電動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 1 緒論 1.1工業(yè)機(jī)械手的概述 工業(yè)機(jī)器手是一種可以搬運(yùn)物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機(jī)械裝置；由計(jì)算機(jī)控制，是無人參與的自主自動(dòng)化控制系統(tǒng)；他是可編程、具有柔性的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以允許進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系?？梢酝ㄋ椎睦斫鉃椤皺C(jī)器人是技術(shù)系統(tǒng)的一種類別，它能以其動(dòng)作復(fù)現(xiàn)人的動(dòng)作和職能；它與傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于有更大的萬能性和多目的用途，可以反復(fù)調(diào)整以執(zhí)行不同的功能?！? 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已

2、經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有130多臺噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。影響我國機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位

3、（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：日本88.0臺，德國64.0臺，法國32.2臺，英國26.9臺，美國33.8臺，意大利48.0臺。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益

4、完善。 　　上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。

5、 國內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測指部與物件的滑動(dòng)位移，來修正握力。 　　因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方

6、面的性能： 　　(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對象的重量； (3)能自動(dòng)避開障礙物； (4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測出來。 這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機(jī)械手稱之為“智能機(jī)械手”，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的工作，危險(xiǎn)的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部分，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問題尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機(jī)械手

7、工作的范圍很狹小，這是主要原因。經(jīng)濟(jì)性問題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看，不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題得到解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。 　　上料機(jī)械手和卸料機(jī)械手相對，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機(jī)鋁棒料的搬運(yùn)及高溫棒料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作用要求和載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，

8、小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的廣泛應(yīng)用。轎車半軸加工上料機(jī)械手設(shè)計(jì)在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點(diǎn)提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值。 1.2機(jī)械手的構(gòu)成與分類 1.2.1機(jī)械手的構(gòu)成 機(jī)械人

9、主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及人工智能等所組成。 (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括末端執(zhí)行器、手腕、手臂、底座等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)，一般視需要而定。 1、末端執(zhí)行器 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。 夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。 手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被

10、抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。 對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。 對于導(dǎo)磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。

11、電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。 用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式. 2、手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置. 工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)

12、相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下: 手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝 置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件 受力狀態(tài)簡單。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。 4、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī) 座上，故起支撐和連接的作用。 5、行走裝置 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安 裝滾輪、軌道等行走機(jī)

13、構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。通常一臺機(jī)械人只用一種驅(qū)動(dòng)裝置。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。 控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)

14、動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。 (四)人工智能 觸覺、視覺、聽覺、嗅覺、力覺、壓覺、接近覺、滑覺、語言識別、邏輯判斷和學(xué)習(xí)等裝置，根據(jù)機(jī)器人的智能程度決定。 1.2.2機(jī)械手的分類 工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。 （一）按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征來分 機(jī)器人的機(jī)械配置形式多種多樣，典型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征是用其坐標(biāo)特性來描述的。按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征，機(jī)器人通?？煞譃橹苯亲鴺?biāo)機(jī)器人、柱面坐標(biāo)機(jī)器人、球面坐標(biāo)機(jī)器

15、人和關(guān)節(jié)型機(jī)器人等類型。 1直角坐標(biāo)機(jī)器人。 直角坐標(biāo)機(jī)器人具有空間上相互垂直的兩根或三根直線移動(dòng)軸（見圖7－1），通過直角坐標(biāo)方向的3個(gè)獨(dú)立自由度確定其手部的空間位置，其動(dòng)作空間為一長方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，空間軌跡易于求解；但其動(dòng)作范圍相對較小，設(shè)備的空間因數(shù)較低，實(shí)現(xiàn)相同的動(dòng)作空間要求時(shí)，機(jī)體本身的體積較大。主要用于印刷電路基板的元件插入、緊固螺絲等作業(yè)。 2柱面坐標(biāo)機(jī)器人。 柱面坐標(biāo)機(jī)器人的空間位置機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動(dòng)和水平移動(dòng)軸構(gòu)成（見圖7－2），具有一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)平移自由度，其動(dòng)作空間呈圓柱形。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，但缺點(diǎn)是在機(jī)器人的動(dòng)作范圍

