平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)說明書

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 系 別 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 填寫日期 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì) 摘 要 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已經(jīng)成為突出主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等環(huán)節(jié)中運(yùn)用的機(jī)械手已經(jīng)越來越普遍。它可降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，其工作空間如工作空間圖，它的縱截面為矩形的回轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動(dòng)關(guān)節(jié)的行程長(zhǎng)，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體截面的大小、形狀。 工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序，軌跡或其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)

2、工件或操作工具的自動(dòng)化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置，開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化，隨著應(yīng)用范圍的不段擴(kuò)大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明它可以代替人手的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 關(guān)鍵字：機(jī)械手；軸承；氣缸 目 錄 摘 要I前言1第一章 概論2第一節(jié) 機(jī)械手簡(jiǎn)史2第二節(jié) 機(jī)械手發(fā)展概況2第三節(jié) 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)3第四節(jié) 機(jī)械手的組成、分類及型式4上部分 機(jī)械手的組成4 下部分 機(jī)械手的分類及型式4第五節(jié) 機(jī)械手的應(yīng)用及應(yīng)用誤區(qū)8 上部分 機(jī)械手的應(yīng)用8

3、下部分 機(jī)械手應(yīng)用誤區(qū)9第二章 機(jī)械手工作原理及設(shè)計(jì)思想11第三章 機(jī)械手設(shè)計(jì)12第一節(jié) 手指設(shè)計(jì)13第二節(jié) 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題13第三節(jié) 零件的設(shè)計(jì)13第四節(jié) 移動(dòng)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)16第五節(jié) 驅(qū)動(dòng)方式的比較16第六節(jié) 氣缸的設(shè)計(jì)17第四章 機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算計(jì)18第一節(jié) 小臂的設(shè)計(jì)18第二節(jié) 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題18第三節(jié) 小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)18第四節(jié) 軸的設(shè)計(jì)19第五節(jié) 軸承的選擇19第六節(jié) 軸承摩擦力矩的設(shè)計(jì)20第七節(jié) 驅(qū)動(dòng)選擇21第二部分 大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算22第一節(jié) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)22第二節(jié) 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算22第三節(jié) 軸承的選擇23第四節(jié) 軸承摩擦力矩的計(jì)算24第五節(jié) 伺服系統(tǒng)的選擇24第五章 機(jī)身

4、的設(shè)計(jì)26小結(jié)27參考文獻(xiàn)28致 謝29前言第一章 概論第一節(jié) 機(jī)械手簡(jiǎn)史進(jìn)入信息時(shí)代，科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，特別是傳統(tǒng)的機(jī)械加工_行業(yè)面臨著一場(chǎng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。它要生存要發(fā)展就必須要進(jìn)行一場(chǎng)深刻的變革。機(jī)械加工自動(dòng)化技術(shù)就越來越受到各方面的關(guān)在 機(jī)械加工中提高自動(dòng)化程度幾乎成了有識(shí)之士的共識(shí)。近幾年它 在機(jī)械加工中的應(yīng)用出現(xiàn)了日新月異的可喜局面，它將對(duì)提高注來產(chǎn)品質(zhì)量、提高工作效率、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本、減少消耗、增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距等都將起到重要的作用。機(jī)械加工自動(dòng)化是機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動(dòng)化的程度代表著該行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平和先進(jìn)的檔次。它

5、將在機(jī)械加工行業(yè)引起一場(chǎng)革命，使該行業(yè)駛?cè)肟燔嚨蓝该桶l(fā)展，因?yàn)樗辉贋槿斯げ僮鞯闹T多不便而困擾。機(jī)械加工自動(dòng)化的實(shí)質(zhì)就是利用機(jī)械裝置來代替人，來完成人的工作(勞動(dòng))。把人從繁重、單調(diào)、惡劣的環(huán)境中解放出來。它能長(zhǎng)時(shí)間、不知疲倦地按人們的意愿工作。機(jī)械加工自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)一一機(jī)械手己被人們研究了幾十年，也應(yīng)用了幾十年，并得到了飛速的發(fā)展，它己經(jīng)被應(yīng)用到人類生活的各個(gè)方面，它已經(jīng)成了人類的好朋友，伴隨它的發(fā)展，它將對(duì)人類的生產(chǎn)、生活做出更大的貢獻(xiàn)。第二節(jié) 機(jī)械手發(fā)展概況在二十世紀(jì)四十年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展己出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。五十六十年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示

6、數(shù)再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手,如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手，即屬這種類型。一九六八 一一 九七O年，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，即使第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。七十年代機(jī)械手可以說是處于技術(shù)發(fā)展階段。專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今己進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通用技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。幾

