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目錄第一章 緒論 .11.1 課題的背景、來(lái)源及意義 11.2 碼垛機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程及發(fā)展趨勢(shì) 21.3 課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容 2第二章 碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 42.1 方案的確定 42.2 總體設(shè)計(jì)思路 6第三章 碼垛機(jī)器人腕部和腰部設(shè)計(jì) .73.1 碼垛機(jī)器人腕部設(shè)計(jì) .73.1.1 減速機(jī)的計(jì)算與選型 73.1.2 聯(lián)軸器的計(jì)算與選型 .83.1.3 軸承的選型 103.2 碼垛機(jī)器人腰部設(shè)計(jì) .113.2.1 腰部電機(jī)選型 113.2.2 腰部聯(lián)軸器計(jì)算選型 123.3 本章小結(jié) .13第四章 碼垛機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 144.1 平面機(jī)構(gòu)受力分析 .144.2 手臂關(guān)節(jié)軸承的選型與校核 .154.3 銷軸校核 .164.3.1 后大臂與支架銷軸聯(lián)接校核 .164.3.2 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核 .174.3.3 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核 .174.3.4 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核 .184.3.5 其它銷軸聯(lián)接校核 .184.4 豎直滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 .194.4.1 最大工作載荷的計(jì)算 .194.4.2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 .194.4.3 初選滾珠絲杠副型號(hào) .204.4.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 .204.4.5 剛度的驗(yàn)算 21內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核 224.5 水平滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 .234.5.1 最大工作載荷的計(jì)算 234.5.2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 234.5.3 初選滾珠絲杠副型號(hào) 244.5.4 傳動(dòng)效率計(jì)算 .244.5.5 剛度的驗(yàn)算 244.5.6 壓桿穩(wěn)定性校核 264.6 水平滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算選型 .264.6.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選擇 264.6.2 額定行程壽命的計(jì)算 284.7 豎直滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算選型 .304.7.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選擇 304.7.2.額定行程壽命 L 的計(jì)算 .30第五章 PRO/E 建模和仿真 325.1 主要部件建模及其簡(jiǎn)介 .325.1.1 軸承建模的主要過(guò)程 325.1.2 機(jī)器人的主要部件及裝配模型 .355.2 三維機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的基本介紹 .375.2.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的特點(diǎn) .375.2.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的工作流程 .375.2.3 機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)裝配連接的概念及定義 .375.2.4 機(jī)構(gòu)的仿真運(yùn)動(dòng) .38第六章 ANSYS 有限元分析 .40結(jié)論 .46參考文獻(xiàn) .47謝辭 .48內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書0第一章 緒論1.1 課題的背景、來(lái)源及意義 近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)器人在碼垛機(jī)、弧焊、噴涂、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、涂膠、測(cè)量等行業(yè)有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)諸多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人，是一種典型的機(jī)電一體化裝置。工業(yè)機(jī)器人是用來(lái)搬運(yùn)材料零件工具等可再編程的多功能機(jī)械手。它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果。碼垛技術(shù)是物流自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的一門新興技術(shù)，所謂的碼垛就是按照集成單元化思想，將一件件物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)、裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、等物流活動(dòng)。在物體的運(yùn)輸過(guò)程中除了散裝的物體和液體外，一般的物體都是以碼垛的形式進(jìn)行存儲(chǔ)或組裝，這樣即可承載更多的物體，又可節(jié)省空間。隨著物流的飛速發(fā)展以及科技的突飛猛進(jìn)，碼垛技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在環(huán)境較惡劣或人工很難做到的情況下。包裝的種類、工廠環(huán)境和客戶需求，物體的安全性等，使得碼垛成為越來(lái)越艱巨的任務(wù)，為了克服這些困難，碼垛設(shè)備的各個(gè)方面都在不斷地發(fā)展改進(jìn)，如從機(jī)械手到操縱它的軟件，現(xiàn)在對(duì)靈活性的需求也在不斷增加。碼垛機(jī)器人是一種具有特殊功能的垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品加工、飲料等領(lǐng)域?？