机械手-机器架体焊接作业机器人设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘要 本论文在综述近年来机器人技术研究和发展状况的基础上，结合焊接机器人的设计，对机器人技术进行了系统的分析，提出了整体结构、执行部件的设计方案。 本文结合焊接的位置和精度的各方面的要求以及机器人在焊接过程中出现的问题，参考近几年机器人技术研究和发展的状况，在充分发挥机电一体化的特点优势互补，对焊接机器人的整体机械结构、传动系统和驱动装置进行了分析和设计，提出了一套整体结构设计方案和传动方案。采用直角坐标的框架式机械结构形式，这种方式既有对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有可长时间持续工作，精确度高、抗 恶劣环境的能力。并对它的三个坐标运动进行了设计；采用步进电机驱动，导轨和滚珠丝杠传动。 通过以上的工作，得出了结构简单、装配容易、稳定性好，可以代替人的劳动，到环境恶劣的地方去工作，实用性强，适合全面推广和应用。 关键词：机器人；焊接；机电一体化；结构设计； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 he in in in on to as as in in in of on a of to to is on to a of to to of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目录 .题选择的意义 题选择的必要性 .器人任务要求和结构设计 动系统设计 动系统性能分析与方案设计 .制系统方案设计 . 珠丝杠副的特点 .计条件 .向精度与轴向间隙的确定 . 17 杠轴的确定 .母的确定 .位精度的确定 .转扭矩的确定 . . .用条件 . 24 块作用载荷 . 24 压的选定 .虑预压载荷的寿命 . 31 论 考文献 .谢 录 1 外文翻译 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 题选择的意义 随着科学技术的发展，焊接逐步成为制造业尤其是装备制造业中的重要加工手段，在世界发达国家，如美国、日本和欧洲的汽车制造、车辆、造船及航空航天业的焊接生产中，焊接机器人和焊接自动化专业的应用非常广泛。 从机器人诞生到 20 世纪 80 年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了 20世纪 90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的 制造水平、控制速度和精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方发达国家，与机器人价格相反的是，人的劳动力成本有不断增长的趋势。图 1计的从 1990 2000年的机器人价格指数和劳动力成本指数的变化曲线。 图 1料来源： 图中，把 1990年的机器人价格指数和劳动力成本指数都作为参考值 100，至 2000年，劳动力成本指数为 140，增长了 40%；而机器人在考虑质量因素的情况下价格指数低于 20，降低了 80%，在不考虑质量因素的情况下，机器人的价格指数约为 40，降低了 60%。这里，不考虑质量因素的机器人价格是指现在的机器人实际价格与过去相比较；而考虑质量因素是指由于机器人制造工艺技术水平的提高。机器人的制造质量和性能即使在同等价格的条件下也要比以前高，因此，如果按过去的机器人同等质量和性能考虑，机器人的价格指数应该更低。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 由此可以看出，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广带来了契机。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用 机器人显然要比采用人工所带来的利益大。一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。虽然机器人一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。而机器人价格的降低使一些中小企业投资购买机器人变得容易。因此，机器人的应用在各行各业得到了飞速发展。根据 2001年全世界有 75万台机器人用于工业制造领域，其中 9万台在 北美， 2004年底全世界在役的工业机器人至少有约 100万台。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机器人显然要比采用人工所带来的利益大。一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。工业机器人的出现使人们首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度。 