1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2 伸縮臂的設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案論證以及確定2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)1. 伸縮長(zhǎng)度：300mm，伸縮臂固定在升降臺(tái)上，隨升降臺(tái)做上下運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；伸縮臂前端安裝機(jī)械手，用于夾持工件；伸縮臂直線伸縮，完成工件的工位轉(zhuǎn)換；2. 單方向伸縮時(shí)間：1.52.5s；3. 定位誤差要定位措施，定位誤差小于2mm；4. 前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊。2.1.2 設(shè)計(jì)方案的比較論證2.2 機(jī)械手伸縮臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)本人的反復(fù)思考及論證，先做出運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。現(xiàn)如下圖2-1所示，

2、該機(jī)構(gòu)中支座安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝滾珠絲杠和伸縮桿等零件。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（1）驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)一級(jí)齒輪減速器（2）。通過(guò)減速器輸出軸與絲杠（3）相連，以電機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲母的直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)，利用電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮換向。法蘭用于安裝機(jī)械手，構(gòu)成如圖所示的結(jié)構(gòu)。圖2-1 步進(jìn)電機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)示意圖2.3 執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)方案2.3.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算（這部分可以不做）2.3.2 滾珠絲杠的選擇2.3.（1）由題可知：伸縮長(zhǎng)度S為300毫米，伸縮時(shí)間t為2秒 ，所以速度,初選螺距P=10mm （ 2.9 ） 則： （ 2.10 ）（2）計(jì)算載荷： （ 為載荷系數(shù)，為硬度系數(shù)，

3、為精度系數(shù)）。由題中條件，取 ，取 取D級(jí)精度，取 絲杠的最大工作載荷 : 導(dǎo)向桿所受摩擦力即絲杠最大工作載荷: max=F=120N （ 2.11 ）則： （3）計(jì)算額定動(dòng)載荷的值：由式（2-4） （ 2.12 ） 所以 （4） 根據(jù)選擇滾珠絲杠副：按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷等于或稍大于的原則，選用漢江機(jī)床廠FC1型滾珠絲杠 漢江機(jī)床廠FC1型滾珠絲杠 表2-1絲杠代號(hào)絲杠尺寸/mm螺旋角滾珠直徑米制/mm螺母安裝尺寸/mm額定載荷中徑大徑導(dǎo)程動(dòng)載靜載dpDEMLQh4006-34039.583.9695011875156448M691592137969825 FC1-5006-3， FC1-

4、52008-2.5 考慮各種因素選用FC1-5006-3。由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑 導(dǎo)程p=8mm 螺旋角 滾珠直徑 按表2-1中尺寸計(jì)算：滾道半徑 （ 2.13 ）偏心距 （2.14 ）絲杠內(nèi)徑（ 2.15 ）（5）穩(wěn)定性驗(yàn)算1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S（見表2-10）。絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷（N）按下式計(jì)算： （ 2.16 ）式中E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，E=206Mpa; l 為絲杠工作長(zhǎng)度（m）L=450mm；為絲杠危險(xiǎn)截面的慣性矩；u為長(zhǎng)度系數(shù)，見表2-10。依題

5、意： （ 2.17 ）取， 則 （ 2.18 ）安全系數(shù)。查表2-10，S=34。SS，絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。（6）剛度驗(yàn)算 :滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T（Nm）共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量: （ 2.19 ）其中 A絲杠截面積 絲杠極慣性矩 G絲杠的切變模量，對(duì)于鋼 T轉(zhuǎn)矩 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)，為工作載荷，取摩擦系數(shù)，則=840 則T= （ 2.20 ）按最不利情況取（其中F=） （ 2.21 ）則 : 絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形引起的導(dǎo)程誤差為： （ 2.22 ）通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度（）的1/2，即 （ 2.23 ）該絲杠的滿足上式，所以其

6、剛度可滿足要求。（7）效率驗(yàn)算： 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 為 （ 2.24 ）要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格。經(jīng)上述計(jì)算： Fa50063 各項(xiàng)性能均符合題目要求，可選用。 2.3.2.2 2.3.根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定，要保證有300mm的伸縮長(zhǎng)度，先對(duì)絲杠螺母進(jìn)行選擇。絲杠螺母選用外循環(huán)螺旋槽式：滾珠螺母可得到其結(jié)構(gòu)尺寸總長(zhǎng)為L(zhǎng)=61mm。根據(jù)其傳動(dòng)的特點(diǎn)，要保證螺母不脫離滾珠絲杠，又要有300mm移動(dòng)距離，則絲杠的有效傳動(dòng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)=430mm。 2.3. 采用雙推簡(jiǎn)支式安裝，一端安裝支推軸承與深溝球軸承的組合，另一端安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽

7、命較高，適用于中速傳動(dòng)精度較高的長(zhǎng)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。 由此可知：絲杠轉(zhuǎn)速：Pn=L/2 所以 （ 2.25 ）2.3.2. 由于滾珠絲杠副的支承形式采用的是一端固定一端游動(dòng)（F-S），而又避免絲杠受壓，所以絲杠的固定端（承重端）為左端，右端為游動(dòng)端。 因此為了滿足使用要求，左端的軸承選取雙向推力球軸承與深溝球軸承的組合形式。推力軸承的特點(diǎn)是只能承受單向軸向載荷。為了限制左端的徑向位移，同時(shí)又要限制向右的軸向位移，故選用角接觸球軸承。此類軸承的特點(diǎn)是能同時(shí)承受徑向軸向聯(lián)合載荷。1)雙向推力球軸承的選擇2)初步選定為 51000型 代號(hào)為51306 d =30mm D =60mm T =21mm校核基

