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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396新型智能裹膜机自动上下料机械手THEAUTOMATIC，WHICHUPPERANDLOWER，MATERIALNEWMANIPULATOROFINTELLIGENCEWRAPPINGMACHINE学生姓名学号所在学院工程学院班级所在专业机械设计制造及其自动化申请学位指导教师职称教授副指导教师职称答辩时间下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396目录2目录设计总说明4INTRODUCTIONV1绪论611课题的背景、来源及意义612码垛机器人的发展进程及发展趋势713课题的设计内容82码垛机器人总体结构设计821方案的确定8图21机器人机构形式922总体设计思路93码垛机器人腕部和腰部设计1231码垛机器人腕部设计12311减速机的计算与选型13312轴承的选型1432码垛机器人腰部设计15321腰部电机选型15322腰部联轴器计算及其选型174机器人手臂的结构及其驱动系统设计1841机构的受力分析1842手臂关节轴承的选型与校核1943销轴校核21431后大臂与支架销轴联接校核21432后大臂与小臂销轴的联接校核22434前大臂与小臂销轴联接校核23435其它销轴的联接校核2344竖直滚珠丝杠螺母副的计算与选型23441最大工作载荷的计算23442最大动载荷的计算24443初选滚珠丝杠副的型号25444滚珠丝杠螺母副传动效率的计算25445刚度的验算26446压杆稳定性校核2745水平滚珠丝杠螺母副的计算与选型28451最大工作载荷的计算28452最大动载荷的计算28453初选滚珠丝杠副型号29454传动效率计算29455刚度的验算30456压杆稳定性校核3246水平滚动导轨副的计算选型32461滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择32目录3462额定行程寿命的计算3547竖直滚动导轨副的计算选型38471滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择38472额定行程寿命L的计算385大小臂驱动系统的伺服电机用同步带的选用3951伺服电机的计算与选型39511丝杠驱动电机3952计算电机转速41521电机转速41522计算电机驱动负载所需要的扭矩416末端装置设计与计算4961手部驱动力的计算4962气缸的选取5163抓手支撑轴的校验52鸣谢54参考文献55目录4目录5目录6设计总说明7设计总说明随着工业化的进程，越来越多的行业岗位得到机器的替代，本设计是关于新型智能裹膜机上下料机械手的设计，使青贮草在裹膜的工序过程中更具智能化和效率。该设备仿造不二码垛机器人的运动方式，采用相应的机械设计技术、气压驱动技术、伺服控制技术和相应的控制技术。全文分为六章第一章阐述了研究课题的背景、来源和意义，讲述关于码垛机器人的发展历史和发展趋势；结合资料阐述设备的应用内容。第二章确定机器人本体的主要运动结构形式并作出相应的运动分析，确定驱动系统的设计，对大小臂材料进行相应说明。第三章对腕部和腰部进行设计，确定主要部件电机的选型，和其他小部件的选型。第四章完成了手臂和其运动系统的机构设计，对手臂进行受力分析、完成销轴的设计与校验、确定了垂直和水平滚珠丝杠螺母副的计算与选型、并确定了滚动导轨副的选型和校验。第五章大小臂的运动系统作进一步设计，保证机体尺寸适中，确定电机的型号并完成同步带的设计。第六章完成了末端装置的设计，确定了以气缸为抓手的驱动器件，完成了对握紧力的计算和对气缸的选取。