《基于Solidworks的抓物機(jī)器車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真【含三維仿真18張CAD圖紙】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于Solidworks的抓物機(jī)器車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真【含三維仿真18張CAD圖紙】（62頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

I摘 要很多地方是我們?nèi)祟悰]法進(jìn)去的，因?yàn)槠渲械囊恍〇|西已經(jīng)對(duì)我們?cè)斐闪松耐{，但我們又有必須進(jìn)去的理由。在這種場(chǎng)合下，機(jī)械就能為我們解決這些問題，因?yàn)樗梢源嫖覀冞M(jìn)行一些危險(xiǎn)操作，用來取代人力來工作。我們?cè)O(shè)計(jì)的抓物機(jī)器車是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種將機(jī)械手和搬運(yùn)車聯(lián)系為一體的產(chǎn)品。使其能抓物運(yùn)動(dòng)，可以在地形復(fù)雜或惡劣、危險(xiǎn)的環(huán)境里替人完成物體的搬運(yùn)或者障礙的清除等工作。抓物機(jī)器車的設(shè)計(jì)主要是通過無線通信來控制小車的前進(jìn)、后退或者轉(zhuǎn)彎，并由螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺桿上的螺母上下移動(dòng)，再通過連桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抓爪的閉合，從而實(shí)現(xiàn)抓物動(dòng)作。絲桿豎直放置，轉(zhuǎn)臂固定在絲桿螺母上，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，螺母會(huì)上下移動(dòng)，轉(zhuǎn)臂也會(huì)上下移動(dòng)，也就是機(jī)械手上下移動(dòng)，滿足了機(jī)械手降下抓物，升高移動(dòng)物體的情況。機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)，在由齒輪帶動(dòng)固定絲桿的中間件轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵詞：機(jī)器車；抓物；絲桿IIAbstractMany things that we humans can not go , because some of these things have been a threat to our life , but the reason we have to go in there . In this case , our machinery will be able to solve these problems. Because it can replace us doing some dangerous operation , to replace manpower to work. Because it can replace us some dangerous operation, to replace manpower to work. We have designed the Grasping machine car that developed in the mechanization and automation of the production process and the robot van combined into one product. So that it can catch things exercise can help people complete the removal of an object or obstacle clearance work in complex terrain or harsh, dangerous environment.Grasping machine car designed primarily controlled by a wireless communication car forward, backward, or turn. by the screw rotates, driven to move up and down the screw on the nut, and then realize gripper closure through the link structure to realize grasping objects actions . Screw placed vertically, and the arm is fixed on screw nut, stepper motor driven rotary screw, nut meeting next move, the arm will move up and down, which is under the robot moves down to meet the robot grasping objects, elevated movement of the object. Turn the robot, driven by fixed-gear screw rotation middlewareimplementation. Key words: machine car; grasping objects; screwIII目 錄引言 ...............................................................................11 設(shè)計(jì)方案 ......................................................................21.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .......................................................................21.2 設(shè)計(jì)目的 .......................................................................21.3 方案的選擇 .....................................................................22 機(jī)械手的設(shè)計(jì) .................................................................32.1 抓手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................................................32.2 爪片的設(shè)計(jì) .....................................................................52.3 螺桿的設(shè)計(jì) .....................................................................72.3.1 確定螺紋中徑 .................................................................82.3.2 