板材吸盤(pán)式機(jī)械手設(shè)計(jì)【龍門(mén)機(jī)械手】

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1、摘要近代的工業(yè)機(jī)械手是由目標(biāo)機(jī)械本體、控制器系統(tǒng)、傳感裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和伺服動(dòng)力器系統(tǒng)組成，是一種模仿人的操作、自動(dòng)化控制、可多次編程、能在立體空間完成各式各樣作業(yè)的Mechatronics設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手對(duì)于提高和確保產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)的效率，改善工人的工作條件和快速更新產(chǎn)品起著非常重要的作用。工業(yè)機(jī)械手技術(shù)結(jié)合了多們學(xué)科的知識(shí)。包含機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制論、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等。它是當(dāng)代十分活躍，應(yīng)用非常廣泛的領(lǐng)域。機(jī)械手具有很多人類(lèi)所不具有的能力，包括快速分析環(huán)境能力；抗干擾能力強(qiáng)，能長(zhǎng)時(shí)間工作和工作精度高?？梢哉f(shuō)機(jī)械手是工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物，它也發(fā)揮了在當(dāng)今工業(yè)的至關(guān)重要的作用

2、。如今，機(jī)械手工業(yè)已成為世界各國(guó)備受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)。本課題模擬了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，課題將設(shè)計(jì)一個(gè)龍門(mén)機(jī)械手，將用于工作人員出入，使斷開(kāi)輸送帶上的零件通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)輸，需完成對(duì)工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。本文闡述了機(jī)械手的發(fā)展歷史，國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用狀況，及其巨大的優(yōu)越性，提出了具體的機(jī)械手設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)和各自由度的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；工業(yè)；傳動(dòng)；強(qiáng)度AbstractIndustrialmanipulatoriscomposedoftargetofmodernmechanicalbody,controlsystem,sen

3、sorsystem,controlsystemandservoactuatorsystem,operation,automaticcontrol,akindofimitationofhumanmultipleprogramming,tocompletetheworkofeverykindofMechatronicsdeviceinthree-dimensionalspace.Industrialmachineryhandtoenhanceandensurethequalityofproducts,improveproductionefficiency,playsaveryimportantro

4、leinimprovingtheworkingconditionsofworkersandtherapidupdatingofproduct.Industrialmachineryhandtechniquecombinedwithmultidisciplineknowledge.Includingmechanism,computer,controltheory,informationandsensortechnology,artificialintelligence,bionicsandsoon.Itistheveryactive,verywideapplicationareas.Theman

5、ipulatorhasmanyhumanbeingsdonothave,includingtherapidanalysisofenvironmentalcapacity;stronganti-interferenceability,canworkforalongtimeandhighprecisionwork.Canbesaidthatthemanipulatorisaproductoftheprogressofindustry,italsoplaysavitalroleinthemodernindustry.Nowadays,industrialrobothasbecometheconcer

6、noftheindustryallovertheworld.ThissubjectcomesfromtheYalongYL-221automationtoflexibleproductionsystem,themachineindependentinnovationtrainingsystemtosimulatetheactualindustrialproductionsystem,accordingtothedifferentstagesofproductionmachineisprovidedwithapluralityofworkstation:automaticaccessoverhe

7、adwarehouse,handlingrobotstation,lineconveyor,conveyorstationstation90degreeturn,mechanicalprocessingstation,station,thestationcodeheap.WedesignarobotwillbeusedinLongmen,staffentry,disconnectedtotheconveyorbeltpartsaretransportedbymechanicalhand,tothecompletionoftheworkofsafetygripandrelease,andthep

8、artsfromoneendtotheotherendoftheconveyorbeltproductionlinepositionspecifiedontheconveyorbelt.Thispaperexpoundsthedevelopmenthistoryofthemanipulator,theapplicationstatusathomeandabroad,anditsgreatsuperiority,putsforwardthedesignrequirementsofthemanipulatorspecificanddetailstructuredesign,overalldesig