16、內(nèi)，必須有沿軸線前后方向的移動(dòng)空間，空間利用率較低。主要用于重物的裝卸、搬運(yùn)等作業(yè)。著名的Versatran機(jī)器人就是一種典型的柱面坐標(biāo)機(jī)器人。 3球面坐標(biāo)機(jī)器人。 其空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移3個(gè)自由度確定，動(dòng)作空間形成球面的一部分。其機(jī)械手能夠作前后伸縮移動(dòng)、在垂直平面上擺動(dòng)以及繞底座在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)。著名的Unimate就是這種類型的機(jī)器人。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小于直角坐標(biāo)和柱面坐標(biāo)機(jī)器人，但仍大于多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。 4、多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。由多個(gè)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)組合而成。這類機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動(dòng)作最接近人的動(dòng)作，對噴漆、裝配、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性

17、，應(yīng)用范圍越來越廣。不少著名的機(jī)器人都采用了這種型式，其擺動(dòng)方向主要有鉛垂方向和水平方向兩種，因此這類機(jī)器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。如美國Unimation公司20世紀(jì)70年代末推出的機(jī)器人PUMA（見圖7－4）就是一種垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，而日本山梨大學(xué)研制的機(jī)器人SCARA（見圖7－5）則是一種典型的水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人模擬了人類的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸（相當(dāng)于大臂旋轉(zhuǎn)的肩部旋轉(zhuǎn)軸）帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等構(gòu)成。手腕通常由2～3個(gè)自由度構(gòu)成。其動(dòng)作空間近似一個(gè)球體，所以也稱多關(guān)節(jié)球面機(jī)器人。其優(yōu)點(diǎn)是可以自由地實(shí)現(xiàn)三維空間

18、的各種姿勢，可以生成各種復(fù)雜形狀的軌跡。相對機(jī)器人的安裝面積．其動(dòng)作范圍很寬。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度較低，動(dòng)作的絕對位置精度磨較低。它廣泛應(yīng)用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運(yùn)、電弧焊接、噴涂、點(diǎn)焊接等作業(yè)場合．水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的二個(gè)能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，其自由度可以根據(jù)用途選擇2～4個(gè)，動(dòng)作空間為一圓柱體。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是在垂直方向上的剛性好，能方便地實(shí)現(xiàn)二維平面上的動(dòng)作，在裝配作業(yè)中得到普遍應(yīng)用。 (二)按用途分 機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: 1、專用機(jī)械手 它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對象單一

19、、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加口工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 2、通用機(jī)械手 它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。 通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以 “開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用

20、機(jī)械手屬于數(shù)控類型。 (三)按驅(qū)動(dòng)方式分 1、 液壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖

21、擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手 即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。 4、電力傳動(dòng)機(jī)械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此

22、類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (四)按控制方式分 1、點(diǎn)位控制 它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 1.3 機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展 1.3.1 工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 　　工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下

23、的一些方面： 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動(dòng)線方面 　　建造旋轉(zhuǎn)零件體（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。 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 　　(1)各類半自動(dòng)車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 　　(2)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)。 　　(3)沖床有自動(dòng)上下沖壓循環(huán)，機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動(dòng)化。 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來說，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來了經(jīng)濟(jì)效益。其特點(diǎn)： 　　(1)對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從

24、事危險(xiǎn)，有害的操作，在長時(shí)間對人體有害的場所，機(jī)械手不受影響。 　　(2)機(jī)械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動(dòng)中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 　　(3)動(dòng)作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)可避免人為操作的錯(cuò)誤。 　　(4)通用性靈活性好，特別是通用機(jī)械手，能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產(chǎn)的需要。 (5)采用機(jī)械手能明顯的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 1.3.2機(jī)器人的發(fā)展與前景 國際上第一臺工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品誕生于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)其作業(yè)能力僅限于上、下料這類簡單的工作。此后機(jī)器人進(jìn)人了一個(gè)緩慢的發(fā)展期，直到進(jìn)人20世紀(jì)80年代，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)才得到了