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算...............................................................92.3.3 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 ........................................................92.4 連桿盤的設(shè)計(jì)..................................................................102.5 套筒的設(shè)計(jì) ....................................................................112.5.1 套筒的尺寸 ..................................................................112.5.2 螺栓的選擇 ..................................................................112.5.3 螺紋連接的防松..............................................................133 轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) ..................................................................133.1 受力分析 ......................................................................133.2 轉(zhuǎn)臂的尺寸計(jì)算 ...............................................................143.3 螺栓的設(shè)計(jì) ....................................................................153.3.1 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..............................................................15IV3.3.2 螺栓受力分析 ................................................................154 滑動(dòng)絲桿的設(shè)計(jì) .............................................................164.1 螺紋牙型的選擇 ...............................................................164.2 螺距選擇 ......................................................................164.3 絲桿直徑的確定 ...............................................................164.4 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 ...............................................................174.5 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 ........................................................174.6 絲桿的長(zhǎng)度 ....................................................................184.7 絲桿螺母的傳動(dòng)形式 ...........................................................184.8 絲桿的固定 ....................................................................194.9 軸承的選擇 ....................................................................194.10 固定板的設(shè)計(jì) ................................................................214.10.1 固定板的結(jié)構(gòu) ...............................................................224.10.2 固定架的固定 ...............................................................225 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì) ..................................................................235.1 中間板的設(shè)計(jì)..................................................................235.2 鍵的選擇 ......................................................................255.3 齒輪的設(shè)計(jì) ....................................................................255.3.1 選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及模數(shù) .......................................255.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ....................................................265.3.