資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 三自由度機(jī)械臂設(shè)計(jì) 系 部 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 年級 2010級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 摘 要 機(jī)器人技術(shù)是綜合了許多學(xué)科的知識，例如計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)今研究領(lǐng)域十分重視的課題，機(jī)器人在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人的應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志，因而受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應(yīng)用。 本文的主要任務(wù)和要解決的問題，是設(shè)計(jì)一臺三自由度的機(jī)器人，在已有的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，通過分析，確定臂部的傳動系統(tǒng)，然后假設(shè)臂部末端的結(jié)構(gòu)，確定臂部的輸出功率，然后計(jì)算出臂部所需的電機(jī)。在確定電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對錐齒輪和傳動中所需的帶輪以及同步齒形帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且對它們進(jìn)行校核，確定所設(shè)計(jì)的臂部結(jié)構(gòu)能夠配合機(jī)器人的其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴漆動作。并用CAD軟件完成從建模到運(yùn)動學(xué)分析、應(yīng)力分析的全過程。需要全面理解機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)的知識，并考慮其可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等性能。 本課設(shè)在已有理論基礎(chǔ)上，針對以往研究的不足，根據(jù)實(shí)際使用要求，確定采用三自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案;由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多，需要用高端軟件配合進(jìn)行建模，裝配的工作，而我們現(xiàn)有的材料相當(dāng)有限，所以本課設(shè)只是設(shè)計(jì)了機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu);并采用CAD繪制了其裝備和零件圖，并對其中某些零件的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，使臂部的整體結(jié)構(gòu)能夠滿足工作的要求。 關(guān)鍵詞: 三自由度；機(jī)器人；手臂；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract Robot technique is a synthesis of many subjects, such as computer, control technology of multidisciplinary theory, mechanism, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics and form, is the research field of attached great importance to the issue, robots have been widely used in many fields. Application of robot, is an important symbol of national industrial automation level, and thus have the advanced industrial countries attach importance to, put a lot of manpower material resources to study and apply. The main task of this paper and the problems to be solved, is to design a robot with three degrees of freedom, the basic technical information on the existing transmission system, through analysis, to determine the arm, then it is assumed that the structure of the arm end, determining the output power of the arm, then calculates the required motor arm. Based on determining the motor and transmission mechanism, the belt wheel required bevel gear and the drive and the synchronous toothed belt design, and carries on the examination to determine their arm structure, designed to be able to cooperate with other robot painting movement. And using CAD software from modeling to kinematics analysis, the whole process of stress analysis. Need to fully understand the knowledge of mechanical principle, mechanical design, mechanical system design and CAD drawing standards and other related, and consider its reliability, practicability, economy performance. This course is based on the existing