码垛机器人部分机械结构设计说明书

1、码垛机器人部分机械结构设计题 目：码垛机器人部分机械结构设计 摘 要近些年来，我国经济高速发展，不论城镇还是农村，居民生活水平都大大提高，人们对生活水平的质量不断提高，人们出行对引用水的安全性要求也提高，因此，人们出差、参加会议、学习或旅游等出行在外，桶装水成为解决引用水的主要途径。本设计主要研究机器人搬运成件桶装水的搬运过程及码垛过程。经调查，我国成件桶装水的销量每年都呈递增的趋势，热别是夏天，销量和需求量更是达到最高点。生产成件桶装水的企业的压力更是很大，对现有成件桶装水的搬运多为人工搬运，搬运工人的劳动力度很大，成件桶装水的码垛效率不高，成件桶装水的存放环境污染也比较差，生产的水来不及堆

2、垛存放，造成了空间的浪费，即使现有桶装水企业已经引进了机器人码垛作业，但是码垛和搬运的过程自动化程度不高，不适合当代社会企业的发展要求，在这样的社会背景下，结合现代企业对车间生产线的要求，研发能够自动搬运桶装水的码垛机械人来完成这一过程非常有必然。本课题码垛机器人机械系统结构设计主要根据成件桶装水的码垛现状, 针对国内桶装矿泉水的生产环境, 设计了一种自动码垛成件桶装水的机器。通过分析和比较现有成件桶装矿泉水设备及其部件的结构和功能，进行创新性设计。本次主要对码垛机器人机械系统结构进行总体方案的设计，其次，对码垛机器人机械系统结构上的关键零部件选型和计算，选型部分主要是码垛机器人机械系统结构上

3、电机和联轴器、轴承等标准件的选型，计算部分主要是对码垛机器人机械系统结构上的传动机构进行受力分析、校核等的计算。 关键词：成件桶装矿泉水；自动；抓取装置；码垛AbstractIn recent years, our country economy high speed development, whether urban or rural areas, residents living standards have greatly improved, the quality of peoples life level unceasing enhancement, people travel r

4、equirements for the safety of drinking water are increase, therefore, people on a business trip, to attend the meeting, study or tourism, such as traveling, bottled water as the main way to solve the drinking water. This design mainly studies the handling process and palletizing process of the barre

5、led water carried by the robot. According to the investigation, the sales volume of bottled water in China increases every year, especially in summer. Manufacturing into a bottled water pressure is very big, the existing pieces of bottled water carrying more for manual handling, handling the workers

6、 labor strength is very big, into a pallet of bottled water efficiency is not high, as a bottled water storing environment pollution is more bad, production water before stacking haulms, caused the waste of space, even if the existing bottled water companies have introduced a robot palletizing homew

7、ork, but stacking and handling process automation degree is not high, not suitable for the development of the contemporary social enterprise requirements, in such a social background, combining modern enterprise to the requirement of the workshop production line, It is necessary to develop stacking

8、robots that can automatically carry barreled water.The mechanical system structure design of the task of palletizing robot is mainly based on the status quo of palletizing the barreled water into pieces, aiming at the production environment of domestic barreled mineral water, a machine of automatic

9、palletizing the barreled water into pieces is designed. Through the analysis and comparison of the structure and function of the existing barreled mineral water equipment and its components, the innovative design was carried out. The main on the overall scheme of the structure of palletizing robot m

10、echanical system design, secondly, to palletizing robot key components selection and calculation of the mechanical system structure, the selection of parts mainly palletizing robot mechanical system structure of motor and coupling, bearings and other standard parts selection, calculation part is mai

11、nly for palletizing robot mechanical system structure on the transmission mechanism of stress analysis and checking calculation.Key Words: Mineral water in pieces; Automatically; Grasping device; pallet目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc40212079 1 绪 论 PAGEREF _Toc40212079 h 1 HYPERLINK l _Toc4021208

12、0 1.1 课题的背景和意义 PAGEREF _Toc40212080 h 1 HYPERLINK l _Toc40212081 1.1.1 课题的背景 PAGEREF _Toc40212081 h 1 HYPERLINK l _Toc40212082 1.1.2课题的意义 PAGEREF _Toc40212082 h 1 HYPERLINK l _Toc40212083 1.2码垛机器人国内外发展现状及趋势 PAGEREF _Toc40212083 h 2 HYPERLINK l _Toc40212084 1.2.1码垛机器人国外发展现状及趋势 PAGEREF _Toc40212084 h

