摘要全套圖紙加扣 3346389411或3012250582近代的工業(yè)機(jī)械手是由目標(biāo)機(jī)械本體、控制器系統(tǒng)、傳感裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和伺服動力器系統(tǒng)組成，是一種模仿人的操作、自動化控制、可多次編程、能在立體空間完成各式各樣作業(yè)的Mechatronics設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手對于提高和確保產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)的效率，改善工人的工作條件和快速更新產(chǎn)品起著非常重要的作用。工業(yè)機(jī)械手技術(shù)結(jié)合了多們學(xué)科的知識。包含機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制論、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等。它是當(dāng)代十分活躍，應(yīng)用非常廣泛的領(lǐng)域。機(jī)械手具有很多人類所不具有的能力，包括快速分析環(huán)境能力；抗干擾能力強(qiáng)，能長時(shí)間工作和工作精度高。可以說機(jī)械手是工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物，它也發(fā)揮了在當(dāng)今工業(yè)的至關(guān)重要的作用。如今，機(jī)械手工業(yè)已成為世界各國備受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。本課題模擬了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，課題將設(shè)計(jì)一個龍門機(jī)械手，將用于工作人員出入，使斷開輸送帶上的零件通過機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)輸，需完成對工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。本文闡述了機(jī)械手的發(fā)展歷史，國內(nèi)外的應(yīng)用狀況，及其巨大的優(yōu)越性，提出了具體的機(jī)械手設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)和各自由度的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；工業(yè)；傳動；強(qiáng)度AbstractIndustrialmanipulatoriscomposedoftargetofmodernmechanicalbody,controlsystem,sensorsystem,controlsystemandservoactuatorsystem,operation,automaticcontrol,akindofimitationofhumanmultipleprogramming,tocompletetheworkofeverykindofMechatronicsdeviceinthree-dimensionalspace.Industrialmachineryhandtoenhanceandensurethequalityofproducts,improveproductionefficiency,playsaveryimportantroleinimprovingtheworkingconditionsofworkersandtherapidupdatingofproduct.Industrialmachineryhandtechniquecombinedwithmultidisciplineknowledge.Includingmechanism,computer,controltheory,informationandsensortechnology,artificialintelligence,bionicsandsoon.Itistheveryactive,verywideapplicationareas.Themanipulatorhasmanyhumanbeingsdonothave,includingtherapidanalysisofenvironmentalcapacity;stronganti-interferenceability,canworkforalongtimeandhighprecisionwork.Canbesaidthatthemanipulatorisaproductoftheprogressofindustry,italsoplaysavitalroleinthemodernindustry.Nowadays,industrialrobothasbecometheconcernoftheindustryallovertheworld.ThissubjectcomesfromtheYalongYL-221automationtoflexibleproductionsystem,themachineindependentinnovationtrainingsystemtosimulatetheactualindustrialproductionsystem,accordingtothedifferentstagesofproductionmachineisprovidedwithapluralityofworkstation:automaticaccessoverheadwarehouse,handlingrobotstation,lineconveyor,conveyorstationstation90degreeturn,mechanicalprocessingstation,station,thestationcodeheap.WedesignarobotwillbeusedinLongmen,staffentry,disconnectedtotheconveyorbeltpartsaretransportedbymechanicalhand,tothecompletionoftheworkofsafetygripandrelease,andthepartsfromoneendtotheotherendoftheconveyorbeltproductionlinepositionspecifiedontheconveyorbelt.Thispaperexpoundsthedevelopmenthistoryofthemanipulator,theapplicationstatusathomeandabroad,anditsgreatsuperiority,putsforwardthedesignrequirementsofthemanipulatorspecificanddetailstructuredesign,overalldesignandvariousdegreesoffreedom.KeyWords:robot;industrial;transmission;strength目錄摘要1Abstract2目錄3第一章緒論51.1機(jī)械手概念51.2課題研究的背景和意義61.3國內(nèi)外機(jī)械手的研究71.4機(jī)械手的應(yīng)用10第二章總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)122.1課題技術(shù)要求122.2設(shè)計(jì)原理12第三章機(jī)架的設(shè)計(jì)153.1機(jī)架的設(shè)計(jì)要求153.2機(jī)架設(shè)計(jì)方案163.3機(jī)架尺寸結(jié)構(gòu)16第四章電動機(jī)聯(lián)軸器及直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)194.1電動機(jī)的選型194.2聯(lián)軸器設(shè)計(jì)204.3直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)22第五章傳動設(shè)計(jì)235.1 X軸方向235.1.1 運(yùn)動原理235.1.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核245.2 Y軸方向275.2.1運(yùn)動原理275.2.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核285.3 Z軸方向305.3.1運(yùn)動原理305.3.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核315.4 吸盤設(shè)計(jì)33參考文獻(xiàn)34第一章緒論1.1機(jī)械手概念機(jī)械手（Robot）是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它是高級整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。機(jī)械手是近50年才迅速發(fā)展起來的一種有代表性的、機(jī)械和電子控制系統(tǒng)組成的、自動化程度高的生產(chǎn)工具。在生產(chǎn)制造業(yè)中，機(jī)械手技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。它自動化程度高，對改善勞動條件，確保產(chǎn)品質(zhì)量和提升工作效率，起到非常重要的作用。可以說他是現(xiàn)代工業(yè)的一種技術(shù)革命。械手概述工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(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)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。1.2課題研究的背景和意義本課題將設(shè)計(jì)一個龍門機(jī)械手，將用于工作人員出入，使斷開輸送帶上的零件通過機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)輸，需完成對工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過本課題的研究，學(xué)生不僅可以了解自動生產(chǎn)線的工作過程，還可以深入了解其組成部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。希望學(xué)生通過本課題設(shè)計(jì)，能充分運(yùn)用已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，設(shè)計(jì)出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機(jī)械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中，選用合理的動力元件，計(jì)算設(shè)計(jì)零件的合理尺寸，體現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)思路，綜合應(yīng)用機(jī)械原理和設(shè)計(jì)、工程制圖，以及現(xiàn)代制造理念。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)械人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一部分。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的搬運(yùn)任務(wù)。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)展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。對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長時(shí)間工作對人體有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常的高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。（1）為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。（2）由于機(jī)械手的動作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯誤。（3）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動。（4）機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動作程序和運(yùn)動位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能在中、小批量的自動化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。（5）采用機(jī)械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。本課題來源于金川集團(tuán)股份有限公司鎳板生產(chǎn)過程過程中鎳板剪切項(xiàng)目，本課題主要是設(shè)計(jì)一個機(jī)械手將板材從一個堆垛上一塊塊移動到另一個堆垛上。1.3國內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。