theory, aiming at the shortcomings of previous studies, according to the actual requirements, the scheme of robot structure with three degrees of freedom robot; because of complicated structure, numerous components, need to use advanced software to cooperate to modeling, assembly work, and our existing material is very limited, so this class only design a robot arm structure; and the use of CAD drawing of the equipment and parts drawing, and some parts of the strength of the check, so that the overall structure of the arm is able to meet the requirements of the work. Keywords: Design of three degree of freedom robot arm structure 目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 錄 3 1引 言 7 1.1 機(jī)械手的分類 7 1.2 機(jī)械手的組成 10 1.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 12 2 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 13 2.1 原始數(shù)據(jù) 13 2.2工作要求： 13 2.3 系統(tǒng)組成 14 2.4 總體技術(shù)方案 14 2.4.1 動作分析 15 2.4.2 手部 15 3 機(jī)械手的液壓部分 16 3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理 16 3.2 液壓傳動的工作特性 16 3.3 液壓系統(tǒng)的組成 16 3.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn) 17 3.5液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 18 3.5.1 液壓缸工作載荷的確定 18 3.5.2 液壓缸推力的確定 18 3.5.3 液壓缸流量的計(jì)算 18 3.5.4 液壓缸基本尺寸的確定 19 4 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 4.1回轉(zhuǎn)裝置的組成 21 4.1.1 執(zhí)行件 21 4.1.2 傳遞件 21 4.1.3 驅(qū)動件 21 4.1.4 控制系統(tǒng) 22 5 機(jī)械傳動方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23 5.1 小車的主要組成部分 23 5.2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點(diǎn) 23 5.3 驅(qū)動動力源 24 5.4 機(jī)械傳動方案的設(shè)計(jì)計(jì)算 24 5.4.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定 25 5.4.2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 1引 言 機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器，它有多個自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 1.1 機(jī)械手的分類 機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動機(jī)床或自動線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)械手，國外稱為機(jī)器人。本課題所做的機(jī)械手是屬于第三類機(jī)械手。 1、簡史 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運(yùn)動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。 1962年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。 第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 2、 應(yīng)用簡況 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。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 有資料統(tǒng)計(jì)：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還會有所改變。 機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動強(qiáng)度。 國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。 3、 發(fā)展趨勢 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.2 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖： 1、執(zhí)行機(jī)構(gòu) ( 如圖1.2-1所示 ) 圖1.2-1 （1） 手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開閉手指。 本課所指的機(jī)械手僅需開閉手指。 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)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)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。 本課所做的機(jī)械手采用二指形狀。 （2） 手臂 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課所做的機(jī)械手的手臂采用無關(guān)節(jié)臂 手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確的抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。 本課題所做的機(jī)械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三個方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度。 總括機(jī)械手的運(yùn)動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此，它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服油馬達(dá)、直流伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等。 軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。 2、 驅(qū)動機(jī)構(gòu) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機(jī)械驅(qū)動用的較少。 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動；利用擺動油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達(dá)到8-10個大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動機(jī)作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動則用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。 電氣驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是動力源簡單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點(diǎn)是動作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 本課題所做的機(jī)械手采用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。采用手臂的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、手臂的夾緊、放松方面。 3、 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 1.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。 2 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成 2.1 原始數(shù)據(jù) 負(fù)載重量：10kg 重復(fù)定位精度：±1mm 自由度：3（Z的移動，R軸的平動，θ軸的轉(zhuǎn)動） Z：大臂的升降 R：大臂的伸縮 θ：腰軸 各軸最大運(yùn)動速度： Z軸上下：200mm/s θ軸回轉(zhuǎn)：30°/s R軸伸縮：200mm/s 各軸最大運(yùn)動范圍： Z軸上下：550mm θ軸回轉(zhuǎn)：90° R軸伸縮：400mm 2.2工作要求： 機(jī)械手的工藝流程： 機(jī)械手原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退→機(jī)械手前進(jìn)（小車）→小車停止→機(jī)械手左轉(zhuǎn)90°→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開→機(jī)械手后退（小車）→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)90°→小車后退→退至原位 機(jī)構(gòu)簡圖 2.3 系統(tǒng)組成 本基械手系統(tǒng)由機(jī)體，傳送機(jī)構(gòu)，動力源和控制裝置四部分組成。其中機(jī)體由小車及本體等部分組成；傳送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂及抓緊機(jī)構(gòu)所組成；動力源由液壓驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動兩種形式構(gòu)成控制裝置主要由自動控制和手動控制兩部分組成。 2.4 總體技術(shù)方案 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要把我們所學(xué)的比較分散的知識綜合起來，并進(jìn)行靈活運(yùn)用。現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是機(jī)電一體化，因此，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)是要我們將“機(jī)”、“電”、“液”三者合并起來。 “機(jī)”即是指機(jī)械，機(jī)械手的動作過程可以分五部分，即機(jī)械手的上升下降、機(jī)械手的前伸后縮、機(jī)械手的加緊放松、機(jī)械手的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、小車的前進(jìn)后退。這五部分中我們靠機(jī)械完成機(jī)械手的上升下降動作，即本課題所做的機(jī)械手采用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的上升、下降方面。 滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲桿傳動是帶動滾珠沿螺紋軌道滾動。滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或者其他直線運(yùn)動副相比，有以下特點(diǎn)： 1） 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達(dá)85%-98%，為滑動絲杠副的3-4倍。 2） 運(yùn)動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時(shí)無沖擊，低速時(shí)無爬行。 3） 能源預(yù)緊 預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。同時(shí)增加的摩擦力矩相對不大。 