機(jī)械工程及其自動化畢業(yè)論文循跡物料搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)

1、<p>　　編號 </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二〇一一年六月</b></p><p>　　循跡物料搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p>&

2、lt;p>　　研究的目的、意義、研究方法與內(nèi)容。</p><p>　　研究的結(jié)果與主要結(jié)論。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控加工，數(shù)控仿真，加工環(huán)境，幫助文件</p><p>　　The development of ……</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

3、t;　　A new kind sandwich structure(300個(gè)單詞左右).</p><p>　　Key Words：NC machining; NC verification; Machining environment; Help files</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

4、 要ⅰ</b></p><p>　　Abstractⅱ</p><p>　　第一章 引 言1</p><p>　　1.1 XXXXXXXXXXXX10</p><p>　　1.1.1 XXXXXX15</p><p>　　第二章 XXXXXXXXX20</p><p&

5、gt;　　1.2 XXXXXX20</p><p><b>　　……</b></p><p>　　第XX章 總結(jié)與展望XX</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)XX</b></p><p><b>　　致謝XX</b></p><p><

6、b>　　附錄XX</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　1.1 工業(yè)機(jī)器人及其發(fā)展</p><p>　　1.1.1 工業(yè)機(jī)器人及其操作機(jī)</p><p>　　由于機(jī)器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說和影視作品的宣傳，人們往往把機(jī)器人想象成為外貌象人的機(jī)電裝置。

7、但事實(shí)并非如此。機(jī)器人，特別是工業(yè)機(jī)器人，與人的外貌毫無相象之處口在國家標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)機(jī)器人被定義為：“一種能自動定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。”機(jī)器人賴以完成各種作業(yè)的機(jī)械實(shí)體(稱作操作機(jī)或操作器)被定義為：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機(jī)械裝置?！笨梢?，工業(yè)機(jī)器人是一機(jī)電系統(tǒng)，操作機(jī)(器)是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)與電子器件密切相關(guān)，它的

8、靈活程度和動態(tài)性能，直接影響著機(jī)器人系統(tǒng)的工作質(zhì)量。本書的目的，在于闡述對操作機(jī)的分析和設(shè)計(jì)方法，以期對從事工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的專業(yè)人員有所裨益。</p><p>　　1.1.2 機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用</p><p>　　自從20 世紀(jì)60 年代初人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其

9、是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機(jī)器人密度最高的行業(yè)，如，2004 年德國制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為162 臺，而在汽車制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則為1140 臺；意大利的這一數(shù)值更能說明問題，2004 年

10、意大利制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為123臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則高達(dá)1600 臺。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人</p><p>　

11、　1.1.3 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢</p><p>　　敏捷制造策略的提出,為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組,快速響應(yīng)市場變化,生產(chǎn)出滿足用戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品。敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動態(tài)重組的能力。機(jī)器人是一種具有高度柔性的自動化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次,將機(jī)器人視為一種有“感知、思維和行動”的機(jī)器,那么,敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機(jī)

12、器人化的機(jī)器。這將為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提出更高的要求。</p><p>　?。?）朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展</p><p>　　提高運(yùn)動速度和運(yùn)動精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機(jī)械模塊、信息檢測模塊、和控制模塊等) ,以降低制造成本和提高可靠性。近年來,世界各國注意發(fā)展組合式機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。目前,國外已經(jīng)研制和

13、生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)、傳感器外,手臂、手腕和機(jī)身的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動軸;手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動軸、固定臺身、機(jī)座、移動軸等。</p><p>　?。?）研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)</p><p>　　隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開發(fā)新型微動機(jī)構(gòu)保證動作精度;開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機(jī)構(gòu)等

14、以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。</p><p>　?。?）朝著智能化方向發(fā)展</p><p>　　在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化技術(shù)中,特別是機(jī)器人自動裝配技術(shù)中,要求工業(yè)機(jī)器人對外部環(huán)境和對象物體有自適應(yīng)能力,即具有一定的“智能”,機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺、知覺等,即有很強(qiáng)的檢測功能和判斷功能。為此,必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器(如觸覺傳感器、視覺傳感器、測距傳感器等) ,發(fā)

