搬運碼垛機器人畢業(yè)設計

1、目錄1緒論1研究背景及意義1國內(nèi)碼垛機器人的研究現(xiàn)狀2碼垛機器人的發(fā)展趨勢42制定方案5制定要求52.2 機構(gòu)組成5碼垛機器人路徑規(guī)劃73起升機構(gòu)制定計算93.1 起升機構(gòu)電機選擇93.1.1 起升機構(gòu)電機容量選擇93.2 起升機構(gòu)鋼絲繩選擇選擇與計算10鋼絲繩繩經(jīng)的選擇10卷筒的制定與計算113.4 起升機構(gòu)減速器選擇12起升機構(gòu)聯(lián)軸器的選擇144旋轉(zhuǎn)機構(gòu)制定計算16旋轉(zhuǎn)機構(gòu)電機選擇16旋轉(zhuǎn)機構(gòu)減速器選擇18旋轉(zhuǎn)機構(gòu)聯(lián)軸器的選擇19旋轉(zhuǎn)機構(gòu)齒輪傳動制定21旋轉(zhuǎn)機構(gòu)齒輪傳動強度校核24旋轉(zhuǎn)機構(gòu)軸的制定計算27最小軸徑確定27二軸的結(jié)構(gòu)制定及強度校核28二軸上深溝球軸承校核335堆垛機構(gòu)制定計算

2、34堆垛機構(gòu)電機選擇34堆垛機構(gòu)平臺制定36槽輪機構(gòu)制定36堆垛機構(gòu)減速器的選擇37堆垛機構(gòu)聯(lián)軸器的選擇38堆垛機構(gòu)軸最小直徑計算39結(jié)論41致謝42參照文獻431緒論隨著現(xiàn)代社會科技水平日新月異的變化，機器人技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生活中的方方面面，演著不可替代的角色。機器人是多個學科技術(shù)綜合而成的產(chǎn)物，其應用程度已經(jīng)逐漸寬廣起來研究機器人已經(jīng)成為了當今時代的趨勢。機器人的應用狀況已經(jīng)可以作為權(quán)衡一個國家現(xiàn)化程度凹凸的重要因素。 從機器人工作的環(huán)境來對機器人進行分類，大體上能劃分成兩種，就是工業(yè)機器人與特種機器人。工業(yè)機器人是一種具有合格性能的自動化機械裝置，是典型的含有很高科技含量的機電一體化產(chǎn)

3、品。它在提升產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟效益、提升生產(chǎn)率方面起著重要作用。同時工業(yè)機器人的發(fā)展狀況也是日新月異的，所以研發(fā)工業(yè)機器人是一件刻不容緩的事情。碼垛是隨著物流產(chǎn)業(yè)的不斷壯大而發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，其思想是把物品按照一定規(guī)律碼放在托盤上，從而能夠使物品的存放、搬運、轉(zhuǎn)移等活動變成單元化操作，從而大大提升物流運輸?shù)男省?在物料質(zhì)量不大、尺寸不大、碼垛速度要求不高的狀況下，碼垛工作都是通過人工來實現(xiàn)的。后來為了減輕工人在碼垛時的工作強度，產(chǎn)生了托盤操作機、工業(yè)機械手等一些比較簡單的機械設施。但是隨著人們對碼垛速度要求的不斷提升，傳統(tǒng)的人工碼垛方式越來越難以達到人們的要求，這種狀況下碼垛機器人應運

4、而生。 作為工業(yè)機器人典型的一種，碼垛機器人技術(shù)近幾年有著非?？焖俚陌l(fā)展，這樣的發(fā)展速度和當今世界制造業(yè)的小批量、多種類的發(fā)展模式是十分吻合的。碼垛機器人有著工作能力強、運行速度快、體積比較小、抓取種類多、應用范圍廣等特點，從而在市場上備受青睞，正因為這些優(yōu)點，才使得碼垛機器人被普遍應用于制造業(yè)、碼垛、裝配、焊接等諸多操作中。近年來，袋裝物品的必必須求和產(chǎn)量都十分龐大，進而對袋裝物品進行運輸?shù)谋乇仨毲笠苍诩眲≡鲩L。在我國有大量的袋裝物品必必須要進行碼垛、卸垛和運輸。目前，對袋裝物品的火車運輸來講，火車站臺卸車、站臺碼垛、運輸裝車、運輸卸車、庫房碼垛等工作一般均為人力操作，這樣做極大地消耗了人力

