設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、 通過設(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，分析問題和解決問題的能力。
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。
二、 圖紙：
1.機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡圖
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。
五、 進(jìn)度：
3月20日到4月21日 實(shí)習(xí)，擬訂設(shè)計(jì)方案
4月22日到5月12日 機(jī)械手傳動(dòng)原理圖
4月13日到5月5日 機(jī)械手裝配圖
5月6日到5月15日 零件圖
5月16日到5月24日 寫說明書
目 錄
設(shè)計(jì)任務(wù)書 ……………………………………………………………………………1
引 言 ………………………………………………………………………………2第1章 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) …………………………………………………………4
1.1 主要技術(shù)參數(shù)見表1-1 ……………………………………………………… 6
1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖 …………………………………………………………………6 第2章 手指設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………7
2.1 設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題 ………………………………………………………… 7
2.2 零件的計(jì)算 ………………………………………………………………… 8
2.3 手指抓緊力的計(jì)算 ………………………………………………………………8
2.3.1 活塞手抓重量的估算 ………………………………………………………9
2.3.2 汽缸的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………10
第3章 移動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 10
3.1驅(qū)動(dòng)方式的比較 ……………………………………………………………… 10
3.2汽缸的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 11
第4章 小臂設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 13
4.1 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題 …………………………………………………………… 13
4.2 小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………… 14
4.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………… 14
4.4 軸承的選擇 ……………………………………………………………………15
4.5 軸承摩擦力矩的計(jì)算 …………………………………………………………16
4.6 驅(qū)動(dòng)選擇 …………………………………………………………………… 16 第5章 大臂設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 17
5.1 大臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………18
5.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………………… 18
5.3軸承的選擇 …………………………………………………………………… 19
5.4 軸承摩擦力矩的計(jì)算 ………………………………………………………… 20
5.5 伺服系統(tǒng)的選擇 ……………………………………………………………… 21
第6章 機(jī)身設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 22
6.1 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題 …………………………………………………………… 22
6.2 三個(gè)自由度 …………………………………………………………………… 22
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… 23
鳴 謝 ………………………………………………………………………………24
平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)
引 言
平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械手類型之一，既可以用于實(shí)際生產(chǎn)，又可以用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究。用于實(shí)際生產(chǎn)，它能夠滿足裝配作業(yè)內(nèi)容改變頻繁的要求；用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，它能夠使人直觀地了解機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成、動(dòng)作原理等，所以開發(fā)設(shè)計(jì)和研究平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手具有最廣泛的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。其中比較突出的LM629是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可編程全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制芯片，它具有32位的位置、速度和加速度寄存器，內(nèi)置PID算法，其參數(shù)可以修改；支持實(shí)時(shí)讀取和設(shè)定速度、加速度以及位置等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，內(nèi)置的梯形圖發(fā)生器能夠自動(dòng)生成速度曲線，平穩(wěn)地加速、減速；支持增量式光電碼盤的4倍頻輸入；芯片的主頻為6MHz和8MHz。
一 機(jī)械手結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手的實(shí)物照片如圖1所示，其主要包括兩個(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），圖2為機(jī)械手簡化模型。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。直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制采用自行開發(fā)的基于LM629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)對機(jī)械手的速度、位置以及3關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)控制。由于機(jī)械手3個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的控制系統(tǒng)基本類似，因此在下文中，筆者將以單個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)為例向讀者介紹平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。
圖1機(jī)械手實(shí)物照片
注：1—機(jī)身；2—大臂電機(jī)；3—光電編碼器；4—大臂；5—
小臂電機(jī)6—同步帶；7—光電編碼器；8—小臂；9—手腕升降
電機(jī)；10—手抓電機(jī)；11—手抓。
圖2機(jī)械手簡化模型
二 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1控制系統(tǒng)的工作原理
基于LM629芯片和PIC16F877單片機(jī)構(gòu)成的單個(gè)關(guān)節(jié)直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示。
圖3控制系統(tǒng)原理圖
運(yùn)動(dòng)芯片LM629通過8位數(shù)據(jù)線和6根控制線與單片機(jī)PIC16F877的I/O口相連。單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線向LM629發(fā)送位置或速度命令、設(shè)定PID調(diào)節(jié)參數(shù)，并從LM629中讀取速度、加速度等數(shù)值。LM629輸出的脈寬調(diào)制幅度信號和方向信號直接驅(qū)動(dòng)L298N，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。增量式光電編碼器提供半閉環(huán)控制所需的反饋信號(A、B、IN),梯形圖發(fā)生器計(jì)算出位置或速度模式下所需控制的運(yùn)動(dòng)軌跡。PIC16F877為LM629提供加速度、速度和目標(biāo)位置量,在每個(gè)采樣周期用這些值來計(jì)算出新的命令和位置給定值,將其作為指令值。由增量式光電編碼器檢測電機(jī)的實(shí)際位置,其輸出信號經(jīng)過LM629四倍頻后進(jìn)行解碼,形成位置反饋值。指令值與反饋值的差值作為數(shù)字PID校正環(huán)節(jié)的輸入。通過數(shù)字調(diào)節(jié)器PID計(jì)算，LM629輸出脈寬調(diào)制信號PWMM和方向信號PWMS用于控制功率芯片L298N,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到指定的位置。LM629在進(jìn)行位置控制的同時(shí)，還對速度進(jìn)行控制。LM629在接受到主機(jī)送來的位置信號后，按梯形圖生成加速、勻速、減速的速度曲線，曲線與坐標(biāo)橫軸所包圍的面積就是指定的位置。PID算法中的比例、積分和微分系數(shù)有時(shí)需要進(jìn)行修改，因此將它們存儲在單片機(jī)的E2PROM中。單片機(jī)和PC機(jī)通過無線發(fā)射和接收模塊進(jìn)行串行通信。