赏ㄟ^(guò)主計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的物料包裝、堆垛順序、層數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同型包裝的碼垛要求。而機(jī)器人碼垛技術(shù)是自動(dòng)化物料后處理成套設(shè)備中的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著自動(dòng)稱重、包裝技術(shù)的發(fā)展和性能指標(biāo)的提高，對(duì)碼垛技術(shù)也提出了更高的要求。碼垛機(jī)器人手臂應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度，防止彈性變形和斷裂。手腕搬運(yùn)的東西較重，這對(duì)其精度提出了更高要求。為滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)品搬運(yùn)及碼垛的要求,本課題要求設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。結(jié)合機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對(duì)碼垛機(jī)器人整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書11.2 碼垛機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程及發(fā)展趨勢(shì)自從２０世紀(jì)８０年代，我國(guó)碼垛機(jī)器人在國(guó)家支持下，通過(guò)“七五” 、“八五”科技攻關(guān)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域取得了很大成就。按機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程，分為三代機(jī)器人。第一代機(jī)器人，具有示教再現(xiàn)功能或具有可編程的 NC 裝置，但對(duì)外部信息不具備反饋能力；第二代機(jī)器人，不僅具有內(nèi)部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。雖然沒有應(yīng)用人工智能技術(shù)，但是能進(jìn)行機(jī)器人-環(huán)境交互，具有在線自適應(yīng)能力；第三代機(jī)器人，具有多種智能傳感器，能感知和領(lǐng)會(huì)外部環(huán)境信息。目前碼垛機(jī)器人的應(yīng)用主要在以下兩個(gè)方面。惡劣工作環(huán)境，危險(xiǎn)工作場(chǎng)合.這個(gè)領(lǐng)域的做業(yè)是一種有害于健康，并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè)。例如在沖床上下料、采礦、鍛造等。第二個(gè)是自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域。碼垛機(jī)器人可用來(lái)上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。一個(gè)簡(jiǎn)單抓放作業(yè)機(jī)器人只需較少的自由度，一個(gè)給零件定向作業(yè)的機(jī)器人要求具有更多的自由度，增加其靈巧性。工業(yè)機(jī)器人具有減少勞動(dòng)力費(fèi)用、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、增加制造過(guò)程的柔性、減少材料浪費(fèi)、控制和加快庫(kù)存的周轉(zhuǎn)、降低成本、消除了危險(xiǎn)和惡劣的勞動(dòng)崗位。目前工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)正處在一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段，在先進(jìn)的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家里，工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)與制造正在形成一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，全世界每年的工業(yè)機(jī)器人銷售額可達(dá) 42 億美元。盡管如此，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)仍在不斷拓展，不斷向新的領(lǐng)域進(jìn)軍。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用前景十分寬廣的。但是，由于我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，勞動(dòng)力比較豐富、低廉，給工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展帶來(lái)一定的困難。只有符合我國(guó)的國(guó)情，才能推動(dòng)和加快我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化是提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)速度，減低成本和提高可靠性的重要途徑。近幾年各國(guó)注重發(fā)展組合式工業(yè)機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊件或組合件拼裝而成。除了工業(yè)機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)，傳感器外，手臂，手腕和機(jī)身也以標(biāo)準(zhǔn)化。隨著機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，急需開發(fā)新型的微動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)保證機(jī)器人的動(dòng)作精度，開發(fā)多關(guān)節(jié)，多自由度的手臂和手指及新型的行走機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)日益復(fù)雜作業(yè)需求。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書21.3 課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要是研究碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要工作內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：1) 了解搬運(yùn)機(jī)器人發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，掌握碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及基本構(gòu)成部分。