淮 海 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 題 目： 拾取軸類(lèi)零件機(jī)械手的設(shè)計(jì) 作 者： 郭鑫鑫 學(xué) 號(hào)： 0102101109 系 (院 )： 機(jī) 械 工 程 系 專業(yè)班級(jí) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)械 021 指導(dǎo)者： 郭廷良 教授 評(píng)閱者： 席平原 講師 2006 年 6 月 連 云 港 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 拾取軸類(lèi)零件機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘 要： 本文簡(jiǎn)要地介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械手的組成和分類(lèi)，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)型式，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)， PLC 控制的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。 通過(guò) 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了利用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手夾持的手部結(jié)構(gòu)并選擇了一種較好的夾持方案；通過(guò)對(duì)手腕、手臂 轉(zhuǎn)動(dòng)所需的 驅(qū)動(dòng)力矩 的計(jì)算設(shè)計(jì)了機(jī)械手腕、手臂的結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)了利用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 對(duì)手腕手臂的控制。利用可編程序控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，選取了合適的 PLC，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案， 設(shè)計(jì) 了機(jī)械手的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路圖，并編制了可編程序控制器的控制程序。 關(guān)鍵詞： 工業(yè)機(jī)器人 機(jī)械手 氣動(dòng) 可編程序控制器 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 The Design of Mechanical Hand Picking up Accessories Like Axes Abstract: The paper introduces the conception of the industrial robot, the composition and classification of the mechanical hand, the freedom and coordinates of the mechanical hand, the characteristics of the pneumatic technology and PLC, and the development in home and abroad. In this paper, author discussed the overall project for the design of mechanical hand, and determined the coordinates of patterns, freedom and technical parameters of the mechanical hand. At the same time, used the pneumatic drive system to realize the holding structure of the mechanical hand and selected a better project to hold accessories. Through the calculations to drive moment needed by the wrists and arm rotation, designed the structure of the wrists and arm and realized the control to the wrists and arm by electric motors. Author also used programmable controller to control mechanical hand and selected a suitable PLC models. Based on mechanical hand workflow, developed PLC project and drawn a control circuit diagram of electric motors for the mechanical hand, and developed a program for the PLC. Keywords: industrial robot; mechanical hand; pneumatic drive; PLC. 目 錄 1 引言（或緒論） 1 1.1 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2 課題的提出及主要任務(wù) 2 2 制定 設(shè)計(jì) 方案 4 2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 4 2.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案 4 2.3 手部結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 5 2.4 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 6 2.5 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 6 2.6 機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)方案 6 2.7 機(jī)械手的主要參數(shù) 7 3 手部 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3.1 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 8 3.2 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 8 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 4.1 執(zhí)行元 件的選擇 19 4.2 軸的設(shè)計(jì) 21 4.3 軸承的 選用 22 4.4 銷(xiāo)、螺 栓的選用 23 5 手臂升降運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 24 5.1 滾珠絲杠的選擇 24 5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 28 5.3 軸承的選用 29 6 手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 30 6.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 30 6.2 減速器的選擇 31 7 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 32 7.1 可編程控制器 的選擇及其工作過(guò)程 32 7.2 機(jī)械手可編程控制器的控制方案 32 7.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的環(huán)形分配器 33 7.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制 33 結(jié)論 36 致謝 37 參考文獻(xiàn) 38 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 38 頁(yè) 1 引言 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)形式上與 人臂和遙控機(jī)械手相似，控制原理則是基于數(shù)控（ NC）和遙控的概念。