图书馆辅助机器人的设计【全套含14张CAD图纸、说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共56页)
编号：16810238
类型：共享资源
大小：12.51MB
格式：ZIP
上传时间：2019-03-23
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
全套含14张CAD图纸、说明书
机器人设计【全套14张CAD图纸
设计【全套14张CAD图纸
设计【含全套CAD图纸
含14张CAD图纸】
图书馆辅助机器人的设计【
CAD图纸全套】
机器人的设计【
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
哈尔滨工程大学 2014届学士学位论文立题论证书院（系） 机电工程学院 题目对应专业 机械设计制造及其自动化 题目申报人隋立明职 称讲师申报时间2013年12月题目名称 图书馆辅助机器人的设计题目来源（划号，不可多选）在研科研项目生产实践自拟题目题目类型理工类理论研究类（ ） 工程设计类（ ） 软件开发类（ ） 科学实验类（ ） 综合类（ ） （划号，不可多选）文管类理论型（） 应用型（） 文献综述型（）（划号，不可多选）课题简述在大型图书馆中，图书的上架是一个重要而繁重的工作。为减轻工作人员的劳动、提高效率及缩短图书的上架时间，为此本课题提出设计一个图书馆辅助机器人。本课题所要求设计的辅助机器人，主要用于完成图书的上架工作。因此要求机器人具有行走、自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置等功能。同时机器人应具有灵活、安全性好等特点。课题研究内容包括机器人整体结构设计和机电系统的方案设计。通过该课题的工作，使学生在机械结构设计、机电一体化系统分析与集成等方面得到训练。本课题预期目标本课题需要完成工作如下 1、对图书馆机器人的国际和国内研究现状进行综述； 2、设计机器人的主要执行机构并进行运动学分析；3、机器人整体结构设计和主要零件的设计； 3、机器人相关元件的选型与系统集成方案设计。重点是机械结构，系统集成方案设计部用怎么做机械结构大体的结构得照着我设计的来 PPT驱动元件是都是电机，电动缸，别选液压的，主要是电机驱动 成果形式如下 1、机器人装配图和零件图（3张0号图，至少1张手绘图）；2、主要元件的选型及机电系统原理方案； 3、设计说明书（论文）2万字。技术要求上机 40 机时图纸 3 张电路板 0 块阅读文献 15 篇读书笔记 0.5 万字主要参考资料1. 蔡自兴. 机器人学基础.机械工业出版社,20092. Mingfang Du , Jianjun Fang ; Lipeng Wang . A parameter self-tuning fuzzy-PID control system for pneumatic manipulator of library robot. International Conference on Electronics, Communications and Control (ICECC), 2011: 4111- 41153. Bdiwi, M., Suchy, J. Library automation using different structures of vision-force robot control and automatic decision system IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS),2012: 1677- 1682 4.崔建伟，宋爱国，庄皓兰等. 机器人技术在图书馆自动化系统中的应用研究. 机器人技术与应用，2009,11:33-355. R西格沃特等. 自主移动机器人导论. 西安交通大学出版社,2013基层学术组织负责人审核意见：基层学术组织负责人签字： 年 月 日(院)系学士学位论文工作领导小组审核意见： (院)系学士学位论文工作领导小组组长签字： （院）系盖章 年 月 日做该课题学生姓名班 级学 号注：1、指导教师对应每个学士学位论文题目应填写该表一份，题目申报人可为指导教师组。2、题目来源和题目类型要求单选，若该题目属于两种类型，则只能选择一种最主要的类型打。3、此表一式一份，由院（系）留存。题目：图书馆辅助机器人的设计,学 号,一.课题背景,在大型图书馆中，图书的上下架是一项重要而繁重的工作，重复量很大，而大量的人工操作与现代高速发展的科技不相匹配 ，机器人 进入图书馆已经变得越来越重要。尤其在未来的书库管理中， 图书的上架、 下架、 整理、 清点、 查找等大量基础性、需要人工完成的工作， 最好的方式是用机器人来代替， 从而将馆员从繁重、 单调的工作中解放出来，机器人将发挥巨大作用、 扮演越来越重要的角色,二.课题设计的目的、意义,本次设计主要设计一个能够完成图书上架等工作的图书馆辅助机器人，要求机器人具有行走、自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置等功能。同时机器人应具有灵活、安全性好等特点。 通过对机器人系统的结构及系统控制方案进行设计，培养学生在机械设计，机电一体化系统的方案论证与分析设计等方面的能力，从而能够具备一定的分析问题和解决问题的能力,三.课题预期完成的内容,对图书馆机器人的国际及国内研究现状进行文献综述 对机器人的移动及执行机构进行运动学分析计算 机器人相关元件的选型与系统集成方案设计 机器人整体结构的设计 绘制机器人整体三维机构图 机器人整体装配图和零件图合计3张（手绘一张） 主要元件选型结果及机电系统原理方案 设计说明书两万字,四.辅助机器人的具体设计方案与原理图,底座小车的3个车轮互成120度，车轮采用瑞典轮，3个独立电机驱动和转向，实现机器人全方位移动。 机器人本体为单臂结构,采用直角坐标系，具有4个自由度的机械手和2个手指的“手”，末端执行器则可以采用两指结构，用于夹持图书，机械手上装备有摄像机和传感器，用来识别图书和定位末端执行器。 机器人机身部位装有图书存储栏，用来放置待上架的图书,轴系爆炸图,轴系装配图系,全方位轮构型图,12周，文献查阅，确定结构方案，完成开题报告 34周，机器人移动部分设计计算，操作机构分析计算 56周，机器人的车体及框架部分三维设计 78周，机器人的操作部分三维设计及机电控制系统原理方案 910周，机器人的整体装配图绘制 1112周，机器人的零件图绘制 1314周，撰写论文,七.参考文献,1. 蔡自兴. 机器人学基础.机械工业出版社,2009 2. Mingfang Du , Jianjun Fang ; Lipeng Wang . A parameter self-tuning fuzzy-PID control system for pneumatic manipulator of library robot. International Conference on Electronics, Communications and Control (ICECC), 2011: 4111- 4115 3. Bdiwi, M., Suchy, J. Library automation using different structures of vision-force robot control and automatic decision system IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS),2012: 1677- 1682 4.