畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）物流系統(tǒng)的機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 緒論11.1引言11.2 機(jī)械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢31.4 本課題的來源、目的意義及預(yù)期目標(biāo)4第二章 傳送帶的設(shè)計(jì)計(jì)算62.1概述62.2永磁式低速同步電動(dòng)機(jī)的選擇62.3同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算7第三章 移位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算113.1直流電機(jī)的選擇113.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算113.2.1齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容123.2.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算123.2.3彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算163.2.4齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)183.3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算183.3.1常用軸承的類型及特性183.3.2選擇滾動(dòng)軸承的類型的方法203.3.3滾動(dòng)軸承壽

2、命的計(jì)算20第四章 四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算224.1直流伺服電機(jī)的選擇224.2步進(jìn)電機(jī)的選擇234.2.1應(yīng)用中需要注意的幾點(diǎn)：234.2.2步進(jìn)電機(jī)的具體選擇依據(jù)244.2.3混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)264.2.4 計(jì)算選擇274.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算284.3.1滾珠絲杠特點(diǎn)284.3.2滾珠絲杠型號的選擇294.3.3滾珠絲杠的支承和支承方式304.3.4滾珠絲杠的驗(yàn)算304.3.5滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊334.3.6 防護(hù)、密封與潤滑及其他注意事項(xiàng)334.3.7聯(lián)軸器的選用34總結(jié)36參考文獻(xiàn)37致謝38第一章 緒論1.1引言機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手，能模仿人手和臂的某些

3、動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由

4、度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手其實(shí)概念上有很多，一些自動(dòng)化裝置上，以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主，實(shí)現(xiàn)手部分功能，但智能控制、關(guān)節(jié)數(shù)、傳感器都比較少，或干脆沒有，但往往也被叫做機(jī)械手。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能

5、部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。1.2 機(jī)械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能

6、自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種unimate-vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。聯(lián)邦德國knka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最

7、多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)械手從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)械手;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模

8、應(yīng)用，弧焊機(jī)械手己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)械手生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國的智能機(jī)

9、械手和特種機(jī)械手在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)械手，6000m水下無纜機(jī)械手的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)械手、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)械手、爬壁機(jī)械手、管道機(jī)械手等機(jī)種:在機(jī)械手視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)械手、智能裝配機(jī)械手、機(jī)械手化機(jī)械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。1.3 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢目前，工業(yè)機(jī)械手

10、大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中的重要一環(huán)。未來發(fā)展具體方向?yàn)椋?) 工業(yè)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。2) 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模

11、塊用重組方式構(gòu)造機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)械手產(chǎn)品問市。 3) 工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于pc機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 4) 機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 5) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)

12、環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)械手。 6) 當(dāng)代遙控機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)械手的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)械手走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)械手就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 1.4 本課題的來源、目的意義及預(yù)期目標(biāo)本文重點(diǎn)對tvt-3000e中的機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。tvt-3000e物流系統(tǒng)是由機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)單元、貨物自動(dòng)識(shí)別緩沖系統(tǒng)單元、堆垛系統(tǒng)單元、自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)單元所組成。采用pc-link網(wǎng)絡(luò)或host-link或profibus總線構(gòu)成的現(xiàn)代物流控制系統(tǒng)。主要完成貨物的裝配與搬

13、運(yùn)，貨物的自動(dòng)識(shí)別與緩沖傳輸，貨物的堆垛以及貨物的自動(dòng)倉儲(chǔ)。于是我們提出了設(shè)計(jì)物流系統(tǒng)中機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的課題，根據(jù)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)際狀況讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論,專業(yè)知識(shí)和基本技能來設(shè)計(jì)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)物流的自動(dòng)化。tvt-3000e由機(jī)械手裝配搬運(yùn)單元、貨料自動(dòng)識(shí)別緩沖單元、堆垛單元、自動(dòng)化倉庫單元共4個(gè)單元組成。其特點(diǎn)為每個(gè)單元自成系統(tǒng)，可分別單獨(dú)運(yùn)行，用戶可根據(jù)實(shí)際需要自行選擇單元進(jìn)行組合，可構(gòu)成9種培訓(xùn)系統(tǒng)，并具二次開發(fā)功能，標(biāo)準(zhǔn)接口可以直接與工控機(jī)i/o采集卡對接實(shí)現(xiàn)工控機(jī)控制系統(tǒng)。tvt-3000e模塊化現(xiàn)代生產(chǎn)物流培訓(xùn)系統(tǒng)涵蓋了plc控制與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)

