工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計[含全套CAD圖紙和WORD說明書]

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1、 . 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 00 （陜理工機(jī)械工程學(xué)院機(jī)自專業(yè)000班， 723003） 指導(dǎo)教師：000 [摘要]本文簡要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)器手硬件和軟件的組成，即plc控制的機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理，機(jī)械手各個部件的整體尺寸設(shè)計，plc控制的特點(diǎn)。本文對機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時設(shè)計了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計算出了手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩。設(shè)計了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。利用可編程序控制器對機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的plc型號，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制訂了

2、可編程序控制器的控制方案，畫出了機(jī)械手的工作時序圖，并繪制了可編程序控制器的控制程序。 [關(guān)鍵詞]工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械手 The Industrial robot design 000 （Grade00,Class00,MajorMechanical Design, Manufacturing and Automation，415Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi） Tutor：000 Abstract This paper

3、 introduces the concept of the composition of industrial robots, robot hardware and software, system working principle that plc manipulator control, the overall size of the various components of the robot design, plc control characteristics. In this paper, the robot overall program design, to determ

4、ine the coordinates of the robot forms and degrees of freedom to determine the technical parameters of the robot. While the design of the hand gripping structure of the robot type, the design of the structure of the robot wrist, the wrist required to calculate the rotation of the driving torque and

5、driving torque of the rotary cylinder. Designed a robot arm structure. The programmable logic controller for robot control, select the appropriate plc model, according to the workflow robot control scheme developed programmable controller, draw a timing diagram of the robot's work and draw a program

6、mable control device control program. KeywordIndustrial robot manipulator 目錄 目錄3 1引言5 1.1選題的目的與研究意義5 1．2綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法與應(yīng)用領(lǐng)域等5 1.3對本課題將要解決的主要問題與解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計（實驗）方案進(jìn)行說明，論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱6 2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計8 2．1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計8 2.1.1 手指的形狀和分類8 2.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題8 2.1.3 手部夾緊

7、氣缸的設(shè)計9 2.2腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(Y軸回轉(zhuǎn))12 2.2.1步進(jìn)電機(jī)的選擇：12 2.2.2 Y軸進(jìn)給的設(shè)計13 2.2.3 Z軸進(jìn)給的設(shè)計20 2.2.4 Z軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計26 3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計28 3.1 確定減速器總傳動比與各級傳動比28 3.2計算傳動裝置的運(yùn)動和運(yùn)動參數(shù)28 3.3 圓錐齒輪傳動的設(shè)計計算29 4 軸的計算和設(shè)計33 4.1 軸一的設(shè)計33 4.2軸二的設(shè)計36 5 滾子軸承的校核41 5.1滾子軸承校核41 6 鍵的校核42 6.1軸一鍵校核42 6.2 軸二間校核42 7 潤滑方式與密封形式的選擇43 7.1潤滑方

8、式43 7.2 密封形式的選擇43 8 減速箱體設(shè)計44 8.1 箱體設(shè)計44 9 系統(tǒng)設(shè)計與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計46 9.1系統(tǒng)的設(shè)計46 9.2 機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計46 結(jié)論48 致49 參考文獻(xiàn)50 1引言 1.1選題的目的與研究意義 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有

9、待于進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。 而少自由度工業(yè)機(jī)械人多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持

10、型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度。 　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 1.2綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法與應(yīng)用領(lǐng)域

11、等 機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)工程、自動控制工程以與人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。 目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡一樣。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。 據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）2006年5

12、月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺，比2004年的97000臺增長25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長態(tài)勢后的重大突破，2005年也成為近15年來世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺數(shù)最多的年份，比上一個峰值――2000年的99000臺增長22000臺。 據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計局預(yù)測，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺，比2004年增加8%。其中，有50%來源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16%；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。 就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類

13、型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺。接下來依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺、17500臺、13000臺和4500臺。 20世紀(jì)50年代末，美國在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人； 60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用； 1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)

14、機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段： 70年代的萌芽期， 80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。?我國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)；運(yùn)動學(xué)和

15、軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊與大型機(jī)器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù) “乘機(jī)安全小貼士”安全出行要重視等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。 雖然中國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流與未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用

