機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計【5張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

【溫馨提示】====設(shè)計包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線預(yù)覽，所見即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======課題帶三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數(shù)量較多，為保證預(yù)覽的簡潔性，店家將三維文件夾進(jìn)行了打包。三維預(yù)覽圖，均為店主電腦打開軟件進(jìn)行截圖的，保證能夠打開，下載后解壓即可。======詳情可咨詢QQ：1304139763 畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻(xiàn)綜述 課題： 機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計 所在學(xué)院： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2016 年 3 月 31 日 一、選題的背景及意義 機(jī)械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點，滿足了社會化大生產(chǎn)的需要，其主要優(yōu)點如下： （1）能代替人從事危險、有害的操作。只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。 （2）能長時間工作，不怕疲勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 （3）動作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可避免人為的操作錯誤。 （4）機(jī)械手特別是通用機(jī)械手的通用性、靈活性好，能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 （5）機(jī)械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 由于機(jī)械手在工業(yè)自動化和信息化中發(fā)揮了以上巨大的作用，世界各國都很重視機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用在我過還屬于起步階段，就顯示出了許多的無法替代的優(yōu)點，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。近十幾年來，機(jī)械手的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。 二、研究現(xiàn)狀 到目前為止，世界各國對“機(jī)器人機(jī)械手”還沒有做出統(tǒng)一的明確定義。通常所說的“機(jī)器人機(jī)械手”是一種能模擬人的手、臂的部分動作，按照予定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運(yùn)或操縱工具的自動化裝置。而“機(jī)械手”一般具有固定的手部、固定的動作程序（或簡單可變程序）、一般用于固定工位的自動化裝置。因為國內(nèi)外稱作“機(jī)器人機(jī)械手”、“機(jī)械手”、“操作機(jī)”的這三種自動化和半自動化裝置，在技術(shù)上有某些相通之處，所以有時不易明確區(qū)分，就它們的技術(shù)特征來看，其大致區(qū)別如下。 “機(jī)器人機(jī)械手”（Industrail Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操縱工具的裝置（國內(nèi)稱作機(jī)器人機(jī)械手或通用機(jī)械手）。 “機(jī)械手”（Mechanical Hand）：多數(shù)是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動抓取、操作裝置（國內(nèi)一般稱作機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)械手）。如自動線、自動線的上、下料，加工中心的自動換刀的自動化裝置。 “操作機(jī)”（Manipulator）：一般是指由工人操縱的半自動搬運(yùn)、抓取、操作裝置。如鍛造操作機(jī)或處理放射性材料、火工品的裝配等所使用的半自動化裝置。 機(jī)器人機(jī)械手（Industral Robot ,簡稱IR）是1960年由《美國金屬市場》報首先使用的，但這個概念是由美國George·C·Pevol在1954年申請的專利“程序控制物料傳送裝置“時提出來的。在這專利中所記述的機(jī)器人機(jī)械手，以現(xiàn)在的眼光來看，就是示教再現(xiàn)機(jī)器人。根據(jù)這一專利，Devol與美國Consolide Control Corp合作，于1959年研制成功采用數(shù)字控制程序自動化裝置的原型機(jī)。 隨后，美國的Unimation公司和美國的機(jī)械鑄造(AMF)公司于1962年分別制造了實用的一號機(jī)，并分別取名為Unimate和Ver·satran。Unimate機(jī)器人外形類似坦克炮塔，采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，而Versatran機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。 上述兩種機(jī)器人成為機(jī)器人結(jié)構(gòu)的主流，美國通用汽車公司和福特汽車公司在其金屬冷熱加工中，采用這類機(jī)器人進(jìn)行壓、鑄、沖壓等上、下料，收到了良好的效果。 美國的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個階段： 1963~1967年為實驗定型階段。1963~1967年，萬能自動公司制造的機(jī)器人機(jī)械手供用戶做工藝實驗。1967年，該公司生產(chǎn)的機(jī)器人機(jī)械手定型為1900臺。 