7、十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)大。國(guó)外自一九七O年以來，己召開過數(shù)次國(guó)際機(jī)械手會(huì)議(幾乎每年召開一次)。有的國(guó)家(如日本)還成立了機(jī)器人協(xié)會(huì)。對(duì)機(jī)械手的一般要求：機(jī)械上業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的主要目的，一是解決生產(chǎn)過程自動(dòng)化，二是改善勞動(dòng)條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。因此要求機(jī)械手成本低，品種多樣化，零件、部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、性能穩(wěn)定可靠。一、降低機(jī)械手的成本：為了擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍，必須降低機(jī)械手的成本。二、品種多樣化：為了適應(yīng)不同工作需要，應(yīng)使機(jī)械手的品種多樣化，用機(jī)械手代替更多的人的手工勞動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生

8、產(chǎn)過程的自動(dòng)化，特別是那此工作比較單一、重復(fù)性很大而工作條件又較差和勞動(dòng)量較大的1_種(如熱加工)，更應(yīng)該注意設(shè)計(jì)和使用各種類型的機(jī)械手。三、零件部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化：為了加速擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)盡量縮短其設(shè)計(jì)和制造的周期。這樣，就要求機(jī)械手的某種零件(如手指的指型等)、部件如手部、臂部等)系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。然后，即可根據(jù)具體工作的需要，將這些零件、部件(或相應(yīng)地增加一些其它零件部件)進(jìn)行組合，組成所需要的機(jī)械手。當(dāng)然，這樣的機(jī)械手還應(yīng)保證組合方便，一旦工作變更時(shí)，就能迅速而順利地重新組合。四、產(chǎn)品性能應(yīng)準(zhǔn)確可靠：機(jī)械手的重要技術(shù)指標(biāo)之一，就是其性能穩(wěn)定可靠為此，要求設(shè)計(jì)合理、

9、元件穩(wěn)定、制造精確。第三節(jié) 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)一、研制有更多自由度的機(jī)械手。二、研制帶有行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械手。這種機(jī)械手可以從一個(gè)工作地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)工作地點(diǎn)。三、研制能自動(dòng)編程和自動(dòng)改變程序的機(jī)械手。四、研制具有一定“感觸”和“智力”的智能機(jī)器人。這種機(jī)器人，具有各種傳感裝置，并配備有計(jì)算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計(jì)算機(jī)充當(dāng)其“大腦”，使它能“思考”、能“分析”、能“記憶”用電視攝像機(jī)、測(cè)距儀、纖維光學(xué)傳感器、導(dǎo)光管或其它光敏元件作為“眼睛”，在其視野范圍內(nèi)能“看”。用聽筒和聲敏元件等作“耳朵”能“聽”。用揚(yáng)聲器等作“嘴”能“說話”進(jìn)行“應(yīng)答”。用熱電偶和電阻應(yīng)變儀等作“觸覺”能感觸。用滾輪或雙足式

10、的行走機(jī)械作“腳”來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。這樣的智能機(jī)器人，可以山人用特殊的語臺(tái)(計(jì)算機(jī)語言甚至廠語)對(duì)其下達(dá)命令、布置任務(wù)。受令后的智能機(jī)器人， 即可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的各種條件或信息， 獨(dú)立地“分析” 和“判斷”并自編或自變程序地進(jìn)行工作;能夠自找(選擇)物件的方位， 自調(diào)握力的大小， 自找傳送路線以避開障礙物。因此，它將成為“無人化” 系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)之一。第四節(jié) 機(jī)械手的組成、分類及型式上部分 機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手部）手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有傳動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕， 以傳動(dòng)、伸屈手腕、開閉手指。機(jī)械 手 手 部的構(gòu)造系模仿人的

11、手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種，手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等， 其中以一指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般指真空吸盤或磁吸盤。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手臂）手臂有無關(guān)節(jié)手臂和有關(guān)節(jié)手臂之分。目前采用的手臂1L乎都是無關(guān)節(jié)手臂。多關(guān)節(jié)臂還處在研究階段。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確地定位。下部分 機(jī)械手的分類及型式一、 按用途分類專用機(jī)械手：專用機(jī)械手是專為一定設(shè)備服務(wù)的，簡(jiǎn)單、實(shí)用，目前在生產(chǎn)中運(yùn)用比較廣泛。它一般只能完成一、二種特定作