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ....................................................275.3.4 幾何尺寸計(jì)算 ................................................................27V5.4 軸的設(shè)計(jì) ......................................................................286 車身的設(shè)計(jì) ..................................................................306.1 上車身的設(shè)計(jì)..................................................................306.2 下車身的設(shè)計(jì)..................................................................316.3 支板的設(shè)計(jì) ....................................................................356.3.1 支板的結(jié)構(gòu) ..................................................................356.3.2 尺寸計(jì)算 ....................................................................356.3.3 支板的連接 ..................................................................366.3.4 輪子孔的設(shè)計(jì) ................................................................367 solidworks 的建模和仿真 ..................................................378 總結(jié) ..........................................................................38謝 辭 ............................................................................39參考文獻(xiàn) .........................................................................40 第 1 頁 共 43 頁引言隨著社會(huì)的進(jìn)步，社會(huì)的分工也越來越細(xì)，特別是在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中，有的人每天就只能做著同一件事，或者是擰同個(gè)部位的某個(gè)螺母，或者是接著同一個(gè)地方的線頭，就像電影《摩登時(shí)代》中所演的，由于老是做同一個(gè)動(dòng)作，身體相同的部位得不到休息，于是開始產(chǎn)生了各種職業(yè)病。于是人們強(qiáng)烈的希望能有什么東西能代替自己工作而自己不用那么的難受。于是機(jī)器人就被發(fā)明了出來，并替人完成那些很枯燥、單調(diào)、危險(xiǎn)的工作。而且，機(jī)器人的發(fā)明大大的提高了工作效率，提高了工業(yè)的發(fā)展，為更多的人提供了機(jī)會(huì)。機(jī)器人的出現(xiàn)，使人們擺脫了那些繁瑣、危險(xiǎn)的工作。一般的，在有危險(xiǎn)，對(duì)人體有害的場(chǎng)合，你總能看到他們的身影。如噴漆行業(yè)，油漆發(fā)出的氣味很難聞，那是有毒氣體，聞多了會(huì)對(duì)人體造成難以想象的傷害；還有電焊的場(chǎng)合也是對(duì)人眼睛的傷害也很大，也是有了專門用來焊接的機(jī)器人。這樣的地方很多，在工業(yè)里已經(jīng)屢見不鮮了。特別是在汽車和工程機(jī)械行業(yè)里，噴漆和焊接那是必不可少的。也正是這些工作對(duì)汽車行業(yè)的不可或缺，近幾年來，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人大多是用于服務(wù)汽車行業(yè)的，也正因?yàn)檫@樣，汽車工業(yè)的發(fā)展也推動(dòng)了機(jī)器人的增長(zhǎng)。在一些對(duì)灰塵要求很嚴(yán)的重要場(chǎng)合或者實(shí)驗(yàn)室中，一旦灰塵的量超過了標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)有廢品的出現(xiàn)。例如要在 10 級(jí)潔凈室中制造的電腦重要器件。按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，10 級(jí)潔凈室就是要在一立方英尺內(nèi)不得出現(xiàn)超過 10 個(gè)以上的直徑大于 0.5 微米的塵埃。100 級(jí)潔凈室就是在一立方英尺內(nèi)不得出現(xiàn) 100 個(gè)同樣大小的塵埃?？删褪窍脒M(jìn)入 100 級(jí)潔凈室，工作人員也要換上特制的裝備才可以進(jìn)去，而且，在進(jìn)去之前的 5 個(gè)小時(shí)都不可以使用化妝品或者吸煙等，這條件可見很難做到了。所以 10級(jí)潔凈室也只能由機(jī)器來完成了，想進(jìn)去，條件太苛刻了。而有些場(chǎng)合，由于被環(huán)境的限制，如有放射性物質(zhì)，被有害氣體包圍等，我們很難進(jìn)去，也沒法找里面的東西出來研究。于是特制的抓物機(jī)器車就很有必要設(shè)計(jì)出來。這次設(shè)計(jì)是基于三維軟件 Solidworks 設(shè)計(jì)的。該軟件的功能很強(qiáng)大，組件也很多。 Solidworks 是現(xiàn)在最主流的三維 CAD 解決方案，因?yàn)樗哂辛斯δ軓?qiáng)大、易學(xué)易用、技術(shù)創(chuàng)新等特點(diǎn)。 而且 SolidWorks 可以提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少了設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以便提高產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)工程師和設(shè)計(jì)者來說，SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，操作更是簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。 第 2 頁 共 43 頁 第 3 頁 共 43 頁1 設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容因?yàn)槭且M(jìn)行比較精密的抓取物體，所以采用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器車的控制。通過無線接通電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子來實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)向。而在小車的上面則是抓物機(jī)械手的部件。要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下移動(dòng)還有一定范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，還有爪片的自由張合。1.2 設(shè)計(jì)目的（1）可以在危險(xiǎn)的，無人可進(jìn)入的地方抓住物體并且移動(dòng)物體，便于實(shí)驗(yàn)和研究。（2）由于抓物機(jī)器車使用無線通信技術(shù)控制，其動(dòng)作準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，因此可以提高穩(wěn)定性能。1.3 方案的選擇由于小車的移動(dòng)都要很精確，所以只考慮了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的速率是由驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入的脈沖數(shù)量和頻率來控制的。