1968~1970年為實驗應(yīng)用階段。這一時期，機(jī)器人機(jī)械手在美國進(jìn)入應(yīng)用階段。例如美國通用汽車公司1968年訂購了68臺機(jī)器人機(jī)械手；1969年又自行研制出SAM型機(jī)器人機(jī)械手，并用21臺組成了點焊小汽車車身的焊接自動線。 1970年至今一直出于技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用階段。1970~1972年，機(jī)器人機(jī)械手處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國在伊利斯工學(xué)院研究所召開了第一屆全國機(jī)器人機(jī)械手會議。據(jù)當(dāng)時統(tǒng)計，美國已采用了大約200臺機(jī)器人機(jī)械手，工作時間共達(dá)60萬小時以上。與此同時，出現(xiàn)了所謂高級機(jī)器人，例如森德斯蘭德公司（Sundstrand）發(fā)明了用小型計算機(jī)控制50臺機(jī)器人機(jī)械手的系統(tǒng)。 在歐洲第一臺機(jī)器人機(jī)械手是1963年瑞典Kavieldt公司發(fā)表的第一臺操作機(jī)。 日本在六十年代初期就開始研制固定程序控制的機(jī)器手，并從其他各國引進(jìn)了用于不同生產(chǎn)過程的機(jī)器人，并獲得迅速，很快研制出日本國產(chǎn)華的機(jī)器人機(jī)械手，技術(shù)水平很快趕上了美國并超過了其它國家，目前機(jī)器人機(jī)械手在日本已得到迅速發(fā)展并很快得到普及。 我國雖然開始研制機(jī)器人機(jī)械手僅比日本晚5~6年，但由于種種原因，機(jī)器人機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展比較慢。但目前已引起了有關(guān)方面的極大關(guān)注。除了引進(jìn)、消化、仿制外，已經(jīng)具備了一定的獨立設(shè)計和研制能力。在1958年維吾爾自治區(qū)成立30年大慶站展覽館展出了由機(jī)械局研制的跳舞機(jī)器人《阿依古麗》。在1986年地十六屆廣交會上，成都電訊工程學(xué)院研制的第三代仿人機(jī)器人《成蓉小姐》已經(jīng)用漢語或英語向來賓問好，并能簡要的介紹的展覽產(chǎn)品及回答簡單問話。西北電訊工程學(xué)院研制的微機(jī)控制示教再現(xiàn)式機(jī)器人《西電I號》，也于1985年9月在陜西省科技貿(mào)易大會上進(jìn)行了表演。此外，清華大學(xué)自動化系研制的具有視覺手眼系統(tǒng)，北京鋼鐵學(xué)院研制的焊接機(jī)器人，均已達(dá)到了較高的水平。同時，在機(jī)器人學(xué)科中的視覺、聽覺、語音合成、觸覺、計算控制以及人工智能諸領(lǐng)域研究，也取得了一定的進(jìn)展。 近幾年來的成就表明，我國機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步。相信在不久的將來，我們一定回趕上世界各國前進(jìn)的步伐。 三、伸縮機(jī)構(gòu)分類 常用的平移伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （1）齒輪齒條傳動 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞率可達(dá)到數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。有以下特點：1）.效率高2）.結(jié)構(gòu)緊湊3）.工作可靠4）.傳動比穩(wěn)定。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 （2）渦輪渦桿傳動 優(yōu)點是傳動比大，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，但軸向力大、易發(fā)熱、效率低。 （3）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動；或者將滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡單，加工方便，易于得到較高的制造精度等優(yōu)點，因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等。 （4）絲桿螺母副 梯形螺桿、螺母的滑動螺旋傳動：梯形螺紋具有牙根強(qiáng)度高，工藝性好，螺紋對中性好但主要缺點是效率低。 滾珠絲杠螺母副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想產(chǎn)品。它是傳統(tǒng)滑動性絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠螺母副因優(yōu)良的摩擦特性，并且可以消除方向間隙并施加預(yù)載，高精度和高靈敏度使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，要求滾珠絲杠副的運(yùn)動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 參考文獻(xiàn) [1]李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996. [2]左健民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999. [3]王為.機(jī)械設(shè)計[M].湖北：華中科技大學(xué)出版社，2007. [4]唐增寶.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M].湖北：華中理工大學(xué)出版社,1999. [5] [日]加藤一郎.機(jī)械手圖冊[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979. [6]第一機(jī)械工業(yè)部機(jī)械研究院機(jī)電研究所編.工業(yè)機(jī)械手圖冊.北京：第一機(jī)械工業(yè)部機(jī)械研究院機(jī)電研究所，1976. [7]付亞子.