手持式伸缩杆电动苹果采摘机械手的设计含开题及9张CAD图
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手持式伸缩杆电动苹果采摘机械手的设计含开题及9张CAD图,手持,伸缩,电动,苹果,采摘,机械手,设计,开题,CAD
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摘 要目前我国苹果的采摘作业大都为人工采摘，为加快采摘效率需要增加劳动力，但我们需要研发水果采摘机械来提高工作效率解决劳动人口日益减少的问题。本文以苹果为研究对象，设计了手持式伸缩杆电动苹果采摘机械手，其主要由采摘器及伸缩杆构成。本文首先，对苹果采摘机械手现状及结构原理进行调研；接着，结合对苹果园及果树的实际情况和搜集的数据，设计出了结构方案，即：能够电动伸缩的自动调节伸缩杆长度及集拉抓与剪切为一体的采摘器；然后，对各主要机构及其零件进行设计与选择；最后，采用AutoCAD绘制了其装配图及主要零部件图。关键词：苹果；手持式；末端执行器；伸缩杆I河北科技学院学士学位论文ABSTRACT At present, most of the apple picking operations in China are manual picking. To speed up the picking efficiency, we need to increase labor, but we need to develop fruit picking machinery to improve work efficiency to solve the problem of the declining labor force.This paper takes apple as the research object and designs a handheld telescopic pole electric apple picking manipulator, which is mainly composed of a picker and a telescopic rod.This article firstly investigates the current status and structural principles of the apple picking manipulator; then, combined with the actual situation of the apple orchard and fruit trees and the collected data, a structural scheme is designed, namely: the length of the telescopic rod and the tension can be adjusted automatically Picker with grabbing and shearing as a whole; then, design and select the main mechanism and its parts; finally, using AutoCAD to draw its assembly drawing and main parts drawing.Keywords: Apple; Handheld; End Effector; Telescopic Rod目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论21.1 课题背景及意义21.2 国内外发展现状21.2.1 国外发展现状21.2.2 国内发展现状41.3 采摘机器人存在的问题4第2章 苹果采摘机械手总体方案设计62.1 苹果的数据分析62.2末端执行器的选择62.3 驱动方式的选择82.4 采摘机械手机械臂的选择9第3章 采摘器的设计103.1采摘电机的选择103.1.1电机类型的选择103.1.2电机型号选择103.2丝杆螺母副的选型与校核123.2.1型号选择123.2.2校核计算133.3轴承的选择与校核153.3.1轴承选择153.3.2轴承校核15第4章 伸缩杆设计174.1 伸缩杆结构设计174.2伸缩杆设计计算及校核174.3伸缩驱动机构设计19总 结20参考文献21致 谢22第1章 绪论1.1 课题背景及意义我国的苹果种植面积和产量均占世界的50%以上，而且苹果是我国的四大水果之一。