買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 目 錄 . 1 1 緒論 . 2 2 操作臂機構及驅動方式 . 6 作方案 . 6 器人操作臂介紹及常用形式 . 6 器人操作臂方案設計 . 6 器人操作臂驅動方式 . 8 械臂常用驅動比較 . 8 機驅動類型的選擇 . 9 動方式 . 10 作臂結構 . 11 部結構 . 11 部結構 . 12 3 零部件材料選擇與計算 . 16 件設計的一般要求 . 16 件材料的選擇 . 16 部件計算 . 17 關節(jié)計算 . 17 仰關節(jié)計算 . 18 縮臂計算 . 21 直升降傳動計算 . 24 4 附件及控制微略 . 26 件 . 26 車刷 . 26 水系統 . 26 制微略 . 26 結論 . 26 致謝 . 26 參考文獻 . 26 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 隨著經濟的快速發(fā)展， 家用轎 車已經越來越多地為家庭所擁有 ，據統計， 2007年底，我國私人汽車擁有量已超過 1500 萬輛，與此同時，與汽車相關的需求也在激增，比如洗車設備。轎車每次用都會在表面積一層灰塵，不僅影響美觀，還會對車漆造成傷害，因此對轎車表面的清潔工作很重要。 通常，較少進行日常簡單清潔的轎車每周要洗一到兩次，每次洗車的費用在 15元左右（不含上光打蠟）。轎車日常的簡單清潔大多由車主人工完成，費時費力，因此 有必要 設計一種能夠代替人進行轎車的日常清潔工作的服務型機器人操作臂。 現在通常使用的洗車設備和方法主要包括以下幾種： 1 高壓 水槍洗車 :高壓水槍洗車是先用高壓水槍噴灑水霧潤濕車身，再用高壓射流清洗車身然后用清洗液清洗，最后用高壓射流清洗干凈，用麂皮將水吸 干 。高壓水槍清洗速度快、效果好；但高壓水槍壓力大，容易對車漆造成損害 :高壓水柱的噴淋會改變空調冷凝器散熱的方向，導致空調制冷失靈；會直接導致車燈膠條密封不良，影響車燈的正常工作，產生危險；會使密封不是很嚴的汽車側門玻璃進水，銹蝕金屬件，造成電線短路；劣質洗滌靈會降低車漆的亮度；洗后用毛巾多次擦拭會使車身增加劃痕。 2 蒸汽洗車：蒸汽洗車是將水加熱成蒸汽后，用蒸汽來消洗汽車。其具有節(jié) 水、節(jié)能的特點。但由于設備質量問題，存在安全性不高，極易產生污水造成污染，洗車效果和效率差的缺點 。 3 無水洗車：無水洗車是先用撣子撣去車身表面浮土，再用無水洗車液進行汽車清洗的一種新型環(huán)保洗車方式。它具有節(jié)約水資源，綠色環(huán)保等優(yōu)點，受到政府的扶持，但是，對于較臟車輛以及汽車底盤等部位，無水洗車不能滿足要求，因此它并不能完全替代有水洗車。 4 無刷毛自動洗車機：采用高速水刀噴出的高壓力水霧從上往下清洗汽車，灰塵沖掉后，自動泡沫噴頭噴淋，然后用高壓清水進行清洗。它有清洗速度快，效果好，不損傷車漆的優(yōu)點，但存 在水耗大，設備投資和運行費用高昂的缺點。 5 全自動電腦洗車機：電腦洗車機是利用電腦控制毛刷和高壓水槍來清洗汽車的一種設備。由復雜的電路、氣路、水路和機械部分構成。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 某自動洗車機結構如下，包括高壓噴頭、機械清洗機構、吹干機構，其中，清洗機構包括一個頂刷，兩個大側刷，兩個小側刷，如圖 1示 。 3、 圖 1大型電腦洗車結構簡圖 洗車時，首先汽車?？康轿?，由高壓噴頭噴水沖掉汽車表面泥沙，再由組成清洗機構的五個刷子圍繞汽車運動進行清洗、打 蠟，然后由吹干機構將汽車表面吹干。這樣的大型機構洗車時確實有很好的效果，但是用于個人洗車設備卻很不適宜。首先在水、電等資源方面會有很大的消耗，另外，其體積（通常 3m*3m*3m，軌道 10 米，隧道式更大），價格（幾萬到十幾萬間）也讓個人很難接受。 