焊接自动化机器人技术，在国内虽然取得了较快的发展，但大部分都以进口设备为主。国产设备在技术、功能、稳定性等方面，尚需要进一步完善，创造品牌产 品，还有一段路要走。目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其他工业机器人一样，在不断向智能化和多样化方向发展。我国制造业中焊接机器人的应用主要是在 20世纪 90年代以后（个别企业在 80年代中期），经历了一段摸索阶段，近 8年来焊接机器人的数量增加很快，特别是在汽车制造业。根据 2001年的统计，全国共有各类焊接机器人 1040台，其中弧焊机器人多于点焊机器人。汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的 76%，是我国焊接机器人最主要的用户。汽 车制造厂的点焊机器人多，弧焊机器人较少；而汽车零部件厂的弧焊机器人多，点焊机器人较少。整个行业中点焊与弧焊机器人的比例约为 3:2。其他行业大都以弧焊机器人为主，主要分布在工程机械（ 10%）、摩托车（ 6%）、铁路车辆（ 4%）、锅炉（ 1%）等行业。近年来在金属家具行业中采用焊接机器人的数量明显增多。焊接机器人已经分布在全国各个大经济买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 区，但主要集中在东部沿海和东北地区。东部的上海和东北的长春两个汽车城是我国拥有焊接机器人最多的城市。 由于焊接机器人系统涉及的技术多，也比较复杂，应该采取以企业为主导的广泛政产学研联 合攻关的方式，从生产实际出发，全面解决焊接机器人系统的合理、正确应用问题。具体而言，表现在以下几方面。机器人操作机结构、机器人控制系统、机器人传感技术、网络通信功能、机器人遥控和监控技术、虚拟机器人技术、机器人性能价格比、多智能体调控技术。对机器人控制系统要求较高，重点研究开放式、模块化控制系统。向基于 于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的 6轴机器人发展到现在 能够控制 21轴甚至 27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。但由于需要配置的仪器多、投资大、技术水平要求高，在企业中进行大量推广应用还有相当大的困难，它只适用于少数特别关键的设备，而企业中已得到大部分设备只需要掌握其运行状态和变化趋势即可，所以简易的机器人控制系统具有此功能。由于简易机器人控制系统具有投资少、见效快、技术水平要求较低、易于推广等特点，在部分企业中已得到应用，但从目前的应用情况看，仍处于低水平应用阶段，只要实现 3轴坐标的运动和焊头的摆动就可以了。有很大的发展前景。 据不完 全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。 图 1002年一季度北美市场工业机器人用途统计（资料来源： 图 1们所说买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人，其中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在 内的抓物、搬运、安装、卸料等多种任务。 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。这对人工焊接是个挑战，这样劳动成本就会提高。 2机器架体焊接作业机器人总体方案设计 机器人是一种知识密集，技术密集的机电一体化的高技术产品。机器人在生产中的应用，对提高劳动生产率、提高产品质量、改善劳动 条件、提高企业的应变能力、促进新产业的建立和发展、改变劳动结构以及促进相关学科的技术进步，均发挥了重大的社会效益和经济效益。因此对机器架体焊接作业机器人采用系统的观点进行整体功能分析，可以实现功能和整体结构布局，对提高系统的整体性能、降低成本起着重要的作用。 a) 悬臂式直角坐标机构简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 b)龙门式直角坐标机构简图 c)天车式直角坐标机构简图 图 2要想提高生产效率，导轨要精确定位外，还必须要减少焊接的时间。也就是说焊接过程中，不 能使焊接件动，那样会浪费时间而且还会影响精度，所以要是焊接机器人的执行部件也就是焊头，实现旋转和摆动的过程。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 机械结构的设计是机器架体焊接作业机器人最终执行好坏的基础，所以 机械结构的布局、类型、传动方式以及驱动系统的设计直接关系着焊接机器人的工作性能。机器人按操作机的结构型式分类可以分为 4类；直角坐标型机器人（如图 2圆柱坐标型机器人（如图 2球坐标型机器人如图（ 2关节型机器人（又称 图 2 图 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 2 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度。