15、展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過各種傳感器得到關(guān)于工作對象和外部環(huán)境的信息,以及信息庫中存儲的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料,以完成模式識別,用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)行問題求解,動作規(guī)劃。</p><p>　　（4）研究機(jī)器人協(xié)作控制</p><p>　　先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高

16、效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上,機(jī)器人是作為一個(gè)群體工作的,不論每個(gè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此,要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),來研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中,不僅有多機(jī)器人的集成,還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此,以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來發(fā)展新的機(jī)器人控制系統(tǒng),有大量的理論與實(shí)踐的工作要做

17、。</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)器人的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動一傳動裝置和控制系統(tǒng)三部分組成(如圖1-1所示)。這些部分之間的相互作用可用1-2所示的方框圖表示</p><p>　　圖1-1 機(jī)器人的組成</p><p>　　圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系</p><p>

18、　　1.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)(也稱操作機(jī))是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等，如圖1-3所示。</p><p><b>　　圖1-3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　?。?）手部</b></p>

19、;<p>　　手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人直接進(jìn)行工作的部分，可以是各種夾持器。有時(shí)人們也常把渚如電焊槍、油漆噴頭等劃作機(jī)器人的手部。</p><p><b>　?。?）腕部</b></p><p>　　腕部與手部相連，通常有3個(gè)自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分。</p><p&g

20、t;<b>　　（3）臂部</b></p><p>　　臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個(gè)臂桿(小臂和大臂)組成，用以帶動腕部作平面運(yùn)動。</p><p><b>　　（4）腰部</b></p><p>　　腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動再加上臂部的平面運(yùn)動，就能使腕部作空間運(yùn)動。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

21、關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運(yùn)動精度和平穩(wěn)性，對機(jī)器人的定位精度有決定性的影響。</p><p><b>　?。?）基座</b></p><p>　　基座是整個(gè)機(jī)器人的支持部分，有固定式和移動式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性</p><p>　　1.2.2 驅(qū)動和傳動裝置</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動一傳動

22、裝置包括驅(qū)動器和傳動機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動器通常有電機(jī)(直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī))、液動或氣動裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。</p><p>　　1.2.3 控制系統(tǒng)</p><p>　　控統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動器之間的運(yùn)動，同時(shí)還要完成編程、示

23、教／再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況(傳感器信息)、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備(如電焊機(jī))之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動。</p><p>　　1.3 本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動進(jìn)

24、行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）和該機(jī)器人的系統(tǒng)控制。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要內(nèi)容是工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢等方面，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中使用工業(yè)機(jī)器人的主要工作種類的列舉，提出了未來工業(yè)機(jī)器人的幾種先進(jìn)的發(fā)展模式和本文的主要研究內(nèi)容。<

25、;/p><p>　　搬運(yùn)機(jī)器人各方向傳動方式設(shè)計(jì)</p><p>　　該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺循環(huán)物料搬運(yùn)機(jī)器人，本章主要對搬運(yùn)機(jī)器人的的運(yùn)動形式部分進(jìn)行分析。</p><p>　　2.1 搬運(yùn)機(jī)器人要解決的問題</p><p>　　通過機(jī)器人搬運(yùn)工程石板（長a=800mm,寬b=400mm，高c=30mm，重G=20kg）（假定）完成（水平

26、運(yùn)動X=5.0m，垂直運(yùn)動Y=0.6m，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動R=90?）的動作，如示意圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 機(jī)器人各運(yùn)動方向</p><p>　　2.2 機(jī)器人各方向傳動方式的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 水平和豎直方向直線運(yùn)動傳動方式設(shè)計(jì)</p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動的傳動形式有；</p>&

27、lt;p><b>　　液壓傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：液壓傳動傳遞運(yùn)動的動力大，運(yùn)動平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向；在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。但液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性，使這種傳動無法保證嚴(yán)格的傳動比；由于液體粘性大，在流動過程中有較大的能量損失（泄漏損失、摩擦損失等），因此，傳動效率相對低，不適合做遠(yuǎn)距離傳動和控制。</p>