崔建伟，宋爱国，庄皓兰等. 机器人技术在图书馆自动化系统中的应用研究. 机器人技术与应用，2009,11:33-35 5. R西格沃特等. 自主移动机器人导论. 西安交通大学出版社,2013,谢 谢 宁XX大学毕业设计(论文)图书馆辅助机器人的设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要机器人是在在机械化、自动化生产过程中发展的一种新型装置,使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。机器人能代替人类、重复枯燥完成危险工作，提高劳动生产力,减轻人劳动强度。该装置涵盖了位置控制技术可编程控制技术、检测技术等。本课题拟开发的物料电动机器人可在空间抓放物体，动作灵活多样，根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数,可代替人工在高温危险区进行作业，。本课题所要求设计的辅助机器人，主要用于完成图书的上架工作。因此要求机器人具有行走、自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置等功能。同时机器人应具有灵活、安全性好等特点。课题研究内容包括机器人整体结构设计和机电系统的方案设计。关键词：机器人, 电动机器人，图书馆辅助，提升7AbstractThe robot is a new device developed in the mechanization, automation of the production process, which has a function of grabbing and moving the workpiece automation device use. The robot can repeat the dangerous work instead of humans, boring, improve labor productivity, reduce labor intensity. The device covers the position control technology of programmable control technology, detection technology. Material electric robot this subject to the grasping be up in space objects, flexible, any changes to the relevant parameters according to the work piece change and the movement flow requirements, can replace manual operation in high risk areas,.Assist robot to the requirements of the design, mainly used to complete the book shelves work. Therefore requires the robot walking, with automatic identification book category, and the books placed on the accurate location of function. At the same time, the robot should have characteristics of flexibility, safety etc. The research includes design of the overall structure design of the robot and electromechanical system.Key Words: robot, electric robot, library, improve目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1课题背景及目的11.2 本课题研究的目的和意义21.3 工业机器人概念21.4 国内机器人的研究2第2章 图书馆辅助机器人的设计要求与方案42.1图书馆辅助机器人的设计要求42.2 基本设计思路42.2.1 系统分析42.2.2 总体设计框图42.2.3 电动机器人的基本参数52.3 电动机器人结构设计52.4 机器人材料的选择52.5机械臂的运动方式62.6 电动机器人驱动方式的选择62.7 动作要求分析72.8 电动机器人结构及驱动系统选型7第3章 图书馆辅助机器人机械部分的设计计算93.1 手爪夹持器结构设计与校核93.1.1手爪夹持器种类93.1.2夹持器设计计算103.2升降方向的电动缸设计113.2.1滚珠丝杠的精度113.2.2 滚珠丝杠参数的计算113.3伺服电机的选择153.3.1最大负载转矩的计算153.3.2负载惯量的计算163.3.3空载加速转矩计算173.4 水平方向电动缸的设计183.4.1导程确定183.4.2确定丝杆的等效转速183.4.3确定丝杆的等效负载183.4.4确定丝杆所受的最大动载荷193.4.5精度的选择203.4.6选择滚珠丝杆型号203.5校核213.5.1 临界压缩负荷验证213.5.2临界转速验证223.5.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率223.6电机的选择233.6.1电机轴的转动惯量233.6.2电机扭矩计算24第4章 竖直方向电动缸274.1 滚珠丝杠计算、选择274.2 步进电机惯性负载的计算304.3底座回转机构设计计算324.4机身结构的设计校核324.4.1选择伺服电机的具体型号和参数324.4.2标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算344.4.3本机构中齿轮传动设计与校核344.5轴的设计计算394.5.1轴的设计概述394.5.2轴的强度校核42总结46参考文献47致 谢48第1章 绪论1.1课题背景及目的由于现代科学技术的发展，在工业生产和日常生活中，电动机器人技术得到了广泛的应用。智能型电动机器人的研究是近年来科学家同意致力的方向。式电动机器人的人体模型，它可以模拟各种人类行为和人类的外部特征。未来的电动机器人的管家将不是梦想。根据不同的电动机器人的结构，电动机器人可以分为各种各样的。轮式移动机器人，履带式电动机器人，机器人，行走电动机器人等。值得一提的是，行走电动机器人，他是近年来的一个重要研究成果。移动它最喜欢的动物甚至人类交谈。这是一个非常复杂的自动化程度很高的运动。与传统的轮式和履带式电动机器人相比，对环境的适应性。在工作空间很小，在崎岖的道路上，楼梯等。不久的将来，这项技术将被广泛使用。在研究中，电动机械的生产，对电动机器人设计的计算机模拟中的应用是一个非常重要的过程。包括零件建模，装配电动机器人的仿真，与运动仿真。通过仿真，设计师可以观察各机构的运动非常直观，知道没有干扰；可以了解各部件的受力，不同的模拟数据。该方法大大降低了开发时间和成本。在学校的毕业设计是机械设计制造及其自动化专业学习的最后一个环节，学习在大学四年的继续深化和检验，具有实践性和综合性，是不是一个单一的其他替代方案，通过毕业设计可以提高综合能力的培养，是要去上班，提高实际工作能力起着非常重要的作用。