12、業(yè)，如用來抓取和傳送工件。它的工作程序是固定的，也可根據(jù)需要編制程序控制。以獲得多種工作程序，適應(yīng)多種作業(yè)的需要。通用機(jī)械手：通用機(jī)械手是在專用機(jī)械手的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它能對(duì)不同物件完成多種動(dòng)作，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯?。它是一種能獨(dú)立工作的自動(dòng)化裝置。它的動(dòng)作程序可以按照工作需要來改變，大都采用順序控制系統(tǒng)，如插銷板、插件板、穿孔帶、穿孔卡、凸輪轉(zhuǎn)鼓、磁芯和磁鼓等。通用機(jī)械手又分簡(jiǎn)易型、示數(shù)再現(xiàn)型和智能機(jī)械手、操縱式機(jī)械手等幾種。(1)、簡(jiǎn)易型通用機(jī)械手是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的一種，固定程序采用凸輪轉(zhuǎn)鼓:可變程序則采用插銷板或插件板進(jìn)行控制。(2)、示數(shù)再現(xiàn)型通用機(jī)械手，先由人操縱機(jī)械手完成必要的動(dòng)

13、作，由磁帶或磁鼓加以記錄存貯，然后根據(jù)存貯的信息進(jìn)行動(dòng)作。故又稱之為重復(fù)型機(jī)械手。(3)、智能機(jī)械手具有較高的判斷能力，它以光敏元件模擬人的“眼睛”，以聲敏元件模擬人的“耳朵”，以熱電偶和電阻應(yīng)變儀模擬人的“皮膚”的冷熱感覺和觸覺，以電子計(jì)算機(jī)模擬人的“大腦”。具有 “視覺”、“聽覺”、“觸覺”以及能思考的智能機(jī)械手(機(jī)械人)， 目前正處在研究試制階段，個(gè)別己達(dá)到實(shí)用階段。(4)、操縱式機(jī)械手在人的操縱之下完成多種復(fù)雜動(dòng)作，其內(nèi)容可根據(jù)需要隨時(shí)改變。操縱式機(jī)械手可以近距離直接操縱，也可以遠(yuǎn)距離操縱。其特點(diǎn)是適合于人不宜進(jìn)入的環(huán)境中工作， 如海底資源開發(fā)，護(hù)宙空間探索， 以及危險(xiǎn)的工作地區(qū)。其缺

14、點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。二、按控制型式分類1、點(diǎn)位控制型機(jī)械手：點(diǎn)位控制型機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間二個(gè)點(diǎn)之間的聯(lián)接?？刂泣c(diǎn)數(shù)越多性能越好。點(diǎn)位控制型機(jī)械手基本能滿足于各種要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕大部分機(jī)械手是點(diǎn)位控制型。2、連續(xù)軌跡控制型機(jī)械手：這種機(jī)械的運(yùn)動(dòng)軌跡是空間任意連續(xù)曲線，它能在三維空間中作極其復(fù)雜的動(dòng)作，工作性能完美，但控制部分比較復(fù)雜。三、按坐標(biāo)形式分類機(jī)械手型式較多，按手臂的坐標(biāo)型式而言，主要有四種基本型式一一直角坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。1、直角坐標(biāo)式機(jī)械手直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它的手臂可以伸縮，左右和上下移動(dòng)，按直角坐標(biāo)形

15、式X, Y, Z三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)。其工作范圍可以是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng);二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。如在 X,Y,Z 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上各具有A, B, C三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即構(gòu)成六個(gè)自由度。但在實(shí)際上很少有的。直角坐標(biāo)式機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是:1、產(chǎn)量大，節(jié)拍短，能滿足高速的要求。2、容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機(jī)械相結(jié)合。3、適于裝箱類，多工序復(fù)雜的工作，定位容易變更。4、定位精度高，可達(dá)到0.5毫米以下，載重發(fā)生變化時(shí)不會(huì)影響精度。5、易實(shí)行數(shù)控，可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機(jī)械配合使用。缺點(diǎn)是這種機(jī)械手作業(yè)范圍較小。2、圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手圓杜坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。具有直觀性好

16、，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本體占用的空間較小，而動(dòng)作范圍較大等優(yōu)點(diǎn)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手由X, Z,中三個(gè)運(yùn)動(dòng)組成。它的工作范圍可分為:一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，加一個(gè)不在直線運(yùn)動(dòng)所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作:(1)、手臂水平回轉(zhuǎn)：(2)、手臂伸縮:(3)、手臂上下:(4)、手臂回轉(zhuǎn)動(dòng)作：(5)、手爪夾緊動(dòng)作：圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的特征是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒，手臂裝在滑動(dòng)套筒上，手臂可做上下直線運(yùn)動(dòng)(Z)和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動(dòng)。據(jù)國(guó)外140種機(jī)械手的統(tǒng)計(jì)，圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手就有86種，其中76種是具有X, Y,Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)，而具有六個(gè)自由度的機(jī)械手則僅有六