而且结构简单，刚性比较好。但是，直角坐标机器人为了实现一定的运动空间，它的结构尺寸，要比其他类型的机器人的结构尺寸大。圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度一般。球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动实现的。这种机器人结构简单、成本低，但精度不高。关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节 机器人动作灵活、结构紧凑、占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。根据以上机器人的分类，直角坐标机器人的结构比较简单刚性也比较好，位置精度也较高，所以在工业中应用十分广泛。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 a)水平关节型机器人机构简图 b)垂直关节型机器人机构简图 图 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 针对设计的机器架体焊接作业机器人，为了使它具有一定的操作灵活性和较好的使用性能，在结构设计上采用直角坐标型。它的整体布局结构合理，如图 2个机器人系统设计为 5个自由度，将运动分解为两部分 :移动部分和操作部 分。移动部分占两个自由度，包括左右和前后的移动机构 ，这 2个自由度之间没有耦合，相互不干扰；操作部分占 3个自由度，包括上下运动、旋转运动和摆动机构。 均 布 6 0 2 52传动装置的作用主要是将驱动元件的动力传递给机器人相应的执行部件，以实现各种预定的运动。目前常用的传动方式有 :皮带轮传动、链条传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆传动、行星齿轮传动、谐波减速传动以及螺旋传动等。谐波齿轮传动具有体积小、结构紧凑 、效率高、能获得大的传动比等优点，但存在扭转刚度较低且传动比不能太小的缺点。行星齿轮传动具有结构紧凑、效率 高的优点是用于中等减速比传动，但存在齿轮间隙，难以实现正反转过程中精买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 确位置要求，因此限制了它的广泛应用。蜗轮蜗杆机构常用于要求有大的传动比且传动过程中要求机构自锁的场合，这种方式安全性能高，但同样存在齿侧间隙，而且效率较低。皮带轮传动可以实现过载保护，可是存在弹性滑动，和链传动一样使用一段时间后易松弛，传动运转过程中还产生动载荷，因此，二者常用于传动精度要求不高的场合。滚珠丝杠传动具有传动效率高、摩擦 阻力小、运转平稳且能够有效消除传动间隙，无传动“爬行”现象和不自锁等优点，但是价格较高。因此滚珠丝杠螺母被广泛应用于要求较高的数控传动系统中。另外，在数控传动系统中，同步齿形带传动由于其具有稳定的工作性能也得到了广泛的应用。 （ 1）机器人移动部分传动 由于机器人精度要求不是很高，在满足性能的基础上考虑到经济性要求，所以，上下移动机构选用螺旋传动，由一对丝杠螺母螺旋副来承担将电动机的旋转运动转换为机器人的直线移动。在设计的过程中，要减少悬置部分总的质量。直角坐标运动的二维运动，如图 2 （ 2）机器人执行部 分传动 考虑到机器人移动部分的操作误差，机器人的执行部分由两部分组成，一部分是机构可以上下自由移动，以实现机器人到达焊接位置的调整，这部分由滚珠丝杠传动来实现电动机的功能传递；另一部分是机器人的焊枪的运动，这部分由键连接电动机，带动轴一起旋转，使焊枪可以自由转动，下端一个电动机使焊枪作一定角度的摆动。这样可以使工作范围内的任何焊件都可以焊接，并且满足焊接角度。结构如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 均 布 6 0 2 5a)b)2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 2工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。 液压驱动系统：由于液压技术是一种比较成熟的技术。它具有动力大、力（或力矩）与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱 动等特点。适于在承载能力大，惯量大以及在防爆环境中工作的这些机器人中应用。但液压系统需进行能量转换（电能转换成液压能），速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低，液压系统的液体泄漏会对环境产生污染，工作噪声也较高。因这些弱点，近年来，在负荷为 100以下的机器人中往往被电动系统所取代。 