14、、傳感器檢測技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的控制技術(shù)、profibus總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以及氣動(dòng)技術(shù)等。作為物流培訓(xùn)系統(tǒng)，為確保人身與設(shè)備安全，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中具有漏電保護(hù)功能，短路保護(hù)功能，急停保護(hù)功能，智能診斷功能，各種限位保護(hù)功能等。由于系統(tǒng)的電氣接線采用了具有邏輯的各種模塊式接口，這樣既簡化了接線，節(jié)省了空間，又給系統(tǒng)的調(diào)試與檢修帶來了方便，增加了硬件的隔離保護(hù)功能，測試功能和信號連接與轉(zhuǎn)換功能，便于各種故障的設(shè)置，完成各種排故的訓(xùn)練，同時(shí)各模塊組成的單元具有硬件保護(hù)功能，如限位保護(hù)功能等。該系統(tǒng)還設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，在系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行過程中，若發(fā)現(xiàn)負(fù)載過載或接口出錯(cuò)時(shí)，可將其自動(dòng)

15、檔切換至手動(dòng)檔，按動(dòng)操作面板上的各種按鈕，檢查每一步的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，即可方便的排除故障完成系統(tǒng)的調(diào)整。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，采用高速計(jì)數(shù)器，脈沖輸出定位等完成了系統(tǒng)的位控功能、pwm變頻調(diào)速功能、計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能。該系統(tǒng)涵蓋了plc控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以及氣動(dòng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述工業(yè)控制各種高新技術(shù)的訓(xùn)練與培訓(xùn)。作為各類高等院校機(jī)電一體、電氣自動(dòng)化、機(jī)械制造、物流等專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置與各種職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中專、技校技能培訓(xùn)的教學(xué)實(shí)習(xí)裝置。根據(jù)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)際狀況讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識(shí)和基本技能來設(shè)計(jì)機(jī)

16、械手搬運(yùn)系統(tǒng)，完成機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)物流的自動(dòng)化。本課題要完成的主要目標(biāo)就是設(shè)計(jì)物流系統(tǒng)的機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)。第一，機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先掌握機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的工作原理；然后對其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、貨物傳送帶機(jī)構(gòu)、貨箱推出機(jī)構(gòu)、貨料平動(dòng)機(jī)構(gòu)、貨料推出機(jī)構(gòu)和貨物移位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第二，機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先分析在整個(gè)單元的運(yùn)動(dòng)形式，然后確定電控系統(tǒng)的主要組成部分并對其電控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后利用plc實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的順序控制。第二章 傳送帶的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1概述帶傳動(dòng)是具有中間撓性件的一種傳動(dòng)，能夠緩和載荷沖

17、擊，且運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲，制造和安裝精度不想齒輪那樣嚴(yán)格，所以帶傳動(dòng)得到了很廣泛的應(yīng)用。本文的帶傳動(dòng)包括兩個(gè)部分，即普通平帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。在平帶中應(yīng)用最多的是膠帆布平帶，其強(qiáng)度高且價(jià)格低廉，此外還有麻、絲或錦綸等材料編織而成的編織帶；承載層為滌綸繩，表面覆以耐磨耐油膠布或聚氨酯的高速帶；承載層為錦綸片的強(qiáng)力錦綸帶等。本文中的普通平帶所帶動(dòng)的載荷不是很大，故可采用應(yīng)用最多的膠帆布平帶，且無需進(jìn)行強(qiáng)度校核。而帶動(dòng)平帶運(yùn)轉(zhuǎn)的傳送機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)，所受轉(zhuǎn)矩較大，需進(jìn)行強(qiáng)度校核。故只進(jìn)行同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核，包括永磁式低速同步電機(jī)的選擇和同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算。2.2永磁式低速同步電動(dòng)機(jī)的選擇本文中帶傳