关键词上下料；码垛；抓手ABSTRACTVIIIINTRODUCTIONWITHTHEPROCESSOFINDUSTRIALIZATION,MOREANDMOREJOBSHAVETHEMACHINESALTERNATIVETHISDESIGNISANEWINTELLIGENTFILMWRAPPINGMACHINEFEEDINGMANIPULATORDESIGNANDTHEGRASSSILAGEINTHEFILMWRAPPEDPROCESSMOREINTELLIGENTANDEFFICIENTTHEDEVICECOPYFUJIPALLETIZINGROBOTMOTIONANDTHECORRESPONDINGMECHANICALDESIGNTECHNOLOGY,PNEUMATICDRIVETECHNOLOGY,SERVOCONTROLTECHNOLOGYANDTHECORRESPONDINGCONTROLTECHNOLOGYTHEFULLTEXTISDIVIDEDINTOSIXCHAPTERSINTHEFIRSTCHAPTER,ELABORATEDTHERESEARCHBACKGROUND,ORIGINANDSIGNIFICANCE,DEVELOPMENTHISTORYANDTRENDSOFPALLETIZINGROBOTTELLSWITHTHEDATAONEQUIPMENTAPPLICATIONINTHESECONDCHAPTER,THEMAINMOVEMENTSTRUCTUREOFTHEROBOTBODYISDETERMINEDANDTHECORRESPONDINGMOTIONANALYSISISMADE,ANDTHEDESIGNOFTHEDRIVESYSTEMISDETERMINED,ANDTHESIZEOFTHEARMMATERIALISALSODESCRIBEDINTHETHIRDCHAPTER,THEDESIGNOFTHEWRISTANDWAIST,DETERMINETHESELECTIONOFMAINPARTSOFTHEMOTOR,ANDTHESELECTIONOFOTHERSMALLPARTSINTHEFOURTHCHAPTER,COMPLETEDTHEDESIGNOFARMANDITSSYSTEMOFMOTIONMECHANISM,STRESSANALYSIS,COMPLETEDAPINSHAFTDESIGNANDVERIFICATIONOFARMS,TODETERMINETHEVERTICALANDHORIZONTALBALLSCREWNUTPAIRSELECTIONANDCALCULATION,ANDTODETERMINETHEROLLINGGUIDERAILPAIRSELECTIONANDCHECKINTHEFIFTHCHAPTER,THEMOTIONSYSTEMOFTHEARMISDESIGNED,WHICHISGUARANTEEDTOAVOIDTHELARGEBODY,ANDTHEMOTORSMODELANDTHEDESIGNOFTHESYNCHRONOUSBELTAREFINISHEDINTHESIXTHCHAPTER,COMPLETEDTHEDESIGNOFTERMINALDEVICE,TODETERMINETHECYLINDERASTHESTARTINGPOINTOFTHEDRIVE,COMPLETEDTHEGRIPPINGFORCECALCULATIONANDTHESELECTIONOFTHECYLINDERKEYWORDSUPPERANDLOWERMATERIALPALLETIZINGROBOTMECHANICALGRABBINGDEVICE毕业设计题目毕业设计说明书1绪论11课题的背景、来源及意义在热炒的工业40时代，在以劳动密集型为主导的中国制造也悄然发生着变化，如富士康大举引入工业机器人、东莞制造业大规模引进机器人生产等等。工业机器人能适应基本的运动要求，同时能耐高温、耐腐蚀，能适应各种的工作环境，像日本核电站泄漏事件也是有探测的机械人经过远程控制进入现场勘查。通过综合机械结构、感应器控制器和伺服系统，实现机电一体化自动生产的功能并可重复编程，实现了一系列动作的自动化和快速响应，不仅大大地提高了产能，而且进一步的使工人的劳动强度在合理范围，改善劳动条件，大大地降低生产成本。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，可以广泛地应用于柔性自动线上。