四自由度棒料搬运机械手设计说明书[带图纸]

四自由度棒料搬运机械手设计说明书[带图纸]内容摘要：

25 = 3186。 57′ 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 效率的计算公式：  tantan    查机电综合设计指导书式 215 得 式中：  —— 丝杆螺旋导程角有前计算的  =3186。 57′  —— 摩擦角丝杆副摩擦系数为 f=~，其摩擦角为  = 39。 10 把以上数据代入  tantan   得：  39。 39。 tan 3 57 39。 tan 3 57 10  = =95% 谐波齿轮减速器 参数的确定 一般一级谐波齿轮减速比可以在 50～ 500 之间，谐波齿轮结构简单，零件少，重量轻，运动误差小，无冲击，齿的磨损小，传动精度高，传动平稳。 谐波齿轮减速传动装置明显的优点，已广泛用于机器人和其它机电一体化机械设备中。 本设计的底座旋转采用谐波齿轮减速器传动。 谐波齿轮采用带杯形柔轮的谐波传动组合件。 它是由三个基本构件构成的，带凸缘的环形刚轮，杯形的柔轮和柔性轴承、椭圆盘构成的波发生器。 谐波齿轮的设计基本参数如下： 传动比： 2 100i  ； 柔轮变形波数： U=2 ； 柔轮齿数： 2 1 0 0 2 0 0RZ U i     刚轮齿数： 2 0 0 2 2 0 2GRZ Z U     模数： mm 柔轮臂厚： mm 尺宽： 20b mm 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 其中，柔轮与柔轮的啮合参数经计算分别确定如下： 全齿高： mm mm 分度圆直径： 80Rd mm mm 齿顶圆直径： mm mm 齿根圆直 径： mm mm 齿形角： 20R  20G  变位系数：   柔轮与刚轮均采用渐开线齿形，波发生器采用控制式发生器，其中长轴2a= ，短轴 2b= ，并且采用具有 23 个直径为 滚珠的薄臂轴承。 谐波齿轮轮齿的耐磨计算： 由于谐波齿轮的柔轮和刚轮的齿数均很多，两齿形曲线半径之差很小，所以轮齿工作时很接近面接触，则轮齿工作表面的磨损可由齿面的比压 P 来控制。 轮齿工作表面的耐磨损能力可由下式计算： 2020pR n vTKPPd h b Z 式中： T—— 作用在柔 轮上的转矩（ Nm），由前计算取得 T=2 Nm； dR—— 柔轮分度圆直径， 本 设计中取为 dR=80mm ； hn—— 最大啮入深度，近似取 hn=（ ~） m， 本 设计中取 1 .4 0 .4 0 .5 6nh m m   ； b —— 齿宽（ mm），设计中取为 b=20mm ； ZV—— 当量于沿齿廓工作段全啮合的工作齿数 ，一般可取 0 .0 7 5 2 0 0 1 5vZ   ； K—— 载荷系数，取 K=~ ，设计中取为 K= ； 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 PP—— 齿宽许用比压 ，对于无润滑条件下工作的调质柔轮，取 PP=8MPA ； 所以，代入 2020R n vTKP d h b Z 得： 200 0 2 6 20 15 464 MP aP     因 P a 8M P a 满足 pPP ，所以符合耐磨性要求。 柔轮强度计算： 谐波齿轮工作时，柔轮筒体处于变应力状态，其正应力基本上 是对称变化的，而切应力则呈脉动变化，若以 , , ,a m a m    分别表示正应力和切应力的应力幅和平均应力。 （ 1）正应力的应力幅和平均应力分别为： 123 .3 5 , 0ampEhD   （ 2）由变形和外载荷所引起的切应力分别为： 122120200 . 5 ,y ppE h TD D h     则，切应力的应力幅和平均应力为： ( )a m y        以上式中： T—— 柔轮工作转矩（ Nm），由前计算取为： T=2 Nm ； h1—— 柔轮齿根处的臂厚（ mm），设计中取为： h1= ； DP—— 计算平均直径（ mm），设计中为： DP=dfＲ－ h1＝ － ＝ ； E—— 弹性模量（ MPa），设计中为 E =206000 MPa ；  —— 变形量（ mm）， GRdd  ， 本 设计中为  =－ 80= ； 将具体数据代分别代入上式中得： 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 323220. 8 20 6 10 0. 63. 55 56 .1 03 ( )00. 8 20 6 10 0. 60. 5 7. 90 2( )20 00 20. 33 9( )79 .1 0. 60. 5 ( ) 0. 5 ( 7. 90 2 0. 33 9) 4. 12 1 ( )aamyaaa m y aMPMPMPMP                   柔轮工作条件较恶劣，为使柔轮在额定载荷下不产生塑性变形和疲劳破坏，并考虑加工工艺较高的要求，决定选用 30CrMnSiA 作为柔轮材料。 