大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖
大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖,大型,設(shè)備,裝備,動(dòng)力裝置,減速,裝置,對(duì)接,平臺(tái),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),12,十二,cad
附錄一:外文翻譯一臺(tái)帶有滑塊曲柄和螺桿機(jī)構(gòu)變速機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特色設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)現(xiàn)有機(jī)制的可變輸入速度可以提高機(jī)器的輸出動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)特性?;谶@個(gè)概念,本文提出了一種方法以提高復(fù)合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性。它開始衍生出一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)合機(jī)理的分析模型。帶有控制點(diǎn)的 Bezier 功能被用來設(shè)計(jì)復(fù)合機(jī)構(gòu)的可變?nèi)?;控制點(diǎn)和該復(fù)合機(jī)制的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力特性是在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱通過求解最優(yōu)函數(shù)來確定的。另外,建議方法由兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例說明。結(jié)果表明現(xiàn)存機(jī)器的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力特性可以通過設(shè)計(jì)帶有貝塞爾功能的可變輸入速度來改進(jìn)。關(guān)鍵詞:可變輸入速度; 復(fù)合機(jī)制;運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性;1 引言傳統(tǒng)上,工程師以恒定的輸入速度設(shè)計(jì)現(xiàn)有機(jī)制的輸出特性。如果所需的輸出不同,則應(yīng)重新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的尺寸。為達(dá)到此目的,但不修改幾何尺寸的現(xiàn)有機(jī)制的一種替代方法。是為原來的機(jī)制設(shè)計(jì)可變輸入速度。關(guān)于變量輸入速度的概念的應(yīng)用程序,可追溯到由 Rothbart 設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)1,其中Whitworth 急回機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化可變輸入速度到凸輪。Tesar 和 Matthew 2運(yùn)動(dòng)方程用于基于可變凸輪轉(zhuǎn)速概念的凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)。Yan et al 3-6開發(fā)了具有可變輸入速度系統(tǒng)的方法用于改善凸輪從動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),如消除跟隨運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)性和低峰值。Van de Straete 和 De Schutter 7提出了一種凸輪機(jī)構(gòu)帶有恒速電機(jī)和伺服電機(jī),由差速驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。作為其電源輸入,用于靈活地修改輸出運(yùn)動(dòng)。姚等人 8-13應(yīng)用了最優(yōu)控制理論以提高輸出運(yùn)動(dòng)的凸輪速度和減少跟隨器的殘余振動(dòng)。后來,可變輸入速度也適用于處理其他種類的機(jī)制。Kaplan 和 Rao 14制定了一個(gè)可變輸入速度機(jī)制作為多目標(biāo)優(yōu)化問題。閻和陳15-17設(shè)計(jì)了滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)輸入速度功能,Watt 型壓力機(jī)和 Stephenson 形成這些機(jī)制近似于所需的功能輸出軌跡。Liu et al 18設(shè)計(jì)了一個(gè)用于降低滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的峰值加速度的多項(xiàng)式速度函數(shù)。閻和宋19-22開發(fā)了對(duì)于四桿連桿的可變輸入速度的設(shè)計(jì)方法以獲得預(yù)期的輸出運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)平衡性能。姚等人 23,24提出一種通過改變輸入的速度功能鏈接來最小化驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)力矩的四桿聯(lián)動(dòng)方法。Yan 和 Yan 25開發(fā)了一種用于具有可變輸入速度的四桿連桿綜合設(shè)計(jì)方法以降低峰值振動(dòng)力和力矩的值,以提高性能的跟蹤速度軌跡,并盡量減少電機(jī)功率耗散?;谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,顯而易見現(xiàn)有機(jī)器的輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性由機(jī)構(gòu)的配置和輸入決定。一般來說,如果一種現(xiàn)有設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性需要被改進(jìn)為在恒速輸入;然后,原始機(jī)制的尺寸也需要變。但是 Rothbart 1提出的使用另一種機(jī)制的辦法推動(dòng)現(xiàn)有機(jī)制改善原有機(jī)制的機(jī)制。Yan 等提出的其他方法3-6,8-13,15-18,20-25通過設(shè)計(jì)提高產(chǎn)量直接變速輸入,而不改變尺寸的相同的機(jī)制。本研究的目的是開發(fā)和設(shè)計(jì)一個(gè)具有滑塊式機(jī)構(gòu)和螺絲機(jī)構(gòu)復(fù)合機(jī)制的可變輸入速度的模型用于提高復(fù)合機(jī)制的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性來滿足所需的約束。這里,貝塞爾曲線26是用于設(shè)計(jì)復(fù)合機(jī)構(gòu)的輸入速度功能以提高這種復(fù)合機(jī)理的輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特征。兩個(gè)被提出來的設(shè)計(jì)實(shí)例來說明設(shè)計(jì)過程。2. 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)分析考慮具有滑塊式機(jī)構(gòu)和螺桿機(jī)構(gòu)復(fù)合機(jī)制,如圖 1 所示,滑塊曲柄機(jī)構(gòu)的輸入和輸出是曲柄和滑塊(架);螺絲機(jī)構(gòu)的輸入和輸出分別是小齒輪(螺絲)和從動(dòng)件;和機(jī)架驅(qū)動(dòng)小齒輪。滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)如圖 2 所示。滑塊的位移表示為 r4,速度表示為 v4 和加速度表示為 a4。大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其中f4 和f4 是運(yùn)動(dòng)系數(shù)和它的一階導(dǎo)數(shù)。曲柄 2 的角速度w2 和角加速度w2 是曲柄角位移q2的一階和二階導(dǎo)數(shù),角位移q5 ,角速度w5 ,螺旋物的角加速度w5可以表示為:其中 rg 是小齒輪的半徑,Dr4 是位移 r4 的變化。 修正正弦加速度運(yùn)動(dòng)曲線為應(yīng)用于設(shè)計(jì)螺桿5 的位置,位移 s6,跟隨器 6 的速度 v6 和加速度 a6 表示為:圖一 復(fù)合機(jī)制圖二 滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)的環(huán)向量其中 b 和 h 分別是在時(shí)段 s 期間螺桿 5 的角行程和行程跟隨者 6。顯然, 曲柄 2 的角位移q2(t )是時(shí)間 t 的一個(gè)功能, g = 2p 曲柄 2 的角行程是在相同時(shí)間段t 的角行程。然后,歸一化時(shí)間 T 和標(biāo)準(zhǔn)化曲柄 2 的角位移q2(T )被定義為 T =t/t ,q2 =q2 / g 。因此 0T1,0q2(T )1。此外,歸一化加速度是:W2(T )=dQ2(T ) / dT= (t/ g )w2 ;歸一化角加速度是W (T )=d 2Q (T ) / dT 2 = (t 2 / g )w。當(dāng)確定角速度時(shí);復(fù)合機(jī)制的運(yùn)222動(dòng)特性將通過應(yīng)用方程式(1)(15)來計(jì)算。應(yīng)用牛頓第二定律來鏈接產(chǎn)生 20 個(gè)方程。輸入轉(zhuǎn)矩 M2 可以通過 20 個(gè)方程計(jì)算。搖晃的時(shí)刻,在框架上的復(fù)合機(jī)制,可以表示為:的鏈接 i 其中 rOi 是向量從點(diǎn) O 到質(zhì)心。3.貝塞爾曲線貝塞爾曲線廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形模型中光滑的曲線。Winkel 26指出,伯恩斯坦多項(xiàng)式和貝塞爾曲線是至關(guān)重要的計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)。因此,這項(xiàng)工作使用這些基本功能來設(shè)計(jì)歸一化的曲柄 2 輸入角速度W2(T )。n 度貝塞爾函數(shù)是 n 階可微分連續(xù)曲線,其形狀由 n 個(gè)受控點(diǎn)控制。除了高分辨率的連續(xù)性,貝塞爾功能還提供了足夠的各種曲線圖輸入速度功能。歸一化的輸入角速度W2(T )可以用 n 度貝塞爾函數(shù)表示:其中 Pi,0i n + 1 是 Bezier 功能的第 i 個(gè)控制點(diǎn),Bi, n (T)是伯恩斯坦多項(xiàng)式。通過整合表達(dá)式W2(T ),等式(17),對(duì)于 T,然后進(jìn)行歸一化輸入角位移Q2(T )可以被派生為:其中伯恩斯坦多項(xiàng)式的積分可以由其導(dǎo)出使用部件集成的方法。對(duì)于歸一化輸入角位移,初始?xì)w一化輸入角位移為零, Q2(0) =0 ,最終歸一化輸入角位移為一, Q2(1) = 1。將這兩個(gè)要素代入方程 (19)由于貝塞爾曲線是 n 階微分,歸一化輸入角加速度, Q2(T ),可以通過微分得出。歸一化輸入角速度Q2(T ),相對(duì)于 T 為其中:4.設(shè)計(jì)實(shí)例這項(xiàng)工作使用貝塞爾曲線作為,復(fù)合機(jī)制的變速輸入,以提高復(fù)合機(jī)制的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這種改善可以被制定為受到設(shè)計(jì)師提出的一些設(shè)計(jì)約束一個(gè)優(yōu)化問題。最佳設(shè)計(jì)結(jié)果可以通過求解函數(shù)找到。圖三 示例 1 的運(yùn)動(dòng)特性:(a)曲柄運(yùn)動(dòng)特性和(b)跟隨器運(yùn)動(dòng)特性大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)“fmincon”在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中。函數(shù) fmincon 可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)用順序二次編程(SQP)算法的局部最小值。設(shè)計(jì)過程由如下兩個(gè)例子說明。例 1如果從動(dòng)件 6 的運(yùn)動(dòng)特性是用應(yīng)用變速輸入改進(jìn),目標(biāo)函數(shù)可以表示為兩個(gè)比率的總和:一個(gè)是均方根比;另一個(gè)是波動(dòng)比。對(duì)于該示例,優(yōu)化結(jié)果與恒定輸入結(jié)果的比率是a6b/a6。目標(biāo)函數(shù)必須最小化并可以表達(dá)為受制于以下約束:其中下標(biāo) b 表示優(yōu)化結(jié)果,下標(biāo) rms 表示均方根的結(jié)果,從動(dòng)件 6 是加速度 a6,ei(i=1,2,3,4,5)是平等約束。方程(26)和(27)表明初始和最終的歸一化輸入角位移分別為 0 和 1。方程(28)表明歸一化輸入角速度的邊界條件必須相等。類似地,(29)歸一化輸入角加速度的邊界條件必須相等。這些邊界條件使曲柄的運(yùn)動(dòng)連續(xù)。方程(30)顯示了控制點(diǎn)的極限; 這個(gè)也在等式(21)。復(fù)合機(jī)理的相關(guān)規(guī)范列于表 1。平均輸入速度為 200rpm,即正?;瘯r(shí)間 T 和時(shí)間 t 的范圍分別為:0T1 和 0 t 0.3s。使用十階 Bezier 曲線作為歸一化輸入角速度。有 11 個(gè)控制點(diǎn),它可以作為設(shè)計(jì)變量。這項(xiàng)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量:P0,P1,.,P10 分別為1.1250,1.1250,0.5000,0.5000, 1.5000, 1.5000, 1.5000, 0.5000, 0.5000, 1.1250, and1.1250。角位移,速度和曲柄加速度,由設(shè)計(jì)變量確定,如圖圖 3(a)。從動(dòng)件 6 的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)特性如圖 3(b)。圖3 也顯示了相應(yīng)的恒速輸入特性。設(shè)計(jì)結(jié)果表明,從動(dòng)件 6 速度的峰值和加速度會(huì)被應(yīng)用變量輸入減少。實(shí)施例 1 的特點(diǎn)的比較展示于表 2 中。例 2如果從動(dòng)件 6 的運(yùn)動(dòng)特性和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩特性用應(yīng)用變速輸入改進(jìn),目標(biāo)函數(shù)可以表示為四個(gè)比率的總和:兩個(gè)是均方根比,而其他兩個(gè)是波動(dòng)比。對(duì)于這個(gè)例子,優(yōu)化結(jié)果至恒定輸入結(jié)果為a6b/a6和M2b/M2。目標(biāo)函數(shù)必須最小化并可以表達(dá)為受限于公式(26) - (31),其中下標(biāo) b 表示優(yōu)化結(jié)果,下標(biāo) rms 表示結(jié)果均方根,下標(biāo) flu 表示造成的結(jié)果,M2 是曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩。平均輸入速度為 200 rpm。十階 Bezier 曲線用于表示歸一化的輸入角速度。有是 11 個(gè)控制點(diǎn),可以用作設(shè)計(jì)變量。這項(xiàng)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能來確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量。P0,P1,.,P10 為 1.0234,1.0234,0.5000,0.7032,1.5000,1.5000,1.5000,分別為 0.7032,0.5000,1.0234 和1.0234。曲柄的角位移,速度和加速度 2 由設(shè)計(jì)變量確定,如圖 4(a)所示。從動(dòng)件 6 的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)特性和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩如圖 4(b)和 5。圖 4 和圖 5 也示出了常數(shù) - 速度輸入。設(shè)計(jì)結(jié)果表明,速度的峰值和從動(dòng)件 6 的加速度和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩可以通過應(yīng)用變速輸入減小。和例 2 的特點(diǎn)的比較列在表 3 中。概要。