9、nandvariousdegreesoffreedom.KeyWords:robot;industrial;transmission;strength目錄摘要1Abstract2目錄3第一章緒論51.1機(jī)械手概念51.2課題研究的背景和意義61.3國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的研究71.4機(jī)械手的應(yīng)用10第二章總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)122.1課題技術(shù)要求122.2設(shè)計(jì)原理12第三章機(jī)架的設(shè)計(jì)153.1機(jī)架的設(shè)計(jì)要求153.2機(jī)架設(shè)計(jì)方案163.3機(jī)架尺寸結(jié)構(gòu)16第四章電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器及直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)194.1電動(dòng)機(jī)的選型194.2聯(lián)軸器設(shè)計(jì)204.3直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)22第五章傳動(dòng)設(shè)計(jì)235.1 X軸方向235.1.1 運(yùn)動(dòng)原

10、理235.1.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核245.2 Y軸方向275.2.1運(yùn)動(dòng)原理275.2.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核285.3 Z軸方向305.3.1運(yùn)動(dòng)原理305.3.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核315.4 吸盤(pán)設(shè)計(jì)33參考文獻(xiàn)34全套圖紙+Q 11970985或197216396第一章緒論1.1機(jī)械手概念機(jī)械手（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。機(jī)械手是近50年才迅速發(fā)展起來(lái)的一種有代表性的、機(jī)械和電子控制系統(tǒng)組成的、自動(dòng)化程度高的生產(chǎn)工具。

11、在生產(chǎn)制造業(yè)中，機(jī)械手技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。它自動(dòng)化程度高，對(duì)改善勞動(dòng)條件，確保產(chǎn)品質(zhì)量和提升工作效率，起到非常重要的作用?？梢哉f(shuō)他是現(xiàn)代工業(yè)的一種技術(shù)革命。械手概述工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)

12、用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤

13、其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。1.2課題研究的背景和意義本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)龍門(mén)機(jī)械手，將用于工

14、作人員出入，使斷開(kāi)輸送帶上的零件通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)輸，需完成對(duì)工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過(guò)本課題的研究，學(xué)生不僅可以了解自動(dòng)生產(chǎn)線的工作過(guò)程，還可以深入了解其組成部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。希望學(xué)生通過(guò)本課題設(shè)計(jì)，能充分運(yùn)用已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機(jī)械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中，選用合理的動(dòng)力元件，計(jì)算設(shè)計(jì)零件的合理尺寸，體現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)思路，綜合應(yīng)用機(jī)械原理和設(shè)計(jì)、工程制圖，以及現(xiàn)代制造理念。機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)

15、，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)械人是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一部分。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的搬運(yùn)任務(wù)。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械

16、手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)、有害的操作，在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要跟據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常的高溫或低溫、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(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。（1）為了謀求操作安全和徹底防止公害，在工傷事故多的工種，如沖壓、壓鑄、熱處理、鋼造、噴漆以及有強(qiáng)烈紫外線照射的電弧焊接等作業(yè)中

17、，推廣工業(yè)機(jī)械手或機(jī)器人。（2）由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因?yàn)榭梢苑€(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。（3）機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人得功能。人在連續(xù)工作幾小時(shí)后，總會(huì)感到疲勞或厭倦，而機(jī)械手只要注意維護(hù)、檢修，即能勝任長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)。（4）機(jī)械手特別是通用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。這是因?yàn)闄C(jī)械手動(dòng)作程序和運(yùn)動(dòng)位置（或軌跡）能夠十分靈活快速地予以改變，簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)而其眾多的自由度，又提供了迅速改變作業(yè)內(nèi)容的可能在中、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，最能發(fā)揮其作用。（5）

18、采用機(jī)械手能明顯地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。本課題來(lái)源于金川集團(tuán)股份有限公司鎳板生產(chǎn)過(guò)程過(guò)程中鎳板剪切項(xiàng)目，本課題主要是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手將板材從一個(gè)堆垛上一塊塊移動(dòng)到另一個(gè)堆垛上。1.3國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類(lèi)變更，具有自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研13上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 圖1.1常見(jiàn)機(jī)械手1962年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在

19、上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司（Uni-maton）,專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合

20、研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于1毫米。美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到0.1毫米。德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)瑞士RETAB公司生產(chǎn)一

21、種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專(zhuān)院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)用在機(jī)械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)械手約為17億日元，1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在

22、數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車(chē)工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬(wàn)機(jī)器人在工作。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。第三代機(jī)械手（機(jī)械人）則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(FlexibleManufac- turingsystem)和柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell)中重要一