5、物力。尤其是在環(huán)境比較惡劣的狀況下，工作成本會很大且效率比較低。而結(jié)合了機器人技術(shù)和碼垛技術(shù)的碼垛機器人既可以大幅度地提升工作效率，又可以大大強化工作過程中的安全性，從而節(jié)約了大量的人力資源，有很大的經(jīng)濟和現(xiàn)實意義。自從上世紀70年代碼垛領域有了機器人技術(shù)的加盟之后，機器人碼垛技術(shù)取得了很大的突破，抓取貨物類型、抓取速度和運行過程中的準確性、穩(wěn)定性都在不停地升級。碼垛機器人的這些優(yōu)點會使碼垛機器人的廣泛使用變?yōu)橐环N不可阻擋的趨勢，會擁有極其廣闊的應用前景。 人類科技文明的不斷進步大大促進了人們對更有效工作方式的渴求，減少勞作強度，以及更加高效、高質(zhì)量地完成碼垛工作已經(jīng)逐漸被人們重視起來。各行各

6、業(yè)對其勞作效率和工作要求都在不斷的提升，因此在碼垛工作上也在尋找著更加方便、有效的工具來更好地完成各項任務，但是傳統(tǒng)的碼垛方式因為其種種弊端，已經(jīng)越來越難以滿足企業(yè)的必必須求了。近幾年來，碼垛機器人在各行各業(yè)的應用在逐漸增多，特別是在物流運輸過程中有著舉足輕重的作用，尤其是自動化倉庫的出現(xiàn)，更加引導了碼垛機器人的發(fā)展。 目前我國的碼垛設備基本上是進口的，國內(nèi)的碼垛機器人研發(fā)技術(shù)還不是十分成熟，我國的碼垛機器人研究水平和國外還有著很大差距。中國又是一個勞作力密集型的發(fā)展中國家，耗費人力資源進行的工作特別多，隨著我國對碼垛機器人的不斷必必須求與我國碼垛機器人技術(shù)落后之間的矛盾日益特別，開發(fā)和研究自

7、己的碼垛機器人就顯得刻不容緩。器人的研究現(xiàn)狀國內(nèi)的機器人相關(guān)技術(shù)起步比較晚，20 世紀 70 年代，國內(nèi)才開始引進機器人技術(shù)，因為當時受著很多因素的限制，發(fā)展相對緩慢，研究水平也較低。到了 80年代，我國的機器人水平有了較快發(fā)展，“七五期間，國家也投入了很多的人力、物力來進行機器人技術(shù)的研究，并相繼開發(fā)出了一些工業(yè)機器人和特種機器人，使中國的機器人從無到有，邁出了一大步。到了新世紀，我國的機器人技術(shù)有了長足的進步，各項新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，先后出現(xiàn)了電焊、裝配、搬運、切割、碼垛等很多機器人品種，碼垛機器人的技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展。在國內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學的機器人研究所和上海交通大學的機器人研究所是碼垛

8、機器人的領頭研究單位。主要的機器人公司是哈爾濱博實自動化設備、沈陽新松機器自動化股份以及首鋼莫托曼機器人。 我國自行制定制造了多種形式的碼垛機器人，其中直角坐標型和關(guān)節(jié)型為主要的結(jié)構(gòu)形式。其中關(guān)節(jié)型機器人的機身比較緊湊，動作靈活并且工作空間大，是機器人中使用最多的一種，世界上許多知名品牌的機器人公司，如 abb、kuka、mtoman、puma 等都采納關(guān)節(jié)型機器人。哈爾濱工業(yè)大學研制的機器人碼垛機已經(jīng)成功地應用在了碼垛包裝的生產(chǎn)線上，并且取得了合格的效果該機器人采納了雙自由度的笛卡爾坐標式機器人碼垛機，并結(jié)合了編組機，這樣就可以一個動作抓取兩個或者三個物品，從而大大提升了工作能力，可以實現(xiàn)8

9、00袋/小時的工作能力。上海交通大學機器人研究所與沃迪包裝科技合作，共同研制了新一代 tpr 系列碼垛機器人。此機器人采納的是線性四連桿機構(gòu)和基于pc的控制系統(tǒng)，還能對碼垛現(xiàn)場進行 3d仿真以及自動干涉檢查，可以大大提升機器人的各項性能，其工作能力可以達到1600包/小時。 哈爾濱博實自動化設備在2006年開發(fā)了基于ffs的高速高精度的稱重包裝碼垛生產(chǎn)線，這個生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度可以高達1600袋/小時，而在稱重方面的精度可達±0.1%。沈陽新松機器自動化股份主要研究工業(yè)機器人與工業(yè)自動化技術(shù)及產(chǎn)品的開發(fā)，在自主機器人技術(shù)方面，解決了機器人的控制、本體優(yōu)化制定、機器人作業(yè)和工程應用中的很