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13上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)制出第一臺機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 圖1.1常見機(jī)械手1962年，美國機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(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)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(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（Uni-maton）,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、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-Vic-arm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)，定位誤差可小于±1毫米。美國還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到±0.1毫米。德國機(jī)器制造業(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)。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。簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。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)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機(jī)械手約為17億日元，1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%60%的速度增長。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)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，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)械手。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(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(FlexibleManufac- turingsystem)和柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell)中重要一環(huán)。在現(xiàn)在工業(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)：美國偏重于毛坯的生產(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。圖1.2碼垛機(jī)械手我國的工業(yè)機(jī)器人從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)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(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、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(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;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化9前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。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。國內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒有“視覺”“觸覺”和反饋。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，使它能對所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺傳感器輸入三個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作。1.4機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手涉及到非常多學(xué)科的知識和領(lǐng)域。包括：計(jì)算機(jī)、電子、控制、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)、控制、機(jī)械等等。機(jī)械手的發(fā)展離不開上述學(xué)科的發(fā)展。正是由于各個學(xué)科的相互影響和綜合集成，才能制造出自動化程度高的及其人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手在應(yīng)用得范圍越來越廣泛；技術(shù)也越來越得到調(diào)高，功能更加強(qiáng)大。現(xiàn)在很對機(jī)械手的研究都往小型化發(fā)展。機(jī)械手將會更多的進(jìn)入到人們的日常生活中去?？傮w的發(fā)展趨勢是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、更加智能化。國內(nèi)已建成的這類自動線很多，如沈陽水泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環(huán)類），大連電機(jī)廠的4號和5號電動機(jī)軸加工自動線（軸類），上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒柸加工自動線（盤類）等。簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)加工箱體類零件的組合機(jī)床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。機(jī)械手的廣泛應(yīng)用，對提升產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)能、保障人員安全，改善勞動環(huán)境，降低勞動的強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，起著一個十分重要的作用。