因此，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人可以看成是“數(shù)控操作臂”，其中操作人員直接操作的主臂由計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置所代替。 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人 工智能、仿生學(xué)等多科學(xué)而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程的產(chǎn)物，它是 工業(yè) 生 產(chǎn) 中 重 要 的 生產(chǎn) 設(shè)備 和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓 取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)效率 ； 可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的 應(yīng) 用。 1.1 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 1.1.1 國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，國(guó)外的 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（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，平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 10.3 萬(wàn)美元降至 97 年的 6.5 萬(wàn)美元。 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(cè)系統(tǒng)三位一體化；有關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造 的 機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)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(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)性、易操作性和可維修性。 機(jī)器人中的傳感器 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)器人還應(yīng)用了視覺(jué) 、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 38 頁(yè) 中已有成熟應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自 動(dòng) 系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(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)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索 杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 1.1.2 國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前基本掌握了機(jī)器人操作機(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)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 ， 其中有 130 多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動(dòng)噴漆 生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己經(jīng)應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品： 機(jī)器人應(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(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(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(zhǎng)、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(duì)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(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“ 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)器人， 6000m 水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)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)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方 面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)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。 1.2 課題的提出及主要任務(wù) 1.2.1 課題的提出 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，目前在我國(guó)的許多中小型汽車(chē)生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此，我們把上下料機(jī)械手作為我 們研究的課題。 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 38 頁(yè) 現(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)： （ 1）液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失 (摩擦損失、泄露損失等 )；液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。 （ 2）工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體粘度變化，引起運(yùn)動(dòng)特 性變化。 （ 3）因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。 （ 4）為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價(jià)格較高；且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。 鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳 動(dòng)，氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器；介質(zhì)清潔，管道不易堵塞，不存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題。 （ 2）阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較?。ㄒ话銉H為油路的千分之一），空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。 （ 3）動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要 0.02s-0.3s 即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 （ 4）能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。 （ 5）工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。 （ 6）成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。 傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難 (尤其在高速情況下，似乎更難想象 )。此外氣源工作壓力較低， 抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過(guò)去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。 1.2.2 課題的主要任務(wù)： 本課題將要完成的主要任務(wù)如下： （ 1） 選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度 ； （ 2） 設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì) ； （ 3） 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元 器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì) ； 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 38 頁(yè) （ 4） 機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本機(jī)械手采用可編程序控制器（ PLC）對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取 PLC 型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出 PLC 程序。 2 制定 設(shè)計(jì) 方案 對(duì)于搬運(yùn)物體類(lèi)的機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放并且能搬運(yùn)物件，這就要求具有較高的精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是：充分分析作業(yè)對(duì)象和環(huán)境 ，明確工作的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn) 時(shí) 的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù) 等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求 ， 盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用拾取軸類(lèi)零件的機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，它可以用于操作 環(huán)境 惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。 2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。由于本機(jī)械手是對(duì)軸類(lèi)零件的搬運(yùn)，因此它需具有升降、回轉(zhuǎn)的自由度 。 圖 1 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)示意圖 2.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案 在普通的機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，機(jī)械的驅(qū)動(dòng)一般有氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電機(jī)傳動(dòng)等。 油壓執(zhí)行器具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)：（ 1）構(gòu)造簡(jiǎn)單，可靠性高。（ 2）體積小，可獲得部較高的推力和轉(zhuǎn)矩。（ 3）比較易控制。缺點(diǎn)有：（ 1）漏油污染。（ 2）噪聲。（ 3）低速不穩(wěn)定。（ 4）必須對(duì)工作油的清潔度進(jìn)行管理。 氣壓執(zhí)行器由于空氣構(gòu)成的工作流體具有壓縮性，所以在負(fù)荷作用下速度容易變動(dòng)難以確定精確位置。但不會(huì)發(fā)生漏油那樣環(huán)境也不必?fù)?dān) 心火災(zāi)發(fā)生，另外，由于空氣黏性小，淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 38 頁(yè) 易安裝管道，維護(hù)簡(jiǎn)單，且空氣是慣性小的壓縮性流體。當(dāng)迅速的使其流動(dòng)停止 時(shí) 不會(huì)造成壓力波動(dòng) ， 因此比較安全，不必安裝過(guò)負(fù)荷防止裝置 。 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(hào)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(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)制角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的脈沖數(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)交、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn) 數(shù)字控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：（ 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小與波形的變化、溫度等）的影響，只要在它們的大小未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 產(chǎn)生“丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；（ 2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)積累誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)以后，其累計(jì)誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不?huì)長(zhǎng)期積累；（ 3）控制性能好，在起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步”。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛的應(yīng)用于開(kāi)環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，并可靠的 獲得較高的位置精度。 作為搬運(yùn)機(jī)械手，它需要在抓取工件的過(guò)程中精確的定位，在搬運(yùn)到另一個(gè)地方是也必須準(zhǔn)確，因此機(jī)械手手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)和手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，這樣可以避免了用氣壓傳動(dòng)帶來(lái)的不準(zhǔn)確性或用液壓傳動(dòng)帶來(lái)的漏油而導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題。對(duì)于手部的抓取 ，可以用氣壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。手臂的提升這幾種傳動(dòng)的方法都可以，但為 了避免漏油帶來(lái)的污染 ， 液壓傳動(dòng)的方法暫不做考慮，而用氣壓傳動(dòng)則不能很好的控制其提升高度的精確性，因此選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 2.3 手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指（手抓）和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié) 構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜契杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等等。 夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手指式；按手指夾持工件的部位又可以分為內(nèi)卡式（或內(nèi)漲式）和外夾持式兩種；按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可以分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型 (或稱直進(jìn)型 )，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指；同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型 應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 幾種機(jī)械手指夾持設(shè)計(jì)方案如下圖 2 所示 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 2 機(jī)械手的夾持方案 對(duì)于圖 2 中 幾種 夾持 方案的評(píng)價(jià) ： 由于 本課題手部夾持的動(dòng)力源選用的是氣壓傳動(dòng)，利用氣壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾持， 而方案 （ 7） 是通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾持。 顯然（ 7）方案不適合。 其中方案 （ 6） 是對(duì)重軸類(lèi)零件的夾持機(jī)構(gòu)，而本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要夾持的工件重量小于等于 50 公斤，沒(méi)有 必要使用此種夾持方案。 由于設(shè)計(jì)的是利用氣壓缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾持 ， 因此方案 （ 5） 比較適合，它能承受氣缸的伸縮帶來(lái)的一定的沖擊，但是此方案對(duì)工件夾持的范圍過(guò)小，因此將其作為備選而不做第一選擇。同樣對(duì)于方案（ 1）（ 2）（ 3）（ 4）（ 9） 雖然可以實(shí)現(xiàn)夾持的工件范圍比較大，但是卻需要?dú)飧椎拇蠓秶纳炜s才能實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)使整個(gè)機(jī)械手的體積變大，而所需設(shè)計(jì)的機(jī)械手是用于生產(chǎn)線，這就要求機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較緊湊。 因此選用方案 8 最為合適，并且為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)更好的夾持，采用雙夾持的結(jié)構(gòu)，用兩個(gè)獨(dú)立的氣缸來(lái)控制 ， 以便 更好的適應(yīng)軸的各種形狀如光軸、階梯軸等等。 2.4 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 由 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 。 2.5 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 按照抓取 搬運(yùn)工件的要求，本機(jī)械手的手臂有 三 個(gè)自由度，即手臂的左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，手臂的各種運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī) 的驅(qū)動(dòng) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 共 38 頁(yè) 2.6 機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)方案 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采 用可編程序控制器（ PLC）對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變 PLC 程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。 2.7 機(jī)械手的主要參數(shù) 2.7.1主要參數(shù) 機(jī)械手的最大抓取重量是其規(guī)格的主參數(shù)，該機(jī)械手主參數(shù)定為 50公斤。 2.7.2 基本參數(shù) 運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度提出了要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂及手腕的回轉(zhuǎn)速度和手臂的提升速度。 該機(jī)械手手臂提升的平均速度設(shè)計(jì)為 0.01m /s，平均回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為 s/900 。 機(jī)械手動(dòng)作時(shí)有啟動(dòng)、停止過(guò)程的加、減速度存在，用速度 行程曲線來(lái)說(shuō)明速度特性較為全面，因?yàn)槠骄俣扰c行程有關(guān)，故用平均速度表示速度的快慢更為符合速度特性。 除了運(yùn)動(dòng)速度以外，手臂設(shè)計(jì)的基本參數(shù)還有工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)計(jì)成相當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。在這種情況下宜采用自動(dòng)傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的工作半徑約為 1500mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為 0360 。手臂升降行程定為 1500mm 定位精度也是基本參數(shù)之一。該機(jī) 械手的定位精度為 5.0 mm1 。 2.7.3 機(jī)械手技術(shù)參數(shù)列表 （ 1） 用途：拾取軸類(lèi)零件的機(jī)械手。 （ 2） 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)： 1 抓重： 50 公斤 ； 2 自由度： 3 個(gè)自由度 ； 3 坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo) ； 4 最大工作半徑： mm1500 ； 5 手臂最大中心高： mm2262 6 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 升降行程 mm1500 ； 升降速度 smm/100 ； 回轉(zhuǎn)范圍 00 3600 ； 回轉(zhuǎn)速度 s/900 ； 7 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 00 3600 ； 回轉(zhuǎn)速度 s/900 ； 8 手指夾持范圍 mmmm 16040 ； 9 定位方式 機(jī)械擋塊 ； 10 定位精度 mm5.0 ； 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 共 38 頁(yè) 11 驅(qū)動(dòng)方式 手指部分：氣壓傳動(dòng) ； 手腕及手臂等部分：均用步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ； 12 控制方式 采用 PLC 的點(diǎn)位程序控制 。 13 機(jī)械手 使用壽命： 50000 小時(shí) 。 3 手部 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 （ 1） 具有足夠的握力 (即夾緊力 ) 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 （ 2） 手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角 兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。 （ 3） 保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀， 選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。 （ 4） 具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，應(yīng)當(dāng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 （ 5） 考慮被抓取對(duì)象的要求 根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成 V 型，其結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。 3.2 手部夾緊氣缸 的設(shè)計(jì) 3.2.1 手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 根據(jù)以上提出的問(wèn)題及參數(shù)對(duì)手部的各零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 。 本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部示意結(jié)構(gòu)圖如 下 圖 3 所示。 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 3 齒輪齒條式手部 由于夾持的工件重量小于等于 50 公斤。根據(jù)以上給出的所夾持工件的直徑范圍為mmmm 6040 。但又因?yàn)椴捎玫氖怯脙蓚€(gè)獨(dú)立氣缸的雙夾持機(jī)構(gòu)則每個(gè)機(jī)械手夾持的重量為 25 公斤。對(duì)于相同重量的工件軸徑越大其所需夾持的力也越大。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)mmd 160max ，且假定夾持 mmd 160max 的工件時(shí)手指的夾持點(diǎn)與軸心線的連線和水平線的夾角為 030 。 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為： RbNp 2（ 3 1） 其中： p 驅(qū)動(dòng)力 N 夾緊力 b 手指軸心到工件軸 心的垂直方向的距離（如圖 3 所示） R 齒輪半徑 初步假設(shè)手指軸心到工件軸心的距離為 mmL 160 ，取 mmR 40 ，手指軸心到齒條中心的距離為 mma 70 。則 mmaLb8.1 4 3701 6 0 2222 （ 3 2） 根據(jù)手指夾持工件的方位，根據(jù)力學(xué)的受力分析可得握力計(jì)算公式： NGN2505.0/2505.060c o s/5.0 0 （ 3 3） 由此 根據(jù)（ 3 1） 可得驅(qū)動(dòng)力： 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 共 38 頁(yè) NRbNp4.1 7 8 9402 5 08.1 4 322實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： kpp 實(shí)際（ 3 4） 因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 95.0 ，并取安全系數(shù)為 2.1k 。 故 由 （ 3 4） 得 ， 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為 Nkpp3.226095.02.14.1789 實(shí)際 因此 ， 夾持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng) 力為 2260.3N。 由于機(jī)械手的能夾持的最大的直徑為 mmd 160max ，而夾持后的 mmb 8.143 ，故直齒的長(zhǎng)度為略大于 mmL 8.63808.143 ，因此初步選取氣缸伸長(zhǎng)長(zhǎng)度為 60mm。 3.2.2 氣缸的選擇 根據(jù)以上得出的驅(qū)動(dòng)力查詢手冊(cè)選取氣壓缸， 其型號(hào)為： LGA 32 50 G-FA-Y-FC； 得主要技術(shù)參數(shù) 如下表 1： 表 1 選取氣缸的相關(guān)數(shù)據(jù) 缸徑/mm 行程/mm 工作壓力范圍 /MPa 耐壓力/MPa 使用速度范圍 smm/ 使用溫度范 圍 / c 工作介質(zhì) 給油 32 60 0.049 0.98 1.47 50 70 -25 80 空氣、干燥空氣 無(wú) 3.2.3 電磁換向閥的選擇 為了實(shí)現(xiàn)用 PLC 對(duì)氣壓缸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，則需要一個(gè)電磁換向 閥對(duì)輸入氣壓缸的氣體進(jìn)出方向進(jìn)行控制。根據(jù)上述的氣壓缸的工作壓強(qiáng)，采用系列的雙電控兩位五通的電磁換向閥。此電磁換向閥的型號(hào)為： XQ 25 08 41 220v/50Hz 其主要的技術(shù)參數(shù) 如下表 2： 表 2 電磁換向閥主要技術(shù)參數(shù) 通徑 mm 接口螺紋 工作壓力/MPa 切 換 時(shí) 間 ms 工作電壓 消耗功率 環(huán)境溫度 c 耐久性 41 0.15 1.0 15 220v/50Hz 6V.A 5 50 400 萬(wàn)次 3.2.4 齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 事實(shí)上在齒輪齒條的 嚙 合傳動(dòng)中，真正進(jìn)行嚙合傳動(dòng)的只是齒輪的一部分，即可以看成是扇形齒輪，但在下面的計(jì)算過(guò)程中，為了計(jì)算的方便將其看作整個(gè)齒輪來(lái)做。 3.2.4.1 選定齒輪的類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （ 1）安圖 1 所式的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪齒條傳動(dòng)。 （ 2）用 7 級(jí)精度。 （ 3）材料選擇。由 12表 10-1 選擇齒輪齒條材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS。 （ 4）初步選取齒輪的齒數(shù)為 30 齒。 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 共 38 頁(yè) 3.2.4.2 安齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由 12設(shè)計(jì)計(jì)算公式（ 10-9a）進(jìn)行試算，即 3211132.2 HdttEZuuTKd（ 3 5） （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1 試選載荷系數(shù) 3.1tK； 2 計(jì)算齒輪傳遞的力矩 ； mmNrFnPT92240230640/105.95 1151 （ 3 6） 3 由 12表 10-7 選取齒寬系數(shù) 6.0d； 4 由 12表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 218.189 MPaZ E ； 5 由 12圖 10-21d 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 6001lim ；齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 6002lim 。 