但不適合在長(zhǎng)時(shí)間和同方向的場(chǎng)合使用，這樣容易燒壞電機(jī)。而伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比，在控制方式上很相似都是用脈沖串和方向信號(hào)，但價(jià)格相對(duì)來說較高。在性能滿足的情況下，考慮經(jīng)濟(jì)方面，我們采用了步進(jìn)電機(jī)。對(duì)于機(jī)械手的上下移動(dòng)，可以想到的有液壓、氣動(dòng)還有絲桿?？紤]液壓和氣動(dòng)都比較的便宜，但考慮到精確度，能采用的也只有絲桿了。對(duì)于爪片的自由張合，氣動(dòng)便宜實(shí)用，但由于在前面都沒用到，在這里用的話還得設(shè)計(jì)氣動(dòng)裝置，麻煩而且也不太實(shí)際，因此我們采用了步進(jìn)電機(jī)。 第 4 頁 共 43 頁2 機(jī)械手的設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)的抓物車一般是在危險(xiǎn)的地方工作，那地方可能是一些夾縫什么的，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的小車都比較的小。設(shè)小車的尺寸為 400*200*100mm，而抓取的物體最重為 6KG。2.1 抓手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)抓盤的直徑為 50mm，爪子的開口角度為 120 度，抓爪可轉(zhuǎn)動(dòng) 30 度。采用的是四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)爪子的自由張合。結(jié)構(gòu)如圖所示：圖 2-1 四桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖其中 L1 是連桿盤與抓盤的距離，L2 是爪子上兩個(gè)圓柱銷之間的距離，L3 是連桿與爪子的距離，L4 是連桿。如圖，L2、L3、L4 為定長(zhǎng)，而 L1 隨著連桿盤的移動(dòng)而改變，當(dāng)連桿盤向上移動(dòng)時(shí)，L1 會(huì)變大，那時(shí)，連桿 L4 通過 L3 拉著 L2 向上轉(zhuǎn)動(dòng)，那時(shí)爪子張開：相反，當(dāng)連桿盤向下移動(dòng)時(shí)，連桿會(huì)壓爪子向下轉(zhuǎn)動(dòng)，即爪子會(huì)抓緊物體。受力分析： 第 5 頁 共 43 頁圖 2-2 四桿受力分析=cos *FF2 ??2=sin *FF1 ??2由受力分析可知： 當(dāng) = 時(shí)， = ，也就是使爪子向下轉(zhuǎn)動(dòng)的力與向外??345。 ??1??2的力是一樣的，這時(shí)，爪子處于平衡狀態(tài)。而隨著 的增大， 會(huì)大于 ,也就是??3 ??1 ??2說，當(dāng) 大于 45 度后，爪子盤向下，也就是 增大后，爪子的抓力反而變小，也??3 ??3就是說我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)該小于 45 度，45 度時(shí)就是抓取物體的最小尺寸。??3從圖上可知，當(dāng) 為 45 度時(shí)， 越小，L4 越短，從材料和經(jīng)濟(jì)方面來看， 越小??3 ??2 ??2越好，故取 = 。??230。當(dāng)抓取的物體最小時(shí)，也就是抓爪轉(zhuǎn)動(dòng) 30 度，那時(shí) 第 6 頁 共 43 頁圖 2-3 抓物受力簡(jiǎn)圖// ，取 =10mm,??3 ??1 ??1則 = ， =30mm；??145。 ??4所以 30mm??4≥當(dāng)抓手的開口最大時(shí)，如圖圖 2-4 開口最大受力分析此時(shí) 、 連成一線，則??3 ??4= =??30。 ??130。設(shè) =30mm,則??1+ =2cos *30=52 mm??3??4 ??1 第 7 頁 共 43 頁所以 =42mm??4故 30 42≤??4≤取 =40mm??4在連桿中連接處會(huì)打通孔，我們算出來的就是兩孔間的距離，所以實(shí)際尺寸應(yīng)該要加上半徑還有傍邊的部分。設(shè)通孔的中心到一邊的距離為 5mm，則連桿實(shí)際長(zhǎng)度為 40+5*2=50mm.2.2 爪片的設(shè)計(jì)為了更好的抓起物體，使物體不掉下來，應(yīng)把爪片的下面做成一個(gè)傾角，受力分析如下：圖 2-5 抓物時(shí)受力簡(jiǎn)圖Mg=cos *F+sin *??? ??cos * ?=sin *F?? ??F=Mg*cos??可知， 越小，F(xiàn) 會(huì)越大，當(dāng)取 為 45 度時(shí)，代入數(shù)據(jù)后得?? ??F=2*10*cos =14N45。根據(jù)拉壓桿的強(qiáng)度條件： 第 8 頁 共 43 頁=????????(??????)??????≤[??]得：????,??????[??] ≤??[ ]=????????式中： [ ]為許用應(yīng)力；??n 為安全因數(shù)；為載荷；????A 為桿的橫截面面積表 1 常用材料的力學(xué)性能表材料名稱牌號(hào) /MPa???? / MPa???? /%??5 備注普通碳素鋼Q215Q235Q255Q275215235255275335-450375-500410-550490-63026-3121-2619-2415-20對(duì)應(yīng)久牌號(hào) A2對(duì)應(yīng)久牌號(hào) A3對(duì)應(yīng)久牌號(hào) A4對(duì)應(yīng)久牌號(hào) A5優(yōu)質(zhì)碳素鋼253545552753153553804505306006452320161325 號(hào)鋼35 號(hào)鋼45 號(hào)鋼55 號(hào)鋼合金鋼20Cr40Cr30CrMnSi54078588583598010801091020 鉻40 鉻30 鉻錳硅 第 9 頁 共 43 頁鋁合金 LY12 274 412 19 硬鋁查表 1 得： 考慮到要質(zhì)量較輕，采用鋁合金材料：則 ??=274??????取安全系數(shù) n=1.2,代入數(shù)據(jù)得[ ]=274/1.2=228 Mpa??A 14/228* =0.06* ≥ 10?6 10?6??3故取抓爪的尺寸為 14*5=70 60mm>取首尾間的距離為 80mm由杠桿原理得圖 2-6 抓爪受力簡(jiǎn)圖10*N=80*F得 N=8*14=112 N由前面圖 2-3 的受力分析得當(dāng) = 時(shí) ??45。N=cos F45。F=112/0.7=158 N受力較大，所以采用了合金鋼 Cr20,查表得 。取安全系數(shù) n=1.2,代入??=540?????? 第 10 頁 共 43 頁數(shù)據(jù)得[ ]=540/1.2=450 Mpa??A （112/450）* =0.25* ≥ 10?6 10?6??3所以取 連桿的橫截面面積為 5*6 mm連桿的尺寸為 40*5*6 mm2.3 螺桿的設(shè)計(jì)螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要是把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。主要運(yùn)動(dòng)形式有以下兩種：一種是螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)；一種螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并且移。