以上幾種一般用于洗車行，在個人洗車方面，除了傳統的水桶加抹布外，現在所研究的個人洗車設備也多為手動。其中，前者耗費大量體力、時間，而且效率低，也不容易洗得干凈，還容易刮損傷車漆。后者采用某些化學洗劑，在效果方面有很大改善，但是也要花費車主的大量時間和體力。 適合個人 使用的小型自動洗車設備的研究方面較少，具有代表性的為日本人平松正彥的一項專利，其結構（主視圖和俯視圖）如圖 1圖 1示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 1松正彥 專利（主視圖） 圖 1松正彥 專利（俯視圖） 該洗車裝置主要包括洗車刷 1、底盤 3、支撐架 6 及底盤上的設備（水箱、發(fā)電機、控制器等） 4。 首先，洗車刷可以拆卸，安裝在刷軸上，由電機 7 帶動其轉動，實現洗車動作。底盤上安裝有兩個驅動輪及相應的兩個驅動電機和四個萬向輪。支撐架上安裝噴水管2、導輪 5 和照明裝置、力傳感器?？刂撇糠?、水箱、泵、發(fā)電機等安裝在底盤上 洗車刷后面。 進行汽車清洗時，噴水管向車身噴水、洗車刷與車表面接觸并轉動洗去車表面灰塵等，同時，力傳感器檢測洗車刷和汽車間的壓力，由力傳感器檢測出的壓力值來控制轉向單元，當該檢測值大于預先設定的允許范圍時，使洗車機向遠離車身外周面的離開方向行駛，而當該檢測值小于預先設定的允許范圍時，使洗車機向接近該車身買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 外周面的接近方向行駛。洗車設備圍繞汽車行駛一周后完成車側表面的清洗。但該設備的局限性在于它只有清洗側面的立刷，不能對車頂部進行清洗，并不能完全代替人對汽車進行較全面的清洗。 因此 有必要 設計一種可以代替人進行 日常汽車清洗工作的機械操作臂。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 操作臂機構及驅動方式 作方案 器人操作臂介紹及常用形式 機器人操作臂的設計涉及了力學、控制、計算機科學和電子工程等多個學科，其結構一般是由一系列連桿由旋轉關節(jié)或移動關節(jié)相連接的具有一定自由度數的開式運動鏈，一端固定在支座上，另一端自由，安裝手爪、工具等以實現各種操作。操作臂的自由度數按照不同的適用場合不同，一般工業(yè)機器人操作臂的自由度數在 6 個以下，高自由度數的機器人具有冗余度，一般用于假肢 或特殊場合，其價格也相應更高。 按照對手臂機構的坐標描述方式，機器人操作臂通常分為直角坐標型、圓柱坐標型、極坐標型和多關節(jié)型，如圖 2示 。 圖 2作臂分類 器人操作臂方案設計 在本設計中，操作臂搭載在一個可移動平臺上，和可移動平臺組成移動機械操作臂系統，這樣的結構使得操作臂擁有幾乎無限大的工作空間和很高的冗余度，同時擁有移動和操作功能，因此，對于操作臂結構而言，采用上述任何一種坐標方式，只要設置得當，都可以使操作臂末梢達到汽車表面需要清洗的每個地方。 根據洗車的需要分析，初步擬定 了如下幾種動作方案： 首先考慮洗車動作，洗車刷與汽車表面產生相對運動擦除灰塵，可以用 1、模仿人手擦車動作，用擺動關節(jié)實現； 2、仿照大型電腦洗車，用圓柱形洗車刷的旋轉運動實現相對運動。使用擺動式洗車結構，因為汽車表面不在同一個平面內，比如頂面、車前擋風玻璃面、側面，要在這幾個不同的面內實現擺動式擦車，其機構相對要復雜買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 得多。因此采用旋轉刷洗車的結構。 方案 1 采用雙臂結構，兩個洗車刷裝在兩個腕關節(jié)處，腕關節(jié)旋轉自由度實現洗車運動。雙臂中一臂固定在移動小車上，側刷豎直，高度比汽車車身稍高，用于完成汽車側面清洗，另一 臂水平，有豎直方向上的移動自由度，完成車頂的清洗，如圖2示 。 