1463-平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)(二)

1463-平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)(二),平面,關(guān)節(jié),機(jī)械手,設(shè)計(jì) 湛江海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）書設(shè)計(jì)題目： 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) 班 級(jí)： 99 機(jī)制（5）班 學(xué)生姓名： 劉 祖 濤 指導(dǎo)教師： 李作全 職稱 副教授 設(shè)計(jì)起訖日期： 2003 年 3 月 25 日至 6 月 1 日 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 湛 江 海 洋 大 學(xué) 2003 年 6 月 1 日湛江海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名： 200 年 月 日評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)語(yǔ)教師簽名： 200 年 月 日答辯小組評(píng)語(yǔ)答辯組長(zhǎng)簽名： 200 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)： 系主任簽名：審批單位（蓋章）200 年 月 日平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 1 -本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)答辯，如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系 QQ 251133408 另專業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì)，質(zhì)量速度有保證。 設(shè)計(jì)要求一、 通過(guò)設(shè)計(jì)平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。有關(guān)資料：上下料搬運(yùn)機(jī)械手，3 個(gè)自由度，平面關(guān)節(jié)型；需要搬運(yùn)的工件：環(huán)類零件，內(nèi)孔直徑 50mm；高 150mm,厚 10mm,（只能從內(nèi)孔夾持工件） ，材料 40鋼，將工件從一條輸送線搬運(yùn)到與之平行的另一條輸送線上， （兩輸送線距離為 2.5m,高度差 0.4m） 。要求：設(shè)計(jì)方案和計(jì)算正確，敘述清楚，圖紙符合規(guī)范。翻譯一篇有關(guān)外文資料。二、 圖紙：1.機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.工作空間投影圖3.機(jī)械手傳動(dòng)原理圖4.機(jī)械手裝配圖5.零件圖三、 實(shí)習(xí)：1.本校機(jī)械實(shí)驗(yàn)室組裝各類機(jī)械手模型。2.學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)械人設(shè)計(jì)方面知識(shí)。四、 參考書：1. 《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)》 周伯英 機(jī)械工業(yè)出版社 19952. 《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)》 龔振幫 電子工業(yè)出版社 19953. 《機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》 （日）藤森洋三 機(jī)械工業(yè)出版社 19904. 《機(jī)械手圖冊(cè)》 （日）加藤一郎 上?？萍汲霭嫔?19895. 《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 （5）成大先 化學(xué)工業(yè)出版社 1999五、 進(jìn)度：平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 2 -3月 24日到 4月 25日 實(shí)習(xí)，擬訂設(shè)計(jì)方案4月 264日到 5月 3日 機(jī)械手傳動(dòng)原理圖5月 4日到 5月 17日 機(jī)械手裝配圖5月 18日到 5月 24日 零件圖5月 25日到 6月 1日 寫說(shuō)明書平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)[摘要] 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。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手 軸承 汽缸[Abstract] Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints , two slew joints control the moving of the front and back left and right . the move joints control the moving of up and down . the work room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints’ journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .Key words: manipulator axletree cylinder 第 1章 機(jī)械手總體設(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)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(lái)的一種機(jī)械裝置，開始主要用來(lái)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(lái)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。在水平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 3 -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)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。1.1 主要技術(shù)參數(shù)見表 1-1表 1-1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1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖：平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 4 -第 2章 手指設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手的手部是用來(lái)抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、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。2.1 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問(wèn)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(guò)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)能保證工件在手指內(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。2.2 零件的計(jì)算平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 5 -)(0428.102867)(286050314. 922 kgvgmGhrRV????????其中 g取 10取 G=23（N）2.3 緊力的計(jì)算：2.3.1 Gf?4f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，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 3.815.042????fN取 N=40（N）驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ??NtgP?