17、種。3、球坐標(biāo)式機(jī)械手球坐標(biāo)式機(jī)械手是一種自由度較多，用途較廣的機(jī)械手。它是由X ,Y ,Z三個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)組成。球坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范圍包括:一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。球坐標(biāo)式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)以下八個(gè)動(dòng)作:(1)、手臂上下動(dòng)作，即俯仰動(dòng)作。(2)、手臂左右動(dòng)作，即回轉(zhuǎn)動(dòng)作。(3)、手臂前后動(dòng)作，即伸縮動(dòng)作。(4)、手腕上下彎曲。(5)、手腕左右擺動(dòng)。(6)、手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(7)、手爪夾緊動(dòng)作。(8)、機(jī)械手整體移動(dòng)。球坐標(biāo)式機(jī)械手的特征是手臂裝在樞軸上，樞軸又裝在叉形架上，能在垂直面內(nèi)作圓弧狀卜下俯仰運(yùn)動(dòng)，它的臂可以伸縮，橫向水平擺動(dòng)還可以上下擺動(dòng)，工作范圍和人手的動(dòng)

18、作類似。它的特點(diǎn)是能自動(dòng)選擇最合理的動(dòng)作線路。所以工效高。另外由于上下擺動(dòng)，它的相對(duì)體積小，而動(dòng)作范圍大。如以行程為203毫米工作氣缸為例，其手臂的上下移動(dòng)距離就能達(dá)到2450毫米，若采用圓柱坐標(biāo)式則其高度就要達(dá)到2450毫米。球坐標(biāo)式機(jī)械手作業(yè)范圍可達(dá)到9立方米，較其它型式大三至五倍。4、關(guān)節(jié)式機(jī)械手關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)型式。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適用于狹窄空間工作。關(guān)節(jié)式機(jī)械手，早在二十世紀(jì)四十年代就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用，隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用，有一定的發(fā)展前途。關(guān)節(jié)式機(jī)械手具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作機(jī)能。為具有近似人手操作的機(jī)

19、能，需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。關(guān) 節(jié) 式 機(jī)械手采用齒輪、齒條式和擺動(dòng)式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用哪一種型式， 毛要根據(jù)工件的輕重來決定。若按擺動(dòng)式扭矩來設(shè)計(jì)，則油缸將加大，而裝載油缸的機(jī)架也將隨之加大。特別是靠近關(guān)節(jié)式前端關(guān)節(jié)部分的重量對(duì)肩部影響很大。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在承受負(fù)荷的同時(shí)必須承受自重。因此， 傳動(dòng)效率很低。如需大的傳動(dòng)角， 則宜采用擺動(dòng)油缸。這次設(shè)計(jì)系機(jī)械工程學(xué)院2008年畢業(yè)設(shè)計(jì), 其目的在于：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)，獨(dú)立的分析和解決問題的能力；根據(jù)課題,充分發(fā)揮自己的想象力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學(xué)生熟悉和運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、規(guī)范、圖表等技術(shù)資料能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械制度、分析計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

20、編寫技術(shù)文件等的基本技能；為今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。第五節(jié) 機(jī)械手的應(yīng)用及應(yīng)用誤區(qū)上部分 機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手主要應(yīng)用于建造旋轉(zhuǎn)體零件,吸軸類、實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)，化方面、鑄 ,鍛 ,焊,熱處理等熱加工方面一 、建造旋轉(zhuǎn)體零件 吸軸類、盤類、 環(huán)類零件 自動(dòng)線,一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。國(guó)內(nèi)已建成的這類自動(dòng)線很多,如沈陽水泵廠的深井泵 軸承體加工自動(dòng)線 環(huán)類 、大連電機(jī)廠的 號(hào)和 號(hào)電機(jī)自動(dòng)線 軸類 、上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒坯加工 自動(dòng)線 盤類 等。加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線 ,一般采用隨行夾具傳送工件,也有個(gè)別采用了機(jī)械手,如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。二、在實(shí)現(xiàn)單機(jī) 自動(dòng)化