圖 2器人操作臂 方案 1 簡圖 該方案相當于保留大型龍門式洗車的一個側刷和半個頂刷，將汽車的待清洗表面當作一個較規(guī)則的長方體表面，雖然體積有了一定減小，但整體尺寸依然很大，而且其洗車特點接近大型洗車機器，難以照顧到汽車的弧形不規(guī)則表面等細微之處。 方案 2 有一個腕關節(jié)旋轉自由度為刷子的刷洗動作，一個豎直方向上的移動自由度和臂上一個關節(jié)的旋轉自由度使刷子能夠到達汽車表面各處，如圖 2示 。 圖 2器人操作臂 方案 2 簡圖 這個方案與前一個相比體積有所減小，但機構采用的洗車刷要接近一米長，仍然買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 很大，同樣難以達到汽車表面的弧形部分，即使采用較軟的洗車刷，利用刷變形來勉強與汽車表面曲線貼合，也會產生刷車的摩擦力不均勻的問題。 方案 3 是在方案 2 的基礎上加一個水平方向的移動自由度，這樣可以選擇較小的洗車刷，用臂的伸縮刷車的不同部位。雖然其結構與前兩個相比更顯得復雜，重量也有所增加，但換來的是更多的自由度，操作臂的靈活性得到極大的提高，可以使執(zhí)行末端更容易地適應汽車的曲面外形 如圖 2示 。 圖 2器人操作臂 方案 3 簡圖 因此，最終 本設計 選擇方案 3，刷洗過程為：首先由俯仰關節(jié)將刷面調整到水平方向，并可以作微小調整，使刷面與汽車的弧形頂面更好地貼合，豎直方向的移動副將刷子升到車頂高度，移動平臺繞汽車車身行走，同時伸縮關節(jié)調整刷的水平位置，完成車頂的刷洗，過程中可以選擇噴水或不噴水；刷洗車側面時，將刷面調整為豎直方向，并使刷子與車側面貼合，同樣繞車行駛，并配合升降機構完成側面刷洗。 器人操作臂驅動方式 驅動機構作為機器工作的動力來源，通常是將其它種能源 比如電能、化學能等 轉化成機械能，是任 何一種機器都必不可少的，常見的形式包括水輪機、液壓馬達、電動機、內燃機等。 械臂常用驅動比較 機械臂常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動、電機驅動等不同方式，他們有各自的特點，但在機器人中都有很廣泛的應用，前兩種主要用于工業(yè)機器人，有些機器人甚至同時采用多種驅動方式。他們的特點如下： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 液壓驅動特點： 1） 驅動力及驅動力矩大，在產生相同驅動力的條件下，液壓驅動體積小、重量輕、慣性??； 2） 速度反應性好，調速范圍大，而且可以無級調速； 3） 傳動平穩(wěn)，能吸收沖擊，可平穩(wěn)的實現較頻繁的換向； 4）定位精 度較高； 5）油液泄漏、混入氣體、溫度變化等都會對系統傳動性能、定位精度產生影響。 液壓驅動常用于低速重載的情況。 氣壓驅動特點： 1）壓縮空氣可直接從大氣中吸取，動力源獲取方便、廉價； 2）動作速度更快，可實現無級調速； 3）與液壓傳動相比，管路壓力損失小，適于長距離傳輸； 4）空氣壓縮性較大，因此氣壓系統運動平穩(wěn)性及定位精度都較差； 5）結構體積大，噪聲大 氣壓驅動系統常用于高速、低負載和工作條件較惡劣的場合。 電機驅動： 1）避免將電能轉換成壓力的中間環(huán)節(jié)，效率更高； 2）電機系統的體積最小； 3）電 機系統的可靠性高、位置精度控制十分精確； 4）與氣壓液壓系統相比，電機系統維護更方便。 通過上述比較，可以看出，液壓及氣壓系統組成的機構的繁瑣、維護不便 ， 對于本設計中的移動操作臂來說是一個無法實現的問題，另外從位置控制精度角度考慮，電機也是更好的選擇，因此最終選用電機作為驅動系統。 機驅動類型的選擇 電機的類型按使用電源分有交流電機、直流電機。