毕业设计（论文）-浇筑桁架机器人结构设计

ADDINCNKISM.UserStyle毕业设计(论文)课题名称浇筑桁架机器人结构设计学院专业班级学号 姓名指导教师(签字)教研室主任(签字)院长(签字)2022年5月18日摘要浇筑桁架机器人机械化结构的发展在现有的市场上是很具有代表性的，浇筑桁架机器人是一种类似于跨运车一样的结构形式，实现在浇注过程中达到机械化提升和浇注的过程。从根本上降低了工作的强度，实现了浇注上的便捷性，达到浇注过程中的机械化传动的优势，解决了人们在多功能机器人辅助浇注工作中的应用。实现在人工无法完成的工作中实现智能化工作的特点，普片使用机械传动的方式实现机器人的结构形式传动，达到浇筑工作的功能。在本次的设计中，课题要求设计的是一种实现工作中使用的浇筑桁架机器人，实现在浇筑进行机械化浇筑的特点，达到本次设计的要求。对浇筑桁架机器人的结构设计和基本的要求来说，是很关键的，需要考虑到浇筑桁架机器人的稳定性，达到对浇筑水泥的吸附和浇注处理的过程。在结构设计上对机械传动结构的行走的稳定性和运转的精确性的要求是很高的，只有实现正常的运行才能达到在浇筑运动和行驶的功能，不会出现卡顿等情况。本次设计的浇筑桁架机器人，要有很高的适应能力，具有较高的工作强度，实现三自由的传动结构形式，达到在X、Y、Z三个方向上的运动特征。满足对浇筑工作的浇筑过程，实现在结构传动设计上达到和人工操作浇筑的能力一样，实现机械化传动的设计优点。浇筑桁架机器人最早出现在工业生产上，在工业浇筑桁架机器人的发展中，工业机械结构自动化设备的发展得到了广泛的应用。对于浇筑桁架机器人的性能和浇筑桁架研发都有提高。使得浇筑桁架机器人的成本不断的降低。本文通过查阅浇筑桁架机器人相关的文献资料，本次设计的浇筑桁架吸的浇筑桁架机器人，需要考虑其机械综合运用的能力，设计传动灵活的三自由的桁架机器人结构，实现结构设计上的质量轻等设计优点，达到浇筑桁架机器人的通用性。通过运用SolidWorks软件绘制浇筑桁架机器人的结构，进行总体结构的设计，绘制二维工程图纸，撰写设计说明书。关键词：桁架、浇筑、机器人、自由度、导轨

AbstractThedevelopmentofmechanizedstructureofpouringtrussrobotisveryrepresentativeintheexistingmarket.Pouringtrussrobotisastructuralformsimilartostraddletruck,whichrealizestheprocessofmechanizedliftingandpouringinthepouringprocess.Itfundamentallyreducestheintensityofwork,realizestheconvenienceofpouring,achievestheadvantageofmechanizedtransmissioninthepouringprocess,andsolvespeople'sapplicationinmulti-functionalrobotassistedpouring.Realizethecharacteristicsofintelligentworkintheworkthatcannotbecompletedbymanpower.Thegeneralchipusesthemechanicaltransmissiontorealizethestructuraltransmissionoftherobotandachievethefunctionofpouringwork.Inthisdesign,thesubjectrequiresthedesignofapouringtrussrobotusedintheworktorealizethecharacteristicsofmechanizedpouringduringpouringandmeettherequirementsofthisdesign.Forthestructuraldesignandbasicrequirementsofthepouringtrussrobot,itisverykey.Thestabilityofthepouringtrussrobotneedstobeconsideredtoachievetheprocessofadsorptionandpouringtreatmentofpouringcement.Inthestructuraldesign,therequirementsforthewalkingstabilityandoperationaccuracyofthemechanicaltransmissionstructureareveryhigh.Onlybyrealizingthenormaloperationcanthefunctionofpouringmovementanddrivingbeachieved,andtherewillbenojammingandothersituations.Thedesignedpouringtrussrobotshouldhavehighadaptability,highworkingintensity,realizethethreefreedomtransmissionstructureform,andachievethemotioncharacteristicsintheX,yandZdirections.Meetthepouringprocessofpouringwork,achievethesameabilityofstructuraltransmissiondesignasmanualpouring,andrealizethedesignadvantagesofmechanizedtransmission.Pouringtrussrobotfirstappearedinindustrialproduction.Inthedevelopmentofindustrialpouringtrussrobot,thedevelopmentofindustrialmechanicalstructureautomationequipmenthasbeenwidelyused.Theperformanceofthepouringtrussrobotandtheresearchanddevelopmentofpouringtrussareimproved.Thecostoftrusspouringrobotiscontinuouslyreduced.Byconsultingtherelevantliteratureofthepouringtrussrobot,thisdesignofthepouringtrussgarbagesuctionpouringtrussrobotneedstoconsideritscomprehensivemechanicalapplicationability,designathreefreedomtrussrobotstructurewithflexibletransmission,realizethedesignadvantagesoflightweightinstructuraldesign,andachievetheuniversalityofthepouringtrussrobot.ByusingSolidWorkssoftwaretodrawthestructureofthepouringtrussrobot,designtheoverallstructure,drawtwo-dimensionalengineeringdrawingsandwritethedesignspecification.Keywords:truss,pouring,robot,degreeoffreedom,guiderail.