18、動(dòng)是低速重復(fù)，短時(shí)工作的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)盡量選用低速電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，而不需要選用減速器，本文選用永磁式低速同步電動(dòng)機(jī)。永磁式低速同步電機(jī)是一種無減速齒輪裝置由電機(jī)直接得到低轉(zhuǎn)速（60轉(zhuǎn)/分）的新型同步電動(dòng)機(jī)，可簡化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，免除齒輪減速機(jī)構(gòu)的噪聲。其特點(diǎn)為可靠性高，使用壽命長，運(yùn)行時(shí)振動(dòng)小、噪音低，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)時(shí)電流無沖擊，負(fù)載變化時(shí)電流變化極小，具有一定的自鎖能力；且能瞬間啟動(dòng)、倒轉(zhuǎn)和停機(jī)等。永磁式低速同步電機(jī)可作為低速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)元件。凡需要低速直接傳動(dòng)的場合，均可采用這種電機(jī)，若配以變頻電源，則可變換電機(jī)轉(zhuǎn)速以適合各種需要。這里選用的電機(jī)型號為55tdy4，其主要性能參數(shù)為

19、：額定電壓 220v 額定頻率 50hz最大輸入電流0.075a 最大輸入功率16w同步轉(zhuǎn)速 60r/min 額定轉(zhuǎn)矩 300mmm絕緣 e級2.3同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算本文所選用的某些電機(jī)采用了電機(jī)和齒輪輪系一體化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，但是不能通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)各個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)。為減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程的沖擊和振動(dòng)，并且不降低控制精度，采用了同步帶傳動(dòng)。同步帶可以用來傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，同步帶的工作面有齒，帶輪的輪緣表面也有相應(yīng)的齒槽，帶與帶輪是靠嚙合進(jìn)行傳動(dòng)的，故傳動(dòng)比恒定。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為承載層，氯丁橡膠或聚氨酯為基體。這種帶薄而且輕，故可用

20、于輕高速度。同步齒形帶無相對滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高；采用伸縮率小、抗拉抗彎曲疲勞強(qiáng)度高的承載繩，因此強(qiáng)度高，可傳遞超過100kw以上的動(dòng)力；厚度小、質(zhì)量小、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、適用于高速傳動(dòng)，傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)比可達(dá)10，效率可達(dá)98%；無需特別張緊，對軸和軸承壓力小，傳動(dòng)效率高；不需要潤滑，耐水耐腐蝕，能在高溫下工作，維護(hù)保養(yǎng)方便，所以同步帶的應(yīng)用日益廣泛。其主要缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴(yán)格。在規(guī)定張緊力下，相鄰兩齒中心線的直線距離成為節(jié)距，以p表示，節(jié)距是同步帶傳動(dòng)的主要參數(shù)。當(dāng)同步帶垂直其底邊彎曲時(shí)，在帶中保持原長度不變的周線，稱為節(jié)線。通

21、常位于承載層的中線，節(jié)線以表示。同步帶型號分為最輕型mxl、超輕型xxl、特輕型xl、輕型l、重型h、特重型xh、超重型xxh七種。同步帶傳動(dòng)原理如圖2-1所示。 圖2-1齒形帶傳動(dòng)圖2-1 同步帶傳動(dòng)原理示意圖設(shè)計(jì)計(jì)算如下：選取 載荷狀況平穩(wěn)，每天工作小時(shí)h，選=1.2計(jì)算功率 =p=1.216=19.2w （2-1）帶型和節(jié)距 查表選取帶型號為xl 節(jié)距p=5.08mm；基準(zhǔn)寬度=9.5mm；需用工作拉力=50n； 質(zhì)量q=0.022kg/m；小帶輪最小齒數(shù)=10齒數(shù) 選=14， =1=14 （2-2）帶輪節(jié)圓直徑 （2-3）帶速 v= （2-4）初定中心距 1.5（）a2() （2-5）

22、 通常取a=（1.52）（），初選中心距a=80mm計(jì)算帶長 （2-6） （2-7）帶長 （2-8） 查表選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度558.8mm， 節(jié)線長上的齒數(shù)z=110實(shí)際中心距： （2-9） 小帶輪嚙合齒數(shù) =7 （2-10）基本額定功率 3.5w （2-11） 同步帶基準(zhǔn)寬度所能傳遞的功率 基準(zhǔn)寬度的同步帶的需用工作拉力 q基準(zhǔn)寬度的同步帶質(zhì)量帶寬 =42.3mm （2-12） 嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)小帶輪嚙合齒數(shù)選??；6時(shí)取=1軸上載荷 =274.3n （2-13）第三章 移位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算貨物移位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)由帶有四個(gè)方型孔位的轉(zhuǎn)盤、定位氣缸、轉(zhuǎn)盤基座、型材基體四部分組成。其中轉(zhuǎn)盤基座內(nèi)含貨物