2) 對(duì)碼垛機(jī)器人的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)幾種方案，對(duì)比選出最優(yōu)方案。方案確定后，對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。包括腕關(guān)節(jié)電機(jī)、軸承、聯(lián)軸器的選擇；臂部材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、受力分析、關(guān)節(jié)處銷軸的校核、關(guān)節(jié)軸承的選型；傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承的選型，滾動(dòng)絲杠、滑動(dòng)導(dǎo)軌的選型與校核；腰部電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承型號(hào)的選擇。3) 用 Pro/E 進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)各零部件的三維模型，并將設(shè)計(jì)好的零部件進(jìn)行裝配，裝配完成后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。不斷改變參數(shù)，觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否發(fā)生變化。4) 利用 ANSYS 軟件對(duì)主要受力構(gòu)件進(jìn)行有限元分析，生產(chǎn)應(yīng)變、應(yīng)力圖。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書3第二章 碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 方案的確定 碼垛機(jī)器人工作過(guò)程是往復(fù)循環(huán)的，由于關(guān)節(jié)式手臂運(yùn)動(dòng)形式工作范圍大、通用性強(qiáng)，因此本文采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作小臂驅(qū)動(dòng)器的關(guān)節(jié)式機(jī)械手。在此課題的研究中共設(shè)計(jì)出三種方案，即方案一、方案二、方案三 。方案一：如圖2-1所示。后大臂沿著絲杠向上運(yùn)動(dòng)，前大臂沿著絲杠想向右運(yùn)動(dòng)；后大臂向下運(yùn)動(dòng)，前大臂向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)器人碼垛過(guò)程。此結(jié)構(gòu)能基本滿足設(shè)計(jì)要求，但是由于前大臂、后大臂與小臂間通過(guò)銷軸連接，運(yùn)動(dòng)范圍小，且前大臂與后大臂不相連接，使得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度低，運(yùn)動(dòng)不確定。圖 2-1 方案一方案二：如圖2-2所示，此機(jī)構(gòu)的前大臂與小臂通過(guò)移動(dòng)副連接，前大臂通過(guò)滑塊可以沿著小臂滑動(dòng)，解決了方案一工作范圍小的缺點(diǎn)。但是由于前大臂與小臂組成移動(dòng)副，使得摩擦阻力增加，運(yùn)動(dòng)效率低，成本高。此機(jī)構(gòu)中前大臂主要起支撐作用，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)主要取決與后大臂，這使得此種方案的運(yùn)動(dòng)精度更低。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書4圖 2-2 方案二方案三：如圖2-3所示，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理與圖2-1相同，此機(jī)構(gòu)構(gòu)成平行四邊形，運(yùn)動(dòng)具有確定性，銷軸處有關(guān)節(jié)軸承，減少摩擦力，方案三改善了方案一方案二的不足之處。圖 2-3 方案三內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書52.2 總體設(shè)計(jì)思路碼垛機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)不同型包裝的碼垛物體的搬運(yùn)功能。在對(duì)碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式簡(jiǎn)單了解以后，設(shè)計(jì)的思路還是很清晰的。 。本文主要進(jìn)行碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)器人在半徑為1.5米的圓周內(nèi)的碼垛運(yùn)動(dòng)，必須由四個(gè)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，即腰部的旋轉(zhuǎn)、后大臂的上下運(yùn)動(dòng)、前臂的前后運(yùn)動(dòng)和手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且這四個(gè)動(dòng)作全部由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于腕部轉(zhuǎn)速較低，特選用減速機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，而且要選擇重量輕的減速機(jī)。此時(shí)由于軸立起來(lái)以后就有往下竄動(dòng)的趨勢(shì)，而且還要轉(zhuǎn)動(dòng)，既要保證軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)，其次還要軸一定的支撐，由此引入了角接觸軸承。軸承型號(hào)7305C。電機(jī)軸與傳動(dòng)軸之間用聯(lián)軸器連接，選擇A型平鍵套筒聯(lián)軸器。機(jī)械手臂的材料和結(jié)構(gòu)的選擇。手臂材料要求強(qiáng)度高，彈性模量大，重量輕，阻尼大，價(jià)格低，故選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼。手臂做成工字型或打孔以減小重量，減少加工面積。為保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精度，將手臂設(shè)計(jì)成平行四邊行機(jī)構(gòu)。為減小摩擦，在手臂與手臂、手臂與支撐架之間的銷軸處采用關(guān)節(jié)軸承。為了使手臂傳動(dòng)準(zhǔn)確，手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增加了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌作為導(dǎo)向裝置，這就要考慮導(dǎo)軌的受力問(wèn)題，由于負(fù)載和手臂的重量基本都加在了導(dǎo)軌上，因此要進(jìn)行受力分析。