25、巨大的發(fā)展，成為機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)里程碑，這一時(shí)代被稱為“機(jī)器人元年”。為了滿足汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的需要，這個(gè)時(shí)期開發(fā)出的點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、噴涂機(jī)器人以及搬運(yùn)機(jī)器人等四大類型的工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品已經(jīng)成熟，并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，有利地推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展。為進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭能力，裝配機(jī)器人及柔性裝配線又相繼開發(fā)成功。 20世紀(jì)90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展?，F(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人已發(fā)展成為一個(gè)龐大的家族，并與數(shù)控（NC）、可編程、控制器（PLC）一起成為工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱和基本手段，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域之中。工業(yè)機(jī)器人技

26、術(shù)從機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、傳感系通行統(tǒng)，到可靠性、網(wǎng)絡(luò)通信功能的拓展等方面都取得了突破性的進(jìn)展。機(jī)械本體方面，通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國KUKA公司為代表的機(jī)器人公司，已將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的RV減速器及交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)方面，性能進(jìn)一步提高，已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。傳感系統(tǒng)方面，激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機(jī)器

27、人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國KUKA、REIS等公司皆推出了此類產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)通信功能的拓展，日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。另外，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外，各種

28、用于非制造業(yè)的機(jī)器人系統(tǒng)也有了長足的進(jìn)展。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的的復(fù)雜性和作業(yè)對象特殊性使得農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究難度更大，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用尚未達(dá)到商品化階段，但農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究已經(jīng)在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、農(nóng)藥噴灑、作物收獲、果蔬采摘等生產(chǎn)環(huán)節(jié)取得了一些突破性進(jìn)展。例如，日本的耕作拖拉機(jī)自動(dòng)行走系統(tǒng)、聯(lián)合收割機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)、無人駕駛農(nóng)藥噴灑機(jī)，英國的葡萄枝修剪機(jī)器人、蘑菇采摘機(jī)器人和ＶＭＳ擠牛奶機(jī)器人，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人自動(dòng)引導(dǎo)行走系統(tǒng)、蔬菜嫁接機(jī)器人，法國的水果采摘機(jī)器人，以及荷蘭開發(fā)的擠奶機(jī)器人等。 機(jī)器人技術(shù)用于海洋開發(fā)，特別是深海資源的開發(fā)，一直是的許多國家積極關(guān)注的目標(biāo)。法國、美國、俄羅

29、斯、日本、加拿大等國從20世紀(jì)70年代開始先后研制了幾百臺不同結(jié)構(gòu)形式和性能指標(biāo)的水下機(jī)器人。法國的EPAVLARD、美國的AUSS、俄羅斯的MT-88等水下機(jī)器人已用于海洋石油開采、海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)、以及大壩檢查等方面。我國在90年代中期研制的“CR-01”水下機(jī)器人在太平洋深海試驗(yàn)成功，海深達(dá) 6000m 以上，使我國在深海探測和探索方面躍居世界先進(jìn)水平。 　　近年來隨著各種智能能機(jī)器人的研究與發(fā)展，能在宇宙空間作業(yè)的所謂空間機(jī)器人就成為新的研究領(lǐng)域，并已成為空間開發(fā)的重要組成部分。美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機(jī)器人，如美國NASA的空間機(jī)器人So

30、janor等。Sojanor是一輛自主移動(dòng)車，重量為11.5kg，尺寸630~48mm，有6個(gè)車輪，它在火星上的成功應(yīng)用，引起了全球的廣泛關(guān)注。 　　服務(wù)機(jī)器人是近年來發(fā)展很快的一個(gè)領(lǐng)域，已成功地應(yīng)用于醫(yī)療、家用、娛樂等人類生活的方方面面。作為服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，醫(yī)用機(jī)器人的主要運(yùn)用在護(hù)理、康復(fù)、輔助診斷和外科手術(shù)等場合。1998年5月德、法兩國醫(yī)生成功利用機(jī)器人完成了一例心臟瓣膜修復(fù)手術(shù)，包括對病人心臟瓣膜的修整和再造。這次手術(shù)中使用的是美國直覺外科研究所研制的醫(yī)用遙控機(jī)器人系統(tǒng)。1998年6月，機(jī)器人又完成了首例閉胸冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)。機(jī)器人技術(shù)與外科技術(shù)的結(jié)合，為病人帶來福音。