為斜面傾角， ， 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，這里為平摩擦?o15???傳動(dòng)，查《機(jī)械零件手冊(cè)》表 2-2 這里取 0.8592.08?所以平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 6 -4.508.1450???tgP取 p=55(N)2.3.2 活塞手抓重量的估算)(2310785214.321 NghrG??????r為桿的半徑，h 為長(zhǎng)度，g 取 102.3.3 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)和精度要求較液壓底，無(wú)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 ??PF42?D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P 為工作壓力（Pa）, 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0. 65.03.??P汽缸垂直安裝，所以取 P=0.3。 )(1.24)(06.13.041.3546 mPF??????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 0.23.02.??Dmm4.6..??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 4??平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 7 -彈簧力的 F的計(jì)算)(231NG??第 3章 移動(dòng)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1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 3-1。3.2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)和精度要求較液壓底，無(wú)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：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 )(85.41075.0)21.(4.3)2( NghdG??????取 5N21??F取 80N表 3-1驅(qū)動(dòng)方式電機(jī) 驅(qū)動(dòng)比較內(nèi) 容 機(jī)械傳動(dòng)異步電機(jī)，直流電機(jī)步進(jìn)或伺服電機(jī)氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)輸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(guò)大液體壓力高，可以獲得較大的輸出力控制 速度可高，速 控制性能 控制性能好， 可高速，氣 油液壓縮性小，平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 8 -性能 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)格同步較差，慣性大，步易精確定位可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜體壓縮性大，阻力效果差，沖擊較嚴(yán)重，精確定位較困難，低速步易控制壓力流量均容易控制，可無(wú)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)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 ??PdF4)(2??D為汽缸的內(nèi)徑(m)，P 為工作壓力（Pa）, 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0. 65.03.??P汽缸垂直安裝，所以取 P=0.3。一般 ，此選 0.33.02.??Dd )(54.30)(.109.34.0138091.466 mPFD ????????平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 9 -按《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》表 13-3圓整取 40mm.一般 ，此選 0.33.02.??Ddmm14..??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 4??汽缸重量的計(jì)算 )(7.2310785.0)2.04.(13)(23 NghrRG ????????其中：R 為汽缸外徑，r 為汽缸內(nèi)徑，h 為汽缸長(zhǎng)度，g 取 10， 為汽缸材料密?度取 25N3第 4章 小臂的設(shè)計(jì)臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支撐手部和腕部，主要用來(lái)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。4.1 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)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，用工字鋼和槽鋼左支撐板，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。4.2 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。理論重 ,小臂mdhcmWy 5.4,10,72.,1.26kg/3??平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 10 -長(zhǎng)為 600mm。較核： （N）19.7306.21.大???mgG取 75N其受力如下圖:F=75+105=180（N） ).(625.93.0756.102大1 mNLGFM???????MPaPaWy ][53.9)0(72.96????按《材料力學(xué)》公式 5.11 hbQ??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 Paa60][4.015.401833 ??????? ??所以選 10號(hào)工字鋼合適。3．3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算大軸的直徑取 20mm，材料為 45號(hào)鋼。受力如下圖:驗(yàn)算：F=180N )(25.9610.221 NlMF????平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 11 -MPaarF60][95.2)10(4.3.9632 ?????????所以合適4.4 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 9-6－1（GB 297-84）選 7304E，d=20mm e=0.3kN2.7c 31.5c0?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(guò)大，產(chǎn)生永久性的過(guò)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 0PSC?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0P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 1.5.5.10??S上軸承受純徑向載荷, )(25.9610NFP??所以 )(2.173785.29600 KCS ????因此軸承合適.下軸承受徑向和軸向載荷, AYRXP00??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 13－5 查取因?yàn)? 3.0187.5962180???eR所以 0 NRAYXP.9620?所以 )(17)(.4. 0KCS?因此軸承合適平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 12 -小軸承受力很小，所以不用教核4.5 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10?設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 (16.1-13)公式:估算FdT?5.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 01.??，所以也可以用此公式估算1056.82.9170??PC所以 ).