16、實踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普與是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。 機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國際電氣電子工程師協(xié)會IEEE的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了4個重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。?一個國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化）必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機(jī)器人是實現(xiàn)工業(yè)自動化，提高社會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開市場。 1.3對本課題將要解決的主

17、要問題與解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計（實驗）方案進(jìn)行說明，論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱 在本次設(shè)計中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉與機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計類，機(jī)械繪圖類，機(jī)械工程控制類，機(jī)械工程材料和力學(xué)以與工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料，在設(shè)計過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)器人手臂相關(guān)的技術(shù)以與現(xiàn)在國外的發(fā)展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設(shè)計過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方案的初步制定；最后，機(jī)器人手臂設(shè)計過程中的所需材料的選擇，設(shè)計與校核計算，運(yùn)動過程的控制以與其他的注意事項，都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、小臂、手腕、

18、末端執(zhí)行器和驅(qū)動裝置組成。共有六個自由度，依次為腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。?機(jī)器人采用電動機(jī)驅(qū)動。這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。為實現(xiàn)機(jī)器人靈活自由地移動，驅(qū)動系統(tǒng)使用了蓄電池供電。電動機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高，但價格較高，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點(diǎn)。確定這種機(jī)器人的6個關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動，開環(huán)控制。各部件組成和功能描述如下： ? (1)?底座部件：?底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部

19、件固定在自動引導(dǎo)車（AGV）上，支持整個操作機(jī)，步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，一級同步帶傳動將運(yùn)動傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時起到減速作用。? （2）腰部回轉(zhuǎn)部件：腰部回轉(zhuǎn)部件包括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器和步進(jìn)電機(jī)、制動器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動。在腰部支上固定著驅(qū)動大臂俯仰和小臂俯仰的電機(jī)。? (3)?大臂部件：包括大臂和傳動部件。? (4)?小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅(qū)動手腕三個運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)。? (5)?手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機(jī)械接口等? (6)?末端執(zhí)行器：為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物

20、體，末端執(zhí)行器設(shè)計得開合圍比較大，為?0～100mm?？紤]在指尖的平面上貼傳器片，進(jìn)行力的控制。? 從功能角度分析可將機(jī)器人分解成四個部分：操作機(jī)、末端執(zhí)行器、傳感系統(tǒng)、控制器。 操作機(jī)：是由機(jī)座、手臂和手腕、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)等組成，其功能是使手腕具有某種工作空間，并調(diào)整手腕使末端執(zhí)行器實現(xiàn)作業(yè)任務(wù)要求的動作。 末端執(zhí)行器：也叫工業(yè)機(jī)器人的手部，它是安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。 傳感器系統(tǒng)：是指要機(jī)器人與人一樣有效的完成工作，必須對外界狀況進(jìn)行判斷的感覺功能。與機(jī)器人控制最緊密相關(guān)的是觸覺視覺適合于檢測對象是否存在，檢測其大概位置、姿勢等狀態(tài)。

21、相比之下，觸覺協(xié)助視覺，能夠檢測出對象更細(xì)微的狀態(tài)。 控制器：機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。主要是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序與動作時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交換界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。在機(jī)器人中采用的控制系統(tǒng)有：點(diǎn)位的和輪廓的；同步的和異步的；數(shù)字的和模擬的?？筛鶕?jù)機(jī)器人的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求與工藝任務(wù)的特點(diǎn)來選擇系統(tǒng)的具體方案。 2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)

22、形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。 2.1.1 手指的形狀和分類 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為卡式(或漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其

23、軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 2.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題 (一)具有足夠的握力(即夾緊力) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證攻堅不致產(chǎn)生松動或脫落。 (二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 (三)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動

24、定心。 (四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五)考慮被抓取對象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)， 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。 2.1.3 手部夾緊氣缸的設(shè)計 1、手部驅(qū)動力計算 本課題氣動機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 齒輪齒條式手部 其工件重量G

25、=3kg， V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: (2-1) (2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式: 所以 (3)實際驅(qū)動力: (2-2) 1、因為傳力機(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時，則: 所以 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為。 2、氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推 力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為: (2-3) 式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N - 氣缸工作時的總阻