機(jī)械手控制系統(tǒng)[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. [8]楊德華.通用機(jī)械手設(shè)計[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. [9]劉晶晶.遙控清污機(jī)器人[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. [10]許睿.多功能機(jī)械手的設(shè)計[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. [11]彭鍵中.水下機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. [12]張亮亮.噴油嘴殼體加工送料機(jī)械手的設(shè)計[C].湖北：湖北工業(yè)大學(xué)，2006. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計技術(shù)要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁） 一、設(shè)計技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)） 通過實習(xí)調(diào)研搜集資料，運(yùn)用所學(xué)知識，借助AutoCAD軟件，對整機(jī)主體結(jié)構(gòu)、傳動形式進(jìn)行設(shè)計與計算；要求設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。 主要參數(shù) 臂力10公斤；手臂前后伸縮行程600mm（速度1000mm/s），手臂左右轉(zhuǎn)動角度240°（角速度90°/s），手臂上下升降行程150mm(速度500mm/s)，小臂伸縮行程300mm(速度1000mm/s)，小臂轉(zhuǎn)動角度180°（角速度150°/s）；手臂最大工作半徑1460mm； 二、設(shè)計目標(biāo)與任務(wù) 1.查閱文獻(xiàn)資料12種以上，外文資料不少于兩種。寫出3000字以上文獻(xiàn)綜述，單獨裝訂成冊。 2. 完成總體方案設(shè)計。 3. 選擇并論證設(shè)計傳動方案、整機(jī)結(jié)構(gòu)草圖，完成主要零部件的強(qiáng)度校核計算等。 4.用AutoCAD等軟件繪制裝配圖、部裝圖、主要零部件圖， 5.編寫摘要，英中文完全對照，中文不少于300字。 6.編寫設(shè)計說明書，不少于8000字符。 備注：用電動驅(qū)動設(shè)計，不要用液壓或者氣壓設(shè)計，上邊參數(shù)中可能有些沒用，只設(shè)計機(jī)械手手臂前后伸縮部分就行 完成時間： 2016 年 3 月 15 日之前 摘 要 “機(jī)械手”（Mechanical Hand）：多數(shù)是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動抓取、操作裝置，如自動線、自動線的上、下料，加工中心的自動換刀的自動化裝置。實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)方式，達(dá)到了減少勞動力、節(jié)約費用、提高工作效率、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益之目的。 本文設(shè)計的機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、絲杠螺母副、導(dǎo)桿、手臂、連接板等構(gòu)成。設(shè)計過程中，首先，調(diào)查了機(jī)械手研究現(xiàn)況，在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求選定了驅(qū)動機(jī)構(gòu)及伸縮機(jī)構(gòu)方案；接著，根據(jù)選定的結(jié)構(gòu)方案對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，通過AutoCAD繪圖軟件繪制了該機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)的裝配圖及主要零部件圖。 通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD軟件，本次機(jī)械手臂的設(shè)計代表了設(shè)計的一般過程，對今后的設(shè)計工作有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；手臂；伸縮；設(shè)計 Abstract "Robot" (mechanical hand): most of the refers to attach belongs to the host program fixed automatic crawl, operation device, such as automatic assembly line, automatic line, cutting, machining center automatically change knife automatic device. The realization of automatic production, to reduce labor, save costs, improve work efficiency, increase the economic efficiency of the purpose of the enterprise. In this paper, the manipulator and the front and back telescopic mechanism of the manipulator is composed of a motor, a lead screw nut pair, a guide rod, an arm, a connecting plate, and the like. In the design process, firstly, to investigate the status of the research of manipulator, based on the driving mechanism and the telescopic mechanism scheme is selected according to design requirements; then, based on the selected structure of the main parts were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn before and after the manipulator arm telescopic mechanism assembly and major parts of the map. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing, and master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD software, the design of the mechanical arm represents the general process of design, have certain reference value for the design work in the future. Key words: manipulator; arm; expansion; design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 第2章 總體方案設(shè)計 3 2.1設(shè)計要求 3 2.2方案設(shè)計 3 2.2.1驅(qū)動機(jī)構(gòu) 3 2.2.2伸縮機(jī)構(gòu) 3 2.2.3總體方案 4 第3章 設(shè)計計算 5 3.1手臂伸縮驅(qū)動力計算 5 3.1.1 手臂摩擦力的分析與計算 5 3.1.2手臂密封處的摩擦阻力的計算 6 3.1.3手臂慣性力的計算 6 3.2電機(jī)的選擇 7 3.2.1 扭矩的計算 7 3.2.2 啟動矩頻特性校核 8 3.3絲杠螺母的選擇與計算 8 3.3.1絲杠螺母副支承方式選擇 8 3.3.2確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 9 3.3.3強(qiáng)度計算 10 3.3.4螺母選擇 12 3.4聯(lián)軸器的選用 12 3.5軸承及鍵的選用與校核 13 3.5.1軸承 13 3.5.2鍵 13 3.6手臂設(shè)計與校核 14 3.6.1導(dǎo)向裝置 14 3.6.2平衡裝置 14 3.6.3尺寸設(shè)計 14 3.6.4尺寸校核 15 結(jié) 論 16 參考文獻(xiàn) 17 致 謝 18 18 機(jī)械手手臂伸縮機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 第1章 緒論 1.1研究背景及意義 機(jī)械手具有許多人類無法比擬的優(yōu)點，滿足了社會化大生產(chǎn)的需要，其主要優(yōu)點如下： （1）能代替人從事危險、有害的操作。只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。 （2）能長時間工作，不怕疲勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 （3）動作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可避免人為的操作錯誤。 （4）機(jī)械手特別是通用機(jī)械手的通用性、靈活性好，能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 （5）機(jī)械手能明顯地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 由于機(jī)械手在工業(yè)自動化和信息化中發(fā)揮了以上巨大的作用，世界各國都很重視機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用在我過還屬于起步階段，就顯示出了許多的無法替代的優(yōu)點，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。近十幾年來，機(jī)械手的開發(fā)不僅越來越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械手（Industral Robot ,簡稱IR）是1960年由《美國金屬市場》報首先使用的，但這個概念是由美國George?C?Pevol在1954年申請的專利“程序控制物料傳送裝置“時提出來的。在這專利中所記述的機(jī)械手，以現(xiàn)在的眼光來看，就是示教再現(xiàn)機(jī)器人。根據(jù)這一專利，Devol與美國Consolide Control Corp合作，于1959年研制成功采用數(shù)字控制程序自動化裝置的原型機(jī)。 隨后，美國的Unimation公司和美國的機(jī)械鑄造(AMF)公司于1962年分別制造了實用的一號機(jī)，并分別取名為Unimate和Ver?satran。Unimate機(jī)器人外形類似坦克炮塔，采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，而Versatran機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。 在歐洲第一臺機(jī)械手是1963年瑞典Kavieldt公司發(fā)表的第一臺操作機(jī)。 日本在六十年代初期就開始研制固定程序控制的機(jī)器手，并從其他各國引進(jìn)了用于不同生產(chǎn)過程的機(jī)器人，并獲得迅速，很快研制出日本國產(chǎn)華的機(jī)械手，技術(shù)水平很快趕上了美國并超過了其它國家，目前機(jī)械手在日本已得到迅速發(fā)展并很快得到普及。 我國雖然開始研制機(jī)械手僅比日本晚5~6年，但由于種種原因，機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展比較慢。但目前已引起了有關(guān)方面的極大關(guān)注。除了引進(jìn)、消化、仿制外，已經(jīng)具備了一定的獨立設(shè)計和研制能力。