31、可以預(yù)見，在21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密的伙伴。 2 總體設(shè)計(jì)方案 2.1結(jié)構(gòu)類型的要求和確定 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，包括對機(jī)器整機(jī)的設(shè)計(jì)要求和對組成零件的設(shè)計(jì)要求兩個(gè)方面，兩者相互聯(lián)系、相互影響。 (1).對機(jī)器整機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求 對機(jī)器使用功能方面的要求：實(shí)現(xiàn)預(yù)定的使用功能是機(jī)械設(shè)計(jì)的最基本的要求，好的使用性能指標(biāo)是設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。另外操作使用方便、工作安全可靠、體積小、重量輕、效率高、外形美觀、噪聲低等往往也是機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)所要求的。 對機(jī)器經(jīng)濟(jì)性的要求：機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程中，在設(shè)

32、計(jì)機(jī)器時(shí)要全面綜合的進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)為合理的功能定位、實(shí)現(xiàn)使用要求的最簡單的技術(shù)途徑和最簡單合理的結(jié)構(gòu)。 (2).對零件設(shè)計(jì)的基本要求 機(jī)械零件是組成機(jī)器的基本單元，對機(jī)器的設(shè)計(jì)要求最終都是通過零件的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)滿足的要求是從設(shè)計(jì)機(jī)器的要求中引申出來的，即也應(yīng)從保證滿足機(jī)器的使用功能要求和經(jīng)濟(jì)性要求兩方面考慮。 要求在預(yù)定的工作期限內(nèi)正?？煽康墓ぷ?，從而保證機(jī)器的各種功能的正設(shè)計(jì)簡單合理的零件結(jié)構(gòu)、合理規(guī)定零件加工的公差等級以及認(rèn)真考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性等。另外要盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的零部件。 任何一種機(jī)器都有動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)

33、裝置和工作機(jī)組成。動(dòng)力機(jī)是機(jī)器工作的能量來源，可以直接利用自然資源（也稱為一次能源）或二次能源轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，如內(nèi)燃機(jī)、氣輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)馬達(dá)、水輪機(jī)等。工作機(jī)是機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)能力，如機(jī)器人的末端執(zhí)行器就是工作機(jī)。傳動(dòng)裝置則是一種實(shí)現(xiàn)能量傳遞和兼有其它作用的裝置。 為實(shí)現(xiàn)總體機(jī)構(gòu)在空間的位置提供的6個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，根據(jù)本課題可以將其設(shè)計(jì)成以下3種方案： 1圓柱坐標(biāo)型 這種運(yùn)動(dòng)形式是通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱型。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 2直角坐

34、標(biāo)型 直角坐標(biāo)型工業(yè)四自由度的工業(yè)機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分由三個(gè)相互垂直的直線移動(dòng)組成，其工作空間圖形為長方體。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可在各坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高、結(jié)構(gòu)簡單，但機(jī)體所占空間體積大、靈活性較差。 3.球坐標(biāo)型 又稱極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)所組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其工作空間圖形為一個(gè)球形，它可以作上下俯仰運(yùn)動(dòng)并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2.2規(guī)格參數(shù) 手部負(fù)重：10kg（抓取物體的形狀為圓柱體，圓柱體半徑、高度自定，密度）

35、 自由度數(shù)：3個(gè)，沿Z軸的上下移動(dòng)，繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿X軸的伸縮 坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo) 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 伸縮行程（X）：450mm 伸縮速度（）： 升降行程（Z）：150mm 升降速度（）： 回轉(zhuǎn)范圍（）： 定位方式：閉環(huán)伺服定位 重復(fù)定位精度： 驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng) 控制方式：MGS-51單片微機(jī) 2.2總體設(shè)計(jì)方案 　使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和電動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用圓柱式坐標(biāo)。各手臂結(jié)構(gòu)選用封閉式空心截面形狀傳動(dòng)方式，選用同步帶，螺旋傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)三種傳動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)裝置采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)選用單片機(jī)的點(diǎn)位控制方式 2.4工作原理 機(jī)的輸出經(jīng)過減速器變速后，通