目录TOC\o"1-3"\h\u16705摘要 210607Abstract 316234目录 527419第一章绪论 7213911.1课题研究的意义和目的 7313041.2国内外机器人传动机器人的发展概况 9158221.2.1国外的发展趋势 911151.2.2国内的发展趋势 1053191.3本文设计的主要内容和预期要求 1112537第二章桁架式机器人传动方案的设计计算 13181552.1桁架式机器人传动装置的结构类型 1332452.1.1桁架式机械手桁架浇筑机器人装置的介绍 1338562.1.2桁架式机器人机器人方案的对比 1334882.1.3桁架式机器人的主要结构 14160592.2桁架式机械手龙门式装置的工作原理 14110632.3龙门式机架的结构设计 1750702.3.1机架的结构分析 1719462.3.2机架的设计原则和要求 18154712.3.3机架的设计步骤 1925198图3-4：机架结构形式 20874第三章浇筑桁架机器人传动结构的设计计算 2115983.1电机的选择 21123773.2齿轮传动机器人的设计计算 22118913.3导轨寿命校核 24169813.3.1导轨类型选择 2445553.3.2导轨的寿命计算 2584563.4键的校核 26239713.5抓取浇筑机械臂的设计计算 27325863.5.1抓取浇筑机械臂的选型和计算 2742543.5.2机器人三自由的关节工作摩擦力的计算 28173333.5.3计算机器人抓取浇筑机械臂的轴向负载力 28223783.5.4机器人抓取浇筑机械臂的动载荷计算与直径估算 28119883.6验算传动系统的刚度 30257693.7立柱和横梁的设计计算 30296623.8立柱和横梁的强度校核 3217751总结 3424593参考文献 3532032致谢 37

第一章绪论1.1课题研究的意义和目的在本次的课题的研究中，主要研究的内容是浇筑桁架机器人的结构，对其传动桁架式机械手结构进行设计，龙门式结构的设计和传动导轨等传动系统的设计，更好的提高市场上机器人装置的市场地位。在中国古代的桁架浇筑输送设备上，是比较原始的，采用的是高转筒车的结构形式和和采用提水翻车的方式实现对泥浆的输送过程。在现代化的斗式桁架浇筑传动桁架运输机和刮板式的泥浆桁架式机械手辅助浇筑的设计上，出现了很多的新型设备。在架空的管道上等进行对泥浆的大量输送，以至于各式各样的泥浆桁架式机械手辅助浇筑的结构形式被运用在工作上。大幅度的降低了劳动的强度，提高工作搬运和输送的效率，实现了在生产上的桁架浇筑运动工作过程中的便捷性和工作的可靠性。随着我国经济、社会和科学技术的发展，我国的浇筑桁架建设行业发展越来越迅速，因此对浇筑桁架建设的要求也随之变得越来越高。在浇筑桁架建设的制造过程中，不仅桁架建设设备和工人专业素质会影响浇筑桁架建设的质量，对浇筑桁架建设上的泥浆的传动也是一个非常重要的过程。泥浆在潮湿的环境下回滋生很多的细菌，造成无法正常化解和无法得到更大的运用。所以在浇筑桁架建设上实现对泥浆的桁架浇筑传动桁架，提高泥浆的运动特性，改善质量，可以更好的进行泥浆的生产桁架建设。实现整体的传动，降低对环境的污染。因此快速、精密、高效、高质的泥浆桁架浇筑设备的要求渐渐成为主要的发展方向。为了满足人类的需要，世界上各工业发达国家都十分重视浇筑桁架建设技术的开发，大力发展浇筑桁架建设工业，积极采用先进技术和设备，提高浇筑桁架建设制造水平，并取得了显著的经济效益。在科技水平的不断提高下，科技对于工业的龙门式效果也越来越高。浇筑桁架建设行业是一个国家工业水平的重要体现。通过其大规模的应用可以有效的提高工业的生产效率，降低生产成本，其对于高水平的工业是一个重要的龙门式。展望我国泥浆桁架浇筑传动桁架上的技术水平，一方面发展专业浇筑桁架建设厂的技术优势，使之进一步提高对某一类浇筑桁架建设的设计制造水平；另一方面要不断采用新技术、新工艺，提高浇筑桁架建设产品的技术含量，提高泥浆的使用性能，可以实现在桁架浇筑的过程中同步运动实现传动的过程。提高我国的桁架建设设备的技术水平，改善桁架建设后泥浆的桁架浇筑技术，必须在以下方面加大努力：（1）开发精密、大型、复杂、长寿命的桁架浇筑传动桁架桁架建设设备，实现浇筑桁架建设过程中对泥浆进行定速的传动方式；（2）加快我国对桁架建设传动设备的标准化、专业化、商品化生产，实现泥浆的统一传动，降低泥浆在不传动的条件下对环境等造成的污染；（3）大力发展先进的桁架浇筑传动桁架机器人设备技术，实现在泥浆的桁架浇筑上的电子信息化发展；（4）加大人才培养的力度，尽快掌握桁架浇筑传动桁架设备的桁架建设设计和泥浆桁架浇筑传动桁架机器人等设备在制造中的先进技术。图1-1：桁架式浇筑结构机器人桁架浇筑传动机器人设备行业的发展，是体现一个国家工业发展的重要指标，桁架浇筑传动桁架机器人械设备的制造是国民经济发展上的一个重要的产业。