28、<p><b>　　氣壓傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：以空氣為工作介質(zhì)，來源方便，工作壓力較低，用后可直接排入大氣而無污染，處理方便，潔凈環(huán)境；與液壓傳動相比，氣壓傳動反應(yīng)快、動作迅速、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔、管路不易堵塞，不存在工作介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題；而且成本低，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。但因空氣的可壓縮性較大，使系統(tǒng)的動作和工作速度穩(wěn)定性受負(fù)載變化的影響大，運(yùn)動平穩(wěn)

29、性較差，不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制和很高的定位精度；而且氣動裝置的體積與液壓傳動相比較大，產(chǎn)生的推力小。其主要原因是氣壓系統(tǒng)工作壓力低（0.5~0.8MPa），不易獲得較大的輸出力或轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　齒輪齒條嚙合傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：齒輪齒條傳動將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，它傳遞的功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長，機(jī)構(gòu)緊湊，能

30、保證恒定的傳動比。但是，這樣的運(yùn)動也可以反向驅(qū)動，也就是齒條作直線運(yùn)動來帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動托板箱移動的就是齒輪齒條傳動，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因?yàn)橹撝礄C(jī)構(gòu)不能自鎖，并且齒輪齒條不適用于兩軸中心距過大的傳動及振動沖擊較大的場合。</p><p><b>　　絲杠螺母傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：用于距離較短的高精度定

31、位；電機(jī)和滾珠絲杠只用聯(lián)軸器連接，沒有間隙。</p><p>　　2.2.2 R方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 擺動氣（液）缸</p><p>　　特點(diǎn)：擺動氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動輸出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的氣動執(zhí)行元件。用于物體的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、分類、夾緊、閥門的開閉以及機(jī)器人的手臂動作等。</p><p><

32、b>　?。?） 齒輪傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：功率和速度范圍大，通用性強(qiáng)，工作可靠，效率高，對中心距誤差的敏感性小，易于制造和精確加工，可進(jìn)行變?yōu)榍邢骱托扌小?lt;/p><p><b>　?。?） 蝸桿傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：蝸桿傳動能實(shí)現(xiàn)傳動比大，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中小功率或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的場

33、合；當(dāng)它與齒輪傳動同時(shí)應(yīng)用時(shí)，若蝸桿傳動布置在高速級，使其傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，以減小蝸輪尺寸，節(jié)約有色金屬，且傳動效率較高。若蝸桿傳動布置在低速級，則齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩較小，而是整個(gè)傳動裝置的尺寸減小。（4） 帶傳動</p><p>　　特點(diǎn)：帶傳動靠摩擦力工作，承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，應(yīng)布置在高速級，使所傳遞的轉(zhuǎn)距小。</p><p><

34、;b>　?。?） 鏈傳動</b></p><p>　　特點(diǎn)：鏈傳動由于多邊形效應(yīng)，瞬時(shí)傳動比不斷變化，產(chǎn)生沖擊、振動，而使轉(zhuǎn)速不均勻，故不宜用于高速級，應(yīng)布置在低速級。</p><p>　　通過以上，綜合考慮，因?yàn)閿[動的力矩不是很大，而且擺動只是一個(gè)固定角度90?，所以R方向旋轉(zhuǎn)傳動選擇90?擺動氣缸。</p><p><b>　　2.3

35、 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要內(nèi)容是對循環(huán)物料機(jī)器人運(yùn)動形式進(jìn)行分析，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的各種運(yùn)動傳遞方式進(jìn)行分析與比較，確定了該工業(yè)機(jī)器人三個(gè)方向上的運(yùn)動的傳遞方式。</p><p>　　循環(huán)物料機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　通過上一章對該物料搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)動形式部分進(jìn)行分析，確定了該機(jī)器人在三個(gè)方向上傳遞運(yùn)動的方式