为了实现以下目标：（1）的基本理论，基本知识和基本技能的综合运用，提高分析和解决实际问题的能力。（2）接受全面的培训工程师必须，提高实际工作能力。为调查研究，文献和数据收集和分析能力；设计和开发测试计划能力；设计，计算和绘图能力的提高；总结和撰写论文的能力。（3）的综合素质和实践能力的测试。1.2 本课题研究的目的和意义（1）通过对图书馆辅助机器人的设计使我们得到对所学相关课程的综合训练；（2）在大型图书馆中，图书的上架是一个重要而繁重的工作。为减轻工作人员的劳动、提高效率及缩短图书的上架时间，为此本课题提出设计一个图书馆辅助机器人。（3）本设计的主要任务是把主要用于完成图书的上架工作。因此要求机器人具有行走、自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置等功能。同时机器人应具有灵活、安全性好等特点。传统夹紧机构对加工时的干涉太大，对生产量影响较大，设计一款新的夹紧机构，使得加工时间缩短，加工精度得到保证，生产量得到提高。1.3 工业机器人概念目前，工业机器人的概念，世界是不统一，分类是不一样的。国际标准化联合国最近采用了美国机器人协会定义了工业机器人的组织：工业机器人是一种可编程的多功能操作装置，可以改变行动计划，完成各种工作，主要用于材料处理，工件传送。电动机器人（机器人）是一台自动执行工作。它是一个产品的控制理论，先进的集成机械电子，计算机，材料和仿生。在工业，医学，农业，建筑业甚至军事等领域中均有重要的应用。电动机器人是一种有代表性的，机械的和电子控制系统，自动化程度高的生产工具，在近50年的发展。在制造业中，电动工业机器人技术已经得到了广泛的应用。这是一个高的自动化程度，改善劳动条件，保证产品质量和提高工作效率，发挥了非常重要的作用。可以说，他是现代工业的技术革命。执行系统一般包括手，腕，臂，底座，一个主要的运动系统。主要由电动机器人执行系统，驱动系统和控制系统三部分。手抓和松开工件或工具的部分，由手指（或吸收），驱动元件和驱动元件。1.4 国内机器人的研究工业电动机器人的应用在日本有着悠久的历史。在七十年代当工业电动操纵器，然后经过十年的发展，已在工业电动机器人八十年代流行。他们的年工业产值迅速增加。1980达到一千亿日元，1990至六千亿日元。在2004达到了一兆和八千五百亿日元。这表明工业电动机器人在提高生产效率的重要性。在国际上，各个国家都实现了工业电动机器人的重要性。因此，工业电动机器人订单锐减。相比于2003 2002百分之十的增长的订单。然后工业电动机器人的需求量仍在上升。从2001到2006，超过90000的全球经济增长中的订单。7%的平均年增长率。国际工业电动机器人的发展方向：电动机器人涉及多学科、多领域的知识。包括：计算机，电子，控制，人工智能，传感器，通信和网络，控制，机械等。电动机器人的发展离不开主题。正是由于各学科整合的相互作用，创建一个自动化程度高，其。随着科学技术的进步，在电动机器人的应用范围越来越广泛；技术越来越高，功能更强大。它是电动机器人的研究向小型化发展。电动机器人将更多地进入人们的日常生活。总的发展趋势是模块化，标准化，智能化。广泛应用于工业电动机器人，以提高质量和生产力，产品安全人员安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高生产效率，节约原材料的消耗，降低了生产成本，具有非常重要的作用。广泛应用于工业电动机器人的以人为本的原则，它的出现使人们的生活更方便、美好。电动机器人工业是一个大型高新技术工业计算机，后车。现代军事工业，电动机械发展的市场前景是非常好的。从第二十世纪起，电动机械行业的稳步增长。在第二十世纪九十年代，电动机械产品的开发和快速增长，年均增长率超过百分之十。在2004到百分之二十的记录。亚洲电动机器人的更多需求，年增长率高达百分之四十三。经过40年的发展，应用工业电动机器人的许多领域。生产中使用最广泛的电动机器人。如制造焊接，热处理，表面涂层，加工，装配，测试和仓库，毛（冲压，压铸，锻坯等）等操作，代替人工操作的电动机器人，极大地提高了生产效率。第2章 图书馆辅助机器人的设计要求与方案2.1图书馆辅助机器人的设计要求在大型图书馆中，图书的上架是一个重要而繁重的工作。为减轻工作人员的劳动、提高效率及缩短图书的上架时间，为此本课题提出设计一个图书馆辅助机器人。本课题所要求设计的辅助机器人，主要用于完成图书的上架工作。因此要求机器人具有行走、自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置等功能。同时机器人应具有灵活、安全性好等特点。课题研究内容包括机器人整体结构设计和机电系统的方案设计。2.2 基本设计思路2.2.1 系统分析该机器人是实现生产过程自动化，提高劳动生产率的有力工具。为了在生产过程实现自动化，机械化，自动化的综合技术经济分析的需要，从而判断是否适当的机器人。以完成机器人的设计，一般都要先做以下工作：（1）根据使用场合的机器人的，明确的目标和任务。（2）机器人的工作环境分析。（3）对系统要求的分析，确定了机器人和方案的基本功能，如自由度的数目，机器人的运动速度，定位准确，抓住重。此外，根据抓斗电动质量，形状，尺寸和批量生产，以确定的形式和机器人的位置和握力的大小。在这方面，我分析如下：（1）为手材料机械设计问题，机器人是图书的上架机器人。虽然机器人的使用场合，也非常广泛，涉及到材料的状态，环境因素的作业线，比我的知识和能力 （2）由于机器人我选择的是材料的电动机器人，小对象处理非生产线。因此，系统的工作环境下，机械厂，准确度高，故障率低，速度。2.2.2 总体设计框图图2 总体设计框图如图2为总设计框图，说明如下：(1) 控制系统：任务是根据机器人的作业指令程序和传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。主要设计目标为CPU的选择，CPU程序的编写调试等。(2) 驱动系统：驱动系统工作的驱动装置。(3) 机械系统：包括机身、机械臂、手腕、手爪。需要确定其自由度、坐标形式，并计算得出具体结构。(4) 感知系统：即传感器的选择及具体作用。2.2.3 电动机器人的基本参数1. 机器人的最大电动物料的重量是它的主参数。2. 运动速度直接影响机器人的动作快慢和机器人动作的稳定性，所以运动速度也是是物料电动机器人的一个主要的基本参数。设计速度过低的话，会无法满足机器人的动作功能，限制机器人的使用范围。设计的速度过高又会加重机器人的负载并影响机器人动作的平稳性。 3. 伸缩行程和工作半径是决定机器人工作范围及整机尺寸的关键，也是机器人设计的基本参数。3.定位精度也是机器人的主要基本参数之一。机器人精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味着成本的增加。综合考虑，该物料电动机器人的定位精度设定定位精度0.3mm。物料电动机器人的各个部分的基本参数可以由上面已经知道的物料电动机器人各关节的行程和时间分配来决定。2.3 电动机器人结构设计根据所设计的机器人的运动方式：机械臂的转动，机械臂的升降。根据上文所说的，机器人按照坐标的分类情况，选择圆柱坐标式机器人更为妥当。2.4 机器人材料的选择机器人的材料应根据手臂的工作条件，满足机器人的设计和制造要求。从设计思想，机械臂完成各种运动。因此，对材料的要求是为移动部件，它应该是轻质材料。另一方面，手臂振动经常的运动过程中，这将大大减少它的运动精度。所以在材料的选择上，综合考虑的质量，刚度，阻尼的需要，从而有效地提高了机械臂的动力学性能。