(89.2.0596.1 MNFdT???查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 表 16.1-29得 ，013??，所以也可以用此公式估算10518270??PC所以 ).(24.0.183..2 NFdT??524921 M（總 ????取 0.14.6 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(wú)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。精度驗(yàn)證: 能夠滿足精度要求，)(10)(86.7)25.1sin(600m???為了提高精度，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng) .5312?zi平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 13 -的齒數(shù)為 20， 的齒數(shù)為 70。1z2z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 02??則 )(011mzd??72)(*ha 25.1.01)(????cf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) d?兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置取 0.9—1.4,此處取 1則 mdb2011????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 5章 大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 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mdhcmWy 5.,140,.6,16.890kg/3??長(zhǎng)為 700mm。較核： （N）75.27..大??mgG取 140N其受力如圖:F=75+105+140=320（N）平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 14 -).(125.807.14).026(75).06(15大2大21 mNLGLLFM???????MPaPaWy ][4.)(.283?????按《材料力學(xué)》公式 5.11 hbQ?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 Paa60][42.015.014323??????? ??所以選 10號(hào)工字鋼合適。5.2 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:驗(yàn)算：F=320N)(201145.821 NlMF???? MPaar 60][37.6)(.3232 ?????所以合適5.3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 9-6－1（GB 297-84）選7304E，d=20mm e=0.3kN2.17c 3.5c0?軸承的校核平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 15 -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(guò)大，產(chǎn)生永久性的過(guò)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 0PSC?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0P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 1.5.5.10??S上軸承受純徑向載荷, )(2010NFP??所以 )(2.75.3.120 KCS???因此軸承合適.下軸承受徑向和軸向載荷, AYRXP00??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 13－5 查取因?yàn)? 3.0159.203???eR所以 10 NRAYXP21?所以 )(.7)(..0KCS?因此軸承合適小軸承受力很小，所以不用教核5.4 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)10?手冊(cè)》第二版 (16.1-13)公式:估算FdT?5.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 ，01.??平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 16 -，所以也可以用此公式估算1059.420??PC所以 ).(021..21..1 MNFdT????查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 表 16.1-29得 ，3?，所以也可以用此公式估算103.84270??PC所以 ).(0416.2.3.5. NFdT????74621 M（總 ????取 0.15.5 伺服系統(tǒng)的選擇因?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(wú)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。精度驗(yàn)證: )(10)(0325.18).sin(140m???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) .5312?zi的齒數(shù)為 20， 的齒數(shù)為 70。1z2z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 02??則 )(011mzd??平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 17 -)(7012mzd???*ha 25.1).()(?cf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) d?兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置取 0.9—1.4,此處取 1則 mdb2011????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 6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。6.1 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題(1) 要有足夠的剛度和穩(wěn)定性。(2) 運(yùn)動(dòng)要靈活，升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)套長(zhǎng)度不宜過(guò)短，否則可能產(chǎn)生卡死現(xiàn)象；一般要有導(dǎo)向裝置。(3)結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝修。6.2 由于此設(shè)計(jì)要求為三個(gè)自由度，所以此處無(wú)運(yùn)動(dòng)要求，只用來(lái)支承。只要?jiǎng)偠饶軡M足就行了，高度可根據(jù)自動(dòng)線的高低確定。翻譯Current driveline concepts1. Engine developments平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 18 -Gasoline and Diesel engines are the dominant drive units of today. Hybrid concepts and fuel cells have so far only conquered market niches or have not yet developed beyond the design stage.New injection technologies, such as pump nozzle and common rail, are now common for Diesel engines. This resulted in significant fuel savings and improved driving dynamics due to raised torque and performance.Presently, multi-point injection is the dominant method for gas engine concepts. Increasingly stringent emission laws, the requirements of the European Parliament and