21、方面各類半自動(dòng)機(jī)床 包括普通機(jī)床改造的 ,有 自行 夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開機(jī)能,但仍需人工上下料 袋上機(jī)械手,可實(shí)現(xiàn)全 自動(dòng)生產(chǎn) ,一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前 ,機(jī)械手在這些方面應(yīng)用最多。上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座 圈自動(dòng)車床機(jī)械手,大連第二機(jī)床廠 的 自動(dòng)循環(huán)液壓仿形車床機(jī)械手,沈陽第三機(jī)床廠的 滾齒機(jī)機(jī)械手 ,青海第二機(jī)床廠 的滾銑花鍵軸機(jī)床機(jī)械手等等。由于這方面使用已有較成熟的經(jīng)驗(yàn) ,國(guó)內(nèi)一些機(jī)宋廠已準(zhǔn)備在這類機(jī)床產(chǎn)品出廠時(shí)就附上機(jī)械手,或?yàn)橛脩?自行安裝機(jī)械手提供條件。注塑機(jī)有加料 、合模、成型、分模等 自動(dòng)工作循環(huán) ,裝上機(jī)械手 自 動(dòng) 取料 ,可實(shí)現(xiàn)全 自動(dòng)生產(chǎn)。上海電器塑料

22、廠十五臺(tái) 克立式注塑機(jī)已全部裝上了 簡(jiǎn) 易 數(shù) 控機(jī)械手。上 海立新 電器廠 、上海無線電九廠等的注塑機(jī)也采用了機(jī)械手。沖床有 自動(dòng)上下沖壓循環(huán),裝上機(jī)械手上下料,可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn) 自 動(dòng) 化。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面 一是 噸 以上沖床用機(jī)械手的較多,如上海人民電機(jī)廠 噸龍門沖床轉(zhuǎn)子片上料機(jī)械手 尚未在生產(chǎn)中正式應(yīng)用 ,沈陽低壓開關(guān)廠噸沖床磁力起動(dòng)器殼體下料機(jī)械手 另配有上料機(jī)構(gòu) 和天津拖拉機(jī)廠 噸沖床的下料機(jī)械手等 二是用于多工位沖床,用作沖壓件工位間步進(jìn) ,如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手 生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位沖床 和天津二輕局技術(shù)研究所制作的屯和 噸多工位沖床機(jī)械手等。

23、三、鑄 、鍛 、焊、熱處理等熱加工方面在模鍛方面,國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3噸 、5噸 、10噸模鍛錘,其所配的轉(zhuǎn)底爐,用兩只機(jī)械手成一定角度布置在爐前,實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化,上海柴油機(jī)廠 ,北京內(nèi)燃機(jī)廠、洛陽拖拉機(jī)廠等己有較成熟經(jīng)驗(yàn)。機(jī)械手在熱加 工其他方面的應(yīng)用有 上海躍進(jìn)電機(jī)廠電機(jī)軸中頻熱套機(jī)械手 ,上海汽車配件廠散熱器浸錫機(jī)械手,長(zhǎng)春第一汽車廠 噸垂直分模平鍛機(jī)上下料機(jī)械手,大連工礦車輛廠鑄件清砂噴丸機(jī)械手 尚在調(diào)試中 等等?？偟膩碚f ,機(jī)械手在熱加工方面的應(yīng)用還比較少 ,在壓鑄、焊接 、電鍍 、噴漆等方面 ,還沒有應(yīng)用 ,有待進(jìn)一步發(fā)展下部分 機(jī)械手應(yīng)用誤區(qū)機(jī)械手應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)以下十個(gè)誤區(qū)

24、一低估有效載荷和慣量要求二賦予機(jī)械手的任務(wù)過重三低估了電纜管理問題四在選購(gòu)機(jī)械手系統(tǒng)前，對(duì)所有應(yīng)用因素考慮欠周五誤解精度與重復(fù)精度之間的關(guān)系六只根據(jù)控制系統(tǒng)來選購(gòu)機(jī)械手系統(tǒng)七不能接受機(jī)械手技術(shù)八忽視機(jī)械手附件選項(xiàng)或周邊設(shè)備的必要性九低估或高估機(jī)械手控制系統(tǒng)的能力十沒有考慮使用機(jī)械手技術(shù)第二章 機(jī)械手工作原理及設(shè)計(jì)思想本文設(shè)計(jì)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手，其主要包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（分別控制機(jī)械大臂和小臂旋轉(zhuǎn)以及手抓張合）和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（控制手腕伸縮），各關(guān)節(jié)均采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，在機(jī)械大臂和小臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上還裝配有增量式光電編碼器，提供半閉環(huán)控制所需的反饋信號(hào)。直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制采用自行開發(fā)的基于LM