使用交流電機必然會有電源線，對于移動機器操作臂來說，帶著長長的電源線移動不僅不方便、移動距離受限制，在遇到物體時還難免會有電源線纏繞、交叉等問題，因此難 以實現，只能采用直流電機系統，用同樣搭載于移動平臺上的電池作為電源。 直流電機系統有普通直流電機、步進電機、直流伺服電機等形式，它們的價格依買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 次升高，但相應的，其控制精度，輸出力矩等性能也有很大提高，步進電機和伺服電機都能達到很高的控制精度要求。對于本設計而言，伺服電機的成本過高，因此采用普通直流電機和步進電機。 按照前文選定的方案，該機械操作臂共有手部關節(jié)、腕關節(jié)、伸縮關節(jié)和豎直升降的關節(jié)四個自由度，即需要四個電機驅動，其中手部關節(jié)帶動洗車刷連續(xù)轉動工作，不需要位置精度控制，只要能夠輸出不同的轉速即可，因此 可以采用普通直流減速電機，另外三個關節(jié)需要控制速度的同時還要求較高的位置精度控制，因此都使用步進電機，必要的地方用齒輪或者加減速箱以增大扭矩。 各個關節(jié)的具體電機功率計算和選型在下一章中介紹。 動方式 傳動方式是實現能量傳遞和改變運動方式的一類裝置，其主要作用是實現能量的分配與傳遞和運動形式或運動速度的改變。機械傳動有嚙合傳動、摩擦傳動和流體傳動三大類，在本設計中可能采用的具體傳動方式包括帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、螺旋傳動，下面對這幾種傳動方式進行比較并為各個關節(jié)選擇傳動方式。 傳動 通常由主動帶輪、從動帶輪和張緊在兩輪上的傳動帶組成，當主動輪轉動時，依靠帶與帶輪間的摩擦力（平帶或者 V 形帶）或者帶與帶輪間的嚙合（齒形帶）拖動從動輪轉動。帶傳動結構簡單，傳動平穩(wěn)，緩沖吸振，能實現較大間距的軸間的動力傳遞，但其傳動效率不高，平帶還存在打滑、傳動比不精確的問題，但齒形帶已經解決了大部分缺點。 輪傳動是機械結構中使用最為廣泛的，其傳動效率是常用機械傳動中效率最高的，而且結構緊湊，具有不變的瞬時傳動比。在正確安裝，良好潤滑的和正常維護的條件下，其工作可靠性、使用壽命、傳動精確性也是 其它機械傳動難以比擬的。但其制造及安裝精度要求較高，價格較貴，而且通常的齒輪傳動采用閉式傳動，需要良好的保養(yǎng)維護，因此使用齒輪的成本較高，而且齒輪傳動只適用于軸間距較短的軸間動力傳遞。 傳動與帶傳動近似，由鏈條、主動鏈輪和從動鏈輪組成。鏈傳動與平帶相比具有傳動精確、效率高、不需要大的張緊力等優(yōu)點，而且載荷能力比帶傳動大得多。但其傳動精度低于同步帶輪，與齒輪相比具有制造安裝要求低的優(yōu)點，但其傳動不平穩(wěn)，有較大噪聲、沖擊，而且瞬時傳動比不同，磨損后容易發(fā)生跳齒現象，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 主要在要求工作可靠，負載大，軸距 較遠，工作環(huán)境差的條件下。 螺桿及螺母組成，利用螺桿與螺母的相對運動將旋轉運動轉化為直線運動。螺旋傳動具有傳動平穩(wěn)，精度高，結構簡單緊湊，具有増力作用，降速傳動比大，能夠自鎖，可以產生較大軸向負載等優(yōu)點。但是對于滑動螺旋傳動，由于工作面間是滑動摩擦，使其工作效率低，磨損快，不適宜用作高速和大功率傳遞。 作臂結構 對機器的設計而言，首先事先預定的使用功能是最基本的要求，然后再考慮性能、使用方便性、工作可靠性、小體積、高效率、美觀的外形等一系列問題。對機器經濟性方面，應該在設計的過程 中進行全面的綜合的考慮，盡量用最低的成本設計出能夠實現預期功能的機器。這就要求合理地設計機器的各個部分的結構。 通常，機械臂有手部、腕部等多個關節(jié)結構，本設計中的機械臂為專用機械臂，其手部結構為一洗車刷，不需要增加額外的夾持自由度，因此機械臂有腕部的旋轉、俯仰，以及臂的水平和豎直方向上的兩個直線運動組成。 