果园种植业的发展提高了果园机械市场的需求。在整个生产中，由采摘果实所耗费的劳动力占据整个生产过程的5070。采摘作业季节性相对强，传统人工采摘的方式不仅仅易造成果实损伤。同时，采摘不及时将会导致经济上的损失。农业劳动力向其他行业转移，人员缺乏，随着老龄化的增长，生产成本不断提高，降低了人们的种植积极性，果园种植业的发展受到了制约。为了节约人力物力，提高果农的经济效益，开展采摘器械的研究有重要的意义。现阶段农村的土地政策不断改变使得果农的生产成本不断增加，减少了果农的收入。而且随着社会的发展越来越多的年轻人向城市发展和生活。我们国家的人口正在步入老龄化，使的农业劳动力出现了短缺的问题。综上所述，劳动力减少和生产效率低是我们现阶段必须要解决的问题。只有加快苹果采摘机械手的设计和改进才能够逐步解决现阶段的问题，而且随着我国种植业技术的加快发展，加大了对采摘机械的研究力度。采用机械采摘不仅加快了采摘的速度，也能够及时采摘降低了果实的损伤率，同时也能减少人力，降低生产成本，提高果农的收益。因此提高苹果采摘的机械化水平具有很大的意义。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状在国外农业采摘机械手的研究最早是在20世纪60年代开始的，其中美国是最早进行研究水果采摘机械手的，也是美国学者Schertz和Brown在1968年首次提出把机械手应用于果蔬采摘。最早研究出的机械只是半自动化的，研究出的采摘方式大致分为振摇式、撞击式和切割式三种类型，其中，振摇式是利用外力使树体或树枝发生振摇或振动，使苹果果实产生加速度，在梗连结最弱处与果枝分离而掉落。撞击式是撞击部件直接撞击果枝或敲打牵引果枝的棚架振落苹果果实。切割式是将树枝或果柄切断使果实与果树分离的方式，切割式又分为机械切割式和动力切割式。而且这三种采摘方式都存在着容易损伤果实、效率低和采摘到不成熟果实的缺点，存在着很大的局限性。此后随着技术的发展，人们才开始借助梯子、升降平台等工具协助果蔬的采摘，但是仍然存在着劳动密集型的特点。采摘机械的发展进程离不开计算机的帮助，随着计算机的发展，计算机的图像处理技术和工业机器人技术及人工智能控制等技术的发展日益趋于成熟。美国、法国、英国、日本、荷兰、意大利、西班牙等国家在采摘机械方面做了大量的研究工作，并进行了许多实验，相继研制出了许多采摘机械。但是用机械采摘果蔬会受到环境的影响，在市场仍没有商品化的采摘机械。美国是全球上最早研究出的，美国是在1983年成功研究出的第一台西红柿采摘机械手的；在1987年研究出了柑橘采摘机械手。此后法国、英国、韩国、日本等国家陆陆续续研发出了许多果蔬采摘机械手各式各样，比如韩国在1998年研究出了利用传感器识别成熟苹果并进行采摘的苹果采摘机械手。日本研究出里可以采摘西红柿、草莓、黄瓜等果蔬的一系列果蔬采摘机械手。其中日本对西红柿采摘机械人的研究是比较早的，日本是于1993年研究出的西红柿采摘机器人的主要组成部分是由机械手、末端执行器、传感器、移动机构等组成。其末端执行器由两个平行板手指和吸引器组成，两个手指板内侧均附有一个10mm的橡胶衬垫，以防止果实的损伤。由真空泵提供吸引器的引力，并安装一个触觉传感器，在吸引器吸附水果时，传感器被打开。其末端装有两个限位开关，探测停止位置。当吸引器把番茄果实吸住后，用手指板固定，利用采摘机器人末端执行器的腕关节把果实从果柄连接处拧下。用该末端执行件进行番茄采摘试验，成功率达到85%，该机型主要存在的问题是成熟番茄的位置如果是处于叶茎相对茂密的地方，末端执行器则无法避开叶茎障碍物完成采摘。由上述介绍，我们了解到研究出的采摘机器人存在着较大的问题。对于西班牙的柑橘采摘机器人，西班牙科研人员发明的柑橘采摘机器人主体是装在拖拉机上的，是由机械手、和计算机，光学视觉系统三大部分组成的，可以通过识别柑橘的直径大小、颜色、来判断其是否成熟来决定是否可以采摘。机器人的采摘速度是非常快的，大约一分钟就能够采摘60个，如果是人工采摘同样的时间内只能够采摘8个左右。而且柑橘采摘机器人还可以通过视频器，对采摘下来的柑橘按要求进行分类。1.2.2 国内发展现状国内水果采摘机械手的研究与国外相比起步是比较晚的，我们国家是从20世纪70年代开始研究的，由国内的大学和研究所带头进行采摘机器人和智能农业机械的研究。我们最早研究出了机械振动式山楂采果机、气囊式采果器和手持电动式采果器，而且后两种为辅助人工采摘机械，采摘效率还是太低后进行改进。在80年代我们研究出了切割型采摘器，90年代由于种植果树的热潮出现了气动剪枝机和升降平台等机械。