26、力，N - 氣缸工作壓力，Pa 彈簧反作用按下式計算: = 式中: - 彈簧剛度，N/m - 彈簧預(yù)壓縮量，m. - 活塞行程，m. - 彈簧鋼絲直徑，m - 彈簧平均直徑,m. - 彈簧有效圈數(shù). - 彈簧材料剪切模量，一般取. 在設(shè)計中，必須考慮負(fù)載率的影響，則: (2-4) 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: (2-5) 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以 查有關(guān)手冊圓整，得 由,可得活塞桿直徑: 圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式 有:

27、 其中 []， 則: 滿足實際設(shè)計要求。 3、缸筒壁厚的設(shè)計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算: (2-6) 式中:6- 缸筒壁厚，mm - 氣缸徑，mm - 實驗壓力，取, Pa 材料為:ZL3,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: 2.2腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(Y軸回轉(zhuǎn)) 2.2.1步進(jìn)電機(jī)的選擇： 腕部旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動，設(shè)手爪與物體的最大當(dāng)量回轉(zhuǎn)半徑R=90mm，手爪與物體的總重量m=3.5kg

28、,則其轉(zhuǎn)動慣量： 設(shè)機(jī)器人手部角速度W1=3.14rad/s所需要的時間t=0.3s,則其角加速度: 負(fù)載啟動慣性矩（不計靜磨擦力矩）: 。 由于步進(jìn)電機(jī)不具有瞬時過載能力，故取安全系數(shù)為2（不同），則步進(jìn)電機(jī)輸出的啟動轉(zhuǎn)矩: 。 由于必須小于步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，所以選擇如下二相步進(jìn)電機(jī)： 型號:42BYG250B-0151。最大步距角保持轉(zhuǎn)矩為0.43，步矩角1.8°，質(zhì)量為0.23kg,電機(jī)外形尺寸：424240. 絲杠螺母機(jī)構(gòu)設(shè)計計算： 2.2.2 Y軸進(jìn)給的設(shè)計 1.機(jī)構(gòu)選擇和材料選擇： 由于傳動機(jī)構(gòu)不需要高精度和高效率的傳動，因此本次設(shè)計采用

29、一對梯形螺桿、螺母的滑動螺旋傳動。螺桿螺母的螺紋一般選用梯形螺紋，因其傳動效率較高。本設(shè)計中螺桿螺母需要具有自鎖的功能，這是使用螺桿螺母機(jī)構(gòu)的最主要原因。 因為機(jī)構(gòu)受力不大，且為轉(zhuǎn)速較低的傳動。螺桿采用45號鋼制造，螺母需要較好的耐磨性，選用鑄錫青銅。 2.水平絲杠設(shè)計計算： 絲杠直徑校核： 末端手抓、氣缸與旋轉(zhuǎn)電機(jī)質(zhì)量為：7kg.，螺母與伸出桿質(zhì)量為5kg。 設(shè)計加速度為a=10m/s 查表的剛-剛動摩擦因數(shù)：f=0.2 則：絲杠軸向載荷:F=fG+ma=1210+12100.2=144N 如圖所示，螺桿受到的軸向力為F(單位為N)，螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影

30、到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（單位為mm2），螺紋中徑為d2（單位為mm），螺紋工作高度為h（單位為mm）螺紋距為P（單位為mm），螺母高度為H（單位為mm），螺紋工作圈數(shù)為u=H/P,則螺紋工作面上的耐磨性條件為： 為了導(dǎo)出設(shè)計計算式，令=H/d2。代入上式可得： 對于矩形和梯形螺紋，h=0.5P則 由表5-12可知:[P]取18MP,對于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過高，故取=1.2。代入公式得 故初選絲杠d2=29mm，螺距p=6mm 此選用的螺桿，其參數(shù)為： 公稱直徑 d 螺距 P 中徑 大徑

31、 小徑 32 6 29 33 25 26 表：滑動螺旋副材料的許用壓力[ P] 螺桿—螺母的材料 滑動速度 許用壓力 鋼—青銅 低速 18-25 ≤3.0 11-18 6~12 7-10 >15 1-2 鋼—鋼 低速 10-13 鋼—鑄鐵 <2.4 13-18 6~12 4-7 注：當(dāng)ф＜2.5或人力驅(qū)動時，[p]值可提高20％；若為剖分螺母時則[p]值應(yīng)降低15～20％。 螺紋牙強(qiáng)度計算 螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。 參考文獻(xiàn) [1].

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