使得在实现桁架建设设备的发展，民经济中的各个科学研究上，国家的建设上和生产的水平上，都有一个标志性的作用。实现泥浆传动和桁架浇筑工艺的发展，是社会主义建设上的中流砥柱，也是在桁架浇筑传动桁架机器人技术装备的发展上，一个重要的工业发展水平。我国从农业上的桁架浇筑传动桁架机器人械设备的发展到工业上的桁架浇筑传动桁架机器人械设备机械发展，实现了从轻工业到重工业的发展过程。从工业的角度上分析，在高度发达的机械水平中，实现了在机械工业上的主导地位，使得桁架浇筑传动桁架机器人械设备工业在产值上占据了重要的生产总值，为生产带来了便捷性和生产上的配套性要求。目前我国在桁架建设生产上的机械化水平和自动化的程度相比国外的先进技术，在存在很多的不足，特别是在一些桁架建设中的泥浆的传动上，无法实现彻底的桁架浇筑。在以后的发展上，我国需要解决这些技术短板在我国机械化行业里面的影响。市场规模的持续扩大，显示了我国桁架建设行业上实现自动化机器人传动上的技术主导地位，提高自动化传动上的广阔发展前景。1.2国内外机器人传动机器人的发展概况1.2.1国外的发展趋势在国外的泥浆桁架式机械手辅助浇筑输送的发展中，从20世纪50年代开始，一些不同种类的工业生产输送设备就被使用在工业生产输送工作中，大量的研制一些多功能的机械化设备，达到工业生产输送工作的目的。在国外使用的多功能设备比较多。例如在美国一些高效性的配套机组在大功率的自动化泥浆桁架式机械手辅助浇筑输送的实现多功能设备的使用[4]。根据结构形状和使用上来说，美国、加拿大、澳大利亚的主要发展的工业生产输送设备大多是自动化的设备，而德国在工业生产输送上的机械化设备主要以可以实现联合作业的方向为主。由于国外的工业生产输送设备上使用的桁架式机器人系统辅助浇筑输送，在实现工作的功率上，可以达到360kw及以上的工作效率，所以在配套使用上可以实现配套设备之间的相互大型化发展[20]。这样的发展方式，使得外国的工业生产输送设备在使用上更好的采用先进技术，提高生产工作的速度和效率，更好的改善工业生产输送工作的性能。实现了电子监控的智能系统，在工业生产输送上保证了实现一人工作就可以实现整个机组的操作过程，相对多操作上更好的减少了各种设备之间的调整，大幅度的提高了工作的效率。使得国外的整体设备比国内的工业生产输送设备更加的完善，制造成本上更加的实用，工业水平更高，使用的年限比较长等优势[18]。在20世纪70年代，美国进行浇筑自动化机器人系统的研究中，稳定性的多动作搬运自动化机器人系统，采用的是机器人结构形式的桁架浇筑传动桁架的方式。实现了系统化控制的模型设计，实现反转和向前运动的振动器，对浇筑自动化机器人系统进行能量的分析增强了浇筑自动化机器人系统的整个系统化的工作效率。随着现代科技社会的发展，浇筑自动化机器人系统的需求的量的增加，和浇筑自动化机器人系统能够在实际的问题上得到更好的解决，实现国外相继不断的研究出各种各样的机器人辅助机器人运动的机器人，并且在实际的运用上已经很好地在工业生产上应用，达到了多个领域的运用，不断的进行自动化机器人传动系统的发展。机械化机器人传动输送工作台是当代飞速发展的工业设备桁架建设领域中一个重要的环节，工作台就是机械中应用非常广泛的一种设备。机械化输送是工作台应用最广泛的行业，露天设备机械化输送的传动都离不开机械化机器人工作台的发展。最近10多年来，浇筑生产上的很多的机械化输送机器人工作台技术取得了较重大的进展，随着人们对浇筑机械化输送工作台过程认识的不断深入，新的浇筑机械化输送工作台方法和浇筑机械化输送工作台设备不断涌现，各国不断把新工艺、新技术、新材料用于自己的工作上，使得产品的可靠性不断提高，在产品的耐磨损、严格控制产品的粒度等方面都取得了有效的进展。1.2.2国内的发展趋势我国在原始的水动力传动上，没有太大的发展，使得我国在卧式泥浆桁架式机械手辅助浇筑输送的使用和研究上，比起国外的发展国家，存在很多的不足，生产制造的技术还不够先进，主存在这些原因是我国对桁架式机器人系统辅助浇筑输送的研究龙门式不够，研究的技术水平处于比较低的阶段，使得研究泥浆输送的设备上停滞不前，达到的输送的速度和输送的质量上没有很好的桁架浇筑传动桁架技术。目前的设计上，采用桁架浇筑机器人对泥浆的输送结构，还不是很明显，在输送的过程中，密封性能和耐磨性等不是很有优势。但是在近几年的发展上，国内的桁架式机器人系统辅助浇筑输送的设计上，采用的传动部件，使用摆线针轮的减速机，使得整个桁架式机器人系统辅助浇筑输送的工作整机的噪音比较低，适应环境的能力强，在实际的操作上和后续的浇筑机械化输送上比较方便。目前我国在桁架浇筑传动桁架机器人泥浆桁架浇筑传动桁架机器人生产上的机械化水平和自动化的程度相比国外的先进技术，在存在很多的不足，特别是在一些中小型的企业里面，设备还是比较落后的，在实现对能源的消耗上和耗材上，手工操作上的劳动力，对环境的污染程度上的比重还是很大。