毕业设计（论文）-路锥自动装车摆放装置的设计（全套图纸三维）.pdf

毕业设计毕业设计(论文论文) 路锥自动装车摆放装置设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 学学 号：号： 姓姓 名：名： 专专 业：业： 系系 别：别： 指导教师：指导教师： 二一五年三月二一五年三月 i 摘摘 要要 本课题来源于当今社会高速公路的维护设备更新换代基础之上，通过设计出 路锥自动装车摆放装置，从而来满足当今高速公路维护设施不足的缺陷。高速公 路建设体现了一个国家的交通发达程度和经济发展的整体水平。它不仅方便了人 们的出行，同时也加强了城市之间的联系和合作，带动了当地的经济发展。改革 开放以来，我国经济高速发展，尤其现在是中国全面建设小康社会的关键时期， 十二五规划期间，高速公路的建设与发展也将迎来一个历史发展时期。高速公路 建设发展的同时，也对其相关的配套设施提出了新的要求。例如德国具有世界上 最先进的公路系统，其中相当一部分的高速公路已经配备了先进的后续维护设备， 不仅可以方便车辆快速通行，甚至还有路况监控系统，反馈到中央系统进行及时 处理，更加人性化。 任何事物都有其安全保障期限，高速公路也是一样的。我们在不断提高高速 公路建造工艺及耐久性的同时： 也需要对高速公路进行不断的养护。随着道路的 不断损害及自然侵蚀，高速公路的使用功能不断下降。高速公路建设飞速发展， 但是其养护管理工作却相对落后，两者的矛盾已经不断凸显。合理解决两者之间 日益尖锐的矛盾，显得特别的重要。高速公路养护管理就是对公路的保养与维护， 保养侧重于从建成通车就开始的全过程养护，维护侧重于对破坏的部分进行修复， 是指通过管理数据库和有效的道路、桥梁评价预测系统，不断采用新的技术工艺， 以最实用的方式保证路面平整、畅通以及各种设施完好，提高高速公路的耐久性 和抗灾能力，使高速公路养护维修达到高标准、高效率、高机动性的要求，保持 高速公路经常处于完好状态，防止其使用质量下降，并向高速公路使用者提供良 好的服务所进行的作业。由此可见道路的养护管理是一项艰巨而又复杂的工作。 中国自古就有养护公路的优良传统，西周时期就设有“司空”一职，负责按季节 整平道路，并规定“列树以表道，立鄙食以守路” 。同时养护工作应该按照“预防 为主，防治结合”的原则进行开展。采取适当的工程技术措施，坚持日常保养及 时修复，保证公路畅通、整洁、完好，延长公路的使用时间。公路维修养护时部 分路段要封闭管制交通，即在作业区外放置交通标志，引导车辆的行驶。在维修 养护作业时，必须要保证行车和作业区的安全，在作业区外摆放交通路锥或设置 路障以引导车辆的行驶，特别是在高速公路上作业时，由于行车速度快，车流量 大，更有必要摆放路锥等来引导交通。 本文运用大学所学的知识，提出了路锥自动装车摆放装置的结构组成、工作 原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了路锥自 ii 动装车摆放装置总的指导思想，从而得出了该路锥自动装车摆放装置的优点是高 效，经济，并且安全系数高，对高速公路的维护以及机动车辆人身的安全起到了 很大的作用的结论。 关键词：路锥自动装车摆放装置；设施；结构组成；安全 iii ABSTRACT With development of all kind of science technology and global economy, F manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heay labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompress engt F hthdirec tionpro cedurework. Artificial intelligence and the relationship between mechanical engineering in the brain and the hand approximation, the relationship between the difference is only in artificial intelligence will need to use the hardware machinery manufacturing. In the past, all kinds of machinery without mans operating and controlling the reaction speed, accuracy and operating by the brain evolved slowly and nervous system restriction, artificial intelligence will eliminate this restriction. Computer science and mechanical engineering, the mutual promotion between parallel, will make the mechanical engineering at the higher level is the beginning of a new round of development,The inverted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non- linear, strong- coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. During the control process, pendulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, follow- up and track, therefore.This paper studies a control method of double inverted pendulum . First of all, the mathematical model of the double inverte d pendulum is established, then make a control design to double inverted pendulum on t he mathematical model, and determine the system performance index weightmatrix , by iv using genetic algorithm in order to attain the system state feedback control matrix. F th e simulation of the system is made by . KEYWORDS： pneumatic manipulator ； cylinder ； pneumatic loop ； Fout degrees of freedom v 目目 录录 摘摘 要要 . i ABSTRACT . iii 目目 录录 . v 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 2 1.2 本课题研究的内容 . 3 1.3 机械手的组成和分类 . 2 1.3.1 机械手的组成 . 2 1.3.2 机械手的分类 . 2 2 路锥自动装车摆放装置总体结构的设计 . 12 2.1 路锥自动装车摆放装置的总体方案图 . 12 2.2 路锥自动装车摆放装置的工作原理 . 13 2.3 机械传动部分的设计计算 . 14 2.3.1 出料输送线电机的选型计算 . 15 2.3.2 直线导轨的设计计算 . 17 2.3.3 V 带传动的设计计算 . 17 2.4 主臂回转力矩的计算 . 