13、2 HYPERLINK l _Toc40212085 1.2.2码垛机器人国内发展现状及趋势 PAGEREF _Toc40212085 h 2 HYPERLINK l _Toc40212086 1.3课题的主要内容和方法 PAGEREF _Toc40212086 h 3 HYPERLINK l _Toc40212087 1.3.1课题的主要内容 PAGEREF _Toc40212087 h 3 HYPERLINK l _Toc40212088 1.3.2 课题的主要方法 PAGEREF _Toc40212088 h 4 HYPERLINK l _Toc40212089 1.4课题的创新之处 P

14、AGEREF _Toc40212089 h 5 HYPERLINK l _Toc40212090 第2章 码垛机器人机械系统结构总体方案的设计 PAGEREF _Toc40212090 h 6 HYPERLINK l _Toc40212091 2.1 成件桶装矿泉水技术参数分析 PAGEREF _Toc40212091 h 6 HYPERLINK l _Toc40212092 2.2 码垛机器人机械系统结构的工作原理 PAGEREF _Toc40212092 h 6 HYPERLINK l _Toc40212093 2.2.1 抓取成件桶装矿泉水动作的原理 PAGEREF _Toc402120

15、93 h 6 HYPERLINK l _Toc40212094 2.2.2 码垛机器人的移动原理 PAGEREF _Toc40212094 h 6 HYPERLINK l _Toc40212095 2.3 码垛机器人总体方案的设计 PAGEREF _Toc40212095 h 7 HYPERLINK l _Toc40212096 2.3.1 行走小车方案的设计 PAGEREF _Toc40212096 h 7 HYPERLINK l _Toc40212097 2.3.2 机械手组件的方案设计 PAGEREF _Toc40212097 h 7 HYPERLINK l _Toc40212098 2

16、.3.3 成件桶装矿泉水夹具方案的设计 PAGEREF _Toc40212098 h 8 HYPERLINK l _Toc40212099 第3章 码垛机器人机械系统关键零部件的设计及选型 PAGEREF _Toc40212099 h 9 HYPERLINK l _Toc40212100 3.1成件桶装矿泉水夹具体部分的结构设计 PAGEREF _Toc40212100 h 9 HYPERLINK l _Toc40212101 3.1.1 抓取部分的功能分析 PAGEREF _Toc40212101 h 9 HYPERLINK l _Toc40212102 3.1.2 抓取部分的结构设计 PA

17、GEREF _Toc40212102 h 9 HYPERLINK l _Toc40212103 3.2夹抓取部分夹紧力及驱动力的计算 PAGEREF _Toc40212103 h 9 HYPERLINK l _Toc40212104 3.3机械手腕部的结构设计 PAGEREF _Toc40212104 h 11 HYPERLINK l _Toc40212105 3.3.1腕部功能分析 PAGEREF _Toc40212105 h 11 HYPERLINK l _Toc40212106 3.3.2腕部结构设计 PAGEREF _Toc40212106 h 11 HYPERLINK l _Toc4

18、0212107 3.3.3腕部驱动力矩的计算 PAGEREF _Toc40212107 h 11 HYPERLINK l _Toc40212108 3.3.4腕部驱动电机的选型 PAGEREF _Toc40212108 h 12 HYPERLINK l _Toc40212109 3.4机械手小臂部分结构设计 PAGEREF _Toc40212109 h 12 HYPERLINK l _Toc40212110 3.4.1小臂部的功能分析 PAGEREF _Toc40212110 h 12 HYPERLINK l _Toc40212111 3.4.2小臂的结构设计 PAGEREF _Toc4021

19、2111 h 13 HYPERLINK l _Toc40212112 3.4.3小臂驱动力矩的计算 PAGEREF _Toc40212112 h 13 HYPERLINK l _Toc40212113 3.4.4小臂驱动电机的选型 PAGEREF _Toc40212113 h 14 HYPERLINK l _Toc40212114 3.5机械手大臂部分结构设计 PAGEREF _Toc40212114 h 14 HYPERLINK l _Toc40212115 3.5.1大臂部分功能分析 PAGEREF _Toc40212115 h 14 HYPERLINK l _Toc40212116 3.