36、，本章就對這三種傳遞運(yùn)動方式進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　下圖3-1是對該機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-1 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)裝配圖</p><p>　　伺服電機(jī) 2-馬達(dá)支架 3-軸承蓋 4-軸承 5-滑板 6-螺帽 7-機(jī)身支架 8-滑塊 &

37、lt;/p><p>　　9-導(dǎo)軌 10-底板 11-墊板 12-CR1擺動氣缸 13-鍵8.0*40 14-支撐架板 15-工字型板 16-軸套筒 17-真空吸盤接線管 18-固定擋板 19-六角厚螺母 20-真空吸盤 </p><p>　　21-平鍵套筒聯(lián)軸器 22-十字開槽緊定螺釘 23-圓柱導(dǎo)向軸 24- 壓扎滾珠絲杠 </p><p&

38、gt;　　25-步進(jìn)電機(jī) 26-馬達(dá)支架 27-軸 28-帶座雙軸承座 29-角型支座 30-齒條固定座 31-齒條 32-直齒輪 33-彈簧墊圈M30 34-螺母M30 35-帶座軸承 36-機(jī)箱 37-機(jī)座</p><p>　　3.2 R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動設(shè)計(jì)</p><p>　　由上文可知橫向R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采用90?擺動氣缸傳動方式來實(shí)現(xiàn)。</p>&

39、lt;p>　　3.2.1 R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動力計(jì)算</p><p>　　首先進(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(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3-2 R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖</p><p>　　1-CR1擺動氣缸 2-支撐架板 3-軸套筒 4-工字型鋼板</p>

40、;<p>　　5-固定擋板 6-真空吸盤 7-工程石板</p><p>　　作R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的擺動氣缸的驅(qū)動力，應(yīng)根據(jù)氣壓缸運(yùn)動時(shí)所要克服工程石板和機(jī)器本身重力所產(chǎn)生的扭矩等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。</p><p>　　1，計(jì)算幾個(gè)重要零部件的質(zhì)量</p><p>　　作R向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的擺動氣缸運(yùn)動時(shí)所要克服的阻力就是由幾個(gè)零部件的重力和工程石板的重力

41、產(chǎn)生的扭矩。</p><p>　　由圖上可知，當(dāng)擺動氣缸旋轉(zhuǎn)90?后，此時(shí)擺動氣缸所受到的扭矩主要由固定擋、工程石板和工字型板的重力產(chǎn)生的。</p><p><b>　?。?）固定擋板質(zhì)量</b></p><p>　　圖3-3固定擋板設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　該板材的質(zhì)量為：M=V*ρ</p><

42、p><b>　　=a*b*h*ρ</b></p><p>　　其中a——固定板的長度（300mm）；</p><p>　　b——固定板的寬度 (50mm)；</p><p>　　h——固定板的高度 (15mm)；</p><p>　　ρ——固定板材(鋼材)密度 (7.85g/cm^3)；</p>&l

43、t;p>　　所以板材的質(zhì)量：M1=1.766 KG</p><p>　?。?）工字型鋼板（鋼材）的質(zhì)量</p><p>　　圖3-4工字型鋼板設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　由上文的公式可以算的，</p><p>　　該工字型鋼板的質(zhì)量：M2=73.35 KG</p><p>　　2.克服工程石板和機(jī)器本身部件重力

44、所產(chǎn)生的扭矩</p><p>　　又由上文可知：工程石板（長a=800mm,寬b=400mm，高c=30mm，重M=20kg）（假定）</p><p>　　所以擺動氣缸的受力分析如圖3-5</p><p>　　圖3-5 擺動氣缸的受力分析</p><p>　　當(dāng)擺動氣缸由圖3-2的位置旋轉(zhuǎn)90?的時(shí)候，此時(shí)擺動氣缸受到的力矩最大。</p

45、><p>　　且此時(shí)：圖中扭矩M1是由槽鋼的重力產(chǎn)生：M1=73.35*10*0.06=44 N*m</p><p>　　圖中扭矩M2是由槽鋼的重力產(chǎn)生：M2=20*10*0.1265+1.766*10*0.0475*4=29 N*m</p><p>　　所以擺動氣缸受到總的扭矩：M0=M1-M2=15 N*m</p><p><b>