23、到位檢測傳感器和2個(gè)定位傳感器。帶有四個(gè)方型孔位的轉(zhuǎn)盤由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。定位氣缸規(guī)格為10-35型，使帶有四個(gè)方型孔位的轉(zhuǎn)盤精確定位。移位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括直流電機(jī)的選擇、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及校核計(jì)算，和滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算。3.1直流電機(jī)的選擇小齒輪傳動(dòng)的功率和轉(zhuǎn)矩都較小，因此可由直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，選擇直流電機(jī)的型號為37rg240，具體參數(shù)如下所示：電壓： dc12v額定轉(zhuǎn)速： 20r/min輸出扭矩： 20kg.cm 1nm=10.2kgcm重量： 0.2kg3.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速度可達(dá)20

24、0m/s，直徑能做到10m以上，單級傳動(dòng)比可達(dá)8或更大，因此在機(jī)器中應(yīng)用廣泛。和其他機(jī)械傳動(dòng)相比，齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍廣等。主要缺點(diǎn)是：齒輪制造需要專用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；精度較低時(shí)，振動(dòng)和噪聲較大；不適用于軸間距離較大的傳動(dòng)等。齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足兩項(xiàng)基本要求：1）傳動(dòng)平穩(wěn)要求瞬時(shí)傳動(dòng)比不變，盡量減小沖擊、噪聲和振動(dòng)；2）承載能力高要求在尺寸小、重量輕的前提下，齒輪的強(qiáng)度高、耐磨性號，在預(yù)定的使用期限內(nèi)不出現(xiàn)斷齒等失效現(xiàn)象。在齒輪設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和科研中，有關(guān)齒廓曲線、齒輪強(qiáng)度、制造精度、加工方法以及熱處理工藝等，基本上

25、都是圍繞這兩個(gè)基本要求進(jìn)行的。3.2.1齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要有選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)等。1）齒輪類型 由于齒輪傳動(dòng)是為帶動(dòng)機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞的扭矩不太大，故可采用直齒圓柱齒輪傳遞動(dòng)力。2）精度選擇 齒輪精度等級的選擇是根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件、傳動(dòng)功率、圓周速度等決定的。機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不高，故選用7級精度（gb10095-88）。3）材料選擇 齒輪材料的選擇應(yīng)具備下列條件：1）齒面具有足夠的強(qiáng)度，以獲得較高的抗點(diǎn)蝕抗磨粒磨損抗膠合和抗塑性流動(dòng)的能力；2)在變載荷下有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度；3）具有良好的加工和熱處理工藝性；4）價(jià)格較低。最常用的材料是鋼，鋼的品

26、種很多，且可通過各種熱處理方式獲得適合工作要求的綜合性能。4）傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制，批量較小，故小齒輪材料用40cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為260hb，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240hb。5）齒數(shù)選擇 選小齒輪齒數(shù)z1 =20，大齒輪齒數(shù)z2 =iz1 =520=100。3.2.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1）初步計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 =20kg.cm=1960齒寬系數(shù) 查表可得 =1.0齒寬b 和小齒輪分度直徑的比值稱為齒寬系數(shù)（）為便于裝配和調(diào)整，根據(jù)和求出齒寬b后在將小齒輪寬度加大5mm10mm，但計(jì)算時(shí)按大齒輪寬度計(jì)算。接觸疲勞極限 由圖可得hlim1=710mpa，hlim2=580m

27、pa初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力 （3-1） 值由表可得，取=90初步計(jì)算小齒輪直徑 （3-2） 取=20mm初步齒寬120=20mm （3-3）2）校核計(jì)算圓周速度 （3-4）精度等級 由表12.6，選8級精度齒數(shù)z和模數(shù)m 初取齒數(shù)=20z2 =iz1 =520=100則選取z1 =20，z2 =100使用系數(shù) 由表10-2查得使用系數(shù)ka=1.5；動(dòng)載系數(shù) 根據(jù)=0.489m/s，8級精度，由圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)kv=1.2；齒間載荷分配系數(shù) （3-5） （3-6）由此得=齒向載荷分配系數(shù) 由表12.11 （3-7）載荷系數(shù)k （3-8） 彈性系數(shù)由表12.12，鋼的彈性系數(shù)=189.8節(jié)