手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用低速交流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠副旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)前大臂的左右運(yùn)動(dòng)，后大臂的上下運(yùn)動(dòng)。此處驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇伺服電機(jī)。軸承選用角接觸球軸承。腰部旋轉(zhuǎn)速度低，因此選用中低速電機(jī)。由于腰部以上所有構(gòu)件的載荷都由腰部軸承來(lái)承擔(dān)，故選用主要承受軸向載荷的推力球軸承。根據(jù)腰部所受總體載荷的大小選擇推力球軸承型號(hào)。聯(lián)軸器選擇凸緣聯(lián)軸器。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書6第三章 碼垛機(jī)器人腕部和腰部設(shè)計(jì)3.1 碼垛機(jī)器人腕部設(shè)計(jì)3.1.1 減速機(jī)的計(jì)算與選型本節(jié)減速機(jī)的型號(hào)是根據(jù)上海泰一傳動(dòng)設(shè)備有限公司的《R 系列斜齒輪減速機(jī)選型手冊(cè)》選用的。1. 實(shí)際服務(wù)系數(shù)確定減速機(jī)是按載荷平穩(wěn)，每天工作時(shí)間一定和少量啟停次數(shù)的情況設(shè)計(jì)的，而在實(shí)際情況使用中往往不是處于此種理想狀態(tài)。減速機(jī)的實(shí)際服務(wù)系數(shù)必須按照實(shí)際情況的載荷類型、運(yùn)行時(shí)間、使用頻率來(lái)確定工作機(jī)系數(shù) f1、原動(dòng)機(jī)系數(shù) f2 和啟動(dòng)系數(shù) f3，使其三者的乘積小于或等于服務(wù)系數(shù) fB。具體參數(shù)值參見表 3-1， 3-2, 3-3。表 3-1 工作機(jī)系數(shù) f1內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書7表 3-2 原動(dòng)機(jī)系數(shù) f2表 3-3 啟動(dòng)系數(shù) f3由表確定本機(jī)構(gòu)的工作系數(shù) f1 = 2.5，原動(dòng)機(jī)系數(shù) f2 = 1.0，起動(dòng)系數(shù) f3 =1.3，那么 f1 f2 f3 =2.5 1.0 1.3 =3.25。??2. 確定減速機(jī)型號(hào)根據(jù)《R 系列硬齒面斜齒輪減速機(jī)》選型手冊(cè)，由 f1 f2 f3 fB ，由表 1-??4 選擇 fB = 3.4 的減速機(jī)，型號(hào)為 RF37-Y0.18-4P-48.08-M4-I 。減速機(jī)豎直安放，其具體參數(shù)如表 2-4 所示：表 3-4 減速機(jī)的具體參數(shù)輸入功率/kw輸出轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩N.m電動(dòng)機(jī)型號(hào) 質(zhì)量/kg減速機(jī)輸出軸的軸頸0.18 29 56 RF37 8.5 25mm3.1.2 聯(lián)軸器的計(jì)算與選型聯(lián)軸器計(jì)算選型所使用的公式和某些參數(shù)值的選擇參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版》和《機(jī)械設(shè)計(jì)課本》 。1. 聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩(3-1)nPT950?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書8式中 ——理論轉(zhuǎn)矩（ ） ；TmN?——傳遞的功率（ ） ；PkW——工作轉(zhuǎn)速（ ） 。ninr帶入數(shù)據(jù)得 。??276.5918.092. 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 (3-2)tzwCKT式中： ——?jiǎng)恿C(jī)系數(shù)，電動(dòng)機(jī)透平機(jī)的 =1.0；wK——工況系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)書冊(cè)第五版第 2 卷》表 6-2-2，查得K=1.5；——起動(dòng)系數(shù)，由制造商確定，與啟動(dòng)頻率 f 有關(guān)，選取 =1.0；z zK——溫度系數(shù),由《機(jī)械設(shè)計(jì)書冊(cè)第五版第 2 卷》表 6-2-3 查得，tK=1.0。t帶入公式得 。mNTc ?????914.80.15.0276.59聯(lián)軸器選用 A 型平鍵套筒聯(lián)軸器，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 3 卷》 ，因聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩要大于計(jì)算轉(zhuǎn)矩，而且減速機(jī)輸出軸的軸徑為 25mm，所以由表 15,1-10 確定聯(lián)軸器的有關(guān)參數(shù)如下：表 3-4 聯(lián)軸器的具體參數(shù)Dh7 軸直徑/mm許用轉(zhuǎn)矩/N.mD0 L l C平鍵 GB/T10996-2003C1緊定螺釘GB/T117-200025 125 40 75 20 1 8x25 1 M6x10套筒聯(lián)軸器與軸間的定位靠平鍵連接，緊定螺釘也起定位作用。套筒聯(lián)軸器與軸的裝配如圖 3-1 所示。圖 3-1 II 型平鍵套筒聯(lián)軸器與軸的裝配圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書93. 驗(yàn)算套筒的扭矩強(qiáng)度和鍵的擠壓強(qiáng)度套筒的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：(3-3)??????????????4316DdTc??式 中 ——套筒外徑，由表 3-4 得到 ；Dm0——軸徑， 。dmd25?將數(shù)值帶入公式得到 MPaT 835.402514.391863?????????????????由套筒的材料為 45 號(hào)鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表 15-3 查得，許用切應(yīng)力為 25～45Mpa ，則所選套筒滿足強(qiáng)度要求。平鍵的擠壓強(qiáng)度：(3-4)kdlTcP3102???式中 k——鍵工作高度；——鍵工作長(zhǎng)度。l由表 15,1-10 確定 ， ，d=25mm，帶入公式得到mk4?l28，MPaP 51.63109.23????由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本 P106,許用擠壓應(yīng)力應(yīng)為鍵，軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，由表 6-2，取許用擠壓應(yīng)力為 120～150Mpa。