46、　　擺動氣缸類型表格</b></p><p>　　當(dāng)取安全系數(shù)為2.5時(shí)，則選擇型號為CRB1雙葉片式擺動氣缸，如圖標(biāo)記為黃色的所示。</p><p>　　3.2.2 擺動氣缸軸上鍵的選擇</p><p>　　鍵主要是用來實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動。</p><p>　　因?yàn)殒I的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化了。選擇的方法是

47、先按照軸徑的d的大小從標(biāo)準(zhǔn)中選出平鍵的寬度和高度尺寸b*h，然后按照輪轂寬度B從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的長度L，L應(yīng)小于或等于輪轂寬度，且不大于1.5倍的軸頸（L<=1.5d）。</p><p>　　所以經(jīng)查表得鍵的各尺寸為：</p><p>　　1.擺動氣缸軸上鍵的校核</p><p>　　平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰，有時(shí)也出現(xiàn)鍵被從約h/2高度處剪斷。&l

48、t;/p><p>　　a) 擠壓強(qiáng)度校核 </p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　允許傳遞的扭矩：</b></p><p>　　其中：T——扭矩（N.mm）； </p><p>　　k——工作高度 k=h/2 ；

49、 </p><p>　　d——軸徑（mm）； </p><p>　　l——工作長度 A型鍵：l=L-b；B型鍵：l=L；C型鍵：l=L-b/2； </p><p>　　L——公稱長度 ；</p><p>　　由公式可算得：0.16(MPa)<<40(MPa)</p><p><

50、b>　　b）剪切強(qiáng)度條件 </b></p><p>　　其中：T——扭矩（N.mm）；</p><p>　　b——鍵槽寬度 ；</p><p>　　d——軸徑（mm）； </p><p>　　l——工作長度 A型鍵：l=L-b；B型鍵：l=L；C型鍵：l=L-b/2； </p><p>

51、　　L——公稱長度 ；</p><p>　　由公式可算得：0.0127(MPa)<<90(MPa)</p><p><b>　　所以選擇鍵合格。</b></p><p>　　3.2.3 機(jī)械臂的強(qiáng)度校核</p><p>　　機(jī)械臂的受力分析如圖3-6所示</p><p>　　圖3-

52、6 機(jī)械臂的受力圖</p><p>　　可以將機(jī)械臂受力圖簡化為圖3-7</p><p>　　圖3-7機(jī)械臂受力簡化圖</p><p><b>　　彎曲強(qiáng)度條件：</b></p><p>　　其中： ——工字型板的重力（73.35 kg）；</p><p>　　——固定擋板的重力（1.766kg）

53、；</p><p>　　——工程石板的重力（20kg）；</p><p>　　——重心到危險(xiǎn)截面（A-A）的距離（456.5mm）；</p><p>　　——總重量（、、之和）；</p><p>　　——危險(xiǎn)截面處軸套筒的直徑（60mm）；</p><p>　　——許用應(yīng)力（60 ）</p><p&

54、gt;　　經(jīng)計(jì)算得：=21.63,當(dāng)安全系數(shù)取2.5時(shí)，則2.5﹤60.</p><p>　　結(jié)論：機(jī)械臂滿足強(qiáng)度校核。</p><p>　　3.3 豎直Y運(yùn)動的設(shè)計(jì)</p><p>　　首先進(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(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　作

55、Y向豎直運(yùn)動的絲杠螺母的驅(qū)動力，應(yīng)根據(jù)工件做向上運(yùn)動時(shí)所要克服的重力和重力產(chǎn)生的彎矩力等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。</p><p>　　圖3-8 豎直Y運(yùn)動的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　伺服電機(jī) 2-馬達(dá)支架 3-平鍵套筒聯(lián)軸器 4-壓扎滾珠絲杠 </p><p>　　5-圓柱形導(dǎo)向軸 6-帶座軸承 7-絲杠螺帽 8-滑塊</p>&l