此外，机器人选材料和不同材料的一般结构。机器人是一种伺服机构，受控制，必须考虑其可控性。在臂的材料选择，可控性和可加工性的材料，结构，质量性能的考虑。总之，选择一个机械臂的材料，应考虑强度，刚度，重量轻，弹性，耐冲击，外观和价格等因素。这里有几个机器人使用的材料：（L）的高强度钢，碳素结构钢和合金结构钢：这类材料的强度，特别是合金结构钢的强度增加了4 5倍，弹性模量，抗变形能力，是最广泛使用的材料；（2）铝，铝合金等轻合金材料的共同特点是重量轻，弹性模量E的小，但材料的密度小，与EP比值还与钢相比；（3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的质量，但易碎，但处理不好，接头需要特殊的设计与金属零件。然而，日本已开发ARM陶瓷机器人用于高速机器人的样品；从机器人设计的角度来看，不需要负载能力在材料的选择，也不需要高弹性模量和抗变形能力，除了要考虑到材料成本，加工和其他因素。在各种因素的措施，结合铝合金的初步选择的工作条件，如机械臂组件。2.5机械臂的运动方式机器人的运动形式有五种常见的SCARA型，直角坐标式极坐标型，联合型和圆柱坐标。根据运动形式的选择主要运动参数为基础的结构设计。一种运动形式以满足不同生产工艺的需要，可以采用不同的结构。选择表格的具体位置，必须根据操作要求，工作地点，和电动工作中心线方向的变化，比较和选择。这种机器人的定位2个肩关节和肘关节的1，2或3手腕方向。其中，绕垂直轴肩，另一个肩斜度。肩关节的两个正交轴。平行于第二轴肩关节，考虑到机器人的工作特点，这就要求动作灵活，具有较大的工作空间，结构紧凑，占用空间小，关节式机器人的选择。如图所示。这种配置，动作灵活，工作空间大，干涉仪的最小空间机械臂操作，结构紧凑，占地面积小，关节相对运动部位易密封与防尘。但这种机器人运动学逆解比较复杂，难以确定的端元；态度不够直观，并在控制，计算量比较大。图3 常见的运动方式2.6 电动机器人驱动方式的选择机器人使用的驱动方式主要有电动驱动，电动驱动和电机驱动的四种基本形式。但是，与电动传动相比，低功耗，能源，电动传动结构相对简单的速度不易控制，精度不高。油马达驱动能量是简单，速度和位置精度高，使用方便，低噪音，高速变化的机制，高效，灵活的控制。电动驱动的特点是功率大，结构简单，省去了减速装置，响应速度快，精度高。但需要有电动源，但也容易漏气。首先，我会选择驱动电机，但考虑到纯机械结构的机器人的运动并不能达到理想的传播效果。如果你使用电动或电动传动机械臂的旋转，必须与回转电动或旋转电动缸，结构比较复杂，不利于设计。改进后的方案，将驱动方式分为两个部分。其机械臂伸缩，升降机器人抓抓，采用电动驱动方式。2.7 动作要求分析动作一：送图书动作二：预夹紧动作三：手臂上升动作四：手臂旋转动作五：小臂伸长动作六：手腕旋转 预夹紧 手臂上升 手臂旋转 手臂伸长 手臂转回 手腕旋转 图2.2 电动机器人动作简易图2.8 电动机器人结构及驱动系统选型本课题所设计的电动机器人为通用型的电动机器人，其中坐标系为圆柱坐标系结构。驱动系统选用电动缸驱动和电动驱动，电动驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，电动驱动用于手臂的伸缩和电动机器人的夹取和翻转3。第3章 图书馆辅助机器人机械部分的设计计算3.1 手爪夹持器结构设计与校核3.1.1手爪夹持器种类1.连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。2.楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。3.齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。4.滑槽式手爪 当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。5.平行杠杆式手爪不 需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动采用平行四边形机构，因此，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多结合具体的工作情况，采用连杆杠杆式手爪。驱动活塞 往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条 使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工 工件的直径来调定。a有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。b有足够的开闭范围工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。可用开闭角和手指夹紧端长度表示。于回转型手部手指开闭范围，手指开闭范围的要求与许多因素有关c力求结构简单，重量轻，体积小作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个气压机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。手部处于腕部的最前端，工因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。d手指应有一定的强度和刚度因此送料，采用最常用的外卡式两指钳爪3.1.2夹持器设计计算手爪要能抓起工件必须满足： （3-6）式中，-为所需夹持力；-安全系数，通常取1.22；-为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬运工件过程的加速度，为重力加速度；-方位系数，查表选取；-假设被抓持工件的重量 20； 带入数据，计算得： ；理论驱动力的计算： （3-7）式中，-为柱塞缸所需理论驱动力；-为夹紧力至回转支点的垂直距离；-为扇形齿轮分度圆半径；-为手指夹紧力；-齿轮传动机构的效率，此处选为0.92；其他同上。带入数据，计算得 计算驱动力计算公式为： （3-8）式中，-为计算驱动力；-安全系数，此处选1.2；-工作条件系数，此处选1.1；3.2升降方向的电动缸设计3.2.1滚珠丝杠的精度查阅滚珠丝杠的样本选择丝杠精度为5级精度等级，初步设计现设丝杠在有效行程500 mm时，行程偏差允许达到30m。3.2.2 滚珠丝杠参数的计算 （1）最大工作载荷的计算丝杠的最大载荷为工作时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。设此Z向的最大进给力=5000N，移动部件的重量约为500，摩擦系数为0.04，故丝杠的最小载荷（即摩擦力） （N） (3.3)丝杠最大载荷是： 50001965196（N） (3.4)平均载荷是：=3529（N） (3.5)（2）当量动载荷的计算 滚珠丝杠副类型的选择主要是根据导程和动载荷两个参数,其选择的原则为:滚珠丝杠的静载荷Coa不能大于额定静载荷Coam,即CoaCoam;滚珠丝杠的动载荷Ca不能大于额定动载荷Cam,即CaCam。驱动电机最高转速2000 r/min丝杠最高转速为2000r/min，工作台最小进给速度为0.5m/min，故丝杠的最低转速为0.1r/min，可取为0，则平均转速n=1000r/min。