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)例的結(jié)果,這項(xiàng)工作提出以下結(jié)論:(1)現(xiàn)有的機(jī)制運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性的改善可以通過變速輸入的 應(yīng)用提出的方法實(shí)現(xiàn)。(2)研究復(fù)合機(jī)制的鏈路長(zhǎng)度 r1(圖 2 和表 1)等于零; 滑塊和跟隨器的運(yùn)動(dòng)特性是對(duì)稱的。獲得控制點(diǎn)的價(jià)值遵循相同的模式。他們是對(duì)稱的,并具有相同的重復(fù)。(3)方程(25)和(32)是多目標(biāo)函數(shù)包含一些子目標(biāo)函數(shù)。事實(shí)上,當(dāng)采用多目標(biāo)函數(shù)時(shí),如何確定對(duì)于每個(gè)子目標(biāo)合適的權(quán)重,總是有一個(gè)問題。合適的權(quán)重的確定取決于設(shè)計(jì)師提出要求。為了簡(jiǎn)單的討論,這項(xiàng)工作使得在等式 (25)和(32 每個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重等于 1。(4)這個(gè)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中函數(shù) fmincon 確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量 P0, P1,.,P10。功能 fmincon 可以依靠應(yīng)用 SQP 算法的局部最小值實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作的最佳設(shè)計(jì)結(jié)果可能是本地化的。5 結(jié)論基于可變輸入速度的設(shè)計(jì),這項(xiàng)工作提出了一種用于改善復(fù)合機(jī)制的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性的方法。導(dǎo)出機(jī)制的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性的分析模型。貝塞爾函數(shù)用于設(shè)計(jì)可變輸入速度,以及復(fù)合機(jī)理的局部最優(yōu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性的確定。最后,所提出的方法由兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例說明。結(jié)果表明復(fù)合機(jī)制的輸出動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)特性通過使用貝塞爾函數(shù)設(shè)計(jì)可變輸入速度的軌跡得到改進(jìn)。附錄二:翻譯原文大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書論文(設(shè)計(jì))題目:大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作日期:2016年12月12日 2017年05月26日1.選題依據(jù):以解決大型動(dòng)力與減速裝置裝配的對(duì)接調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)的問題為出發(fā)點(diǎn),展開對(duì)接平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作,在平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中鍛煉學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。且該課題具有工程實(shí)際背景,結(jié)合我校畢業(yè)生培養(yǎng)計(jì)劃,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)思路及相關(guān)理論的實(shí)際運(yùn)用,有利于理論與實(shí)踐的結(jié)合。2.論文要求(設(shè)計(jì)參數(shù)):1)平臺(tái)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置的可靠固定,兩者的支撐固定應(yīng)能相對(duì)獨(dú)立運(yùn) 動(dòng),以滿足對(duì)中要求,2)基座最大承重: 8t3)基座初始高度距離安裝臺(tái)表面為300mm ,可向上調(diào)整至600mm,且在運(yùn)動(dòng)過程中任意位置可閉鎖 。調(diào)整精度為10mm。4)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)高度可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有 標(biāo)尺指示 。調(diào) 整 范 圍 :100mm 調(diào) 整 精 度 0.1mm 6)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)縱向可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào) 整 范 圍 :0mm300mm 調(diào) 整 精 度 0.1mm 7)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)橫向可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào) 整 范 圍 :100mm 調(diào) 整 精 度 0.1mm 8)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)傳動(dòng)裝置角度可調(diào) ,調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。旋轉(zhuǎn)調(diào)整范圍:5調(diào)整精度0.19)基座外廓尺寸 3m2.5m3.個(gè)人工作重點(diǎn):1)裝配平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):橫向、縱向、高度方向調(diào)整結(jié)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)選用計(jì)算:導(dǎo)軌選用的相關(guān)計(jì)算3)關(guān)鍵部件強(qiáng)度及剛度校核:橫向、縱向、升降滑臺(tái)以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)等的校核4.時(shí)間安排及應(yīng)完成的工作:第1周:熟悉題目,明確任務(wù),查閱相關(guān)資料第2周:對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)第3周:擬定工作內(nèi)容與初步設(shè)計(jì)方案第4周:撰寫開題報(bào)告,進(jìn)行開題第5周:完成整體方案構(gòu)型設(shè)計(jì) 第6周:完成相關(guān)校核計(jì)算與修正第7周:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行高度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第8周:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行橫向與縱向相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第9周:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)角度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第10周:進(jìn)行其它相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),完成裝配圖,進(jìn)行必要的校核計(jì)算 第11周:對(duì)主要零件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),完成零件圖第12周:整理相關(guān)設(shè)計(jì)資料,撰寫說明書第13周:完成設(shè)計(jì)說明書初稿第14周:修改完善說明書,完成英文資料翻譯第15周:修改完善說明書第16周:做PPT,準(zhǔn)備答辯相關(guān)材料5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):1)一種大型設(shè)備多自由度自動(dòng)對(duì)接方法,周召發(fā), 黃先祥, 強(qiáng)寶民,光電工程 2005年6期2)一種混聯(lián)精密裝校平臺(tái)的設(shè)計(jì)與分析,謝志江, 宋文軍, 劉小波, 倪衛(wèi),機(jī)械設(shè)計(jì)2012年4期3)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可動(dòng)結(jié)合部動(dòng)力學(xué)建模,毛寬民, 李斌, 謝波, 魏要強(qiáng),華中科技大學(xué)學(xué) 報(bào) ( 自 然 科 學(xué) 版 ) 2008 年 8 期4)帶滾珠絲杠副的直線導(dǎo)軌結(jié)合部動(dòng)態(tài)剛度特性,蔣書運(yùn), 祝書龍,機(jī)械工程學(xué)報(bào)2010年1期5)飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù),郭洪杰,航空制造技術(shù) 2013年13期6)大型飛機(jī)部件數(shù)字化對(duì)接裝配技術(shù)研究,鄒冀華, 劉志存, 范玉青,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 2007年7期7)大尺度產(chǎn)品數(shù)字化智能對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)研究,文科, 杜福洲, 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)2016年3期8)狹長(zhǎng)盲視空間中精密止口柔順對(duì)接集成裝配裝置,何建國(guó), 吳祉群, 蒲潔, 吉方組合機(jī)床 與 自 動(dòng) 化 加 工 技 術(shù) 2005 年 1 期9)基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度精密裝校平臺(tái)研究,宋文軍, 2012 - 重慶大學(xué):機(jī)械電子工程10)一種新型的對(duì)接裝配裝置的設(shè)計(jì),劉勇, 蒲如平, 敬興久, 張華全 - 機(jī)械工程師2001年11期指導(dǎo)教師簽字:XX教研室主任意見:同意簽字:XX 2016年12月11日教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)意見:同意簽字:XX 2016年12月11日 學(xué)院公章一、選題依據(jù)1論文(設(shè)計(jì))題目大型設(shè)備動(dòng)裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2研究領(lǐng)域機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備動(dòng)裝置與減速裝置的自動(dòng)機(jī)械對(duì)接, 在對(duì)接過程中保證對(duì)接的精度和效率。3論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值理論意義: 隨著大型現(xiàn)代化機(jī)械裝備在社會(huì)上的廣泛應(yīng)用, 規(guī)格較大的動(dòng)與減速部件的裝配工作的問題日益凸顯出來。由于裝配工作是一個(gè)頻度較高的工作, 人工操作效率低并且給人帶來很大工作強(qiáng)度。所以要充分利用機(jī)械的優(yōu)越性, 可以大大的減少人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 并且效率較高。鑒于對(duì)接條件的復(fù)雜性, 我們可以做出來多自由度的對(duì)接平臺(tái), 以適應(yīng)對(duì)接多種條件, 在設(shè)計(jì)過程中, 使用絲杠等構(gòu)件可以提高平臺(tái)的精度, 再附加上反饋設(shè)備, 可以減少對(duì)接時(shí)間。適應(yīng)社會(huì)對(duì)機(jī)械對(duì)接平臺(tái)的大趨勢(shì), 為我國(guó)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。特別對(duì)于大型動(dòng)與減速裝置的對(duì)接問題是裝配過程中一個(gè)難點(diǎn), 由于對(duì)接處接口精度較高, 且對(duì)接的兩部件比較笨重, 調(diào)整過程往往采用人工手動(dòng)的方式調(diào)整, 且對(duì)接調(diào)整過程無實(shí)時(shí)反饋, 只能憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè), 耗時(shí)較長(zhǎng)。本課題旨在通過設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)反饋功能的對(duì)接平臺(tái), 達(dá)到提高對(duì)接精度與成功率, 節(jié)省調(diào)整時(shí)間的目的。4目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在對(duì)接平臺(tái)有混聯(lián)六自由度精密裝校平臺(tái), 六自由度精密裝校平臺(tái)在整個(gè)下裝裝校系統(tǒng)中具有核心地位, 其六自由度末 端執(zhí)行器的位姿調(diào)整速度及調(diào)整精度直接影響到 LRu 模塊精確、可靠以及高效率的裝校 。六自由度位姿調(diào)整涉及到平臺(tái)的輸入與輸出關(guān)系, 平臺(tái)的輸出即六自由度位姿調(diào)整是實(shí)現(xiàn) LRU 模塊裝校的前提 。平臺(tái)的輸入是伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),其中六自由度平臺(tái)的末端執(zhí)行器在空間的位置變化與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸入存在一定的數(shù)學(xué)映射關(guān)系, 簡(jiǎn)稱控制算法, 將這種控制算法以程序的形式輸入運(yùn)動(dòng)控制器,則通過運(yùn)動(dòng)控制器的控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)末端執(zhí)行器的可控調(diào)整。用運(yùn)動(dòng)學(xué)理論, 推導(dǎo)用于運(yùn)動(dòng)控制器控制的末端平臺(tái)位置逆解及正解、速度的正解與逆解, 構(gòu)建誤差模型并對(duì)末端平臺(tái)誤差作補(bǔ)償, 研究傳感器反饋的閉環(huán)控制, 最終實(shí)現(xiàn)六自由度精密裝校平臺(tái)對(duì) LRU 模塊的可控精密自動(dòng)調(diào)整。目前能對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行六自由度位姿調(diào)整的主要是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái), 簡(jiǎn)稱Stewan 運(yùn)動(dòng)平臺(tái), 在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi), 并聯(lián)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生以后, 并未引起時(shí)人們的足夠關(guān)注, 基于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)機(jī)器人占據(jù)主導(dǎo)地位, 主要是由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)計(jì)算大, 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及動(dòng)學(xué)難度大, 并且位置有時(shí)還存在奇異性。然而串聯(lián)機(jī)構(gòu)由于自身的缺點(diǎn)無法克服, 在工業(yè)應(yīng)用上有一定的局限性, 隨著對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)斷加深、一些理論問題的解決及計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能增強(qiáng), 并聯(lián)機(jī)器人較串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)得到凸顯, 因此并聯(lián)機(jī)構(gòu)大大彌補(bǔ)串聯(lián)機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中存在的足?;炻?lián)精密裝校平臺(tái)是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng), 涉及到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的各類知識(shí), 是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性的工程, 涉及到空間機(jī)構(gòu)、調(diào)平技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、先進(jìn)制造和精度設(shè)計(jì)等多項(xiàng)領(lǐng)域。對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)涉及面向柔性裝配的數(shù)字化產(chǎn)品定義、裝配 T 藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化、數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)控制、先進(jìn)測(cè)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備, 是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)。大部件對(duì)接柔性裝配: 裝配系統(tǒng)組成主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、控制系統(tǒng)、測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件等組成。大部件對(duì)接柔性裝配工裝的主要機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為 3 種形式:柱式結(jié)構(gòu)、塔式結(jié)構(gòu)和塔一柱混聯(lián)結(jié)構(gòu)。自動(dòng)控制控制系統(tǒng)是飛機(jī)數(shù)字化裝配的大腦, 但是在飛機(jī)數(shù)字化裝配過程中, 與裝配相關(guān)的硬軟件系統(tǒng)眾多, 數(shù)據(jù)處理方式多樣, 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、測(cè)數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、制孑 L 數(shù)據(jù)、連接數(shù)據(jù)等之間存在大的交互與協(xié)調(diào), 而多系統(tǒng)集成控制技術(shù)便是實(shí)現(xiàn)交互與協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。誤差分析與優(yōu)化控制關(guān)鍵特征的數(shù)字化傳遞過程誤差是可避免的, 主要包括測(cè)系統(tǒng)誤差、定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)誤差、零部件變形誤差和算法誤差等, 各因素之間是相互獨(dú)立的, 參照數(shù)據(jù)處理中的測(cè)確定度分析方法, 對(duì)上述誤差進(jìn)行分析與優(yōu)化控制。大尺度產(chǎn)品數(shù)字化智能對(duì)接技術(shù)應(yīng)用綜合框架的基礎(chǔ)上,結(jié)合全局坐標(biāo)的位姿引導(dǎo)柔性裝配與六維引導(dǎo)的柔順對(duì)接應(yīng)用模式。包括采用數(shù)字化測(cè)系(激光跟蹤儀)、基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的調(diào)姿平臺(tái)、控制柜、傳感器、集成控制平臺(tái)、固定平臺(tái)、裝配工裝。大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)已單單是提高產(chǎn)品質(zhì)、生產(chǎn)效率的手段, 而是新一代軍機(jī)制造町缺少的必備技術(shù), 需要從產(chǎn)品定義開始人手, 建立數(shù)字化柔性裝配技術(shù)體系, 貫通產(chǎn)品、T 藝、丁裝、裝配和檢測(cè)全過程。結(jié)合某型機(jī)大部件對(duì)接的 T 程實(shí)際應(yīng)用, 對(duì)數(shù)字協(xié)調(diào)的 T 藝設(shè)計(jì)、面向飛機(jī)裝配的數(shù)字化測(cè)技術(shù)、柔性 T 裝,需要從大的工程實(shí)踐中總結(jié)梳理成功的經(jīng)驗(yàn), 制定相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn), 完善技術(shù)體系。針對(duì)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)進(jìn)行探討分析, 實(shí)現(xiàn)柔性工裝、數(shù)字化測(cè)檢測(cè)設(shè)備的協(xié)同規(guī)劃與管理,下一步應(yīng)對(duì)建立數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線相關(guān)技術(shù)展開深入研究實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的整個(gè)裝配過程的柔性化、自動(dòng)化。與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比, 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、承載能、結(jié)構(gòu)、慣、位置誤差、反饋控制及運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解等方面較串聯(lián)優(yōu)越; 但其自身也存在缺點(diǎn), 如運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜、工作空間小、誤差積累等。二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題對(duì)接的適應(yīng)性, 可以通過調(diào)整角度和位置自動(dòng)連接。1)裝配平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì): 橫向、縱向、高度方向調(diào)整結(jié)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)選用計(jì)算: 導(dǎo)軌選用的相關(guān)計(jì)算3)關(guān)鍵部件強(qiáng)度及剛度校核: 橫向、縱向、升降滑臺(tái)以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)等的校核2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路)1)文獻(xiàn)閱讀, 發(fā)展現(xiàn)狀及文獻(xiàn)綜述2)運(yùn)動(dòng)功能分解, 機(jī)構(gòu)選型, 確定總體方案3)根據(jù)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成總體結(jié)構(gòu)布局, 進(jìn)行機(jī)體受分析與剛度分析4)完成各執(zhí)行機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì), 包括軸類, 箱體、基座等零部件的設(shè)計(jì)與校核5)進(jìn)行導(dǎo)軌選型與尺寸綜合設(shè)計(jì)6)進(jìn)行對(duì)接平臺(tái)的裝配圖和零件圖細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)7)進(jìn)行機(jī)構(gòu)精度分析3.本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果1)最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型重載連接件的對(duì)接2)確定基體的結(jié)構(gòu), 導(dǎo)軌位置 電機(jī)位置 絲杠位置3)完成驅(qū)動(dòng)方案, 精準(zhǔn)對(duì)接位置4)對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行的分析, 確保安全可靠5)確定各結(jié)構(gòu)的尺寸6)完成對(duì)接平臺(tái)的裝配圖和零件圖7)編寫設(shè)計(jì)說明書一份三、論文(設(shè)計(jì))工作安排1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù));設(shè)計(jì)參數(shù):1)基座最大承重:8t2)基座初始高度距離安裝臺(tái)表面為 300mm , 可向上調(diào)整至 600mm, 且在運(yùn)動(dòng)過程中任意位置可閉鎖 。調(diào)整精度為10mm 。3)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)高度可調(diào), 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示 。調(diào)整范圍: 100mm調(diào)整精度0.1mm4)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)縱向可調(diào), 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào)整范圍: 0mm300mm調(diào)整精度0.1mm5)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)橫向可調(diào), 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào)整范圍: 100mm調(diào)整精度0.1mm6)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)傳動(dòng)裝置角度可調(diào) , 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。旋轉(zhuǎn)調(diào)整范圍: 5調(diào)整精度0.17)基座外廓尺寸3m2.5m技術(shù)路線:對(duì)接功能分析機(jī)構(gòu)選型, 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)考 慮 運(yùn)動(dòng) 及 驅(qū)動(dòng) 方 式執(zhí)行部分底基座中間 連接部分左 調(diào) 節(jié) z 向右 調(diào)節(jié)x y 向及z 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)尺寸滿足運(yùn)動(dòng)精度計(jì)算校核計(jì)算滿足畫零件圖 裝配圖完善說明書2.論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃第 1 周: 熟悉題目, 明確任務(wù), 查閱相關(guān)資料第 2 周: 對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)第 3 周: 擬定工作內(nèi)容與初步設(shè)計(jì)方案第 4 周: 撰寫開題報(bào)告, 進(jìn)行開題第 5 周: 完成整體方案構(gòu)型設(shè)計(jì)第 6 周: 完成相關(guān)校核計(jì)算與修正第 7 周: 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行高度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第 8 周: 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行橫向與縱向相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第 9 周: 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)角度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第 10 周: 進(jìn)行其它相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì), 完成裝配圖, 進(jìn)行必要的校核計(jì)算第 11 周: 對(duì)主要零件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì), 完成零件圖第 12 周: 整理相關(guān)設(shè)計(jì)資料, 撰寫說明書第 13 周: 完成設(shè)計(jì)說明書初稿第 14 周: 修改完善說明書, 完成英文資料翻譯第 15 周: 修改完善說明書第 16 周: 做 PPT, 準(zhǔn)備答辯相關(guān)材料四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)1宋文軍.基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度精密裝校平臺(tái)研究D.重慶大學(xué):機(jī)械電子工程,2 012: 1-57.2王軍鋒, 唐宏.伺服電機(jī)選型的原則和注意事項(xiàng)J.裝備制造技術(shù), 2009,(11):129-133.3胡小文,龔發(fā)云,王選擇.絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性與誤差分析J.湖工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,24(4):10-15.4付香梅.齒輪傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)性能比較與消隙機(jī)構(gòu)J.煤礦機(jī)械, 2012,33(11):171-172.5孫偉,汪博,聞邦椿.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部動(dòng)學(xué)特性測(cè)試及參數(shù)識(shí)別J.東大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33(5):717-719.6李建國(guó).往復(fù)移動(dòng)式氣動(dòng)機(jī)械手的精確位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.機(jī)床與液壓,2015,43(3):89-91.7Dayong Yu ,Weifang Chen ,Hongren Li.Kinematic parameter identification of parallel robots for semi-physical simulation platform of space docking m echanismJ.MechanikaEI SCI.2011(5):68-72.8周召發(fā), 黃先祥, 強(qiáng)寶民.一種大型設(shè)備多自由度自動(dòng)對(duì)接方法J.光電工程, 2005,32(6):55-58.9謝志江, 宋文軍, 劉小波, 倪衛(wèi).一種混聯(lián)精密裝校平臺(tái)的設(shè)計(jì)與分析J.機(jī)械設(shè)計(jì), 2012,29(4):43-47.10毛寬民, 李斌, 謝波, 魏要強(qiáng).滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可動(dòng)結(jié)合部動(dòng)學(xué)建模J.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,36(8):85-88.11A. Basu, S. A. Moosavian and R. Morandini 。Mechanical Optimization ofServo MotorJ. ASME,2005,127:58-61.12郭洪杰.飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)J.航空制造技術(shù),2013 (13):72-75.13鄒冀華, 劉志存, 范玉青.大型飛機(jī)部件數(shù)字化對(duì)接裝配技術(shù)研究J.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2007,13(7):1367-1373.14文科, 杜福洲.大尺度產(chǎn)品數(shù)字化智能對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)研究J.