机械手多半由耐高温，抗腐蚀的材料制成，能适应较为恶劣的现场环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作和生产效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料的消耗以及降低生产效益成本，有着异常重要的意义。码垛机器人是工业机器人中一种重要类型，所谓码垛，是指按照集成单元化思想，将一件件的物品按照一定的形式堆码成垛，以便使单元化的物垛完成对物料的搬运、装卸、运输、存储等物流的活动。从码垛的概念我们可以知道，码垛技术就是实现了“物流”自动化，通过驱动元件使末端装置到达指定位置，而后按照设定的指令使末端装置运动，抓取目标物件并使它的空间位置发生转移从而实现码垛的自动化。在倡导工业产能升级的今天，码垛技术有着极其重要的位置，码垛机器人的反应是否灵活快速、是否稳定可靠、是否结构轻便、信息能否传达到大的统筹系统当中，这都是实际生产中要考虑的问题。按照自动码垛机的智能化水平可以分为机器人码垛机和机械式码垛这两种。机械式码垛机则可以继续分为立柱式码垛机、龙门式码垛机、机械臂式码垛机。考虑本设计是为了实现对压制好的青贮草捆智能化生产，故选用了智能化的码垛机器人，参照机器人公司不二码垛机器人结构，设计机器人本体。由于码垛机器人执行的运动具有空间多变性，因此需要在设计上的有很多细节上进行很多细节上的考虑。目前大多数码垛机器人通过一个个关节的组合，来实现相关的特定功能，因为其实用性极高，被广泛应用于制造业、食品包装和快递分拣等等领域上。码垛机器人也有相对较高的适用性，它可以通过软件的变化参数设置，针对不同的物料改变堆垛顺序和层数变化进行码垛，实现码垛的变化性。在码垛机器人的本体结构中，由于手臂起支撑作用，受的力很大，因此在设计时要特别注意硬度和刚度的计算分析，防止弹性变形和断裂的出现。手腕部分由于直接跟末端装置连接，需要重点考虑其灵活性和一定的精度要求，还必须保证其运动中的轴线始终垂直。末端装置（抓手部分）则要根据工作要求，针对码垛物件的大小、形状，进行整体设计。驱动方式可以采用液压、气压等形式。为满足青饲料裹膜机的智能化的要求,本课题要求设计一种码垛机器人的机械结构部分，作为裹膜机的上下料机械手。检测青贮草捆的位置，通过已编程的程序实现自动夹住草捆，并将其放置在裹膜机上，为自动裹膜机裹模做好准备。12码垛机器人的发展进程及发展趋势自改革开放开始，按照以市场换技术的战略，国内引进了不少的技术，同时启动的“七五”“八五”科技攻关，也开始了把机械技术列入了国家的战略当中。机器人的发展得到了较大的发展，从只有示教功能的小机器，发展到安装多种智能感应器的的机器人，可以说，机器人的智能化向前跨越了很大的一步，能够获取外部的环境信息并具有反馈能力。逐渐的应用到劳动重繁的劳动岗位上，开始了自动化生产的序幕，同时，一些危险、高温的行业，如采矿、锻造等率先投用，带起了示范作用。早期的机器人可以说只是停留在概念，因为相关的元器件和其他相关的技术要求还没有突破、全球的经济化水平还没有到达大机器生产的状态，所以距离自动生产还是有比较大的距离。到了全球经济的活跃，“大宗商品”的大订单11出现和人力成本的提升，使自动化生产成了制造业升级的一个重要话题。而欧美地区作为当时的制造业强国，则开始走向了自动化生产的研究领域。工业机器人减少了劳动力的资本、提高生产的效能、改善产品的质量、增强了生产过程中的柔性度。工业机器人朝着标准化、模块化发展，通过更加新型的微动机构来保证运动的精度要求。对于码垛机器人，根据其工作要求，在设计时重点是要注意机械手的自由度，保证它的灵活性，满足抓取、码垛、和上下料等作业。13课题的设计内容本课题来源于生产实践，在青饲料的制作上，压制好的青饲料往往需要人工搬运到裹膜包装机上随后还要用人工搬运下来。裹膜的青饲料重量达30到50KG，如此这般的重复劳动，使得工人的劳动量将很大。采用机器人技术，实现搬运的自动化将大大地提高生产效率、节省人工成本，实现搬运操作的柔性自动化，以提高生产效率。本设计主要是研究码垛机器人的结构设计，主要工作内容有以下几点1了解搬运机器人发展历程、现状以及未来发展趋势，掌握码垛机器人的机械结构特点以及基本构成部分。2对码垛机器人的总体方案进行设计，方案确定后，对各个细节进行设计。