在近30年来我们国家的研究有了很大的进步，在农业采摘方面有着大量的研究和研究成果。其中在草莓采摘方面，在农业大学张铁中教授带领下对采摘草莓机械方面做了大量的研究，。其中研发出的“采摘童1号”草莓采摘机器人最为突出，该机器人占地面积小，动作灵活，还能够通过其双目机器视觉系统采集图像信息自行搜索草莓，并进行识别采摘，其采摘机械手能够准确无误的夹持，剪切草莓果柄，并进行收集，大大降低了劳动成本，提高了工作效率。苹果采摘领域方面，在以江南大学中李想等人研究下设计出了一种实用型欠驱动苹果采摘机器人三指末端执行器，并运用Unigraphics NX进行了机构设计和三维模型的创建。而且这种新型欠驱动末端执行器大大的提高了机构的灵活性和适用性，对不同尺寸的果实都具有一定的抓取适用性；西北农林科技大学的宋怀波、张阳等人研发的偏心切割式苹果采摘装置主要是由：偏心式采摘头、可拆卸伸缩杆和缓冲下落通道三部分组成。偏心式采摘头采用刀片偏心旋转实现果柄的切割：其伸缩杆可进行拆卸来实现不同高度苹果的采摘：缓冲装置采用内置布条构成缓冲通道，降低速度防止苹果损伤。该装置通过实现测得其成功率为92.00%，其受损率为4.70%，提高了采摘效率。在番茄采摘方面，河南职业技术学院在以绍堃等人的研究下，为能够在温室大棚内采摘设计出了一种基于五自由度机械臂的番茄智能采摘机器人。其主要由定位导航系统，双目视觉系统和五自由度机械臂等组成，可通过双目视觉系统判断番茄的大小和颜色判断是否成熟，而且五自由度的机械臂精度是很高的，也进行了试验其在9个不同的高度方位上最大偏差为6.71mm，而且它的采摘效率为94.82%，每采摘一颗大约耗时9.94s，成功率高采摘效率高。1.3 采摘机器人存在的问题我们通过对比国外的采摘机械可以看出：（1）国外发达国家对农业方面的采摘机械研究时间早于我们。（2）国外的研究范围广，对于我们所知的果蔬采摘方面都进行了大量的研究。（3）国外对采摘机械的投资较多而且他们都有政府和著名企业的支持，研究技术比我们更加的先进。综上所述，国外的采摘机械更加可靠，采摘效率更高，精度更加准确。虽然我们国家对采摘机械研究较晚，但是我们近些年来进行了大量的研究同时也取得了大量的研究成果。采摘机械手实际生产中需要考虑的问题为：（1）避免在采摘苹果时造成的损伤，降低损伤率。在我们用机械进行采摘时我们要尽量避免对苹果的损伤，保证苹果的质量，如果苹果有所损伤的话苹果会逐渐腐烂，造成不可挽回的损失，降低经济效益。我们只要选择合适的末端执行器和缓冲收集装置就会降低损失率。虽然在实际操作中或多或少会对果实造成损失。（2）怎样降低采摘苹果的时间，提高采摘效率。我们设计苹果采摘机械手时最重要的一个目的就是在最短的时间内将苹果采摘完，提高工作效率，将低劳动强度，保证苹果的新鲜。然而至今为止研究出的采摘机械采摘速度并没有人工采摘的速度快，提高苹果采摘机械手的采摘效率是最重要的问题之一。（3）降低苹果采摘机械手的操作难度和制作成本。苹果是我们国家的主要是水果之一，具有季节性成熟后需要在一定的时间内采摘下来，时间是比较短的，而且使用的人大多是农民，操作越简单工人采摘的速度就越快。我们在设计时既要保证质量也要延长使用寿命，只有这样才算成功设计出了苹果采摘机械手。第2章 苹果采摘机械总体方案手机构设计2.1 苹果的数据分析苹果的大小，分布和果树的高度等生物学特征是我们设计采摘机械手的数据支持，决定着如何设计采摘机械手的机构和采摘方式。我们国家种植苹果的地域主要分为三个地域为：渤海地区，中部地区，西北地区。在有种植苹果的大多是零星分布我们将对这三个地区进行分析和数据收集。通过调研得到如下苹果生物学特征及参数：由于不同地区的环境都有着差以，所以我们将以河北省省内的苹果种植园为研究对象，进行数据采集，苹果园内标准种植应为树行距为2-34-5此为科学种植，实际中果园中种植间距大约为3m左右，行距大约为3.5m。苹果树树高最高在3m，树枝据地面最低为0.8米，苹果树冠幅在2.0到2.5m范围内。由于我们苹果种植种类较多但是众多种类中属红富士品种种植面积最广，也最受欢迎。本文将以红富士苹果为例进行数据分析如表格1红富士数据表。表格 2-1红富士苹果数据表指标最小值平均值最大值苹果直径/mm5580120苹果重量/g75140290果梗直径/mm1.32.55.12.2末端执行器的选择末端执行器是苹果采摘机械手采摘装置的主要执行部件，与苹果进行直接接触，其末端执行器设计的好坏关系到采摘效果和采摘效率，设计一个好的采摘器可以大大降低生产成本，提高工作效率。