28、點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由圖12.16，取=2.5接觸最小安全系數(shù) 由表12.14，取=1.05總工作時(shí)間 預(yù)期使用年限十年，每年300個(gè)工作日，單班制，在使用年限內(nèi)，工作時(shí)間占20%。故總工作時(shí)間為=10=4800h應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （3-9）接觸壽命系數(shù) 由圖12.18，=1.22=1.35許用接觸應(yīng)力 （3-10）驗(yàn)算（3-11）計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為適合，齒輪尺寸無需調(diào)整，否則，尺寸調(diào)整后還應(yīng)再進(jìn)行驗(yàn)算。3）確定主要傳動(dòng)尺寸分度圓直徑d模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，齒輪齒數(shù)確定，且與初選齒數(shù)相同，無需進(jìn)行調(diào)整，故分度圓直徑不會(huì)改變，即 （3-12）中心距 （3-13）齒寬 取=25mm ， =20mm3.2

29、.3彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù) （3-14）齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10， （3-15）齒向載荷分配系數(shù) 由圖12.14，取=1.32載荷系數(shù)k齒形系數(shù)由圖12.21，=2.46=2.19應(yīng)力修正系數(shù)由圖12.22，=1.65=1.8彎曲疲勞極限 由圖12.23c，=600mpa=450mpa彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14，取一般可靠度，可得=1.25尺寸系數(shù) 由圖12.14，=1.0 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由表12.15，估計(jì)，則指數(shù) m=6.23 （3-16） 原應(yīng)力估計(jì)次數(shù)正確 彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24，=1.15 =1.5許用彎曲應(yīng)力 （3-17） 驗(yàn)算 （3-18） 傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，

30、故不作靜強(qiáng)度校核這樣設(shè)計(jì)出來的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。3.2.4齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)齒輪的結(jié)構(gòu)主要由毛坯材料、幾何尺寸、加工工藝、生產(chǎn)批量、經(jīng)濟(jì)等因素確定，各部分尺寸由經(jīng)驗(yàn)公式求得。對于小齒輪，齒輪直徑比軸的直徑大得多，則不論是從制造還是從節(jié)約貴重材料的觀點(diǎn)，應(yīng)該把齒輪和軸分開。本文中的小齒輪因可轉(zhuǎn)速較低，故而設(shè)計(jì)時(shí)可將電機(jī)軸與小齒輪直接采用過盈連接，而不需要使用聯(lián)軸器，從而簡化了結(jié)構(gòu)，節(jié)省了材料。對于尺寸較大的大齒輪，因小齒輪與大齒輪之間的嚙合關(guān)系是內(nèi)嚙合，因此需要固定大齒輪的外緣。齒圈用較好的鋼制造，大齒輪與轉(zhuǎn)盤之間用過盈連接，并且

31、加裝4個(gè)緊定螺釘。3.3滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算3.3.1常用軸承的類型及特性1）調(diào)心球軸承主要承受徑向載荷，同時(shí)也能承受少量的軸向載荷，因?yàn)橥馊壍辣砻媸且暂S承中點(diǎn)為中心的球面，故能調(diào)心允許偏轉(zhuǎn)角是在保證軸承正常工作條件下內(nèi)、外圈軸線間的最大夾角。2）調(diào)心滾子軸承承受很大的徑向載荷和少量軸向載荷，承受能力較大，滾動(dòng)體為鼓形，外圈滾道球面，因而具有調(diào)心性能。3）推力調(diào)心滾子軸承能同時(shí)承受很大的軸向載荷和不大的徑向載荷。滾子承腰鼓形，外圈滾道是球面，故能調(diào)心4）圓錐滾子軸承能同時(shí)承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷，因系線接觸，承載能力大于“7類軸承。內(nèi)、外圈可分離，裝拆方便，成對使用。5）推力球軸承只能承受

32、軸向載荷，而且載荷作用線必須與軸線相重合，不允許有角偏差。高速時(shí)，因滾動(dòng)體離心力大，球與保持架摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，壽命降低，適用于軸向載荷大、轉(zhuǎn)速不高之處，緊圈內(nèi)孔直徑小。6）深溝球軸承主要承受徑向載荷，同時(shí)也可承受一定量的軸向載荷。當(dāng)轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不大時(shí)，可代替推力球軸承承受純軸向載荷。7）角接觸球軸承能同時(shí)承受徑向、軸向聯(lián)合載荷，公稱接觸角越大，軸向承載能力也越大。公稱接觸角有、 、三種，通常成對使用，可以分別裝于兩個(gè)支點(diǎn)或同裝于一個(gè)支點(diǎn)上。8）圓柱滾子軸承能承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷。因系線接觸，內(nèi)、外圈只允許有極小的相對偏轉(zhuǎn)軸承內(nèi)、外可分離。9）滾子軸承只能承受徑向載荷，承載能