23、環(huán)。在現(xiàn)在工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。有資料統(tǒng)計(jì)：美國(guó)偏重于毛坯的生產(chǎn)。日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對(duì)象還有所改變。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。圖1.2碼垛機(jī)械手我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌

24、跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨

25、周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化9前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距

26、較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。國(guó)內(nèi)機(jī)械手工業(yè)，鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專(zhuān)機(jī)上采用機(jī)械手上下料。減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)外實(shí)際上使用的定位控制的機(jī)械手，沒(méi)有“視覺(jué)”“觸覺(jué)”和反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對(duì)所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確地夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器中定位、定向。為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和法、分辨形狀不同的零件，它有視覺(jué)傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺(jué)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工作。1.4機(jī)械手的

27、應(yīng)用機(jī)械手涉及到非常多學(xué)科的知識(shí)和領(lǐng)域。包括：計(jì)算機(jī)、電子、控制、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)、控制、機(jī)械等等。機(jī)械手的發(fā)展離不開(kāi)上述學(xué)科的發(fā)展。正是由于各個(gè)學(xué)科的相互影響和綜合集成，才能制造出自動(dòng)化程度高的及其人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手在應(yīng)用得范圍越來(lái)越廣泛；技術(shù)也越來(lái)越得到調(diào)高，功能更加強(qiáng)大?，F(xiàn)在很對(duì)機(jī)械手的研究都往小型化發(fā)展。機(jī)械手將會(huì)更多的進(jìn)入到人們的日常生活中去?？傮w的發(fā)展趨勢(shì)是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、更加智能化。國(guó)內(nèi)已建成的這類(lèi)自動(dòng)線很多，如沈陽(yáng)水泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線（環(huán)類(lèi)），大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)軸加工自動(dòng)線（軸類(lèi)），上海拖拉機(jī)齒輪廠的齒柸加工自動(dòng)線（盤(pán)類(lèi)）等。簡(jiǎn)易小型

28、直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣缸蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手。機(jī)械手的廣泛應(yīng)用，對(duì)提升產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)能、保障人員安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，降低勞動(dòng)的強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，起著一個(gè)十分重要的作用。機(jī)械手的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)以人為本的原則，它的出現(xiàn)讓人們的生活更加便利和美好。圖1.3機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手產(chǎn)業(yè)是在計(jì)算機(jī)、繼汽車(chē)之后出現(xiàn)的又一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代，機(jī)械手產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景發(fā)展很好。從二十世紀(jì)起，世界機(jī)械手產(chǎn)業(yè)一直穩(wěn)步增長(zhǎng)。到了二十世紀(jì)九十年代，機(jī)械手產(chǎn)品發(fā)展快速增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率平均在百分之十上下。

29、2004年創(chuàng)記錄達(dá)到百分之二十。在亞洲機(jī)械手需求量更多，年增長(zhǎng)率高達(dá)百分之四十三。經(jīng)歷40多年的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用到很多領(lǐng)域中去了。機(jī)械手在制造業(yè)中應(yīng)用的最廣泛。如在焊接、熱處理、表面涂覆、機(jī)械加工、裝配、檢測(cè)和倉(cāng)庫(kù)堆垛毛、坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)等等作業(yè)中，機(jī)械手替代了人工作業(yè)，并使得生產(chǎn)效益大大提高。第二章總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題來(lái)源于金川集團(tuán)股份有限公司鎳板生產(chǎn)過(guò)程過(guò)程中鎳板剪切項(xiàng)目，本課題主要是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手將板材從一個(gè)堆垛上一塊塊移動(dòng)到另一個(gè)堆垛上。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。2.1課題技術(shù)要求需要移動(dòng)的板材尺寸：10001000mm；重量：60k

30、g；機(jī)械手要求提起400mm，行走1500mm，放下40mm；時(shí)間要求：1分鐘移動(dòng)6塊以上的鎳板。2.2設(shè)計(jì)原理在鎳板生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)生產(chǎn)的需要，要求將一個(gè)堆垛上的板材一塊一塊地移位到另一個(gè)堆垛上，由于鎳板較?。ㄒ话?mm），不適合采用夾持的方式，且由于多塊板材堆放在一起，采用夾持的方式也很難對(duì)板材進(jìn)行一塊塊分離，針對(duì)此問(wèn)題，本課題擬設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)將板材從一個(gè)堆垛上一塊塊移動(dòng)到另一個(gè)堆垛上。圖2.1能做三個(gè)方向自由移動(dòng)的機(jī)械手吸附式手部主要由吸盤(pán)等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤(pán)內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤(pán)和電磁盤(pán)兩類(lèi)。對(duì)于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)