在以后的发展上，我国需要解决这些技术短板在我国机械化行业里面的影响。向国外的先进技术学习，提高桁架浇筑传动桁架机器人设备的精度等级，实现充分桁架浇筑的过程，提高普通桁架浇筑传动桁架机器人泥浆桁架浇筑传动桁架机器人的压力机的大小，在更多的企业里面实现精冲技术的普及，推广更多的先进技术的使用。形成在自动化程度和液压控制程度上的使用率，实现在大型运输设备和大型桁架浇筑传动桁架机器人上，提高我国现有的技术水平，实现更强更快的发展速度。目前我国在大型高精度的桁架浇筑传动桁架机器人设备上，更多的还是依赖与国外的进口设备，在实现配套上和专用的程度上都缺乏一定的技术能力，阻碍我国在各类输送桁架式机械手龙门式装置上的发展，因此在机械制造上，还需要对桁架浇筑传动桁架机器人进行大力的投资，实现在更快的速度下进行生产线的研发和制造，提高自主研制的工艺水平。在国际的舞台上提高我国在桁架浇筑传动桁架机器人上的地位，实现在微电子和电子技术上的发展，将电子化信息技术运用到桁架浇筑传动桁架机器人泥浆桁架浇筑传动桁架机器人的发展和使用上，使得生产和制造更好的实现装备上的自动化水平。在运用上更加的加速桁架浇筑传动桁架机器人技术的发展，实现更高的数字化柔性成形技术、更高的液压成形技术、桁架浇筑传动桁架机器人泥浆桁架浇筑传动桁架机器人的高精度程度和复合化实现桁架浇筑传动桁架机器人成形的技术。使得在泥浆桁架浇筑传动桁架机器人的发展上更加适应新一代的桁架浇筑传动桁架机器人技术的特点。

1.3本文设计的主要内容和预期要求在现代化电子信息技术水平较高的年代，对于桁架式机器人龙门式装置设计的发展，还有很大的空间，实现将电子信息化技术和桁架式机械手龙门式装置进行联合，实现自动化的技术和智能化的特点，解决人工辅助泥浆桁架浇筑上的内容，实现全自动化的工作特点，完成在泥浆桁架浇筑上的机械人结构设计，实现全自动化的生产，是在当今世界上实现工业生产上的一个重要的作用。也是我国在生产工业上实现在工业生产，轻工业生产，以及医疗，浇筑和电子信息技术上的一个重要的环节，在实现桁架式机械手龙门式装置技术水平上，在我国的发展趋势上，需要达到以下的发展方向和技术水平[6]。、在桁架式桁架浇筑机器人传动装置的技术上能够实现大幅度的提高自动化水平，从根本上提高生产的泥浆桁架浇筑传动桁架的效率；、在桁架式桁架浇筑机器人龙门式传动装置的设计上，更好的考虑如何降低劳动强度的特点，从泥浆机器人桁架浇筑上改善劳动的工作条件；、在设备的开发上，实现对保护环境的特点，达到节约材料的使用，降低的生产成本，达到物美价廉的销售过程，有利于实现传动上的卫生和质量，增大市场上的竞争力。、在桁架式机器人桁架浇筑龙门式传动装置的设备使用上，提高设备的使用寿命，加大使用年限，达到更好的泥浆机器人桁架浇筑性能。使得桁架式机械手龙门式装置的流通能力更好，达到泥浆桁架浇筑的范围更广。、实现机器人桁架式桁架浇筑机械手龙门式传动装置设备的大型化和高精度的发展，实现大型的生产线上的泥浆桁架浇筑设备使用，在高精度的泥浆桁架浇筑上实现高效率的工作过程。机器人[8]

第二章桁架式机器人传动方案的设计计算2.1桁架式机器人传动装置的结构类型2.1.1桁架式机械手桁架浇筑机器人装置的介绍本次设计的泥浆桁架式机械手桁架浇筑机器人传动结构，设计的龙门式系统的结构简单，能够实现的桁架式机械手龙门式过程中的稳定性好，达到现代环境要求的环保性，桁架式机械手龙门式工作中运行的效率比较高，设计的泥浆桁架式机械手龙门式系统能广泛应用于食品的桁架建设生产上。还可以使用在浇筑、建筑上，对散装的货物进行运输和近距离实现桁架浇筑传动桁架运输的作用，对于一些固体的物质来说，实现高速的桁架式机器人传动和龙门式是很难的，但是在桁架式机械手龙门式中可以更好的控制桁架式机械手龙门式的稳定性，桁架浇筑传动桁架运输桁架式机械手龙门式的速度，由于泥浆桁架式机械手龙门式系统的种类太多，结构差异较大。在设计上，对于参数的关联，相互之间的尺寸关系，选择合适，才能在后续的设计中达到相互匹配的要求，特别是一些主要的设计参数，将严重影响泥浆桁架式机械手龙门式系统的生产效率和性能。在本次的设计设计，对桁架式机械手桁架浇筑机器人机器人的设计要求如下：mm以内；350Kg；（3）传动的速度0.1~0.4m/s；2.1.2桁架式机器人机器人方案的对比泥浆桁架式机械手龙门式系统的类型从结构上来分，可以分为很多中，每种泥浆桁架式机械手龙门式系统的使用和结构都有所不同，还有一些驱动元件的选择上有差别，主要介绍一下几种泥浆桁架式机械手龙门式系统的结构：（1）、从布局的结构形式上来分，有水平固定结构形式的泥浆桁架式机械手龙门式系统，垂直式结构的泥浆桁架式机械手龙门式系统，还有倾斜式的泥浆桁架式机械手龙门式系统。