气动驱动系统：具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等特点。适于在中、小负荷的机器人中采用。但因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机器人中，如在上、下料和冲压机器人中应用较多。 电动驱动系统：由于低惯量、大转 矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器（交流变频器、直流脉冲宽度调制器）的广泛采用，这类驱动系统在机器人中被大量选用。这类系统不需要能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电机后面需装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 环境中，成本也较上两种驱动系统的高。但因这类驱动系统优点比较突出，因此在机器人中被广泛的选用。因此，综合以上各种驱动系统的优缺点，选用电动驱动方式。 近些年来，针对机器人、数控机床等自动机而开发的各种类型的伺服电动机及伺服驱动器的大量出现，为机器人驱动系统的更新创造了条件 。由于高起动力矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电机在机器人中的应用，因此负重小的工业机器人大多数采用电动驱动系统。其驱动系统原理方块图大致如图 2 在机器人驱动系统中应用的电动机大致可分为如下类型：小惯量永磁直流伺服电动机、印刷烧组永磁直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机（力矩电动机）、反应式步进电机、同步式交流伺服电动机、异步式交流伺服电动机。 步进电动机是一种可以直接将数字脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件，具有控制简单、响应速度快、工作可靠、无累计误差等优点。它能够直接接受数字信号，无需中间 转换，直接输出的位移量与输入数字脉冲量相对应，能实现直接的数字控制。步进电机以开环方式工作，可省去伺服电机驱动装置 图 2中位置检测与反馈部分以及 A/D, D/而简化了系统结构，使控制成本大大降低。另外，步进电机的抗干扰能力强、无累计定位误差，可重复反转而不损坏，并且步进电机的位置和速度控制简单，具有一定精度，使用与维护都很方便。传统观念认为步进电机的控制性能差、难以实现机器人的空间轨迹控制，因而步进电机很少用于机器人的轨迹控制。考虑到步进电机的输出不是连续量，为了达 到某些系统较高的定位精度要求，可以对步进电机驱动系统进行细分控制，也可以采用闭环控制方式获得更高的驱动性能。由于步进电机驱动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 具有较好的经济性，随着电机制造技术的提高，尤其是步进电机驱动技术的革命性变化，步进电机也己经被广泛应用于数控机床、复印机、打印机以及机器人关节臂的驱动上。平面关节型机器人多采用步进电机直接驱动方式，不但可以节省机械传动装置，而且可以有效的消除机械减速所带来的误差和效率的降低，提高运行的速度和定位精度。开环控制由于不存在噪声干扰问题，工作安全可靠，系统简单，价格低廉，特别是电子、计算机技 术的迅速发展和提高，步进电机开环控制精度几乎能达到闭环控制的控制精度。考虑到控制的方便性、可靠性以及系统整体上的经济性，对移动系统和控制手爪转动的电机均采用步进电机构成的开环驱动控制方式。开环控制可以大大简化系统结构，减轻计算机的运算负担，并且可以降低成本和提高可靠性。控制焊枪旋转的电机则选用一般的交流电机即可。 在步进电机的选型上，考虑到步进电机品种规格较多，仔细分析它们的特点，来恰到好处的选择。 步进电机按结构和工作原理可分为反应式、永磁式以及混合式等几种。 反应式步进电机 :反应式步进电 机可以将电脉冲信号直接转为转角，其转角的大小与输入的脉冲数成正比，而其旋转方向则取决于输入脉冲的顺序。多为单极性励磁，结构简单，精度容易保证，步距角小，启动和运行频率较高，但励磁电流较大，电机内部阻尼小，低频时容易产生振荡，断电后无定位转矩。 永磁式步进电机 :步距角大，输出力矩大，转矩波动小，机械特性硬度大，启动频率较低，但控制功率较小，效率高，造价便宜，内部阻尼大，不易振荡，断电后有定位转矩。与 转子惯性也较大。 混合式步进电机 :是永磁式和反应式相结合的一种形式。兼有磁阻式步距角小、响应频 率高和永磁式励磁功率小、效率高的优点。但是结构复杂，需要正反脉冲供电，成本较高。 根据几种常用电机的性能、特点分析，对该机械人的控制移动部分升降和控制焊枪微量摆动及旋转的驱动由于其要求既具有较高的控制性能，又具有定位转矩，所以均选用混合式步进电机。