20 2.5 主臂气缸的选型计算 . 20 2.6 四杆机构的选型计算 . 20 3 各主要零部件强度的校核 . 18 3.1 传动轴的校核与计算 . 19 3.2 轴承强度的校核计算 . 20 4 路锥自动装车摆放装置中主要零件的三维建模 . 21 4.1 电机的三维建模 . 22 4.2 机械手的三维建模 . 23 4.3 夹具的三维建模 . 24 4.4 路锥自动装车摆放装置的三维建模 . 25 vi 5.机械手的 PLC 控制系统设计. 30 5.1 可编程控制器的选择 . 31 5.2 可编程控制器的使用步骤 . 32 结结 论论 . 3 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致致 谢谢 . 36 参考文献参考文献 . 37 附录附录 一一 . 38 附录附录 二二 . 39 7 1 绪论绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有， 一些专业知识是必不 可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参 加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化 的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难， 不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越 来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提 高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未 来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消 除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛 等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、 更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和 宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件， 人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的 发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人 类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的 工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以 及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件 还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和 8 运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互 促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开 始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲， 它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世 纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分 解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之 后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个 人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘， 可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块 的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题 太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出 现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。 综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专 业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体， 从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的 冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科 学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 1.2 管套压装专机的发展现状 当今社会， 随着机械工业的蓬勃发展， 各行各业的机械设备也在不断地更新， 不断地完善，管套压装专机同样在发展着，传统的管套压装专机是采用人工的形 式来压管套到管子上面，劳动效率低，压装精度低下，不适合批量生产的场合。 现代管套压装专机是一种特殊的机器代替人工来在管套中压入轴承。随着机械工 9 业的发展， 使用轴， 轴承和轴套越来越广泛的应用， 已知轴和轴承， 轴套与 H8 / R7 的过盈配合，压紧力大，并且压力随着压入长度的增加而增加。在无缝钢管两端 均匀压入衬套，并确保两套轴套筒的相对位置，最后，在相应的位置钻孔和攻丝 螺钉。如果你使用手工装配，不仅劳动强度大，效率低，精度低，难以满足批量 生产的要求。因此，使用一种特殊的管套压装专机成为发展趋势。 1.2 本课题研究的内容本课题研究的内容 我的路锥自动装车摆放装置的设计重点是依靠 SOLIDWORKS。在设计过程 中，了解路锥自动装车摆放装置的结构特征和三维软件的使用要领。 本文的设计目标是路锥自动装车摆放装置的设计。该装置能够在公路建设维 护时，对路锥进行拾取和摆放。其研究内容包括： （1）功能分析与方案设计； （2）机械传动部分的设计计算及标准件选型； （3）具体结构的图纸绘制； （4）编写设计说明书。 1.3 机械手的组成和分类机械手的组成和分类 1.3.1 机械手的组成机械手的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各 系统相互之间的关系如方框图 2-1 所示。 