10、多難題，成功地開發(fā)了自主的碼垛機器人系統(tǒng)。蘇海新等人制定開發(fā)了一種四自由度新型工業(yè)碼垛機器人，其機械本體結(jié)構(gòu)采納以平衡吊原理為基礎的連桿機構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)采納的是基于 pc 和 pmac 的分布式控制系統(tǒng)，這個控制系統(tǒng)開放性和實時性都比較好，伺服控制的精度也十分高。楊灝泉等人制定研制了一種碼垛scara機器人，該機器人機械本體結(jié)構(gòu)使用水平關(guān)節(jié)型，控制系統(tǒng)的核心部分為基于pc的dsp多軸運動控制器。 無論我國在碼垛機器人的研究上取得了一些成就，但是和國外的碼垛機器人技術(shù)相比較，我國還有顯然的差距。日本和歐美等發(fā)達國家的碼垛機器人技術(shù)已經(jīng)到達了一個比較高的水平，碼垛機器人的工作能力在不斷的提升，碼垛機

11、器人的柔性、處理速度以及負載能力方面也在不斷提升，應用范圍也在不斷拓展，因此必必須要我國的科研工作者更加努力，從而使我國的碼垛機器人技術(shù)有個更好的將來 為了能夠適應不斷變化的商品關(guān)于碼垛的要求，讓碼垛機器人盡可能更好地為碼垛工業(yè)服務，因此碼垛機器人的將來發(fā)展趨勢主要有： (1)自動化程度越來越高 機電綜合技術(shù)將會成為碼垛機器人發(fā)展的主流，衡量碼垛機器人技術(shù)水平的一個十分重要的指標將會是自動化程度。碼垛機器人的自動化主要包括自動控制和自動檢測。一大批的微電子、紅外線、傳感器等新技術(shù)，尤其是微小型計算機的廣泛使用會使碼垛機器人的自動控制和自動檢測水平飛速提升，從而大大提升碼垛質(zhì)量。 (2)高速化

12、不僅要促進單機高速化，而且要提升碼垛系統(tǒng)的高速化。在不斷提升自動化程度的前提下，不斷改善碼垛機器人的結(jié)構(gòu)。同時將整個碼垛系統(tǒng)的生產(chǎn)效率重視起來，這樣才干讓高速化向更深的層次發(fā)展。 (3)采納模塊化結(jié)構(gòu) 采納模塊化結(jié)構(gòu)不僅能夠讓碼垛機器人最大限度的滿足不同物品對機器人的要求，同時可以讓設備的制定和制造更方便，能夠降低成本、縮短生產(chǎn)周期。 (4)多功能碼垛機器人 關(guān)于生產(chǎn)大批量、尺寸固定的商品，一般會有相應的設備進行碼垛。但是近些年由于多品種、小批量商品市場的不斷壯大以及中、小型用戶的急劇增加，多功能通用碼垛機器人的發(fā)展速度很快，應用前景也十分開闊。2制定方案 在生產(chǎn)過程中，常常要搬運桶裝的重物，

13、工作簡單枯燥，為了滿足某工廠生產(chǎn)的直徑×高=420×500mm，重量100kg的桶裝化學品，本論文制定了工作壽命為15年，每年工作300天，兩班制，每班8小時的搬運碼垛機器人，來滿足生產(chǎn)要求。2.2 機構(gòu)組成本文制定了一種專門針對桶裝物品的搬運碼垛機器人，該機人結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，運營維護方便，定位精度高，工作節(jié)拍快，合適在勞作密集型企業(yè)推廣使用。該搬運碼垛機器人結(jié)構(gòu)主要分為三大部分，分別為：起升機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，堆垛機構(gòu)，三個機構(gòu)互相獨立。各個機構(gòu)有自己獨立的電機驅(qū)動。搬運碼垛機器人起升機構(gòu)示意圖如圖2.1所示圖2.1起升機構(gòu)示意圖它的工作原理是：電機1連接接彈性聯(lián)軸器

14、2連接制動器3，通過減速器4，鏈接剛性聯(lián)軸器7，帶動卷筒6，通過滑輪機構(gòu)提升重物5起升或下降。搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采納齒輪機構(gòu)帶動懸臂轉(zhuǎn)動，槽輪每轉(zhuǎn)一周，懸臂轉(zhuǎn)動90°，從而實現(xiàn)機器人搬運工能。堆垛過程示意圖如圖2-2所示，采納用單銷四槽槽輪機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)組合實現(xiàn)機器人的堆垛功能。圖2-2堆垛過程示意圖堆垛裝置工作原理：每框的第一桶放在如圖所示位置，然后通過曲柄滑塊裝置帶動和滑塊連在一起的木桶動作到中間位置。以后每次動作將木桶放置到左上角，堆垛裝置旋轉(zhuǎn)90°，直至其余四個位置都被裝滿為一個循環(huán)。圖2-3運動軌跡(1) 碼垛機器人工作時，首先從初始位置a旋轉(zhuǎn)45