螺旋傳動(dòng)按其用途不同，可分為以下三種：(1)傳力螺旋。 它以專遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件阻力。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短，工作速度也不高，而且通常需要有自鎖能力。(2)傳導(dǎo)螺旋。它以傳遞運(yùn)動(dòng)為主(3)調(diào)整螺旋。它可以調(diào)整、固定零件的相對(duì)位置。螺旋運(yùn)動(dòng)又可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋?；瑒?dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造，易于自鎖，但其阻力大，磨損快，傳動(dòng)精度低等。而滾動(dòng)螺旋相反，阻力小，傳動(dòng)精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。我們要求的是能傳動(dòng)動(dòng)力，而且精度要求不高，行程較短，軸向力也不是很大，綜上，我們采用了滑動(dòng)螺旋滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋有很大的關(guān)系，螺紋工作面的壓力、表面粗糙度的選擇不好，會(huì)加快螺旋的磨損。螺紋工作面上的壓力越大，螺旋副間越容易形成過度磨損。因此選擇螺紋的選擇也很重要。當(dāng)載荷不大，工作對(duì)螺紋間的摩擦力要求不大、螺距又比較小時(shí)，可采用基本螺紋和細(xì)牙螺紋。當(dāng)載荷較大，螺距又較大時(shí)，應(yīng)采用梯形螺紋。它比三角甌的傳動(dòng)效率高，強(qiáng)度大。因此采用梯形螺紋。 第 11 頁 共 43 頁表 2-1 螺旋傳動(dòng)常用的材料螺旋副 材料牌號(hào) 應(yīng)用范圍Q235、Q275、45、50 材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)螺桿40Cr、65Mn、T12、40WMn、20CrMnTi材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動(dòng)。螺母ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅）材料耐磨性好，適用于一般傳動(dòng)表 2-2 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[p]及摩擦系數(shù) ?螺桿-螺母的材料滑動(dòng)速度/（m/min）許用壓力/Mpa 摩擦系數(shù) ?低速 18-25鋼-青銅 ≤3.0 11-18 0.08-0.10 第 12 頁 共 43 頁6-12 7-10淬火鋼-青銅 6-12 10-13 0.06-0.08所以 0.04???>滿足自鎖條件。2.3.2 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺桿的強(qiáng)度條件為：=??????1????2+3(4????1)2≤[??]式中：F-螺桿受到的軸向壓力；A-螺桿截面面積；-螺紋小徑；??1T-螺紋受到的扭矩;-螺桿材料的許用應(yīng)[??]表 2-3 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力許用應(yīng)力/Mpa螺旋副材料[??] ???? [ ]??螺桿 鋼 ????3?5青銅 40-60 30-40鑄鐵 45-55 40螺母鋼 （1.0-1.2[??] 0.6[??]由表滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力得 =355，則 = =71 Mpa???? [??]3555 第 14 頁 共 43 頁把 F=148 N, =3.675mm ， =48.35 代入??1 ?? ????2得148.351482+3( 4??3.675)2≤71T 10.6 N m≤ ???所以，電機(jī)的扭矩應(yīng)該小于 10.6 N 。?????2.3.3 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)槁菽傅牟牧蠌?qiáng)度比較螺桿的強(qiáng)度要低很多，而螺紋牙又多因?yàn)榘l(fā)生剪切和擠壓破壞而失效，故需要校核螺母的螺紋牙的強(qiáng)度。由剪切強(qiáng)度條件??= ??????????≤[??]彎曲強(qiáng)度條件為=??6??????????2??≤[????]式中： b-螺紋牙跟部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65 P l-彎曲力臂 l=?????22u-螺紋工作圈數(shù) u=????代入數(shù)據(jù)得=0.2 ]=30-40??=1483.14?16?0.65?2?22.5/2≤[??= =0.5 =40-60??6?148?0.53.14?16?1.32?11.25≤[????]因此螺紋的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。螺桿的長(zhǎng)度：工作行程為 30mm 加上螺母的高度 6mm,因此取長(zhǎng)度為 36mm. 第 15 頁 共 43 頁2.4 連桿盤的設(shè)計(jì)連桿固定在連桿盤上，然后連桿盤與螺母連接，然后跟著螺母的上下移動(dòng)而移動(dòng)，從而通過連桿推動(dòng)抓爪的轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿盤是在套筒里面上下運(yùn)動(dòng)的，而連桿要接到抓爪，要穿出套筒，因此在套筒上應(yīng)該會(huì)有三個(gè)長(zhǎng)孔，滿足連桿隨著連桿盤上下移動(dòng)，為了加工和安裝的方便，直接把孔開到口，而把連桿盤與連桿相連的部分放到套筒外面，這樣更好的安裝連桿。如圖：圖 2-7 連桿盤的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中間的孔是為了螺桿能通過，使螺桿與連桿盤不接觸就可以了，而盤中的三個(gè)孔則是為了固定連桿盤與螺母而留的。采用螺釘連接，螺釘可以直接擰入連桿固定板上螺紋孔中，不需用螺母，但不能經(jīng)常拆裝，這樣易使螺紋孔磨損，從而導(dǎo)螺母的報(bào)廢，故多用于受力不大，或不需用經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。在這里剛好適用。由于在這里，螺釘其固定作用，基本上只受連桿盤的重力作用，很小可忽略不計(jì)。連接處，在外力的作用下，銷釘與孔直接接觸。當(dāng)擠壓應(yīng)力過大時(shí)，在孔、銷接觸的局部區(qū)域內(nèi)，將產(chǎn)生顯著塑性變形，導(dǎo)致孔、銷間的正常配合。由擠壓強(qiáng)度條件= ??????????????≤[??????]式中： -擠壓力???? 第 16 頁 共 43 頁-耳片的厚度??d-孔的直徑代入數(shù)據(jù)得300*148????≤ 1060.5* ????≥ 10?6 ??2取 =10mm , d=4mm??則連桿盤的厚度可為 10mm2.5 套筒的設(shè)計(jì)2.5.1 套筒的尺寸套筒內(nèi)是螺桿，在桿上連桿盤固定在螺母上，套筒的下方是抓盤，但為了節(jié)約材料，我們把套筒和抓盤合在一起。如圖圖 2-8 套筒結(jié)構(gòu)抓盤的直徑是 50mm，則可設(shè)套筒的外徑為 35mm,內(nèi)徑可為 30mm。