因此平鍵滿足強(qiáng)度條件。3.1.3 軸承的選型由于腕部的轉(zhuǎn)速并非高轉(zhuǎn)速，并且承受的載荷為軸向載荷，因此選用角接觸球軸承，且成對(duì)使用。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，選擇軸承型號(hào)為 7305C,具體參數(shù)如下表：表 3-5 軸承的具體參數(shù)軸承型號(hào) d D B a 基本額定動(dòng)載荷/KN 額定靜載/KN7305C 25 62 17 13.1 21.5 15.8內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書10軸承的布置形式選用預(yù)緊布置，用以提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加剛性和減小軸的振動(dòng)。3.2 碼垛機(jī)器人腰部設(shè)計(jì)3.2.1 腰部電機(jī)選型因?yàn)檠康幕剞D(zhuǎn)速度較低，所以此處的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用一般的電機(jī)轉(zhuǎn)速太大，而選擇中低速電機(jī)較為合適。選擇淮安正福科技有限公司的 YD 系了電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為 YD112，其額定功率為 1.1kW，額定轉(zhuǎn)速為 17.5r/min，額定扭矩為600N.m。由于電機(jī)要豎直安裝，因此電機(jī)的外形圖如圖 3-2。圖 3-2 電機(jī)的外形圖YD 系列低速電機(jī)的安裝尺寸如表 3-6。表 3-6 電機(jī)的安裝尺寸內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書11YD 系列低速電機(jī)的性能參數(shù)如表 3-7。表 3-7 電機(jī)的性能參數(shù)3.2.2 腰部聯(lián)軸器計(jì)算選型1. 聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩(3-5)nPT950?式中 ——理論轉(zhuǎn)矩（ ） ；TmN?——傳遞的功率（ ） ；PkW——工作轉(zhuǎn)速（ ） 。ninr帶入數(shù)據(jù)得 。NT??2857.60.17952. 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(3-6)tzwCKT式中 ——?jiǎng)恿C(jī)系數(shù)，電動(dòng)機(jī)、透平機(jī)取 =1.0；wK——工況系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷》表 6-2-2 查得，取K=1.5?！饎?dòng)系數(shù)，取 =1.0；z zK——溫度系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷》 ，表 6-2-3 查得，取tK內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書12=1.0。tK帶入公式得 。mNTc ?????42857.90.150.1287.60由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷》選用凸緣聯(lián)軸器，由表 6-2-8 選型號(hào)為GYS7，公稱扭矩為 1600 N·m。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)原理，如圖 3-3。圖 3-3 GYS7 型- 凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)原理圖GYS7 型-凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸如下表：表 3-8 GYS7 型- 凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸許用轉(zhuǎn)速[n]r/min軸孔直徑d(H7)軸孔長(zhǎng)度L螺栓型號(hào)公稱扭矩Tn(N·m)鋼 鋼Y型J1型D數(shù)量n直徑M重量 (kg.m3)GYS71600 6000 55 112 84 160 6(4) M12 13.13.3 本章小結(jié)搬運(yùn)機(jī)器人腕部的運(yùn)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要保證軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度。通過(guò)本章對(duì)腕部的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了腕部采用減速機(jī)，聯(lián)軸器選用套筒聯(lián)軸器，軸承選擇角接觸球軸承軸承。腰部的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是為了實(shí)現(xiàn)腰部帶動(dòng)整個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于腰部回轉(zhuǎn)速度較低，選用 YD 系列低速電機(jī).通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇、聯(lián)軸器的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書13計(jì)算選型，最終確定了搬運(yùn)機(jī)器人腰部的設(shè)計(jì)方案。第四章 碼垛機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 平面機(jī)構(gòu)受力分析搬運(yùn)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水平方向的滾珠絲杠副主要承受摩擦力，而垂直方向的滾珠絲杠副主要承受 Z 軸方向的載荷。則當(dāng)機(jī)構(gòu)的小臂處于水平方向、前后大臂與之垂直時(shí)，兩個(gè)方向的滾珠絲杠副受力最大。具體位置如圖 4-1 所示。圖 4-1 碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置根據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可設(shè)各臂長(zhǎng)分別為：AB=1170 ，BC= 260mm ，CD =1080mm ，DE =240mm，A 點(diǎn)到圖 4-1 中心線的距離 d = 150mm 。處于圖 4-1 位置時(shí)小臂的受力情況見圖 4-2。