15、6;到達物品層b上方，角加速度/ 額定 所必必須時間=計算：令加/減速階段所用時間，旋轉(zhuǎn)角度/24 rad，則勻速運動角度/6 rad,所用時間為 =1.308 rad/s(2) 然后抓手下放抓取重物，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗時=0.5s。抓取重物后上升到初始位置高度500mm，額定上升速度v=1m/s，加速運動減速運動的加速度=5m/，所必必須時間=。計算：令抓取重物后加速/減速上升距離100mm，耗時,勻速上升距離300mm,耗時，則 則=5m/ v=1m/s0.3= 則(3)抓手帶動重物旋轉(zhuǎn)由b到c位置，轉(zhuǎn)過角度90°。角加速度 額定所必必須時間=。計算：令加/

16、減速階段所用時間，旋轉(zhuǎn)角度2/18 rad，則勻速運動角度5/18 rad,所用時間為 =7.753 rad/ =0.375 s=2.326 rad/s 4然后抓手下放抓取重物至堆垛平臺上，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗時。堆垛結(jié)束后做復合運動返回初始位置 ，額定上升速度v=1m/s，角加速度 額定 ，加速運動減速運動的加速度=5m/，所必必須時間。所以，搬運碼垛機器人完成一次工作循環(huán)所消耗的時間為 s（5） 堆垛機構(gòu)在接受起吊裝置吊裝的第一個重物后，由曲柄滑塊機構(gòu)將重物運送到平臺中央，然后每接受一次重物，平臺旋轉(zhuǎn)90°，直到平臺四個角落的位置填滿平臺上共搭載5個重物為一次

17、循環(huán)，平臺旋轉(zhuǎn)時間為 s，旋轉(zhuǎn)角速度。3.1 起升機構(gòu)電機選擇yzr系列起重及冶金用三相異步電機適用于各種形式的起重機械及冶金輔助設備的電力傳動。電機頻繁啟動制動和反轉(zhuǎn)。能在額定電壓下直接啟動并具有啟動力矩大，啟動電流小，機械強度高等特點。所以本文制定的搬運碼垛機器人的起升機構(gòu)電機選用yzr型三相異步電機。3.1.1 起升機構(gòu)電機容量選擇起升機構(gòu)電機功率可按提升額定起升質(zhì)量時的靜功率計算，即： kw (3-1)式中 起重機額定起升質(zhì)量100 kg v 額定起升速度1m/s g 重力加速度，g=9.81 (m/) 機構(gòu)的總效率起升機構(gòu)制按時輸入軸與輸出軸垂直布置，選用cw型圓弧圓柱蝸桿減速器，減

18、速器效率=0.9 ，選用深溝球軸承，效率=0.99 ，滾筒效率=0.96 ，彈性聯(lián)軸器效率=0.99 ，剛性聯(lián)軸器效率=0.99 ，滑輪效率=0.98 。則=.=所以 kw實際接電繼續(xù)率=0.8+0.7+0.975+0.5+0.5+0.8=4.275 s =0.5+0.7+0.8=2 s =×100%=46.8%在3，1-82中選擇一個與實際接電繼續(xù)率最接近的電機，使其額定功率滿足下式： kwyzr112m型三相異步電機，工作定額40%，功率1.5kw，轉(zhuǎn)速1000n/min 滿足要求。3.2 起升機構(gòu)鋼絲繩選擇選擇與計算 鋼絲繩繩徑應不小于下式計算的最小直徑：×=3.69

19、6 mm，查表取d=4mm 纖維芯鋼絲繩，抗拉強度1770m，鋼芯最小破斷拉力。鋼絲繩標記：4nat (12+6+1) + iws 1770 zz 9.40 gb/t 8918式中 s 鋼絲繩最大靜拉力，s=mg=100×9.81=981 n c 鋼絲繩的選擇系數(shù)由機構(gòu)利用等級t7繁忙使用機構(gòu)載荷狀態(tài)l2中載查表1,8-1-8 鋼絲繩的實際破斷力的估算公式為： (3-2)式中 d 鋼絲繩的直徑 鋼絲繩鋼絲的抗拉強度極限 鋼絲繩中金屬絲截面與整個截面的比值，與鋼繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般=0.450.55，取 k 鋼絲繩編結(jié)損失系數(shù)，一般，取則： =依據(jù)所選鋼絲繩的實際破斷力驗算安全系

20、數(shù)n： n=÷(1) 卷筒直徑計算 din15020規(guī)定了鋼繩的卷筒和滑輪直徑不得小于下式計算的最小直徑：卷筒： =1××3.696 =82.790 mm滑輪： =1×25×3.696 =92.4 mm取卷筒直徑=84 mm 滑輪直徑=94 mm式中 以鋼絲繩中心線計算的鋼絲繩卷繞直徑； 計算的鋼絲繩最小直徑； 與鋼絲繩卷繞形式，工作級別有關(guān)的系數(shù)，不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的=1； 與一次提升的彎曲次數(shù)及方向有關(guān)的系數(shù)，由機構(gòu)工作級別查表1,8-1-54 得：卷筒 =25；(2) 卷筒繩槽結(jié)構(gòu)尺寸制定計算： 繩槽半徑：×4=2.2 mm