由于螺桿的長(zhǎng)度為 36mm 套筒的長(zhǎng)度為 50mm.套筒的上部分，為了便于安裝連桿和連桿盤，直接開了三個(gè)深糟，糟的深度與螺桿的長(zhǎng)度一樣，也就是 36mm 套筒還要與轉(zhuǎn)臂相連，故在最上面還要做耳。2.5.2 螺栓的選擇對(duì)于連接件，一般的螺紋連接有幾種類型：（1）螺栓連接在被連接件上開有通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母，這種連接的結(jié) 第 17 頁 共 43 頁構(gòu)特點(diǎn)就是被連接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（2）雙頭螺栓連接這種連接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場(chǎng)合，如被連接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比較軟，且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用雙頭螺栓連接。（3）螺釘連接這種連接的特點(diǎn)就是螺栓或螺釘直接擰入被連接件的螺紋孔中，不用螺母，在結(jié)構(gòu)上比雙頭螺栓連接簡(jiǎn)單、緊湊。其用途和雙頭螺栓連接相似，但經(jīng)常拆裝時(shí)，易使螺紋孔磨損，會(huì)導(dǎo)致被連接件報(bào)廢，故多用于受力不大，或不需用經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。（4）緊定螺釘連接緊定螺釘連接就是利用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入相應(yīng)的凹坑中，以固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。螺釘除了作為連接盒緊定用外，還可以用于調(diào)整零件的位置。綜上所述，轉(zhuǎn)臂的厚度較大，不宜制成通孔，因此選擇螺釘連接。1）螺釘?shù)姆植疾捎萌齻€(gè)平均分布，螺栓數(shù) Z=3.2）受力分析螺釘受抓手的重力和殘余預(yù)緊力F=(6+0.02*3+0.03*3+0.2)*10=63.5 N取 =0.5F,??1得 =0.5*63.5=31.75 N??1總拉力 = =95.25 N??2 ??1+??3）直徑的確定選擇材料為 Q235、性能等級(jí)為 4.6 的螺釘，查表得材料屈服極限 =240Mpa，???? 第 18 頁 共 43 頁安全系數(shù) S=1.5，故螺釘材料的許用應(yīng)力 = Mpa.[??]=??????2401.5根據(jù)螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件=??????1.3????2??4??21≤[??]得 ??1≥4?1.3??2??[??]代入數(shù)據(jù)得 =1mm??1≥4?1.3?95.253.14?160按普通螺紋的基本尺寸（GB196-81），選用螺紋公稱直接 d=3mm.查粗牙螺栓、螺釘?shù)男肷疃群吐菁y孔尺寸得d=3mm，h=6mm查普通螺紋連接的標(biāo)準(zhǔn)件（GB70-76）得圓柱頭內(nèi)六角螺釘?shù)拈L(zhǎng)度為L(zhǎng)=10mm所以螺釘?shù)臑?M3*10-Q。重量為 0.003kg2.5.3 螺紋連接的防松一般的連接螺紋都能滿足自鎖條件，此外擰緊以后螺母和螺栓頭部等支承面上的摩擦也有防松作用。但在沖擊、振動(dòng)等的作用下，螺旋副間的摩擦力會(huì)變小甚至消失。多次后就會(huì)使連接松脫，因此要進(jìn)行防松。防松的根本就是在于防止螺旋副在受載的時(shí)候發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，防松的方法可分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺旋副運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松等。其中摩擦防松又可分為對(duì)頂螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母。這幾中方法都是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用。故選用了彈簧墊圈來防松。3 轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 43 頁轉(zhuǎn)臂的作用是支撐機(jī)械手和抓取的物體的重量，因此在這里對(duì)強(qiáng)度要求很嚴(yán)格。在這里，轉(zhuǎn)臂固定在左邊的螺母上，并隨著螺母上下移動(dòng)，因此可以把轉(zhuǎn)臂當(dāng)做懸臂梁來算。3.1 受力分析圖 3-1 轉(zhuǎn)臂受力分析建立剪力、彎矩方程得Fby=F, M=Fa畫出剪力、彎矩圖，如上圖所示。3.2 轉(zhuǎn)臂的尺寸計(jì)算圖 3-2 轉(zhuǎn)臂的尺寸從彎曲強(qiáng)度考慮，理想的變截面梁，是使所有橫截面上的最多彎曲正應(yīng)力都等 第 20 頁 共 43 頁于許用應(yīng)力。= =[ ]??????????(×)??(×) ??得=??(×）??(×)[ ??]而對(duì)于矩形截面懸臂梁，=F*x??(×）??(×)=???26得h(x)=6??????[??]采用材料鋁合金來加工梁，則[ ]=228MPa.因?yàn)檐嚨拈L(zhǎng)度為 400mm，若在車的??中間立起絲桿，設(shè)最遠(yuǎn)可以抓離車 100mm 遠(yuǎn)的物體，則算出了梁的長(zhǎng)度為a=400/2+100=300 mm而 F 為抓手和抓取的物體的重力總和。即 F=63.5 N.取梁寬 b=55mm,代入式中得h= =4 mm6?63.5?30055?228但一般情況下，在外力作用下，梁的軸線會(huì)由直線變成曲線。研究表明，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)梁來說，剪力對(duì)其的變形影響一般很小，可以忽略不計(jì)，彎曲時(shí)各橫截面仍保持平面，仍與變彎后的梁軸正交。忽略剪力的影響后，轉(zhuǎn)角和撓度相互關(guān)聯(lián)。設(shè)許用撓度[ ]=a/500，則梁的剛度條件為??????33????≤??500其中：彈性模量 E=200GPa,矩形的慣性矩 I=???312 第 21 頁 共 43 頁代入數(shù)據(jù)得h 6.3* m=6.3mm≥ 10?3綜上，可以取 h=15mm3.3 螺栓的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臂與套筒的連接是由螺釘連接的，因此在轉(zhuǎn)臂的下方打 d=6mm，h=8mm 的螺紋孔，同時(shí)在上方也要打幾個(gè)固定電機(jī)的孔。另一端，轉(zhuǎn)臂與絲桿上的螺母固定，然后隨著螺母的上下移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂的上下移動(dòng)。在上面我們說到了很多的連接方式和各個(gè)方式的優(yōu)點(diǎn)。在這里，可以采用螺栓連接，被連接件上的通孔和螺栓之間留有空隙，通孔的加工比較容易，精度要求較低。3.3.1 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù) z=4，對(duì)稱布置圖 3-3 螺栓分布3.3.2 螺栓受力分析螺栓受抓手的重力作用，因此每個(gè)螺栓所受的力為F=MG/4=15.9 N而 = +F??2??1取 =0.5F??1 第 22 頁 共 43 頁則 ??2=15.9+15.9?0.5=23.85 ??由螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件：=??????1.3??2??4??21≤[??]得 ??1≥4?1.3??2??[??]代入數(shù)據(jù)得 =0.8mm??1≥4?1.3?23.853.14?160取 =3.242mm??1查得 d=4mm.查六角頭螺栓，取螺栓 M4*304 滑動(dòng)絲桿的設(shè)計(jì)絲桿螺母機(jī)構(gòu)主要是用來將螺旋運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)，或者將直線運(yùn)動(dòng)變換成螺旋運(yùn)動(dòng)，絲桿螺母機(jī)構(gòu)又分為滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，制造成本低，而且具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大，傳動(dòng)效率低。與滑動(dòng)絲桿副相比，滾動(dòng)絲桿副摩擦阻力矩小，傳動(dòng)效率大，而且還具有軸向剛度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精確度高，不易磨損，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，而且不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，在做升降傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，還要采取制動(dòng)措施。我們才用了滑動(dòng)絲桿來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂的升降。在上面中，我們可以知道作用在絲桿的力 F=63.5 N 4.1 螺紋牙型的選擇精密絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，常用的螺紋有牙型角為 普通公制螺紋和牙型為 的梯60. 30. 第 23 頁 共 43 頁形螺紋兩種。當(dāng)絲桿螺母結(jié)構(gòu)的載荷不大，螺紋間的摩擦對(duì)工作影響不大，而又要求小螺距的時(shí)候，可采用公制基本螺紋和公制細(xì)牙螺紋。當(dāng)載荷較大時(shí)，螺距也要求較大，宜用梯形螺紋。梯形螺紋比三角形螺紋的傳動(dòng)效率高，強(qiáng)度大，螺距打。螺距小時(shí)，制造困難而且不耐磨。易知，絲桿所受載荷不大，所以選擇 的普通公制螺紋。60.4.2 螺距選擇常用的梯形螺紋螺距有 2、3、4、5、6mm 等。而在精密儀器設(shè)備中，采用的公制螺紋螺距主要有 0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75mm 等，根據(jù)實(shí)際的進(jìn)給可選擇螺距為 0.5mm4.3 絲桿直徑的確定查表螺旋傳動(dòng)常用的材料和滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[p]及摩擦系數(shù) ? 可取：螺桿的材料可用 45 號(hào)鋼，螺母可用 ZCuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅），選滑動(dòng)速度為低速，許用壓力 [p] 為 20Mpa.由滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算公式對(duì)于普通螺紋，有0.56??2≈??????[??]其中:h-螺紋的工作高度t-螺距螺母高度H= ???2取 ，代入數(shù)據(jù)得?=1.50.56 =1.3??2≥63.5?0.50.2?1.5?20查機(jī)械手冊(cè)取 =12.701mm, 螺距 P=2mm ??2d=14mm,小徑 =11.835mm； 大徑 ??1 第 24 頁 共 43 頁H=1.5*12.701=19.0515mm4.4 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺桿的強(qiáng)度條件為：=??????1????2+3(4????1)2≤[??]式中：F-螺桿受到的軸向壓力；A-螺桿截面面積；-螺紋小徑；??1T-螺紋受到的扭矩;-螺桿材料的許用應(yīng)力。[??]由表滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力得 =355，則 = =71 Mpa???? [??]3555把 F=63.5 N, =11.835mm ， =102.554 代入??1 ?? ????2得1102.55463.52+3( 4??11.835)2≤71T 19.8 N≤ ?????所以，電機(jī)的扭矩應(yīng)該小于 19.8 N 。?????4.5 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)槁菽傅牟牧蠌?qiáng)度比螺桿的低，而螺紋牙又多因?yàn)榘l(fā)生剪切和擠壓破壞而失效，故需要校核螺母的螺紋牙的強(qiáng)度。由剪切強(qiáng)度條件??= ??????????≤[??]彎曲強(qiáng)度條件為 第 25 頁 共 43 頁=??6??????????2??≤[????]式中： b-螺紋牙跟部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65 P l-彎曲力臂 l=?????22u-螺紋工作圈數(shù) u=????代入數(shù)據(jù)得=0.2 ]=30-40??=63.53.14?6?0.65?2?22.5/2≤[??= =0.5 =40-60??6?148?0.53.14?6?1.32?4.459≤[????]因此螺紋的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求4.6 絲桿的長(zhǎng)度如圖所示：設(shè)抓手與地面的距離為 200mm圖 4-1 高度簡(jiǎn)圖 第 26 頁 共 43 頁a+H=h+L+200其中：a 為絲桿長(zhǎng)度；H 為小車高度；h 為套筒高度；L 為抓爪的高度。代入數(shù)據(jù)得 a=200+70+50-100=220mm.4.7 絲桿螺母的傳動(dòng)形式根據(jù)絲桿和螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，其基本傳動(dòng)形式可以分為：（1）螺母固定、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 這種傳動(dòng)形式是因?yàn)槁菽钙鹬С凶饔?，并消除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精度較高，但剛性差，一般用于行程較小的場(chǎng)合（2） 絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng) 該傳動(dòng)需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要導(dǎo)向裝置。（3） 螺母移動(dòng)，絲桿移動(dòng) 這種傳動(dòng)需要限制螺母的移動(dòng)和絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且占用空間較大（4） 絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但使用時(shí)很不方便，故很少應(yīng)用。