10 机械手组成方框图: Pane chart of composition of manipulator (一)执行机构 包括手部、主臂、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 1、手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸 附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪) 和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有 回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型 应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直 径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结 构取决于被抓取物件的表面形状、 被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量 及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式; 指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力 来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆 杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 2、主臂 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势) 11 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、主臂的重要部件。手臂的作用是带动手指 去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置.工业机械手的手臂通常 由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机 构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的 各种运动。 4、立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动 和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立 I 因工作需要，有 时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 5、行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安 滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。 滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。 6、机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机 座上，故起支撑和连接的作用。 (二)驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组 成。常用的驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业 机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系 统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种， 它支配着机械手按规定的程序运动， 并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时 间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进 行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 (二)控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的 控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统 有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给 予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制 系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有 错误或发生故障时即发出报警信号。 12 (四)位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制 系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构 以一定的精度达到设定位置. 1.3.2 机械手的分类机械手的分类 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准， 在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 (一)按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种: 1、专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械 手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大 批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和 叻口工中心” 2、通用机械手 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性 能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制 系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断 变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可 分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可 以是点位的，也可以实现连续轨控制， 伺服型具有伺服系统定位控制系统， 一般的伺服型通用机械手属于数控类 型。 (二)按驱动方式分 1、液压传动机械手 是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百 公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的 泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手 采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电 液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 2、气压传动机械手 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源 极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有 13 可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般 在 30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、 轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 3、机械传动机械手 即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。 它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要 特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动 作程序不可变。 