在1958年維吾爾自治區(qū)成立30年大慶站展覽館展出了由機(jī)械局研制的跳舞機(jī)器人《阿依古麗》。在1986年地十六屆廣交會上，成都電訊工程學(xué)院研制的第三代仿人機(jī)器人《成蓉小姐》已經(jīng)用漢語或英語向來賓問好，并能簡要的介紹的展覽產(chǎn)品及回答簡單問話。西北電訊工程學(xué)院研制的微機(jī)控制示教再現(xiàn)式機(jī)器人《西電I號》，也于1985年9月在陜西省科技貿(mào)易大會上進(jìn)行了表演。此外，清華大學(xué)自動化系研制的具有視覺手眼系統(tǒng)，北京鋼鐵學(xué)院研制的焊接機(jī)器人，均已達(dá)到了較高的水平。 近幾年來的成就表明，我國機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步。相信在不久的將來，我們一定回趕上世界各國前進(jìn)的步伐。 2 第2章 總體方案設(shè)計 2.1設(shè)計要求 設(shè)計機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)，其中機(jī)械手參數(shù)要求如下： （1）臂力10公斤； （2）手臂前后伸縮行程600mm（速度1000mm/s）； （3）手臂左右轉(zhuǎn)動角度240°（角速度90°/s）； （4）手臂上下升降行程150mm(速度500mm/s)； （5）小臂伸縮行程300mm(速度1000mm/s)； （6）小臂轉(zhuǎn)動角度180°（角速度150°/s）； （7）手臂最大工作半徑1460mm。 2.2方案設(shè)計 2.2.1驅(qū)動機(jī)構(gòu) 有氣動、液動、電動和機(jī)械式四種形式。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。采用點位控制或機(jī)械擋塊定位時，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在300N以下。液動式的出力大，臂力可達(dá) 1000N 以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)連續(xù)控制，使工業(yè)機(jī)械手的用途和通用性更廣，定位精度一般在 1mm 范圍內(nèi)。目前常用的是氣動和液動驅(qū)動方式。電動式用于小型，機(jī)械式只用于動作簡單的場合。 根據(jù)設(shè)計要求，本次采用電動式驅(qū)動機(jī)構(gòu)。 2.2.2伸縮機(jī)構(gòu) 常用的平移伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （1）齒輪齒條傳動 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞率可達(dá)到數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。有以下特點：1）.效率高2）.結(jié)構(gòu)緊湊3）.工作可靠4）.傳動比穩(wěn)定。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 （2）渦輪渦桿傳動 優(yōu)點是傳動比大，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，但軸向力大、易發(fā)熱、效率低。 （3）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動；或者將滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡單，加工方便，易于得到較高的制造精度等優(yōu)點，因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等。 （4）絲桿螺母副 梯形螺桿、螺母的滑動螺旋傳動：梯形螺紋具有牙根強(qiáng)度高，工藝性好，螺紋對中性好但主要缺點是效率低。 滾珠絲杠螺母副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想產(chǎn)品。它是傳統(tǒng)滑動性絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠螺母副因優(yōu)良的摩擦特性，并且可以消除方向間隙并施加預(yù)載，高精度和高靈敏度使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，要求滾珠絲杠副的運(yùn)動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 綜上述分析：本次設(shè)計的機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠螺母副。 2.2.3總體方案 結(jié)合上述選定的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)方案得出本次機(jī)械手手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)方案如下： 圖2-1 手臂前后伸縮機(jī)構(gòu)方案 第3章 設(shè)計計算 3.1手臂伸縮驅(qū)動力計算 先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 做水平伸縮直線運(yùn)動的絲桿螺母副的驅(qū)動力根據(jù)克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定絲桿螺母副所需要的驅(qū)動力。絲桿螺母副的驅(qū)動力的計算為。 