4） 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲杠副的4-10倍以上. 5） 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸的補(bǔ)償?shù)呐蛎洠虼?，可以達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 6） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動幾個相同的運(yùn)動部件?？梢缘玫捷^好的同步運(yùn)動。 7） 可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。 8） 不自鎖 用于垂直運(yùn)動，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。 9） 經(jīng)濟(jì)性差，成本高 由于結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，故制造成本高價(jià)格往往以mm計(jì)。 經(jīng)過計(jì)算，選擇如下： 電動機(jī)型號： Y802-2 功率： 1.1W 絲杠型號： Tr40×7 2.4.1 動作分析 工業(yè)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)是指它的執(zhí)行系統(tǒng)，是機(jī)械手抓持工件、進(jìn)行操作及各種運(yùn)動的機(jī)械部件。機(jī)械部件主要包括手部，手臂前后伸縮部分，手臂上下升降部分腰轉(zhuǎn)部分以及機(jī)座和行走機(jī)構(gòu)。 2.4.2 手部 手部：包括杠桿手指，單向作用式握緊油缸等。其工作原理：物體進(jìn)入手指后，拉桿手油缸作用，通過拉桿帶動杠桿手指回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)握緊或松開動作。 1) 手臂的前后伸縮部分 手臂的前后伸縮部分由直線油缸帶動實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)直線油缸工作時(shí)通過活塞桿行程的變化，完成手臂的伸縮運(yùn)動。 2) 手臂的上下升降部分 手臂的上下升降部分是由電動機(jī)、絲桿傳動副、立柱等部分組成。 當(dāng)電動機(jī)工作時(shí)，通過聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動絲桿，由于絲桿螺母周受到立柱的徑向轉(zhuǎn)動限制，使得螺母及手臂架只能作上下運(yùn)動。 3) 腰轉(zhuǎn)部分 腰轉(zhuǎn)部分主要由轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)油缸組成。 當(dāng)壓力油進(jìn)入回轉(zhuǎn)油缸時(shí)，回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，通過活塞桿的伸縮帶動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左右轉(zhuǎn)動， 4) 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)主要是由電動機(jī)、齒輪、帶輪等組成。 當(dāng)電動機(jī)工作時(shí)，通過齒輪、帶輪的傳動，帶動小車的輪子轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)行走。 3 機(jī)械手的液壓部分 “機(jī)、電、液”中的“液”即指液壓系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)相對于機(jī)械傳動來說，是一門新興的技術(shù)。人類使用水力機(jī)械及液壓技術(shù)雖然已有很長的歷史，但是液壓技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域中得以應(yīng)用并取得迅速發(fā)展則是本世紀(jì)，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來的事。由于液壓傳動具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因而目前已廣泛的應(yīng)用在工、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、交通運(yùn)輸、路地行走設(shè)備、船舶控制、火炮控制、飛機(jī)、導(dǎo)彈等各方面。 3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理 所謂液壓系統(tǒng)就是以液體為介質(zhì)，依靠運(yùn)動者的液體的壓力能來傳遞力的。液壓系統(tǒng)工作是，液壓泵把電動機(jī)傳來的回轉(zhuǎn)式機(jī)械能轉(zhuǎn)變成油液的壓力能：油液被輸送到液壓缸（或液壓馬達(dá)）后，又由液壓缸（或液壓馬達(dá)）把油液的壓力能變?yōu)橹本€式（或回轉(zhuǎn)式）的機(jī)械能輸出。液壓系統(tǒng)中的油液在受調(diào)節(jié)、控制的狀態(tài)下進(jìn)行工作的因此液壓傳動和液壓控制在這個意義上來說難以截然分開。液壓系統(tǒng)必須滿足起執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。 3.2 液壓傳動的工作特性 液壓系統(tǒng)工作是，外界負(fù)載越大（在有效承壓面積一定的前提下）所需要的壓力也越大，反之亦然。因此液壓系統(tǒng)的由壓力（簡稱系統(tǒng)的壓力，下同）大小取決于外界負(fù)載。負(fù)載大，系統(tǒng)壓力大；負(fù)載小，系統(tǒng)壓力?。回?fù)載為零，系統(tǒng)壓力為零。另外，活塞或工作臺的運(yùn)動速度（簡稱系統(tǒng)的速度，下同）取決于單位時(shí)間通過節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸中油液的體積即流量。流量越大（在有效承壓面積一定的前提下）系統(tǒng)的速度越快，反之亦然。流量為零，系統(tǒng)的速度亦為零。液壓系統(tǒng)的壓力和外在負(fù)載，，速度和流量的這兩個關(guān)系稱作液壓傳動的兩個工作特性。 3.3 液壓系統(tǒng)的組成 液壓系統(tǒng)由以下五個部分組成： 1）動力元件 它是將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置。液壓泵即為動力元件。 2）執(zhí)行元件 它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，以驅(qū)動部件。液壓缸和液壓馬達(dá)即為執(zhí)行元件。 