20、5.2大臂的结构设计 PAGEREF _Toc40212116 h 14 HYPERLINK l _Toc40212117 3.5.3大臂驱动力矩的计算 PAGEREF _Toc40212117 h 15 HYPERLINK l _Toc40212118 3.5.4大臂驱动电机的选型 PAGEREF _Toc40212118 h 15 HYPERLINK l _Toc40212119 3.6机械手旋转座的结构设计 PAGEREF _Toc40212119 h 16 HYPERLINK l _Toc40212120 3.6.1旋转座的功能分析 PAGEREF _Toc40212120 h 16

21、HYPERLINK l _Toc40212121 3.6.2旋转座的结构设计 PAGEREF _Toc40212121 h 16 HYPERLINK l _Toc40212122 3.6.3旋转座腰部驱动力矩的计算 PAGEREF _Toc40212122 h 16 HYPERLINK l _Toc40212123 3.7 传动机构中V带的设计及选用 PAGEREF _Toc40212123 h 17 HYPERLINK l _Toc40212124 3.7.1 V带的分类 PAGEREF _Toc40212124 h 17 HYPERLINK l _Toc40212125 3.7.2 V带传

22、动的特点 PAGEREF _Toc40212125 h 19 HYPERLINK l _Toc40212126 3.7.3 V带的结构和型号 PAGEREF _Toc40212126 h 20 HYPERLINK l _Toc40212127 3.7.4 V带的设计计算 PAGEREF _Toc40212127 h 20 HYPERLINK l _Toc40212128 3.7.5 设计和选用V带带轮 PAGEREF _Toc40212128 h 25 HYPERLINK l _Toc40212129 5 总 结 PAGEREF _Toc40212129 h 30 HYPERLINK l _T

23、oc40212130 参考文献 PAGEREF _Toc40212130 h 31 HYPERLINK l _Toc40212131 致 谢 PAGEREF _Toc40212131 h 321 绪 论1.1 课题的背景 二十一世纪以来，世界各国机械行业都在朝着自动化方向发展。最近几年，我国机械行业提出了 “智能制造2025计划”，这足以说明我国机械行业发展迅猛，也在大力发展机械自动化，把人从繁重的体力劳动中解放出来，第三产业机械也不例外。发展第三产业机械已经引起到国家领导人的关注，这使得农业机械的发展迎来大好时机。近些年来，人们对生活水平的质量不断提高，人们出行对引用水的安全性要求也提高，因

24、此，人们出差、参加会议、学习或旅游等出行在外，桶装水成为解决引用水的主要途径。本设计主要研究机器人搬运成件桶装水的搬运过程及码垛过程。经调查，我国成件桶装水的销量每年都呈递增的趋势，热别是夏天，销量和需求量更是达到最高点。生产成件桶装水的企业的压力更是很大，对现有成件桶装水的搬运多为人工搬运，搬运工人的劳动力度很大，成件桶装水的码垛效率不高，成件桶装水的存放环境污染也比较差，生产的水来不及堆垛存放，造成了空间的浪费，即使现有桶装水企业已经引进了机器人码垛作业，但是码垛和搬运的过程自动化程度不高，不适合当代社会企业的发展要求，在这样的社会背景下，结合现代企业对车间生产线的要求，研发能够自动搬运桶

25、装水的码垛机械人来完成这一过程非常有必然。1.2课题的主要内容和方法1.2.1课题的主要内容在目前码垛机器人机械系统结构的基础上进行创新设计，旨在为码垛装置增加一种结构类型，为第三产业机械的发展增添一点微薄之力。本课题的主要内容如下：（1）对成件桶装矿泉水生产地的环境进行分析，调研成件桶装矿泉水的存放间距、行距等数据，以及成件桶装矿泉水在码垛过程中的分布规律及分布区域，收集成件桶装矿泉水码垛存放的数据参数。（2）了解以往成件桶装矿泉水码垛及分类采用的方式，总结在码垛过程中的遇到的问题点及难点，提前为后面的总体方案的设计奠定一定的工艺基础。（3）进行成件桶装矿泉水码垛机器人机械系统的总体方案设计

26、。（4）依据成件桶装矿泉水码垛机器人机械系统的总体方案设计，对支撑机构、传动系统、执行机构等用到的关键零部件件进行选型和计算，最终完成成件桶装矿泉水垛机器人机械系统的设计。1.2.2 课题的主要方法1.通过查阅文献，了解成件桶装矿泉水生产环境的因素，调研成件桶装矿泉水存放的行距、间距以及成件桶装矿泉水在码垛过程中的分布规律等，了解以往成件桶装矿泉水码垛的工艺过程，寻找苹成件桶装矿泉水码垛作业的设计参数；2.通过对比分析以往成件桶装矿泉水码垛过程中的优缺点，进而取其精华，去其糟粕，为自己的设计提供理论依据，进而为自己的优化设计提供参考；3. 在设计过程中，对一些自己无法解决且无法查得的专业问题，