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2016,22(3):686-694.15Jean-Pierre de Vaujany; Michle Guingand; Didier Remond.Numerical an d Experimental Study of the Loaded Transmission Error of a Worm Gear W ith a Plastic WheelJ.ASME,2008, 130:1-6.16劉勇, 蒲如平, 敬興久, 張華全.一種新型的對(duì)接裝配裝置的設(shè)計(jì)J.機(jī)械工程師,2001(11):50-51.17金慶勉,金加奇.飛機(jī)機(jī)身自動(dòng)對(duì)接技術(shù)研究J.航空制造技術(shù),2014(19):72-75.18張麗媛.復(fù)合對(duì)接試驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)型設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析D.哈爾濱理工大學(xué): 機(jī)械動(dòng)工程,2016:1-61.附: 文獻(xiàn)綜述或報(bào)告文獻(xiàn)綜述摘要: 對(duì)接平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)裝配部件對(duì)接的機(jī)械設(shè)備, 在實(shí)現(xiàn)對(duì)接功能時(shí), 有一定的適應(yīng)性。可調(diào)整自己的位姿, 應(yīng)對(duì)同情況下的對(duì)接。其結(jié)構(gòu)主要是, 基座, 導(dǎo)軌, 中間結(jié)合部分和執(zhí)行部件(對(duì)接平臺(tái))。驅(qū)動(dòng)部分主要是伺服電機(jī), 絲杠, 渦輪蝸桿等傳動(dòng)??刂品矫婵梢酝ㄟ^光柵尺, 編碼器, PLC, 聯(lián)合作用保證對(duì)接的精度和自動(dòng)化。關(guān)鍵詞: 對(duì)接平臺(tái), 伺服電機(jī), 滾動(dòng)絲杠, 導(dǎo)軌。文獻(xiàn) 1 指出:現(xiàn)在比較廣為應(yīng)用的是六自由度精密裝校平臺(tái),目前能對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行六自由度位姿調(diào)整的主要是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái), 簡(jiǎn)稱 Stewan 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。到目前為止, 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的樣機(jī)多種多樣, 包括多自由度的平面機(jī)構(gòu), 同自由度的空間機(jī)構(gòu), 多種布置方式結(jié)構(gòu), 少自由度結(jié)構(gòu)以及超多自由度串并聯(lián)機(jī)構(gòu)。小型并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多輕載, 輸入多采用“伺服電機(jī)+滾動(dòng)絲杠+導(dǎo)軌”等方式實(shí)現(xiàn), 而大型重載并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入則主要采用電液伺服液壓缸驅(qū)動(dòng), 液壓伺服驅(qū)動(dòng)主要得益于其體積小、功率大、精度高、速度快等特點(diǎn)。該精密裝校平臺(tái)提出如下功能要求: 一級(jí)提升功能。LRU 模塊在粗定位以后需要作一級(jí)提升。調(diào)平功能。LRu 模塊粗定位完成以后,LRu 模塊需要作調(diào)平調(diào)節(jié)。使 LRu 模塊盡保證與潔凈廂平行。平面對(duì)接功能。LRu 模塊調(diào)平功能完成以后,需要與潔凈廂底端的卡槽自動(dòng)對(duì)接。為插入式安裝提供基礎(chǔ)性準(zhǔn)備。對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說, 機(jī)械結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)誤差以及驅(qū)動(dòng)輸入誤差是位姿輸出誤差的主要因素。調(diào)平機(jī)構(gòu):幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差包括:上、下鉸點(diǎn)零件形位誤差,如: 上、下鉸點(diǎn)分度圓的半徑誤差, 角度分度誤差和安裝平面的平面度誤差; 上、下鉸點(diǎn)裝配誤差, 如: 鉸的間隙、支撐腿安裝誤差等, 調(diào)平機(jī)構(gòu)存在超靜定問題, 為使機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中有一定的柔性, 要求鉸點(diǎn)有一定的間隙, 所以間隙造成的誤差可避免; 另外還有伺服電動(dòng)推缸的初始長(zhǎng)度誤差及運(yùn)動(dòng)過程中自身的定位誤等。對(duì)接機(jī)構(gòu)。導(dǎo)軌自身在基準(zhǔn)平臺(tái)上的安裝偏差。伺服電機(jī)可使控制速度, 位置精度非常準(zhǔn)確, 可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制, 并能快速反應(yīng), 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中, 用作執(zhí)行元件, 且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性, 可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類, 其主要特點(diǎn)是, 當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象, 轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服系統(tǒng)(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位, 基本上可以這樣理解, 伺服電機(jī)接收到 1 個(gè)脈沖, 就會(huì)旋轉(zhuǎn) 1 個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度, 從而實(shí)現(xiàn)位移, 因?yàn)椋?伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能, 所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度, 都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)的脈沖, 這樣, 和伺服電機(jī)接受的脈沖形成呼應(yīng), 或者叫閉環(huán), 如此一來, 系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)多少脈沖給伺服電機(jī), 同時(shí)又收多少脈沖回來, 這樣, 就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)精確的定位, 可以達(dá)到 0.001mm 。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, 調(diào)速范圍寬, 控制容易, 需要維護(hù), 但維護(hù)方便(換碳刷), 產(chǎn)生電磁干擾, 對(duì)環(huán)境有要求高。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。對(duì)于它的選用, 文獻(xiàn) 2 指出: 步進(jìn)電機(jī)的比較(1)控制精度高; (2)低頻特性好, 即使在低速時(shí)也會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象(3)具有較強(qiáng)的速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能,最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 23 倍;(4)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán), 控制性能為可靠: 因此, 伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)精度有較高要求的機(jī)械設(shè)備, 伺服電機(jī)選型的原則: 1 負(fù)載電機(jī)慣比正確沒定慣比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前提, 伺服系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)在 13 倍負(fù)載電機(jī)慣比下,系統(tǒng)會(huì)達(dá)到晟佳工作狀態(tài)。2 轉(zhuǎn)速電機(jī)選擇首先應(yīng)依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的快速行程速度來計(jì)算, 快速行程的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi), 并應(yīng)在接近電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速的范圍使用, 以有效利用伺服電機(jī)的功率; 額定轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速、允許瞬間轉(zhuǎn)速之問的關(guān)系為: 允許瞬間轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速。3 轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實(shí)際需要, 但是需要留有過多的余, 因?yàn)橐话闱闆r下, 其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 3 倍。需要注意的是,連續(xù)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩, 機(jī)械系統(tǒng)所需要的最大轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)和對(duì)接平臺(tái)執(zhí)行部件要通過出動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn), 常用的有滾珠絲杠副和蝸輪蝸桿。對(duì)于傳動(dòng)方面的問題, 文獻(xiàn) 3 指出: 宏微雙重驅(qū)動(dòng)精密工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的要求其中宏動(dòng)部分由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠傳動(dòng)是傳統(tǒng)的精密驅(qū)動(dòng)方式, 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟, 成本低但宏動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)中的一些非線性因素, 如滾珠絲杠螺母副間隙存在、彈性聯(lián)軸器的變形、導(dǎo)軌摩擦等, 對(duì)微運(yùn)動(dòng)特性的影響非常明顯, 制約工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度和定位精度的進(jìn)一步提高, 因而研究滾珠絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)的微定位特性顯得尤為重要宏動(dòng)部分系統(tǒng)主要有: 1)工作臺(tái)與光柵測(cè)裝置組成的控制對(duì)象及位置測(cè)系統(tǒng); 2)基于 FPGA 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng), 由電機(jī)控制模塊, 光柵計(jì)數(shù)模塊、與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸入輸出接口等組成1 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)滾珠絲杠傳動(dòng)效率高。摩擦小, 在伺服控制系統(tǒng)中采用滾動(dòng)螺旋傳動(dòng), 僅提高傳動(dòng)效率, 而且可以減小啟動(dòng)矩、顫動(dòng)及滯后時(shí)間, 但傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度高, 尤其細(xì)長(zhǎng)的滾珠絲杠是剛度的薄弱環(huán)節(jié)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)能的一部分要消耗在克服中間環(huán)節(jié)的彈性變形上, 彈性變形使系統(tǒng)的控制難度增加, 伺服性能下降。2 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)光柵檢測(cè)部分利用光柵的莫爾條紋測(cè)位移, 需要2 塊光柵:指示光柵和標(biāo)尺光柵指示光柵與運(yùn)動(dòng)件連在一起,并與運(yùn)動(dòng)件一起運(yùn)動(dòng),光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡后成為平行光束,垂直投向標(biāo)尺光柵而 2 塊光柵迭合時(shí)就形成莫爾條紋光柵測(cè)實(shí)質(zhì)上就是讀取相應(yīng)的柵線數(shù)除滾珠絲桿傳動(dòng)外, 還有其他傳動(dòng)方式, 例如渦輪蝸桿和齒輪傳動(dòng)。文獻(xiàn) 4 指出: 蝸輪蝸桿傳動(dòng)是一種桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是可廣泛替代已有擾性傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由桿輪和作為擾性曳引元件的桿共同構(gòu)成蝸輪的傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)動(dòng)大, 而且在動(dòng)傳遞中, 傳動(dòng)比在 8100, 在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可以達(dá)到 1 000所以動(dòng)較大, 應(yīng)用性比較廣泛, 傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低; 結(jié)構(gòu)緊湊; 在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。但蝸桿傳動(dòng)有效率低、發(fā)熱大和磨損嚴(yán)重, 蝸輪齒圈部分經(jīng)常用減磨性能好的有色金屬(如青銅)制造, 成本高: 蝸輪傳動(dòng)是垂直軸傳動(dòng), 圓柱齒輪為平行軸傳動(dòng)傘齒輪傳動(dòng)兩軸可成 90 度或其他角度。在實(shí)現(xiàn)對(duì)接平臺(tái)導(dǎo)向的機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌。在文獻(xiàn) 5 中,我們可以解到深層次的導(dǎo)軌問題: 機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的作用是用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件, 按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng), 其結(jié)合部包含導(dǎo)軌與滑塊, 以及兩者相聯(lián)結(jié)的結(jié)合面導(dǎo)軌結(jié)合部是數(shù)控機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)中最重要的結(jié)合部之一, 其動(dòng)學(xué)特性對(duì)整機(jī)動(dòng)學(xué)性能有著顯著的影響影響數(shù)控機(jī)床結(jié)合部動(dòng)學(xué)特性的因素眾多以直線滾動(dòng)導(dǎo)軌為例, 主要包括結(jié)合部的尺寸與形狀、初始面壓、滾動(dòng)體的接觸形態(tài)、結(jié)合面之間的介質(zhì)狀態(tài)、結(jié)合部的材質(zhì)等。