21、 繩槽深度：標準槽×d=1.2 mm 繩槽節(jié)距：標準槽=d+(24)=4+3=7(3) 卷筒厚度計算： 鑄鐵卷筒厚度：mm ，取=12 mm(4) 卷筒長度計算：單聯(lián)卷筒：=93.5+2×8+21=130.5 mm式中： mm ，：最大起升高度2915mm ,m為滑輪組倍率取m=1，為鋼絲繩安全圈數(shù)，取=3。：無繩槽的卷筒端部尺寸，按必必須要定，取=8 mm：固定繩尾所必必須長度3p=3×7=21 mm5卷筒強度校核：條件：，所以應用卷筒壁內(nèi)表面最大壓應力進行強度計算，符號意：a 與卷筒層數(shù)有關(guān)的系數(shù)，查表1,8-1-55取a=1 鋼絲繩最大拉力，=mg+ma=1

22、00×9.81+5) =1481 n 卷筒壁厚12 mm 許用壓應力，鑄鐵= m pa 抗壓強度，×195=292.5 m pa，材料選用ht200灰鐵200。代入，所以卷筒強度計算合格。3.4 起升機構(gòu)減速器選擇起升機構(gòu)的傳動比依據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和卷筒的轉(zhuǎn)速n，由式 確定，其中 r/min； 式中 電動機額定轉(zhuǎn)速，r/min； n 卷筒轉(zhuǎn)速； 起升速度，m/min ； a 滑輪組倍率； 卷筒計算直徑，m，=d+d (d為卷筒直徑，d為鋼絲繩直徑)。（1） 選用減速器的公稱輸入功率應滿足： (3-3)式中 機械強度計算功率，kw； 負載功率，kw；= 工況系數(shù)；查表4,16-

23、2-8得 安全系數(shù)；查表4,16-2-9得 減速器公稱輸入功率；查表4,16-2-4得：zdy型減速器，公稱傳動比i=4.5，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5kw。帶入公式得： ××1.4=2.060 9.5 kw（2） 校核熱平衡許用功率：應滿足： 式中 計算熱功率，kw； 減速器熱功率，查表無冷卻裝置=18； 系數(shù)，查表4,16-2-10環(huán)境溫度系數(shù)，無冷卻條件，環(huán)境溫度為30°時=1.15。載荷系數(shù)，查表4,16-2-11當小時載荷率為40時，=0.74。公稱功率利用系數(shù)，查表4,16-2-13用插值法得

24、=0.323； 帶入公式得： 所以，選擇zdy型減速器，公稱傳動比i=4.5，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5kw滿足制定要求。 起升機構(gòu)中聯(lián)軸器應滿足下式要求： (3-4)式中 t 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計算值，； 按載荷組合b計算的最大轉(zhuǎn)矩，對高速軸，=(0.70.8)，其中為電動機轉(zhuǎn)矩的同意過載倍數(shù)，查表得yzr112m三相交流異步電機=2.2，為電動機額定轉(zhuǎn)矩，=9550=14.325，p為電動機額定功率，kw，n為轉(zhuǎn)速，r/min；對低速軸=，其中，為起升載荷動載系數(shù)，查表2,3-16得=1.05+0.4=1.05+0.41.0-0.2=1

25、.37；為鋼絲繩最大靜拉力作用于卷筒的轉(zhuǎn)矩，=mg =100××； 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，由機械制定手冊查得 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對起升機構(gòu)，=1.3； 角度偏差系數(shù)，電機軸處選用ul型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用yl型剛性聯(lián)軸器=1；代入公式得：關(guān)于高速軸 。電機軸徑32mm，變速箱輸入軸徑24mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 關(guān)于低速軸 變速箱輸出軸徑32mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。型號選擇： 關(guān)于高速軸：從gb/t 58441986查表1,6-2-24 選用ul5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在2435

26、之間，符合要求。 關(guān)于低速軸：從gb/t 58431986查表1,6-2-28 選用yl7對中榫型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速7600r/min，軸徑在2840之間，符合要求。 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中電機帶動cw型圓弧圓柱蝸桿減速器，減速器輸出軸帶動標準直齒輪副進而帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)運動。 初選電機時合計啟動功率按下式計算： kw (4-1)式中： 等速運動時所必必須的功率即摩擦阻力的功率； 加速機構(gòu)所必必須的功率；（1） 摩擦阻力功率計算 回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力矩= ()；式中 徑向軸承中的摩擦阻力矩，； 止推軸承中的摩擦阻力矩，； a. 徑向軸承中的摩擦阻力矩= )式中