对采摘末端执行器结合实际功能要求有：（1）尽量减少对采摘对象的损伤，要求采摘器的采摘头足够柔软。（2）采摘速度尽可能快，提高工作效率。（3）有较好的适应性。（4）采摘机械手结构紧凑，减轻重量。目前我们所之的水果采摘方式分为两种第一种是通过拽拉，扭拉外力直接采摘需要采摘器对水果有较大的加持力，容易对果实造成损伤。另一种是通过剪切的方式进行采摘最为简单的是用剪刀剪切果梗采摘同时也有其他方式。虽然结构复杂但较为安全。现有的苹果采摘机械手末端执行器主要分为三种：（1）抓拉式采摘器目前市场上售卖的末端采摘器大部分为两指或三指的机械钳爪式。其结构简单，是模拟人手进行设计的，结构简单，操作方便。但是它是通过拽拉的方式采摘的，直接与苹果接触，容易损伤苹果。（2）吸附式末端采摘器吸附式末端采摘器用于一定形状，表皮光滑，较为坚硬的水果，如梨，苹果，橙子等水果。吸附式可根据工作原理将其分为磁力吸附和真空吸附两种。采摘水果我们采用真空式吸附，工作原理是将与接触物之间的空气抽空进行吸附，其需要配备真空形成装置，装置沉重不便携带，且成本较高不适合普通人群使用。（3）剪切式末端采摘器最简单的剪切采摘器主要有夹持装置和剪切装置组成。夹持装置完成苹果的采和收两过程，剪切装置完成苹果的剪切即摘这一环节。定位要求较高，采摘效率较低，不适合采摘。采摘方式比较表类型优点缺点抓拉式结构简单、操作方便、效率高对枝条和花蕾伤害稍大吸附式定位要求低、动作灵敏需要配备真空形成装置，笨重不方便携带，造价较高。剪切式结构简单，操作方便，对果实和枝条的伤害较小定位要求高，效率较低，不方便收集。通过上述对比，本次设计的为手持式采摘机械手，因此吸附式不适合。而抓拉式、剪切式各有优缺点，为了设计出合适的末端执行器，本次采用抓拉式与剪切式组合的形式，即：如下图2-1所示，采用半球形采摘爪，采摘爪前端设置剪切刀刃，且刀刃尺寸范围较宽，。工作时，采摘爪握住苹果时，刀刃夹紧苹果柄剪断。这种结构，既可以避免抓拉式末端执行器对枝条和花蕾的伤害，也可以降低剪切式末端执行器定位要求高，效率较低的缺点。图2-1 末端执行器结构方案简图2.3 驱动方式的选择目前采摘机械手的驱动源主要是采用气压驱动、电驱动、液压驱动这三种10。（1）气动压力是一个压缩空气驱动系统来驱动致动器的运动，空气压缩机通常被用作动力源。气动驱动器过载安全，结构简单，污染少，成本低，通过调节空气流量，可以实现无级变速，但大尺寸设备的运行速度不稳定，定位精度不高。（2）液压驱动系统来驱动流体压力致动器的输出力来驱动系统的稳定，固有的高效率，响应速度快，速度很简单，可以在很宽的范围内无级调速，便于适应不同的工作要求，顺利实现传输，可以吸收冲击力可以实现更加频繁和换向平稳，但容易漏油，污染，高成本，高定位精度比空气，但比电机低，流体温度和粘度变化影响传输性能。（3）电动驱动模式包括步进电机，直流伺服电机，交流伺服电机和步进电机和力矩电机等驱动器类型。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或开环控制元件的线性位移，具有控制简单，响应速度快，可靠，无累积误差等。伺服电机转子惯量，良好的动态特性，机器人由一个伺服电机驱动系统的构成与运行精度高，调速范围广，速度快，运行平稳，可靠性高，易于控制等特点。我们通过分析比较可知，液压驱动成本高驱动速度缓慢，气压驱动工作范围小噪音大。这两种驱动方式不适合采用。电机驱动工作时间长操作灵活，反应迅速。制作成本低很适合采用所以我们将采用电机作为采摘机械手的动力来源。2.4 采摘机械手机械臂的选择连接末端执行器的机械臂我们将采用伸缩杆，进行伸缩式机械臂的苹果采摘机械手设计，可调节伸缩杆采摘不同高度的苹果，闲置时可将机械臂缩短至最短，节约空间。伸缩杆由两节短杆组成，杆与杆之间由箍环连接。第3章 采摘器的设计3.1采摘电机的选择3.1.1电机类型的选择选择电机主要是利用电机工作时产生的力和力矩，直接驱动负载或者通过减速机构间接地去驱动负载。使用电机作为动力来源，提高了工作效率，同时这也是目前最为普遍的方式。电机主要分为步进电机和伺服电机，二者的区别如下，表格3-1.表 2-1电机对比表步进电机伺服电机力矩范围中小力矩（20Nm以下）大中小力矩速度范围低（转速在2000转以下，）高转速（转速可达5000转）直流伺服电机可达1-2万转矩频特性高速运转时，力矩下降快。力矩特性好。过载特性过载工作时失步可3-10倍负载工作反应速度一般快准确度较低高工作温度运行温度高运行温度一般维修性基本不需维修较好价格低高由以上分析比较伺服电机比步进电机体积小，重量轻，结构简单，力矩大，反应速度快，精准度高，噪音小，寿命长，应用广泛所以我们将采用伺服电机。