機(jī)械手的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)以人為本的原則，它的出現(xiàn)讓人們的生活更加便利和美好。圖1.3機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手產(chǎn)業(yè)是在計(jì)算機(jī)、繼汽車之后出現(xiàn)的又一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代，機(jī)械手產(chǎn)業(yè)市場前景發(fā)展很好。從二十世紀(jì)起，世界機(jī)械手產(chǎn)業(yè)一直穩(wěn)步增長。到了二十世紀(jì)九十年代，機(jī)械手產(chǎn)品發(fā)展快速增長，年增長率平均在百分之十上下。2004年創(chuàng)記錄達(dá)到百分之二十。在亞洲機(jī)械手需求量更多，年增長率高達(dá)百分之四十三。經(jīng)歷40多年的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用到很多領(lǐng)域中去了。機(jī)械手在制造業(yè)中應(yīng)用的最廣泛。如在焊接、熱處理、表面涂覆、機(jī)械加工、裝配、檢測和倉庫堆垛毛、坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)等等作業(yè)中，機(jī)械手替代了人工作業(yè)，并使得生產(chǎn)效益大大提高。第二章總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題來源于金川集團(tuán)股份有限公司鎳板生產(chǎn)過程過程中鎳板剪切項(xiàng)目，本課題主要是設(shè)計(jì)一個機(jī)械手將板材從一個堆垛上一塊塊移動到另一個堆垛上。這一方面可以減輕工人的勞動強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。2.1課題技術(shù)要求需要移動的板材尺寸：1000×1000mm；重量：60kg；機(jī)械手要求提起400mm，行走1500mm，放下40mm；時(shí)間要求：1分鐘移動6塊以上的鎳板。2.2設(shè)計(jì)原理在鎳板生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)的需要，要求將一個堆垛上的板材一塊一塊地移位到另一個堆垛上，由于鎳板較?。ㄒ话?mm），不適合采用夾持的方式，且由于多塊板材堆放在一起，采用夾持的方式也很難對板材進(jìn)行一塊塊分離，針對此問題，本課題擬設(shè)計(jì)一個機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)將板材從一個堆垛上一塊塊移動到另一個堆垛上。圖2.1能做三個方向自由移動的機(jī)械手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。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.驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動。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?？刂葡到y(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，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時(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)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。為了實(shí)現(xiàn)上述機(jī)械手的工作要求，本課題采用吸盤的方式對堆垛上的板材進(jìn)行吸附，如何設(shè)計(jì)吸盤實(shí)現(xiàn)對需要移動的板材進(jìn)行吸附，同時(shí)對吸附后的板材完成提升、移位和堆垛動作是本課題需要完成的主要工作。本機(jī)械手采用由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)與電力傳動機(jī)械手相結(jié)合的方式，它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變，電力傳動機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(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)動速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具只有升降、收縮，因此，采用直角座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個自由度，即X軸方向移動、Y軸方向移動、Z軸方向移動，即左右上下前后。主參數(shù)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，使用多個吸盤式手部完成對重物的吸附抓取。機(jī)械手動作時(shí)有啟動、停止過程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來說明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程。手臂升降行程定為150mm。機(jī)械手要求提起400mm，行走1500mm，放下40mm；時(shí)間要求：1分鐘移動6塊以上的鎳板。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為土0.5±lmm。圖2.2類似碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)樣例第三章機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架零件往往是機(jī)器中最大的零件，在機(jī)器總重量中，一般情況下，機(jī)器零件占70%90%。因此，設(shè)法減輕這類零件的重量具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。機(jī)架零件按構(gòu)造形式不同大體上可歸納成四類：1、機(jī)座類；2、板類；3、框架類。此外也有其他分類方法，如整體機(jī)架和部分機(jī)架、鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架、固定機(jī)架和移動機(jī)架等。