6 由 12式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由氣缸的使用速度范圍，取氣缸的速度為 smmv /70 ，根據(jù)以上的假設(shè) mmR 40 ，可以得到齒輪的轉(zhuǎn)速為： m in/7.164027060260radRvn（ 3 7） 而且使用壽命為 hLh 10000，由此可以得出應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： 711 105 5000017.166060 hjLnN （ 3 8） 7 由 12圖 10-19 查得解除疲勞壽命系數(shù) 98.01 HNK； 98.02 HNK 8 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由 12式（ 10-12）得 MP aSK HHNH588160098.01l i m11 （ 3 9） MP aSK HHNH588160098.02l i m22 （ 3 10） （ 2） 計(jì)算 1 試算齒輪分度圓直徑td1， 根據(jù) （ 3 5） 式 代入 H 中較小的值 mmZuuTKdHdttE8.795888.1891116.0922403.132.2132.2 3 23211淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圓整取 mmdt 801 2 圓周速度 由氣缸的使用速度范圍，取氣缸的速度為 smmv /70 。 3 計(jì)算齒寬 b mmdb td48806.01 （ 3 11） 4 計(jì)算齒寬于齒高之比 hb 模數(shù) 67.230/80/ 11 zdm tt （ 3 12） 齒高 mmmh t667.225.225.2 （ 3 13） 齒寬于齒高之比 86/48 hb 5 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) smmv /70 ，級(jí)精度，由 12圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù) 02.1vK直齒輪，假設(shè) mmNbFKtA /100/ 。由 12表 10-3 查得 2.1 FH KK； 由 12表 10-2 查得使用系數(shù) 25.1AK 由 12表 10-4 查得 7 級(jí)精度、齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)， bK dH 32 1023.018.012.1 （ 3 14） 將數(shù)據(jù)代入后得 196.1481023.06.018.012.1 32 HK由 16hb ， 196.1HK查 12圖 10-13 得 16.1FK；故載荷系數(shù) 83.1196.12.102.125.1 HHvA KKKKK （ 3 15） 6 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由 12式（ 10-10a）得 mmKKdd tt7.893.1/83.180/ 3311 （ 3 16） 7 由式 （ 3 12） 計(jì)算模數(shù) m mm zdm 3 30/7.89/ 11 3.2.4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 由 12式（ 10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 3 21 12 F SaFad YYzKTm （ 3 17） 淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 38 頁(yè) （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1 由 12圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE 5001 ；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE 5002 ； 2 由 12圖 10-18 查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù) 85.01 FNK；齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)85.02 FNK ； 3 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由 12式（ 10-12）得 齒輪： M P aSK FEFNF57.3034.150085.0111 （ 3 18） 齒條： MP aSK FEFNF57.3034.150085.0222 （ 3 19） 4 計(jì)算載荷系數(shù) 775.116.12.102.125.1 FFvA KKKKK （ 3 20） 5 查取齒形系數(shù) 由 12表 10-5 查得齒輪的齒形系數(shù) 52.21 FaY；齒條的齒形系數(shù) 52.22 FaY； 6 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由 12表 10-5 可查得齒輪的應(yīng)力校正系數(shù) 625.11 SaY；齒條的應(yīng)力校正系數(shù) 625.12 SaY； 7 計(jì)算齒輪、齒條的 FSaFaYY并加以比較 齒輪： 0134.057.303625.152.2111FSaFa YY齒條： 0 1 3 4.057.303625.152.2222FSaFa YY（ 2） 根據(jù) （ 3 17） 設(shè)計(jì)計(jì)算 得 mmmmm03.20 1 3 4.0306.0 9 2 2 4 0775.123 2 對(duì)比計(jì)算結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 共 38 頁(yè) 于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有 關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.03mm 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 2.5mm。由此可以得出齒數(shù)為： 88.355.27.89 mdz （ 3 21） 取 35 個(gè)齒。 3.2.4.4 幾何尺寸計(jì)算 （ 1）中心距：由假設(shè)可知中心距 mma 70 （ 2） 計(jì)算分度圓直徑 齒輪： mmmzd 5.87 5.23511 齒條：根據(jù)中心距可知，齒條中心到分度圓的距離為 mmdar25.2625.8770212 （ 3） 計(jì)算齒輪寬度 由式 （ 3 11） 得 mmdb d5.525.876.01 （ 4） 齒高 由式 （ 3 13） 得 mmmh t6 2 5.55.225.225.2 3.2.4.5 驗(yàn)算 NNdTF t21085.87922402211 （ 3 22） mmNmmNb FK tA /100/12.305.87 210825.1 結(jié)果合適。 3.2.4.6 齒條的齒數(shù) 由于氣缸的伸長(zhǎng)為 mm60 ，則 齒數(shù)為： 86.726036 rz （ 3 23） 取齒條的齒數(shù)為 7 個(gè)齒。 3.2.5 軸承的選用 （ 1） 受力分析 根據(jù)機(jī)械手手指的受力情況可知：軸承盡受徑向力而不受軸向力，由此可以只考慮只受徑向力的軸承。為了使軸擁有更好的支撐能力即由于軸承選擇的不同，可影響到軸徑的大小。淮海工學(xué)院二六屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 38 頁(yè) 考慮到這個(gè)問(wèn)題，可選用軸承相對(duì)較薄的滾針軸承。 根據(jù)機(jī)械手手指 傳動(dòng)方式（如圖 1） ，可以得出軸承的受力情況： NNpF r 115 32230 621 NNGF r 1 2 545 0 042 NFFF rrr 1 3 7 821 （ 2） 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P，根據(jù) 12式（ 13-8a） )( arp YFXFfP （ 3 24） 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 4滾針軸承取 5.1pf； 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 4對(duì)于滾針軸承 .0;1 YX 由此可得 當(dāng)量動(dòng)載荷 P： NP 2067137815.1 （ 3） 根據(jù) 12式（ 13-6），求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 NNnLPC h2.4.9964105 0 0 0 07.166020671060 366 （ 3 25） （ 4） 按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè) 4選擇 KNC r 8.43 的 NA6906 軸承。此軸承的基本額定靜載荷 KNC 8.700 。 （ 5） 壽命的計(jì)算 hhPCnL mmh50000105.92067438007.16601060106366 （ 3 26） 所以所選用的軸承