3.1.2电机型号选择而BF系列伺服电动机为反应式伺服电动机，具备以上的所有条件，我们选用了型号我们选用了型号GA12-N10电压范围为8-12V的丝杠电机。的反应伺服电动机作为主运动的动力源，该机功率为20W。的反应伺服电动机作为主运动的动力源，该机功率为20W。选用时主要有以下几个步骤：（1）根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号(a)步距角初选电机型号，并从手册中查到步距角,由于综合考虑，我初选了，可满足以上公式。(b)距频特性步进电机最大静转矩Mjmax是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩Mmq与最大静转矩Mjmax的关系是：Mmq=伺服电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算：式中：Mkq为空载启动力矩；Mka为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩；Mkf为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩；为由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩。而且初选电机型号时应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即：MkqMmq=Mjmax计算Mkq的各项力矩如下：加速力矩空载摩擦力矩附加摩擦力矩（2）启动矩频特性校核步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。前面提出的，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩中的加速力矩不会很大。一般不会发生丢步现象。3.2丝杆螺母副的选型与校核普通丝杠已由专门工厂制造，因此，不用我们自己设计制造，只要根据使用工况选择某种类型的结构，再根据载荷、转速等条件选定合适的尺寸型号并向有关厂家订购。普通丝杠设计和校核，其步骤如下：首先对于一些参数说明如下：轴向变载荷，其中i表示第i个工作载荷，i=1、2、3n ；第i个载荷对应的转速(r/min);第i个载荷对应的工作时间 (h) ;丝杆副最大移动速度(mm/min);丝杆预期寿命。3.2.1型号选择（a）根据使用和结构要求 选择滚道截面形状，滚珠螺母的循环方式和预紧方式；（b）计算普通丝杠副的主要参数 根据使用工作条件，查得载荷系数=1.0系数=1.5； 计算当量转速 计算当量载荷 初步确定导程 ，取4mm计算丝杆预期工作转速计算丝杆所需的额定载荷（c）选择丝杆型号根据初定的和计算的，选取导程为4mm，额定载荷大于的丝杆。查普通丝杠型号表知，本次选定的普通丝杠螺母副型号为：GD801-1由表2-9得丝杠副数据：公称直径 导程 3.2.2校核计算（a）临界转速校核校核合格。（b）由于此丝杆是竖直放置，且其受力较小，温度变化较小。所以其稳定性、温度变形等在此也没必要校核。（c）普通丝杆的预紧预紧力一般取当量载荷的三分之一或额定动载荷的十分之一。即：其相应的预紧转矩（d）稳定性验算丝杠一端轴向固定，采用深沟球轴承和双向球轴承，可分别承受径向和轴向的负荷。另一端游动，需要径向约束，采用深沟球轴承，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩，如下图。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数，取。 安全系数 查表2-10，S=2.53.3，SS，丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临街转速。要求丝杠的最大转速。 临街转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外普通丝杠副还受值的限制，通常要求3.3轴承的选择与校核3.3.1轴承选择因为轴承受一定的轴向力的作用，所以选用角接触轴承。轴左侧：从机械设计课程设计中表15-3中查得轴承的型号为：6000。外形尺寸为：d1=10mm，D1=24mm，B1=8mm。