3.1機(jī)架的設(shè)計(jì)要求對于機(jī)架零件一般可提出下列基本要求：1、足夠的強(qiáng)度和剛度；2、形狀簡單，便于制造；3、便于在機(jī)架上安裝附件等。對于帶有缸體、導(dǎo)軌等的機(jī)架零件，還應(yīng)有良好的耐磨性，以保證機(jī)器有足夠的使用壽命。高速機(jī)器的機(jī)架零件還應(yīng)滿足振動穩(wěn)定性的要求。強(qiáng)度和剛度是評價(jià)機(jī)架零件工作能力的基本增長準(zhǔn)則。機(jī)架零件形狀比較復(fù)雜采用鑄件。鑄鐵的鑄造性能好、價(jià)廉、吸振能力較強(qiáng)，所以在機(jī)架零件中應(yīng)用最廣。受載情況嚴(yán)重的機(jī)架常用鑄鋼、如軋鋼機(jī)機(jī)架。要求質(zhì)量輕時(shí)可以采用輕合金，如飛機(jī)發(fā)動機(jī)的缸體多用鋁合金鑄成。本設(shè)計(jì)選用鋼鐵作為機(jī)架材料。機(jī)座是指設(shè)備的底架或部件，以便設(shè)備的使用或安裝附件。用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。機(jī)座材料的選擇簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)機(jī)座使用鋼，用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。3.2機(jī)架設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用方形截面機(jī)座優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。所以機(jī)座應(yīng)選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。機(jī)座的鏈接剛度為提高結(jié)合表面的連接剛度，可采取如下措施：（1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆健?shù)量及其位置。必要時(shí)，可使螺釘產(chǎn)生預(yù)緊力，來提高連接剛度。（2）提高結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上的接觸點(diǎn)增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。（3）增加局部剛度來提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。圖3.1三維模型3.3機(jī)架尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便于制造和降低成本。一是因?yàn)檫@是直角坐標(biāo)，所以要保證驅(qū)動器與連接板之間的重合度；還要保證驅(qū)動器與驅(qū)動器之間的垂直度，而且在運(yùn)動過程中兩個驅(qū)動器的極限位置是不能發(fā)生干涉的，另外它們和橫梁，機(jī)架，機(jī)座之間也不能發(fā)生運(yùn)動干涉。二是在控制方面，傳感裝置要有快速的檢測功能與急停功能，一個狀態(tài)到另外一個狀態(tài)的速度要快。三是連接部分的強(qiáng)度要高，不易松懈，還要承受的起它下部的所有重量。四是各個驅(qū)動器內(nèi)部的各個零部件之間的傳動效率，安裝精度和配合誤差，旋轉(zhuǎn)精度都要適合于所有的靜連接（適當(dāng)?shù)拈g隙或過度配合）與動連接（適當(dāng)?shù)倪^盈配合）；而且像工作臺的運(yùn)動極限位置應(yīng)該不能與靜連接之間發(fā)生干涉；還有連接板與驅(qū)動器的接觸面要有符合條件的表面粗糙度。五是橫梁要有足夠的剛度；機(jī)架要有足夠的抗彎強(qiáng)度與垂直度；機(jī)座要有適當(dāng)?shù)拇笮∫垣@得適當(dāng)?shù)闹匦模粌H能滿足靜止時(shí)的平穩(wěn)更能滿足運(yùn)動時(shí)的平穩(wěn)。圖3.2二維模型主、俯視圖圖3.3二維模型左視圖1、 支腿強(qiáng)度校核 支腿長度l=515cm,ix=8.62cm,=lix =5158.62 =59.74，×0.956=57.12，查表可知=0.745，則支腿最大承受壓力N=×A×=21.5×63.53×0.931= 1017.59KN，裝備靜載為2000KN，分布在16個支腿上，因此滿足強(qiáng)度要求，可以使用。 2、 斜撐強(qiáng)度校核斜撐選用89×4無縫鋼管，橫截面積A=10.68cm2，最大水平力51.819KN，Q235屈服極限為215MPa,取安全系數(shù)為1.5，則b=143MPa,=NA =518.19210.68 =24.26MPa<b，滿足強(qiáng)度要求。 3、 橫撐強(qiáng)度校核 橫撐選用10#槽鋼，橫截面積為A=12.748cm2，最大水平力51.819KN，Q235屈服極限為215MPa，取安全系數(shù)為1.5，則b=143MPa，=NA =518.1912.748 =40.65MPa<b，滿足強(qiáng)度要求。第四章電動機(jī)聯(lián)軸器及直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)4.1電動機(jī)的選型步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行電機(jī)。本機(jī)械手系統(tǒng)所要求的定位精度較高，而步進(jìn)電機(jī)對系統(tǒng)位置控制比較準(zhǔn)確且控制易于實(shí)現(xiàn)。故本機(jī)械手選用的驅(qū)動電機(jī)都是步進(jìn)電機(jī)。圖4.1步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)是一種利用電磁感應(yīng)原理，將電脈沖型號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動是由一系列電脈沖控制，脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖型號，通過環(huán)行分配器按一定的順序加到電動機(jī)的各個繞組上。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)精確定位、精確位移，且無積累誤差。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)運(yùn)動受輸入脈沖控制，其位移量是斷續(xù)的，總的位移量嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于數(shù)量輸入指令脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)的選用原則選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。