丝杠使用寿命T=15000h，故丝杠的工作寿命=675（r） (3.6)当量动载荷值： (3.7)式中： 载荷性质系数，无冲击取1-1.2，一般情况取1.2-1.5，有较大冲击振动时取1.5-2.5； 精度影响系数，对1、2、3级精度的滚珠丝杠取=1.0，对4、5级精度的丝杠取=0.9。 根据要求去=1.5，=0.9，代入数据得 51.59（KN） (3.8)根据计算所得最大动载荷和初选的丝杠导程，查滚珠丝杠样本，选择FF6310-5型内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，其公称直径为63mm，导程为10mm，循环滚珠为5圈2列，精度等级取5级，额定动载荷为55600N，大于最大计算动载荷=51590N，符合设计要求。表3.1 滚珠丝杠螺母副的几何参数名 称符 号计算公式和结果公称直径（mm）63螺距(mm)P10接触角钢球直径(mm)7.144螺纹滚道法面半径(mm)偏心距(mm)0.009螺纹升角(mm)=丝杠外径(mm)62.5丝杠底径(mm)57.3螺杆接触直径(mm)55.87螺母螺纹外径(mm)螺母内径(mm)（内循环）62.64（3）传动效率的计算将公称直径=63mm，导程=10mm，代入=arctan，的丝杠螺旋升角=。将摩擦角，代入=，得传动效率=93.7%。（4）刚度的验算本传动系统的丝杠采用一端轴向固定，一端浮动的结构形式。固定端采用一对面对面角接触球轴承和一个角接触球轴承，另一端也采用角接触球轴承，这种安装适应于较高精度、中等载荷的丝杠。滚珠丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。a、滚珠丝杠滚道间的接触变根据公式Z=，求得单圈滚珠数Z=22，改型号丝杠为双螺母，滚珠的圈数列数为52，代入公式圈数列数，得滚珠总数量=220。丝杠预紧时，取轴向预紧力=1732（N）。查相关公式得滚珠丝杠与螺纹滚道间接触变形 (3.9)式中=51590N。代入数据得；=0.013(mm)因为丝杠有预紧力，且为轴向负载，所以实际变形量可以减少一半，取=0.0065mm。 b、丝杠在工作载荷作用下的抗压变形 丝杠采用的是两端都为角接触球轴承，轴承的中心距a=1100mm，钢的弹性模量E=,由表2.1中可知，滚珠直径=7.144mm，丝杠底径=43.3mm，则丝杠的截面积： =1540.6()根据公式代入数据得：=0.018(mm)C、总的变形=0.0065+0.018=0.0245mm,丝杠的有效行程为600，丝杠在有效行程500630mm时，行程偏差允许达到30m,，可见丝杠刚度足够。（5）稳定性的验算 (3.10)公式中取支撑系数=2，由丝杠底径=43.3mm求的截面惯性矩=188957.7()，压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装），滚珠螺母至轴向固定处的距离取最大值1200mm，代入公式得：=181129.6()则f=181129.6N大于=51590N，故不会失稳，满足使用要求。 （6）临界转速的验算 对于滚珠丝杠还有可能发生共振，需要验算其临界转速，设不会发生共振的最高转速为临界转速。查资料得公式 ： (3.11)其中： (mm)； 为临界转速计算长度=1200(mm)； 为丝杠支承方式系数（一端固定，一端游动）代入数据得：4397(r/min),临界速度远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。（7）滚珠丝杠选型和安装尺寸的确定由以上验算可以知道，丝杠型号为FF63105，完全符合所需要求，故确定选用该型号，安装尺寸查表可知。（8）丝杠支承的选择滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求。其两端支承的配置情况为轴向固定方式。本次设计丝杠支承选用一端固定，另一端浮动。 3.3伺服电机的选择3.3.1最大负载转矩的计算 所选伺服电机的额定转矩应大于最大负载转矩。最大负载转矩T可根据以下公式计算，即 (3.12)从前面的计算可以知道，最大载荷N，丝杠导程=10mm=0.01m，预紧力=N，根据计算的滚珠螺母丝杠的机械效率=0.947，因为滚珠丝杠预加载荷引起的附加摩擦力矩： （Nm） (3.13)查手册得单个轴承的摩擦力矩为0.32Nm，故一对轴承的摩擦力矩=0.64Nm。简支端轴承步预紧，其摩擦力矩可忽略不计。伺服电动机与丝杠直接相连，其传动比=1，则最大负载转矩：(Nm)所选的伺服电机额定转矩应该大于此值。3.3.2负载惯量的计算伺服电机的转动惯量应与负载惯量相匹配。负载惯量可以按一下次序计算。质量为500，折算到电动机轴上的惯量可按下式计算， (kg) (3.14)丝杠名义直径=63mm=0.063m，长度L=1.2m丝杠材料（钢）的密度=7.8。根据公式计算丝杠加在电动机轴上的惯量 () (3.15)联轴器加上锁紧螺母等的惯量可直接查手册得到，即()故负载总的惯量为()电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配。通常要求不小于，但也不是越大越好。因越大，总的惯量就越大，加速度性能受影响。为了保证足够的角加速度，以满足系统反应的灵敏的，将采用转矩较大的伺服电动机和它的伺服控制系统。根据有关资料的推荐，匹配条件为： (3.16)则所选交流伺服电动机的转子惯量应在0.00920.036范围之内。根据上述计算可选用表3.2中的交流伺服电机22/3000i型，其额定转矩为22Nm，最高，转动惯量J=0.012。表3.2 FANUC(HV)i系列交流伺服电机型号1/ 5000i2/ 5000i4/ 4000i8/ 3000i12/ 3000i22/3000i输出功率/kw0.5 0.751.41.634额定转矩(Nm)1 2481222最高转速500050004000300030003000转动惯量()0.000310.000530.00140.00260.00260.012质量348121829伺服放大器规格20i20i20i40i80i80i3.3.3空载加速转矩计算当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动（快速）速度时，所需要的空载加速转矩按下式求， (3.17)空载加速时，主要克服的是惯性，选用的22/3000i型交流伺服电动机,总惯量0.0120+0.0092=0.0212() 加速度时间通常取的34倍，故=(34)=(34)6=1824(ms)，则(Nm)3.4 水平方向电动缸的设计滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设X向最大行程为300mm,最快进给速度为18m/min,假设大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg，工作台最大行程为300mm。3.4.1导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电机Y系列异步电动机的最高转速，则丝杠的导程为 取Ph=12mm3.4.2确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度是丝杆的转速 最小进给速度是丝杆的转速 丝杆的等效转速 式中取故3.4.3确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）3.4.4确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h由上式计算得Car=17300N表3-1-1各类机械预期工作时间Lh表3-1-2精度系数fa表3-1-3可靠性系数fk表3-1-4负载性质系数fw3.4.5精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。