（2）、通过泥浆桁架式机械手龙门式系统的传动的结构形式，可以分为实体传动形式的泥浆桁架式机械手龙门式系统，带式传动形式的泥浆桁架式机械手龙门式系统，还有机器人传动形式的泥浆桁架式机械手龙门式系统。、根据泥浆桁架式机械手龙门式系统的传动的往复运动方向，可以将其分为左旋和右旋两种形式。、根据泥浆桁架式机械手龙门式系统的桁架式机械手龙门式泥浆的出口端结构，分为反向传动结构，可以防止粉状泥浆堵塞导轨，还有出口端无传动的传动结构。在本次的设计上，通过查阅相关的设计文献，了解桁架浇筑机器人结构的结构形式，根据其传动的原理和设计的基本要求，选择机器人结构形式的桁架浇筑传动桁架方式。设计传动结构部件中的龙门式桁架式机械手结构，导轨传动结构，齿轮传动系统和固定底座结构系统。2.1.3桁架式机器人的主要结构本次设计的机器人式泥浆桁架式机械手龙门式系统，在结构上的形式，通过查阅资料，选择如下图2-1所示的基本结构形式，这种结构形式的泥浆桁架式机械手龙门式系统，主要的传动部件有传动轴，龙门式结构，还有桁架式机械手传动导轨系统结构，主轴的结构形式，往复运动传动的设计，还有龙门式泥浆桁架式机械手龙门式系统的龙门式结构，泥浆桁架式机械手龙门式系统的整体机架结构。在这些结构的设计上，需要考虑其相互之间的传动尺寸要求，刚性的要求。图2-1：桁架式机械手结构图2.2桁架式机械手龙门式装置的工作原理桁架式机器人系统龙门式输送系统的运动过程中，泥浆在输送的过程中是跟随输送系统转动的，二是在泥浆的推动下进行直线方向上的移动，泥浆在输送的过程中，泥浆由于受到直线力的作用，所以泥浆的运动不是占线运动，而是和直线轴方向一致的方向上运动。在往复的运动中，属于一个立体结构的运动[5]。当桁架式机器人系统龙门式输送系统的直线面的升角a，在展开分析的状态时，可以检直线线看成一条直线来表示，则直线面是一个作用在半径r处的A为依据的形式，受力的方向和直线面的法向偏离一个a角。对此，对于力的分析可以看成是切向分力P切和法向分力P法的分析过程。如下图所示2-2。图2-2：桁架式机器人受力下的分析图在上图中，分析的φ角，是由桁架式机器人系统龙门式输送系统的泥浆对工作中的直线面摩擦角P，以及直线表面的粗糙度的程度大小来进行决定的。对于桁架建设表面比较好的直线面，不考虑粗超度的情况下，此时可以取：φ≈α。A在手下的合力P合的作用下的泥浆，泥浆在料槽中进行往复运动和复杂的运动过程，一般为圆周速度和轴向速度，其合成的运动速度为：V合，对速度进行分解后结果如下图：2-3。图2-3：泥浆移动的速度分析图所以在桁架式机器人系统龙门式输送系统的转数为n，直线面上的A在输送上的运动速度，右三角形可得：因为，所以圆周速度为：V圆=V合以泥浆的摩擦系数：代入上式，得：由公司计算：，以及，通个以上的计算公式进行换算，可以求出泥浆的圆周速度的计算公式：，在上式的计算中：s-直线输送的螺距大小(m)n一直线输送的转数大小(rpm)r一泥浆在轴线上的半径距离大小(m)泥浆与输送的直线面上的摩擦系数大小，。查阅相关文献，若使公式V成立，对r的求一次导数运算，并令结果值为：，即可求出圆的最大值的半径值为：。根据图解的速度分析，可以得到轴向输送速度计算为：以输送的摩擦系数大小：代人上式计算得：由于，以及：，由上式计算结构泥浆的轴向输送的速度的计算公式为：根据以上的设计计算可以得到，在转动一定的情况下，螺距在一定的范围内可以对泥浆进行较好的轴向输送，螺距的大小对轴向速度有着直接的影响[6]。2.3龙门式机架的结构设计2.3.1机架的结构分析在机械化设备的设计上，主要起到龙门式作用的部件就是机架的结构，一般根据机械设备的总体重量和粗腰在动载荷下的支承力的大小，进行机架的结构设计，对于在机架的整个机械载荷的结构上来说，对机架结构合理的设计是很重要的一个设计过程，因为在机械设备实现运动工作的过程中，机架在整个过程中起到稳定的作用，所以在机架结构设计上，一般有以下几种结构方式，一是三角结构形式的机架，这种结构形式采用的是三角形的稳定性结构，将三角结构运用在机械设备的运转上，实现稳定性要求。还有一种是四边形结构形式的机架，采用加强筋的结构进行分段式的固定，提高了安装上的强度和刚度，上端面上的结构对于设备的安装更加的符合运动学的要求。还有一种是采用锥形结构形式的机架，实现接触地面的位置上比较宽，上端比较小，这样的结构在使用上具有更好的承载能力，也是比较普片使用的一种结构形式。所以在机架的设计上应该满足一下几点设计的基本要求：（1）机架的工况分析不管在设计上选择什么样的结构形式的机架，但是在设计上，必须根据设计的设备的动载荷和承载大小的分析，保证机架设计上满足工作的要求，保证机架在安装和运动上的顺序要求，实现可靠的承载能力。在运输和包装上达到便捷性的设计要求，更好的实现安装和拆卸的过程。所以在机架的设计上，内部和外形的结构设计上不能阻碍和干涉其他的结构形式，实现在执行上的安全性和操作上的便捷性要求。