步进电机选型时还需要考虑实际工作需要，在初期确定减速比 (电机转速 /负载转速 )之后，通常考虑以下几方面的问题 : 1、 选择步进电机的步距角 b，要求 b I 其中 负载轴要求的脉冲当量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 2、 选择步进电机的转矩 初步选择步进电机时，可按下式选择步进电机的最大转矩 m T 括负载的阻尼转矩和加速转矩。 K 系数 ，一般取 2 3. 5 3、 步进电机运行频率 f 为 :f=60=60 式中 : b 一步距角 4、 步进电机的矩频特性 一般步进电机转矩随运行频率升高而迅速下降，经过改进的步进电机可以在一个很宽的范围内保持转矩在一个很小的幅度内变化。但是必须保证在实际运行工况下，选用的电机可以给出足够转矩。 计算机系统是整个机器人控制系统核心部分，结构和功能的划分以及设计的合理性直接影响着整个机器人系统功能的实 现，计算机控制系统应具有较强的可靠性、较高的运行速度以及较好的性能价格比，在满足工作性能要求基础上体现出较好的经济性要求。 （ 1）硬件平台选择 在主控计算机的选用上存在两种解决方案，即采用单片机并自行设计开发各种功能模块构成主控计算机系统和基于工业控制计算机系统 (如 线工控机或 线工控机等 )并开发必要的专用功能模块接口板 (或者利用现成的专用功能模块接口板 )。机器人控制部分的主控计算机选用 控机与采用单片机构成的廉价控制系统方案相比较，性能差别主要体现在以下几个方面 : 1、一般情况下，机器人关节 间的运动存在级间耦联现象，在关节位置和速度的控制上必须满足适时性控制要求，因此存在大量的数据运算和处理过程，在编程上，体现为大量的浮点运算和程序上占用大量的内存空间。单片机由于可寻址的存储容量范围有限，可能存在不能达到性能要求和编程复杂、开发工作量大等缺点，而 开发工作量较买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 小。 2、机器人控制系统不仅要求具有高可靠性的硬件支持，而且要求在软件上能实现各种控制功能。单片机可直接利用的现成软件资源较少，而 程序设计更加方便灵活 而且软件的移植灵活性好，因此基于 且具有完备的编程语言和开发环境。 3、采用单片机进行一个完整的控制系统开发，虽然目标系统成本较低，但试制阶段的费用并不低廉，更为重要的是在开发硬件系统时工作量大、开发周期长，而且硬件的可靠性和抗干扰性能难以达到较高要求。随着计算机技术的不断进步， 时价格在大幅度降低，采用 以有效地缩短开发周期并能降低成本，对经济型机器人控制系统是一个优选的硬件 解决方案。 在机器人控制方式上，目前主要有集中式控制、主从式控制和分级控制三种方式。对于多关节机器人，每个关节对应一个处理器，将机器人控制中计算量最大的动力学方程按关节进行分解，作为各个子算法分布在各关节处理器上同时进行计算，然后输出到主控制器中，这种采用模块化结构、主从方式组成分布式多处理系统，是多关节机器人控制系统发展的方向，目前应用最为广泛的是两级或两级以上计算机构成的分布式控制方式。集中式系统是最典型、结构最简单的控制系统，它将所有的信息输入、处理、控制均集中在一台计算机上，因而对该计算机的性能要求 较高，而分布式系统则降低了对计算机性能的要求，且系统可扩充性能好，易于维护，但故障率比集中式控制方式高得多。随着计算机技术的迅速发展和存储技术的日新月异，许多微型机在速度和性能上己经接近甚至超过小型机，并且在价格上大幅度降低，可靠性增强，使用和维护更加方便。同时，随着各种技术支持软件的丰富，使编程方便易行、软件的可移植性高，因而采用高性能价格比的微型计算机进行经济型机器人的集中式控制己成为可能。在微型机领域， 能、价格特别是软件技术支持方面都有很多优点，使它在工业控制系统中得到广泛的应 用。因此，该机械手控制系统采用集中控制方式，利用工 外加一块 口卡作为步进电机驱动器运动控制用接口卡，这样既增加了硬件的可靠性，又缩短了开发周期。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 （ 2）软件系统 硬件系统是控制功能赖以实现的物质基础，软件则是计算机系统协调各部件完成控制功能的神经中枢。软件功能的划分与结构上的实现在计算机控制系统中具有极其重要的作用。软件设计的目标是依据需要完成整体功能以最优的方式把软件各部分内容有机组织起来，使整个系统具有较高的运行效率、可靠性、灵活性和操作实用性。该 机械手软件系统主要承担的功能包括 :运动学运算、路径规划、参数输入、人机接口控制以及故障报警和处理系统，在功能的实现上应使系统具有较好的人机界面和灵活的操作控制功能。 一、滚珠丝杠传动具有一系列优异的特性。它的传动效率高达 85% 98%，为普通滑动丝杠传动的 2 4倍。其运动平稳性好，在工作中摩擦阻力小，灵活度高。通过预紧，能够消除间隙、提高传动刚度。进给精度和重复定位精度高。使用寿命长，约为普通滑动丝杠传动的 4 10倍。同步性好、使用可靠、润滑简单、保养方便。因此，它 在工业机器人在中得到了广泛的应用。