25、629和PIC16F877構(gòu)成的多關(guān)節(jié)控制卡，并編制了能滿足運(yùn)動(dòng)控制要求的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的速度、位置以及關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制。對(duì)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置的一般要求如下：1.動(dòng)裝置的重量盡可能要輕，單位重量的輸出功率 (即功率/重量比)要高，效率也要高；2.反應(yīng)速度要快，即要求力/重量比和力矩/慣量比要大；3.動(dòng)作平滑，不產(chǎn)生沖擊；4.控制盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。?.安全可靠；6.操作和維護(hù)方便；7.對(duì)環(huán)境無污染，噪聲要??；8.經(jīng)濟(jì)上合理，尤其是要盡量減少面積。組成：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。.執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手部）手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有傳動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕

26、， 以傳動(dòng)、伸屈手腕、開閉手指。機(jī)械 手 手 部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種，手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等， 其中以一指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般指真空吸盤或磁吸盤。二執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手臂）手臂有無關(guān)節(jié)手臂和有關(guān)節(jié)手臂之分。目前采用的手臂幾乎都是無關(guān)節(jié)手臂。多關(guān)節(jié)臂還處在研究階段。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要確地定位。第三章 機(jī)械手設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序，軌跡或其他要求，實(shí)

27、現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的自動(dòng)化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置，開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化，隨著應(yīng)用范圍的不段擴(kuò)大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明它可以代替人手的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人又稱SCARA型裝配機(jī)器人，是Selective Compliance Assembly Robot Arm的縮寫，意思是具有選擇柔順性的裝配機(jī)器人手臂。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)

28、格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)零件的插接、裝配中應(yīng)用廣泛?？傮w設(shè)計(jì)的任務(wù)：包括進(jìn)行機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，確定主要工作參數(shù)，選擇驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后繪出方案草圖。主要技術(shù)參數(shù)見表3-1表3-1 平面關(guān)節(jié)機(jī)械手設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)機(jī)械手類型平面關(guān)節(jié)型抓取重量2.2Kg自由度3個(gè)（2個(gè)回轉(zhuǎn)1個(gè)移動(dòng)）大臂長(zhǎng)700mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制小臂長(zhǎng)600mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角240，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)控制移動(dòng)關(guān)節(jié)氣缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制手指氣缸驅(qū)動(dòng) 行程開關(guān)控制結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖所示： 圖1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖第一節(jié) 手指設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手的手部是用來抓持工件或工具的部件。手部抓持工

29、件的迅速、準(zhǔn)確和牢靠程度都將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。第二節(jié) 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題(1) 手指應(yīng)有足夠的夾緊力，為使手指牢靠的夾緊工件，除考慮夾持工件的重力外，還應(yīng)考慮工件在傳送過程中的動(dòng)載荷。(2) 手指應(yīng)有一定的開閉范圍。其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近工件的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。(3) 應(yīng)能保證工件在指內(nèi)準(zhǔn)確定位。(4) 結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(5) 根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性。第三節(jié) 零件的設(shè)計(jì)R為外圓半徑,r為內(nèi)圓半徑其中g(shù)取10取G=23（N）（一） 緊力的計(jì)算：根據(jù)公式： 圖2.零件f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)

30、，工件材料為40號(hào)鋼，手指為鋼材，查機(jī)械零件手冊(cè) 表2-5 f=0.15所以 取N=40（N）驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 圖3為斜面傾角，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦傳動(dòng)，查機(jī)械零件手冊(cè)表2-2 這里取 0.85所以 取p=55(N)（二） 活塞手抓重量的估算 r為桿的半徑，h為長(zhǎng)度，g取10（三） 汽缸的設(shè)計(jì) 因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對(duì)氣動(dòng)組件的材質(zhì)和精度要求較液壓低，無污染，動(dòng)作迅速反映快，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動(dòng)。汽缸內(nèi)型選擇，由于行程短，選單作用活塞汽缸，借彈簧復(fù)位。汽缸的計(jì)算氣壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)公式 13-1 D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa

31、）,為負(fù)載率，負(fù)載率與汽缸工作壓力有關(guān)，取，查液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-2 由于汽缸垂直安裝，所以取P=0.3。按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-3圓整取32mm.活塞桿直徑d的計(jì)算一般，此選0.2mm按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-4 圓整取8mm汽缸壁厚的計(jì)算按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-5查得彈簧力的F的計(jì)算 第四節(jié) 移動(dòng)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)第五節(jié) 驅(qū)動(dòng)方式的比較機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，和機(jī)械傳動(dòng)四種。一臺(tái)機(jī)械手可以只用一種驅(qū)動(dòng)，也可以用幾種方式聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，各種驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)見表3-2。表3-2驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)表比較內(nèi) 容驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械傳動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)氣壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)異步電機(jī)，直流電機(jī)步進(jìn)或伺服電機(jī)輸