27、可向专业老师或专家教授等进行咨询讨论研究。本文码垛机器人机械部分结构设计，主要使用的方法为：文献查阅即搜集整理相关研究资料为设计做准备；用比较分析法即比较国内外不同地区的码垛机器人的不同的工作原理以及不同的工作方式相互借鉴提取精华努力使课题得以完善；根据成熟的设计原理与计算公式进行设计计算，必要时提出改进方法，通过请教老师和学长学姐，了解码垛机器人设计的注意事项和方法。查阅文献资料得知，根据动力源来分，驱动系统主要由液压驱动方式、电机驱动方式。齿轮齿条驱动方式、气压驱动方式等形式，本次采用电动机和齿轮齿条组合的方式作为驱动系统的选择。控制系统主要由可编程控制器组成，由于该部分主要为电气部分，本

28、次要求主要进行机械部分的设计，故不再这里赘述。1.3课题的创新之处1、底部增加移动平车，可以快速实现码垛机器人的移动，打破了传统固定式机器人的作业受空间的影响。2、码垛机器人设计成4自由度关节型机械人形式，它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。适合于几乎任何轨迹或角度的工作可以自由编程，完成全自动化的工作提高生产效率，可控制的错误率代替很多不适合人力完成、有害身体健康的复杂工作。第2章 码垛机器人机械系统结构总体方案的设计2.1 成件桶装矿泉水技术参数分析经过查阅文献资料，成件桶装矿泉水的码垛分布参数如下几点：1、成件桶装矿泉水码垛的长度间距：0.5m左右；

29、2、成件桶装矿泉水码垛的宽度间距：0.5m左右；3、成件桶装矿泉水码垛的高度间距：1.5m；2.2 码垛机器人机械系统结构的工作原理本次所设计的码垛机器人机械系统结构主要由行走小车、机械手装置等三部分组成，机械手装置由支撑组件、手臂组件和抓取组件组成。2.2.1 抓取成件桶装矿泉水动作的原理抓取装置由抓手安装板、架块支架、气缸、拉杆和连接销等组成，架块支架安装在抓手安装板上，拉杆1、拉杆2通过连接销连接在气缸伸出的拉杆上，安装板固定在成件桶装矿泉水安装板上，通过气缸的伸出和收缩，拉杆1、拉杆2不断打开和关闭，进而来完成夹取成件桶装矿泉水的目的。2.2.2 码垛机器人的移动原理首先，码垛机器人通

30、过行走小车，可以实现走向不同码垛位置的移动动作的完成，其次，将抓取装置运动到指定的成件矿泉水处的动作则由机械手装置来完成。支撑组件可以实现360度旋转的动作，进而可以完成行走小车移动一次位置，所有工位的成件矿泉水的码垛作业；手臂组件由大臂和小臂组成，可以实现行走小车移动一次位置时，在该位置处成件矿泉水上所有左右和上下位置处的成件矿泉水的码垛，进而可以实现码垛区各个位置处的成件矿泉水的码垛要求。2.3 码垛机器人总体方案的设计2.3.1 行走小车方案的设计行走小车主要作用是为机械手装置系统支撑和定位。本次的行走小车方案示意图见下图2-1所示：1-后轮对装置，2-底板，3-皮带，4-减速机，5-电

31、机，6-前轮对装置，7-转向机构，8-转向电机图2-1 行走小车方案示意图2.3.2 机械手组件的方案设计机械手装置由支撑组件、手臂组件和抓取组件组成，具体见下图2-2所示：1-支撑底座 2-支撑杆 3-大臂组件 4-小臂组件 5-抓取部分连接杆图2-2 机械手组件结构示意图2.3.3 成件桶装矿泉水夹具方案的设计成件矿泉水夹具体主要用来夹取成件矿泉水的，需要实现的功能是将成件矿泉水定位、夹紧，然后通过机械手的移动，将其码垛在指定的区域，具体方案图见下图2-3所示：1-拉杆1；2-架块支架2；3-抓手安装板；4-液压拉杆；5-连接销；6-拉杆2图2-3 成件桶装矿泉水夹具体结构示意图经过以上的