3.3.2轴承校核1）按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承的预期寿命取为：Lh29200h由上面的计算结果有轴承受的径向力为Fr1=340.43N，轴向力为Fa1=159.90N，基本额定静载荷为C0r=63.8KN。2）径向当量动载荷 动载荷为，查得，则有，满足要求。第4章 伸缩杆设计4.1 伸缩杆结构设计在设计采摘机械手时我们必须以搜集到的苹果树及其果实特征作为尺寸设计的依据。由第2章数据可知，采摘机械手水平工作区间在0-2.5m，垂直工作区间在0.8-3m，苹果树冠幅在2.0到2.5m范围，果树高度大约在3m。伸缩杆由内管和外管，螺母套筒，丝杠，联轴器，限位卡套等主要零件组成。其工作原理是通过间接装置将电机的回转运动转化为直线运动，利用电机的正反转和丝杠，螺母完成伸缩。图2为管内部分元件。图4-1伸缩缸结构简图4.2伸缩杆设计计算及校核从收集的数据可知，苹果树最高基本在3m左右，伸缩杆总长至少为2.5m，我们对伸缩杆进行设计：设L1为内管长度，L2位外管长度，L3为外管与内管之间预留的承接部分，防止内管断裂或损伤，L4为内管与末端采摘器连接部分，L5为伸缩杆全部伸出时长度。根据果农手持杆状物体和采摘特点，我们选用外径为30mm的空心管其厚度为2mm作为外管,内管完全在外管内，内管的外径为28mm，其厚度同为2mm.伸缩杆在采摘苹果时会受力的影响，由力学原则可知杆件会发生弯曲变形，由材料力学中压杆的定义，可将伸缩杆比作为一端自由另一端固定的压杆。利用欧拉公式对伸缩杆进行稳定性校核。由上文可知，伸缩杆材料为304不锈钢，其不锈钢主要性能为：弹性模量为：E=197Gpa，比例极限为p=275MPa,由表可知。表格4-1不锈钢参数表钢号钢板标准使用状态厚度/mm下列温度下的许用应力/MPa20100150200250300350400425450475500高合金板oCr13AlGB 4237退火2-151181051011009997959087-oCr13AlGB 4237退火2-601371261231201191171121091051008972oCr18Ni9GB 4237调质2-60137137130122114111107137137137137137137114103969085827978767574oCr18Ni10TGB 4237调质，稳定化2-60137137117130112114111108106105104102137114103969085828079787776其许用安全应力是137MPa，结合上表及伸缩杆可承受的最大压力，即为Fmax=15N,l=2500mm,直径d=45mm,规定安全因数nst=6-10.由材料力学第九章公式（9-6），求出1=E/p=197109275106=71.64伸缩杆可假设为一端固定一端移动的压杆，由材料力学可知=2，知伸缩杆横截面为圆环，i=IA=d4求得它的柔度为：=li=2(250010-3m)(3110-3m)14=645.16因为1，该伸缩杆可用欧拉公式计算临界压力，得cr=Fcr/A=2EI/A(l)2所以，Fcr=crA=2EA/（li）2伸缩杆的工作安全系数为n=FcrFmax=13.462nst满足稳定性要求。4.3伸缩驱动机构设计伸缩杆驱动机构包括伸缩电机、伸缩丝杠螺母副、轴承，选型计算过程与上一章相同，本节不一一复述，仅展示选型结果。（1）伸缩伺服电机同样我们选用了型号GA12-N20电压范围为8-12V的丝杠电机。的反应伺服电动机作为主运动的动力源，该机功率为30W。（2）伸缩丝杠螺母结合实际我们将采用M8*1.25*1200型号的丝杠。且有3.1节可知伸缩杆采用铝合金制作。（3）根据实际采用深沟球轴承，信型号为6000。总 结这次的毕业设计，是对我大学4年所学的知识进行一次系统的应用和巩固，对课本知识的重新梳理和完善，将4年所学知识整合起来，融汇贯通，以达到经过四年的量的积累后通过毕业设计得到质的提升的目的。这次的毕业设计，是我大学里最具挑战性的项目，完成这次毕业设计，能使我的综合能力有很大的提升，使我以后的工作提供一个可靠的经验和基础。顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但同时也发现了自己的许多不足与欠缺，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握
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