包括腕关节电机、轴承、减速器的选择；臂部材料的选择、结构的设计、受力分析、关节处销轴的校核、关节轴承的选型；传动系统的设计电机、同步带、轴承的选型，滚动丝杠、滑动导轨的选型与校核；腰部电机、减速器、轴承型号的选择抓手的运动形式、握紧力计算、驱动气缸选择。3）机械本体的运动分析与执行末端的中轴线始终垂直及执行末端的结构设计。2码垛机器人总体结构设计21方案的确定目前，我国采用的码垛机器人的主要结构形式有直角坐标型和关节型。直角坐标为四轴机器人，通过电机转动带动同步带运动，继而带动直线导轨上的滑块运动。它具有定位精度高、便于空间轨迹求解、控制简单的特点，但相应的是运动速度较低、操作灵活性差、占用工作空间大而相对工作范围小的不足。与之相比，关节型机器人有着更大的动作空间、占用空间小、有着更高的适应能力和更广的应用范围。12结合本课题，考虑夹取的青饲料的大小和适用环境，决定采用关节式机器人，来实现30到50KG重量的青饲料的上下料。参照日本不二机器人公司的码垛机器人工作过程与运动过程，选用以下方案采用平行四边形机构的原理保证手腕的轴线垂直，大、小臂则由丝杠平台带动。选定好伺服电机，通过同步带轮使丝杠转动。同步带的选用很大程度上减少了空间体积，也使得机械手更加灵活可动。丝杠平台则安放在一个支架上。夹持末端则考虑选用两端安置气缸作为动力装置。对于位置确定，拟在底座安放一个位置检测感应器来感应物品，抓手位置的气缸则需要安装磁感应开关，反馈气缸位置信息。系统初定为基于PLC的设计。如图所示，选取该机构形式进行设计。图21机器人机构形式22总体设计思路本文中的机器人设计运动范围可达18米，腰部、腕部可以回转330，运动组成还有大臂的上下运动、小臂的前后运动。驱动原件选用伺服电机驱动，抓手的驱动部件则选用气缸，以使结构更加的简化并使重量得到轻化。腕部的设计关键是要保证其轴线始终垂直，并要选用较轻的电机，由于需要的转速低且所需转矩不高，可选用的电机类型较多。机械手臂为主要承载，选用8MM钢板焊接而成，主要受力的大臂中间还焊接有4MM方形钢管。小臂在与前后大臂轴连接处各焊接一个衬套，以此保证运动的平稳性，最终通过轴承与大臂连接。轴承选用圆锥滚子轴承和深沟球轴承。13考虑运动的稳定性和可靠性，需要做的工作有对丝杠、导轨的选用和校验；销轴的计算与选用。腰部选用中低速电机，根据运动特性选用推力球轴承。23机体的运动学分析为了对运动结构的运动分析，则如下图建立XY坐标系。臂部绕腰部转动，令机构处于零位状态。这时MYXHCAC1320,1430图22机构分析14153码垛机器人腕部和腰部设计31码垛机器人腕部设计腕部直接承受执行末端负载的重量，伺服电机接减速器为末端变化位姿传送动力，减速器接法兰连接盘。由腕部托架为支撑，轴连接处为拉架轴。图31手腕部件广东海洋大学2015届本科生毕业设计311减速机的计算与选型本节减速机的型号从R系列斜齿轮减速机选型手册选取的。1实际服务系数确定减速机按照实际工况才能选定，根据它的工作时长、启动次数、载荷类型来确定。在实际设计中，我们往往会选用更大的值去保证实际工况的稳定性。这样我们必须按照一定的系数累积来确定生产值。实际服务系数一定要按照实际情况的载荷类型、运行时间、使用频率来确定、F1下和，使其三者的乘积。F2下F3下FB17由表格可以选定工作系数为原动机系数为，起动系数为下25F110F2，则有13F325F12确定减速机型号依据R系列硬齿面斜齿轮的减速机手册中我们可以选型得到相关信息，由，选择的减速机，型号为。FB24FIM4804PY1RF3718312轴承的选型因为腕部的转速并不需要高转速，又因为承受的载荷是轴向载荷，因此选用角接触球轴承，且成对使用。由机械设计手册第四版、第2卷、第7篇、轴承，选择型号为7305C的轴承,详细的参数如下轴承安装的形式为预紧布置，以提高轴承的旋转精度，增强刚性和减弱轴的振动。32码垛机器人腰部设计321腰部电机选型由于腰部的回转速度不高，因此所选的驱动电机选择中低速的较为合适。选取电机型号，它的，YD12176R/MIN下1KW下60NM下32电机外形图19下63下7320322腰部联轴器计算及其选型1理论转矩为35NPT950式子中为理论转矩（）；MN为传递的功率（）；KW为工作的转速（）。INR带入相关数据可以得到。