36、過齒輪傳動(dòng)使腰部繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度為270，大臂固定在腰部從動(dòng)輪上，并隨著腰部一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手臂的整體旋轉(zhuǎn)。 大臂的升降機(jī)構(gòu)由腰部來實(shí)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸桿使蝸輪傳動(dòng)，依靠蝸輪內(nèi)孔的螺紋帶動(dòng)絲杠升降運(yùn)動(dòng)，為防止絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，采用了由絲杠上端的花鍵與固定箱體的花鍵套組成的導(dǎo)向裝置 小臂通過一旋轉(zhuǎn)軸固定在大臂末端，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在大臂的另一端，通過同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)的角度為300。 小臂內(nèi)部安裝有一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通過扇形齒輪齒條轉(zhuǎn)化為實(shí)現(xiàn)手抓的開合 3 機(jī)械手部分計(jì)算及其分析 3.1手部計(jì)算與分析 3.1．1手部設(shè)計(jì)的基本要求 (1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊

37、力和驅(qū)動(dòng)力。 　　(2)手指應(yīng)具有一定的開閉范圍。 　　(3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。 　　(4)要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。 　　(5)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。 3..1.2夾緊力計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。 其工件質(zhì)量G=10kg，V形手指的角度2=，，摩擦系數(shù) 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為： 根據(jù)手指加持工件的方位，可得握力計(jì)算公式： 所以 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：

38、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取0.94，并取為1.5 若被抓去工件的最大加速度為時(shí) 則： 所以， 所以夾持工件時(shí)所需夾緊的驅(qū)動(dòng)力為1563N。 .3.1.3手爪的夾持誤差及分析 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖3-2，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過。手部的最終誤差取決于手部裝置加工精度和控制

39、系統(tǒng)補(bǔ)償能力。 圖3-2 夾持不同工件時(shí)的夾持誤差 圖3-2中， 為工件直徑， 工件直徑為60mm，尺寸偏差，則， ， 本設(shè)計(jì)為扇形齒條回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖3-3所示。 圖3-3扇形齒條回轉(zhuǎn)式鉗爪 若把工件軸心位置C到手爪兩支點(diǎn)連線的垂直距離CD以X表示，根據(jù)幾何關(guān)系有： 簡化為： 在設(shè)計(jì)中，希望給定的和來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長手指長度，但手指過長，使其結(jié)構(gòu)增大，另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑取為時(shí)，夾持誤差最小。此時(shí)

40、最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)值較大時(shí)），偏轉(zhuǎn)角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時(shí)，兩手爪的和邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑，以為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角，即下式： 其中， 。V型鉗的夾角 代入得出： 則 則，此時(shí)定位誤差為和中的最大值。 分別代入得： 所以，，夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。 3.2 機(jī)械手腕部計(jì)算及其分析 手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更

41、靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 機(jī)器人手腕自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計(jì)。機(jī)器人手腕自由度數(shù)愈多，各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)器人腕部的靈活性愈高，機(jī)器人對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但是，自由度的增加，也必然會(huì)使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成本也會(huì)增加，也必然會(huì)使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成本也會(huì)增加。因此手腕的自由度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來確定。在滿足作業(yè)要求的前提下，應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。一般的機(jī)器人手腕的自由度為2至3個(gè)，有的需要更多的自由度，而有的機(jī)器人手腕不需要自由度，僅憑手臂和腰部的于東就能實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。因此，要具體

42、問題具體分析，考慮機(jī)器人的多種布局，運(yùn)動(dòng)方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。 機(jī)器人腕部安裝在機(jī)器人手臂的末端，在設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕時(shí)，應(yīng)力求減少其重量和體積，結(jié)構(gòu)力求緊湊。為了減輕機(jī)器人腕部的重量，腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器采用分離傳動(dòng)。腕部驅(qū)動(dòng)器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動(dòng)，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制造。 機(jī)器人手腕要求與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于裝卸末端執(zhí)行器。機(jī)器人的手腕機(jī)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證力與運(yùn)動(dòng)的傳遞。要設(shè)有可靠的間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減少空回間隙，提高傳動(dòng)精度。手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開關(guān)，并設(shè)計(jì)硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。 因此，應(yīng)基本滿足一下要求

43、： （1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。 （3）必須考慮工作條件 對于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。 3.3手臂結(jié)