31、壓吸盤(pán)吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對(duì)于導(dǎo)磁性的環(huán)類(lèi)和帶孔的盤(pán)類(lèi)零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤(pán)吸料。電磁吸盤(pán)的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。用負(fù)壓吸盤(pán)和電磁吸盤(pán)吸料，其吸盤(pán)的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機(jī)械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機(jī)床上下料機(jī)械手的手部)等型式.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械

32、手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。為了實(shí)現(xiàn)上述機(jī)械手的工作要求，本課題采用吸盤(pán)的方式對(duì)堆垛上的板材進(jìn)行吸附，如何設(shè)計(jì)吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)需要移動(dòng)的板材

33、進(jìn)行吸附，同時(shí)對(duì)吸附后的板材完成提升、移位和堆垛動(dòng)作是本課題需要完成的主要工作。本機(jī)械手采用由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電力傳動(dòng)機(jī)械手相結(jié)合的方式，它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變，電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。機(jī)械手的座標(biāo)型式與自由度按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具只有升降、收縮，因此，采用直角座標(biāo)型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有

34、三個(gè)自由度，即X軸方向移動(dòng)、Y軸方向移動(dòng)、Z軸方向移動(dòng)，即左右上下前后。主參數(shù)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，使用多個(gè)吸盤(pán)式手部完成對(duì)重物的吸附抓取。機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度一行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有伸縮行程。手臂升降行程定為150mm。機(jī)械手要求提起400mm，行走1500mm，放下40mm；時(shí)間要求：1分鐘移動(dòng)6塊以上的鎳板。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī)械手的定位精度為土0.5lmm。圖2.2類(lèi)似碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)樣例第三章機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架零件往往是

35、機(jī)器中最大的零件，在機(jī)器總重量中，一般情況下，機(jī)器零件占70%90%。因此，設(shè)法減輕這類(lèi)零件的重量具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。機(jī)架零件按構(gòu)造形式不同大體上可歸納成四類(lèi)：1、機(jī)座類(lèi)；2、板類(lèi)；3、框架類(lèi)。此外也有其他分類(lèi)方法，如整體機(jī)架和部分機(jī)架、鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架、固定機(jī)架和移動(dòng)機(jī)架等。3.1機(jī)架的設(shè)計(jì)要求對(duì)于機(jī)架零件一般可提出下列基本要求：1、足夠的強(qiáng)度和剛度；2、形狀簡(jiǎn)單，便于制造；3、便于在機(jī)架上安裝附件等。對(duì)于帶有缸體、導(dǎo)軌等的機(jī)架零件，還應(yīng)有良好的耐磨性，以保證機(jī)器有足夠的使用壽命。高速機(jī)器的機(jī)架零件還應(yīng)滿足振動(dòng)穩(wěn)定性的要求。強(qiáng)度和剛度是評(píng)價(jià)機(jī)架零件工作能力的基本增長(zhǎng)準(zhǔn)則。機(jī)架零件形狀比較復(fù)

36、雜采用鑄件。鑄鐵的鑄造性能好、價(jià)廉、吸振能力較強(qiáng)，所以在機(jī)架零件中應(yīng)用最廣。受載情況嚴(yán)重的機(jī)架常用鑄鋼、如軋鋼機(jī)機(jī)架。要求質(zhì)量輕時(shí)可以采用輕合金，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體多用鋁合金鑄成。本設(shè)計(jì)選用鋼鐵作為機(jī)架材料。機(jī)座是指設(shè)備的底架或部件，以便設(shè)備的使用或安裝附件。用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡(jiǎn)單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。機(jī)座材料的選擇簡(jiǎn)易小型直角坐標(biāo)機(jī)械手設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)機(jī)座使用鋼，用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵

37、大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡(jiǎn)單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。3.2機(jī)架設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用方形截面機(jī)座優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，箱體內(nèi)有較大的空間來(lái)安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場(chǎng)合。所以機(jī)座應(yīng)選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。機(jī)座的鏈接剛度為提高結(jié)合表面的連接剛度，可采取如下措施：（1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。必要時(shí)，可使螺釘產(chǎn)生預(yù)緊力，