27、止推軸承所受的水平力，n； 徑向軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取=0.015； 徑向軸承的內(nèi)徑，m；計算： = n柱式旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由一個推力滾子軸承承受軸向力，由徑向軸承承受徑向力。=0.075 m ；所以 =0.212 nb. 止推軸承中的摩擦阻力矩 式中 止推軸承所受的垂直力，n。 徑向軸承的摩擦系數(shù)，對滾動軸承取=0.015； 止推軸承的內(nèi)徑與外徑的平均值，m；計算： =130+100×9.81=2256.3 n = mm =0.0925 m = = =0.212+1.565=1.777 等速運動時所必必須的功率即摩擦阻力的功率=0.00413 kw（2） 加速機構(gòu)所必必須的功率 kw

28、(4-2)式中：搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)時的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩； 搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)時的角速度，=2.326 rad/s；計算： 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩： 搬運碼垛機器人回轉(zhuǎn)時的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩組成，即=式中： 物品對起升機構(gòu)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量，； 搬運碼垛機器人起升重物旋轉(zhuǎn)時的角加速度；計算： =100×=64 = 搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩 (4-3)式中 搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)機構(gòu)各部件和構(gòu)件繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 搬運碼垛機器人起升機重物旋轉(zhuǎn)時的角加速度；計算： 柱式回轉(zhuǎn)軸對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為 = 支撐架2對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為 支撐架

29、3對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為 = 所以作用在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)柱式旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為：=496.192+45.673=571.865 所以 kw kw 查3，1-26選擇y100l6型三相異步電機，額定功率1.5kw， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min。本文使用cw型圓弧圓柱蝸桿減速器，傳遞交錯軸間的運動和功率。計算： (4-4) (4-5) (4-6)減速器計算輸入機械功率，kw；減速器計算輸入熱功率，kw；減速器計算輸出機械轉(zhuǎn)矩，；減速器計算輸出熱轉(zhuǎn)矩，；減速器實際輸入功率，=1.334kw；減速器實際輸出轉(zhuǎn)矩，=295.08 ；工作載荷系數(shù)，查表4,16-2-50 =1.5；啟動頻率系數(shù)，查表4,1

30、6-2-51=1.3；小時載荷系數(shù)，由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)小時載荷率查表4,16-2-52得=0.56；環(huán)境溫度系數(shù)，依據(jù)工作環(huán)境溫度查表4,16-2-53得=1.14；其中：減速器實際輸出轉(zhuǎn)矩等于摩擦阻力矩與回轉(zhuǎn)慣性阻力矩之和除以旋轉(zhuǎn)機構(gòu)齒輪傳動比。即 ××1.3=2.601 kw ××1.14=2.372 kw ××1.3=575.409 ××1.14=188.379 依據(jù)計算結(jié)果，查4,16-2-46，選擇cw型圓弧圓柱蝸桿減速器，公稱傳動比，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，中心距100 mm，額定輸入功率3.41kw，額定

31、轉(zhuǎn)矩640。 選擇y100l。 堆垛機構(gòu)中，聯(lián)軸器選擇時應依據(jù)： (4-7)式中 t 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計算值，； 按載荷組合b計算的最大轉(zhuǎn)矩，對高速軸，=(0.70.8)，其中為電動機轉(zhuǎn)矩的同意過載倍數(shù)，查表得y100l6三相交流異步電機=2.2，為電動機額定轉(zhuǎn)矩，=9550，p為電動機額定功率，kw，n為轉(zhuǎn)速，r/min； 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，由機械制定手冊查得 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對起升機構(gòu)，=1.3； 角度偏差系數(shù)，電機軸處選用ul型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用yl型剛性聯(lián)軸器=1；代入公式得：關(guān)于電機輸出軸 電機軸徑28mm，變速箱輸入軸徑28mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 關(guān)于低速軸 工

32、作狀況系數(shù)查機械制定表141得=2.3。變速箱輸出軸徑48mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。型號選擇： 關(guān)于高速軸：從gb/t 58441986查表選用ul5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在2435之間，符合要求。 關(guān)于低速軸：從gb/t 58431986查表選用yl11型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩1000，許用最大轉(zhuǎn)速5300r/min，軸徑在5570之間，符合要求。1. 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采納標準直齒輪傳動,齒數(shù)比，電機驅(qū)動，工作壽命15年，每年工作300天，八小時工作制，天天兩班，中等沖擊載荷。（1） 依據(jù)制定要求，選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取。旋轉(zhuǎn)機

33、構(gòu)為一般工作機，查表5，10-6 ，選擇7級精度。（2） 材料選擇。由表5，10-1，選擇小齒輪材料為調(diào)質(zhì)，齒面硬度280，大齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度240。（3） 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。 2. 按齒面接觸疲憊強度制定 1由式 (4-8) 1） 確定公式中各參數(shù)值試選。小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩=295083 ；由表5，10-7選取齒寬系數(shù)。由圖5，10-20查得區(qū)域系數(shù)。由表5，10-5查得材料的彈性影響系數(shù)。計算接觸疲憊強度用重合度系數(shù)。 = 計算接觸疲憊 許用應力由圖5，10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲憊極限分別為 。計算應力循環(huán)次數(shù)： 由圖5，10-23查取接觸疲憊壽命系