33、力大，徑向尺寸特小，一般無保持架，因而滾針間有摩擦，軸承極限轉(zhuǎn)速低，這類軸承不允許有角偏差。軸承內(nèi)外圈可分離可以不帶內(nèi)圈。 3.3.2選擇滾動(dòng)軸承的類型的方法1）當(dāng)載荷較大或有沖擊載荷時(shí)，宜用滾子軸承；當(dāng)載荷較小時(shí)，宜用球軸承。2）當(dāng)只受徑向載荷時(shí)，或雖同時(shí)受徑向和軸向載荷，但以徑向載荷為主時(shí)，應(yīng)用向心軸承；當(dāng)只受軸向載荷時(shí)，一般應(yīng)用推力軸承，而當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，可用角接觸球軸承或深溝球軸承；當(dāng)徑向和軸向載荷都較大時(shí)，應(yīng)采用角接觸軸承。3）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜用球軸承；當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可用滾子軸承，也可用球軸承。4）當(dāng)要求支承具有較大剛度時(shí)，應(yīng)用滾子軸承。5）當(dāng)軸的撓度變形大或軸承座孔不同、跨度大而對支

34、承有調(diào)心要求時(shí)，應(yīng)選用調(diào)心軸承。6）為便于軸承的裝拆，可選用內(nèi)、外圈分離的軸承。7）從經(jīng)濟(jì)角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結(jié)構(gòu)軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜。3.3.3滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算主動(dòng)軸處軸承的校核：選用的軸承型號為6203，由高等學(xué)校教材第四版機(jī)械設(shè)計(jì) 查得，1）徑向負(fù)荷：由以上軸承的計(jì)算可得：小齒輪處所受徑向力 雙片齒輪處所受的徑向力故該軸承所受總徑向力為2）當(dāng)量動(dòng)載荷： （3-19）查手冊，?。o沖擊或輕沖擊）3）確定軸承的壽命 （3-20）由計(jì)算可知選用6203軸承能夠滿足使用要求。經(jīng)校核，其余各處軸承均能夠滿足使用要求，但由于篇幅所限，加之計(jì)算過程多

35、有重復(fù)，其余各軸承的校核從略。第四章 四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)計(jì)算四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)角度270的氣控機(jī)械手（具有光電傳感器）、由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件構(gòu)成沿x、y軸移動(dòng)裝置（含x、y軸限位開關(guān)）、可回旋270的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)（其電氣部分由直流電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、接近開關(guān)等）以及型材基體四部分組成。四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手的作用是將傳送帶上的貨物搬運(yùn)到指定的位置上。當(dāng)貨物落入傳送帶上，由傳送帶將貨物傳送至機(jī)械手工作區(qū)，被傳感器檢測到后，機(jī)械手開始動(dòng)作。機(jī)械手移至傳送帶上貨物的上方，機(jī)械手張開，向下移動(dòng)，機(jī)械手夾緊貨物，升起，四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手底盤旋轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)械手在絲杠的作用下沿x、y軸直線運(yùn)動(dòng)，機(jī)械

36、手將貨物放置在預(yù)定的位置上。此時(shí)進(jìn)入3000e2貨料自動(dòng)識(shí)別緩沖系統(tǒng)單元的自動(dòng)分檢傳送帶的始端。四軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算涉及到步進(jìn)電機(jī)的選擇、直流伺服電機(jī)的選擇、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度驗(yàn)算以及軸承和聯(lián)軸器的選擇。對于齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核已在帶傳動(dòng)中詳細(xì)敘述，此處就不再贅述。4.1直流伺服電機(jī)的選擇直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)，其各具特色，簡介如下：有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)