平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手設(shè)計(jì)
班級 學(xué)號： 姓名：
指導(dǎo)教師
[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，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。
總體設(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：
圖3.工作空間圖
第2章 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。
圖4.機(jī)構(gòu)簡圖
2.2 零件的計(jì)算
其中g(shù)取10
取G=23（N） （環(huán)型零件圖）
2.3 手指抓緊力的計(jì)算：
f為手指與工件的靜摩擦系數(shù)，工件材料為40號鋼，手指為鋼材，查《機(jī)械零件手冊》 表2-5 f=0.15
所以
取N=40（N）
驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
（抓取零件圖）
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》表2-2 這里取 0.85
所以
取p=55(N)
2.3.1活塞手抓重量的估算
r為桿的半徑，h為長度，g取10
2.3.2 汽缸的設(shè)計(jì)
因?yàn)闅鈮汗ぷ鲏毫^低，對氣動(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）,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0.2
mm
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)簡單，使用安全。而且此處作用力不大，所以選氣壓傳動(dòng)。
汽缸類型選擇：因?yàn)榛钊谐梯^長，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
取5N
取80N
表3-1
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
要有減速裝置，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
維修簡單，能在高溫，粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄漏影響小
維修方便，液體對溫度變化敏感，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
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0.3
mm
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
汽缸重量的計(jì)算
其中：R為汽缸外徑，r為汽缸內(nèi)徑，h為汽缸長度，g取10，為汽缸材料密 度，取25N
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。
圖5.機(jī)械手傳動(dòng)原理
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號工字鋼。理論重,小臂長為600mm。
較核：（N）
取75N
其受力如下圖:
F=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號工字鋼合適。
4.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
大軸的直徑取20mm，材料為45號鋼。
受力如下圖:
驗(yàn)算：
F=180N
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》表9-6－1（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13－5查取
因?yàn)?
所以
所以
因此軸承合適
小軸承受力很小，所以不用校核
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)械設(shè)計(jì)手冊》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》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》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
取0.1
4.6 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)角無長期積累誤差的步進(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,長度58mm,軸徑4mm。
精度驗(yàn)證:能夠滿足精度要求，
為了提高精度，采用一級齒輪傳動(dòng).5
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)
兩支承相對小齒輪作對稱布置取0.9—1.4,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5章 大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 大臂結(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號工字鋼。理論重,小臂長為700mm。
較核：（N）
取140N
其受力如圖:
F=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為所受的力。
所以
所以選10號工字鋼合適。
5.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸的直徑取20mm，材料為45號鋼。
其受力如下圖:
驗(yàn)算：
F=320N
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》表9-6－1（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13－5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
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)手冊》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》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》第二版 表16.1-29得，
，所以也可以用此公式估算
所以
取0.1
5.5 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)角無長期積累誤差的步進(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,長度58mm,軸徑4mm。
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，采用一級齒輪傳動(dòng).5
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)
兩支承相對小齒輪作對稱布置取0.9—1.4,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)套長度不宜過短，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 三個(gè)自由度:
由于此設(shè)計(jì)要求為三個(gè)自由度，所以此處無運(yùn)動(dòng)要求，只用來支承。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。
參考文獻(xiàn)
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11.《計(jì)算機(jī)工程制圖》 陳錦昌 華南理工大學(xué)出版社1999
12.《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 馮辛安 機(jī)械工業(yè)出版社2004
鳴 謝
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，令我受益匪淺，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，使我更深一步了解了所學(xué)的專業(yè)知識，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會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)會如何與同學(xué)共同討論問題。同時(shí)也遇到很多問題，如設(shè)計(jì)綜合考慮不夠周全。但這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學(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3年來給我的悉心教育和培養(yǎng)，特別感謝我的導(dǎo)師王雪芳老師給我精心的指導(dǎo)！
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