（2）机架的强度和刚度要求由于在机械设备上，机架的使用过程中和运输中的受力是很大的，所以在材料的选择和机架龙门式部件的厚度选择上，都需要满足承载的强度要求，相当于在机械设备的床身一样，在使用中起到对整个设备的龙门式作用，也是实现机械化设备在工作上的精度保证的一个重要的额部件，对提高设备的生产效率和桁架建设的精度有一定的保障性作用。在生产和制造上对机架的抗冲击能力和对机械自重的承载能力，在人何条件下都要求承载最大的许用应力，满足机架设计条件的评论轻度要求。（3）机架的稳定性的要求在机械设备的设计上，为了达到机械化设备在工作中的稳定性，对机架的安装位置的设置和安装孔位结构的设计上，都需要进行机架稳定性和对设备实现的稳定性的设计分析，在整个的结构总体上实现受弯曲能力的分析，在结构上才能更好的存在失稳性的问题和部分结构在局部上存在的屈服问题，部分的不完善可能会对整体结构产生很大的影响，所以在对每个机架部件的校核上，需要满足单个零件的强度设计要求。2.3.2机架的设计原则和要求在实现满足机架的结构设计的前提下，对于不同承载能力的机架来说，对机架的使用环境进行分析，才能在机架设计上选择更合适的结构形式和设计材料的选择。一样在机架设计上，满足以下的设计原则：（1）机架设计的结构样式简单，实现自身的结构上材料选择比较轻的材质，抗屈服强度较高的材料。更好的实现降低机架生产制造的成本。（2）在机架的设计上，其结构的设计合理，在生产上的折弯，桁架建设的过程中达到便捷的桁架建设生产过程，防止在制造上过于繁琐。（3）在机架的结构上，应该考虑机架的搬运上和运输上的安全性，设计的零部件要满足安装方便，调试的过程简单，在设计上和后期的修理上更加的方便。（4）使得自身的结构上的内应力较小，避免在使用上因为温度的变化造成整体和局部上的变形等情况的出现，严重的可能会因为机架的变形造成对整个设备的损伤和对工作的影响。（5）在机架的结构设计上，应该更好的满足抗震性和安全性，实现稳定性工作的基本要求。（6）在机架的材料选择上，需要进行表面处理，通过涂油漆和发黑等工艺处理，实现材料的耐腐蚀和抗变形的能力，同时更好的提高使用上对外观的影响和材质上的变化。2.3.3机架的设计步骤（1）确定机架的基本尺寸在设计完成总体的设备的结构形式后，需要对其自身的重量和承载的重量进行分析，在机架的高度上和长度尺寸上确定操作者的活动范围等，实现在根据操作者的身高和结构形式进行机架结构的布置，符合人性化的设计要求。一般在设计上，将操作者的身高确定在平均的水平上，将机身的高度设置早操作者750mm的位置上，更加适合人工工作的基本要求。在本次的设计上，由于机械化设备的特殊原因，可以在选择上由自动化程度进行机架高度的设置，确保机械化正常的实现运行的过程。因为在生产和制造上，机架一般是属于钣金桁架建设和焊接桁架建设的过程，所以在制造生产上是很麻烦的，因此在设计上有需要对制造的过程进行考虑。确定其结构形状和查重大小的基本要求，才能确定制造工艺的要求，时间在材料的桁架建设上的工艺性能。更好的分析机架在使用上的最大的载荷能力，机架在实际的工作中的荷是不一样的，所以在设计上对其运动形式进行分析，是实现本身转动上的重要参数，也是在使用上对载荷能力计算的重要内容。（4）确定机架的结构的形式根据设计的内容，更好的对机架的结构形式进行分析和选择，选择合适的结构形式，采用型材和钢管等结构样式，工字钢和槽钢等方式，都是需要根据设计的设备的大小和承载的大小进行设计的，再采用螺钉和螺栓进行连接，实现外观上的颜色确定等。在本次的桁架浇筑机器人传动机器人的设计上，对机架的设计优势很关键的，由于桁架浇筑机器人传动机器人属于使用上比较大型的机械化设备，对机架的设计要求强度上和刚度上都是比较高的，所以在材料的选择上，主要选择使用45号钢为主要的设计材料，更好的提高在机架结构上的强度和稳定性。其结构图如下图3-4所示：图3-4：机架结构形式

第三章浇筑桁架机器人传动结构的设计计算3.1电机的选择在本次泥浆桁架式机械手龙门式装置设计中，针对泥浆桁架浇筑传动桁架机器人桁架式机械手龙门式装置的设计内容，各种相应参数的于鏊求以及动力需要，查阅资料由经验计算并选择电池的型号功率：查阅参考文献计算设计的的功率为N＝0.35kw左右[6]，所以泥浆桁架浇筑传动桁架机器人桁架式机械手龙门式装置设计选取电池的型号为：VARTA瓦尔塔蓄电池。参照一下的数据参数：额定功率满载转速满载电流转动惯量重量7.5kw800r/min2.5A0.357kg·m25.4kg电动机所需工作功率为：式中：F——小的运动的牵引力，N；v——桁架式机械手龙门式的运动的速度，m/s；——桁架式机械手龙门式电动机至实际的传动总功率；桁架式机械手龙门式传动总功率：式中：——桁架式机械手龙门式的传动效率，此处为0.98；——桁架式机械手龙门式传动轴的传动效率，此处为0.7；——桁架式机械手龙门式连轴器锟轴的传动效率，此处为0.99；——桁架式机械手龙门式转向机器人的传动效率，此处为0.96。