the voluntary commitment of the European automobile industry to reduce the average CO2 emission of newly registered passenger cars by 25% by the year 2008 compared to the year 1995, will require significant reductions in fleet consumption and emissions within the next few years. this will result in a diversification of drive concepts for gas engines .DI versions will share the market with displacementreduced, supercharged engines , electromechanical and mechanical valve-gear systems and their combinations .The future-oriented concepts of complete de-throttling of the gas engine by means of charge stratification or volumetric efficiency control and shifting of the load cycle into the efficiency-optimal range of the engine graph will decisively contribute to the technology of the gas engine in the coming decades .Downsizing and supercharging will significantly raise specific maximum engine torque levels in the next few years.2. Transmission types The Manual Transmission/MT and the Automatic Transmission/AT are the transmissions presently firmly established in the market . For some years the market has seen the appearance of the Automated Manual Transmission/AMT and the Continuously Variable Transmission/CVT, 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 19 -whose shares in the market are still very small.Manual transmissions are cheap , of relatively small size ,and their spur gears provide good efficiency , Consumption largely depends on the driver’s shifting style and the vehicle concept.The comfort of an automatic transmission is approached through automated shifting and cluthing . More gears snd the concomitant enhanced spacing also increase comfort . High efficiency ,favorable weight and low cost are factors that ate retained.Traction interruption , associated with automated shifting and regarded as impairing comfort , will be reduced in future AMTs by an optimized gearshift process . The powershifting double-clutch transmission with two separate transmission input shafts is part of this development . Gears are preselected in the load-free section of the transmission ,gear steps ate changed under full load through controlled trolled torque transfer from the first to the second clutch.Ats have undergone a continuous development process in recent years an have become even more comfortable ,lighter and economical . New gear set comfortable , lighter and economical .New gear set concepts and more gear steps will continue this trend . Their very high level of comfort ,how ever , is associated with a complex design and a relatively high weight and limited efficiency .Comfortable shifting with the CVT is principlerelated . Acceleration ideally follows the traction hyperbola , The initial engine speed increase fllowed by comtinuos transmission ratio variation , how ever ,is new .There is a delay between the initiation of acceleration and the following response . The hydraulically produced frictional connection in the variator , which transfers the torque to the output ,suggests increased consumption . Wide spacing , however ,lowers this 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 20 -for vehicles with manual transmissions.3. Starting componentsToday ,there basic concepts are available for shifting and starting :. the dry clutch ;. the wet clutch ;. the torque converter;The dry clutch is known for . its very good efficiency;. its good controllability;. its drag torque –free feature:. its relatively small mass moment of inertia . The very good efficiency of the normally-closed dry clutch is due to the absence of auxiliary power .Other solutions always need pressure and thus additional power in the bridged or closed condition .Wet clutch advantage are :. little mass ;. very small mass moment of inertia;. very good controllability;. high power density and great torque capacity.The wet clutch is therefore optimally suited for vehicles with small installation space and very high torque levels.Due to its function as a hydrodynamic hydraulic transmission ,the torque converter with or without slip-controlled lockup clutch and torsionalvibration damper offers .. efficiency advantages in the non-bridged condition and . and a torque translated by the hydraulic transmission as well as. over load protection 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 21 -目前的傳動(dòng)系概念1 發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是目前主要的驅(qū)動(dòng)元件，混合驅(qū)動(dòng)和燃料電池仍處于設(shè)計(jì)開發(fā)階段尚未占領(lǐng)市場(chǎng)。