44、構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動(dòng)作，機(jī)械手臂性能要求： 功能性的要求 機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。 適應(yīng)性的要求 為便于調(diào)整，適應(yīng)工件大小不同的要求，起止位置要方便調(diào)整，要求設(shè)置可調(diào)式定位機(jī)構(gòu)。為了控制慣性力，減少運(yùn)動(dòng)沖擊，動(dòng)力的大小要能與負(fù)載大小相適應(yīng)，如步進(jìn)電機(jī)通過程序設(shè)計(jì)改變運(yùn)動(dòng)速度，力矩電機(jī)通過調(diào)整工作電壓，改變堵力矩的大小，達(dá)到工作平穩(wěn)、動(dòng)作快捷、定位準(zhǔn)確的要求。 可靠性的要求 可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使

45、用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。 工業(yè)機(jī)械手可自動(dòng)完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行可靠性分析。 壽命的要求 產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時(shí)因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無需大修的連續(xù)工作期限。設(shè)計(jì)中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤滑措施、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。因各零部件難以設(shè)計(jì)成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。 經(jīng)濟(jì)的要求 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性和使用的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的制造成本構(gòu)成中材料費(fèi)、加工費(fèi)占有很大的比重，設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注意。將機(jī)械設(shè)計(jì)課程中學(xué)到的基本設(shè)計(jì)思想貫穿到設(shè)計(jì)中。 人

46、機(jī)工程學(xué)的要求 人機(jī)工程學(xué)也稱為技術(shù)美學(xué)，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護(hù)保養(yǎng)容易等。本設(shè)計(jì)中要充分考慮外形設(shè)計(jì)，各調(diào)整環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要方便人體接近，方便工具的使用。 安全保護(hù)和自動(dòng)報(bào)警的要求 按規(guī)范要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設(shè)計(jì)都必須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計(jì)中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報(bào)警裝置。 機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)要求： 應(yīng)盡可能使機(jī)器人手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)器人的控制。 機(jī)器人

47、手臂的機(jī)構(gòu)尺寸應(yīng)滿足機(jī)器人工作空間的要求。工作空間的形狀和大小與機(jī)器人手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系。但機(jī)器人手臂末端工作空間并沒有考慮機(jī)器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機(jī)器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實(shí)現(xiàn)的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。 為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度與控制精度，應(yīng)保證機(jī)器人手臂有足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。力求選用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，通常選用高強(qiáng)度的鋁合金制造機(jī)器人的手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復(fù)合材料制造機(jī)器人手臂。碳纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度高，抗震性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈?dāng)于剛的1/4，相當(dāng)于鋁合金

48、的2/3），但是，其價(jià)格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及其制造復(fù)雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故未能在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用。目前比較有效的辦法是用有限元法進(jìn)行機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證所需要強(qiáng)度與剛度的情況下，減輕機(jī)器人手臂的重量。 機(jī)器人各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減少機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。因此各關(guān)節(jié)都應(yīng)有工作可靠、便于調(diào)整的軸承間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。 機(jī)器人的手臂相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸盡可能在重量上平衡，這對減小電機(jī)負(fù)載和提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度是非常有利的。在設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂時(shí)，應(yīng)盡可能利用機(jī)器人在安裝的機(jī)電元器件與裝置的重量來減小機(jī)器人手臂的不平衡，必要時(shí)還要涉及平衡機(jī)構(gòu)來平衡手臂參與的不平

49、衡重量 機(jī)器人手臂在結(jié)構(gòu)上要考慮各關(guān)節(jié)的限位開關(guān)和具有一定緩沖能力的機(jī)械限位塊，以及驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它元件的安裝。 3.3.1設(shè)計(jì)參數(shù) 伸縮長度：450mm 單方向伸縮時(shí)間：1.5～2.5S； 定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于； 前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊； 3.3.2手臂伸縮的尺寸設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮采用煙臺氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，參看此公司生產(chǎn)的各種型號的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，綜合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，尺寸系列初選內(nèi)徑為。 尺寸校核 在校核尺寸時(shí)，只需校核內(nèi)徑=63mm，半徑R=31.5mm的尺寸滿足使用要求即可，設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng)P=0.4MPa。 則驅(qū)動(dòng)力：

50、 測定手腕質(zhì)量為50kg，設(shè)計(jì)加速度 則慣性力為： 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)k=0.2， 所以，總受力 由于，所以標(biāo)準(zhǔn)CTA的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。 導(dǎo)向裝置 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。

