m15kgG=mg=1.5kg×IONkg=15ON(电力加速度取g=IONkg)(5.1)轴向载荷F=15ON(3)初算导程：丝杠螺母转速n=2(XX)-min,直臂移动速度V=167mw'snmn200OJmin初算导程P2vn=4.99mm,所以取P=511m(4)选工作寿命：1.=20000(5)由表得，Cm=fF(6On.1.)31.OOfaf2677.7N.(5.2)C',m=fFm=1005N式中，查机械手册得，精度系数f=09查机械手册得，可靠性系数仁1查机械手册得，载荷性质系数f=1.2查机械手册得，预加载荷系数2.7所以，Cm=2677.7N(6)静我计兑：由机械手册得，fFamax=300N,式中f=2.(5.4)选取滚珠丝杠型号：采用外循环导珠管埋入式CDM1.60539P5型，。其中do=1.6.d2=13.5.Po=5.C=11.1.kN.C=24.6kN满麻我能力要求。(5.5)(8)计克预紧力：号.YE1z-：5QN.Famax=Fm(9)d.值校验由机械手册得，donmx-16×2(XX>-32000<7(K)0C,符合要求。(IO)临界转速校核n.=107fd2/1.22=2507rmin.(5.6)式中，查机械手册得，f=21.912=11086nmn<0.8n=0.8×2507rmin=2(K)6'minUD镶杆的强度：螺杆的许用应力o,WOMPa螺杆当量应力：%-J(-)2+3(-)-4x50、)：+丸一磔)；a.3MPa<.(5.7)em:0M'f3.14x13.5-O.23.5,式中，7；=9.55=1.2aVwwn符合强度要求(系细岐计算K机械刚度的指标为刚性，而濠珠丝杠的刚性与螺杆轴有薪电要的联系。经过测试，机械强动系统的总刚性，可以将摞杆一螺帽的刚性结合在一起，成为蝶咐刚性，因此=161.8×-=I61.8×-=4.32K.=0.8×(-)10.844¾117),=617.6In2450OIC0.1x25.64.3555.3锥齿轮设计锥齿轮的主要作用是帮助两相交轴之间进行传动。两轴交角（三）的角值通常为90°是通过传动来对角色进行确定的”齿轮逐渐由大向小进行收缩.在截留徘体上的排列也在发生变化，体现在同锥齿轮相对应的“圆柱”，逐渐成为了“圆锥”形“锥齿轮有曲线齿、斜齿、直齿等几种轮齿形式。其中，斜齿和直齿锥齿的优势在于制造复杂度较低，但缺点是有很大的噪音，适用于低速传动：曲线齿的优点是噪音小、传动平缓、承载能力强等，可以用于高速传动。木节采用的传动形式为标准的90直齿惟齿轮传动。滚珠丝杠螺母图5.4稚齿轮计算条件：负我转矩T=O12（）Nm,直线锥齿轮传动比为，=%=理-15铢尚n2000轮转速Ih=3000-min,n2=2000min材料为45钢.调质处理，齿面硬度HBS=217255,齿面粗糙度RZ1.=RZ/3.2Um锥齿轮设计计竟：（计竟部分由组员张益完成本人参与数据讨论修改）1.初步计算：电机轴端齿轮转矩T1=0.120Nn载荷系数K=1.5齿数比i=1.5估算时，安全系数S=1.1.接触疲劳强度极限OH1.inF52制，因此估算时的齿轮许用接触应力«,细经MPa477R1(5.9)估算结果：412195假吗患=1，72”，“所以th=id=23.64nn考虑到丝杠需从椎齿轮2中心穿过，且所选用丝杠的公称直径d0=16三,丝杠螺母D1.=36mm.故取c2=72mm,d=48mm2几何计算齿数：取Zi=24,7=36.(5.10)大端模数：叫-心-2mm3.强度校核1) .齿根弯曲疲劳强度设计其条件为m(1.-O.50,)<1.frr其中载荷系数K=K4K.K。KYFa齿形系数Y应力校正系数R齿宽系数查机械手册得KA=I杳图得K=I.09查机械手册得Ka=1.4杳表得Kp=I.2可得YFa=2.1可得Y=1.5代人计算得KFxK_.502.1.5Am(I-O.50)2×(1.-053)24=0.562.(5.12)即。,W1.CrF380Mia故安全。2) .齿面接触疲劳强度计算其条件为名,=5Z,I-w,(I-0.5)<w其中Zg弹性影响系数查机械手册得Z,162MPM代人计算得名岛三T5"62扃瑞马28."(5.M)即oon=540MPa,故安全。计算条件：丝杠轴向工作载荷约为F=150N,丝杠移动速度v=167ms圆锥齿轮传递效率。=0.95设计计算:(5.15)丝杠工作的功率：P=Fv=150N×167=25.05.丝杠转矩7；=9.55=0.120n电机选用同步转速no=3000-min的三相异步电机，速比，n2000电机输出轴负就转矩：0.120I5x095=0.084.(5.16)电机输出轴功率心照=26395.5机械手直臂及主要零件三维图afr>二；广图5.2直臂部分传动机构三维图ioaato6尊矿口i½蓝车e马d面级49图5.3浪珠线杆螺母图5.6直臂箱体图5.7宜野箱盖结论机械手是近卜年来应用得非常广泛的一种设备，它通过对人类肢体动作的模仿，代替人们在生产中的操作工具、搬运物件的行为。其控制系统从某种意义上来讲，起着与人脑类似的指挥作用。尤其是在一些恶劣的、人类难以正常开展工作的环境中，如放射性强、危险、易爆易燃、粉尘多等环境，以及在需要重力搬运等工作条件卜.，机械手有着其独特的优势和广阔的发展前景。能够提高产品质量、劳动效率，缓解人们的工作压力，机械手在很多工业领域都发挥了它越来越重要的作用。本文的题目涉及到广泛的知识面，具有较强的综合性。重点在于通过将所学习到的理论运用到实践中，提高实践能力、培养工程思想。设计要在对机械手原有性能进行保障的前