部結構 1）腕部轉動結構 腕部的轉動自由度部分結構直接與洗車刷相連接，其作用是使洗車刷轉動實現洗車的動作，其運動形式是繞洗車刷的刷軸的旋轉運動。一個最簡單的就是將電機軸直接與刷軸相連，帶動刷 旋轉。其結構的主要零部件包括 電機、外殼、 電機座以及相應的連接件等。腕部的結構如圖示 2示 。 圖 2部結構 2）腕部俯仰關節(jié)結構 俯仰關節(jié)結構屬于腕部的另一個自由度，它的作用是在臂部運動的基礎上進一步買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 改變或調整末端執(zhí)行器的空間位置，擴大機械臂工作范圍，使機械臂更為靈巧。在本例中，俯仰關節(jié)的具體作用是讓洗車刷工作面在洗車頂和車側面時分別定位于水平、豎直平面內，并且讓刷面能夠作小角度的調整以適應車身的弧面。 俯仰關節(jié)的結構如下圖 2示，其擺動自由度的擺動范圍超過 180，完全能夠滿足工作的需要。 另外，出于美觀及協調考慮，將電機置于操作臂內部，電機軸線與俯仰的轉動軸垂直，要求傳動空間垂直的兩軸間的轉動，可以采用蝸輪蝸桿或者是圓錐齒輪傳動。雖然蝸輪蝸桿傳動能夠實現機構上的自鎖，但其傳動效率低而且更容易磨損，因此選擇直齒圓錐齒輪傳動方式。 圖 2仰關節(jié)結構 部結構 手臂部分是機械臂結構的主要結構，它要支撐腕部結構和末端執(zhí)行器，并帶動它們做空間運動，將末端執(zhí)行器送到需要的工作面上的任意一點，另外，臂部還要承擔調整末端姿態(tài)的任務，因此，一般臂部需要有伸縮、左右旋轉和升降三個自由度。對于洗車機械操作臂而言，因為有移動平臺，故左右回轉的自由度可以省略，只需要伸縮和升降兩個關節(jié)。 由于臂部通常受到扭轉和彎曲的作用，因此主要要考慮臂部的抗彎和抗扭強度。很顯然，在材料相同，截面積和重量近似的情況下，空心結構的抗彎剛度要大得多，因此采用中空的型材能提高抗彎剛度的同時也大大減輕了臂的自重。 1）伸縮自由度 伸縮關節(jié)的主體結構采用鋁合金方管型材，并且進行鏤空去掉部分材料以減輕重量。伸縮關節(jié)的作用是使操作臂末端能達到汽車的寬度上每一處，而 一般家用轎車寬度約 2 米，因此，伸縮機構的行程至少要達到車寬 的一半即 才能滿足工作買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 要求。為了 減小收縮時的尺寸，伸縮機構整體采用兩級伸縮的結構。其傳動方式采用絲杠螺母的螺旋 傳動方式，絲杠副的運動方式為絲杠轉動螺母移動，兩個螺母通過法蘭 分別與兩個伸縮級相連接，帶動伸縮級運動。絲杠轉動的動力由電機通過帶傳動提供。伸縮關節(jié)的結構如下圖 2示 。 圖 2縮手臂的結構 2）升降自由度 豎直方向的升降自由度作用是使洗車刷能夠達到從車頂部到底部的所有表面， 一般家用轎車的高度約 ，底盤高 10 20 厘米，根據這一尺寸可以得出豎直方向上的升降行程要達到 以上，取 。升降機構 主要包括三個部分：支架，導向機構和傳動機構。支架為四根型材，型材上有孔，將導向機構與支架相連接。導向機構是升降機構中比較重要的結構，若要精度高，最好采用直線導軌，但直線導軌特別是像這樣行程很長直線導軌的價格過于昂貴，同時也會增加操作臂的整體重量，因此設計了一種精度稍差的導向機構。升降機構的傳動采用同步齒形帶傳動，升降平臺與同步帶連接，由同步帶帶動工作臺實現升降動作。導向機構和升降機構整體結構如下圖 2示 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 2降機構（注： 圖中同步帶，電機及升降平臺未表示 ） 本 次 設計的洗車 操作臂的主要動作及相應的結構即為上述四個，操作臂的整體效果圖如圖 2示 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 2體效果圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 零部件材料選擇與 計算 件設計的一般要求 機械零件是組成機器的最小也是最基本的單元，所有機器最終都是通過一個一個零件設計組裝而成的。