噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中文摘要: 英文摘要 目錄 1.前言2電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)(1)大臂電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)(2)基座電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)3軸的設(shè)計(jì)和校核(1)基座傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)(2)軸的強(qiáng)度校核(3)基座傳動(dòng)軸上零件校核. 前言首先我介紹一下機(jī)器人產(chǎn)生的背景,機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,它應(yīng)該說是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果,同時(shí),為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù),它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入,就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。比如說日本,戰(zhàn)后以后開始進(jìn)行汽車的工業(yè),那么這時(shí)候由于它人力的缺乏,它迫切需要一種機(jī)器人來進(jìn)行大批量的制造,提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度,這是從社會(huì)發(fā)展需求本身的一個(gè)需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果,也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果,那么人類的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會(huì)發(fā)展的情況,人們?cè)絹碓讲粩嗵接懽匀贿^程中,在改造自然過程中,認(rèn)識(shí)自然過程中,來需求能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動(dòng),實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造,這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過程中的一個(gè)客觀需要。但另一方面,盡管人們有各種各樣的好的想法,但是它也歸功于電子技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段,那么也就是說,我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類,一種是第一代機(jī)器人,那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人,它是通過一個(gè)計(jì)算機(jī),來控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械,通過示教存儲(chǔ)程序和信息,工作時(shí)把信息讀取出來,然后發(fā)出指令,這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果,再現(xiàn)出這種動(dòng)作,比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人,它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過程示教完以后,它總是重復(fù)這樣一種工作,它對(duì)于外界的環(huán)境沒有感知,這個(gè)力操作力的大小,這個(gè)工件存在不存在,焊的好與壞,它并不知道,那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人,也就存在它這種缺陷,因此,在20世紀(jì)70年代后期,人們開始研究第二代機(jī)器人,叫帶感覺的機(jī)器人,這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺,比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比,有了各種各樣的感覺,比方說在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候,它實(shí)際上力的大小能感覺出來,它能夠通過視覺,能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋,它能通過一個(gè)觸覺,知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。 那么第三代機(jī)器人,也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段,叫智能機(jī)器人,那么只要告訴它做什么,不用告訴它怎么去做,它就能完成運(yùn)動(dòng),感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能,那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義,但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在,而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能的概念越來越豐富,它內(nèi)涵越來越寬。 