圖 4-2 小臂受力圖圖 4-2 中，G1 為負(fù)載和電機(jī)的重力，搬運(yùn)的負(fù)載最大為 100N，腕部減速機(jī)的重力約為 100N，則 G1 = 200N ；M 為負(fù)載和電機(jī)共同的轉(zhuǎn)矩，；小臂材料為 45 號(hào)鋼，重量約為 50N；mNdGM??????3015201內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書14對(duì)小臂列受力方程如下：｛ 0)(??AMF｛ (4-1)0)2617(2617012 ?????????GFM解得 F1 = 1237.6154N ，F(xiàn)2 = 987.6154N4.2 手臂關(guān)節(jié)軸承的選型與校核碼垛機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意兩點(diǎn)：一是應(yīng)使手臂剛度大、重量輕；二是應(yīng)使手臂運(yùn)動(dòng)速度快、慣性小。首先，因?yàn)閯偠炔粔驎r(shí)，手臂會(huì)發(fā)生彎曲變形，則應(yīng)選擇相同條件下，彎曲剛度較大的截面形狀。考慮完第一點(diǎn)，對(duì)于第二點(diǎn)減小慣性沖擊，本章的手臂架選擇了碳素結(jié)構(gòu)鋼材料。而且盡量縮短手臂的懸伸部分長(zhǎng)度。圖 4-3 對(duì)小臂進(jìn)行了剪力與彎矩的分析，可知小臂的彎矩越靠近 B 點(diǎn)越大，因此小臂的結(jié)構(gòu)為末端窄，靠近 B 點(diǎn)時(shí)逐漸加大尺寸，其它手臂結(jié)構(gòu)則采用均勻尺寸。B 點(diǎn)為銷軸聯(lián)接，則彎矩和受力主要由銷軸來(lái)承受，因此要考慮銷軸的校核。其它的銷軸聯(lián)接同 B 點(diǎn)一樣進(jìn)行校核，銷軸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖 4-4。圖 4-3 小臂剪力圖和彎矩圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書15圖 4-4 銷軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)圖 4-5 中的關(guān)節(jié)軸承選用自潤(rùn)滑向心關(guān)節(jié)軸承，由上下軸套固定，在后機(jī)架繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，既能承受徑向載荷，又能承受任一方向較小的軸向載荷。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版、單行本、軸承，由表 7-1 確定所選軸承的型號(hào)為GE25ES-2RS，其中 d =25mm，軸承尺寸見表 4-1。表 4-1 向心自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承參數(shù)尺寸 mm 額定載荷 kN軸承型號(hào)d D B C d1 r1 r2 動(dòng)載荷 靜載荷重量KgGE25ES-2RS-2RS 25 42 20 16 29 0.6 0.6 48 240 0.427圖 4-5 向心關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)4.3 銷軸校核4.3.1 后大臂與支架銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：(4-2)????????42dFt內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書16銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??， ，將以上值帶入公式得??MPab120??NFt6154.9872???mdt 8.2026154.97??????2. 銷軸抗彎強(qiáng)度：(4-3)????btbdaF??????31.045其中 ， ，帶入公式得ma25?40，??????mFdbt 74.91204.5.6987.33 ?????因此選擇銷軸的軸徑 d= 25mm，滿足強(qiáng)度要求。4.3.2 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??， ，將以上值帶入公式（4-2）得??MPab120??NFt6154.9872?。??mdt .2806154.97?????2. 銷軸抗彎強(qiáng)度：其中 ， ，帶入公式（4-3）得ma25?b40，??????mFdbt 74.91204.5.6987.33 ????????因此選擇銷軸的軸徑 d= 25mm 滿足強(qiáng)度要求。4.3.3 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書17， ，將以上值帶入公式（4-2）得??MPab120??NFt 6154.2371?。??mdt 139.802.??????2. 銷軸抗彎強(qiáng)度：其中 ， ，帶入公式（4-3）得ma25?b40，??????mFdbt 508.11204561237.3 ????????因此選擇銷軸的軸徑 d= 50mm 滿足強(qiáng)度要求。4.3.4 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：銷軸采用 45 號(hào)鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??， ，將以上值帶入公式（4-2）得??MPab120??NFt 6154.2371???mdt 139.802654.374??????2. 銷軸抗彎強(qiáng)度由圖 9-3 可知 ， ，帶入公式（4-3）得ma25?b40，??????mFdbt 508.112.4.0561374.03 ???????因此選擇銷軸的軸徑 d= 50mm 滿足強(qiáng)度要求。4.3.5 其它銷軸聯(lián)接校核由于小臂和腕部聯(lián)接與前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核的尺寸相同，可選用軸徑為 30mm 的銷軸。連桿與后大臂的銷軸軸徑為 25mm，前大臂、支撐架和連桿三者用銷軸聯(lián)接在一起，連桿與后大臂的銷軸軸徑為 25mm。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書184.4 豎直滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型4.4.1 最大工作載荷的計(jì)算按綜合導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，最大工作載荷公式為：(4-4))(GFKzxm???式中 K——載荷系數(shù)， ，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表 3-29 查得，K = 1.15；——摩擦系數(shù)， ；?16.0??——進(jìn)給方向的載荷， 。xFNFx6154.9872如圖 4-1 中，E 點(diǎn)的受力沒有垂直絲杠方向的，因此 = 0 N。將數(shù)GFz?值帶入公式得 m.36154.987.?4.4.2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算碼垛機(jī)器人后大臂的運(yùn)行速度 ，則最大動(dòng)載荷min2.71.0sv?(4-5)HwoQFfL3式中 ——滾珠絲杠副的壽命，單位為 106r；0L——載荷系數(shù)，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表 3-30，wf取 =1.2；——硬度系數(shù)，滾道硬度為 60HRC 時(shí)，取硬度系數(shù) =1.0。