3.1.1 手臂摩擦力的分析與計算 由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 得 得 式中 參與運(yùn)動的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L——手臂與運(yùn)動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m）,參考上一節(jié)的計算； a——導(dǎo)向支撐的長度（m）； ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對于圓柱面： ——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計算：油缸桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向套支撐選擇鋼， 預(yù)估，已知L=800mm，導(dǎo)向支撐a設(shè)計為200mm 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計算 600=1260N 3.1.2手臂密封處的摩擦阻力的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用O型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： =0.03F。 3.1.3手臂慣性力的計算 =0.1 式中 ——參與運(yùn)動的零件的總重力（包括工件）(N)； ——從靜止加速到工作速度的變化量(m/s)； ——啟動時間(s)，一般取0.01~0.5； 設(shè)啟動時間為0.2s，最大為0.233m/s。 則： =0.1=69.9N 由于背壓阻力較小，可取=0.05 所以 =+++=1260+69.9+0.03F+0.05F 求得 =1446N 所以手臂伸縮驅(qū)動力為=1446N。 3.2電機(jī)的選擇 根據(jù)該機(jī)械臂的參數(shù)，其動力系統(tǒng)要求電動機(jī)定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列伺服電動機(jī)為反應(yīng)式伺服電動機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用的型號90BF004的電動機(jī)作為主運(yùn)動的動力源。選用時主要有以下幾個步驟： 3.2.1 扭矩的計算 伺服電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。伺服電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是； 伺服電機(jī)空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。伺服電機(jī)所需空載啟動力矩按下式計算： 式中： ——空載啟動力矩； ——空載啟動時運(yùn)動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩； ——空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； ——由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； 而且初選電機(jī)型號時，應(yīng)滿足伺服電動機(jī)所需空載啟動力矩小于伺服電動機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即： 計算的各項力矩如下： ①加速力矩 ==1.8×10= =0.519N/m ②空載摩擦力矩 =0.6 ③附加摩擦力矩 == =0.519+0.6+1.222=2.341 =0.951×25=23.775 3.2.2 啟動矩頻特性校核 伺服電機(jī)有三種工況：啟動、快速進(jìn)給運(yùn)動、工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進(jìn)行校核。 伺服電機(jī)啟動有突跳啟動和升速啟動。 突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少見。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。 3.3絲杠螺母的選擇與計算 3.3.1絲杠螺母副支承方式選擇 絲杠螺母副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機(jī)構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。設(shè)最大行程為800mm，移動部件大概質(zhì)量為720Kg。 表3-1 絲杠螺母副支承 支承方式 簡圖 特點 一端固定一端自由 結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。 一端固定一端游動 需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。 兩端固定 只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高。可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。 3.3.2確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 滾珠絲杠副的導(dǎo)程按下式計算： 式中 —滾珠絲杠副的導(dǎo)程，（）； Vmax—工作臺最高移動速度，（）； —電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，（）； 由進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計要求知： Vmax=2.5 查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》[13]得： 步進(jìn)電機(jī)110BF003的最高轉(zhuǎn)速nmax=6000。 將數(shù)值代入上式(5-1)可得：Ph≥10。 故取Ph=S=10。 3.3.3強(qiáng)度計算 1）對于圓柱導(dǎo)桿的牽引力計算 Fm=KFX+f(Fz+2FY+G) 取 K=1.4 f=0.2 考慮工作臺在移動過程中只受G影響 故F=fG=0.2×30×9.8=58.8() 考慮工作臺在加工時靜止只受FX影響 故F= KF=1.4×9.8×130=1783.6() 故Fm= F＋ F=58.8＋1783.6=1842.4 2）計算最大動載荷 C 當(dāng)轉(zhuǎn)速時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲 勞點蝕，因此要進(jìn)行動載強(qiáng)度計算，其計算動載荷應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動載荷，即 式中 —動載荷系數(shù)； —硬度影響系數(shù)； —當(dāng)量動載荷，； —滾珠絲杠螺母副的額定動載荷，； —壽命，以為一個單位。 