由于滚珠丝杠传动返行程效率高，不能自锁；因此，在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。 二、 高精度的保证。 滚珠丝杠副是在严格进行温度管理的工厂内，用最高水平的机械设备进行研削，直到装配、检查，均在完善的品质管理体制下进行，因而确保了精度。 三、微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以起动扭矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。 四、 无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压，由于预压可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性。它由于运动效率高、发热 小，所以可实现高速进给。 计条件 滚珠丝杠行程长 200 最大速度 50m/s 加速时间 减速时间 分钟往复次数 n=8 回复间隙 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 位置决定精度 000 操作位置决定精度 小进给量 s=冲 驱动电机额定回转数 3000r/机惯性力 10 减速机构 A=1 导向面摩擦系数 = 导向面无载荷时摩擦力 f=15N 向精度与轴向间隙的确定 一、 导向精度的确定： 滚珠丝杠 副的导程精度按 了满足位置决定精度 000 1000= 00。所以必须选择 00据滚珠丝杠的精度等级，选定 积累导向误差为 00度等级 择价格较低的轧制滚珠丝杠来使用。 轴向间隙的确定 为了满足回复间隙为 此选择轴向间隙必须低于 据满足轧制滚珠丝杠的轴向间隙要小于 以选择轴径低于 36度等级为 杠轴的确定 一、 丝杠轴的选择 根据工作任务，以及滚珠丝杠的精度等级要求，选择轴径 d=36,导程 l=8，全长为 1650的滚珠丝杠。 丝杠轴支撑方法的选择 二、丝杠轴支撑方法的选择 因为滚珠丝杠的行程长 1200大速度为 250mm/s，所以丝杠轴的支撑方法有固定 固定型和固定 支撑型，但是，固定 固定型的构造比较复杂，而且部件精度和组装精度的要求非常高，所以丝杠轴径的支撑方法选择：固定 支撑型。 三、容许轴向载荷的确定 质量 m=3000 工作面的摩擦系数 =作面无负载时阻力 f=15N 最高速度 50m/s 加速时间 速度 a= 50 10m/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 进程加速时： f 3000 5+3000 5=15309N. 进程等速时的轴向负载： f =3000 5=309N 进程减速时的轴向负载： 3000 55=返程减速时的轴向负载： f 14691N. 返程等速时的轴向负载： f = 309N 返程减速时的轴向负 载： f 14691N. 因此滚珠丝杠上作用的最大轴向载荷为 15309N 丝杠轴的弯曲载荷： 4 411 2 10m 导程 丝杠轴外径 丝杠长度 3 5 5101 6 5 0 241 丝杠轴的许用拉压载荷 : 22211 1 6 1 1 6 3 6 1 5 0 3 3 6P d N 21丝杠轴的弯曲载荷与许用拉压载荷在使用上都能满足要求。 经查表并计算后选择 滚珠丝杠副在静止或运动的状态下受到过大的载荷及很大的冲击负载时，会在沟道滚动面和滚珠表面形成永久性变形。 （ 1） 基本额定静负载。 在承受到最大应力的接触部位上使滚珠的永久性变形量和沟道滚动面的永久性变形量之和，达到滚珠直径的 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 基本额定静负载。 （ 2） 静态安全系数。 所谓基本额定静负载（ 一般的作为滚珠丝杠副的容许轴向载荷。根据使用条件在计算载荷时有必要考虑下述的静态安全系数。因为滚珠丝杠副在静止或运动中会承受由于冲击或启动停止而发生惯性力等，想不到的外力作用，要特别注意。 m ax f 容许轴向载荷 基本额定静负载，查得 静态安全系数。查得.0 1700N 与最大轴向载荷 15309N 比较大，因此许用 轴向载荷适合。 （ 1） 滚珠丝杠副的寿命 滚珠丝杠副受外部负载而运动时，沟道滚动面及滚珠会不断地受到循环应力的作用，达到临界值时，滚动面就会产生疲劳破损，表面的一部分会发生鱼鳞状剥 落。所谓滚珠丝杠副的寿命指的是滚动面或滚珠其中任一由于材料的滚动疲劳而最初产生表面剥落为止的总会转数。 滚珠丝杠副的寿命具有很大的分散性，即使同批制造的产品，在同样运动条件下使用，寿命也会有很大差别。因此为了确定直线运动系统的寿命，一般使用额定寿命，其定义如下： 额定寿命指的是让一批同样的滚珠丝杠副在同一条件下分别运动，其中 10%发生表面剥落时达到的总转数。 （ 2） 基本额定动负载 本额定负载（ 于滚珠丝杠副在受到负载而运动时的寿命计算。 基本额定动负载（ 是让一批同样的滚珠丝杠副分别运动 时，使额定寿命达到 L=106的方向与大小不变的负载。 （ 3） 寿命计算 买文档就送您