30CrMnSiA 的力学性能如下： 1 1 0 0 , 9 0 0b a s aM P M P ，球化处理后硬度为 24~26HRC ， 且，取： 110 . 4 5 0 . 4 5 1 1 0 0 4 9 5 ( )0 . 2 5 0 . 2 5 1 1 0 0 2 7 5 ( )ba MPMP       柔轮正应力安全系数和切应力安全系数分别为： 11495 275 aamn kn k        柔轮的安全系数： 2 2 2 23 . 5 2 9 2 3 . 3 8 3 . 4 8 93 . 5 2 9 2 3 . 3 8nnn nn   此数值大于许用安全系数 ，则柔轮强度满足要求。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 4 机械手的各电动机的选择 进电动机又称脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行电机。 本机械手系统所要求的定位精度较高，而步进电机对系统位置控制比较准确且控制易于实现。 故本机械手选用的驱动电机都是步进电机。 机械手手臂升降步进电机的选择 机械手手臂升降用步进电机来驱动，通过丝杆传动来实现升降。 初选步进电机 75 003BF 由前计算丝杆导程为 0 6L mm 本设计机械手手臂升降速度选定为 S=35mm/s 所以丝杆转速 0w = S/L = 3 5 /6 = 5 . 8 3 3 r /s = 3 4 9 . 9 8 ( r /m in )回转转矩： c ga fM M M 式中： cM —— 机械手手臂升降相对丝杆的回转力矩 ； fM —— 机械手手臂升降相对丝杆的摩擦阻力矩 ； gaM —— 机 械手手臂升降在停止（制动）过程中相对与丝杆的惯性力矩 ； 其中： 0gaMJt ， 式中：  —— 手臂升降启动或制动过程中角速度的变化量，也就是工作的角速度： 23 4 9 .9 8 ( / m in ) 3 4 9 .9 8 3 6 .6 4 9 ( / )60r ra d s     ； t —— 手臂升降启动或制动的时间：本设计取为 ( )ts ； 0J —— 手臂升降时各部件对回转轴线的转动惯量 2()kgm ， 其中： 0 S l dJ J J J   毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 式中： sJ —— 丝杆对其转动轴的转动惯量 2()kgm ， 其中： 437 .8 1 0smJ D L 式中： mD —— 丝杆的公称直径由前计算得 ( )mDm L —— 丝杆的长度本设计取为 (m) 代入得： 4327 .8 0 .0 2 5 0 .4 5 1 00 .0 0 1 3 7( )sJ kg m    lJ —— 升降电机与丝杆间的联轴器的转动惯量 2s J =(kg )m 查机械设计手册 (软件版 ) 得； dJ —— 步进电机转子的转动惯量 20 .0 0 0 1 7 6 4 ( )dJ kg m 查机电综合设计指导书表 218 得； 代入得： 0 S l dJ J J J   2 = 0 . 0 0 1 3 7 + 0 . 0 0 1 8 + 0 . 0 0 0 1 7 6 4 = 0 . 0 0 3 3 5 ( )kg m 把以上代入 0gaMJt 得： 35  ( )Nm 其中： /2mfM GfD ； 式中： G—— 手臂的自重约为 200N f—— 丝杆螺母副与丝杆间的摩擦系数 f= 查机械设计手册 (软件版 ) 得 代入得： /2mfM GfD 20 0 8 25 / ( )Nm   得： c ga fM M M 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 ( )Nm 电机与丝杆直接联接所以 i=1； 所以 0 .6 0 9 ( )ip cM M N m   36. 649( / )lpw w rad s 上式中： lpw —— 负载峰值转速（ rad/s），如上计算 ： 3 6 .6 4 9 ( / )lp rad s  ； lpM —— 负载峰值力矩（ Nm），如上计算： 09 ( )ipM N m 电动机的功率计算式： lp lpm MP   上式中：  —— 计算系数，其中一般  ，本设计中取： 2 ；  —— 丝杆传动装置的效率，一般取  ，本设计中取：  ； 代入以上数据得： lp lpmMP   2 09 36 .64 9 / .80 ( )W   根据负载峰值力矩 lpM 最大静转矩，选用步矩角为 3 步进电机 75 003BF ，其最大静转矩为 ，满足负载峰值力矩 lpM 最大静转矩的要求。 电机参数表 41 电机型号 相数 步距角 /（176。 ） 电压 /V 最大静转矩 /N m(Kgf cm) 最高空载启动频 率 /HZ 运行频率 /HZ 转子转动惯量 105 Kg m2 分配方式 质量 /Kg 75BF003 3 3 30 0． 882（ 9） 1250 16000 1． 568 三相六拍 1． 58 毕业。