所以，确定电池电动机的转速，桁架式机械手龙门式轮轴工作转速为：v——桁架式机械手龙门式运动的速度，此处假设为：1m/s。可得。3.2齿轮传动机器人的设计计算桁架浇筑机器人装置采用齿轮传动输送的结构形式，采用工业结构和工业输送齿轮传动的传动的设计理念，充分考虑送料机输送方便，成本较低的特点，齿轮传动轴材料采用45，材料选择依据：因此45常被用来制作相对强度有一定要求的。（1）通过选取的电机，设计功率Pd，由表查得工况系数KA=1.2，则：Pd=KAP=1.2×7.5=8.25KW。（2）选齿轮：根据所选步进电机n1=970r/min，查得选用齿轮齿条传动结构。（3）传动比： （4）确定齿轮的宽度，查表得：dd2=15mm： 查表得：dd1=14mm。（5）轴的实际转速： （6）齿轮速： 此处dp1=dd1；（7）初定轴间距，按要求取a0=2500mm。（8）所需基准长度： =518.12mm查表得选取基准长度Ld=518mm。（9）齿轮预紧力： m通过查表得0.1。 =109.86N（15）计算齿轮作用在轴上的压轴力： =432N图3-3：齿轮轮结构形式3.3导轨寿命校核3.3.1导轨类型选择1）导轨工作载荷的设计要求在导轨的使用上，根据导轨在传动工作上的受力情况，选择合适的设计载荷要求，确定在设计导轨的时候，根据安装的位置和工作上的基本要求，实现度一导轨安装方向和导轨在传动轴上的主要传动的原理进行主体结构的设计，实现在工作上对传动载荷的基本设计要求，一般在选择和使用导轨的设计中，需要满足一下的基本设计原则和要求：（1）设计的导轨在受力的情况下没实现在传动上的平稳性和传动对载荷的基本要求，满足导轨载荷上选择越大，对受到冲击时候的受力就越大，所以在需要核对的载荷的导轨需求下，可以选择使用滚子导轨。（2）在工作上对导轨的受力上，需求有径向的工作载荷的时候，可以选择使用径向接触的导轨，这种导轨的种类是比较多的，有深沟球导轨，滚针传动导轨，以及圆柱滚子导轨等。在主要的使用上受到轴向穿的载荷的时候，一般选择使用轴向传动的导轨，轴向传动的导轨一般有轴向接触导轨和推力导轨，在实现工作过程中需要告诉传动的环境下，可以选择使用接触导轨。（3）在很多的传动结构上，对导轨的传动要求中，需要满足在径向传动上的受力和轴向传动上的受力，两个传动方向上的受力过程中，一般选择使用深沟球导轨，在载荷轴向上相对较小的时候，可以选择使用深沟球导轨，如果轴向力比较大的时候，一般在传动过程中选择使用角接触导轨。2）工作转速的确定在导轨的工作过程中，根据传动的转速基本的要求，在传动导轨的工序载荷传动下，实现对冷却的基本要求上，实现正常传动的最大速度，一般在选择导轨的工作是上，不超过导轨在设计上的最大工作的极限要求。3）导轨工作的刚度及工作过程中的调心性能的要求（1）在市场上的导轨上，滚子导轨的传动的刚度是比较高的，也是在传动上实现刚度较强的一种传动导轨，一般在要求比较高的设计机器人上选择使用滚子导轨。（2）在机器人的设计上，对传动的支点跨距要求比较大，使用的刚性传动比较小的时候，需要对安装上实现导轨的独立安装的过程，一般选择使用调心传动的导轨。4）导轨的安装方式和拆卸的方式在设计上，一般根据导轨的传动上的要求，对机器人设计上满足导轨的安装位置设计和导轨传动的设计，在导轨垫板上进行导轨的安装，实现导轨固定，导轨座等进行定位和使用，实现在传动上更好的安装和便于拆卸。导轨结构形式如下图3-1所示：图3-1：传动导轨结构形式3.3.2导轨的寿命计算（1）在是的工作过程中，通过对传动导轨的径向传动的载荷要求，选择合适的宽度大小，在本次的设计上，根据传动上的基本要求，查阅相关的设计书籍和文献，选择K≥30mm,在使用上两个导轨的型号为HGR35.可以按照导轨选择的参数和设计的基本要求，查得：（2）可以通过以上的设计计算导轨的工作中的径向载荷，根据导轨传动上的龙门式力受力的大小确定其，，所以可以导轨的工作的径向载荷进行计算得：=.=图3-2：导轨受载示意图（3）计算导轨在工作中的当量动载荷的大小，当量导轨在实际的工作过程中，其动载荷的大小P的一般计算的公式为：通过以上的计算式，可以确定导轨的轴向的径向载荷的大小为，当导轨的量动载荷的大小为：在以上的计算式中：—为导轨的载荷系数大小，可以通过由查表得取=1所以：（4）导轨在工作上的基本额定寿命的长短计算：（故以导轨2为准）由公式：得：式中：为导轨的使用寿命指数，对转子球的寿命使用的指数选择导轨=3，对导轨：=，n为导轨转速(r/min)。取=3所以可以计算出：在本次的设计上，假设选择的导轨在实际的工作上的使用年限为五年，则每天的工作的时间为三班的工作状态，则其在导轨的使用上的额定寿命的大小为：=8×3×300×5=36000h。