37、定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 選擇伺服電機(jī)也并沒有什么特定的規(guī)律可循，關(guān)鍵的是你所選擇的電機(jī)必須適應(yīng)你負(fù)載運(yùn)動(dòng)的工作要求。比如在系統(tǒng)精度要求不高、運(yùn)動(dòng)速度在幾百轉(zhuǎn)以下（不超過500轉(zhuǎn)）但不至于過低（大于1轉(zhuǎn)），不需要頻繁起停的情況下，步進(jìn)電機(jī)是一種很好的選擇。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，控制精度低，速度太高，電機(jī)扭矩會(huì)下降的很快，將帶不動(dòng)負(fù)載，速度過低會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不連續(xù)的爬行現(xiàn)象，而且步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)也不快，不適合頻繁啟動(dòng)的應(yīng)用場合。當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度幾轉(zhuǎn)到3000多轉(zhuǎn)以下時(shí)，控制精度相對

38、要求較高，可以選擇直流或者交流伺服電機(jī)。一般情況下，交流伺服電機(jī)低速特性不如直流伺服電機(jī)，如果負(fù)載工作于較低速，建議選擇直流伺服電機(jī)。本文中控制機(jī)械手的電機(jī)控制精度要求較高，且負(fù)載處于較低速運(yùn)行，可選用直流伺服電機(jī)。經(jīng)過考慮，選擇直流電機(jī)的型號為msma5aza1g，其基本參數(shù)為：額定電壓 12v額定電流 1.0a額定工作頻率 200hz額定輸出功率 0.05kw額定轉(zhuǎn)速 3000r/min4.2步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與

39、輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序，電動(dòng)機(jī)即可獲得所需的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。4.2.1應(yīng)用中需要注意的幾點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666pps)，最好在1000-3000pps(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12v電壓的電機(jī)使用12v外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57byg采用直流24v-36v，86by

40、g采用直流50v,110byg采用高于直流80v），當(dāng)然12伏的電壓除12v恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過要考慮溫升。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)。電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少。電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。電機(jī)在600pps（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。4.

41、2.2步進(jìn)電機(jī)的具體選擇依據(jù)步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。選用1.5度。靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載

42、和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來。電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循步驟如圖4-1所示： 圖4-1 選擇電機(jī)的步驟力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：p=m=2n/60p=2nm/60其中p為功率，單位為瓦；為每秒角速度，單

43、位為弧度；n為每分鐘轉(zhuǎn)速；m為力矩，單位為牛頓米。p=2fm/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱pps）。4.2.3混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（pm） ，反應(yīng)式（vr）和混合式（hb）。 永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)正是由混合式步進(jìn)電機(jī)

44、特殊的結(jié)構(gòu)所帶來的，簡而言之它具有穩(wěn)定可靠、性能好、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，以和最具有可比性的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)相比為例。首先，混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較高，由于驅(qū)動(dòng)器是系統(tǒng)中可靠性最薄弱的一個(gè)部分，所以系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性主要是由驅(qū)動(dòng)器的可靠性來決定的?；旌鲜诫姍C(jī)轉(zhuǎn)子上有永磁體，部分磁場已由轉(zhuǎn)子上的磁鋼產(chǎn)生，所以混合式電機(jī)繞組電流可以設(shè)計(jì)得比較小，而反應(yīng)式電機(jī)磁場完全由繞組電流產(chǎn)生，故欲和混合式電機(jī)產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)體積相差不太大的情況下，反應(yīng)式電機(jī)所需電流就要大得多。在當(dāng)前電力電子器件水平限制下，混合式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器就比反應(yīng)式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器要可靠得多，同時(shí)由于大的繞組電流，反應(yīng)式電機(jī)本體的發(fā)

45、熱情況也要嚴(yán)重的多。實(shí)際上，為產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，反應(yīng)式電機(jī)不僅線圈電流大，而且定子線圈匝數(shù)多，電機(jī)體積大，繞組電感也大。由于繞組電感大，反應(yīng)式驅(qū)動(dòng)器必須要以高壓驅(qū)動(dòng)才會(huì)有比較好的高頻性能，但這樣驅(qū)動(dòng)器的可靠性會(huì)明顯變差；如果反應(yīng)式驅(qū)動(dòng)器取和混合式驅(qū)動(dòng)器一樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩明顯要小，這也是反應(yīng)式電機(jī)系統(tǒng)性能比混合式電機(jī)系統(tǒng)差的一個(gè)重要原因?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)一般步距角較小，再加上混合式步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)不明顯，振蕩較小，在控制步進(jìn)電機(jī)升降頻規(guī)律一致的情況下，運(yùn)行要比反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于混合式步進(jìn)電機(jī)的制造比較復(fù)雜，電機(jī)的成本相對較高；其次是雖然混合式步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)不