式中 T—使用壽命，； N—循環(huán)次數(shù)； —滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，。 取 T=15000 代入數(shù)據(jù)可得： 取 取f=1.0 當(dāng)工作載荷單調(diào)連續(xù)或周期性單調(diào)連續(xù)變化時，則 式中 、—最大和最小工作載荷，。 所以 計算可得： 查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》[7]選取GD3210-4型滾珠絲杠副 （），所以剛度滿足要求。 3）靜載強(qiáng)度計算 當(dāng)轉(zhuǎn)速時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大塑性變形，影響正常工作。為此進(jìn)行靜載強(qiáng)度計算，最大計算靜載荷為： 式中 —硬度影響系數(shù)； 查《機(jī)械設(shè)計手冊》[7]可得：GD3210-4型滾珠絲杠副額定靜載荷，所以滿足要求。滾珠絲杠螺母的主要參數(shù)如表3-2所示： 表3-2 滾珠絲杠螺母副的主要參數(shù) 滾珠絲杠副型號 GD3210-4 公稱直徑 導(dǎo)程 鋼球直徑 絲杠外徑 螺紋底徑 額定動載荷 額定靜載荷 接觸剛度 3.3.4螺母選擇 由于數(shù)控機(jī)床對滾珠絲杠副的剛度有較高要求，故選擇螺母時要注重其剛度的保證。推薦按高剛度要求選擇預(yù)載的螺母型式。其中插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母應(yīng)用最為廣泛。它適用重載荷傳動、高速驅(qū)動及精密定位系統(tǒng)。并在大導(dǎo)程、小導(dǎo)程和多頭螺紋中具有獨特優(yōu)點，且較為經(jīng)濟(jì)。 ①滾珠的工作圈數(shù)i和列數(shù)j。根據(jù)所要求性能、工作壽命，推薦按表3-3選取。 表3-3 要求特性 插管式(i×j) 滾珠循環(huán)流暢 1.5×2　1.5×3　2.5×1 剛性 2.5×2　　　2.5×3 ②法蘭形狀。按安裝空間由標(biāo)準(zhǔn)形狀選擇，亦可根據(jù)需要制成特殊法蘭形狀。 ③導(dǎo)程精度選擇 根據(jù)機(jī)床定位精度，確定滾珠絲杠副導(dǎo)程的精度等級。一般情況下，推薦按下式估算： E≤(0.25～0.6)TD 式中：E——累計代表導(dǎo)程偏差，μm； TD——機(jī)床有效行程的定位精度，μm。 3.4聯(lián)軸器的選用 根據(jù)前面計算，軸最小直徑：取 查機(jī)械手冊，根據(jù)軸徑和計算轉(zhuǎn)矩選用彈性柱銷聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計算 查表課本14-1， K=1.3，則 啟動載荷為名義載荷的1.25倍，則 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊選擇聯(lián)軸器型號為選用HL1（J1型）彈性柱銷聯(lián)軸器，其允許最大扭矩[T]=63,許用最高轉(zhuǎn)速 n=5000，半聯(lián)軸器的孔徑d=15，孔長度l=30mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=32。 3.5軸承及鍵的選用與校核 3.5.1軸承 1）按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h 由上面的計算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N， 軸向力為Fa1=159.90N， 2）初步選擇深溝球軸承6204，其基本額定動載荷為Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。 3）徑向當(dāng)量動載荷 動載荷為，查得，則有 由式13-5得 滿足要求。 3.5.2鍵 1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 選用單圓頭平鍵，尺寸為 2)校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 鍵的工作長度 ，合適 3.6手臂設(shè)計與校核 3.6.1導(dǎo)向裝置 氣壓驅(qū)動的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 3.6.2平衡裝置 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 3.6.3尺寸設(shè)計 長度設(shè)計為,內(nèi)徑為,半徑R=105mm,軸徑半徑,運(yùn)行角速度=，加速度時間0.5s,壓強(qiáng), 則力矩： 3.6.4尺寸校核 （1）測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （） 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù), 總驅(qū)動力矩： 設(shè)計尺寸滿足使用要求。 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計幾乎用到了我們大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課程，可以說是我們大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識的一次綜合考察和評定。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我們對以前所學(xué)的專業(yè)知識有了一個總體的認(rèn)識與融會貫通。