機(jī)器人有三個(gè)發(fā)展階段,那么也就是說,我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類,一種是第一代機(jī)器人,那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人,它是通過一個(gè)計(jì)算機(jī),來控制一個(gè)多自由度的一個(gè)機(jī)械,通過示教存儲(chǔ)程序和信息,工作時(shí)把信息讀取出來,然后發(fā)出指令,這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果,再現(xiàn)出這種動(dòng)作,比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人,它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過程示教完以后,它總是重復(fù)這樣一種工作,它對(duì)于外界的環(huán)境沒有感知,這個(gè)力操作力的大小,這個(gè)工件存在不存在,焊的好與壞,它并不知道,那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人,也就存在它這種缺陷,因此,在20世紀(jì)70年代后期,人們開始研究第二代機(jī)器人,叫帶感覺的機(jī)器人,這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺,比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比,有了各種各樣的感覺,比方說在機(jī)器人抓一個(gè)物體的時(shí)候,它實(shí)際上力的大小能感覺出來,它能夠通過視覺,能夠去感受和識(shí)別它的形狀、大小、顏色。抓一個(gè)雞蛋,它能通過一個(gè)觸覺,知道它的力的大小和滑動(dòng)的情況。 那么第三代機(jī)器人,也是我們機(jī)器人學(xué)中一個(gè)理想的所追求的最高級(jí)的階段,叫智能機(jī)器人,那么只要告訴它做什么,不用告訴它怎么去做,它就能完成運(yùn)動(dòng),感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能,那么這個(gè)目前的發(fā)展還是相對(duì)的只是在局部有這種智能的概念和含義,但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在,而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能的概念越來越豐富,它內(nèi)涵越來越寬。 我設(shè)計(jì)的噴吐機(jī)器人主要運(yùn)用于房屋墻壁的噴漆,汽車表面噴途等用途。我。 本論2.2.1電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)假設(shè)手腕的最大負(fù)荷重量3kg,初估腕部的重量3kg,最大運(yùn)動(dòng)速度V=1.5m/s 功率P=fv=mgv=6101.5=90kw取安全系數(shù)為1.2,考慮到傳動(dòng)損失和摩擦,最終的電機(jī)功率P=110W。查表選擇75BF004型號(hào)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。具體參數(shù)如下表型號(hào)相數(shù)步距角最大精轉(zhuǎn)矩安裝外徑長(zhǎng)度軸徑重量75BF00431.50.882NM75mm75mm6mm1.58kg小臂減速比的確定求角速度 W=3.75r/s 其中W為角速度(r/s) V為運(yùn)動(dòng)速度(m/s) R為小臂連桿的長(zhǎng)度(400mm) 在求實(shí)際轉(zhuǎn)速 N=36r/min 最后求得總傳動(dòng)比:i= 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n 其中為步距角 f為控制脈沖頻率 由電動(dòng)機(jī)型號(hào)查表求得f2500hz則 n=625r/min則i=17.3 取i整17查表采用行星齒輪結(jié)構(gòu)的 諧波減速器具體機(jī)構(gòu)及參數(shù)如下所示:行星齒輪減速器自齒輸出端軸承滾珠軸承最大 允許軸向載荷150N最大允許安裝力300N推薦輸入速度800rpm減速比17:1輸出最大轉(zhuǎn)矩15N.M允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩22.5N.M具體安裝尺寸見下圖所示:2.2.2機(jī)座電動(dòng)機(jī)和大臂電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同小臂采用相同原理 大臂電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì):初步估計(jì)大臂電動(dòng)機(jī)的 負(fù)載為16kg 最大運(yùn)動(dòng)速度為1.5m/s 同理求得P=288W查相關(guān)手冊(cè)選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為:90BF003具體參數(shù)如下:電動(dòng)機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩最大啟動(dòng)功率90BF00331.51.961500HZ質(zhì)量外徑長(zhǎng)度軸徑最大運(yùn)行頻率4.2kg90mm125mm9mm8000hz由以上數(shù)據(jù)可得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 由公式n=2000r/min 又由W=2.14r/s實(shí)際轉(zhuǎn)速n=20r/min由公式得 