46、明顯，振蕩較小，但依然影響性能。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)精度要求來確定，一般取為0.010.02mm。如取得太大，無法滿足系統(tǒng)精度要求，如取得太小，或者機(jī)械系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或者對其精度和動(dòng)態(tài)性能提出過高要求，使經(jīng)濟(jì)性降低。所以根據(jù)滾珠絲杠的精度要求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖當(dāng)量：，步角距。由于無減速裝置，所以由=/360可知，滾珠絲杠螺距，即基本導(dǎo)程=4mm。一般來講，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)步距角較小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大，永磁式步進(jìn)電機(jī)功耗較小，斷電后仍有制動(dòng)力矩，但步距角較大，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，混合式步進(jìn)電機(jī)由上述兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高。考慮到滾珠絲杠的運(yùn)行特點(diǎn)，本文采用混合式步進(jìn)電機(jī)。4.2.4

47、 計(jì)算選擇步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算 （4-1）運(yùn)行時(shí)：=1450n, =741n，分別取=0.03，g=300n,=1.8mm/step=360.011450+0.03（300+741）/(21.80.7) =67.4由手冊可知：/=0.866，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩=/0.866=67.4/0.866=77.8 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率，假定=0.025m/s=10000.025/0.02=1250根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進(jìn)電機(jī)。42byg250c采用兩相四拍的通電方式。相數(shù)，2；步距角，；電流，1.5a；靜力矩,110；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，280；引線數(shù)，4。4.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.

48、1滾珠絲杠特點(diǎn)滾珠絲桿是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行性的直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，如下圖所示，由螺母、絲杠、滾珠、回珠器、密封環(huán)等組成。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高。在數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)中，經(jīng)常用于代替滑動(dòng)絲杠，以提高傳動(dòng)精度。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定滾珠絲杠的上述參數(shù)時(shí)，目前采用的方法是，在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，即滾珠絲杠在工作過程中受軸向負(fù)載時(shí)，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)

49、載作用下，這種名義直徑d和螺距t的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載的最大值稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載。滾珠絲杠計(jì)算的內(nèi)容包括型號選擇，穩(wěn)定性校核，極限速度校核，精度計(jì)算，剛度與變形計(jì)算等。絲杠螺母副的特點(diǎn)：1）用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。2）可達(dá)到很大的降速比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡化，傳動(dòng)鏈的以縮短。3）能達(dá)到較高的傳動(dòng)精。用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)時(shí),還可兼作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小數(shù)值可達(dá)0.0001mm。4）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率=0.920.96,而一般的常規(guī)（滑動(dòng)

50、）絲杠螺母副的=0.200.40。所以滾珠絲杠的傳動(dòng)效率比常規(guī)絲杠的傳動(dòng)效率提高了34倍。因此功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/31/4。5）給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，這樣反向時(shí)就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比較有較高的軸向精度。6）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎和運(yùn)動(dòng)速度完全無關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。由于滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，與常規(guī)絲杠螺母副比較不宜出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動(dòng)精度高。7）有可逆性，由于滾珠絲杠副摩擦系數(shù)小，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠

51、和螺母都可以作為主動(dòng)件，也可以作為從動(dòng)件。8）制造工藝復(fù)雜，滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也高，故制造成本高。例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般都要求磨削成型表面的。9）不能自鎖，特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需要添加制動(dòng)裝置。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定滾珠絲杠的上述參數(shù)時(shí)，目前采用的方法是，在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，即滾性絲杠在工作過程中受軸向負(fù)載時(shí)，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工

52、作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，這種名義直徑d和螺距t的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載的最大值稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載。4.3.2滾珠絲杠型號的選擇根據(jù)使用要求和結(jié)構(gòu)要求，選定滾珠絲杠的型號為wcm1604-2.5，這是一種微型外循環(huán)插管式、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠副，精度等級選3級，其主要參數(shù)有：公稱直徑， 導(dǎo)程=4mm， 鋼球直徑=2.381mm， 絲杠外經(jīng)d=15.7mm, 螺紋底徑=13mm， 循環(huán)圈數(shù)2.51， 額定動(dòng)載荷=4763n， 額定靜載荷=10011n， 接觸剛度r=221