3）控制調(diào)節(jié)元件 控制調(diào)節(jié)元件是指各種閥類元件，它們的作用是控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和方向，以保證執(zhí)行元件完成預(yù)期的工作運(yùn)動。 4） 輔助元件 輔助元件是指油箱、油管、管接頭、濾油器、壓力表、流量表等。 5）工作介質(zhì) 在液壓系統(tǒng)中使用液壓油（通常為礦物油）。 3.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn) 液壓系統(tǒng)與機(jī)械、電力等傳動相比。有以下特點(diǎn)： 1） 能方便的進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。 2） 體積小，、重量輕、功率大。一方面，在相同輸出功率的前提下，其體積小、重量輕、慣性小、動作靈敏，這對于液壓自動控制系統(tǒng)有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力（如萬噸水壓力等）。 3） 控制和調(diào)節(jié)簡單、方便、省力，易實(shí)現(xiàn)自動化控制和過載保護(hù)。 4） 可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動，運(yùn)動平穩(wěn)。 5） 因?yàn)閭鲃咏橘|(zhì)為油液，故液體元件有自我潤滑作用，使用壽命長。 6） 液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。 7）可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達(dá)直接帶動負(fù)載，從而失去了中間的減速裝置，使傳動簡化。 液壓傳動的主要缺點(diǎn)： 1） 漏 由于作為傳動介質(zhì)的液體是在一定的壓力下，有時(shí)是在較高的壓力下工作的，因此在有相對運(yùn)動的表面間不可避免要產(chǎn)生泄漏。同時(shí)，由于油液并不是不可以壓縮的，油管等也回產(chǎn)生彈性變形，所以液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴(yán)格的場合。 2） 震 液壓傳動中的“液壓沖擊和空穴現(xiàn)象”會產(chǎn)生很大的震動和噪聲。 3） 熱 在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，由于存在機(jī)械摩擦、壓力損失、泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱，總效率降低，故液壓傳動不宜遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)動。 4） 液壓傳動性能對溫度比較敏感，故不宜在高溫及低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染也較敏感，故要求有良好的過濾設(shè)施。 5） 液壓元件加工要求高一般情況下又要求有獨(dú)立的能源（如液壓泵站），這些可能使產(chǎn)品成本提高。 6） 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)鼓故障時(shí)不宜追查原因，不宜迅速排除。 綜上所述，液壓傳動由于其優(yōu)點(diǎn)比較突出，故在工、農(nóng)業(yè)各個部門獲得廣泛的應(yīng)用。它的某些缺點(diǎn)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展、提高，正在逐步得到克服。 由于液壓傳動相對于機(jī)械傳動有以上幾個突出的優(yōu)點(diǎn)，所以確定機(jī)械手的前伸后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)、夾緊放松著三部分動作用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)。 3.5液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 3.5.1 液壓缸工作載荷的確定 R= Rt+RfRm （4.1） Rt=RwRg （4.2） 式中，R——液壓缸的工作載荷； Rw——液壓缸軸線方向上的外作用力； Rg——液壓缸軸線方向上的重力； Rf——運(yùn)動部件的摩擦力； Rm——運(yùn)動部件的慣性力。 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械的液壓缸設(shè)計(jì)，按實(shí)際計(jì)算出工作壓力后，還應(yīng)符合液壓缸額定工作壓力系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（JB2183-77），本設(shè)計(jì)確定的系統(tǒng)工作壓力為2.5Mpa。 3.5.2 液壓缸推力的確定 當(dāng)液壓缸工作壓力確定之后，即可計(jì)算出液壓缸的推力。對于活塞式液壓缸，液壓缸的推力為 P=pA （4.3） 式中，p——系統(tǒng)的工作壓力； A——活塞的有效工作面積。 3.5.3 液壓缸流量的計(jì)算 液壓缸的工作流量為 q=Av （4.4） 式中，v——液壓缸或活塞桿的速度； A——液壓缸的有效工作面積。 因此，只要確定出液壓缸的直徑D，就可求出活塞或液壓缸的有效工作面積，從而可求得液壓缸的推力和流量?；蛘?，根據(jù)各缸的實(shí)際工作載荷P，先求出活塞或液壓缸的有效工作面積A，再確定各缸的直徑D。 3.5.4 液壓缸基本尺寸的確定 （1）活塞缸直徑D的確定 無桿腔工作時(shí)： D= （4.5） 有桿腔工作時(shí)： D= （4.6） 式中，——系統(tǒng)的工作壓力，=2.5Mpa； ——回油腔的壓力； ——機(jī)械效率，一般取=0.95； ——液壓缸的工作載荷； ——活塞桿的直徑。 按上式計(jì)算后，還應(yīng)按JB2183-77取規(guī)定系列的直徑值。 （2）活塞桿直徑d的確定 活塞桿直徑可按工作壓力確定，對于常用速比的液壓缸也可根據(jù)已定的缸徑D查下表：液壓缸工作壓力（MPa） ≤5 5～7 ＞7 活塞桿直徑d （0.5～0.6）D （0.6～0.7）D 0.7D 另外，當(dāng)液壓缸速度在6～10 m/s左右時(shí)，也可按活塞往返的工作速度之比來確定活塞桿直徑： d=D，其中= 速比與工作壓力有如下關(guān)系： 工作壓力（MPa ） ≤1.0 1.2520 ＞20 速比 1.33 1.46～2 2 （3）液壓缸壁厚δ的確定 δ= 式中，——試驗(yàn)壓力； D ——液壓缸直徑； ——缸體材料的許用應(yīng)力。 （4）液壓缸外徑D0及長度l的確定 D0=D+2δ l≤（20～30）D0 缸體長度l根據(jù)上式由活塞行程來確定，并注意缸體的制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 4 回轉(zhuǎn)裝置的總體組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1回轉(zhuǎn)裝置的組成 回轉(zhuǎn)裝置主要由執(zhí)行件、傳遞件、驅(qū)動件及控制系統(tǒng)四大部分組成。 4.1.1 執(zhí)行件 本設(shè)計(jì)選用的是回轉(zhuǎn)臺與傳遞件——鏈輪共用的一個長平鍵的心軸。 驅(qū)動件驅(qū)動傳遞件——鏈輪傳動，鏈輪通過共用件將回轉(zhuǎn)運(yùn)動直接傳遞給與心軸件聯(lián)接的回轉(zhuǎn)臺，并使之旋轉(zhuǎn)。 4.1.2 傳遞件 本課題中機(jī)械手要求作間歇往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此，考慮采用回轉(zhuǎn)曲線傳動。 回轉(zhuǎn)傳動可分為齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動。 齒輪傳動雖然效率高，工作可靠，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，圓周速度及功率范圍廣，但制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護(hù)，低精度時(shí)噪聲大。由于本課題中機(jī)械手回轉(zhuǎn)精度要求不高，因此，不予考慮。 鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，工作可靠，具有準(zhǔn)確的平均傳動比，傳動效率較高，在傳動相同功率的情況下，結(jié)構(gòu)較為緊湊，鏈條張緊力小，作用于鏈輪軸的力也較小，故鏈傳動能夠在低速重載的條件下使用。與齒輪傳動相比，鏈傳動制造和安裝精度要求較低鏈傳動的主要缺點(diǎn)是不能保持恒定的瞬時(shí)傳動比，傳動平穩(wěn)性較差，工作時(shí)有沖擊和噪聲，磨損后易發(fā)生跳齒，傳動中有周期性的重載荷和嚙合沖擊，不適合載荷變化很大和急速反向轉(zhuǎn)動的場合。 帶傳動是一種應(yīng)用很廣的機(jī)械傳動，雖然結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，傳動平穩(wěn)，無需潤滑，制造和安裝精度要求不高，噪聲小，能緩沖吸震，有過載保護(hù)作用。 同步帶傳動是一種嚙合型帶傳動。它具有齒輪傳動和摩擦帶傳動的特點(diǎn)。還具有傳遞功率大，傳動比準(zhǔn)確等特點(diǎn)。故多用于要求傳動平穩(wěn)，傳動精度較高的場合。 因此回轉(zhuǎn)裝置中的運(yùn)動傳遞本設(shè)計(jì)使用同步帶傳動。 4.1.3 驅(qū)動件 驅(qū)動件主要有四種：氣動驅(qū)動、電氣驅(qū)動、機(jī)械驅(qū)動和液壓驅(qū)動。其中以液壓、氣動用的最多，占90%以上；電動、機(jī)械驅(qū)動用的較少。 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個大氣壓，個別的達(dá)到8-10個大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動機(jī)作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動則用電動機(jī)帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動機(jī)。通用機(jī)械手則考慮采用同一種形式的動力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點(diǎn)是動作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動；利用擺動油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 本課題設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動。利用液壓缸帶動帶動鏈輪、鏈條實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。設(shè)計(jì)配有液壓總站，與回轉(zhuǎn)裝置并排置于小車之上。 4.1.4 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達(dá)位置、動作時(shí)間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 本課題采用電機(jī)驅(qū)動。利用電動機(jī)帶動帶輪、帶輪傳動通過齒輪和軸的公用件實(shí)現(xiàn)小車的行走運(yùn)動。 5 機(jī)械傳動方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1 小車的主要組成部分 1、 驅(qū)動系統(tǒng) 采用步進(jìn)電動機(jī)帶動同步帶與帶輪驅(qū)動小車沿導(dǎo)軌作徑向往復(fù)運(yùn)動。 2、 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 交換工作臺的送出采用液壓送出方式，交換工作臺應(yīng)沿相應(yīng)的軌道送出。 3、 控制部分 采用PLC可編程控制器來實(shí)現(xiàn)小車各個運(yùn)動狀態(tài)的控制。 其小車示意圖如圖5.1-1所示 圖5.1-1 5.2 同步帶傳動方式優(yōu)缺點(diǎn) （一）優(yōu)點(diǎn) 1、 傳動比準(zhǔn)確，同步帶是嚙合傳動，工作時(shí)無滑動。 2、 傳動效率高，效率可達(dá)96%，與V帶相比可節(jié)能10%以上。 3、 傳動平穩(wěn)，能吸收振動，噪聲小。 4、 使用范圍廣，傳動比可達(dá)10，且?guī)л喼睆奖萔帶小得多，也不需要大的張緊力，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)高速大50m/s ，傳遞功率300KW 5、 傳動比準(zhǔn)確，對軸及軸承的壓力小，耐油耐磨性好，允許采用較小的帶輪直徑，較短的中心距和較大是速比。 6、 維護(hù)保養(yǎng)方便，能在高溫，灰塵、水及、腐蝕，介質(zhì)的惡劣環(huán)境中工作，不需潤滑。 （二）缺點(diǎn)： 1、 安裝要求高。要求二帶輪軸線平行。同步在與二帶輪軸線垂直的平面內(nèi)運(yùn)行。帶輪中心距要求較嚴(yán)格。安裝不當(dāng)易發(fā)生干涉，爬齒，跳齒等現(xiàn)象。 2、 帶與帶輪的制造工藝比較復(fù)雜，成本受批量影響。 