Hf Hf滾珠絲杠副的壽命公式為：(4-6)601nTL?式中 T——使用壽命，T = 15000h；n——絲杠轉(zhuǎn)速。(4-7)hPvn?初選絲杠導(dǎo)程 ，帶入公式(4-7)得到mPh5?。min1402.73r??將以上數(shù)值帶入公式(4-6)得。rL2965606??內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書19將 、 帶入公式(4-5)得mF0L NQ 1485923.148597.30.12963 ????4.4.3 初選滾珠絲杠副型號(hào)選擇絲杠型號(hào)時(shí)應(yīng)使?jié)L珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 Ca ，額定靜載荷QF?，根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇海特??moaFC3~2?DFT02005-5 型滾珠絲杠副，為雙螺母式，其公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為 mm，5循環(huán)滾珠為 5 圈 1 列，精度等級(jí)為 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 N 大于 ，? 1460a?QF則滿足要求。滾珠絲杠副的具體尺寸參數(shù)如表 4-1 所示。表 4-2 滾珠絲杠副的尺寸參數(shù)4.4.4 傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的螺旋升角： ? ohdP5.402.arctnarct0????傳動(dòng)效率 ：?(4-8)??????tg式中 ——絲杠螺旋升角。?——摩擦角，滾珠絲杠的滾動(dòng)摩擦系數(shù) ，其摩擦角約? 04.~3.?f內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書20等于 。'10將數(shù)值帶入公式(4-8)得： %45.96015.4?????????otg?4.4.5 剛度的驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變行將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變行等。因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：1. 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1?在總的變形量中占的比重較大,可按下式計(jì)算：1?(4-9)IEMaSFm?21??式中 ——絲杠兩端支承間距離，約為 700mm；a——絲杠最大工作載荷(N)；mF——絲杠材料的彈性模量，鋼的 E=2.1 MPa；E510?——滾珠絲杠的截面積（按底徑 d2確定的）.絲杠底徑 mm， S 216d?。2240.96d??由于轉(zhuǎn)矩 M 一般很小，公式的第二項(xiàng)可忽略不計(jì)。將數(shù)值帶入公式 (4-9)得。m018.96.210.7531????2. 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 ?當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的 1/3 時(shí)， 之值可減少2?一半，故其計(jì)算公式為：(4-10)322 1010.??ZFDYJwm?式中 ——滾珠直徑，由表 4-1 查得 = 3.175mm。wDw——單圈滾珠數(shù)；Z內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書21——滾珠總數(shù)量， =Z 圈數(shù) 列數(shù)= ；?Z?Z?8517??——預(yù)緊力。YJF滾珠絲杠的滾珠數(shù)為：，780.1635.20????wDdZ取整為 Z= 17。滾珠絲杠的預(yù)緊力為： NFmYJ 586.37.153??將數(shù)值帶入公式（4-10）得到。m015.856.371.0.322 ???由于 減小一半，則2?= 。2?m?3. 剛度校驗(yàn)絲杠總的變形量 =0.0266mm = 26.6 ，取絲杠的有效行程為21???mm。由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》查表 3-27，查得 5 級(jí)精度560滾珠絲杠有效行程 mm 時(shí)，行程偏差允許達(dá)到 32mm，可見絲杠剛度50~63?足夠。4.4.6 壓桿穩(wěn)定性校核對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載 用下式計(jì)算：kF(4-11)mkFKaEIf??2?式中 ——臨界載荷(N)；kF——絲杠支承系數(shù)，由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》查表f3-34，采用雙推-雙推支承形式，所以 = 4；kf——壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取為 2.5～4。垂直安裝時(shí) K= 2.5；K內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書22——截面慣性矩 ,絲杠截面慣性矩I)(4cm（ 為絲杠螺紋的底徑)；426315.d??2d——絲杠兩支承端距離，a=700mm。a將以上數(shù)值帶入公式(4-11)得 NFNFmk 75.1321739705.26.3142 ??????可知壓桿穩(wěn)定性滿足校核。4.5 水平滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型4.5.1 最大工作載荷的計(jì)算按綜合導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，最大工作載荷公式(4-4)為： )(GFKzxm???式中 K——載荷系數(shù)， K = 1.15；——摩擦系數(shù)， ；?16.0?——垂直絲杠的受力， 。zF Nz6154.237?如圖 4-1 中，F(xiàn) 點(diǎn)的受力沒有水平絲杠方向的，因此 0N。將數(shù)值帶入?xF公式(4-4) 得 。??m 08.6154.237.0???4.5.2 最大動(dòng)載荷的計(jì)算搬運(yùn)機(jī)器人前大臂的運(yùn)行速度 ，則最大動(dòng)載荷公式min2.71.0sv?(4-5)為 HwoQFfL3式中 ——滾珠絲杠副的壽命，單位為 106r；0L——載荷系數(shù)，取 =1.2；wf wf——硬度系數(shù)，取硬度系數(shù) =1.0。HHf初選絲杠導(dǎo)程 ，帶入公式(4-7)得到mPh10?min14052.73rn???取使用壽命 T = 15000h，將其與轉(zhuǎn)速 n 帶入公式(4-6)得內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書23。rL12960514660???查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》的表 3-30 得 = 1.2 ，由于wf硬度 ，所以 = 1.0 。