3.4.6选择滚珠丝杆型号 计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=12mm则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径 d0=40mm 丝杆外径d1=39.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m3.5校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。3.5.1 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1I=丝杆最小截面惯性距（m4）式中do-是丝杆公称直径（mm）dw-滚珠直径（mm），丝杆螺纹不封闭长度Lu=工作台最大行程+螺母长度+两端余量Lu=300+148+20X2=488mm支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度Lu，选取LO=620mm代入上式计算得出Fca=5.8X108N可见FcaFmax，临界压缩负荷满足要求。3.5.2临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速： 式中：A-丝杆最小截面：A=-丝杠内径，单位；P-材料密度p=7.85*103(Kg/m)-临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为=148/2+300+(620-488)/2=440mm-安全系数，可取=0.8fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取18.9经过计算，得出= 6.3*104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。3.5.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度Ke的计算公式式中 A丝杠最小横截面，；螺母座刚度KH=1000N/m。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750mm和100mm。经计算得：式中 Ke 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)； KH螺母座的刚度(N/m)；KH=1000 N/mKc丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；KS丝杠本身的拉压刚度(N/m)；KB轴承的接触刚度(N/m)。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。3.6电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。3.6.1电机轴的转动惯量a、回转运动件的转动惯量上式中：d直径,丝杆外径d=39.5mmL长度=1mP钢的密度=7800经计算得b、X向直线运动件向丝杆折算的惯量上式中：M质量 X向直线运动件M=160kgP丝杆螺距（m）P=0.001m经计算得c、联轴器的转动惯量查表得 因此3.6.2电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩上式中：J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取15s-1,则ta=0.2s经计算得b、折算至电机轴上的摩擦力矩上式中：F0导轨摩擦力，F0=Mf，而f=摩擦系数为0.02，F0=Mgf=32NP丝杆螺距（m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比，I=1经计算得c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为0.9经计算的T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为6.7。49第4章 竖直方向电动缸4.1 滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC5860，导程：l0=5mm强度计算丝杠轴向力：(N)其中：K=1.15，摩擦系数f=0.0030005；寿命值：，其中丝杠转速(r/min)最大动载荷：式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH为硬度系数，HRC58时为1.0。查表得中等冲击时则:根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其基本参数如下:其额定动载荷为14205N 足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式.滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表名称计算公式结果公称直径20mm螺距mm接触角钢球直径3.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径19.365mm螺杆内径16.788mm螺杆接触直径17.755mm螺母螺纹外径23.212mm螺母内径（外循环）20.7mm（1） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中：=10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。（2） 稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。（3） 刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：(cm)Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差为E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。4.2 步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有：（1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为：式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算：式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有：电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：步进电机的选用(）步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取，则，且。