通常將導(dǎo)軌滑塊結(jié)合部簡(jiǎn)化成一個(gè)單自由度系統(tǒng), 進(jìn)一步可通過識(shí)別滑塊在導(dǎo)軌上所表現(xiàn)出來的模態(tài)來獲得導(dǎo)軌結(jié)合面的接觸剛度忌、阻尼比 f、阻尼系數(shù)f等在對(duì)接平臺(tái)的控制方面,我們可以以文獻(xiàn) 6 為參考,它講一個(gè)機(jī)械手控制的例子: 從往復(fù)移動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖可知, 機(jī)械手的移動(dòng), 是通過同步齒形帶, 帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的, 齒形帶移動(dòng)的距離通過增型編碼器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào), 此脈沖信號(hào)被的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),其計(jì)數(shù)值與齒形帶移動(dòng)的距離存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系, 當(dāng)齒形帶移動(dòng)達(dá)到某一設(shè)定值時(shí), 通過高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就可以控制輸出, 的輸出控制電動(dòng)機(jī)停止工作, 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的位置控制。利用編碼器與實(shí)現(xiàn)齒形帶移動(dòng)距離的控制原理。為控制齒形帶的移動(dòng)距離, 必須知道編碼器的脈沖當(dāng), 即一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)齒形帶移動(dòng)的距離, 也就是控制齒形帶的移動(dòng)精度。對(duì)接平臺(tái)主要部分也就是驅(qū)動(dòng)部分伺服電機(jī), 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副和蝸輪蝸桿, 已經(jīng)執(zhí)行部件的移動(dòng)導(dǎo)軌。這些是一個(gè)對(duì)接平臺(tái)基本而有重要的東西?,F(xiàn)在還有升華的部分, 如對(duì)接中平臺(tái)的反饋系統(tǒng), 對(duì)接平臺(tái)的誤差分析已經(jīng)計(jì)算, 而對(duì)于自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)涉及面向柔性裝配的數(shù)字化產(chǎn)品定義、裝配 T 藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化、數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)控制、先進(jìn)測(cè)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備, 是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)??傊?, 未來整個(gè)裝配過程的柔性化、自動(dòng)化會(huì)成為一個(gè)大趨勢(shì)。大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本論文針對(duì)某類大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置的對(duì)接方案開展研究,旨在通過設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)反饋功能的對(duì)接平臺(tái),在實(shí)現(xiàn)裝配部件對(duì)接的的同時(shí),達(dá)到提高對(duì)接精度與成功率、節(jié)省調(diào)整時(shí)間的目的。同時(shí),使平臺(tái)在實(shí)現(xiàn)對(duì)接功能時(shí),有一定的適應(yīng) 性。可調(diào)整自己的位姿,應(yīng)對(duì)不同條件下的對(duì)接要求。論文首先從平臺(tái)的功能要求入手,分析平臺(tái)機(jī)構(gòu)自由度,完成動(dòng)作分解與機(jī)構(gòu)選型,確定平臺(tái)機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案,使其從原理上滿足功能要求。其次,對(duì)關(guān)鍵零部如齒輪副、傳動(dòng)絲杠、傳動(dòng)軸以及導(dǎo)軌等進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算,完成強(qiáng)度、剛度等性能的分析與校核,確保設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)對(duì)平臺(tái)具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸綜合,完成平臺(tái)詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定關(guān)鍵部位配合精度,完成裝配圖與零件圖,并采用 3D 軟件建立了部分結(jié)構(gòu)的三維模型。最后,從保證調(diào)節(jié)精度的角度出發(fā),對(duì)調(diào)節(jié)平臺(tái)的控制方案以及部分控制元件進(jìn)行選型與布置,并對(duì)調(diào)節(jié)精度進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞:對(duì)接平臺(tái),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),絲杠,導(dǎo)軌,精度IIABSTRACTIn this paper, for the docking program of some large-scale equipment power plant and the gear reduction device research, it aims to design a docking platform with real-time feedback function, which can achieve the improvement of docking precision and success rate and reduce the adjustment time while realizing the docking of assembly parts. At the same time, the platform in the realization of docking function, there is a certain degree of adaptability. It can adjust their position, to deal with different conditions of the docking requirements.The paper begins with the functional requirements of the platform, analysis platform mechanism freedom, complete action decomposition and institutional selection, and determine the overall design of the platform to make it meet the functional requirements from the principle.Second, for the key parts such as gears, drive screw, drive shaft and rail, doing the relevant design calculation and completing the strength, stiffness and other performance analysis and verification to ensure that the design of the structure can successfully complete the design task.At the same time, integrated specific structure size of platform, complete the detailed structure of the platform design, determine cooperate precision of the key parts, complete the assembly diagram and parts diagram, and use 3D software to establish the three-dimensional model of the partial structure.Finally, from the point of view of the accuracy of regulation, the control scheme of the adjustment platform and some control elements should be selected and arranged, and the adjustment precision should be analyzed.Keywords: docking platform, structural design, screw, rail, precision大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄66摘要IABSTRACTII1.緒論31.1 選題背景31.2 設(shè)計(jì)意義31.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀31.4 主要研究?jī)?nèi)容72.動(dòng)作原理與總體結(jié)構(gòu)方案82.1 設(shè)計(jì)要求82.2 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)92.3 設(shè)計(jì)過程規(guī)劃93.方案論證和方案選擇113.1 高度調(diào)節(jié)方案論證113.2 驅(qū)動(dòng)的方案論證和選擇134.具體功能部件與結(jié)構(gòu)計(jì)算144.1 整體高度調(diào)節(jié)平臺(tái)重量的估算144.2 螺桿的設(shè)計(jì)144.3 箱體中斜齒錐齒輪的設(shè)計(jì)174.4 箱體中斜直齒輪的設(shè)計(jì):234.5 箱體中伺服電機(jī)的選擇:254.6 箱體中軸的設(shè)計(jì)264.7 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)284.8 整體高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的推力軸承的選擇294.9 螺桿、錐齒輪、推力滾子軸承三者連接設(shè)計(jì)314.10 總體箱體箱體設(shè)計(jì)314.11 滾珠絲杠的選擇和絲杠軸的設(shè)計(jì)334.12 三層調(diào)節(jié)平臺(tái)的設(shè)計(jì)334.13 三層調(diào)節(jié)平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)方式設(shè)計(jì)344.14 高度方向調(diào)節(jié)平臺(tái)設(shè)計(jì)364.15 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)374.16 錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)384.17 斜齒直齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)424.18 伺服電機(jī)的選擇434.19 小零件選擇匯總445.各個(gè)構(gòu)件的材料匯總和材料性能介紹465.1 整體高度調(diào)節(jié)平臺(tái)的材料使用465.2 螺桿傳動(dòng)使用的材料介紹465.3 錐齒輪材料的選用465.4 斜齒輪材料的選用465.5 軸的材料的選用465.6 箱體的材料選擇465.7 其他的調(diào)節(jié)平臺(tái)的材料選用466.對(duì)接平臺(tái)動(dòng)作調(diào)整與誤差分析476.1 動(dòng)作調(diào)整476.3 控制流程及檢測(cè)件選擇476.2 誤差分析48結(jié)論50參考文獻(xiàn)51附錄一:外文翻譯52附錄二:翻譯原文60致謝661.緒論1.1 選題背景隨著大型現(xiàn)代化機(jī)械裝備在社會(huì)上的廣泛應(yīng)用,規(guī)格較大的動(dòng)力部件與減速部件的裝配工作中存在的問題日益突顯出來。由于大型設(shè)備的動(dòng)力裝置與減速裝置質(zhì)量較大,且對(duì)接處接口精度較高,因此如何實(shí)現(xiàn)兩部件的精準(zhǔn)對(duì)接是裝配過程中的一個(gè)難點(diǎn)。由于該類對(duì)接過程的傳統(tǒng)調(diào)整方式基本采用人工手動(dòng)與天車輔助吊裝的方式進(jìn) 行,且對(duì)接調(diào)整過程無實(shí)時(shí)反饋,只能憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè),耗時(shí)較長(zhǎng),效率較低。針對(duì)裝配過程中存在的這類情況,設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)反饋功能、并能夠多自由度調(diào)節(jié)的對(duì)接平臺(tái), 以達(dá)到提高對(duì)接精度與成功率,從而節(jié)省調(diào)整時(shí)間的目的。1.2 設(shè)計(jì)意義由于裝配工作是一個(gè)頻度較高的工作,人工操作效率低并且給工人帶來了很大的工作強(qiáng)度。因此,開發(fā)此對(duì)接平臺(tái)具有較高的實(shí)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。意義 1:利用機(jī)械的優(yōu)越性,可以大大的減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,并且效率較高。意義 2:在設(shè)計(jì)過程中, 使用導(dǎo)軌部件可以提高平臺(tái)的精度;再附加上反饋設(shè)備,通過特定的程序來控制,可以減少對(duì)接時(shí)間,以適應(yīng)社會(huì)對(duì)機(jī)械對(duì)接平臺(tái)的要求越來越高的大趨。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前,混聯(lián)六自由度精密裝校平臺(tái)、六自由度精密裝校平臺(tái)在整個(gè)下裝裝校系統(tǒng)中具有核心地位。其六自由度末端執(zhí)行器的位姿調(diào)整速度及調(diào)整精度直接影響到對(duì)接效果的精確、可靠以及高效率的裝校。平臺(tái)的輸入是伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),其中六自由度平臺(tái)的末端執(zhí)行器在空間的位置變化與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸入存在一定的數(shù)學(xué)映射關(guān)系,簡(jiǎn)稱控制算法,將這種控制算法以程序的形式輸入運(yùn)動(dòng)控制器,則通過運(yùn)動(dòng)控制器的控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)末端執(zhí)行器的可控調(diào)整。用運(yùn)動(dòng)學(xué)理論,推導(dǎo)用于運(yùn)動(dòng)控制器控制的末端平臺(tái)位置逆解及正解、速度的正解與逆解,構(gòu)建誤差模型并對(duì)末端平臺(tái)誤差作補(bǔ)償,研究傳感器反饋的閉環(huán)控制,最終實(shí)現(xiàn)六自由度精密裝校平臺(tái)對(duì)對(duì)接效果的可控精密自動(dòng)調(diào)整。目前能對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行六自由度位姿調(diào)整的主要是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái),簡(jiǎn)稱 Stewan 運(yùn)動(dòng)平臺(tái),在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),并聯(lián)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生以后,并未引起時(shí)人們的足夠關(guān)注,基于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)機(jī)器人占據(jù)主導(dǎo)地位,主要是由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)計(jì)算量大,運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及動(dòng)力學(xué)難度大,并且位置有時(shí)還存在奇異性。