本設(shè)計(jì)的選用本設(shè)計(jì)選用東方電機(jī)PK26系列的3相步進(jìn)電機(jī)，3相PK系列為高轉(zhuǎn)矩·低振動型步進(jìn)電動機(jī)。除了每轉(zhuǎn)200分割（1.8?/step）的標(biāo)準(zhǔn)型外，另外還備有每轉(zhuǎn)400分割的高分辨率型以及高轉(zhuǎn)矩、高分辨率的減速機(jī)型產(chǎn)品。驅(qū)動本系列時(shí)需另購驅(qū)動器。本設(shè)計(jì)選用電機(jī)的基本參數(shù)名稱類型安裝尺寸軸型步距角勵磁最大靜止轉(zhuǎn)矩2相步高轉(zhuǎn)矩60mm單軸1.8度1.7N×m2A/相到2.2N×m0.75N×m額定電流保持轉(zhuǎn)矩進(jìn)電機(jī)。能夠使B轉(zhuǎn)動起來的最小力矩為：Md=45*9,8*0.25=110.25（N*m） 忽略效率因素：電動機(jī)需傳遞的最小轉(zhuǎn)矩T=110.25/40=2.76 (N*m) 由式：T=9550*P/n P=T*n/9550=2.76*1400/9550=0.40(KW) 選取標(biāo)準(zhǔn)系列：電機(jī)選擇0.75（Kw）交流異步電動機(jī)4.2聯(lián)軸器設(shè)計(jì)聯(lián)軸器的選擇主要考慮所需傳遞軸轉(zhuǎn)速的高低、載荷的大小、被聯(lián)接兩部件的安裝精度等、回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、價(jià)格等，參考各類聯(lián)軸器的特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。1) 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減振功能的要求。2)聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。3)兩軸相對位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。4)聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡單、成本低的聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動。本設(shè)計(jì)選用萬向聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是：其結(jié)構(gòu)有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般在5°-45°之間。圖4.2萬向聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器適用于小力矩的軸聯(lián)接，如編碼器、步進(jìn)馬達(dá)等。彈性聯(lián)軸器通常由金屬圓棒線切割而成，常用的材質(zhì)有鋁合金、不銹鋼、工程塑料。彈性聯(lián)軸器運(yùn)用平行或螺旋切槽系統(tǒng)來適應(yīng)各種偏差和精確傳遞扭矩。彈性聯(lián)軸器通常具備良好的性能而且有價(jià)格上的優(yōu)勢，在很多步進(jìn)、伺服系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，彈性聯(lián)軸器是首選的產(chǎn)品。一體成型的設(shè)計(jì)使彈性聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)了零間隙地傳遞扭矩和無須維護(hù)的優(yōu)勢。 圖4.3三維設(shè)計(jì)中用到的萬向、彈性聯(lián)軸器4.3直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的作用導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動部件能沿一定的軌跡運(yùn)動（導(dǎo)向），并承受運(yùn)動部件及工件的重量和切削力（承載）。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動的一方叫運(yùn)動導(dǎo)軌；不運(yùn)動的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動，通常是直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)要求（1）導(dǎo)向精度高影響導(dǎo)軌精度的主要原因除制造精度外，還有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，裝配量。導(dǎo)軌及其支撐部件的剛度和熱變形，對靜壓導(dǎo)軌還有油膜的剛度等。（2）耐磨性能好主要是指使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度，應(yīng)該力求減少磨損量，并在磨損后能自動補(bǔ)償或便于調(diào)整。因此可選用合適的耐磨涂料，潤滑方法和保護(hù)裝置，使導(dǎo)軌具有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。（3）足夠的剛度導(dǎo)軌受力變形會影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對位置，因此要求導(dǎo)軌有足夠的剛度。（4）運(yùn)動輕便和低速平穩(wěn)性簡易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)要使導(dǎo)軌的阻力小，運(yùn)動輕便，低速運(yùn)行時(shí)無爬行現(xiàn)象。（5）結(jié)構(gòu)工藝性好要加工和裝配方便，使用時(shí)便于調(diào)整和維修，成本低。直線導(dǎo)軌又稱線軌、滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動場合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動。在大陸稱直線導(dǎo)軌，臺灣一般稱線性導(dǎo)軌，線性滑軌。直線導(dǎo)軌運(yùn)動的作用是用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動。依按摩擦性質(zhì)而定，直線運(yùn)動導(dǎo)軌可以分為滑動摩擦導(dǎo)軌、滾動摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類。直線軸承主要用在自動化機(jī)械上比較多。 