每一個零件的設計都可能影響機器的使用或者性能、成本等，因此設計零件時首先要滿足機器的使用功能要求，在實現功能的同時綜合考慮零件生產加工的經濟性。 機器在設計完成后都有負載能力、使用壽命的要求，即在規(guī)定的負載下在 預期的使用壽命內機器不會出現各種可能的實效，這也是要通過零部件的設計保證的，即要求機器的動力源能夠提供足夠的功率、力或者力矩，機械零件在強度、剛度、耐磨性等方面滿足一定的要求，這樣才能保證機器工作的可靠性和使用壽命。 機器的成本同樣也是通過零部件的設計來體現，零件的生產制造成本降低必然會帶來機器整體成本的下降，因此在設計零部件時要加工工藝性方面多加考慮，包括選擇合理的材料、合適的毛坯形式，根據情況選擇制定合適的加工精度、表面粗糙度等，并使零件的結構盡量簡單、合理、易于加工裝配。另外，能夠使用標準化、系列化 和通用零件時一定要使用，提高互換性。 件材料的選擇 選擇合適的零件材料使設計零件時首先要考慮的問題，不同的材料的強度、加工性能、密度、價格等都有非常大的差異，要根據機器的要求具體選擇，例如對機器質量有限制時就應該選用密度小的材料。通常機械零件的材料主要是金屬，包括黑色金屬（鋼材）、有色金屬（銅、鋁等）及其合金，另外，還有部分非金屬材料（工程塑料如尼龍 66）等也常用來加工金屬零件。他們各自有自己的特點，物理性能有很大差別。例如工程塑料和鋼材的密度就可能相差五倍左右。 從材料選擇的使用要求、加工性能和經濟性、質量限制等方面考慮，合理選擇機械臂的零件材料。 操作臂的材料選擇主要有機械臂的主體部分，包括支架、導向機構、伸縮機構等、各關節(jié)處殼體等尺寸體積較大的零件，各個關節(jié)處的傳動軸，傳動零件如齒輪系、帶輪等。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1）大尺寸零件：任務要求設備的總體質量在 20內，在強度滿足的情況下應該盡量減少質量，因此選擇密度小而強度高的鋁合金材料，例如硬鋁合金 2造鋁合金 6061、 6063 等。他們都有較高的強度， 6061 和 6063 的可加工性能要好于2然鋁合金比常用的 鋼材價格要高，但其密度也要小很多。例如支架，在截面面積接近的情況下，根據 分析數據顯示，使用型鋼時每根支撐體的質量是 12樣操作臂的總質量就遠大于任務要求。相應地，使用鋁合金時每根支撐柱的質量只有 4右。因此對于機械臂的主體材料，選擇硬鋁合金或者鍛造鋁合金是比較合理的。另外，對于可移動平臺，因為要降低重心，使得操作臂行駛時更穩(wěn)定，應選用鑄鐵或鋼板這樣密度大的材料。 2）傳動軸：在操作臂中，傳動軸是很重要的零件，它們的強度、剛度等性能直接影響操作臂的工作性能。常用傳動軸的材料是碳素鋼和合金 鋼，碳素鋼價格低廉，進行熱處理后物理性能也較好，應用很廣泛。而合金鋼的機械性能和熱處理性能都更優(yōu)秀，通常傳動大動力并要求減小尺寸時采用。洗車機械操作臂要傳遞的動力較小，采用碳素鋼可以滿足設計要求，選 擇 45 鋼， 并進行熱處理。 3）傳動件：操作臂中的傳動零件主要是齒輪和帶輪。對于齒輪而言，其設計要求是齒面耐磨性及齒芯的韌性。通常采用熱處理的鋼材作為加工材料。齒輪有軟齒面齒輪和硬齒面齒輪之分，前者用于強度、速度精度要求相對較低的場合，常用材料有45 鋼、 40；后者主要用于高速、重載、傳動精度高的場合，常用材 料為 200。兩者的加工精度也有差別，通常軟齒面齒輪 8 級精度，而硬齒面齒輪則達到 5 到 6 級精度。