56、t;p>　　3.3.1絲杠螺帽直線上升驅(qū)動力計(jì)算</p><p>　　絲杠螺帽上升的阻力主要是由工程石板和機(jī)器人本身幾個(gè)部件重力和螺旋副中產(chǎn)生的摩擦力組成。</p><p>　　圖3-9 螺紋傳動分析</p><p>　　將絲杠螺帽中的螺紋牙單獨(dú)取出，如圖3-9(a)所示?，F(xiàn)作以下近似假設(shè)：  1)螺紋牙間的壓力均勻分布，其合力是沿著螺旋面的平均

57、直徑d的圓柱面內(nèi)作用的，也即合力作用在直徑為d的螺旋線上。</p><p>　　2)忽略不同直徑圓柱面上螺旋線升角的差異，并認(rèn)為均等于平均直徑圓柱面上的螺旋升角?。</p><p>　　3)在一般情況下，摩擦與接觸面的大小無關(guān)。</p><p>　　根據(jù)假設(shè)1)、2)可將螺母的空間螺旋面展成傾角為?的斜平面；根據(jù)假設(shè)3)可將螺桿牙簡化為一滑塊，如圖3-9 (b)所示

58、。</p><p>　　經(jīng)過如此簡化，將上述對用于絲桿螺帽副的螺旋傳動就簡化成受有鉛垂載荷Q的滑塊，在驅(qū)動力P的作用下沿著斜平面等速上升，也即轉(zhuǎn)換成斜平面?zhèn)鲃恿恕?lt;/p><p>　　滑塊在水平驅(qū)動力P作用下，克服載荷Q使滑塊沿斜面等速上升，如圖3-9（b）所示。     滑塊受力必定平衡。因此，還有斜面給予滑塊的全反力R。即滿足下列平衡方程：&l

59、t;/p><p><b>　　P+Q+R=0</b></p><p>　　其力封閉三角形如圖3-9 （b）中右圖所示。由圖中各力的幾何關(guān)系可得所需驅(qū)動力P的大小為：</p><p>　　如果滑塊與斜面間無摩擦（即為理想機(jī)械），即摩擦角 =0，可得理想的水平驅(qū)動力P0的大小為：  </p><p>　　由上

60、幾式可得滑塊等速上升時(shí)斜面的效率為 ：</p><p>　　經(jīng)查資料可得鋼與鋼的摩擦角、=5?。</p><p>　　所以滑塊等速上升時(shí)斜面的效率為％。</p><p>　　又由上文可知：固定擋板的總質(zhì)量：M1=1.776*4=7.104 kg；</p><p>　　工字型鋼板的質(zhì)量：M2=44 kg；</p><

61、;p>　　工程石板的質(zhì)量：M0=20 kg；</p><p>　　又由裝配圖中所示，估計(jì)絲杠螺母向上運(yùn)動時(shí)所要克服的重力為1000 N，所以Q=1000 N。</p><p>　　所以所需驅(qū)動力P為：P=344.33 N。</p><p>　　設(shè)為驅(qū)使螺母沿螺旋面做等速運(yùn)動的力矩，他可以假想為作用在螺旋平均半徑d/2處的水平驅(qū)動力P對絲杠軸線的力矩來表示，即&

62、lt;/p><p>　　所以絲杠螺母理論驅(qū)動力矩，又由機(jī)械效率為％，所以絲杠螺母實(shí)際驅(qū)動力矩。</p><p>　　3.3.2伺服電機(jī)的選擇。</p><p>　　(1) 伺服電機(jī)的功率</p><p>　　假設(shè)工程石板在提升的過程中的速度是，絲杠螺母向上運(yùn)動時(shí)所要克服的重力為Q=1000 N，所以電機(jī)要輸出的理論效率為,因?yàn)闄C(jī)械效率為％，所以伺