例如我們在設(shè)計過程當(dāng)中需要用到所學(xué)的工程制圖、材料力學(xué)、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計、極限配合與公差以及CAD計算機(jī)輔助制圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，不僅使我們熟悉了舊的的知識點，還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細(xì)節(jié)問題，而這些細(xì)節(jié)問題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機(jī)械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在。 此外，我感覺兩個月的畢業(yè)設(shè)計極大的豐富了我們的知識面，使我學(xué)到了許多知識，不僅僅局限于多學(xué)的專業(yè)知識.在做設(shè)計的過程中，由于需要用到課本外的知識，這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料。例如在設(shè)計傳動方案時就需要我們對提升裝置的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選擇合適的傳動方式。由于以前沒有注意此方面的問題,所以必須通過實踐認(rèn)識和查閱資料才能做到更好。 參考文獻(xiàn) [1]喬東凱 黃崇林. 移動式工業(yè)機(jī)器人設(shè)計的動力學(xué)分析[J] .茂名學(xué)院學(xué)報，2003， 13（3） [2]張廣鵬 方英武 田忠強(qiáng). 工業(yè)機(jī)器人整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的動態(tài)性能評價[J]. 西安理工大 [3]徐灝. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]第5卷. 機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [4]吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計師手冊[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 [5]成大先. 機(jī)械設(shè)計圖冊[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2002年 [6]羅洪量 . 機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書[M]（第二版）. 高等教育出版社，1986 [7] JJ.杰克（美）. 機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理[M]（第一版）. 機(jī)械工業(yè)出版社，1985 [8]王玉新. 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法學(xué)[M]（第一版）. 天津大學(xué)出版社， 1996 [9]張建民. 工業(yè)機(jī)器人[B][M]. 北京理工大學(xué)出版社，1992 [10]馬香峰. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)學(xué)[B] [M] . 機(jī)械工業(yè)出版社，1991 [11] [俄]IO.M.索羅門采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊[B] [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [12]黃繼昌、徐巧魚、張海貴等. 實用機(jī)械機(jī)構(gòu)圖冊[B] [M]. 人民郵電出版社，1996 [13]天津大學(xué)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基礎(chǔ)》編寫組. 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基礎(chǔ)[B] [M]. 天津科學(xué)技術(shù)出版社，1981 [14]金茂菁. 我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 2001， 01（4） [15] 席偉光，楊光，李波.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2003 [16] 甘永立主編。幾何量公差與檢測 上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003 致 謝 從基礎(chǔ)課到專業(yè)課四五十門，但這都是零散的，成塊吸收，而最終的畢業(yè)設(shè)計就是把這些零散、成塊的知識有條理、系統(tǒng)化，綜合運(yùn)用。達(dá)到檢驗所學(xué)程度的目的，既是對綜合運(yùn)用知識的能力的培養(yǎng)，又是為將來走上工作崗位的做的一次實戰(zhàn)模擬。 課題對我來說是陌生的，因為平時接觸這方面的知識很少。在整個設(shè)計過程中，我學(xué)會了如何把所學(xué)的知識應(yīng)用到設(shè)計中去，不是單一的設(shè)計一件東西，而是要靈活運(yùn)用，舉一反三，能運(yùn)用到別的設(shè)計中去，不過，在設(shè)計上還有很多缺陷，需要進(jìn)一步完善，希望各位領(lǐng)導(dǎo)和老師提出意見，批評指正，使以后不在犯同樣的錯誤，不斷成熟、進(jìn)步，在此我感謝各位領(lǐng)導(dǎo)和老師的孜孜不倦的教悔和熱心幫助。 經(jīng)過了近3個月的時間，我的畢業(yè)設(shè)計終于作完了，在整個設(shè)計過程中我尊敬的老師們和我的同學(xué)給予了我很大的幫助，在此我深表感謝，沒有他們的幫助我很難將這次畢業(yè)設(shè)計做好。我更加感謝的我的指導(dǎo)，在我的整個設(shè)計過程中都給予了我很大的支持和幫助，在此，我對老師衷心的說一聲謝謝。我還要感謝院里的領(lǐng)導(dǎo)，因為是他們?yōu)槲姨峁┝诉@次機(jī)會。謝謝！