操作臂的齒輪系傳動精度、載荷大小及速度要求都不是很高，故選用軟齒面齒輪即可達到設計要求，材料選擇 40對于帶輪而言，其對耐磨性、抗沖擊性等要求都較低，因此常見的金屬包括鋼材、鋁合金、銅等材料都可以用來加工帶輪。在本設計中，同樣采用 鋁合金。 另外對于操 作臂中的其他一些零件，比如軸承座，端蓋等都采用 6061 鋁合金，形狀較復雜不容易機加工得到的采用鑄造鋁合金。 部件 計算 關節(jié) 計算 1）電機功率選擇 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 洗車刷形狀為圓盤形，直徑 ，預計洗車摩擦力 20 牛，假設洗車摩擦力均勻分布于刷面上，則單位面積上摩擦力 P= 則刷面的摩擦力矩 0 （ 3 0 . 1 20 6 3 6 . 6 2 r d r=m 洗車刷轉速取 1r/s，即 s，則消耗功率 P= 選擇 流減速電機，轉速 3200 r/出扭矩 kg/速比取 1：50 。電機減速器輸出軸輸出轉速 64 r/矩 m ，滿足功率及扭矩要求。 2）洗車刷 軸強度校核 洗車刷軸與洗車刷相連，傳遞扭矩和軸向力，受力分析如 圖 3示。 圖 3車刷軸受力分析 其中 T 的大小為 m，刷軸為空心軸結構，內徑 徑 d=15 =d1/d= 軸的抗彎截面系數 4 3 4 3 3( 1 ) ( 1 0 . 5 3 3 ) 1 5 9 7 4 7 . 1 5W d m m （ 3 所以 c=T/W=表 線性插值得 X=Y=量動載荷： 1 1 1 0 . 4 4 6 4 . 7 8 1 . 4 8 1 0 0 . 7 6 1 7 7 . 6 3 F Y F N （ 3 同理可得： 2以左面軸承計算壽命。 66 381 0 1 0 8 0 5 0( ) ( ) 7 . 7 6 1 06 0 6 0 2 0 1 7 7 . 6 3h （ 3 完全可以滿足壽命要求。 縮臂計算 1）電機功率計算 機械臂自重約 10合金間的摩擦系數 要克服的摩擦阻力為 3050N。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 機械臂運動速度 s，則傳動機構輸出功率 P= 2）傳動件設計計算 在伸縮關節(jié)中，主要的設計為絲 杠螺母傳動系統。由于采用摩擦傳動，因此設計時應從耐磨性著手。 螺桿采用 45 鋼，梯形螺紋，牙型角 30，線程數取 1，螺距取 2 螺母采用剖分式， =3，青銅材料。 由耐磨性計算公式 ： 2h H（ 3 （式中 軸向載荷； 螺紋中經； h 為螺紋工作高度， h= H 為螺母高度， H= 所以， 2 h（ 3 其中，查表 9 P=1118a=50N，所以2 由于絲杠徑向尺寸較長，故取 大值為 18 絲杠傳動效率及驅動力矩： 效率 ： t a n / t a n ( )v （ 3 ：導程角： 2a r c t a n / （ 3 v：誘導摩擦角： a r c t a nc o sv f ， 為牙型半角。 （ 3 查表 9擦系數 f= 則 ： 0 . 1a r c t a n 5 . 9 1c o s 1 5v ， a r c t a n 2 / 1 8 2 . 0 3 t a n 2 . 0 3 / t a n ( 2 . 0 3 5 . 9 1 ) 0 . 2 5 4 驅動力矩 ： 5 0 2 6 2 . 6 62 2 0 . 2 5 4 m m （ 3 剛度校核： 2()2a G I （ 3 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 其中， 45 鋼 522 . 1 1 0 /E N m m ， 428 1 0 /G N m m 2 45 2 4 45 0 2 6 2 . 6 6 4 3 2( ) ( ) 5 . 1 6 1 02 2 . 1 1 0 1 8 2 8 1 0 1 8a G I 1 0 0 0 / 0 . 2 5 8 / p p m m 所以剛度滿足設計要求。 