所以：式中：为移动部件负载（N），G为移动部件质量（N），为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力（N），为导轨摩擦系数，为步进电机的步距角（rad）,T为电机轴负载力矩（N.cm）。取=0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），.8，=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有：考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：取系数为.，则： 对于工作方式为三相拍的步进电机： (） 步进电机的最高工作频率为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个90BF001型三相反应式步进电机.电机有关参数如下:型号主要技术参数相数步距角电压(V)相电流(A)最大静转矩(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg转子转动惯量Kg.m外直径长度轴直径9014594.517644.3底座回转机构设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。4.4机身结构的设计校核臂部和机身的配置形式基本上反映了的总体布局。本课题图书馆辅助机器人的机身设计成机座式，这样图书馆辅助机器人可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型图书馆辅助机器人。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求7-9。4.4.1选择伺服电机的具体型号和参数 1、电机额定功率的确定马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。 工作所需功率为： (3-1)式中， 电机工作效率，电机所需的输出功率为： (3-2)式中：为电机至轴之间的总效率。齿轮： 轴承：蜗杆; 。因此 (3-3)一般电机的额定功率但为了获得较大预留量则取电机额定功率为：。2、转矩 由后面齿轮的转矩可得：3、电机转速的确定由文献2, 55表1-8推荐的各种机构传动范围为，取：齿轮传动比：3-5蜗杆涡轮传动比：20-100，则总的传动范围为： 电机转速的范围为：为降低电机的重量和价格，选取常用两相混合式步进电机，其各根据这些，选取SGMAH-44BA6(带通用减速机）型电机，符合要求。图3-2电机参数图表4.4.2标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 (1) 轮齿的受力分析齿轮传动一般均加以润滑，啮合齿轮间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方便，将法向载荷（单位为N）在节点P处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力（单位均为N），由此得 (4-6) (4-7) (4-8) 式中：小齿轮传递的转矩，； 小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，mm； 啮合角，对标准齿轮，。以上分析的是主动齿轮上的力，从动轮轮齿上的力分别与其大小相等、方向相反。(2) 齿根弯曲疲劳强度计算轮齿在受载时，齿根所受的弯矩最大，因此齿根处的弯曲疲劳强度最弱。当轮齿在齿顶处啮合时，处于双对啮合区，此时弯矩的力臂最大，但力不是最大，因此弯矩并不是最大。根据分析，齿根所受的最大弯矩发生在轮齿啮合点位于单对啮合区最高点时。因此，齿根弯曲强度也应按载荷作用于单对啮合区最高点来计算。由于此种算法比较复杂，通常只用于高精度齿轮传动。对于制造精度不高的齿轮传动，由于制造误差较大，实际上多由在齿顶处啮合的轮齿分担较多的载荷。为便于计算，通常按全部载荷作用于齿顶来计算齿根的弯曲强度。当然，采用这样的方法，轮齿的弯曲强度比较富裕。4.4.3本机构中齿轮传动设计与校核1. 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。1）选用斜齿圆柱齿轮传动选用7级精度（GB10095-88）2）选择小齿轮材料为45（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45（调质）硬度为240HBS3）选小齿轮齿数=18，大齿轮齿数=184=72。4）初选螺旋角为。2. 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即 (4-9)确定公式内各计算数值试选载荷系数 由表107选齿宽系数由图10-26得 (4-10)查机械设计课本图10-30 由表10-6查得材料的弹性影响系数由图10-21d按齿面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限 (4-11)计算应力循环次数 (4-12) (4-13) 由图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1 (4-14) (4-15)计算试算小齿轮分度圆直径 (4-16)计算圆周速度 (4-17)计算齿宽 (4-18)计算齿宽与齿高之比模数 (4-19)齿高 (4-20) 齿宽齿高比 (4-21)计算纵向重合度 (4-22)计算载荷系数根据V=0.64m/s，7级精度，由图10-8查得动载系数斜齿轮 (4-23)由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，由查图10-13得故载荷系数 (4-24)6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 (4-25)计算模数m (4-26) 3. 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 (4-27)确定公式内的各计算数值由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限由图10-18取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳应力。取弯曲疲劳安全系数 (4-28)计算载荷系数 (4-29)计算重合度系数 ，由图10-28得 计算当量齿数 (4-30) (4-31)查取齿形系数由表10-5查得 查取应力校正系数。由表10-5查得 7）计算大小齿轮的并加以比较 (4-32) (4-33)小齿轮的数值较大设计计算 (4-34) 对比计算结果，由齿面接触疲劳计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于接触强度所决定的承载能力，而齿面弯曲疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由接触强度算得的模数，即取 m=4mm (4-35) 取 则几何尺寸计算计算中心距mm (4-36)计算齿轮宽度 (4-37)按圆整后中心距修正螺旋角 (4-38) 计算大小齿轮分度圆直径 (4-39) (4-40) 计算齿轮宽度 取小齿轮齿宽为140mm，大齿轮齿宽为70mm4.5轴的设计计算4.5.1轴的设计概述 轴的作用，做回转运动的传动零件，如减速器中的齿轮、联轴器等，都是安装在轴上，并通过轴才能实现传动。