34、數(shù)，。取失效概率為1%，安全系數(shù)，則 取和中的較小者作為齒輪傳動的接觸疲憊許用應力，所以。2） 試算小齒輪分度圓直徑 = =66.653 mm（2） 調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備。圓周速度。齒寬b。2） 計算實際載荷系數(shù)由表5，10-2查得使用系數(shù)。依據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)。齒輪的圓周力。查表5，10-3得齒間載荷分配系數(shù)。由表5，10-7用插值法查得7級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時，得齒向載荷分布系數(shù)。由此，得到實際載荷系數(shù)3) 按實際載荷系數(shù)算的分度圓直徑 mm級相應的模數(shù)將按接觸疲憊強度制定的齒輪模數(shù)就近擴大為標 準值，算出小齒輪齒數(shù)。取，則大

35、齒輪齒數(shù),取，與互為質(zhì)數(shù)。這樣制定出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲憊強度，又滿足了齒根彎曲疲憊強度，且結(jié)構(gòu)緊湊。3. 幾何尺寸計算1計算分度圓直徑（2） 計算中心距 mm (3)計算齒輪寬度合計到安裝誤差，為確保制定齒寬，將小齒輪略微加寬510mm，即取mm，取大齒輪齒寬。1. 齒根彎曲疲憊強度校核 (4-9)（1） 計算各參數(shù)值1） 計算實際載荷系數(shù)依據(jù)，7級精度，由圖5，10-8查得動載系數(shù)。由式查表5，10-3得齒間載荷分配系數(shù)。寬高比由表5，10-4用插值法查得，結(jié)合查圖5，10-13，得。則載荷系數(shù)為2) 確定，由圖5，10-17查得齒形系數(shù)，。由圖5，10-18查得應力修正系數(shù)，3

36、) 計算 = 4) 計算計算應力循環(huán)次數(shù)： 由圖5，10-22查得彎曲疲憊壽命系數(shù)，。由圖5，10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲憊極限分別為，。取彎曲疲憊安全系數(shù)，則 5校核彎曲疲憊強度 所以齒輪彎曲疲憊強度校核合格。6） 齒輪主要參數(shù)齒數(shù)分度圓直徑mmmm齒頂圓直徑mmmm齒根圓直徑mmmm中心距 mm齒輪寬度mmmm1按扭轉(zhuǎn)強度制定軸1的最小軸徑： (4-10)式中：扭轉(zhuǎn)切應力，； 軸1受的扭矩， ； 軸的抗扭截面系數(shù)，； 軸1的轉(zhuǎn)速， r/min； p軸傳遞的功率，p =1.334 kw； 計算截面處軸的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應力，軸的材料取45號鋼，查表5，15-3 

37、;得=35；計算： mm(2)按扭轉(zhuǎn)強度制定軸2的最小軸徑：式中：扭轉(zhuǎn)切應力，； 軸2受的扭矩， ； 軸的抗扭截面系數(shù)，； 軸2的轉(zhuǎn)速， r/min； p軸傳遞的功率，p =1.334 kw； 計算截面處軸2的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應力，軸的材料取45號鋼，查表得5，15-3 =35；計算： mm 1二軸上零件的裝配方案制定 二軸主要傳遞電機軸的扭矩給一軸，二軸上的零件主要有：深溝球軸承，小齒輪，聯(lián)軸器。三個定位軸肩分別定位深溝球軸承，小齒輪和聯(lián)軸器實現(xiàn)軸上零件的軸向固定，靠鍵實現(xiàn)軸上零件的軸向固定。見圖4.5.2圖4.5.2（2） 二軸的強度校核1. 輪齒受力分析 計算輪齒受力時

38、，可忽略嚙合輪齒間所受的摩擦力。各力按下式計算： (4-11) (4-12) (4-13)式中：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，=295083 ； 壓力角，=20°；所以 2. 畫出軸的力學模型簡圖見圖(a圖 (a)3. 分別作出二軸在水平方向上的受力簡圖與水平方向上的彎矩圖見圖b 圖b計算： 4. 分別作出二軸在豎直方向上的受力簡圖與水平方向上的彎矩圖見圖c圖c計算： 5. 作彎矩圖和扭矩圖見圖d計算： 圖d6. 按彎扭合成應力校核軸的強度軸的彎扭合成強度條件為： (4-14)式中：軸的計算應力，； 軸所受的彎矩，； 軸所受扭矩，； 軸的抗彎截面系數(shù)， ，其中d為軸徑，b為鍵槽寬度，t為軸上鍵槽