4、电力传动机械手 即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运 动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手 的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前 途。 (三)按控制方式分 1、点位控制 它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不 能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目 前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 2、连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动 过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制 系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 2 路锥自动装车摆放装置总体结构的设计路锥自动装车摆放装置总体结构的设计 2.1 路锥自动装车摆放装置的总体方案图路锥自动装车摆放装置的总体方案图 本次设计的路锥自动装车摆放装置采取的方案是：工作人员将路锥从仓库取 出摆放到皮带输送机上，皮带输送机会自动将路锥自动输送到车上，同时车上设 一机械手，当需要摆放路锥在指定的维修区域时，机械手会将路锥从车上取下并 摆放在车上应该放置的位置，以备路段维修时使用。当路段维修好后，路锥会返 回到车上原先位置，这时如需要将路锥取下时，也可通过机械手将路锥送回地面， 实现轻松移载，其具体方案布局图如下： 14 2.2 路锥自动装车摆放装置的工作原理路锥自动装车摆放装置的工作原理 路锥自动装车摆放装置的工作原理为：人工将路锥放在皮带输送机上面，皮 带输送机会自动将路锥自动输送到车上，同时车上设一机械手，当需要摆放路锥 在指定的维修区域时，机械手会将路锥从车上取下并摆放在车上应该放置的位置， 以备路段维修时使用。当路段维修好后，路锥会返回到车上原先位置，这时如需 要将路锥取下时，也可通过机械手将路锥送回地面，实现轻松移载 2.3 机械传动部分的设计计算机械传动部分的设计计算 2.3.1 出料输送线电机的选型计算出料输送线电机的选型计算 已知整个出料输送线的总重量 150KG,其他重量 50KG，我们取总重量为 200Kg，钉排移动速度为 12r/min。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 15 有速度可知每秒上升 50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 2 400 /min 0.005 电机 = Vl nr PB 3.负载转矩 0.3 10 200 0.005 1.73 . 220.9 = B gMP TLN m 式中： 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用电机型号为 160BL-A，此无电机厂家为机电 产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 16 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为 160BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.37KW，额定转矩为 7.62N.m，最大转矩为 9N.m， 额定转速为 3000r/min。电机大致图如下： 17 外形尺寸 292x232，电机输出轴径为 24mm。 2.3.2 直线导轨的设计计算直线导轨的设计计算 1）导轨主要根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为： （1）滑动导轨 两导轨之间为滑动摩擦。结构简单，制造方便，刚度好，抗振性高，是 机床上最广泛采用的。 特点：导向精度高，不会出现间隙，能自动补偿磨损。一般选取三角形 顶角=90,重型机械采用大顶角=110120。当水平力大于垂直力，V 形 导轨两侧受力不均匀时， 采用不对称 V 形导轨。 直线导轨和圆导轨均可采用 承 载能力大，制造方便。必须留有侧向间隙。不能补偿磨损。用镶条调整时，会降 低导向精度。 需注意导轨的保护。直线导轨和圆导轨均可采用 尺寸紧凑，适用 于要求高度小导轨层数多的场合。可构成闭式导轨。用一根镶条可以调整各面 的间隙。刚度比平面导轨小。制造简单，弯曲刚度小，主要用于受轴向载荷的导 轨。适用于同时作直线和旋转运动的场合。 （2）滚动导轨 滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及 挡板等组成。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密 磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入 返向孔后再 进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防 尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。 特点： 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与 导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获 18 得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间 隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。与 V 型十字交叉滚子 导轨相比，摩擦阻力可下降约 40 倍。 适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约 10 倍。能实现高定位精度 和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。 成对使用导轨副时，具有“误差均化效应” ，从而降低基础件（导轨安装面） 的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。导轨副滚道截面采用合理 比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高， 滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。 导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性 能。简化了机械结构的设计和制造。 2）导轨的确定 查机械设计手册 3第二版选取直线滚动导轨副系列，又根据机床设计 要求的特点，本设计初步选择: (1)直线滚动导轨副选取四方向等载荷型（GGB 型） ，其特点是：垂直向上向下 和左右水平额定载荷是等同的，额定载荷比较大，刚度高。 (2)尺寸规格初选 45，其结构形式选择 AA 型。 (3)每根导轨上的滑块数为 2。 (6)查出全自动轴承磨床推荐的精度等级为 3。 (7)导轨的材料为 HT200. 初步确定直线滚动导轨的型号为 GGB45AA1C123 选择用南京工艺设备制造厂的滚动直线导轨如图 1 19 2.3.3 V 带传动的设计计算带传动的设计计算 1）设计功率 d P kwP A K d P0 . 142 . 