38、來(lái)提高連接剛度。（2）提高結(jié)合表面的光潔度和形狀精度，使結(jié)合表面上的接觸點(diǎn)增多，從而提高結(jié)合面的接觸剛度。（3）增加局部剛度來(lái)提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。圖3.1三維模型3.3機(jī)架尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便于制造和降低成本。一是因?yàn)檫@是直角坐標(biāo)，所以要保證驅(qū)動(dòng)器與連接板之間的重合度；還要保證驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)器之間的垂直度，而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的極限位置是不能發(fā)生干涉的，另外它們和橫梁，機(jī)架，機(jī)座之間也不能發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。二是在控制方面，傳感裝置要有快速的檢測(cè)功能與急停功能，一個(gè)狀態(tài)到另外一個(gè)狀態(tài)的速

39、度要快。三是連接部分的強(qiáng)度要高，不易松懈，還要承受的起它下部的所有重量。四是各個(gè)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的各個(gè)零部件之間的傳動(dòng)效率，安裝精度和配合誤差，旋轉(zhuǎn)精度都要適合于所有的靜連接（適當(dāng)?shù)拈g隙或過(guò)度配合）與動(dòng)連接（適當(dāng)?shù)倪^(guò)盈配合）；而且像工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)極限位置應(yīng)該不能與靜連接之間發(fā)生干涉；還有連接板與驅(qū)動(dòng)器的接觸面要有符合條件的表面粗糙度。五是橫梁要有足夠的剛度；機(jī)架要有足夠的抗彎強(qiáng)度與垂直度；機(jī)座要有適當(dāng)?shù)拇笮∫垣@得適當(dāng)?shù)闹匦?，不僅能滿足靜止時(shí)的平穩(wěn)更能滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)。圖3.2二維模型主、俯視圖圖3.3二維模型左視圖1、 支腿強(qiáng)度校核 支腿長(zhǎng)度l=515cm,ix=8.62cm,=lix =5158.6

40、2 =59.74，0.956=57.12，查表可知=0.745，則支腿最大承受壓力N=A=21.563.530.931= 1017.59KN，裝備靜載為2000KN，分布在16個(gè)支腿上，因此滿足強(qiáng)度要求，可以使用。 2、 斜撐強(qiáng)度校核斜撐選用894無(wú)縫鋼管，橫截面積A=10.68cm2，最大水平力51.819KN，Q235屈服極限為215MPa,取安全系數(shù)為1.5，則b=143MPa,=NA =518.19210.68 =24.26MPab，滿足強(qiáng)度要求。 3、 橫撐強(qiáng)度校核 橫撐選用10#槽鋼，橫截面積為A=12.748cm2，最大水平力51.819KN，Q235屈服極限為215MPa，取安

41、全系數(shù)為1.5，則b=143MPa，=NA =518.1912.748 =40.65MPa51.86mm計(jì)算齒輪的工作寬度b=fdd=155=55mm取b2=55mm，b1=60mm. 校核彎曲強(qiáng)度由式，分別驗(yàn)算兩輪齒根彎曲強(qiáng)度。計(jì)算圓周力 N齒形系數(shù)YFa、應(yīng)力修正系數(shù)Ysa可由圖8-23、10-24查得，當(dāng)z1=22，YFa1=2.78，Ysa1=1.61，z2=94，YFa2=2.22，Ysa2=1.87，則 MPa MPa 主要幾何尺寸m=2.5mm，z1=22，z2=94，d1=55mm，d2=z2m=942.5=235mm，da1=m(z1+2)=2.5(22+2)=60mm，da

42、2=m(z2+2)=2.5(94+2)=240mm，df1=m(z1-2.5)=2.5(22-2.5)=48.75mmdf2=m(z2-2.5)=2.5(94-2.5)=228.75mmb=55，取b1=60mm，b2=55mm，a=(d1+d2)/2=(55+235)/2=145mm5.2 Y軸方向5.2.1運(yùn)動(dòng)原理該方向采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪接觸嚙合，將力矩傳遞給直線齒條嚙合，提供Y方向前進(jìn)或者后退的動(dòng)力，從而使得完成在該方向?qū)к壣系淖杂梢苿?dòng)。圖5.4 Y方向運(yùn)動(dòng)示意圖1圖5.5 Y方向運(yùn)動(dòng)示意圖25.2.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn):