圖4.4三維設(shè)計(jì)中的直線導(dǎo)軌與實(shí)物對比第五章傳動設(shè)計(jì)5.1 X軸方向5.1.1 運(yùn)動原理該方向采用電動機(jī)通過聯(lián)軸器帶動主動齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪接觸嚙合，將力矩傳遞給從動齒輪軸，從動齒輪軸與萬向軸鏈接，將力矩傳遞給另一側(cè)的齒輪，齒輪與直線齒條嚙合，提供X方向前進(jìn)或者后退的動力，從而使得完成在該方向?qū)к壣系淖杂梢苿?。圖5.1 X方向運(yùn)動示意圖1圖5.2 X方向運(yùn)動示意圖2圖5.2 X方向運(yùn)動示意圖2電動機(jī)驅(qū)動的帶式運(yùn)輸機(jī)的兩級減速器高速級的直齒圓柱齒輪傳動,傳遞的功率P1=5.5kW，小輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，齒數(shù)比u=4.45。5.1.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核 選定材料、齒數(shù)、齒寬系數(shù)由表10-7選擇常用的調(diào)質(zhì)鋼小輪：45調(diào)質(zhì) HB1=210230，大輪：45正火 HB2=170210，取小輪齒數(shù)Z1=22，則大輪齒數(shù)Z2=uZ1=4.45×2298，對該兩級減速器，取fd=1。確定許用應(yīng)力：許用接觸應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力式中 sHlim1=560MPa，sHlim2=520MPa（圖8-7（c）， sFlim1=210MPa，sFlim2=200MPa（圖8-7（c）。 sFlim按圖8-26查取，應(yīng)力修正系數(shù)YST=2，而最小安全系數(shù)sHlim=sFlim=1（表8-5），故 MPa MPa MPa MPa 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式d1計(jì)算小輪直徑。載荷系數(shù)K=KAKVK取KA=1（表8-2），KV=1.15，K=1.09（表8-3），故K=1×1.15×1.09=1.25小輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=9.55×106p/n=9.55×106×5.5/960=54713.5Nmm彈性變形系數(shù)ZE=189.8（表10-5）。節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。將以上數(shù)據(jù)代入上式得d1mm確定主要參數(shù)求中心距aa=(d1+d2)/2=d1(1+i/2)=51.86×(1+4.45)/2=141.32 mm圓整后，取a=145mm，則d1的計(jì)算值變?yōu)?3.2mm。計(jì)算模數(shù)m=d1/z1=53.2/22=2.4mm按表10-1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm。求z1、z2總齒數(shù) zc=z1+z2=2a/m=2×145/2.5=116若Zc不等于整數(shù)時(shí)，可改變模數(shù)值使之成為整數(shù)。因zc=z1(1+i)故 z1=zc/(1+i)=116/(1+4.45)=21.28取z1=22（因最后d1必須大于接觸強(qiáng)度公式所求d值）。則z2=zc-z1=116-22=94實(shí)際 i=z2/z1=94/22=4.27傳動比的變動量為可用。求小齒輪工作寬度d1=z1m=22×2.5=55mm>51.86mm計(jì)算齒輪的工作寬度b=fdd=1×55=55mm取b2=55mm，b1=60mm. 校核彎曲強(qiáng)度由式，分別驗(yàn)算兩輪齒根彎曲強(qiáng)度。計(jì)算圓周力 N齒形系數(shù)YFa、應(yīng)力修正系數(shù)Ysa可由圖8-23、10-24查得，當(dāng)z1=22，YFa1=2.78，Ysa1=1.61，z2=94，YFa2=2.22，Ysa2=1.87，則 MPa MPa 主要幾何尺寸m=2.5mm，z1=22，z2=94，d1=55mm，d2=z2m=94×2.5=235mm，da1=m(z1+2)=2.5×(22+2)=60mm，da2=m(z2+2)=2.5×(94+2)=240mm，df1=m(z1-2.5)=2.5×(22-2.5)=48.75mmdf2=m(z2-2.5)=2.5×(94-2.5)=228.75mmb=55，取b1=60mm，b2=55mm，a=(d1+d2)/2=(55+235)/2=145mm5.2 Y軸方向5.2.1運(yùn)動原理該方向采用電動機(jī)通過聯(lián)軸器帶動主動齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪接觸嚙合，將力矩傳遞給直線齒條嚙合，提供Y方向前進(jìn)或者后退的動力，從而使得完成在該方向?qū)к壣系淖杂梢苿?。圖5.4 Y方向運(yùn)動示意圖1圖5.5 Y方向運(yùn)動示意圖25.2.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn): (1) 齒輪的分度圓永遠(yuǎn)與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)才與其 節(jié)圓相重合. (2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠(yuǎn)等于壓力角. 因此,齒條模數(shù)m=4，壓力角20=a 1.齒條斷面形狀選取圓形 選取齒數(shù)z60 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 齒頂高 ha=ham=1×4, ha=4 mm 齒根高 hf=( ha+ c)m， hf=（1+0.25）×4=5 mm 齒高 h=ha+hf =4+5， h=9 mm 最終確定齒條為650mm長2確定許用彎曲應(yīng)力sHlim1=710MPa，sHlim2=580MPa， sFlim1=600MPa，sFlim2=450MPa， 安全系數(shù)取SHlim=1.1 SFlim=1.25N1=60×1000×5×300×16=14.4×108N2= N1/i=14.4×108/3=4.8×108得：ZN1=0.975 ZN2=1.043 YN1=0.884 YN2=0.9033按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）工作轉(zhuǎn)矩（2）載荷系數(shù)KA=1.5 KV=1.15 Kb=1.09K= KAKV Kb=1×1.15×1.09=1.88（3）計(jì)算齒面彎曲應(yīng)力查的彈性變形系數(shù)：ZE=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： ZH=2.5。