8、本額定載荷通過(guò)所要求軸承壽命（等于絲杠的壽命）算基本額定載荷在實(shí)際工程計(jì)算中，軸承壽命常用小時(shí)表示 （ 2.26 ） =2338N （ 2.27 ）其中， C基本額定動(dòng)載荷（N ） P當(dāng)量動(dòng)載荷（N ） 壽命指數(shù) 球軸承 n軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）在使用壽命為15000小時(shí)的要求下，雙向推力球軸承應(yīng)承受的基本額定動(dòng)載荷為2338N 。初步選用的軸承的額定載荷=27KN ，即C 所以滿足使用要求。此類單向推力球軸承的數(shù)據(jù)如下表球軸承 表2-2基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D T min max max 脂油W51000型mmmmKNr/minkg30 60 2057 53

9、0.636.2 66.83200 45000.14513064)深溝球軸承的選擇選用的軸承型號(hào)為6007c（）, 具體數(shù)據(jù)見下表深溝球軸承 表2-3基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D BA 脂油W70000C型mmMmKNr/minkg45 75 1616 51 69 125.8 20.57500 100000.287009C5)深溝球軸承的選擇：下端的軸承只起游動(dòng)和限制徑向位移的作用，所以采用深溝球軸承。選擇60000型，具體數(shù)據(jù)見下表球軸承數(shù)據(jù) 表2-4基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D B min max max 脂油W60000型mmmmKNr/

10、minkg30 42 732.4 39.6 0.34.00 3.1512000 160000.026618062.3.3減速齒輪的有關(guān)計(jì)算 2.3.（1）確定傳動(dòng)比 i=1.25 故此次設(shè)計(jì)采用一級(jí)減速 （2）按照工作要求，此次設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)采用直齒圓柱齒輪開式傳動(dòng)。輪齒的主要失效形式為齒面磨損，故此次設(shè)計(jì)采用硬齒面。 （3）選擇齒輪材料及確定許用應(yīng)力：由表10-1選小齒輪材料為40MnB（調(diào)質(zhì)）、硬度260HBS；大齒輪材料35SiMn（調(diào)質(zhì)）、硬度230HB，制造精度系數(shù)為8級(jí)。 （4）估計(jì)絲桿功率: 摩擦功率 P摩=QV/60000f 式中： Q摩擦力（N），Q=Fmax=120N； V直

11、線傳動(dòng)中的速度（m/min）；V=9m/min； （ 2.28 ） f直線傳動(dòng)機(jī)械效率f=螺母*導(dǎo)向桿=92%*75%=69%;故P摩=0.028KW （ 2.29 ）參考臥式車床Pf=（0.030.04）Pi，故取P摩=0.04P快 故P快=0.028KW/0.04=0.7KW故P絲桿=P快*齒輪=0.7KW*0.95=0.67KW (5) 選小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)。2.3.由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行計(jì)算，即 （ 2.30 ） 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）試選載荷系數(shù)（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 =0.67/1125=Nmm （ 2.31 ） （3）由表10-7選取齒寬系數(shù) （4）由表1

12、0-6查得材料的彈性模量 （5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限； （6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （ 2.32 ） （7）由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) （8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得 （ 2.33 ） 2）計(jì)算： （）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 （ 2.34 ） （2）計(jì)算圓周速度v （ 2.35 ） （3）計(jì)算齒寬b： （ 2.36 ） （4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) （ 2.37 ） 齒高 h=2.252.46mm=5.53mm b/h=49.132/5.53=8.89

13、 （ 2.38 ） （5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)，8級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù) 直齒輪，假設(shè)。由表10-3查得； 由表10-3查得使用系數(shù) ； 由表10-4查得: （ 2.40 ）將數(shù)據(jù)代入（ 2.41 ）由b/h=34.87/3.92=8.89 查圖10-13得；故載荷系數(shù): （ 2.42 ） （6）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由（10-10a）得 （ 2.43 ） (7)計(jì)算模數(shù)m 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4 （ 2.44 ）2.3.3.3由式10-4得校核式為：計(jì)算圓周力：（ 2.45 ）齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)：由表10-5得：齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 （ 2.46

14、 ）（1）彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4（2）由圖10-20c按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； （3）由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；則： （ 2.47 ）校核計(jì)算: （1）由前知載荷系數(shù) 則： （ 2.48 ）校核： 滿足要求。 則： 取 （ 2.49 ） 所以 取 （ 2.50 ）2.31）分度圓直徑： （ 2.51 ） 2）中心距： （ 2.52 ） 3）齒輪寬度： （ 2.53 ）取 4）齒頂圓直徑： （ 2.54 ） （ 2.55 ） 5）齒根圓直徑： （ 2.56 ）（ 2.57 ） 2.3 （ 2.58 ） 對(duì)照表11-2可知選用8級(jí)精度是合宜的

15、。2.3.4.電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求選用3相6拍步進(jìn)電機(jī)。2.3.絲桿=1125r/min*2/60=117.75rad/s （ 2.59 ）2.3. J絲桿=*78*10*0.04*0.43/32=0.8*10Kgm（ 2.60 ）2.3. =m+m+m+m+m （ 2.61 ） 其中：m夾持器=20Kg，m導(dǎo)向桿=11Kg 取=50Kg2.3.4.4轉(zhuǎn)化到 J= （Kgm） （ 2.62 ） 式中： Wk各旋轉(zhuǎn)件的角速度；（rad/s ）,Jk各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； （Kgm）,mi各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量；（Kg）, V-直線運(yùn)動(dòng)件的速度；（m/s）,W-電機(jī)角速度；（rad/s）故J= J絲桿+=0.8*10*+30*=17.7*10 （ 2.63 ）2.3.4=J（NM） （ 2.64 ） 式中： J電