基于solidworks的抓物机器车机构设计及运动仿真毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于solidworks的抓物机器车机构设计及运动仿真毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

以 30mm 当抓手的开口最大时，如图 图 24 开口最大受力分析 此时 、 连成一线，则 桂林电子科技大学 第 5 页 共 43 页 = = 设 =30mm,则 + =2cos *30=52 mm 所以 =42mm 故 30 42 取 =40mm 在连杆中连接处会打通孔，我们算出来的就是两孔间的距离，所以实际尺寸应该要加上半径还有傍边的部分。 设通孔的中心到一边的距离为 5mm，则连杆实际长度为 40+5*2=50mm. 爪片的设计 为了更好的抓起物体，使物体不掉下来，应把爪片的下面做成一个倾角，受力分析如下： 图 25 抓物时受力简图 Mg=cos *F+sin *ƒ cos * ƒ=sin *F F=Mg*cos 可知， 越小， F会越大，当取 为 45 度时，代入数据后得 F=2*10*cos =14N 根据拉压杆的强度条件： = 得： 桂林电子科技大学 第 6 页 共 43 页 [ ]= 式中： [ ]为许用应力； n为安全因数； 为载荷； A为杆的横截面面积 表 1 常用材料的力学性能表 材料名称 牌号 /MPa / MPa /% 备注 普通碳素钢 Q215 Q235 Q255 Q275 215 235 255 275 335450 375500 410550 490630 2631 2126 1924 1520 对应久牌号 A2 对应久牌号 A3 对应久牌号 A4 对应久牌号 A5 优质碳素钢 25 35 45 55 275 315 355 380 450 530 600 645 23 20 16 13 25 号钢 35 号钢 45 号钢 55 号钢 合金钢 20Cr 40Cr 30CrMnSi 540 785 885 835 980 1080 10 9 10 20 铬 40 铬 30 铬锰硅 铝合金 LY12 274 412 19 硬铝 查表 1得 ： 考虑 到要质量较轻，采用铝合金材料： 则 取安全系数 n=,代入数据得 [ ]=274/=228 Mpa A 14/228* =* 故取抓爪的尺寸为 14*5=70 60mm 取首尾间的距离为 80mm 由杠杆原理得 桂林电子科技大学 第 7 页 共 43 页 图 26抓爪受力简图 10*N=80*F 得 N=8*14=112 N 由前面 图 23 的受力分析得 当 = 时 N=cos F F=112/=158 N 受力较大，所以采用了合金钢 Cr20,查表得。 取安全系数 n=,代入数据得 [ ]=540/=450 Mpa A （ 112/450） * =* 所以取 连杆的横截面面积为 5*6 mm 连杆的尺寸为 40*5*6 mm 螺杆的设计 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。 它主要是把回转运动转变为直线运动。 主要运动形式有以下两种：一种是螺杆转动，螺母移动；一种螺母固定，螺杆转动并且移。 螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种： (1)传力螺旋。 它以专递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用以克服工件阻力。 这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，而且通常需要有自锁能力。 (2)传导螺旋。 它以传递运动为主 (3)调整螺旋。 它可以调整、固定零件的相对位置。 螺旋运动又可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。 滑动螺旋结构简单、便于制造，易于自锁，但其阻力大，磨损快，传动精度低等。 而滚动螺旋相反，阻力小，传动精度高，但结构复杂。 我们要求的是能传动动力，而且精度要求不高，行程较短，轴向力也不是很大，综上，我们采用了滑动螺旋 滑动螺旋的磨损与螺纹有很大的关系，螺纹工作面的压力、表面粗糙度的选择不好，会加快螺旋的磨损。 螺纹工作面上的压力越大，螺旋副间越容易形成过度磨 桂林电子科技大学 第 8 页 共 43 页 损。 因此选择螺纹的选择也很重要。 当载荷不大，工作对螺纹间的摩擦力 要求不大、螺距又比较小 时，可采用基本螺纹和细牙螺纹。 当载荷较大，螺距又较大时，应采用梯形螺纹。 它比三角瓯的传动效率高，强度大。 因此采用梯形螺纹。 表 21 螺旋传动常用的材料 螺旋副 材料牌号 应用范围 螺杆 Q23 Q27 4 50 材料不经热处理，适用于经常运动，受力不大，转速较低的传动 40Cr、 65Mn、 T1 40WMn、20CrMnTi 材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动。 