新型的噴射技術(shù)，如共軌泵噴射，通常被應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。它大幅度降低了油耗并由于提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和性能改善了動(dòng)態(tài)傳動(dòng)特性。目前多點(diǎn)直接噴射廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。為了滿足苛刻的排放法規(guī)，歐洲議會(huì)和歐洲汽車工業(yè)協(xié)會(huì)要求在 2008年將新注冊(cè)的轎車的 CO2排放量在 1995年水平上降低 25%，這需要在近幾年內(nèi)明顯降低車輛的能耗和排放，這導(dǎo)致了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)用傳動(dòng)系的多樣化。直接噴射系統(tǒng)將通過(guò)減少排量，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、機(jī)電一體化或機(jī)械式閥門配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)及他們的組合占領(lǐng)部分市場(chǎng)。采用分層進(jìn)氣或容積效率控制的汽油機(jī)多氣門技術(shù)和是發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效率區(qū)的負(fù)荷循環(huán)換擋概念將是全分離節(jié)氣門汽油發(fā)動(dòng)機(jī)今后幾十年的兩大主要技術(shù)。小型化和發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)在未來(lái)幾年內(nèi)將明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的水平。2 變速器類型手動(dòng)變速器（MT）和自動(dòng)變速器（AT）是目前變速器市場(chǎng)的主要產(chǎn)品，幾年前市場(chǎng)上開始出現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT）和無(wú)級(jí)變速器（CVT） ，但它們僅占有極小的市場(chǎng)份額。手動(dòng)變速器便宜，體積較小、并且圓柱齒輪組的效率很高，能耗主要取決于駕駛員的換擋技術(shù)和車輛形式。自動(dòng)變速器的舒適性體現(xiàn)在自動(dòng)換擋和離合器的自動(dòng)工作上，教多的擋位及相應(yīng)增加的間距也改善了舒適性，效率高、重量合適和成本底是該類變速器生存的要點(diǎn)。換擋時(shí)存在的牽引力中斷現(xiàn)象對(duì)舒適性有影響，將來(lái)的 AMT可通過(guò)采用優(yōu)化換擋措施減少之。有兩根對(duì)立變速器輸入軸的雙離合器動(dòng)力換擋變速器是 AMT的一個(gè)發(fā)展方向，它在變速器的無(wú)負(fù)荷部分進(jìn)行預(yù)換擋，通過(guò)控制第一和第二離合器上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)所掛擋位的加載過(guò)程。自動(dòng)變速器經(jīng)過(guò)這些年的不斷發(fā)展，已變得更舒適、更輕和更經(jīng)濟(jì)。新型的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 22 -齒輪組和更多的擋位將繼續(xù)是其發(fā)展趨勢(shì)。但是他們非常高的舒適性導(dǎo)致了復(fù)雜的設(shè)計(jì)相對(duì)較大的質(zhì)量和有限的效率。從理論上講，CVT 具有很高的換擋舒適性。其加速度與牽引力的雙曲線非常吻合。然而新問(wèn)題是發(fā)動(dòng)機(jī)起始轉(zhuǎn)速的增加與無(wú)級(jí)變速器速比變化有關(guān)。這里存在一個(gè)起始加速度和其響應(yīng)之間的滯后，將轉(zhuǎn)矩傳遞至輸出端時(shí)液力產(chǎn)生的摩擦連接會(huì)增加能耗。同時(shí)較寬的距離降低了它在手動(dòng)變速器的車輛上的應(yīng)用。3 起動(dòng)元件目前有三種不同的換擋和起動(dòng)形式：干式離合器濕式離合器變矩器干式離合器具有如下特性：非常高的效率良好的控制性能轉(zhuǎn)矩過(guò)載保護(hù)特性轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)較小常閉干式離合器的高效率是由于不需要輔助動(dòng)力的緣故。其他結(jié)構(gòu)的解決方法常常要在結(jié)合或閉合時(shí)壓力因而輔助動(dòng)力。濕式離合器的優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量小非常小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常優(yōu)秀的控制性能高的功率密度和大的傳扭能力因此濕式離合器可很好的適用于那些安裝空間小并需傳遞大傳遞大轉(zhuǎn)矩的車輛。變矩器的功能可看成一流體動(dòng)力的液力變速器，帶或不帶滑差控制鎖止離合器和扭轉(zhuǎn)減振器的變矩器具有如下功能：未結(jié)合時(shí)功效好平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)- 23 -轉(zhuǎn)矩通過(guò)液力變速器傳遞過(guò)載保護(hù)鳴謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我有很多收 獲，首先把我?guī)啄陙?lái)所學(xué)的知識(shí)做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了我 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ，獨(dú)立分析 問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也使我學(xué)會(huì)怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng) 絡(luò)查找資料和運(yùn)用 資料， 還使我學(xué)會(huì)如何與同學(xué)共同討論問(wèn)題。同時(shí)也遇到很多問(wèn)題 ，如 設(shè)計(jì)綜合考慮不夠周全。但這對(duì)我以后的工作有很大的幫助,今后我會(huì)在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。最后感 謝學(xué)校、學(xué)院各位老 師4 年來(lái)給我的教育和培養(yǎng)，特 別感謝我的導(dǎo)師給我精心的指 導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1. 《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)》 周伯英 機(jī)械工業(yè)出版社 19952. 《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)》 龔振幫 電子工業(yè)出版社 19953. 《機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》 （日）藤森洋三 機(jī)械工業(yè)出版社 19904. 《機(jī)械手圖冊(cè)》（日）加藤一郎 上?？萍汲霭嫔?19895. 《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》（5）成大先 化學(xué)工業(yè)出版社 19996. 《材料力學(xué)》 劉鴻文 高等教育出版社 19917. 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 濮良貴 紀(jì)名剛 高等教育出版社 19958. 《機(jī)械零件手冊(cè)》 周開勤 高等教育出版社 1993