通过以上的设计和计算可以看出，本次设计上选择的该导轨在计算参数的分析上满足实际使用的寿命要求，所以在本文的设计上可以满足结构设计的要求。3.4键的校核键和轴的材料都是钢，由[8]表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与齿轮轮键槽的接触高度。由[8]式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：。3.5抓取浇筑机械臂的设计计算3.5.1抓取浇筑机械臂的选型和计算（1）浇筑机械臂的旋转力的计算在计算浇筑机械臂旋转力，根据选定的已知设计条件，采用机器人的连接中三自由的关节连接的在工作上的浇筑机械臂转速，来计算浇筑机械臂的运动中强力进行连接的最大直径，选M=12mm，机器人的浇筑机械臂在工作中具有最大的工作扭矩，在传递浇筑机械臂的电机功率上，实现了完全的传递，可知三自由的关节的连接速度为电机的额定功率，选择=5.5kw，计算浇筑机械臂的工作时候的连接转速为n=30r/min）。根据计算公式可得，机器人在工作时三自由的关节在连接的速度为：取机器人的传递机械效率：，计算可得旋转力的大小为：（2）计算机器人的各连接分力机器人的工作台在工作中，纵向的连接力Y,以及横向连接力X，和垂向连接力Z计算分别为：3.5.2机器人三自由的关节工作摩擦力的计算计算连接条件下的三自由的关节的摩擦力F，选择三自由的关节摩擦力系数为F,，机器人文献紧固力为,则计算机器人在不工作的条件下，三自由的关节的摩擦力为和3.5.3计算机器人抓取浇筑机械臂的轴向负载力（1）按式以上的计算，机器人在工作上的最大工作轴向负载力为（2）机器人在工作中的最小轴向计算的负载力为3.5.4机器人抓取浇筑机械臂的动载荷计算与直径估算1）确定机器人的抓取浇筑机械臂工作的导程，由设计参数可知，电动机的最高工作转速为：可知：2）计算机器人机工作上的抓取浇筑机械臂以及滑块在实际上的平均工作转速，以及机器人的平均工作载荷：（1）机器人各种实际的连接工作方式，计算抓取浇筑机械臂的实际工作轴向的载荷。机器人在实际工作中，进行强力的工作的还是，连接达到的轴向载荷为最大值，在快速移动的过程中，钻铣实现定位连接的轴向载荷为最小值载荷。所以在机器人一般的工作连接中以及机器人的精细工作连接中，机器人的抓取浇筑机械臂及滑块工作的轴向载荷计算可以根据以下计算当时：通过计算，可以得到钻铣机床在连接上的抓取浇筑机械臂计算结果。（2）计算机器人进给运动下的三自由的关节速度。（3）按式以上计算的结构，计算机器人三自由的关节工作平均速度。（4）按式以上计算结果，可以计算三自由的关节工作的平均达到的载荷：3.6验算传动系统的刚度计算抓取浇筑机械臂的拉压刚度。本机器人的导轨支承方式为两端固定，当抓取浇筑机械臂的滑块中心位于抓取浇筑机械臂两支承的中心位置（a=L/2，L=1075mm）时，抓取浇筑机械臂具有最小拉压刚度，计算为：当a==837.5mm或a==237.5mm时（即抓取浇筑机械臂的滑块中心位于行程的两端位置时），抓取浇筑机械臂具有最大拉压刚度计算得：3.7立柱和横梁的设计计算按扭浇筑桁架矩初估轴的直径，根据[1]查表10-2，得浇筑桁架的型材的取值为：C=106~117，考虑倒浇筑桁架安装轴承受浇筑桁架扭矩作用，取浇筑桁架C=106，则：浇筑桁架各参数值为：C=106、P=15KW、n=280，则浇筑桁架：所以选择浇筑桁架横梁型材大小为的大小为：40mm。按图乘法求出δTT和ΔTP的值：式中：P1—作用在一个机架上的矫直力（千牛）；E—立柱材料的弹性模数（牛/毫米2）。下面求出I1、I2：h1=30mmb1=40mm图3-3：横梁截面简化图h2=100mmb1=160mm图:3-4：立柱截面简化图；将δTT和ΔTP的值带入式（4-1）中得从公式（4-4）中看出，当立柱窗口与轴承座的配合间隙Δ=0时，T将会达到最大值，则：之前算出的矫直力P=N;P1=P/2=N=925KN;c=575mm;l1=1860mm;;把以上数据代入式4-5，可得到：Tmax=N•mm23.8立柱和横梁的强度校核从弯矩图M中可以看出，立柱与横梁连接处的弯矩值比较大，再考虑此处易产生应力集中，因此该处必须进行强度校验，其强度条件如下：式中：σmax2—立柱中的最大应力（牛/毫米2）；F2—立柱的断面面积（毫米2）；W2—立柱的抗弯截面系数（毫米2）；[σ]—机架材料的许用应力（牛/毫米2）。把：P1=P/2=N=925KN;F2=b2h2=100x160=16000mm2;;Tmax=N•mm2c=575mm;带入式（4-6），可得到：σmax2=N/mm2而：[σ]=235N/mm2满足所列出的强度条件。校验横梁强度时，应按配合间隙Δ≥δmax(立柱B点处的最大变形)来考虑，则T=0。此时横梁中部的弯矩值达到了最大，而横梁的轴向力变得最小（等于零）。即：横梁的强度条件为：式