32、出力矩輸出力矩較大輸出力可較大輸出力矩較小氣體壓力小，輸出力矩小，如需輸出力矩較大，結(jié)構(gòu)尺寸過大液體壓力高，可以獲得較大的輸出力控制性能速度可高，速度和加速度均由機(jī)構(gòu)控制，定位精度高，可與主機(jī)嚴(yán)格同步控制性能較差，慣性大，步易精確定位控制性能好，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜可高速，氣體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位較困難，低速步易控制油液壓縮性小，壓力流量均容易控制，可無級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制體積當(dāng)自由度多時(shí)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積液較大要油減速裝置，體積較大體積較小體積較大在輸出力相同的條件下體積小維修使用維修使用方便維修使用方便維修使用較復(fù)雜維修簡(jiǎn)單，能在高溫，粉塵等惡劣環(huán)

33、境種使用，泄漏影響小維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄漏易著火應(yīng)用范圍適用于自由度少的專用機(jī)械手，高速低速均能適用適用于抓取重量大和速度低的專用機(jī)械手可用于程序復(fù)雜和運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的小型通用機(jī)械手中小型專用通用機(jī)械手都有中小型專用通用機(jī)械手都有，特別時(shí)重型機(jī)械手多用成本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，一般工廠可以自己制造成本低成本較高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源方便，成本低液壓元件成本較高，油路也較復(fù)雜第六節(jié) 氣缸的設(shè)計(jì)因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對(duì)氣動(dòng)組件的材質(zhì)和精度要求較液壓底，無污染，動(dòng)作迅速反映快，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動(dòng)。氣缸內(nèi)型選擇：因?yàn)榛钊谐梯^長(zhǎng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以選雙作用單活塞汽

34、缸，利用壓縮空氣使活塞向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。初選活塞桿直徑d=12mm，估算其重量取5N取80N氣壓缸內(nèi)徑D的計(jì)算按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)公式 13-1 D為氣缸的內(nèi)徑(m)，P為工作壓力（Pa）,為負(fù)載率，負(fù)載率與氣缸工作壓力有關(guān)，取，查液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-2 由于汽缸垂直安裝，所以取P=0.3。一般，此選0.3按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-3圓整取40mm.一般，此選0.3mm氣缸壁厚的計(jì)算按液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)表13-5查得氣缸重量的計(jì)算其中：R為氣缸外徑，r為氣缸內(nèi)徑，h為氣缸長(zhǎng)度，g取10，為氣缸材料密度取25N第四章 機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算計(jì)第一節(jié) 小臂的設(shè)計(jì)臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件

35、，其作用是支撐手部和腕部，主要用來改變工件的位置。手部在空間的活動(dòng)范圍主要取決于臂部的運(yùn)動(dòng)形式。第二節(jié) 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題(1) 剛度要好，要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸，空心桿比實(shí)心桿剛度大的多，常用鋼管做臂部和導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼做支撐板，以保證有足夠的剛度。(2) 偏重力矩要小，偏重力矩時(shí)指臂部的總重量對(duì)其支撐或回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的力矩。(3) 重量要輕，慣量要小，為了減輕運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊，除采取緩沖外，力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，以減少慣性力。(4) 導(dǎo)向性要好。第三節(jié) 小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 把小臂的截面設(shè)計(jì)成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。 選10號(hào)工字鋼。

36、理論重,小臂長(zhǎng)為600mm。較核：（N）取75N其受力如下圖: 圖4F=75+105=180（N）按材料力學(xué)公式5.11 其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的力。所以所以選10號(hào)工字鋼合適。第四節(jié) 軸的設(shè)計(jì)大軸的直徑取20mm，材料為45號(hào)鋼。受力如下圖:圖5驗(yàn)算： F=180N 所以合適第五節(jié) 軸承的選擇因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按機(jī)械零件手冊(cè)表9-61（GB 297-84）選7304E，d=20mm e=0.3軸承的校核因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動(dòng)，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸

37、承靜載能力選擇的公式為：機(jī)械設(shè)計(jì)13-17 其中為當(dāng)量靜載荷，為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按機(jī)械設(shè)計(jì)表3-8 作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承,沖擊及不均勻載荷,此處1.5.上軸承受純徑向載荷, 所以因此軸承合適.下軸承受徑向和軸向載荷,R為徑向載荷A為軸向載荷X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按機(jī)械設(shè)計(jì)表135查取因?yàn)?所以 所以因此軸承合適 小軸承受力很小，所以不用教核第六節(jié) 軸承摩擦力矩的設(shè)計(jì)如果 （C為基本額定動(dòng)載荷，P為所受當(dāng)量動(dòng)載荷），可按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 (16.1-13)公式: 估算其中:為滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。 查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 表16.1-29