32、分析，本次所设计的成件桶装矿泉水机械系统结构总体方案示意图如下图2-4所示：1-行走小车，2-支撑组件，3-机械臂组件，4-夹具体图2-4 成件桶装矿泉水机械系统结构示意图第3章 码垛机器人机械系统关键零部件的设计及选型3.1成件桶装矿泉水夹具体部分的结构设计3.1.1 抓取部分的功能分析抓取部分是本次码垛机器人设计的重点，本次设计的主要目标是能够将成件桶装矿泉水进行码垛堆放，所设计的抓取部分必须能实现在抓取成件桶装矿泉水的时候，夹紧力需要牢固，并且在夹紧件桶装矿泉水后不能掉落，装夹桶装矿泉水时定位需要得到保证，要确保安全。3.1.2 抓取部分的结构设计在设计抓取部分的结构时，要充分考虑定位和

33、夹紧这两点。经过分析和比较，本次所设计的桶装矿泉水抓取部分结构图如下图3-1所示：1-拉杆1；2-架块支架2；3-抓手安装板；4-液压拉杆；5-连接销；6-拉杆2图3-1 夹持部分结构图3.2夹抓取部分夹紧力及驱动力的计算由题目要求，一件矿泉水的重量不算太重，但是在设计中不可忽略不计，本次取件矿泉水的重量为5kg，所设计的夹具对封盖的夹紧力可按公式计算： 式中 在这里指的是安全系数，取值的话一般取；在这里指的是夹持部分实际工作情况的系数。具体计算方式可用下公式计算：A指的是在重力方向上向上的最大加速度 ， ；在这里指的是夹持部分在提升是的最大提升速度；在这里指的是夹持部分在运行中达到最大速度所

34、用的时间，本次可取值为；在这里指的是夹持部分的方位系数；G在这里指的是夹持部分所夹持的重力（N）。计算：首先我们假设设抓取部分从零直到最高响应所需要时间，那么夹紧力和驱动力的计算方法如下：设 =1.01; =0.5 由以上可得知，我们把数据带入得到夹紧力的值为：FN由题目要求，驱动力和夹紧力大小相等，方向相反，根据驱动力公式得：=-=0.75N取=。3.3机械手腕部的结构设计3.3.1腕部功能分析腕部的主要作用是连接和支撑。主要连接的结构是抓取装置和机械手组件的小臂部分。3.3.2腕部结构设计在设计机械手装置时，需要综合考虑在腕部和夹抓取装置连接处需要有一个转动的自由度，腕部要满足灵活转动的要

35、求，在腕部的设计过程中需要综合考虑实际问题需要，需要考虑腕部结构设计时的成本管控和合格的质量问题，在选材上，腕部需要能够承受的住力的要求经过分析，我们本次设计的抓取部分腕部的结构图如下图3-2所示：1-电机 2-减速机 3-电机安装板 4-小齿轮 5-大齿轮 6-夹紧机构保护罩图3-2 夹紧腕部机构示意图3.3.3腕部驱动力矩的计算驱动力矩的计算公式如下:在以上计算公式中:-参与腕部的相对于转动轴的转动惯量；-在这里，是指工件对手腕转动轴线的转动惯量; -是指手腕相对于转动轴在转动时的角速度(弧度/s);- 是指腕部在从静止到起动，在这里过程中所需的时间(s)。将参与手腕转动的成件矿泉水可以简

36、化为一个30mm30mm的圆柱体，圆柱体的质量为5千克，则参与手腕转动的成件矿泉水对转动轴线的转动惯量为：假设手腕在进行转过程中，转动的角速度的计算公式为)：=；腕部从静止到响应这过程，大约需要时间： 则手腕转动时所需的驱动力矩： 3.3.4腕部驱动电机的选型根据上面驱动力矩的选择，查机械设计手册，考虑到电机的实用性和经济性要求，所选择的电动机为伺服电动机，电动机的型号为Y801-4，额定功率为0.55kw。3.4机械手小臂部分结构设计3.4.1小臂部的功能分析成件桶装矿泉水机械手装置的臂部，就像人的胳臂一样，主要起到支撑和连接的作用，在机构进行码垛成件矿泉水过程中，小手臂还要满足灵活转动的要

37、求，在大臂和主骨架的连接处，需要设计一个旋转的自由度，该自由度的动力驱动依靠电动机驱动来完成。在大臂的设计过程中需要综合考虑实际问题需要，需要考虑大臂设计时的成本管控和合格的质量问题，在选材上，大臂需要能够承受的住力的要求。3.4.2小臂的结构设计小臂的主要功能是连接和支撑。其中，小臂的一端连接的是机械手装置的大臂，另一端连接的是腕部，小臂要满足灵活转动的要求，在小臂的设计过程中需要综合考虑实际问题需要，需要考虑大臂设计时的成本管控和合格的质量问题，在选材上，小臂需要能够承受的住力的要求经过分析，我们本次设计的机械手小臂的结构图如下图3-3所示：1-小臂 2-电机 3-减速机 4-电机安装板