則：，取m=4mmd1=mz1=4×27=108 mmb=yd d1=108 mm4校核彎曲強(qiáng)度查得：YFa1=2.58，YSa1=1.62，YFa2=2.33，YSa2=1.75，則：滿足強(qiáng)度要求。5.3 Z軸方向5.3.1運(yùn)動原理該方向采用電動機(jī)通過聯(lián)軸器帶動主動齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪接觸嚙合，將力矩傳遞給直線齒條嚙合，提供Z方向前進(jìn)或者后退的動力，從而使得完成在該方向?qū)к壣系淖杂梢苿印Ｔ摲较驗(yàn)樨Q直方向，為防止下滑，采用類似于鋼軌截面的導(dǎo)軌截面。圖5.6 Y方向運(yùn)動示意圖1圖5.7 Y方向運(yùn)動示意圖15.3.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核1、 嚙合齒輪的數(shù)據(jù)確定 設(shè)模數(shù)m=3，z=17，=20º，其寬選擇20，計(jì)算如下： d=m×z=3×17=51 da=d+2ha=51+2×1×3=57 df=d-2hf=51-2×1.25×3=43.5 2、 輸出齒輪的數(shù)據(jù)確定 設(shè)模數(shù)m=3，z=34，=20º，其寬選擇15，計(jì)算如下： d=m×z=3×34=102 da=d+2ha=102+2×1×3=108 df=d-2hf=102-2×1.25×3=94.5 3、 齒條的設(shè)計(jì) 設(shè)模數(shù)m=3，z=40，=20º，其寬選擇20+10，即有齒部分為20，沒有齒部分為10，計(jì)算如下： p=×m=9.425 L=p×z=377 ha= m ×ha*=3 hf= m ×(ha*+c*)=3.75 齒輪強(qiáng)度校核1齒輪參數(shù) 傳遞功率：600KW 輸入轉(zhuǎn)速：25.68rpm 輸出轉(zhuǎn)速：6.0rpm Z1=25 M=36 42CrMo Z2=107 M=36 ZG35CrMo 齒寬：600mm 熱處理：a)軟齒面 b)硬齒面（中頻表面淬火） 2 強(qiáng)度校核 1) 按軟齒面校核 a) 系數(shù)選擇 使用系數(shù)Ka=1.25 動載系數(shù)Kv=1.2 齒向載荷分布系數(shù)KH=1.025 KF=1.0 齒間載荷分布系數(shù)Kh=1.2 Kf=1.2 應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.58 Ysa1=1.8 彈性系數(shù)Ze=189.8 壽命系數(shù)ZN1=1.6 ZN2=1.58 YN1=2.3 YN2=2.2 齒形系數(shù)Yfa1=2.75 Yfa2=2.3 b) 確定疲勞極限接觸疲勞極限 h1=1180mpa h2=650mpa 彎曲疲勞極限 f1=380mpa f2=300mpa 最小接觸安全系數(shù)SH=1.1 最小彎曲安全系數(shù)SH=1.3 c) 計(jì)算結(jié)果 向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn) 2) 按硬齒面校核 a) 系數(shù)選擇 使用系數(shù)Ka=1.25 動載系數(shù)Kv=1.2 齒向載荷分布系數(shù)KH=1.05 KF=1.01 齒間載荷分布系數(shù)Kh=1.1 Kf=1.1 應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.58 Ysa1=1.8 彈性系數(shù)Ze=189.8 壽命系數(shù)ZN1=1.6 ZN2=1.58 YN1=2.3 YN2=2.2 齒形系數(shù)Yfa1=2.75 Yfa2=2.3 b) 確定疲勞極限 接觸疲勞極限 h1=1200mpa h2=700mpa 彎曲疲勞極限 f1=400mpa f2=350mpa 最小接觸安全系數(shù)SH=1.2 最小彎曲安全系數(shù)SH=1.55.4 吸盤設(shè)計(jì)平直型真空吸盤的工作原理:首先將真空吸盤通過接管與真空設(shè)備(如真空發(fā)生器等)接通,然后與待提升物如玻璃、紙張等接觸,起動真空設(shè)備抽吸,使吸盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)氣壓,從而將待提升物吸牢,即可開始搬送待提升物。當(dāng)待提升物搬送到目的地時(shí),平穩(wěn)地充氣進(jìn)真空吸盤內(nèi),使真空吸盤內(nèi)由負(fù)氣壓變成零氣壓或稍為正的氣壓,真空吸盤就脫離待提升物,從而完成了提升搬送重物的任務(wù) 。采用吸盤的方式來提取物件，將目標(biāo)物放置在規(guī)定的地點(diǎn)。該吸盤共有9個吸嘴，對稱分布，吸盤基座位置開四個螺紋孔，通過螺紋與Z軸移動架相連，實(shí)現(xiàn)吸盤的上下移動。圖5.8 吸盤設(shè)計(jì)示意圖1圖5.9 吸盤設(shè)計(jì)示意圖2通用真空吸盤選型計(jì)算公式就是：F=0.1PAF：吸盤的理論吸吊力，單位NP：吸盤的真空度，單位kpaA：吸盤有效吸著面積，單位cm2通過上面的公式可得出我們常用的圓形吸盤直徑選型計(jì)算：D：吸盤直徑，單位mmW：吸吊物的重量，單位牛Nt：安全系統(tǒng)，水平t4，垂直t8n：吸盤的個數(shù)P：吸盤的真空度，單位為MPA（注意和上面P單位不同）吸盤的真空度P一般為所選定的真空發(fā)生器（或真空泵）的最大真空度的60%至95%范圍內(nèi)選擇。經(jīng)過實(shí)踐中使用真空吸盤,對真空吸盤的使用提出以下注意事項(xiàng):1.用真空吸盤吸持及搬送重物時(shí),嚴(yán)禁超過理論吸持力的40%,以防止過載,造成重物脫落。2.在使用過程中,必須保持真空壓力穩(wěn)定。3.若發(fā)現(xiàn)吸盤老化等原因而失效時(shí),應(yīng)及時(shí)更換新的真空吸盤。參考文獻(xiàn)1 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.2 張健民.工業(yè)機(jī)器人M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.3 施海鋒,吳江柳.機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M.北京：清華大學(xué)出版社，2008.4 鄭洪生.氣壓傳動及控制M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.6 周開勤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第五版)M.北京：高等教育出版社,2001.7 華大年.機(jī)械原理(第二版)M.北京：高等教育出版社,1994.8 王永華,宋寅卯,陳玉國,鄭安平.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,200