39、深度； 對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎應力，；依據(jù)彎矩和扭矩圖確定危險截面b的強度。軸做循環(huán)往復旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為對稱循環(huán)變應力，取折合系數(shù)=1，軸的計算應力為 軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)，查表得 對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎應力=60 。由于，所以安全。軸承所受徑向力基本額定靜載荷，所以x=1，y=0。軸向當量動載荷，為載荷系數(shù)，中等沖擊時=1.5。驗算軸承壽命：預期使用壽命為l=2×8×300×15=72000 h，所以軸承驗算合格。 堆多機構(gòu)初選電機時合計啟動功率按下式計算： kw (5-1)式中： 等速運動時所必必須的功率即摩擦阻力的功率； 加速機構(gòu)所必必須的功率；

40、1摩擦阻力功率計算 回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力矩 ()；式中 止推軸承中的摩擦阻力矩，； a. 止推軸承中的摩擦阻力矩 式中 止推軸承所受的垂直力，n。 徑向軸承的摩擦系數(shù)，對滾動軸承取=0.015； 止推軸承的內(nèi)徑與外徑的平均值，m；計算： =5×100+80×9.81=5689.8 n = mm =0.0925 m = 等速運動時所必必須的功率即摩擦阻力的功率=0.00726kw2加速機構(gòu)所必必須的功率 kw (5-2)式中：搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)時的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩； 搬運碼垛機器人旋轉(zhuǎn)時的角速度，=0.184rad/s；計算： 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩：搬運碼垛機器人回轉(zhuǎn)時的回轉(zhuǎn)慣性

41、阻力矩由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩組成，即 (5-3) = (5-4)式中： 物品對堆垛平臺回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量，； 搬運碼垛機器人堆垛平臺旋轉(zhuǎn)時的角加速度；計算： =8×=800×=32 = 搬運碼垛機器人堆垛機構(gòu)的慣性阻力矩 (5-5)式中 搬運碼垛機器人堆垛機構(gòu)各部件回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量 搬運碼垛機器人堆垛機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時的角加速度；計算： 柱式回轉(zhuǎn)軸對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為 = 堆垛平臺對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為 其中為平臺質(zhì)量，和為平臺的長與寬； = 所以作用在堆垛機構(gòu)柱式旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為：=152.096+69.817=221.913 所以 kw k

42、w查3，1-26選擇y100l6型三星異步電機，額定功率1.5kw， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min。堆垛機構(gòu)中，制定一種曲柄滑塊機構(gòu)，來實現(xiàn)將每次工作循環(huán)中起升機構(gòu)運送的第一件重物由平臺邊角運送到平臺中心,見圖5.2曲柄滑塊機構(gòu)中，連桿bd長度為曲柄ab長度的二倍ab=200 mm，c處為運送重物的托盤。當曲柄運動到b處時托盤恰好運送重物到回轉(zhuǎn)中心，即平臺中心。堆垛平臺上為了使重物從平臺邊緣運送到平臺中心，必必須要在平臺上開槽，槽的形狀應和c點的運動軌跡相符。圖5.2曲柄滑塊機構(gòu)本機構(gòu)選用外接徑向槽輪機構(gòu)，機構(gòu)參數(shù)：槽數(shù)z=4槽間角槽輪每次轉(zhuǎn)位時曲柄的轉(zhuǎn)角中心距mm曲柄相對長度.曲柄長度 mm槽

43、輪相對半徑槽輪半徑 mm鎖止弧張角圓銷半徑 mm相對槽深槽深 mm曲柄軸輪轂相對直徑，取曲柄軸輪轂直徑 mm鎖止凸弧半徑 mm，取 mm 堆垛機構(gòu)使用cw型圓弧圓柱蝸桿減速器，傳遞交錯軸間的運動和功率。計算： ×× ×1× ××1.3=432.730 ×1×1.14=252.981 減速器計算輸入機械功率，kw；減速器計算輸入熱功率，kw；減速器計算輸出機械轉(zhuǎn)矩，；減速器計算輸出熱轉(zhuǎn)矩，；減速器實際輸入功率，=1.5 kw；減速器實際輸出轉(zhuǎn)矩，=221.913 ；工作載荷系數(shù)，查表=1.5；啟動頻率系數(shù)，查表=1.3；小時載荷系數(shù)，由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)小時載荷率查表得=1；環(huán)境溫度系數(shù)，依據(jù)工作環(huán)境溫度查表得=1.14；依據(jù)計算結(jié)果，查機械制定手冊，選擇cw型圓弧圓柱蝸桿減速器，公稱傳動比，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，中心距100 mm，額定輸入功率3.41kw，額定轉(zhuǎn)矩640。 選擇y100l。堆垛機構(gòu)中，聯(lián)軸器選擇時應依據(jù)： (5-6)式中 t 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計算值，； 按載荷組合b計算的最大轉(zhuǎn)矩，對高速軸，=(0.70.8)，其中為電動機轉(zhuǎn)矩的同意過載倍數(shù)