MNT28576017952计算转矩36TZWCKT式子中为动力机系数，取10；W为工况系数，可以知道K15。为起动系数，取10；ZZ为温度系数，可以知道10。TKTK带入相关数据可以得。MNTC428579015012876021选用型号是的凸缘联轴器作为选用部件，它的公称扭矩为。GYS7M160N图32联轴器结构图下下GYS7图33联轴器参数4机器人手臂的结构及其驱动系统设计41机构的受力分析在运动过程中，H方向的丝杠副主要受到摩擦力的影响，V方向的则是受到来自Z轴方向的力。当出现如图所示的运动状态，及当AC垂直BF且AC垂直22CB时，两滚珠丝杠副承受的载荷最大。AC为小臂，BF、CB为前后大臂。图41机构受力图图41码垛机器人运动位置根据实际的工作需要我们设计相关的数据为，170AB260MC，点A到五边形的中心线长度为。108MCD240E15D下24在上图的符号当中我们把定为电动机及负载的重力总和，码垛的物品最G1大达到50KG，腕部的部件重力达到，M则为围绕点A的电机与负载的转矩0N总和，小臂选用的材料为，重量MDM952013Q235达到400N对小臂进行受力分析，可以列出下列方程0AF23410261726017012FGFM解得，4765N34542手臂关节轴承的选型与校核手臂由于承受的载荷很大，所以手臂需要设计成刚度大，以保证运动的可靠性，还有由于小臂的较好的运动响应，则需要设计成为重量较轻，这就要求我们选取小臂的截面形状，以保证小臂能选取到较大的刚度并防止小臂发生弯曲变形。同时，我们根据实际的工况，相应地设计手臂的悬伸部分。通过小臂剪力图可以知道当往B靠近时，小臂的弯矩就越来越大，所以在所结构的设计当中，往B点靠近的部分要增大尺寸，而其他的部分则采用均匀饿的的尺寸分布。B点选用销轴方式作为联接，销轴的承受载荷就很大，所以必须对它进行校核，以保证运动的可靠性，稳定性和耐用性。图43小臂剪力图24下4根据机械设计手册及相关资料的查询，我们选用的轴承为自润滑向心关节轴承，它的特点是既能承受径向载荷，同时还能承受另外一个方向较小的轴向载荷。根据相关的技术要求选轴承的型号为，当中。2RSGE525MD43销轴校核431后大臂与支架销轴联接校核1销轴的抗剪强度254242DFT钢，许用的弯曲应力，下5许用切应力MPA80MPAB120，满足一定的要求，所以销轴采用45号钢作为材料。NFT619872将相关的数值代入公式可以得到MDT4580213746421销轴的抗弯强度43BTBDAF31045可知，带入上面公式可以得到M240，MADBT3215120457640533完成了销轴的校验，我们选取它的轴径，以此满足强度的要求。D432后大臂与小臂销轴的联接校核1销轴的抗剪强度用45号钢的许用切应力，许用的弯曲应力，MPA80MPAB120，满足一定的要求，所以销轴采用45号钢作为材料。NFT61549872将相关的数值代入公式可以得到。MDT415802376422销轴的抗弯强度可知，带入上面公式可以得到MA5B4026，MBAFDT3215120453764053完成了销轴的校验，我们选取它的轴径D25MM，以此满足强度要求。433前大臂与支架销轴的联接校核1销轴的抗剪强度45号钢的许用的切应力，许用的弯曲应力，MPA80MPAB120，满足一定的要求，所以销轴采用45号钢作为材料。NFT61542371将相关的数值代入公式可以得到。MDT1568024722销轴的抗弯强度可知，带入下面公式可以得到MA5B40，MFDBT45161205764033因此选择销轴的轴径D50MM满足强度要求。434前大臂与小臂销轴联接校核1销轴抗剪强度销轴采用45号钢，其许用切应力，许用弯曲应力MPA80，将以上值带入公式（42）得MPAB120NFT61542371MDT80242销轴抗弯强度由图93可知，带入公式（43）得MA25B4027，MBAFDT4516120457640533完成了销轴的校验，我们选取它的轴径D50MM，以此满足强度要求。435其它销轴的联接校核小臂与前大臂与小臂的联结，根据上面的校核经验选用销轴的轴径为30MM；腕部与前大臂与小臂的联结，根据上面的校核经验选用销轴的轴径为30MM；连杆与后大臂的根据上面的校核经验选用销轴的轴径25MM。