螺母 ZCuSn10P ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜） 材料耐磨性好，适用于一般传动 表 22 滑动螺旋副材料的许用压力 [p]及摩擦系数 ƒ 螺杆 螺母的材料 滑动速度 /（ m/min） 许用压力 /Mpa 摩擦系数 ƒ 钢 青铜 低速 1825 1118 612 710 淬火钢 青铜 612 1013 钢 铸铁 1318 桂林电子科技大学 第 9 页 共 43 页 612 47 钢 钢 低速 确定螺纹中径 查表 螺旋传动常用的材料和滑动螺旋副材料的许用压力 [p]及摩擦系数 ƒ可取：螺杆的材料可用 45 号钢，螺母可用 ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜），选滑动速度为低 速，许用压力 [p] 为 20Mpa. 由滑动螺旋的耐磨性计算公式 对于梯形螺纹，有 螺母高度 H= 取 ，代入数据得 = 查机械手册取 =, 螺距 P= d=4mm,小径 =； H=*= 对于自锁条件： =arctan =arctan 而 =arctan( ) 代入数据得 = 所以 桂林电子科技大学 第 10 页 共 43 页 满足自锁条件。 螺杆的强度计算 螺杆的 强度条件为： = 式中： F螺杆受到的轴向压力； A螺杆截面面积； 螺纹小径； T螺纹受到的扭矩。 螺杆材料的许用应 表 23 滑动螺旋副材料的许用应力 螺旋副材料 许用应力 /Mpa [ ] 螺杆 钢 螺母 青铜 4060 3040 铸铁 4555 40 钢 （ 由表 滑动螺旋副材料的许用应力 得 =355，则 = =71 Mpa 把 F=148 N, = ， = 代入 得 T N m 所以，电机的扭矩应该小于 N。 螺母螺纹牙的强度计算 因为螺母的材料强度 比较螺杆的强度要 低 很多 ，而螺纹牙又多因为发生剪切和挤压破坏而失效，故需要校核螺母的螺纹牙的强度。 由剪切强度条件 弯曲强度条件为 桂林电子科技大学 第 11 页 共 43 页 = 式中： b螺纹牙跟部的厚度，对于梯形螺纹， b= P l弯曲力臂 l= u螺纹工作圈数 u= 代入数据得 = ]=3040 ===4060 因此螺纹的强度符合设计要求。 螺杆的长度：工作行程为 30mm 加上螺母的高度 6mm,因此取长度为 36mm. 连杆盘的设计 连杆固定在连杆盘上，然后连杆盘与螺母连接，然后跟着螺母的上下移动而移动，从而通过连杆推动抓爪的转动。 连杆盘是在套筒里面上下运动的，而连杆要接到抓爪，要穿出套筒，因此在套筒上应该会有三个长孔，满足连杆随着连杆盘上下移动，为了加工和安装的方便，直接把孔开到口，而把连杆盘与连杆相连的部分放到套筒外面，这样更好的安装连杆。 如图 ： 图 27 连杆盘的结构简图 中间的孔是为了螺杆能通过，使螺杆与连杆盘不接触就可以了，而盘中的三个孔则是为了固定连杆盘与螺母而留的。 采用螺钉连接，螺钉 可以 直接拧入 连杆固定板上 螺纹孔中，不需用螺母，但 不能经常拆装 ， 这样 易使螺纹孔磨损， 从而导螺母的 报废，故多用于受力不大，或不需用经常拆装的场合。 在这里刚好适用。 由于在这里，螺钉其固定作用，基本上只受连杆盘的重力作用，很小可忽略不计。 桂林电子科技大学 第 12 页 共 43 页 连接处，在外力的作用下，销钉与孔直接接触。 当挤压应力过大时，在孔、销接触的局部区域内，将产生显著塑性变形，导致孔、销间的正常配合。 由挤压强度条件 = 式中： 挤压力 耳片的厚度 d孔的直径 代入数据得 300* * 取 =10mm , d=4mm 则连杆盘的厚度可为 10mm 套筒的设计 套筒的尺寸 套筒内是螺杆，在杆上连杆盘固定在螺母上，套筒的下方是抓盘，但为了节约材料，我们把套筒和抓盘合在一起。 如图 图 28 套筒结构 抓盘的直径是 50mm，则可设套筒的外径为 35mm,内径可为 30mm。 由于螺杆的长度为 36mm 套筒的长度为 ，为了便于安装连杆和连杆盘，直接开了三个深糟，糟的深度与螺杆的长度一样，也就是 36mm 套筒还要与转臂相连，故在最上面还要做耳。 螺栓的选择 对于连接件，一般的螺纹连接有几种类型： （ 1） 螺栓连接 在被连接件上开有通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端拧上螺母，这种连接的结构特点就是被连接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，通孔的加工精度要求低，结构 桂林电子科技大学 第 13 页 共 43 页 简单。 （ 2） 双头螺栓连接 这种连接适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，如被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比较软，且需要经常拆装时，往往采用双头螺栓连接。 （ 3） 螺钉连接 这种连接的特点就是螺栓或螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔中，不用螺母，在结构上比双头螺栓连接简单、紧凑。 其用途和双头螺栓连接相似，但经常拆装时，易使螺纹孔磨损，会导。