5.3 驅(qū)動動力源 步進(jìn)電動機(jī)是一種把脈沖信號變換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，也可以說是一種機(jī)械式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每輸入一個脈沖，步進(jìn)電動機(jī)就前進(jìn)一步，因此稱作脈沖電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)的種類繁多，主要分三大類：反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)、機(jī)床磁式步進(jìn)電動機(jī)以及永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，本是合計(jì)采用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，是應(yīng)用最廣泛的一種。 步進(jìn)電動機(jī)能成為現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)重要的執(zhí)行元件。是因?yàn)椴竭M(jìn)電動機(jī)本身也在不斷發(fā)展，性能也在不斷完善。其優(yōu)點(diǎn)如下： 1、 可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 2、 控制性能好 3、 無接觸式元件，沒有電刷和轉(zhuǎn)換器，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，在步進(jìn)電動機(jī)的負(fù)載范圍內(nèi)，步距值不受電源電壓的大小，負(fù)載大小，波形及周圍環(huán)境溫度變換的影響，抗干擾能力強(qiáng)，能保持運(yùn)行轉(zhuǎn)速。 4、 誤差不長期積累。 5、 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)在一相繞組通電的情況下，具有自鎖能力，永磁式步進(jìn)電動機(jī)在不通電的情況下也能保持轉(zhuǎn)矩。 5.4 機(jī)械傳動方案的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用一級傳動，傳動比為1.5 本設(shè)計(jì)計(jì)算參照<<實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊>>(下冊機(jī)械工業(yè)出版社出版)中的第十章鏈傳動和帶傳動中第五節(jié)多楔帶和同步帶傳動中的同步帶傳動章節(jié)。 5.4.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定 因?yàn)樵O(shè)計(jì)車速為3km/h，考慮到實(shí)際車速有±50%的誤差，所以實(shí)際最高車速應(yīng)為4.5km/h 折算成米/秒 應(yīng)為1.25m/s V車=1.25m/s 據(jù)實(shí)際工作要求取車輪直徑為130mm 因?yàn)檐囁贋?.25m/s 所以車速也應(yīng)等于輪子的切向速度 因?yàn)? V=dn/60×1000 V—車輪切向速度 V=1.25m/s d—車輪直徑 d=130mm n—車輪轉(zhuǎn)速 所以經(jīng)計(jì)算得n=60×1000V/d =60×1000×1.25/3.14×130=184rpm 因?yàn)檐囕嗈D(zhuǎn)速也等于驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 所以n轉(zhuǎn)驅(qū)=n=184rpm n轉(zhuǎn)驅(qū)=184rpm 因?yàn)門=9.55×P驅(qū)/n T—驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T=9NM P驅(qū)—驅(qū)動軸功率 n—驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 n=184rpm 所以經(jīng)計(jì)算得9×=9.55××P驅(qū)/184 P驅(qū)=0.2KM 因?yàn)? ī=n電/n驅(qū) n驅(qū)—驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 n驅(qū)=184rpm n電—電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 ī—傳動比 所以計(jì)算得n電=ī.n電驅(qū)n電=1.5×184=276rpm 記n電=276rpm 因?yàn)轵?qū)動軸轉(zhuǎn)驅(qū)為9N.m 所以據(jù)實(shí)際工作要求選用型號為130BF001相數(shù)為5相，步距角為0.75°電壓為12/80V相電流為10A最大轉(zhuǎn)距為9.31N.m空載起動頻率為3000步/S，空載運(yùn)行頻率為16000步/S的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī) 因?yàn)? T電=9.55×P電/n電 T電—電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩 T電=9.31n.m n電—電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 n電=276rpm P電—電機(jī)功率 所以計(jì)算得P電=T電×n電/9.55×=9.31××276/9.55×=0.26km P電=0.26km 因?yàn)? 總=帶·聯(lián)·滾 總—總的傳動效率 帶—同步帶的傳動效率 帶=0.98 聯(lián)—聯(lián)軸器的傳動效率 聯(lián)=0.99 滾—滾動軸承的傳動效率 滾=0.99 所以總=0.98×0.99×0.99=0.99 總=0.99 因?yàn)镻驅(qū)=P實(shí)電×總 P驅(qū)——驅(qū)動軸功率 P驅(qū)=0.2Kw 總——總機(jī)械傳動功率 總=0.99 P實(shí)電—電動機(jī)實(shí)際功率 所以計(jì)算得 P實(shí)電=P驅(qū)/總=0.2/0.99=0.21kw P實(shí)電=0.21kw 因?yàn)镻實(shí)電〈 P電 所以符合工作要求 5.4.2 同步帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）求出設(shè)計(jì)功率 因?yàn)镻d=Pm·K。 Pd—設(shè)計(jì)功率 Pm—名義傳遞功率也就是電動機(jī)功率P P=0.26kw K?！