38、5-联轴器 6-轴 7-轴承图3-3 夹紧旋盖机构小臂结构示意图3.4.3小臂驱动力矩的计算设机械手小臂在转动过程中速度的最大值我们取，在这个速度下我们可以计算转矩。我们假设码垛机械手的手爪及其夹持部分质量总和为，在其上的小臂安装用的支架、带动小臂转动的电动机，连接电动机轴及该处的转轴的轴承及质量的总和为，则电动机至少做的功计算公式为：功率 则所求转矩 3.4.4小臂驱动电机的选型根据上面驱动力矩的选择，查机械设计手册，考虑到电机的实用性和经济性要求，所选择的电动机为伺服电动机，电动机的型号为801F2-4，额定功率为0.55kw，输出转矩为范围为27-206。3.5机械手大臂部分结构设计3.

39、5.1大臂部分功能分析机械手装置结构的大臂部，就像人的胳臂一样，主要起到支撑和连接的作用，在码垛机器人码垛成件矿泉水的过程中，大手臂还要满足灵活转动的要求，在大臂和主骨架的连接处，需要设计一个旋转的自由度，该自由度的动力驱动依靠电动机驱动来完成。在大臂的设计过程中需要综合考虑实际问题需要，需要考虑大臂设计时的成本管控和合格的质量问题，在选材上，大臂需要能够承受的住力的要求。3.5.2大臂的结构设计经过分析，我们本次设计的夹紧码垛成件矿泉水机构中大臂的结构采用钢板组合的方式，不仅能满足手臂在转动过程中的刚度问题，而且该种设计结构简单，制造成本低，机械大臂的示意图结构如下图3-4所示：1-电机 2

40、-减速机 3-电机安装板 4-联轴器 5-轴承 6-大臂 7-大臂加强筋图3-4 夹紧旋盖机构大臂结构示意图3.5.3大臂驱动力矩的计算设机械手装置大臂在转动过程中最大转速为，则可求出所需转矩。估计手爪及夹具的总重量为22kg，大臂支座、电动机，轴承及键等总重量为10kg，则把上述两部分提起到能够码垛成件矿泉水的位置所需电动机提供的功为：功率 则所求转矩 。3.5.4大臂驱动电机的选型根据上面驱动力矩的选择，查机械设计手册，考虑到电机的实用性和经济性要求，所选择的大臂电动机为伺服电动机，电动机的型号为801F2-4，额定功率为0.55kw，输出转矩为范围为27-206。3.6机械手旋转座的结构

41、设计3.6.1旋转座的功能分析旋转座的主要作用是起支撑的作用，在码垛成件矿泉水过程中，主要起着连接和支撑的作用，它就像一个杠杆，它的刚度要求至关重要，旋转座在本次设计中的另一个关键点就是为机械手支撑装置提供一个电机和旋转运动的结构，既能满足主构架的旋转运动所需的涡轮蜗杆结构的安装位置，又要考虑为电机的安装设计定位的地方。3.6.2旋转座的结构设计经过分析，我们本次设计的旋转座的结构图如下图3-5所示：图3-5 夹紧旋盖机构旋转座结构示意图3.6.3旋转座腰部驱动力矩的计算旋转座转动时所需的驱动力矩可按下式计算:在上式中: -在这里指的是相对旋转座的转动惯量;-在这里是指电动机对旋转座转动轴线的

42、转动惯量; -在这里指的是旋转座在转动过程中的的角速度，单位；- 是指旋转座在动过程花费的时间，单位是(s);我们可以用一个杆件的示意结构来描述参与旋转座的转动运动，由以上可知：手爪及夹具为22kg，小臂部件为12kg，大臂部件为15kg，下面的旋转座的质量为25kg，这样看来，旋转座部件相对于转动轴的转动惯量计算公式如下：假设旋转座转动的角速度为： 旋转座转动时所需的驱动力矩为：。3.7 传动机构中V带的设计及选用带传动是一种常用的机械传动装置，他的主要作用是传递转矩和转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。在带传动机构中主要由主动轮、从动轮、传动带和机架组成。