44竖直滚珠丝杠螺母副的计算与选型441最大工作载荷的计算根据公式，对导轨进行计算，计算最大工作的载荷为44GFKZXM式中K115；160。NFX53742（其中K为载荷系数，为摩擦系数，为进给方向的载荷）XF在图中，因为E点没有受到垂直丝杠方向的力，所以0N。1GFZ因此代入数值后有NFM94307156442最大动载荷的计算设定后大臂的运动的速度为，MIN2710SV则可以计算最大的动载荷为45MHWOQFFL3式中取12；WF2810。HF（代表滚珠丝杠副的寿命，单位为；为载荷系数；为硬度系0LR610WFHF数）通过查询，可知滚珠丝杠副的寿命公式为46601NT式中；15HT（T为使用寿命，N为丝杠转速。）47HPV初定，代入公式可以得到M5。IN140273RN将上面的数值代进可以得6公式。RL29105660将、带入可以得到MF4下NQ563915637293443初选滚珠丝杠副的型号在选取丝杠的型号时应该有额定动载荷CA，以此选QFMOAF32出初选的丝杠导程。选型，双螺母式，导5DFT02下0程为，N大于M5下151546AQ29444滚珠丝杠螺母副传动效率的计算螺旋升角OHDP5401ARCTNARCT0传动效率48TG式中，相当于摩擦角为。（为丝杠螺旋升角，为摩擦角。043F10）将相关数值代入公式得到845960154OTG445刚度的验算在传动过程中，丝杠的轴向变化会使丝杠导程产生变动，由此会影响系统30的平稳性和定为精度。引起轴向变形的因素主要有丝杠的拉压变形，丝杠与螺母间的接触变形等等。因此在设计当中需要考虑以下能引起变动的因素有1丝杠的拉伸或压缩变形量1在总的变形量中占的比率较大,可按照下面的式子进行计算149IEMASFM21式中A70；PAE512丝杠的底径为，。MD7362MDS841057/2（为丝杠两端支承间距离，为丝杠最大工作载荷N；为丝杠材料AFE的弹性模量，为滚珠丝杠的截面积）S因为转矩M通常来说比较小，就是说M约等于0那么将相关数值代入可以得到94下。M0137581502794312滚珠与螺纹滚道之间的接触变形量2计算时，我们需对丝杠加轴向最大负载的预紧力，它的数值也将23/1见到了一半。查到的公式为4103221010ZFDYJWM式子中由可以查到。4下375WZ；Z817为滚珠直径，为单圈滚珠数；为滚珠总数量，为预紧力。WDZYJF丝杠的滚珠数目31，780163520WDDZ取整数为Z17。对丝杠加的预紧力NFMYJ97143503将相关的数值代进可以得到下0。M2371859714350322因为减小到一半，所以有2。M673丝杠的刚度校验总变形量001426MM1426，取定它的有效行程是21MMM。，知道5级精度的丝杠的有效行程为时，行程56073查表M6305偏差允许达到，以此可知丝杠刚度适合。M446压杆稳定性校核在丝杠选定的尺寸的情况下，可以校验它有没有失稳的可能，通过对纵向弯曲的分析，来确定失稳的临界值KF411MKKAEIF2式子中4；KFK25；（为丝杠螺纹的底径；44205896/MDI2DA700MM。（为临界载荷；为丝杠支承系数，为压杆稳定性安全系数，为为KFKFKI截面惯性矩，为丝杠两支承端距离）4CA32将以上数值带入得到14下NFFMK94307560270528942可以知道压杆的稳定性满足要求。45水平滚珠丝杠螺母副的计算与选型451最大工作载荷的计算对导轨进行最大工作载荷的计算，为）公式（4GFKZXM式中K115；160。NFZ547（K为载荷系数，为摩擦系数，为垂直丝杠的受力）ZF，F点并没有受到水平丝杠方向的力，所以有0N。将相关的中如图1XF数值代入得。）公式（4NM38424015760452最大动载荷的计算设定前大臂的运动速度为，所以计算最大动载荷MIN2710SV公为）式（54MHWOQFFL3式中取12；WF10。H（为滚珠丝杠副的寿命，；为载荷系数，为硬度系数）0LR106单位为WFHF33初次选定，代入可以得到MPH5）公式（74IN140273RN，将T和转速N带入公式46可以得到T取使用寿命。RL296105660查可以得到，因为硬度，所以有。