帶入公式(4-5)得HRC58?Hf。NFQ 26953.269501821963 ???4.5.3 初選滾珠絲杠副型號(hào)選擇絲杠型號(hào)時(shí)應(yīng)使?jié)L珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 Ca ，額定靜載荷QF?，根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇海特??moaFC3~2?DFT02005-5[3]型滾珠絲杠副，為雙螺母式，其公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為mm，循環(huán)滾珠為 5 圈 1 列，精度等級(jí)為 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 N 大5? 15460a?于 ，則滿足要求。Q4.5.4 傳動(dòng)效率計(jì)算計(jì)算傳動(dòng)效率 公式(4-8)為：????????tg式中 ——絲杠螺旋升角， =4.55°。??——摩擦角，滾珠絲杠的滾動(dòng)摩擦系數(shù) ，其摩擦角約? 04.~3.?f等于 。'10將數(shù)值帶入公式(4-8)得： %45.96015.4?????????otg?4.5.5 剛度的驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變行將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變行等。因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：1. 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1?在總的變形量中占的比重較大,可按公式(4-9)計(jì)算：1?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書24IEMaSFm??21??式中 ——絲杠兩端支承間距離，約為 700mm；a——絲杠最大工作載荷(N)；mF——絲杠材料的彈性模量，鋼的 E=2.1 MPa；E510?——滾珠絲杠的截面積（按底徑 d2確定的）.絲杠底徑 mm， S 216d?。2240.96d??由于轉(zhuǎn)矩 M 一般很小，公式的第二項(xiàng)可忽略不計(jì)。將數(shù)值帶入公式 (4-9)得。m0342.96.210.7851????2. 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 ?當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的 1/3 時(shí)， 之值可減少2?一半，故可按公式(4-10)計(jì)算 值：2321010.??ZFDYJwm?式中 ——滾珠直徑，由表 4-1 查得 = 3.175mm。wDw——單圈滾珠數(shù) Z=17；Z——滾珠總數(shù)量， =Z 圈數(shù) 列數(shù)= ；??Z?8517??——預(yù)緊力。YJF滾珠絲杠的預(yù)緊力為： NFmYJ 673.83015.2??將數(shù)值帶入公式（4-10）得到。m0516.8673.15.0.322 ??由于 減小一半，則2?= 。2?m?3. 剛度校驗(yàn)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書25絲杠總的變形量 =0.006mm = 6 ，取絲杠的有效行程為21???m?mm。由《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》查表 3-27，查得 5 級(jí)精度560滾珠絲杠有效行程 mm 時(shí)，行程偏差允許達(dá)到 32mm，可見絲杠剛度50~63?足夠。4.5.6 壓桿穩(wěn)定性校核對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載 用公式(4-11)計(jì)kF算： mkFKaEIf??2?式中 ——臨界載荷(N)；kF——絲杠支承系數(shù)，采用雙推-雙推支承形式，故取 = 4；f kf——壓桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，水平安裝時(shí) K=4；K——截面慣性矩 ,絲杠截面慣性矩 ；I)(4cm4426315.Idm??——絲杠兩支承端距離，a=700mm。a將以上數(shù)值帶入公式得 NFNFmk 0185.269510647043.21.52 ??????可知壓桿穩(wěn)定性滿足校核。4.6 水平滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算選型4.6.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選擇工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。對(duì)于水平布置的工作臺(tái)多采用雙導(dǎo)軌，四滑塊的支撐形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：(4-12)FG??4max式中 F——外加載荷 ； 1F?G——移動(dòng)部件的重量 G=800N。將數(shù)值帶入(4-12)得內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書26。NFG6154.37.12480max ???根據(jù)工作載荷初選海特滾動(dòng)導(dǎo)軌，F(xiàn)V 型導(dǎo)軌。型號(hào)為 SBS15FV,其額定動(dòng)載荷 ，額定靜載荷 ?；瑝K的尺寸及安裝尺寸如表 4-kNCa58.4?kNCoa3.73，表 4-5 為導(dǎo)軌的尺寸及負(fù)載能力。導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度如表 4-4，選取導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為 820mm。表 4-3 FV 型滑塊的尺寸及安裝尺寸表 4-4 導(dǎo)軌的尺寸及負(fù)載能力內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書27表 4-5 導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度4.6.2 額定行程壽命的計(jì)算在直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的使用中，除了已知負(fù)載外，那些未知的震動(dòng)和沖擊也必須計(jì)算在內(nèi)。而且，硬度和溫度也是影響壽命的主要因素。上述選取的 FV 系列 SBS15FV 型導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過(guò) 100℃，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。則額定行程壽命為：(4-13)503max?????????FCfLwTH式中 ——額定行程壽命(km)；L