d荷修正系數(shù) 《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（下）表10.5-9載荷修正系數(shù)K。取1.8又因?yàn)閭鲃友b置未及張緊裝置和系統(tǒng)為減速運(yùn)動 所以其附加修正系數(shù)為零 所以Pd=1.8×0.26=0.5kw 2）、選擇帶的節(jié)距 因?yàn)镻d=0.5kw n電=276rpm=n1—小帶輪轉(zhuǎn)速 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（下）圖10.5-4查得同步帶的節(jié)距代號為H，對應(yīng)的節(jié)距Pd=12.7mm 3）、確定帶輪直徑和帶節(jié)線長 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表10.5-8 得H 型帶，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=276rpm小于900rpm所以小帶輪最少齒數(shù)Z1應(yīng)為14 Z1取22 因?yàn)?ⅰ=Z2/Z1 ⅰ—傳動比 ⅰ=1.5 Z2—大帶輪齒數(shù) Z1—小帶輪齒數(shù) Z1=22 所以 ⅰ=Z1·ⅰ=1.5×22=33 查《機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-11 大帶輪齒數(shù)Z2取標(biāo)準(zhǔn)值32 Z2=32 小帶輪節(jié)圓直徑 因?yàn)椤　。?=Pb·Z1/ Pb——同步帶節(jié)距 Pb=12.7mm Z1—小帶輪齒數(shù) Z1=22 所以計(jì)算得 d1=12.7×22/3.14=88.94mm d1=88.94mm 同理可得 大帶輪節(jié)圓直徑 d2=129.36mm d2=129.36mm 選擇帶長 LP 初定中心距a 因?yàn)? 0.7(d2＋d1)＜a＜2(d2＋d1) d2—大帶輪節(jié)圓直徑 d2=129.36mm d1—小帶輪節(jié)圓直徑 d1=88.94mm 所以152.81＜a＜436.6 a取 420mm a=420mm 因?yàn)?Lp=2aCOS＋(d2＋d1)/2＋(d2－d1)/180 定角 因?yàn)?arcsin(d2－d1/2a) 所以=arcsin(129.36－88.94/2×420)=3 所以a=420mm =3 所以Lp=2×420×COS3＋(129.36＋88.94)/2＋×3（129.36-88.94）/180 =839＋343＋2 =1184mm 節(jié)線長 Lp=1184mm 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（下）表10.5-5 取整后 選用長度代號為510 Lp=1295.4mm 齒數(shù)Zb=102的同步帶 4)、傳動中心距a的確定 因?yàn)镸=Pb/8(2Zb-Z1-Z2) M—修正系數(shù) Pb—同步帶節(jié)距 Pb=12.7mm Zb—同步帶齒數(shù) Zb=102 Z1—大帶輪齒數(shù) Z1=22 Z2—小帶輪齒數(shù) Z2=32 所以計(jì)算得M=12.7/8(21×102-22-32)=238.125 M=238.125mm 因?yàn)? a=M+ ≈238.125＋=476mm a=476mm 所以節(jié)線長Lp=1295.4mm 傳動中心距a=476mm 5)、選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬 確定小帶輪齒數(shù)Z1=22 小帶輪轉(zhuǎn)速n1=184rpm 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》(下)表10.5-17用差值法計(jì)算得H型帶的基準(zhǔn)額定功率P。=2.7Kw 確定實(shí)際帶寬bs 因?yàn)? bs≥bs。（Pd/k2·P。） bs?！獦?biāo)準(zhǔn)帶寬 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》(下)表10.5-4 bs。=76.2mm Pd—設(shè)計(jì)功率 Pd=0.5kw K2—嚙合齒數(shù)系數(shù)K2 據(jù)實(shí)際工作要求 K2=1 所以bs≥76.2(0.5/1×2.7)=17.4 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表10.5-4 bs取標(biāo)準(zhǔn)為25.4mm其標(biāo)準(zhǔn)寬度代號為100寬度極限偏差為 bs=25.4mm 確定帶寬系數(shù)Kw 因?yàn)镵w=(bs/bs。) 所以Kw=（25.4/76.2）=0.29 Kw=0.29 確定額定功率P 因?yàn)镻=K2·Kw·P。 K2—嚙合齒數(shù)系數(shù) k2=1 Kw—帶寬系數(shù) kw=0.29 P。—基準(zhǔn)額定功率 P。=2.7kw 所以計(jì)算得P=0.29×2.7=0.77kw 因?yàn)? P＞Pd 所以滿足設(shè)計(jì)要求 帶的圓周速度V的確定 因?yàn)閂= Pb·Z1n1/60×1000 Pb—帶的節(jié)距Pb=12.7mm Z1—小帶輪齒數(shù)Z1=22 n1－小帶輪轉(zhuǎn)速n1=276r/mm 所以計(jì)算得V=12.7×22×276/60×1000=1.3m/s 工作能力驗(yàn)算 因?yàn)镻=(K2·kw·Ta-bs·m·v/bs。)V×10 K2—嚙合齒數(shù)系數(shù) K2=1 Kw—帶寬系數(shù) Kw=0.29 Ta—許用工作拉力 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表10.5-9 Ta=2100.85N m—單位長度質(zhì)量查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表10.5-9 m=0.448㎏/m 所以P=〔1×(25.4/76.2)×2100.85-25.4×0.448×1.3/76.2〕×1.3/1000=0.78 因?yàn)镻＞Pd 所以額定功率大于設(shè)計(jì)功率故帶的傳動能力足夠。 最小軸徑的確定 因?yàn)閐min≥A A— 修正系數(shù)查《簡用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表14-13軸的材料為45鋼 A為118 P—傳遞功率為0.26kw n—驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為184r/mm 所以dmin≥A=118=13mm d取30mm 6)結(jié)果整理 選用H型同步帶 Pb=12.7mm Lp=1295.4mm Bs=25.4mm 小帶輪Z=22 d=88.94mm 大帶輪Z=32 d=129