51、 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 平衡裝置 在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力平衡力矩平衡狀態(tài)，減少手爪一側(cè)重力矩對性能的影響，故在手臂的伸縮一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 3.3.3手臂升降的尺寸設(shè)計(jì)及校核 尺寸設(shè)計(jì) 運(yùn)行長度設(shè)計(jì)為，內(nèi)徑為，半徑，運(yùn)行速度，加速時(shí)間，壓強(qiáng)，則驅(qū)動(dòng)力為： 尺寸校核 測定手腕質(zhì)量為80kg，則重力：

52、 設(shè)計(jì)加速度，則慣性力： 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)k=0.1， 所以，總受力 所以，設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。 3.3.4手臂的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 長度設(shè)計(jì)為，內(nèi)徑為，半徑，軸頸，半徑，運(yùn)行角速度，加速度時(shí)間，壓強(qiáng)， 則力矩： 尺寸校核 測定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量，分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度分布在一個(gè)半徑r=200mm的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù)k=0.2，

53、 M摩 = 總驅(qū)動(dòng)力矩： M驅(qū) = M摩 + M驅(qū) 所以，設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。 3.4腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的腰座，就是圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，球坐標(biāo)機(jī)器人及關(guān)節(jié)型機(jī)器人的回轉(zhuǎn)基座。它是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分全部安裝在腰座傷，它承受了機(jī)器人的全部重量。在設(shè)計(jì)機(jī)器人腰座結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意以下設(shè)計(jì)原則： 腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性。 腰座要承受機(jī)器人全部的重量和載荷

54、，因此機(jī)器人的基座和腰部軸及軸承的結(jié)構(gòu)及軸承的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力。 機(jī)器人的腰座是機(jī)器人的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度與剛度的保證。 腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器（電動(dòng)、液壓及氣動(dòng)） 及減速器。驅(qū)動(dòng)裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動(dòng)器。 腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。腰部與機(jī)器人手臂的聯(lián)結(jié)要有可靠的定位基準(zhǔn)面，以保證各關(guān)節(jié)的相互位置精度。要設(shè)有調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來調(diào)整腰部軸承間隙及減速器的傳動(dòng)間隙。 6. 為了減輕機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部分的慣量，提高機(jī)器人的控制精度，一般腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部

55、分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動(dòng)的基座是用鑄鐵或者鑄鋼材料制成。 3.5 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 1．選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù) 1)按照所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用齒輪齒條傳動(dòng)。 2）磁吸式機(jī)械手為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88） 3）材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10—1選擇小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，齒條材料45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 4）閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，小齒輪的齒數(shù) =20-40,所以選擇小齒輪的齒數(shù) =24。 2.按齒面接觸強(qiáng)

56、度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》計(jì)算公式（10—9a）進(jìn)行試算，即 定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) =1.3 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表10—7選取齒寬系數(shù)=1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表10—6查得材料得彈性影響系數(shù)=189.8 (5) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中圖10—21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600MPa；齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550MPa； (6) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式10—13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) = (7)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中圖10—19查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.9; =2.5 (8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力

57、 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式（10—12）得 計(jì)算 試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值 因?yàn)辇X條的接觸疲勞壽命系數(shù)較大，所以較大，所以小齒輪的較小 所以代入小齒輪的值 mm=65.396mm 計(jì)算圓周速度v v==m/s=3.29m/s 計(jì)算齒寬b b= .=165.396mm=65.396mm 計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) =/=65.396/24 mm=2.725 mm 齒高 h=2.25

58、=2.252.725㎜=6.13mm b/h=65.396/6.13=10.67 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=3.29m/s,7級精度，由圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)=1.12 直齒輪，假設(shè)<100N/mm。由表10—3查得==1.2 ； 由表10—2查得使用系數(shù)=1； 由表10—4查得7級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時(shí)， =1.12+0.18(1+0.6)+0.23b 將數(shù)據(jù)代入后得 =1.12+0.18(1+0.6)1+0.2365.396=1.423 由b/h=10.67, =1.423查圖10—13得=1.35；故載荷系數(shù)