43、 (1) 齒輪的分度圓永遠(yuǎn)與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)才與其 節(jié)圓相重合. (2) 齒輪與齒條的嚙合角永遠(yuǎn)等于壓力角. 因此,齒條模數(shù)m=4，壓力角20=a 1.齒條斷面形狀選取圓形 選取齒數(shù)z60 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 齒頂高 ha=ham=14, ha=4 mm 齒根高 hf=( ha+ c)m， hf=（1+0.25）4=5 mm 齒高 h=ha+hf =4+5， h=9 mm 最終確定齒條為650mm長(zhǎng)2確定許用彎曲應(yīng)力sHlim1=710MPa，sHlim2=580MPa， sFlim1=600MPa，sFlim2=450MPa， 安全系數(shù)取SHlim=1.1

44、 SFlim=1.25N1=601000530016=14.4108N2= N1/i=14.4108/3=4.8108得：ZN1=0.975 ZN2=1.043 YN1=0.884 YN2=0.9033按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）工作轉(zhuǎn)矩（2）載荷系數(shù)KA=1.5 KV=1.15 Kb=1.09K= KAKV Kb=11.151.09=1.88（3）計(jì)算齒面彎曲應(yīng)力查的彈性變形系數(shù)：ZE=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： ZH=2.5。則：，取m=4mmd1=mz1=427=108 mmb=yd d1=108 mm4校核彎曲強(qiáng)度查得：YFa1=2.58，YSa1=1.62，YFa2=2.33，YSa2=1

45、.75，則：滿足強(qiáng)度要求。5.3 Z軸方向5.3.1運(yùn)動(dòng)原理該方向采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪接觸嚙合，將力矩傳遞給直線齒條嚙合，提供Z方向前進(jìn)或者后退的動(dòng)力，從而使得完成在該方向?qū)к壣系淖杂梢苿?dòng)。該方向?yàn)樨Q直方向，為防止下滑，采用類(lèi)似于鋼軌截面的導(dǎo)軌截面。圖5.6 Y方向運(yùn)動(dòng)示意圖1圖5.7 Y方向運(yùn)動(dòng)示意圖15.3.2 輪齒部分主要幾何尺寸的設(shè)計(jì)與校核1、 嚙合齒輪的數(shù)據(jù)確定 設(shè)模數(shù)m=3，z=17，=20，其寬選擇20，計(jì)算如下： d=mz=317=51 da=d+2ha=51+213=57 df=d-2hf=51-21.253=43.5 2、 輸出齒輪的數(shù)據(jù)確定 設(shè)模

46、數(shù)m=3，z=34，=20，其寬選擇15，計(jì)算如下： d=mz=334=102 da=d+2ha=102+213=108 df=d-2hf=102-21.253=94.5 3、 齒條的設(shè)計(jì) 設(shè)模數(shù)m=3，z=40，=20，其寬選擇20+10，即有齒部分為20，沒(méi)有齒部分為10，計(jì)算如下： p=m=9.425 L=pz=377 ha= m ha*=3 hf= m (ha*+c*)=3.75 齒輪強(qiáng)度校核1齒輪參數(shù) 傳遞功率：600KW 輸入轉(zhuǎn)速：25.68rpm 輸出轉(zhuǎn)速：6.0rpm Z1=25 M=36 42CrMo Z2=107 M=36 ZG35CrMo 齒寬：600mm 熱處理：a)軟

47、齒面 b)硬齒面（中頻表面淬火） 2 強(qiáng)度校核 1) 按軟齒面校核 a) 系數(shù)選擇 使用系數(shù)Ka=1.25 動(dòng)載系數(shù)Kv=1.2 齒向載荷分布系數(shù)KH=1.025 KF=1.0 齒間載荷分布系數(shù)Kh=1.2 Kf=1.2 應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.58 Ysa1=1.8 彈性系數(shù)Ze=189.8 壽命系數(shù)ZN1=1.6 ZN2=1.58 YN1=2.3 YN2=2.2 齒形系數(shù)Yfa1=2.75 Yfa2=2.3 b) 確定疲勞極限接觸疲勞極限 h1=1180mpa h2=650mpa 彎曲疲勞極限 f1=380mpa f2=300mpa 最小接觸安全系數(shù)SH=1.1 最小彎曲安全系數(shù)SH=1