63、服電機(jī)實(shí)際功率為200W.</p><p>　?。?）伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p>　　假設(shè)工程石板在提升的過程中的速度是，又由絲杠螺母的設(shè)計(jì)參數(shù)知：絲杠的螺距p=5mm，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　（3）伺服電機(jī)的扭矩</p><p>　　由上文知絲杠螺母理論驅(qū)動力矩，又由機(jī)械效率為％，所以絲杠螺母實(shí)際驅(qū)動力矩。</p&g

64、t;<p>　　所以選擇伺服電機(jī)的型號為</p><p>　　3.3．3 絲杠的壓桿穩(wěn)定校核</p><p>　　工程中把承受軸向壓力的直桿稱為壓桿。以前，我們從強(qiáng)度觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為壓桿在其橫截面上只產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)壓應(yīng)力超過材料的極限應(yīng)力時(shí)，壓桿才因抗壓強(qiáng)度不足而破壞。這種觀點(diǎn)對于始終能夠保持其原有直線形狀的短粗壓桿來說，可以認(rèn)為是正確的，這時(shí)對它只進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算也是合適的，但

65、是，對于細(xì)長的壓桿，在軸向力的作用下，往往在因強(qiáng)度不足而破壞之前，就因它不再保持原有直線狀態(tài)下的平衡而驟然屈曲破壞，因而它不再是強(qiáng)度問題，而是壓桿能不能保持直線狀態(tài)下的平衡問題，在工程實(shí)踐中把這類問題稱為壓桿的穩(wěn)定性問題。</p><p>　　1.絲桿壓桿模型分析</p><p>　　因?yàn)榻z桿在設(shè)計(jì)過程中兩端都是用軸承進(jìn)行連接固定的，所以我把它等效為一端固定一端鉸支，如圖3-10所示。&l

66、t;/p><p>　　圖3-10 絲桿壓桿模型</p><p>　　由設(shè)計(jì)參數(shù)可知滾珠絲桿是由45鋼制成的，其=350 Mpa，=280 Mpa，=210 Gpa。長度L=750 mm，直徑d=45 mm。最大壓力。設(shè)絲桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為。</p><p><b>　　求相應(yīng)的柔度</b></p><p>　　其中：——相應(yīng)

67、柔度；</p><p><b>　　——彈性模量；</b></p><p><b>　　——比例極限；</b></p><p>　　所以經(jīng)計(jì)算得： </p><p>　　因?yàn)闈L珠絲桿簡化為一端固定一端鉸支，=0.7。截面為圓形，柔度為&

68、lt;/p><p>　　所以不能用歐拉公式計(jì)算臨界壓力。由公式</p><p>　　可見絲桿的柔度介于和之間（），是中等柔度壓桿。如用直線公式，經(jīng)查資料可知45鋼的a和b分別是：a=461Mpa，b=2.568 Mpa。由直線公式求出臨界應(yīng)力為</p><p><b>　　臨界壓力是</b></p><p>　　絲杠的工作安

69、全系數(shù)為</p><p>　　結(jié)論：絲桿滿足壓桿穩(wěn)定要求。</p><p>　　圖1.1 XXXXXXX</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1） 專著（教材） 著錄格式： [序號] 編著者. 書名[M]. 版本，出版地：出版者，出版年. 頁碼.</p><p&

70、gt;<b>　　例：</b></p><p>　　[1] 劉謀佶, 呂志詠, 丘成昊, 等. 邊條翼與旋渦分離流[M]. 第2版，北京: 北京航空學(xué)院出版社, 1988. 24~27.</p><p>　　[2] Isidori A. Nonlinear control systems[M]. 2nd, New York: Springer Press, 1989.