将3表格1WFHRC5801HF相关数值代入可以得到）公式（54。NFQ10720723842012963453初选滚珠丝杠副型号在选取丝杠的型号时应该有额定动载荷CA，以此选QFMOAF32出初选的丝杠导程。选型，双螺母式，导5DFT02下0程为，N大于。M5下151546AQ454传动效率计算螺旋升角OHDP5401ARCTNARCT0传动效率48TG式中，相当于摩擦角为。（为丝杠螺旋升角，为摩擦角。043F10）将相关数值代入公式得到83445960154OTG455刚度的验算在传动过程中，丝杠的轴向变化会使丝杠导程产生变动，由此会影响系统的平稳性和定为精度。引起轴向变形的因素主要有丝杠的拉压变形，丝杠与螺母间的接触变形等等。因此在设计当中需要考虑以下能引起变动的因素有1丝杠的拉伸或压缩变形量1在总的变形量中占的比重较大,可按公式49计算1IEMASFM21式中A70；PAE512丝杠的底径为，。MD72MDS84369/2（为丝杠两端支承间距离，为丝杠最大工作载荷N；为丝杠材料AFE的弹性模量，为滚珠丝杠的截面积）S因为转矩M通常来说比较小，就是说M约等于0。那么将相关数值代入可以得到94下。M0728361024512滚珠与螺纹滚道之间的接触变形量2计算时，我们需对丝杠加轴向最大负载的预紧力，它的数值也将23/135见到了一半。查到的公式为4103221010ZFDYJWM式子中由可以查到。4下75WZ；Z817为滚珠直径，为单圈滚珠数；为滚珠总数量，为预紧力。WDZYJF丝杠的滚珠数目，780163520WDZ取整数为Z17。对丝杠加的预紧力NFMYJ97143503将相关的数值代进可以得到下0。M2371859714350322因为减小到一半，所以有2。M4丝杠的刚度校验总变形量，取定它的有效行程是MM。8021560，知道5级精度的丝杠的有效行程为时，行程偏差允许273查表M6350达到，以此可知丝杠刚度适合。M456压杆稳定性校核在丝杠选定的尺寸的情况下，可以校验它有没有失稳的可能，通过对纵向36弯曲的分析，来确定失稳的临界值KF411MKKAEIF2式子中4；KFK4；（为丝杠螺纹的底径；425108/MDI2DA700MM。（为临界载荷；为丝杠支承系数，为压杆稳定性安全系数，为为KFKFKI截面惯性矩，为丝杠两支承端距离）4CA将以上数值带入得到1下NFNFMK38426340970458225可以知道压杆的稳定性满足要求。46水平滚动导轨副的计算选型461滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择直线滚动导轨副的设计需要考虑工作载荷，它除了保证工作的可靠性，还关系到导轨副的工作使用寿命。通常我们布置平台采用的为双导轨，一导轨上有两个滑块的形式。考虑最为极端的情况时，一个滑块承载所有的工作载荷，这时我们对垂直方向的载荷进行分析412FG4MAX式子中；1G800N。（F为外加载荷、G为移动部件的重量总和）将相关的数值代入可以得到12437。NFG154967480MAX根据计算结果，考虑工作载荷承受状况，选用型号为滚动导轨，VSBF20，。考虑滑块的尺寸大小和额定动载荷KNCA17额定静载荷KCOA783导轨的承受载荷能力，确定导轨的长度为。M203839462额定行程寿命的计算在使用导轨的时候，我们需要考虑它的使用寿命，除了工作时候受到的冲击和震动以外，我们还要考虑到温度还有硬度对它的影响程度。上面选用的导轨副硬度为60HRC，所处的工作环境温度不能大于，有C01四个滑块在上面承载，精度等级达到4级。根据相关公式，额定行程寿命如下413503MAXFCFLWTH式中；NCA817；KF946MX；0HF；1T；8CF。0W（为额定行程寿命KM；为额定动载荷，为滑块上工作载荷，LACMAXF为硬度系数，为温度系数，为接触系数，为载荷系数）HFTFFWF将相关数据代入可以得到）公式（134。KML62045968701根据经验设计，导轨的预期额定寿命是，实际的计算数值10462KM远远大于额定值，故可以得知所选的导轨符合设计要求。