4.8 絲桿的固定在這里絲桿是豎直安裝的，因此不僅要保證絲桿的豎直度，還要考慮到絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就涉及到了旋轉(zhuǎn)支承部件的選擇了。4.9 軸承的選擇軸承按摩擦的性質(zhì)不同，可以分為滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承。滾動(dòng)軸承由于摩擦系數(shù)小，啟動(dòng)阻力小，選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都比較方便，選用滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承又可以分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承。（1）向心推力軸承的作用 第 27 頁 共 43 頁圖 4-2 向心推力軸承（2）向心軸承主要承受徑向載荷圖 4-3 向心軸承（3）推力軸承只能承受軸向載荷的軸承 第 28 頁 共 43 頁圖 4-4 推力軸承（4）對(duì)絲桿進(jìn)行受力分析得圖 4-5 絲桿受力分析所以采用了向心推力軸承。由于取用的絲桿中徑很小，查機(jī)械手冊(cè)后，取最小的向心推力軸承，也就是 36200GB292-64.根據(jù)軸承使用的機(jī)械種類及工作情況適當(dāng)選擇確定軸承的壽命?，F(xiàn)假設(shè)供料機(jī)構(gòu)每天工作 8 小時(shí)，預(yù)計(jì)使用壽命為 5 年，則：L=8 =14600h×365×5采用正裝的安裝方式，對(duì)軸承受力分析中，如圖 第 29 頁 共 43 頁圖 4-6 軸承的正裝因?yàn)? 取 e=0.4????=????????=38.1 N????2=0.4??????2=0.4?63.5?300200????1=??????+????2=30+38.1=68.1 ??N????1=76.5N????2=95.25=0.02????1??0=68.13050=0.012????2??0=38.13050.89 e ????1????1=68.176.5=0 >=0.4=e????2????2=38.195.25查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13-5 徑向動(dòng)載荷系數(shù) X 和軸向動(dòng)載荷系數(shù) Y，可知=0.44 =1.42 =1 =0??1 ??1 ??2 ??2當(dāng)量動(dòng)載荷 P 的一般計(jì)算公式：P= ( )????×??????+??????——載荷系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13-6 根據(jù)載荷性質(zhì)，選取載荷系數(shù)，這里取????=1.5；???? 第 30 頁 共 43 頁——徑向動(dòng)載荷系數(shù)，??——軸向動(dòng)載荷系數(shù)， ??——徑向載荷； ????——軸向載荷；????因而：( )=195.5 N??1=1.5×0.44?76.5+1.42?68.1( )=142.9 N??2=1.5×1?95.25+0查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13-4 溫度系數(shù) 可知：????取溫度系數(shù) =1????對(duì)于球軸承，選取 ??=3查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知滾動(dòng)軸承 36200GB292-64 的額定動(dòng)載荷 C=5.15KN。軸承基本額定壽命公式：= (???10660??????????)??= =177434 14600h10660×172×(5150×1195.5)3 ?所以選擇的軸承可以滿足要求。4.10 固定板的設(shè)計(jì)由于絲桿較長(zhǎng)，因此不僅下方要固定，上面也要固定，所以在上方做了一個(gè)板來固定。4.10.1 固定板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下 第 31 頁 共 43 頁圖 4-7 固定板結(jié)構(gòu)因?yàn)樯厦嬉灿幸粋€(gè)軸承，由軸承安裝可知，h B=9.取 h=13mm,則固定架的高>度為 13+250=263mm。設(shè)厚度 d=2mm，則 l=2*2+40=44mm。而寬度 D 30mm,因此取 D=40mm>4.10.2 固定架的固定采用如圖所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù) z=4，對(duì)稱布置圖 4-8 螺栓分布螺栓受力分析：螺栓受抓手的重力作用，因此每個(gè)螺栓所受的力為F=95.25*250/20/4=298N 第 32 頁 共 43 頁而= +F??2??1取 =0.5F??1則 ??2=298+298?0.5=446 ??由螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件：=??????1.3??2??4??21≤[??]得 ??1≥4?1.3??2??[??]代入數(shù)據(jù)得 =2.1mm??1≥4?1.3?4463.14?160取 =4.134mm??1查得 d=3mm.查六角頭螺栓，取螺栓 M3*10那么 L=l+2*8=44+16=60mm5 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)為了轉(zhuǎn)角的精確，我們選用了齒輪來傳動(dòng)，但由于齒輪只能傳動(dòng)，而不能在上面固定零件，因此我們需要一個(gè)中間板來實(shí)現(xiàn)。也就是說，固定板和軸承、絲桿等固定在中間板上，然后在用鍵與軸連接到齒輪上，從而實(shí)現(xiàn)了用電機(jī)傳動(dòng)齒輪，齒輪傳動(dòng)到中間板，從而中間板轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在中間板上的絲桿，固定板、機(jī)械手等也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。 第 33 頁 共 43 頁5.1 中間板的設(shè)計(jì)當(dāng)中間板起固定作用時(shí)，其的長(zhǎng)和寬可以與上面的固定架相同，也就是長(zhǎng)為60mm,寬為 40mm，其結(jié)構(gòu)為圖 5-1 中間件的結(jié)構(gòu)由上面可知，采用了軸承 36200GB292-64，查機(jī)械手冊(cè)得直徑為 30mm，寬為 9mm.所以板的中間應(yīng)該開一個(gè)直徑 30mm 的孔，同時(shí)再開一個(gè)小孔，以便多余長(zhǎng)的絲桿不碰到板。軸承的孔深為 9mm,則可設(shè)板的高度為 12mm.如圖圖 5-2 中間件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖但在下方我們需要的是齒輪傳動(dòng)到中間板，使中間板轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，目前的中間板是不可能的，沒有軸和鍵的位置，因此我們可以把板加厚，以達(dá)到安裝鍵的尺寸。為了不改變上面的板的厚度，我們只加厚了中間的部分，但為了板更好的受力，應(yīng)加厚的部分包括軸承對(duì)應(yīng)下來的部分。則形狀如圖：