71、 32~33.</p><p>　　注：初版書不標(biāo)注版本，頁碼是可選項(xiàng)。</p><p>　　2） 期刊 著錄格式： [序號] 作者. 題目[J]. 刊名，年，卷（期）：頁碼.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 傅惠民. 二項(xiàng)分布參數(shù)整體推斷方法[J]. 航空學(xué)報(bào)，2000，21（

72、2）： 155~158.</p><p>　　[2] Moustafa G H. Interaction of axisymmetric supersonic twin jets[J]. AIAA J, 1995, 33(5): 871~875.</p><p>　　注：外文期刊的刊名可用簡稱；請注意標(biāo)注文章的年、卷、期、頁，不要遺漏。</p><p>　　3） 學(xué)

73、位論文 著錄格式：[序號] 作者. 題目[D]. 地點(diǎn)：單位，年.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機(jī)械正反混合問題[D]. 北京：清華大學(xué)，1996.</p><p>　　[2] Sun M. A study of helicopter rotor aerodynamic

74、s in ground effect[D]. Princeton: Princeton Univ, 1983.</p><p>　　4） 論文集，會議錄 著錄格式：[序號] 主要責(zé)任者. 題名[C]. 出版地：出版者，出版年.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 辛希孟. 信息技術(shù)與信息服務(wù)國際研討會論文集

75、：A集[C]. 北京：中國社會科學(xué)出版社，1994.</p><p>　　[2] 北京空氣動力研究所. 第九屆高超聲速氣動力會議論文集[C]. 北京：北京空氣動力研究所，1997.</p><p>　　5） 論文集中析出的文獻(xiàn) 著錄格式：[序號] 作者. 題目[A]. 見：主編. 論文集名[C]. 論文集名. 出版地：出版者，出版年：頁碼.</p><p>&l

76、t;b>　　例：</b></p><p>　　[1] 陳永康，李素循，李玉林. 高超聲速流繞雙橢球的實(shí)驗(yàn)研究[A]. 見：北京空氣動力研究所編. 第九屆高超聲速氣動力會議論文集[C]. 北京：北京空氣動力研究所，1997：9～14.</p><p>　　[2] Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about the dynamics o

77、f the approach glide-down path control of the carrier aircraft[A]. In: GONG Yao-nan ed. Proceedings of the Second Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science[C]. Beijing: Chinese Society of Aeronautics a

78、nd Astronautics, 1997: 236～241.</p><p>　　注：會議文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一定是會議地點(diǎn)。</p><p>　　6） 科技報(bào)告 著錄格式：[序號] 作者. 題名[R]. 報(bào)告題名及編號，出版地：出版者，出版年.</p><p><b>　　例：</b></p&

79、gt;<p>　　[1] 孔祥福. FD-09風(fēng)洞帶地面板條件下的流場校測報(bào)告[R]. 北京空氣動力研究所技術(shù)報(bào)告 BG7-270，北京：北京空氣動力研究所，1989.</p><p>　　[2] Carl E J. Analysis of fatigue, fatigue-crack propagation and fracture data[R]. NASA CR-132332, 1973.&l

80、t;/p><p>　　注：對于NASA報(bào)告，AIAA Paper等航空航天領(lǐng)域知名報(bào)告，出版地和出版者可以省略。</p><p>　　7） 國際、國家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)規(guī)范 著錄格式：[序號] 標(biāo)準(zhǔn)編號，標(biāo)準(zhǔn)名稱[S]. 出版地：出版者，出版年.</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] MIL-E-

81、5007 D, 航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)通用規(guī)范[S]. 美國空軍，1973.</p><p>　　[2] GB 7713-87, 科學(xué)技術(shù)報(bào)告、學(xué)位論文和學(xué)術(shù)論文的編寫格式[S].</p><p>　　注：對于國標(biāo)GB等，出版地、出版者和出版年可省略。</p><p>　　8） 專利 著錄格式：[序號] 設(shè)計(jì)人. 專利題名[P]. 專利國別：專利號，公告日

82、</p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 黎志華，黎志軍. 反饋聲抵消器[P]. 中國專利：ZL85100748，1986－09－24.</p><p>　　9） 其他未定義文獻(xiàn)類型 著錄格式：[序號] 主要責(zé)任者. 文獻(xiàn)題名[Z]. 出版地：出版者，出版年.</p><p><b

83、>　　致 謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的完成，…….</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　1．XXXXXXX</b></p><p>　　2．XXXXXXXXXXX</p><p>&l