自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计毕业设计(编辑修改稿)

自动上下料机械手直臂与夹持部件的三维设计及主要零部件设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

复杂、制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（ 92%~98%），其运动平稳性好，灵活度高。 通过预紧，能消除间隙、提高传动刚度；进给精度和重复定位精 度高。 使用寿命长；而且同步性好，使用可靠、润滑简单，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。 由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁；因此在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。 （ 4）同步带传动 同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动，它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合传动。 为保证带和带轮作无滑动的同步传动，齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料，无弹性滑动，以保证节距不变。 同步带具有传动比准确、传动效率高（可达 98%）、节能效果好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动 平稳，能高速传动（可达 40m/s）、传动比可达 10，结构紧凑、维护方便等优点，故在机器人中使用很多。 其主要缺点是安装精度要求高、中心距要求严格，同时具有一定的蠕变性。 同步带带轮齿形有梯形齿形和圆弧齿形。 （ 5）钢带传动 钢带传动的特点是钢带与带轮间接触面积大，是无间隙传动、摩擦阻力大，无滑动，结构简单紧凑、运行可靠、噪声低，驱动力矩大、寿命长，钢带无蠕变、传动效率高。 （ 6)链传动 在机器人中链传动多用于腕传动上，为了减轻机器人末端的重量，一般都将腕关节驱动电机安装在小臂后端或大臂关节处。 由于电机距离被传动的 腕关节较远，故采用精密套筒滚子链来传动。 （ 7)钢丝绳轮传动 钢丝绳轮传动具有结构简单、传动刚度大、结构柔软，成本较低等优点。 其缺点是带轮较大、安装面积大、加速度不宜太高。 机械手的基本形式选择 常见的工业机械手根据手臂的动作形态 ,按坐标形式大致可以分为以下 4 种 : (1)机械设计及制造 7 直角坐标型机械手。 (2)圆柱坐标型机械手。 (3)球坐标 (极坐标 )型机械手。 (4)多关节型机机械手。 图 机械手基本形式 按照机械手的工作环境采用直角坐标型机械手 ，其特点是结构简单紧凑，定位精度高，比较满足设计要求。 机械手直臂部分的主要部件及运动 在直角坐标型机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，关于机械手具有 4个自由度 即：手爪张合；手腕回转；直臂升降；横臂平移 4个主要运动。 机械手主要由 3个大部件和 4个电机组成：（ 1）手部，采用丝杆螺母结构，通过电机带动实现手抓的张合。 （ 2） 腕部，采用一个步进电机带动蜗轮蜗杆实现手部回转90176。 ~180176。 （ 3）臂部，采用滚珠丝杠，电机带动丝杆使螺母在横臂上移动来实现手臂平动，带动丝杆螺母使丝杆在直臂上移动实现手臂升降。 机械设计及制造 8 图 机械手直臂与夹持部件总装三维图 图 二维示意图 机械手的技术参数 （ 1）用途：数控机床自动上下料 机械设计及制造 9 （ 2）设计技术参数 : 抓重 :600g (夹持式手部 ) 自由度数 :4个自由度 坐标型式 :直角坐标型 横臂手臂长度 :2180mm 手臂最大高度 : 手臂运动参数 升降行程： 920mm 升降速度： 167mm/s 手腕运动参数 回转范围 : 0180176。 本章小结 本章对机械手的整体部分进行了总体方案设计分析，从中选择了机械手的基本形式以及自由度，确定了本设计采用电机驱动，并给出了设计中机械手的一些技术参数。 下面的设计计算将以此进行。 机械设计及制造 10 3 机械手手爪的三维设计 手部设计基本要求 （ 1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。 应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。 （ 2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）   ，以便于抓取工件。 （ 3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 （ 4） 应保证手抓的夹持精度。 典型的手部结构 （ 1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。 （ 2） 移动型 移动型即两手指相对支座作往复运动。 （ 3）平面平移型。 机械手手爪的设计计算 选择手爪的类型及夹紧装置 本设计是设计抓取圆柱形物块的机械手。 常用的工业机械手手部 ,按握持工件的原理 ,分为夹持和吸附两大类。 吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体 ,不适合用于本方案。 本设计机械手采用夹持式手指 ,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。 平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动 ,这种手指结构简单 , 适于夹持平板和圆柱类材料 , 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置 , 其理论夹持误差为零。 