因此，轴的主要功能就是支承传动零件并传递运动和动力。 轴可以根据不同的条件加以分类。按受载情况分同时承受弯矩和转矩作用的轴称为转轴；只承受转矩作用的轴称为传动轴；只承受弯矩作用的轴称为心轴。按结构形状分有实心轴（一般齿轮轴）、空心轴（车床的主轴）；曲轴、挠性钢丝轴和直轴。而直轴又可分为截面相等的光轴和截面分段变化的阶梯轴。工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作用的阶梯轴。轴的失效形式 轴的失效形式与轴的应力性质和大小，轴的材料的力学性能、轴的结构形状，轴的加工方法及轴的工作环境等因素有关。常见的失效形式有：疲劳断裂，椐统计资料表明，轴团疲劳断裂失效约占轴的失效总数的40%-50%。塑性变形或脆性断裂。过大的弯曲变形或扭转变形。高速工作振幅过大。其他失效形式，如轴颈或导向花键的磨损，高温下工作时的蠕变，被腐蚀介质腐蚀等。 轴的设计准则：为了保证轴在预工作寿命条件正常工作，要遵守以下准则进行设计。正确选择轴的材料、毛坯种类和热处理方法。合理设计轴的结构。正确选择设计计算方法，对多数转轴要进行疲劳强度设计计算或精确验算；对受力大的细长轴（如蜗杆轴）和刚度要求高的轴（如机床主轴）还应刚度计算；对高速轴（如汽轮机轴），因有共振危险，还应进行振动稳定性计算。 按轴各段所起的作用不同，可将轴分为5部分：轴头：与联轴器和齿轮等传动零件配合的轴段轴颈：与轴承配合的轴段轴身：连接轴头和轴颈的轴段轴环：直径最大用于定位的窄轴段轴肩：截面尺寸变化处此外，还有轴肩的过度圆角；轴端的倒角；与键连接处的键槽等结构。 长期变应力作用下的疲劳破坏是轴的主要失效形式。因此，轴的材料要求具有较好的强度、韧性，与轴上零件有相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性。此外，还必须考虑应力集中的影响。轴的常用材料有：碳素钢 工程中广泛采用35 45 50等优质碳素钢，价格低廉，对应力集中敏感性较小，可以通过调质或正火处理以保证其力学性能，通过表面淬火或低温回火以保证其耐磨性。对于轻载和不重要的轴也可采用Q235、Q275等普通碳素钢。合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的轴。合金钢有较高的力学性，但价格较贵，对应力集中较敏感，所以在结构设计时必须尽量减少应力集中。球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差，一般用于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等。钻床的主轴承受中等扭转-弯曲复合载荷，转速略高，并承受一定冲击载荷。所以主轴毛坯可以选用45钢，并进行一系列热处理一满足各方面的性能要求。 轴上零件的轴向定位、固定和周向固定轴上零件的轴向定位主要靠轴肩和轴环来完成。为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径R必须小于零件内孔的圆角半径R1或倒角C1；轴肩高度一般取h=（0.070.1）d，轴环宽度b=1.4h，也可采用套筒定位，其尺寸可参照轴肩尺寸。轴上零件的轴向固定就是不许轴上零件沿轴向窜动，必须双向固定。此外，常用的轴向固定措施还有：轴的一端可采用轴端挡圈；套筒过长可采用圆螺母；受载较小时可采用弹性挡圈、紧定螺钉和销钉等固定。轴上零件的周向固定就是保证轴上的传动零件要与轴一起转动。常用的固定方式有键连接和过盈配合。转矩较大时，可采用花键连接，也可同时采用平键连接和过盈配合连接来实现周向固定。转矩较小时，可采用紧定螺钉、销钉等措施。制造工艺和装配工艺要求制造工艺要求是指轴的结构应尽可能简单加工、降低成本。为此，轴端倒角的尺寸应尽量一致；轴肩的圆角半径也要尽可能相同。若轴上采用多个单键连接时，键宽应尽可能统一，并在同一条加工直线上。在有磨削工艺的轴段应设有砂轮越程槽，在车螺纹的轴段应设有螺纹退刀槽。装配工艺要求是指轴上零件应便于安装和拆卸。为此，一般将轴制成中间粗两端细的阶梯形；轴端应倒角；轴端的键槽应尽量靠近轴端；与滚动轴承配合的轴肩高度和套筒高度应小于轴承内圈的厚度；与传动零件过盈配合的轴段应制有10左右的导向锥面；要尽量减少装配长度。 标准尺寸要求轴上的零件多数都是标准零件，如滚动轴承、联轴器、圆螺母等，因此与标准零件配合处的轴段尺寸必需符合标准零件的尺寸系列。提高轴的疲劳强度加大轴肩处的过度圆角半径和减小轴肩高度，就可以减少应力集中，从而提高轴的疲劳强度。提高轴的表面质量、合理分布载荷等也可以提高轴的疲劳强度。安装时，要严格按照轴上零件得先后顺序进行，注意保证安装精度。对于过盈配合得轴段要采用专门工具进行装配，例如大尺寸得轴承可用压力机在内圈上加压装配，中小尺寸得轴承可借助手捶加力进行装配，轴承得拆卸应使用专门工具，应尽量使轴避免承受过量得冲击载荷，以免破坏其表面质量。安装结束后要严格检查轴在机器中得位置以及轴上零件得位置，并将其调整到最佳工作位置，同时轴承得游隙也要按工作要求进行调整。在工作中，必须严格按照规程进行，尽量使轴避免承受过量载荷和冲击载荷，并保证轴得疲劳强度。在工作过程中，对机械要定期检查和维修，对于轴得维护重点注意三个方面。认真检查轴和轴上零件得完好程度，若发现问题应及时维修或更换。轴得维修部位主要是轴颈和轴头，对精度要求较高得轴，在磨损量较小时，可采用电镀法在其配合表面镀上一层硬质合金层，并磨削至规定尺寸精度。对尺寸较大得轴颈和轴头，还可采用热喷涂（或喷焊）进行修复。轴上花键、键槽得损伤，可以用气焊或堆焊修复，然后再铣出花键或键槽。也可以将原键槽焊补后再铣制新键槽。认真检查轴和轴上主要传动零件工作位置得准确性、轴承的游隙变化并及时调整。轴上得传动零件（如齿轮、链轮等）和轴承必须保证良好得润滑。应当根据季节和地点，按规定选用润滑剂并定期加注。要对润滑油得数量及时检查、补充和更换。4.5.2轴的强度校核轴上的功率P，转速n，和转矩T 取轴承的效率为0.98，齿轮的效率为0.98 P=3.58 (4-44) n (4-45)初步确定轴的最小直径 选材料为45钢时，取A=110 d (4-46) 取最小轴径30mm，面仅对轴进行强度校核轴的材料的选择该轴无特殊要求，因而选用调质处理的45钢，查得轴上的载荷轴上所受力为 转速n 功率 P 齿轮截面处的M 如下所示 载荷 水平面H 垂直面V R R 弯矩M M M总弯矩M M = = 269000 (4-47)扭矩T T = (4-48)计算弯矩M M=289000 (4-49)按弯扭合成应力校核轴的强度只校核轴的齿轮所在截面处的强度即可： (4-50) 对 的碳钢，承受对称循环变应力时的 许用应力 故安全底座小车的设计在本次设计中，小车使用3轮驱动。3轮驱动式的车子不易发生方向偏移。而3四轮驱动的车子动力更大，爬坡能力更强。但存在一些不足，如：3轮驱动式的车子更加耗电， 机架是用来支撑车体的主要部件。同时也是用来固定车子零部件的，底板上主要有红外传感器安装槽、超声波传感器安装孔、电机定位槽和走线孔，其余的槽孔是用来留在日后扩展用的。在以往的智能小车设计中，大都会采用三轮式结构，前轮一般采用万向轮牵引，左右分别为驱动轮。虽然三轮式的结构简单易于操作，但是在小车行驶过程中的稳定性不足，且由于万向轮的径向阻力非常小，所以很容易偏向。总结毕业
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号