48、.3 c) 計(jì)算結(jié)果 向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn) 2) 按硬齒面校核 a) 系數(shù)選擇 使用系數(shù)Ka=1.25 動(dòng)載系數(shù)Kv=1.2 齒向載荷分布系數(shù)KH=1.05 KF=1.01 齒間載荷分布系數(shù)Kh=1.1 Kf=1.1 應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.58 Ysa1=1.8 彈性系數(shù)Ze=189.8 壽命系數(shù)ZN1=1.6 ZN2=1.58 YN1=2.3 YN2=2.2 齒形系數(shù)Yfa1=2.75 Yfa2=2.3 b) 確定疲勞極限 接觸疲勞極限 h1=1200mpa h2=700mpa 彎曲疲勞極限 f1=400mpa f2=350mpa 最小接觸安全系數(shù)SH=1.2 最小彎曲安全系數(shù)SH=1.55.

49、4 吸盤(pán)設(shè)計(jì)平直型真空吸盤(pán)的工作原理:首先將真空吸盤(pán)通過(guò)接管與真空設(shè)備(如真空發(fā)生器等)接通,然后與待提升物如玻璃、紙張等接觸,起動(dòng)真空設(shè)備抽吸,使吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)氣壓,從而將待提升物吸牢,即可開(kāi)始搬送待提升物。當(dāng)待提升物搬送到目的地時(shí),平穩(wěn)地充氣進(jìn)真空吸盤(pán)內(nèi),使真空吸盤(pán)內(nèi)由負(fù)氣壓變成零氣壓或稍為正的氣壓,真空吸盤(pán)就脫離待提升物,從而完成了提升搬送重物的任務(wù) 。采用吸盤(pán)的方式來(lái)提取物件，將目標(biāo)物放置在規(guī)定的地點(diǎn)。該吸盤(pán)共有9個(gè)吸嘴，對(duì)稱(chēng)分布，吸盤(pán)基座位置開(kāi)四個(gè)螺紋孔，通過(guò)螺紋與Z軸移動(dòng)架相連，實(shí)現(xiàn)吸盤(pán)的上下移動(dòng)。圖5.8 吸盤(pán)設(shè)計(jì)示意圖1圖5.9 吸盤(pán)設(shè)計(jì)示意圖2通用真空吸盤(pán)選型計(jì)算公式就是：F=

50、0.1PAF：吸盤(pán)的理論吸吊力，單位NP：吸盤(pán)的真空度，單位kpaA：吸盤(pán)有效吸著面積，單位cm2通過(guò)上面的公式可得出我們常用的圓形吸盤(pán)直徑選型計(jì)算：D：吸盤(pán)直徑，單位mmW：吸吊物的重量，單位牛Nt：安全系統(tǒng)，水平t4，垂直t8n：吸盤(pán)的個(gè)數(shù)P：吸盤(pán)的真空度，單位為MPA（注意和上面P單位不同）吸盤(pán)的真空度P一般為所選定的真空發(fā)生器（或真空泵）的最大真空度的60%至95%范圍內(nèi)選擇。經(jīng)過(guò)實(shí)踐中使用真空吸盤(pán),對(duì)真空吸盤(pán)的使用提出以下注意事項(xiàng):1.用真空吸盤(pán)吸持及搬送重物時(shí),嚴(yán)禁超過(guò)理論吸持力的40%,以防止過(guò)載,造成重物脫落。2.在使用過(guò)程中,必須保持真空壓力穩(wěn)定。3.若發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)老化等原因而失

51、效時(shí),應(yīng)及時(shí)更換新的真空吸盤(pán)。參考文獻(xiàn)1 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.2 張健民.工業(yè)機(jī)器人M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.3 施海鋒,吳江柳.機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)M.北京：清華大學(xué)出版社，2008.4 鄭洪生.氣壓傳動(dòng)及控制M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.6 周開(kāi)勤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第五版)M.北京：高等教育出版社,2001.7 華大年.機(jī)械原理(第二版)M.北京：高等教育出版社,1994.8 王永華,宋寅卯,陳玉國(guó),鄭安平.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003.9