然而串聯(lián)機(jī)構(gòu)由于自身的缺點(diǎn)無法克服,在工業(yè)應(yīng)用上有一定的局限性,隨著對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)不斷加深、一些理論問題的解決及計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能增強(qiáng),并聯(lián)機(jī)器人較串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)得到凸顯,因此并聯(lián)機(jī)構(gòu)大大彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中存在的不 足。混聯(lián)精密裝校平臺(tái)是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng),涉及到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的各類知識(shí),是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性的工程,涉及到空間機(jī)構(gòu)、調(diào)平技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、先進(jìn)制造和精度設(shè)計(jì)等多項(xiàng)領(lǐng)域。對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)涉及面向柔性裝配的數(shù)字化產(chǎn)品定義、裝配 T 藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化、數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)控制、先進(jìn)測(cè)量檢測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備,是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)?,F(xiàn)在比較廣為應(yīng)用的是六自由度精密裝校平臺(tái),目前能對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行六自由度位姿調(diào)整的主要是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái),簡(jiǎn)稱 Stewan 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。到目前為止,并聯(lián)機(jī)構(gòu)的樣機(jī)多種多樣,包括多自由度的平面機(jī)構(gòu),不同自由度的空間機(jī)構(gòu),多種布置方式結(jié)構(gòu),少自由度結(jié)構(gòu)以及超多自由度串并聯(lián)機(jī)構(gòu)。小型并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多輕載,輸入多采用“伺服電機(jī)+滾動(dòng)絲杠+導(dǎo)軌”等方式實(shí)現(xiàn),而大型重載并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入則主要采用電液伺服液壓缸驅(qū)動(dòng),液壓伺服驅(qū)動(dòng)具有體積小、功率大、精度高、速度快等特點(diǎn)。該精密裝校平臺(tái)提出如下功能要求:一級(jí)提升功能。LRU 模塊在粗定位以后需要作一級(jí)提升。調(diào)平功能。LRu 模塊粗定位完成以后,LRu 模塊需要作調(diào)平調(diào)節(jié)。使 LRu 模塊盡量保證與潔凈廂平行。平面對(duì)接功能。LRu 模塊調(diào)平功能完成以后,需要與潔凈廂底端的卡槽自動(dòng)對(duì)接。為插入式安裝提供基礎(chǔ)性準(zhǔn)備。對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)來說,機(jī)械結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)誤差以及驅(qū)動(dòng)輸入誤差是位姿輸出誤差的主要因素。 調(diào)平機(jī)構(gòu):幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差包括:上、下鉸點(diǎn)零件形位誤差,如:上、下鉸點(diǎn)分度圓的半徑誤差,角度分度誤差和安裝平面的平面度誤差;上、下鉸點(diǎn)裝配誤差,如: 鉸的間隙、支撐腿安裝誤差等,調(diào)平機(jī)構(gòu)存在超靜定問題,為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中有一定的柔性,要求鉸點(diǎn)有一定的間隙,所以間隙造成的誤差不可避免;另外還有伺服電動(dòng)推缸的初始長(zhǎng)度誤差及運(yùn)動(dòng)過程中自身的定位誤等。對(duì)接機(jī)構(gòu)。導(dǎo)軌自身在基準(zhǔn)平臺(tái)上的安裝偏差。1,2伺服電機(jī)可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制,并能快速反應(yīng),在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性,可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類,其主要特點(diǎn)是,當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服系統(tǒng)(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位,基本上可以這樣理解,伺服電機(jī)接收到 1 個(gè)脈沖,就會(huì)旋轉(zhuǎn) 1 個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度,從而實(shí)現(xiàn)位移,因?yàn)?,伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能,所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度, 都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖,這樣,和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng),或者叫閉環(huán), 如此一來,系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī),同時(shí)又收了多少脈沖回來,這樣,就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)精確的定位,可以達(dá)到 0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,調(diào)速范圍寬,控制容易,需要維護(hù),但維護(hù)不方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干擾,對(duì)環(huán)境有要求高。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。對(duì)于它的選用,文獻(xiàn) 2 指出:步進(jìn)電機(jī)的比較(1)控制精度更高;(2)低頻特性好,即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象(3)具有較強(qiáng)的速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力,最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 23 倍;(4) 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),控制性能更為可靠:因此,伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)精度有較高要求的機(jī)械設(shè)備。伺服電機(jī)選型的原則:1 負(fù)載電機(jī)慣量比正確沒定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前提,伺服系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)在 13 倍負(fù)載電機(jī)慣量比下,系統(tǒng)會(huì)達(dá)到晟佳工作狀態(tài)。2 轉(zhuǎn)速電機(jī)選擇首先應(yīng)依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的快速行程速度來計(jì)算,快速行程的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi),并應(yīng)在接近電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速的范圍使用,以有效利用伺服電機(jī)的功率;額定轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速、允許瞬間轉(zhuǎn)速之問的關(guān)系為:允許瞬間轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速。3 轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實(shí)際需要,但是不需要留有過多的余量,因?yàn)橐话闱闆r下,其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 3 倍。3,4需要注意的是,連續(xù)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,機(jī)械系統(tǒng)所需要的最大轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)力和對(duì)接平臺(tái)執(zhí)行部件要通過出動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),常用的有滾珠絲杠副和蝸輪蝸桿。對(duì)于傳動(dòng)方面的問題,文獻(xiàn) 3 指出:宏微雙重驅(qū)動(dòng)精密工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的要求其中宏動(dòng)部分由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠傳動(dòng)是傳統(tǒng)的精密驅(qū)動(dòng)方式,技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,成本低但宏動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)中的一些非線性因素,如滾珠絲杠螺母副間隙存在、彈性聯(lián)軸器的變形、導(dǎo)軌摩擦等,對(duì)微運(yùn)動(dòng)特性的影響非常明顯,制約了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度和定位精度的進(jìn)一步提高,因而研究滾珠絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)的微定位特性顯得尤為重要宏動(dòng)部分系統(tǒng)主要有:1)工作臺(tái)與光柵測(cè)量裝置組成的控制對(duì)象及位置測(cè)量系統(tǒng);2)基于 FPGA 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),由電機(jī)控制模塊,光柵計(jì)數(shù)模塊、與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸入輸出接口等組成5。1 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)滾珠絲杠傳動(dòng)效率高。摩擦小,在伺服控制系統(tǒng)中采用滾動(dòng)螺旋傳動(dòng),不僅提高傳動(dòng)效率,而且可以減小啟動(dòng)力矩、顫動(dòng)及滯后時(shí)間,但傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度不高,尤其細(xì)長(zhǎng)的滾珠絲杠更是剛度的薄弱環(huán)節(jié)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)能量的一部分要消耗在克服中間環(huán)節(jié)的彈性變形上,彈性變形使系統(tǒng)的控制難度增加,伺服性能下降。2 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)光柵檢測(cè)部分利用光柵的莫爾條紋測(cè)量位移,需要 2 塊光柵:指示光柵和標(biāo)尺光柵指示光柵與運(yùn)動(dòng)件連在一起,并與運(yùn)動(dòng)件一起運(yùn)動(dòng),光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡后成為平行光束,垂直投向標(biāo)尺光柵而 2 塊光柵迭合時(shí)就形成了莫爾條紋光柵測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是讀取相應(yīng)的柵線數(shù)除了滾珠絲桿傳動(dòng)外,還有其他傳動(dòng)方式,例如渦輪蝸桿和齒輪傳動(dòng)。文獻(xiàn) 4 指出:蝸輪蝸桿傳動(dòng)是一種桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是可廣泛替代已有擾性傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由桿輪和作為擾性曳引元件的桿共同構(gòu)成蝸輪的傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)動(dòng)力大,而且在動(dòng)力傳遞中,傳動(dòng)比在 8100,在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可以達(dá)到 1 000所以動(dòng)力較大,應(yīng)用性比較廣泛,傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低;結(jié)構(gòu)緊湊;在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用6,7。但蝸桿傳動(dòng)有效率低、發(fā)熱量大和磨損嚴(yán)重,蝸輪齒圈部分經(jīng)常用減磨性能好的有色金屬(如青銅)制造,成本高:蝸輪傳動(dòng)是垂直軸傳動(dòng),圓柱齒輪為平行軸傳動(dòng)傘齒輪傳動(dòng)兩軸可成 90 度或其他角度。在實(shí)現(xiàn)對(duì)接平臺(tái)導(dǎo)向的機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌。在文獻(xiàn) 5 中,我們可以了解到深層次的導(dǎo)軌問題:機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的作用是用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件,按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),其結(jié)合部包含了導(dǎo)軌與滑塊,以及兩者相聯(lián)結(jié)的結(jié)合面導(dǎo)軌結(jié)合部是數(shù)控機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)中最重要的結(jié)合部之一,其動(dòng)力學(xué)特性對(duì)整機(jī)動(dòng)力學(xué)性能有著顯著的影響影響數(shù)控機(jī)床結(jié)合部動(dòng)力學(xué)特性的因素眾多以直線滾動(dòng)導(dǎo)軌為例,主要包括結(jié)合部的尺寸與形狀、初始面壓、滾動(dòng)體的接觸形態(tài)、結(jié)合面之間的介質(zhì)狀態(tài)、結(jié)合部的材質(zhì)等。