43、3.7.1 V带的分类在码垛机器人行走小车传动机构中传动结构是靠V带传动的，V带传动的原理是位于主动带轮、从动带轮和V带组成，如下图3-6所示。当原动机驱动主动轮运转时候，由于带和带轮间的摩擦，便拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。选择带传动的优点是结构简单、传动时平稳、V带的生产成本低，以及在传动过程中振动小等特点。 1-主动带轮；2-V带；3-从动带轮图3-6 V带传动示意图带的传动按照传动原理分摩擦型带轮和啮合型带轮，摩擦型带轮示意图见下图3-7所示，啮合型带轮见下图3-8所示。图3-7 摩擦型带轮结构示意图图3-8 啮合型带轮结构示意图摩擦型带轮分类主要有：V带，平带和同步带三种。V

44、带传动能力比其它两种强，在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下,V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力要大,因此V带结构在传动过程中更紧凑, 在机械传动中应用最广泛。V带按其宽度和高度相对尺寸的不同, 又分为普通V带,窄V带,宽V带,齿形V带,大楔角V带等多种类型。目前,普通V带应用最广。同步带相当于平带与多根V带的组合,兼有两者的优点, 多用于结构要求紧凑的大功率传动中。由于码垛机器人采用小功率电机，综合考虑，大小带轮之间采用普通V带。普通V带已标准化，其周线长度Ld为带的基准长度。普通V带两侧楔角为40，相对高度约为0.7，见下图3-9所示。并按其截面尺寸的不同将其分为Y、Z、A、B、C、D、E七种

45、型号，见下表3-1所示。本次选择Y型V带。图3-9 V带截面机构示意图表3-1普通V带横截面尺寸（GB/T11544-1997） 3.7.2 V带传动的特点带传动的特点：（1）带有良好的弹性，可缓和冲击和振动，传动平稳、噪音小。（2）过载时，带在带轮上打滑，对其它零件起安全保护作用。（3）结构简单，制造、安装和维护方便，成本较低。（4）能适应两轴中心距较大的场合。（5）工作时有弹性滑动，传动比不准确，传动效率低。（6）外廓尺寸较大，结构不紧凑，带的寿命短，作用在轴上的力大。（7）不宜用于易燃易爆场合。一般情况下，带传动传动的功率P100 kW，带速5 25m/s，平均传动比i 5，传动效率为9

46、4% 97%。目前带传动所能传递的最大功率为700kW，高速带的带速可达60m/s。3.7.3 V带的结构和型号标准普通V带都制成无接头的环形。其构造如下图3-10所示。当V带受弯曲时，带中保持其原长度不变的周线称为节线，由全部节线构成节面。带的节面宽度称为节宽（bd）,V带受纵向弯曲时，该宽度保持不变。图3-10 V带截面示意图3.7.4 V带的设计计算3.7.4.1带传动的失效形式和设计准则由于带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的情况下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。单根普通V带所能传递的功率在带的实际工作条件与上述特定条件不同时，需对P0进行修

47、正。修正后即得与实际条件相符的单根普通V带所能传递的功率，称该功率为许用功率P0。P0功率增量，考虑传动比i1时，带在大轮上的弯曲应力较小，故寿命相同的条件下，可增大传递的功率。K包角修正系数，考虑180时，对传动能力的影响。KL带长度修正系数，考虑带长与特定长度不同时对传动能力的影响。3.7.4.2普通V带传动的设计方法和步骤已知条件和设计的内容：传动用途、工作情况和原动机种类；传递的功率，主、从动轮的转速n1，n2 (或传动比)；其它要求，如外廓尺寸及安装位置要求等。设计的内容：确定带的型号、基准长度、根数；确定带轮的材料、结构尺寸；确定传动中心距及作用在轴上的力；初拉力和张紧方式。综上，

48、计算和选用V带的步骤如下：1、确定计算功率PC2、选择V带型号3、确定带轮的基准直径d1 、 d2 4、验算带速v5、计算中心距和带长6、验算小带轮包角7、确定V带根数8、计算初拉力F09、计算轴上压力V带功率的确定计算公式如下：上式中，KA工作情况系数，取值见表3-2所示。-指的是所需传递的额定功率（如电动机的额定功率或名义的负载功率，单位是KW。其具体取值见下表3-2所示：表3-2工作情况系数KA取值表查简明机械设计手册中表6-1-116，按每天工作10小时，载荷变动小，取KA=1.1V带带型的选择查简明机械设计手册中图6-1-36。见下图3-11所示，根据和,本次选择的V带带型为A型带。