i總=100查表采用行星齒輪結(jié)構(gòu)的諧波減速器,具體參數(shù)如下表:行星齒輪減速器直齒輸出端軸承滾珠軸承最大允許軸向載荷250N最大安裝力410N推薦輸入速度8000rpm減速比100:1輸出最大轉(zhuǎn)矩26N.M允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩36N.M具體安裝尺寸見下圖: 2.23機(jī)座電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 初步估計(jì)電動(dòng)機(jī)最大載荷重量為m=30kg 最大運(yùn)動(dòng)速度V1.5m/s 功率PFV=mgv=30101.5450W 取安全系數(shù)為1.2 則PP1.2540W考慮到傳動(dòng)損失和摩擦,最終的電動(dòng)機(jī)功率確定為P額=560W查表找出電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下表電動(dòng)機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩最大啟動(dòng)功率90BF00141.83.922000HZ質(zhì)量外徑長(zhǎng)度軸徑最大運(yùn)行頻率4.5kg90mm145mm9mm8000hz求基座電動(dòng)機(jī)的諧波減速比: 由公式n=2400r/min 又由基座傳動(dòng)軸與噴槍幾乎處在 同一直線的特殊位置故:W=15r/s實(shí)際轉(zhuǎn)速n=143最后求得總傳動(dòng)比i總=16.7取i整17基座電動(dòng)機(jī)也采用同諧波減速器相聯(lián)一體的結(jié)構(gòu)。具體參見下圖,安裝尺寸見下:行星齒輪減速器直齒輸出端軸承滾珠軸承最大允許軸向載荷250N最大安裝力410N推薦輸入速度8000rpm減速比17:1輸出最大轉(zhuǎn)矩26N.M允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩36N.M3.軸的設(shè)計(jì)和校核 軸的結(jié)構(gòu)決定與受力情況,軸上零件的布置和固定方式,軸承的類型和尺寸,軸的毛坯和制造,裝配工藝,以及運(yùn)輸,安裝等條件,軸的結(jié)構(gòu),應(yīng)使軸受力合理,避免或減輕應(yīng)力集中。3.1基座傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 取軸的材料為45鋼。調(diào)制處理。a.軸經(jīng)同電動(dòng)機(jī)輸出軸相同大小故d=9mm b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后,就可按照軸上零件的安裝順序從出開始逐段確定軸徑,上面是軸段1的直徑。 軸段1上 用套筒開通鍵和電動(dòng)機(jī)輸出軸相連。由于套筒幾乎不受軸向力故在套筒上開一緊盯螺釘螺釘采用。 軸段2上安裝套筒。右端用軸肩固定,考慮到軸的強(qiáng)度取軸徑18mm 軸段3上要安裝軸承,其直徑應(yīng)該便于軸承安裝,故取軸段3的直徑為d=30mm軸段4左端用軸肩固定軸承,有軸承的安裝尺寸可得40mm。根據(jù)尺寸結(jié)構(gòu)和便于控制軸段4末端采用圓孔型結(jié)構(gòu)。具體尺寸見圖。C. 各段長(zhǎng)度的確定根據(jù)套筒及箱體結(jié)構(gòu)的尺寸取40mm考慮到套筒長(zhǎng)及箱體的長(zhǎng)度取38mm根據(jù)軸承寬度取34mm由機(jī)器人的噴涂范圍及基座總長(zhǎng)等因素取126mm軸的結(jié)構(gòu)見下圖所示:3.2軸的強(qiáng)度校核 軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,進(jìn)行校核計(jì)算,計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求,進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí),應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況,采取相應(yīng)的方法,并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。 a 計(jì)算軸上的轉(zhuǎn)矩T主軸上的傳遞功率 =0.7kw T=9.55* =9.55*=4.67*Nb 軸的受力分析 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩:=4.67*N=9.55* c 按彎矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 (1)。繪制軸受力簡(jiǎn)圖。見圖a (2)。繪制垂直面彎矩圖b 軸承支撐力 =mg=32*10=320 又有*L=* =計(jì)算彎矩 截面C右側(cè)彎矩 NM 截面C左側(cè)彎矩 NMd 繪制水平面彎矩圖 由于軸承水平面幾乎不受外力。可以忽略不算。e 繪制彎矩圖 NM NMf 繪制轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化取0.6 截面C處的當(dāng)量彎矩為 g 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 故滿足強(qiáng)度要求3.3基座傳動(dòng)軸上零件的校核 3.31鍵的校核:根據(jù)軸徑的大小選擇鍵的類型,由GB1096-79查表取鍵的規(guī)格:b*h=3*3 取鍵的系列長(zhǎng)度L=12mm鍵的材料選用45剛校核擠壓強(qiáng)度:又有L=12-3=9mm 。 查表求得許用擠壓應(yīng)力(120150)MP 故 擠壓強(qiáng)度足夠3.3.2傳動(dòng)軸上軸承的校核 滾動(dòng)軸承的主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕和塑性變形。滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)為針對(duì)疲勞點(diǎn)蝕進(jìn)行壽命計(jì)算,針對(duì)塑性變形進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)于轉(zhuǎn)速較承除進(jìn)行壽命計(jì)算外還需要計(jì)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。課題中選用的軸承規(guī)格為:30206型。具體參數(shù)如下表: 型號(hào)DdTBC額定動(dòng)載荷額定靜載荷30206623017.5161441.2KN29.5KN如下圖所示: a. 求當(dāng)量動(dòng)載荷P:對(duì)于只受徑向載荷為主的軸承,當(dāng)量動(dòng)載荷為: 其中3340N 查表得1.2 根據(jù)公式計(jì)算:=1.2*3340=4008N 軸承的壽命計(jì)算公式為: 查表得到:C=41200N 對(duì)于球類軸承=3 則有 :116108612599820000h故滿足壽命要求。 b.軸承的精強(qiáng)度校核: 求當(dāng)量精載荷 由于軸承只承受徑向載荷,由于則 =17668.6靜強(qiáng)度選擇軸承的計(jì)算公式為: 查表=2則=3533.7N 查表后得到:=505*N 故滿足要求。3.4大臂軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的材料選擇45號(hào)剛,調(diào)制處理。各段軸徑的確定軸段1由于和電動(dòng)機(jī)配合故9mm考慮到在軸段2上裝上套筒故取軸徑d=20mm軸段3上安裝軸承,其直徑因該便于軸承的安裝,又因該符合軸承的內(nèi)徑系列。即軸段3的直徑和軸承型號(hào)的選則同時(shí)進(jìn)行,軸承型號(hào)為6.6型的深溝球軸承,故30mm軸段4的右端固定軸承故取35mm 各段長(zhǎng)度的確定 各段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上零件的配合部分長(zhǎng)度確定,還和箱體及軸承蓋等零件又關(guān)。 考慮到套筒長(zhǎng)取軸段130mm 軸段2上安裝套筒,取長(zhǎng)為26mm 根據(jù)軸承的尺寸取軸段314mm 根據(jù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)取軸段483mm3.4.1 軸的強(qiáng)度校核 大臂傳動(dòng)軸式一個(gè)傳動(dòng)力矩的軸如下圖所使的結(jié)構(gòu): a 軸上轉(zhuǎn)矩 主軸上傳遞的功率 又公式代入d9mm c=110 則NMb 畫出垂直面彎矩圖(如下圖) 水平面的支撐反力: 軸承支撐反力,由 則軸承支撐反力為:計(jì)算彎矩,取截面C處研究對(duì)象。 經(jīng)計(jì)算:C 繪制水平面彎矩圖 由于水平面幾乎不受力的作用,故不予考慮。d 繪制合成彎矩圖 e 繪制轉(zhuǎn)矩圖:如下圖所示 轉(zhuǎn)矩T9.555250NMf 繪制當(dāng)量彎矩圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化取0.6 截面C處的當(dāng)量彎矩為: 3150NMg 校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度 完全滿足要求。3.5大臂上零件的校核3.51軸段1上鍵的校核 由軸的直徑確定鍵的類型,根據(jù)GB1096-79選取鍵的類型 B*h=3*3 其中L=12mm校核擠壓強(qiáng)度:,又有L=12-3=9mm又由轉(zhuǎn)矩T=5.25* 故故強(qiáng)度滿足要求3.52軸承的校核。滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)為針對(duì)疲勞點(diǎn)蝕進(jìn)行壽命計(jì)算,針對(duì)塑性變形進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)于轉(zhuǎn)速較承除進(jìn)行壽命計(jì)算外還需要計(jì)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。大臂傳動(dòng)軸選用的軸承規(guī)格為:6006型。 求當(dāng)量動(dòng)載荷 式中為徑向載荷 為軸向載荷 為載荷系數(shù)由于軸承主要承受徑向載荷故當(dāng)量動(dòng)載荷為:其中424.7N又根據(jù)工作條件查表得到1.2 則1.2424.7509。64N根據(jù)公式計(jì)算壽命: 查表C=10200N 對(duì)于球類軸承3 則66790.620000h故滿足要求。靜強(qiáng)度校核: 求當(dāng)量靜載荷 軸承主要承受徑向載荷,取 則293.04靜強(qiáng)度校核選用公式: 查表取2則有:查表得到=50500N 則可得到:。符合靜強(qiáng)度要求。箱體的設(shè)計(jì)。 結(jié)論。,。 謝辭 在此我要特別感謝我們的指導(dǎo)教師常主任給我的無盡的幫助,對(duì)我的指導(dǎo),陪伴我們做畢業(yè)設(shè)計(jì),使我們能夠按時(shí)保質(zhì)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì),同時(shí)我還要感謝我同組的同學(xué)對(duì)我的幫助和大力支持,使我能夠盡可能在短的時(shí)間完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制圖。附錄:六張圖紙噴吐機(jī)器人的裝配圖。
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噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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