1= A K 工况系数，查 B1 表 8122 ，取 A K 1.2 P传递的功率 2）选定带型 根据 d p 和 1 n 查 B1 图 812 选取普通 V 带 A 型， 1 n 小带轮转速，为 1440r/min 2.2.3 传动比 = 0 i 1.76 2 n i n1 min/818018 76 . 1 1440 r= 3）小带轮基准直径 1 d d （mm） 由 B1 表 8112 和表 8114 选定 1 d d 100mm min d d 75r/min 4）大带轮基准直径 2 d d （mm） cmdid dd 17610076 . 1 12 = 由 B3 表 87 得 2 d d =180mm 5）带速验算 smvsm nd v d /3025/54 . 7 100060 1440100 100060 max 1 1 = = = 6）初定轴间距 0 a （mm） 20 mmdda dd 280)(2 21 0 =+= 7）所需带的基准长度 0 d L （mm） 0 2 0 4 )( )( 2 2 12 210 a dd ddaL dd ddd += 2804 80 280 2 2802 2 + 886mm 依 B1 表 818 取 d L 900mm，即带型为 A900 8）实际轴间距 a mm LL aa dd 287 2 886900 280 2 0 0 += + 9）小带轮包角 1 oo 3 . 57180 12 1 = a dd dd = oo 3 . 57 287 80 180 = o 164 10)单根 V 带的基本额定功率 1 p 根据带型号、 1 d d 和 1 n 普通 V 带查 B1 表 8127（c） 取 1.32kw 11) 1i 时单根 V 带型额定功率增量 1 P 根据带型号、 1 n 和i查 B1 表 8127（c） 取 0.15kw 12)V 带的根数 Z Z = 49 . 3 87 . 0 96 . 0 )15 . 0 32. 1 ( 8 . 4 )( 11 = + = + La d kkpp P a k 小带轮包角修正系数查 B1 表 8123,取 0.96 21 L k 带长修正系数查 B1 表 818，取 0.87 13)单根 V 带的预紧力 0 F 2 0 ) 1 5 . 2 (500mv Zv P k F d a += = 2 54 . 7 1 . 0 54 . 7 4 8 . 4 ) 1 96 . 0 5 . 2 (500+ =134（N） mV 带每米长的质量（kg/m）查 B1 表 8124，取 0.1k/gm 14)作用在轴上的力 F )(106182sin41342 2 sin2 1 0 NZFF= = o )(159282sin41343 2 sin3 1 0max NZFF= = o max F 考虑新带初预紧力为正常预紧力的 1.5 倍 15)带轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重 量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。 轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度 mRa2 . 3= ）以减轻带的磨损。 带轮的材料为 HT150。查 B1 表 8110 得基准宽度制 V 带轮轮槽 尺寸，根据带轮的基准直径查 B1 表 8116 确定轮辐 22 2.4 主臂回转力矩的计算主臂回转力矩的计算 主臂的回转的时候，驱动主臂回转时的驱动力矩必须克服主臂起动时所产生 的惯性力矩，主臂的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩。 主臂转动时所需的驱动力矩可按下式计算: 封摩偏惯驱 MMMMM+= 式中: 驱 M - 驱动主臂转动的驱动力矩( cmN ); 惯 M - 惯性力矩( cmN ); 偏 M - 参与转动的零部件的重量(包括工件、夹具部位)对转动轴线所产生的 偏重力矩( cmN )., 下面分析各阻力矩的计算: 1、主臂加速运动时所产生的惯性力矩 M 悦 若主臂转动过程按等加速运动，主臂转动时的角速度为，起动过程所用的 时间为 t ，则: 23 ).( 1 cmN t JJM += ）（ 惯 式中:J- 参与主臂转动的部件对转动轴线的转动惯量 ).( 2 scmN ; 1 J - 工件对主臂转动轴线的转动惯量 ).( 2 scmN 。 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 1 J 为: g G JJ c 1 1 += 2 1 e 式中: c J - 工件对过重心轴线的转动惯量 ).( 2 scmN : 1 G - 工件的重量(N); 1 e - 工件的重心到转动轴线的偏心距(cm), - 主臂转动时的角速度(弧度/s); t - 起动过程所需的时间(s); 起动过程所转过的角度(弧度)。 2、主臂转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 M 偏 = 偏 M 11e G + 33e G ( cmN ) 式中: 3 G - 主臂转动件的重量(N); 3 e - 主臂转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm) 当工件的重心与主臂转动轴线重合时，则 11e G 0= . 3、主臂转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 封 M = 封 M )( 2 12 dRdR f BA + ( cmN ) 式中: 1 d ， 2 d - 转动轴的轴颈直径(cm); f - 摩擦系数，对于滚动轴承 01 . 0 =f ，对于滑动轴承 1 . 0=f ; 24 A R , B R - 处的支承反力(N)，可按主臂转动轴的受力分析求解， 根据 0=）（FM A ,得: 33l GlRB+ = lGlG 122 + B R = l lGlGlG 332211 + 2.5 主臂气缸的选型计算主臂气缸的选型计算 本次设计的机械手，主臂气缸是控制机械手主臂上下摆动的关键部分，根据 系统工况可知，车门装配机械手的主臂升降是通过气缸推动四杆机构来进行的， 根据已知条件可知： 已知机械手主臂各个零件的重量以及其他零部件的总重量为 200KG，根据公 式 F=P*S=0.5(取气压 0.6Mpa）*S,可得 S=100mm。式中： F 是所需要的输出力； P 是系统压力； S 就是活塞面积； n 是安全系数，一般气缸水平使用取 0.7，垂直使用取 0.5； 于是算出气缸缸径为 200mm，行程根据实际情况我们选择 400，所以我们选择 费斯托低摩擦气缸。 2.6 四杆机构的选型计算四杆机构的选型计算 作用力和力作用点运动线速度方向之间所夹的锐角称为压力角，常用表 示；压力角的余角称为传动角，常用表示。曲柄摇杆机构的传动角随曲柄的转动 而变。传动角越大则机械效率越高，动力传动中一般要求传动角最小值 有必要检 验 应大于 40。 因此设计曲柄摇杆机构时值。那么，最小传动角在什么位置出 现呢？分析如下：可以证明：若机架上 A、D 两点位于 C、C连线的同一侧，则 当 =0时， 最小，有机架上 A、D 两点位于 C、C连线的两侧，则 =180时 的 最大(钝角)，有 =180。不难看出，对于曲柄主动的曲柄摇杆机构，最小传动 25 角就是连杆和摇杆所夹的最小锐角。 当主臂匀速转动时， 摇杆作变速摆动，而且往复摆动的平均速度是不 同的。 若将平均速度小的行程作为工作行程（正行程） ，将平均速度大的 行程作为非 工作行程（反行程） ，那么，我们把曲柄摇杆机构这种正、反 行程平均速度不等的特性称为急回特性。急回特性常用行程速比系数 K（摇 杆反、正行程平均速度之比）来度量。 如图所示，曲柄顺时针匀速转动，摇 杆左右摆动（顺时针为正行程，逆时 针为反行程） 。我们把摇杆处于两极 限位