59、 K==11.121.21.423=1.913 (6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10—10a）得 ==65.396mm=74.38mm （7）計(jì)算模數(shù)m m=/ =74.38/24㎜=3.1㎜ 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式（10—5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 由圖10—20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa； 由圖查得彎

60、曲疲勞壽命系數(shù)=0.85; =2.5 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式（10—12）得 MPa=303.57MPa MPa=678.57MPa （4）計(jì)算載荷系數(shù)K K==11.121.21.35=1.814 (5) 查取齒形系數(shù) 由表10—5查得=2.65; =2.06 (6) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表10—5可查得=1.58; =1.97 計(jì)算小齒輪，齒條的并加以比較 =0.01379 =0.00598

61、 小齒輪的數(shù)值大。 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 mm=2.052mm 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.052并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5㎜，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4.幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度

62、圓直徑 =302.5㎜=75㎜ 2)計(jì)算齒輪寬度 b==175㎜=75㎜ 取=75㎜, =80㎜。 5. 驗(yàn)算 N=2652.8N N/mm =35.37N/mm<100N/mm,合適。 3.6.鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算 鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件,通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩,有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。平鍵是其中的一種。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性好的優(yōu)點(diǎn)。而普通圓頭平鍵在鍵槽中軸向固定良好。 選擇齒輪與軸連接所用的鍵。 在此次設(shè)計(jì)的裝置

63、中，直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個(gè)支承點(diǎn)間，齒輪和軸的材料都是鍛鋼，用鍵構(gòu)成靜聯(lián)接。裝齒輪處的軸徑d=56mm，齒輪輪轂寬度為80㎜，載荷為輕微沖擊。 1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 此齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)d=56mm從表6—1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=16㎜，高度h=10㎜。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=70㎜（比輪轂寬度小些）。 2. 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵，軸，輪轂的材料都是鋼，由表6—2查得許用擠壓應(yīng)力=100-120MPa，取其平均值，=110MPa。鍵的工作長度l=L-b=70㎜－

64、16㎜=54㎜，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.510㎜=5㎜。 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的額定功率=11Kw,=0.909，=1500r/min,i=1.5625 所以軸上的輸入功率P==11Kw0.909=10Kw 軸的轉(zhuǎn)速 n=(1500/1.5625)r/min=960r/min 所以軸上的轉(zhuǎn)矩T=9550P/n=(955010960)Nm=99.48Nm 由式(6—1)可得 =(299.481000)(55456)=13.16MPa< =110MPa（合適） 鍵的標(biāo)記為： 鍵1610 GB/T 1096

65、—1979 選擇從動(dòng)V帶輪與軸連接所用的鍵。 從動(dòng)V帶輪的材料為鑄鐵，軸的材料是鍛鋼，用鍵構(gòu)成靜聯(lián)接。從動(dòng)V帶輪的軸徑d=35mm，V帶輪輪轂寬度為100㎜，載荷為輕微沖擊。 1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 此從動(dòng)V帶輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)d=35mm從表6—1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10㎜，高度h=8㎜。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90㎜（比輪轂寬度小些）。 2. 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵，軸的材料都是鋼，輪轂的材料為鑄鐵，由表6—2查得許用擠壓應(yīng)力=50-60MPa，取其平均值，==55MPa。

66、鍵的工作長度l=L-b=90㎜－10㎜=80㎜，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.58㎜=4㎜。 由式(6—1)可得 =(299.481000)(48035)=17.76MPa< =55MPa（合適） 鍵的標(biāo)記為： 鍵108 GB/T 1096—1979 選擇主動(dòng)V帶輪與電動(dòng)機(jī)主軸連接所用的鍵。 主動(dòng)V帶輪的材料為鑄鐵，軸的材料是鍛鋼，用鍵構(gòu)成靜聯(lián)接。主動(dòng)V帶輪的軸徑d=42mm，V帶輪輪轂寬度為100㎜，載荷為輕微沖擊。 1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 此主動(dòng)V帶輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據(jù)d=42mm從表6—1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=12㎜，高度h=8㎜。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90㎜（比輪轂寬度小些）。 2. 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵，軸的材料都是鋼，輪轂的材料為鑄鐵，由表6—2查得許用擠壓應(yīng)力=50-60MPa，取其