40图41硬度系数图42温度系数414247竖直滚动导轨副的计算选型471滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择直线滚动导轨副的设计需要考虑工作载荷，它除了保证工作的可靠性，还关系到导轨副的工作使用寿命。通常我们布置平台采用的为双导轨，一导轨上有两个滑块的形式。考虑最为极端的情况时，一个滑块承载所有的工作载荷，这时我们对垂直方向的载荷进行分析412FG4MAX式子中；2。N80（F为外加载荷、G为移动部件的重量总和）将相关的数值代入可以得到124NF153946780MAX根据计算结果，考虑工作载荷承受状况，选用型号为滚动导轨，VSBF20，。考虑滑块的尺寸大小和额定动载荷KNCA17额定静载荷KCOA78导轨的承受载荷能力，确定导轨的长度为。M20472额定行程寿命L的计算在使用导轨的时候，我们需要考虑它的使用寿命，除了工作时候受到的冲击和震动以外，我们还要考虑到温度还有硬度对它的影响程度。上面选用的导轨副硬度为60HRC，所处的工作环境温度不能大于，有C01四个滑块在上面承载，精度等级达到4级。根据相关公式，额定行程寿命如下413503MAXFCFLWTH43式子中；NCA817；KF946MX；0HF；1T；8CF。0W（为额定行程寿命KM；为额定动载荷，为滑块上工作载荷，LACMAXF为硬度系数，为温度系数，为接触系数，为载荷系数）HFTFFWF将相关数据代入可以得到）公式（134KML01265968701根据经验设计，导轨的预期额定寿命是，实际的计算数值20601KM远远大于额定值，故可以得知所选的导轨符合设计要求。5大小臂驱动系统的伺服电机用同步带的选用51伺服电机的计算与选型511丝杠驱动电机1重物折算到电机轴上的转动惯量2/BWPMJ式子中44MPB5KG20为重物折算到电机轴上转动惯量，为螺杆螺距，M为负载重量WJBP将相关数值代入上式可以得到2323107/1052KGPMB2螺杆转动惯量8/2BBDMJ式子中4KG20（为螺杆转动惯量，为螺杆直径，为螺杆重量）BJBDBM将数值代入上式得232321048/1048/KGMJBB3总负载惯量2174KGJBWL按照负载惯量3倍电机转子惯量的原则MJ21MKGJ4552计算电机转速521电机转速BPVN/式子中MI/27VPB5（为螺杆螺距，N为电机转速，V为负载移动速度）将数值代入上式可以得到RPMPNB1405/27/3522计算电机驱动负载所需要的扭矩克服摩擦力所需转矩为RDMGUTF/2式子中设定3RKGM20D4U（R为减速比，M为负载质量，D为螺杆直径，U为摩擦系数）将数值代入上式可以得到MNRGUTF6132/028920/346表52伺服电机编号说明47图51伺服电机安装尺寸根据相关的计算数据，选取伺服电机型号110STM05030作为丝杠的驱动元件，额定转矩5NM，额定转速3000RPM，额定功率15KW。53同步带设计与选取同步带的转动由于是带齿与带轮齿啮合传动方式，具有传动准确、响动声音小、没有相对滑差、效率高的显著特点，被广泛的应用在生产上。传动率可高达上千瓦，可以多轴传动的情况。在本设计当中，相对于联轴器的直接了联结使用同步带轮具有节省空间的优点并且具有传动准确的功能。1确定同步带的设计功率DPMDPK0式子中210KWM5（为载荷的修正系数，为工作机上的电动机功率）0KMPKPMD81248（2）确定带的型号和节距根据计算出来的和，查找相关表格确定带的型号及节距为DP1N，KWPD81RPM301选取同步带型号L,节距B529（3）选择小带轮齿数、1Z2选用小带轮的齿数。所以可以计算大带轮齿数为36122ZI根据经验齿数互质，故有，12Z37（4）确定带轮的节圆直径、D小带轮的节圆直径MZPB38614/259/1大带轮的节圆直径372（5）验证带轮速度V由公式可以计算得到601NDVSM/4/751（6）确定同步带的节线长度图52同步带长49其中线段ADDC12435MM弧ABMDAB354623601471弧CD7102MLP5841735462795经过查找表5，取型号165L同步带，其节线的长度，齿数MLP1494BZ（7）计算传动中心距10930MM（8）确定同步带的宽度小齿轮啮合齿数614221ZPZBM啮合系数30Z6M）（ZK基准额定功率查表6得