38、得，所以也可以用此公式估算所以 查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算所以 取0.1第七節(jié) 驅(qū)動(dòng)選擇因?yàn)樗栩?qū)動(dòng)力小，精度要求不很高，所以選擇控制方便，輸出轉(zhuǎn)角無長(zhǎng)期積累誤差的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的選擇：步距角要小，要滿足最大靜轉(zhuǎn)矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低不考慮矩頻特性，按機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)表2-11 BF反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表查取，選45BF005，其主要參數(shù)如下： 步矩角1.5度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩0.196N.M，質(zhì)量0.4kg,外徑45mm,長(zhǎng)度58mm,軸徑4mm, 大臂長(zhǎng)度600mm.精度驗(yàn)證:能夠滿足精度要求，為了提高精度，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)為20，的齒

39、數(shù)為70。按機(jī)械原理表8-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB1357-87）取m=1，取則齒輪寬度計(jì)算：按機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置取0.91.4,此處取1則為了防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯(cuò)位而導(dǎo)致嚙合齒寬減少，要適當(dāng)加寬，所以取24mm第二部分 大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)把大臂的截面設(shè)計(jì)成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。 選14號(hào)工字鋼。理論重,小臂長(zhǎng)為700mm。較核：（N）取140N其受力如圖: 圖6F=75+105+140=320（N）按材料力學(xué)公式5.11 其中h為工字鋼的高度，b為工字鋼的腰寬，Q為所受的

40、力。所以所以選10號(hào)工字鋼合適。第二節(jié) 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算軸的直徑取20mm，材料為45號(hào)鋼。其受力如下圖: 圖7驗(yàn)算： F=320N所以合適第三節(jié) 軸承的選擇大軸軸承的選擇：因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按機(jī)械零件手冊(cè)表9-61（GB 297-84），選7304E，d=20mm e=0.3軸承的校核因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動(dòng)，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：機(jī)械設(shè)計(jì)13-17 其中為當(dāng)量靜載荷，為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按機(jī)械設(shè)計(jì)表3-8 作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承,沖擊及不

41、均勻載荷,此處1.5.上軸承受純徑向載荷, 所以因此軸承合適.下軸承受徑向和軸向載荷, R為徑向載荷A為軸向載荷X Y分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按機(jī)械設(shè)計(jì)表135查取因?yàn)?所以 所以因此軸承合適 小軸承受力很小，所以不用教核第四節(jié) 軸承摩擦力矩的計(jì)算如果 （C為基本額定動(dòng)載荷，P為所受當(dāng)量動(dòng)載荷），可按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 (16.1-13)公式: 估算其中:為滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)，F(xiàn)為軸承載荷，d為軸承內(nèi)徑。查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算所以查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版 表16.1-29得，所以也可以用此公式估算所以 取0.1第五節(jié) 伺服系統(tǒng)的選擇因?yàn)樗栩?qū)動(dòng)力小，

42、精度要求不很高，所以選擇控制方便，輸出轉(zhuǎn)角無長(zhǎng)期積累誤差的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的選擇：步距角要小，要滿足最大靜轉(zhuǎn)矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)速低不考慮矩頻特性，按機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)表2-11 BF反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)表查取，選45BF005，其主要參數(shù)如下：步矩角1.5度，電壓27伏，最大靜轉(zhuǎn)矩0.196N.M，質(zhì)量0.4kg,外徑45mm,長(zhǎng)度58mm,軸徑4mm,大臂小臂總長(zhǎng)1400.精度驗(yàn)證:所以不能滿足精度要求,不能直接傳動(dòng),要變速機(jī)構(gòu)在此選用直齒圓柱齒輪為了提高精度，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)為20，的齒數(shù)為70。按機(jī)械原理表8-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB1357-87）取m=1，取則齒輪寬度計(jì)算：按機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7 圓柱齒輪的齒寬度系數(shù)兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置取0.91.4,此處取1則為了防止兩齒輪因裝配后軸向稍有錯(cuò)位而導(dǎo)致嚙合齒寬減少，要適當(dāng)加寬，所以取24mm 第五章 機(jī)身的設(shè)計(jì)機(jī)身是支承臂部的部件，升降，回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等都可以裝在機(jī)身上。設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題：(1) 要有足夠的剛度