通过综合考虑，本设计选择移动型手爪，采用丝杠螺母这种传动结构方式。 运行方式为电机带动直齿轮使丝杠转动继而带动手爪接触块移动，从而形成手爪的张合，当手爪抓到零件时，电机停止，手爪形成自锁，带动零件移动。 机械设计及制造 11 图 二维手爪结构图 手爪夹持范围计算 加工毛坯尺寸： Φ 20Φ 30 长度： 100 左右 毛坯质量（以钢材的密度计算）：约 246g555g（按最大 600g 计算） 装夹深度：约 25mm 纵向定位精度： 横向定位精度： 1mm 手爪接触块为橡胶，橡胶具有 弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳等特点。 机械设计及制造 12 图 手爪橡胶 滑动丝杠设计 设计条件： 需自锁 丝杠长度 145mm 最大质量共计约 1100g。 丝杠载荷：丝杠竖直时承受最大轴向力 NFa  ， G=mg (g 取 10N/kg)。 设计计算：（计算部分由小组成员张益完成本人参与讨论） （ 1） 牙型、材料和许用应力 采用梯形单头螺纹 螺杆材料选 45 钢，调制处理， 2/360 mmNs  ，由机械手册查表可得 许用拉应力 2/72~1205~3 mmNsp   .................................................................（ ） 手爪部分为轻载，螺母材料选耐磨铸铁。 由机械手册查表可得 许用弯曲应力 2/60~50 mmNbp  ， 取 2/50 mmNbp  ； 许用剪应力 2/40 mmNp  机械设计及制造 13 由机械手册查表可得 许用压强 2/8~6 mmNPp  ，取 2/6 mmNPp  （ 2） 按耐磨性计算螺杆中径 由表中公式，pPFd   ， ....................................................................................（ ） 采用整体螺母式，取  ， mmPFd p   由 GB/T ，可选 10d ， P ， 922 Dd ， D ， d ， 81D的梯形螺纹、中等精度。 螺杆左右两端分别采用不同的旋向，螺旋副标记分别为： eHLHTr 7/7210  ， eHTr 7/7210 。 螺母高度 mmdH   ，取 mmH 11 则螺纹圈数 62/11/  PHn 圈 （ 3） 自锁性验算 由于单头螺纹，导程 mmPS  ，故螺纹升角为 39。 r c ta na r c ta n 2  dS ........................................................................（ ） 由机械手册查表可得钢和耐磨铸铁的 ~f ，取 f ，可得 39。 50615c o r c t a n2c o sa r c t a n39。   f ...................................................................（ ） 39。  ，故自锁可靠。 （ 4） 螺杆强度校核 由机械手册查表可得，螺纹摩擦力矩 mmNFdM at  )39。 50639。 43t a n ()39。 t a n (21 21 ， ...................（ ） 代入以下公式得 ptca mmNdMdF   2232223323 /3 2 ) (3) ()(3)4(...（ ） （ 5） 螺母螺纹强度校核 因螺母材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹强度即可。 机械设计及制造 14 由机械手册查表可得 牙根宽度 mmPb 9 7  ，基本牙高 mmPH  代入以下中的公式得 pmmNbnD F   24 /0 6 7 ...........................................（ ） bpb nbDFH    224 1 ................................................（ ） （ 6） 横向振动校核 对于钢制螺杆 m i n/71415170 2262 3216 rl dn ccc   ...........（ ） 应满足转速 m in/ rnn c  （ 7） 效率 由回转运动转化为直线运动时 3 0 ~2 9 )39。 50639。 43t an ( )39。 43t an ()~()39。 t an (t an)~(     .........（ ） 效率取为  直齿轮设计 表 直齿轮参数表 项 目 符号 齿轮 1 单位 单位 齿 轮 2 单位 几何参数： 齿数 Z 20 35 法 向 模 数 m n 毫米 法 向 压 力 角 α n 20 度 有 效 齿 宽 b 12 毫米 齿 顶 高 系 数 ha* 1 顶 隙 系 数 c* 标 准 中 心 距 a0 毫米 中 心 距 a 42 毫米 分 度 圆 直 径 d 30 毫米 毫米 基 圆 直 径 d b 毫米 毫米 顶 圆 直 径 d a 33 毫米 57 毫米 根 圆 直 径 d f 毫米 毫米 机械设计及制造 15 齿 顶 高 h a 毫米 毫米 齿 根 高 h f 毫米 毫米 全 齿 高 h t 毫米 弧 齿 厚 S t 毫米 毫米 名 义 转 矩 T N178。 m N178。 m 名 义 功 率 P Kw Kw 转 速 n 3500 r / min 1998 r / min 材 质 支 承 形 式 非对称支承 电机选型 计算条件：空行程最长 mml 60 ，夹紧时间不超过 设计计算：（电机选型部分和组长商量而定） 螺母移动平均速度 smmsmmtlv /  ， .................................................。