49、图3-11选择普通V带选型图V带主动带轮直径和从动带轮直径的确定为降低带的弯曲应力，小带轮的基准直径d1应大于或等于该型号带轮的最小直径dmin。大轮直径由公式 求得，并圆整，取标准系列值。表3-3 V带轮最小直径及标准直径系列查简明机械设计手册中表和表6中图A型带截型参考，选择V带的主动带轮直径：；下面对V带带速进行验算。 （m/s）经过查文献资料得。V在525 m/s范围内，因此本次对主动带轮直径D1的取值是合适的。下面对从动轮的直径进行计算。设主动带轮和从动带轮的传动比为。计算公式如下：上式中，i-指主动带轮和从动带轮的传动比比值。查简明机械设计手册中，V带轮的基准系列圆整为D2=118

50、mm那么，主动带轮和从动带轮的传动比为：i=； (r/min)下面确定从动轮的带速值。计算公式如下： (m/s) 确定V带的根数：Z 假设单根V带的基本额定功率P1，由前面的计算得知，和,查简明机械设计手册表6-1-37，普通V带功 率计算取值，得,； 查简明机械设计手册中的表6，当时，；查表简明机械设计手册中 6,B带，取KL=1.00 (根)7）单根V带的预紧力的确定 查简明机械设计手册中表 6,B型带中， 8）作用在传送带轴上的力的计算 N N3.7.5 设计和选用V带带轮对于V带轮的设计，质量越小越好，设计的带轮的结构加工性需要良好；如果采用铸造带轮的话，铸造带轮应无过大的铸造内应力；

51、设计的带轮结构上，质量应尽可能的分布均匀，带轮在加工完后必须做的试验为动平衡试验；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。3.7.5.1确定V带带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150 或 HT200；转速较高的宜采用铸钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本次设计的码垛机器人来说，所选用的V带轮的材料为：铸铁 HT150；3.7.5.2带轮结构的确定铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：实心式，腹板式，孔板式，椭圆轮辐式。带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式；根据V带轮的槽型和带轮的基准直径，查6表小带轮

52、的基准直径，B型槽，做成实心轮；大带轮的基准直径, B型槽，做成腹板式结构；根据带的截面类型确定轮槽的尺寸；确定了带轮的各部分尺寸后，即可以绘制出零件图，并按照工艺要求标注出相应的技术条件。带轮一般放在轴的端部，可以先求出轴的最小直径：轴的基本直径尺寸公式如下： P 指的是菠萝分选机所需要的功率，单位是KW,本次取功率：； n 指的是带轮轴的转速，单位是r/min，本次取转速：； A0 ，【T】 指的是与轴材料有关的系数，在此处轴的材料为45号钢本此所设计的码垛机器人行走小车中的带轮轴选用45钢就能满足要求，45钢的可以查下表：表3-4 带轮轴常用几种材料的及A0值轴的材料Q235-AQ275

53、、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMo、3Cr13【T】/MPa1525203525453555A014912613511212610311297对于d100mm的轴，有一个键槽时候，轴径要增大5%7%，有两个键槽时候应该增大10%15%。因为轴上有1处键槽，所以本此所设计的轴的键槽处直径取值为：mm又由于码垛机器人的主轴承受的是冲击动载荷，故在设计时，轴的最小处直径应比理论计算的要大一些，然后，再综合考虑，暂时选取。所以取。3.7.6 V带传动的键的选择在本设计当中，选择圆头普通平键联接。因为圆头普通平键（A型）宜放在轴在上指状铣刀铣出的键槽内，从而使键在键槽内

54、轴向固定良好。这种键用途广泛。缺点是键的端部侧面与轮毂并不接触，不能参与传递转矩，因而键的圆头部分不能得到充分的利用，且轴上键槽端部的应力集中较大。平头平键（B型）是放在用盘铣刀铣出的键槽内，因而避免的上述的缺点，但对尺寸较大的键，宜采用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头平键（C型）则常用于轴端与毂类零件的连接。考虑到结构的简单，安装方便和与同一个轴应采用的键应统一，本设计中加工的键槽用端铣刀加工的，故可选用A型键槽。表3-5 键的尺寸选择68810101212171722223030383844bh223344556687108128轴的直径44505058586565757585

55、859595110110130bh1491610181120122214251428163218键长系列6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200由上表可来确定键的尺寸。由题目可知电动机的输出轴的伸出长度为：L=112mm；轴径为d=42mm；选用平键来进行V带传动的径向定位。(经查表得：小带轮上的为： 键 1290 GB109679；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=8mm；l=90mm；大带轮上的为：键1428 GB109679；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=9mm；l=70mm；) 键的材料采用抗拉强度