強度校核： 根據第四強度理論校核螺桿強度 ： 2 2 23 2 3114 4 5 0 6 2 . 6 6( ) 2 3 ( ) ( ) 3 ( ) 0 . 2 8 2 /0 . 2 1 6 0 . 2 1 6a N m 所以螺桿強度滿足設計要求。 根據以上電機功率計算及螺旋傳動驅動力矩計算選擇電機 39 3）伸縮臂殼體強度校核： 抗拉強度為 145切強度為 270縮機構完全伸展開時即形成一個懸臂結構，存在受到較大彎矩和剪力的危險截面，因此必須進行強度校核。三級伸縮機構殼采用鋁合金矩型材，去除部分材料以 減輕質量，伸縮機構伸展開后受到的彎矩和剪力如圖 3 示 。 圖 3縮機構受力分析圖 在 面為危險截面，截面的形狀如圖 3示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 3面形狀 型材厚度為 3 剪切強度： 面面積為 96面面積 46 面處的剪應力分別為 于許用剪切應力。故伸縮臂抗剪切強度滿足要求。 抗彎強度：沿著彎曲方向， 面和 面處的抗彎截面系數分別為： 3 3 2 5 41 2 4 6 3 3 0 3 2 3 2 4 . 5 2 . 1 5 1 0 m 3（ ） （ 3 5 0 + 1 2 5 0 ） 3 3 2 5 4m - m 1 2 5 8 3 4 0 3 2 3 3 1 . 5 3 . 9 9 1 0 m 3（ ） （ 3 5 6 + 1 2 5 6 ） 故 5m - m m - m m a x n m a xM y / I 8 0 0 0 0 3 2 / 3 . 9 9 1 0 6 . 4M y / I 5 0 0 0 0 2 6 / 2 . 1 5 1 0 6 . 0 5mn n n a （ 3 兩個可能的危險截面的最大彎曲正應力都小于許用應力。伸縮關節(jié)的強度滿足設計要求。 直升降傳動計算 1）功率計算： 豎直升降處采用帶傳動主要承受載荷為機械臂的自重，約 20200N，升降的最大速度設定為 s。則需要的電機功率約 120W，取 2 倍安全系數，則選擇電機的最大輸出功率為 250W。 2）帶傳動計算： 帶傳動的額定 功率 P 取 200W，小帶輪轉速 40r/流電機驅動，傳動比i=1，軸距 a=1600續(xù)工作，軸間距可調，無張緊輪。 查表 8帶的工作情況系數 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 則帶的計算功率 ： 0 . 2 1 . 3 0 . 2 6 P k W （ 3 根據帶轉速及計算功率查圖 8定選擇 H 型同步帶，節(jié)距 帶寬 用工作拉力約 1000N，滿足強度負載要求。 查表 8知小帶輪最 小齒數4z ，取小帶輪齒數 8 則帶輪分度圓直徑 ： 11 / 1 8 1 2 . 7 / 7 2 . 7 7z P m m （ 3 查表 8，帶輪外徑1 知帶速 ： 1 1 / 6 0 0 0 0 7 2 . 7 7 2 4 0 / 6 0 0 0 0 . 9 1 /pv d n m s 3 同步帶節(jié)線長211 2 1( ) 22 ( ) 2 3 2 0 0 7 2 . 7 7 3 4 2 8 . 624 p p a d d a d m （ 3 選擇 1400 齒的同步帶。 本章的設計計算和關鍵部分強度校核可以證明，在操作臂正常受力的情況下，各個部分可以滿足強度要求并滿足一定的使用壽命。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 附件及控制微略 件 洗車機械操作臂要實現其清洗家用轎車的功能，除去實現其整體動作的機械結構外，還需要一系列的附加設備，主要包括洗車刷、水箱、水泵等。 車刷 洗車操作臂的設計功能是要能實現其不同的洗車方式，主要是在洗車時加水或不加水的問題。而通常情況下，對不同洗車條件下所使用