通常將導(dǎo)軌滑塊結(jié)合部簡(jiǎn)化成一個(gè)單自由度系統(tǒng),進(jìn)一步可通過識(shí)別滑塊在導(dǎo)軌上所表現(xiàn)出來的模態(tài)來獲得導(dǎo)軌結(jié)合面的接觸剛度忌、阻尼比 f、阻尼系數(shù) f 等8在對(duì)接平臺(tái)的控制方面,我們可以以文獻(xiàn) 6 為參考,它講了一個(gè)機(jī)械手控制的例子:從往復(fù)移動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖可知,機(jī)械手的移動(dòng),是通過同步齒形帶,帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的,齒形帶移動(dòng)的距離通過增量型編碼器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào), 此脈沖信號(hào)被的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),其計(jì)數(shù)值與齒形帶移動(dòng)的距離存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)齒形帶移動(dòng)達(dá)到某一設(shè)定值時(shí), 通過高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就可以控制輸出,的輸出控制電動(dòng)機(jī)停止工作,從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的位置控制。9利用編碼器與實(shí)現(xiàn)齒形帶移動(dòng)距離的控制原理。為了控制齒形帶的移動(dòng)距離,必須知道編碼器的脈沖當(dāng)量,即一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)齒形帶移動(dòng)的距離,也就是控制齒形帶的移動(dòng)精度。對(duì)接平臺(tái)主要部分也就是驅(qū)動(dòng)部分伺服電機(jī),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副和蝸輪蝸桿, 已經(jīng)執(zhí)行部件的移動(dòng)導(dǎo)軌。這些是一個(gè)對(duì)接平臺(tái)基本而有重要的東西?,F(xiàn)在還有升華的部分,如對(duì)接中平臺(tái)的反饋系統(tǒng),對(duì)接平臺(tái)的誤差分析已經(jīng)計(jì)算,而對(duì)于自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)更涉及面向柔性裝配的數(shù)字化產(chǎn)品定義、裝配 T 藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化、數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)控制、先進(jìn)測(cè)量檢測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備,是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)??傊?,未來整個(gè)裝配過程的柔性化、自動(dòng)化會(huì)成為一個(gè)大趨勢(shì)。1.4 主要研究?jī)?nèi)容(1)分析設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行動(dòng)作分解,分別考慮實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作可采用的機(jī)構(gòu),進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型,做整體機(jī)構(gòu)分析,確定總體設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)方案與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方案,確定各個(gè)部件位置布局。(2)完成電機(jī)的選擇,傳動(dòng)比的確定。電機(jī)在箱體中安裝位置的確定及其固定方式。(3)對(duì)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行選擇和受力計(jì)算,以及強(qiáng)度剛度等校核。設(shè)計(jì)軸系,驅(qū)動(dòng)軸及其相關(guān)零件裝配方式的確定;軸承的選擇和校核。(4)按功能部件進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì),對(duì)重要零部件如齒輪副、螺紋副、導(dǎo)軌等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、分析與校核,確保各零部件能按要求完成既定動(dòng)作,完成機(jī)械本體裝配圖。(5)拆畫部分重要零件,如齒輪、軸等,以及重要結(jié)構(gòu)件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),完成標(biāo)準(zhǔn)件的選擇。同時(shí),根據(jù)控制方式選用相應(yīng)控制元件,并布置于裝配圖中合理的位置。(6)對(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)精度進(jìn)行分析,確保能夠?qū)崿F(xiàn)既定要求。2.動(dòng)作原理與總體結(jié)構(gòu)方案2.1 設(shè)計(jì)要求(1)平臺(tái)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置的可靠固定,兩者的支撐固定應(yīng)能相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng),以滿足對(duì)中要求,圖 2-1 給出的是一種最復(fù)雜的傳動(dòng)裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)連接形式。圖 2-1 傳動(dòng)裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)連接形式(2)基座最大承重: 8t(3)基座初始高度距離安裝臺(tái)表面為 300mm ,可向上調(diào)整至 600mm,且在運(yùn)動(dòng)過程中任意位置可閉鎖 。調(diào)整精度為10mm。(4)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)高度可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示 。調(diào)整范圍:100mm調(diào)整精度0.1mm(5)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)縱向可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào)整范圍:0mm300mm調(diào)整精度0.1mm(6)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)橫向可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào)整范圍:100mm調(diào)整精度0.1mm(7)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)傳動(dòng)裝置角度可調(diào) ,調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。旋轉(zhuǎn)調(diào)整范圍:5調(diào)整精度0.1(8)基座外廓尺寸3m2.5m (長(zhǎng)寬)(9)設(shè)計(jì)方案不推薦液壓系統(tǒng)。2.2 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)根據(jù)以上給出的設(shè)計(jì)要求,分析可得平臺(tái)確定需要調(diào)節(jié)的自由度數(shù)共有四個(gè),其中三個(gè)移動(dòng)自由度,一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。10據(jù)此初步擬定總體布置方案,平臺(tái)分為三個(gè)主要部分:總體高度調(diào)節(jié)平臺(tái)、相對(duì)高度調(diào)節(jié)平臺(tái)、相對(duì)位置調(diào)節(jié)平臺(tái),如圖 2-2 所示:相對(duì)高度調(diào)節(jié)部件相對(duì)位置調(diào)節(jié)部件整體高度調(diào)節(jié)部件圖 2-2 對(duì)接平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)布置方案示意圖2.2.1 功能實(shí)現(xiàn)如上圖所示,整體高度調(diào)節(jié)部分可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)整體上下調(diào)整。相對(duì)位置調(diào)整部分的執(zhí)行部分可以實(shí)現(xiàn)橫向,縱向的調(diào)節(jié)和角度調(diào)整。左邊的執(zhí)行相對(duì)高度調(diào)節(jié)部分可以進(jìn)行相對(duì)高度的調(diào)整。2.2.2 驅(qū)動(dòng)部分介紹:整體部分的調(diào)整靠螺旋傳動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng),其中動(dòng)力源是伺服電機(jī)。相對(duì)高度調(diào)整調(diào)整也是靠螺旋傳動(dòng)。相對(duì)位置的縱向和橫向調(diào)節(jié)用的是絲 杠,導(dǎo)軌調(diào)節(jié)。角度調(diào)節(jié)用的是推力軸承和連桿滑塊調(diào)節(jié)。2.3 設(shè)計(jì)過程規(guī)劃2.3.1 總體高度調(diào)節(jié)部分的體型較大,是要被首先確定尺寸的。再者,它把整個(gè)裝置聯(lián)系到了一起,并且承載工作時(shí)的重量,所以不論是在尺寸布局的層面上還是在受力安全的問題上都應(yīng)該被第一確定、于是確定它的尺寸為 2.8m1.5m,然后設(shè)計(jì)中間部分的鋼板厚度,和肋板排列,進(jìn)而算出中間部分自重。為后面螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。2.3.2 根據(jù)已經(jīng)算出來的總體高度調(diào)節(jié)部分的自重,和對(duì)其上面重量的估計(jì)加上工作載荷。然后在轉(zhuǎn)換成螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的力矩,再確定螺桿的直徑,和其他具體參數(shù)。2.3.3 根據(jù)傳動(dòng)要求,設(shè)計(jì)軸與螺桿的傳動(dòng)方式,在此處的傳動(dòng)方式,有兩種方案可以達(dá)到這種要求,一種是蝸輪蝸桿傳動(dòng),一種是錐齒輪傳動(dòng)。此處選擇了后者。再確定錐齒輪傳動(dòng)之后,進(jìn)行錐齒輪傳動(dòng)比的選擇和具體參數(shù)設(shè)計(jì)和錐齒輪的強(qiáng)度校核。2.3.4 在確定了錐齒輪傳動(dòng)之后,然后進(jìn)行電機(jī)軸和輸出軸傳動(dòng)方式的選擇,此處從理論運(yùn)動(dòng)分析依然有三種傳動(dòng)方案。1.錐齒輪傳動(dòng),2 斜齒輪傳動(dòng),3.蝸輪蝸桿傳動(dòng)。此處選擇了方案 2。然后進(jìn)行傳動(dòng)比的確定和斜齒輪的具體參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核2.3.5 根據(jù)總的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比和中間部分的調(diào)節(jié)要求進(jìn)行伺服電機(jī)的選擇2.3.6 再設(shè)計(jì)出來的錐齒輪和斜齒輪的基礎(chǔ)上,再根據(jù)軸所需要傳動(dòng)的力矩,進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)。此處還包括軸肩的設(shè)計(jì)和軸承,鍵的選擇等2.3.7 進(jìn)行箱體和中間部分之間的導(dǎo)軌選擇。以及固定導(dǎo)軌螺釘選擇和排列。2.3.8 然后進(jìn)行箱體的設(shè)計(jì),內(nèi)容主要有確定箱體內(nèi)那個(gè)軸的位置,電機(jī)位置,箱體壁厚,以及箱體固定。2.3.9 進(jìn)行上面執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)??梢韵劝延颐鎴?zhí)行部分設(shè)計(jì)出來。右面執(zhí)行部分分 3 層,第一層橫向調(diào)節(jié),第二層縱向調(diào)節(jié),它們都是直線調(diào)節(jié),故可以使用相似的調(diào)節(jié)方式,即導(dǎo)軌加絲杠調(diào)節(jié)。還有就是要確定板的厚度。2.3.10 進(jìn)行右面執(zhí)行部分的第 3 層設(shè)計(jì),這層設(shè)計(jì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié),用連桿滑塊調(diào)節(jié)。選擇推力軸承和板厚度的確定。2.3.11 進(jìn)行左邊執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)。部分主要進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。依舊使用螺旋傳動(dòng)方式。進(jìn)行錐齒輪設(shè)計(jì)和電機(jī)的選擇3.方案論證和方案選擇方案論證有兩個(gè):一個(gè)是上升和下降的調(diào)節(jié)方案論證,一個(gè)是驅(qū)動(dòng)方案論證,這兩個(gè)都要帶有優(yōu)缺點(diǎn)分析。3.1 高度調(diào)節(jié)方案論證在對(duì)于高度方向調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)過程中方案選擇介紹以及特性分析: 高度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可采用的方案如下:圖 3-1 方案一圖 3-2 方案二圖 3-3 方案三圖 3-4 方案四方案一:對(duì)于方案一而言,它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,成本也會(huì)相對(duì)比較低,但本次設(shè)計(jì)承載的對(duì)象是重載物體,因此連桿的受力壓力比較大,不僅如此,這個(gè)機(jī)構(gòu), 隨著距離的下降,桿受到的彎曲應(yīng)力會(huì)跟大,以至于桿會(huì)被壓彎,這個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)于輕型載荷是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,但對(duì)于重載,也就是本次設(shè)計(jì)而言,不是很適合。方案二:既然方案一中的桿會(huì)隨著下降,指示受到的彎曲應(yīng)力很大。那么就應(yīng)該像一種辦法,讓這個(gè)機(jī)構(gòu)隨著位移的改變,彎曲應(yīng)力不會(huì)隨之增大,于是有了方案二的這種方案,這種辦法在受力的方面上得到很大改善,是可以說在受力的問題上已經(jīng)達(dá)到要求,但這種方案,使用了 2 個(gè)升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),這樣 2 個(gè)機(jī)構(gòu)不能很好的保證上升的同步性,如果存在誤差,會(huì)使高度調(diào)節(jié)平臺(tái)產(chǎn)生傾斜,進(jìn)而對(duì)平臺(tái)造成應(yīng)力的增大。所以方案二并不是很完備的方案,仍然有改進(jìn)的空間。方案三:這個(gè)方案是方案二的改進(jìn)。為了上升的同步性,把升降機(jī)構(gòu)改成了一個(gè)。這個(gè)就可以在高度調(diào)節(jié)中不存在傾斜了。但方案三中的導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不適合, 因?yàn)榭臻g不允許,如果使用用方案三中的機(jī)構(gòu),將會(huì)占用很大的空間。因此,這個(gè)方案仍然有改進(jìn)的空間。方案四:滿足了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的空間問題。綜上所述,選擇了方案四的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。3.2 驅(qū)動(dòng)的方案論證和選擇對(duì)于高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方法有兩種: 錐齒輪傳動(dòng)蝸輪蝸桿的傳動(dòng)方案分析:錐齒輪傳動(dòng):轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn),傳動(dòng)比恒定;傳遞速度和傳遞功率都比較大,效率高,結(jié)構(gòu)緊湊。蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有很大的傳動(dòng)比,但它也具有它的劣勢(shì),比如傳動(dòng)效率低,不是適合在大功率下連續(xù)工作,為了減磨耐磨,蝸輪齒圈需要使用貴重的青銅制造。成本高。在進(jìn)行蝸輪蝸桿的粗略計(jì)算的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)時(shí)重載,導(dǎo)轉(zhuǎn)矩很大, 使得渦輪的直徑很大,首先在空間上不允許,之后在成本上也不適合。再結(jié)合錐齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)的性能比較,最終選擇了錐齒輪傳動(dòng)。4.具體功能部件與結(jié)構(gòu)計(jì)算4.1 整體高度調(diào)節(jié)平臺(tái)重量的估算4.1.1 整體調(diào)節(jié)平臺(tái)的上部分體積 :280cm150cm4cm=168000cm 3 280cm15cm16cm=67200cm 3 135cm28cm16cm=60480cm 3總的上部分體積295680cm 3=7.85g/cm 3重 2.32t取整體調(diào)節(jié)平臺(tái)的下面的其中一個(gè)研究。板后計(jì)為 1cm,再有螺紋孔處可以使用2cm 厚的板4cm70cm45cm=12600 cm 31cm35cm70cm=2450 cm 31cm70cm20cm=1400 cm 3210cm2cm70cm=2800 cm 32cm10cm70cm=1400 cm 34cm15cm70cm=4200 cm 31cm31cm70cm=2170 cm 34.1.2 整體調(diào)節(jié)平臺(tái)下面體積總計(jì):27.02 cm 3 4=108.08 cm 3重 0.85t4.1.3 故整體調(diào)節(jié)平臺(tái)總重是:2.32t+0.85t=3.17t4.2 螺桿的設(shè)計(jì)根據(jù)整體上下調(diào)節(jié)平臺(tái)的計(jì)算,估計(jì)高度調(diào)節(jié)平臺(tái),橫向調(diào)節(jié)平臺(tái),縱向調(diào)節(jié)平臺(tái),旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)平臺(tái)的重量為 3t 左右。故在不工作時(shí),螺桿的預(yù)受力為 610 4 N在工作時(shí)的載荷達(dá)到 1.410 5 N一共有 2 個(gè)螺桿,每個(gè)螺桿的受力為 710 4 N4.2.1 .螺桿中徑:d 2 = zjP 查表 15.2-9選取jP =10MPad 2 =0.87 103 mm= 67mm4.2.2 .螺母高度:H=j d 2j 取 1.2-2.5j 取 2H=267mm=134mm4.2.3 .螺旋圈數(shù):Z = H P4.2.4 .螺距: 10 - 12Z 取為 12134P= 12mm=11.2mm4.2.5 .螺紋的工作高度(梯形螺紋):h=0.5P=0.511.2mm=5.6mm4.2.6 工作壓強(qiáng)(用于校核):FP= pd 2hz jP 7 104= p 67 5.6 12 =4.95MPa10MPa4.2.7 螺旋升角y 單位 驗(yàn)算自鎖。導(dǎo)程L=P自鎖公式:y = arctanL rpd 2y = arctan11.2= arctan 0.05321y = 3.046r = arctanp 67mscos a2已知=30 其中ms 為螺旋副中的摩擦系數(shù),查表 15.2-8r = 8.83ms 0.11-0.17取ms 為 0.15y r可以自鎖11,124.2.8 螺桿強(qiáng)度校核:s =當(dāng)量應(yīng)力)2 s 其中:T-傳遞轉(zhuǎn)矩 Nmm-螺桿許用應(yīng)力,見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 15.2-10。載力 F:F=710 4 N此處螺紋牙使用梯形螺紋,理由:此螺紋可以用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋,如載重螺旋螺旋式起重機(jī)。螺紋牙底寬度 b:b=0.65P=0.6511.2mm=7.28mmd 2 =67mmh=5.6mmd =d 2 +h=67mm+5.6mm=72.6mm因?yàn)?p 在 612mm 之間,所以牙頂間隙為 0.5mmd 1 =d 2 -h-1=60.4mm4.2.9 傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T:對(duì)于單螺紋而言,旋轉(zhuǎn)一周上升一個(gè)螺距(P),可以用這樣的一個(gè)公式表達(dá):F P = T 2p h螺旋傳動(dòng)的效率是30% - 60% ,取50% 。T = F P= 7 104 11.2 N mm= 249600N mm2p hs =2p 50%)2當(dāng)量應(yīng)力F= 7 104 Nd1 =60.4NT=249600Nmmo = 26.32MPa 170MPa故強(qiáng)度校核符合要求。熱處理:滲碳,高頻淬火,56-62HRC(洛氏硬度)1320CrMnTi 抗拉強(qiáng)度:sb= 1080MPa屈服強(qiáng)度:ss =查表 15.2-10螺桿強(qiáng)度850MPas =s s3 - 5分母取:5s =s s3 - 5= 850 MPa5= 170MPa4.2.10 螺紋牙強(qiáng)度:剪切t =0.6s =106MPa彎曲s b =(1.01.2)s 螺紋牙強(qiáng)度校核:螺桿抗剪強(qiáng)度tt=F=7 104=MPa4.22MPapd 1bzp 60.4 7.28 12106MPa抗彎強(qiáng)度s bt=3Fh=3 7 104 5.6=MPa9.74MPapd b 2zp 60.4 7.282 121 170MPa螺母抗剪強(qiáng)度tt=F=7 104=MPa3.51MPapdbzp 72.6 7.28 1237.8MPa抗彎強(qiáng)度s bt=3Fh=3 7 104 5.6=5 的傳動(dòng)低速重載。4.3.1 主要尺寸的確定查表 14-3-24初步計(jì)算公式齒輪類型接觸強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度齒正交傳動(dòng)斜d1= eZ b ZT1K A K Hbf 3 us 2H limd1T K K= 4231 A Fb u 2 + 1YFs F lim 4 z1表 4-2接觸強(qiáng)度的計(jì)算公式僅適用于鋼對(duì)鋼齒輪副,當(dāng)配對(duì)材料不同時(shí),應(yīng)將計(jì)算所得到d 1 乘以下列數(shù)值鋼對(duì)鑄鐵 0.9鑄鐵對(duì)鑄鐵 0.83對(duì)于重要傳動(dòng),應(yīng)將計(jì)算得到的d 1 值增大 15%左右。15注:以下的查的表在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查。d 1 = eZ b Z f設(shè)定傳動(dòng)比 u=3,將大錐齒輪和螺桿相連,小錐齒輪為主動(dòng)輪。求出 T 1 ,可以用能量守恒和效率計(jì)算 T 1 。一般來講,由于加工精度不同和潤(rùn)滑條件的不同,其傳動(dòng)效率在 0.880.9。3T1 2p h= T 2p此處的 T 是上節(jié)的 T 1 =249600NmmTT1 =3h=249.6N m3 0.88= 94.55N m查表 e=1200K A =1.35用零傳動(dòng) 格里森齒制Z b = 1Z f = 1.683K Hb= K Fb= 1.5K Hbbe =1.51.5=2.25閉式傳動(dòng)的主要失效形式為齒面點(diǎn)蝕和輪齒的彎曲疲勞折斷,因此一般按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算齒輪的分度圓直徑及主要的幾何參數(shù),然后再對(duì)輪齒的抗彎疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。材料使用合金鋼調(diào)質(zhì)。s Hlm= 800d 1 = eZ b Z f=120011.683=107.2mm對(duì)于重要的傳動(dòng),d 1 增加 15%左右d 1 1.15=123mm斜齒錐齒輪的幾何計(jì)算使用等頂隙收縮齒齒輪類型齒型制齒型角a齒頂高系數(shù)ha *頂隙系數(shù)c *螺旋角b變位方式斜齒錐齒輪格里森2010.188 + 0.05m由計(jì)算確定高切變位齒數(shù) z:小錐齒輪 1.通常z1= 16 - 30表 4-32ha *2.不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)z min =計(jì)算得到的d 1 1.15=123mmsin2 acos d =16.22=171.對(duì)于模數(shù) m 而言,模數(shù)大些承載能力高些。大型機(jī)械 m 一般5.取模數(shù) m=6因?yàn)?u=3z1 = 20z2 = 60d 1 =120mmd 2 =360mmtan d1 = usin S= 1 = 1+ cos Su3d1 =18.4353.變位系數(shù):d 2 =71.565對(duì)于格里森齒制x 1 =0.46(1 -1 ), xu 22= -x1 ;xt 1 按圖 14-3-4 選取,xt 1 =-xt 24.錐距:xt 1 =0.0075R =d 12 sin d1=d 22 sin d2=1202 sin d1=189.74mm5.齒寬系數(shù)fR ,齒寬系數(shù)不宜取的過大,否則將引起小端齒頂過薄,齒根圓角半f徑過小,應(yīng)力集中過大,故一般取f = 1 - 1 ,取= 1R43R46.齒寬 b:b=fR R, 但不得大于 10m1b=fR R=4189.74mm=47.435mm10m=60mm7.齒頂高 haha1 ha2= (ha *= (ha *+ x1 )m+ x 2 )m= (1 + 0.41)m= (1 - 0.41)m= 6 1.41 = 6 1.41 =8.46mm 3.54mm8.齒高 h:h = (2ha *+ c * )m= (2 + 0.188 +0.05)m 6= 13.178mm9.齒根高 hf:hf1 hf2= h - ha1= h - ha2= 4.718mm= 9.638mm10.齒頂圓直徑 da:da1= d1+ 2ha1 cos d1= 120mm+ 2 8.46 cos 18.435 mm=136.052mmda2= d 2+ 2ha2 cos d2= 360mm+ 2 3.54 cos 71.565 mm=362.24mm11.齒頂角qa :qa1= qf 2qa 2= qf 112.齒根角qf 的求法:因?yàn)槭切饼X輪,要確定螺旋角b 的。tan qf 1=hf1R cos2 btan qf 2=hf2R cos2 b13.先確定螺旋角b 。3).旋向的選用:大小齒輪的旋向應(yīng)相反,且其產(chǎn)生的軸向力應(yīng)使兩齒輪趨于分離,如做不到時(shí),也應(yīng)使小齒輪趨向分離。因?yàn)楸菊n題設(shè)計(jì)中,錐齒輪要實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。當(dāng)正轉(zhuǎn)軸向力使兩齒輪趨于分 離,當(dāng)反轉(zhuǎn)軸向力就會(huì)使兩齒輪趨于靠近,結(jié)論就是總會(huì)有相互靠近的時(shí)間段。但是考慮到斜齒輪的可以降低噪音,增加重合度,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),強(qiáng)度高。綜合考慮,還是選用了斜齒輪。pR=189.74mmb=47.435mmm=6令e b= 1.2tan b= p(189.74 - 47.435) 6 1.2 189.74 47.435= 0.35764b = 19.68 取b = 20 tan qf 1 =4.718189.74 cos2 20qf 1= 1.6tan qf 2 =9.638189.74 cos2 20qf 2= 3.314.齒頂角qa :qa1= qf 2= 3.3qa 2= qf 1= 1.615.頂錐角dada1= d1+ qa1= 18.435 + 3.3= 21.735da 2= d2+ qa2= 71.565 + 1.6= 73.16516.安裝距 A: 按結(jié)構(gòu)確定17.外錐高 A:AK 1AK 2= d 22= d 12- ha1- ha2sin d1sin d2=180mm-8.46sin18.435=177.325mm=60mm-3.54sin71.565=56.642mm18.齒距 P:P= p m = 6p =18.85mm19.切圓半徑rt :rt =R sin b= 189.74 sin 20 =64.9mm20.分度圓齒厚 s:s= (p12+ 2x1 tan acos b+ xt1 )m= (p2+ 2 0.41 tan 20cos 20+ 0.0075) 6= 11.4mms2 = p m- s1= 7.45mm21.弦齒厚s n : s sin 2bs 3 cos2 dsn1= (1 - 1)(s4R1- 11 )cos b =10.7mm16d 2 s sin 2bs 3 cos2 dsn 2= (1 - 2)(s4R2- 22 )cos b =7mm26d 222.弦齒高h(yuǎn)n :s sin 2bs 2hn1= (1 - 1)(ha4R1+ 1 cos d14d 1)=8.72mms sin 2bs 2hn 2= (1 - 2)(ha4R2+ 2 cos d ) =24d 23.552mm23.當(dāng)量齒數(shù)zv :zv 1z= cos d1=z1 cos3 bz2=20cos 18.435 cos3 20=60=25.4=228.72v 2cos d cos3 bcos 71.565 cos3 2024.端面重合度ea :當(dāng)a = 20 時(shí), ea 的值可以由圖 14-3-9 查出。ha * + x= 1 + 0.41= 1.5cos bea = ea1cos 20+ ea 2zv 125.4時(shí):ea1 = 1.12zv 2228.7時(shí):ea 2 = 1.4ea = ea1+ ea 2 =2.52表 4-4s FP =s F limYSTS F minYdrelTYRelTYx(N/mm 2 )計(jì)算齒根應(yīng)力o= K A KV K Fb K Fa Ftm YY Y Y Y (N/ mm 2 )FbeF m nmFa sa e b k強(qiáng)度條件:s F s FP使用調(diào)質(zhì)合金鋼s F lim =370YsT= 2.0S F min = 1.60YdrelT= 1.05YReelT= 1.025Yx = 1.0代入數(shù)據(jù)得:s FP2)計(jì)算齒根應(yīng)力= 497.8MPaK A = 1.35KV = 1.15Ftm= 2 T1 = 1576NdvbbeF= 0.85b= 40.32mmm nm= (5(R- 0.5b)cos bm ) / R = 5( z=zb= arcsin(sin 20o cos 20o ) = 18.7ovncos dcos2bvbcos bmzvn1 = 25zvn2 =225括號(hào)里的數(shù)據(jù)查表用)0.75 cos2 bYFa= 2.3Y= 1.9Y= 0.25 + vb= 0.61e1sa1evaYFa2= 2.2Ysa2= 1.95Y b = 1 - evbbm120o= 0.8YK = 1s F 1 =s F 2 =合適69.9MPa60.6MPa s FP s FP= 497.8MPa= 497.8MPa4.4 箱體中斜直齒輪的設(shè)計(jì):齒數(shù)比 u:U 一般為 6-8 取 u=7因?yàn)樾″F齒輪的轉(zhuǎn)矩是 94.55Nm因?yàn)樵趥鲃?dòng)軸的兩端各有一個(gè)錐齒輪,故大斜直齒輪的轉(zhuǎn)矩是 94.55 N m2=189.1 N m斜直齒輪的傳動(dòng)效率在 0.9-0.99 之間。取效率為 0.95??梢杂媚芰渴睾愫托视?jì)算 T 1 。7T1 2p h= T 2p此處的 T =189.1 N mTT1 =7h=189.1N m7 0.95= 28.5N m圓柱齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算公式齒輪類型接觸強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度斜齒輪d1 7563KT1f s 2 HP d u + 1umn 12.43 KT1 YFsfm z1s FP表 4-5其中:T1= 28.5N mK = 1.5fd = 1.1 u = 7s= s H lim= 750= 577HPSF min1.3帶入數(shù)據(jù)得:d1 KT139mmYFsfzm n 12.43m 1s FP其中: K= 1.5T1 =28.5N mfm = 20復(fù)合齒型系數(shù)Y= 4.7s=s FE= 350= 233.3Fs取b = 10oFPSF min1.5帶入數(shù)據(jù)得: m n 1.55取m n= 2.516z1 = 22z2 = 154an =20oat =20.284ontha * = 1ha * =0.985tnc * =0.25c * =0.246zV 1x n=z1cos3 b= 0xt= 23.034= 0zV 2=z2cos3 b= 161.238d1 =
收藏