可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的各結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32280可裝配工件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械手的各結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算案例 188231.1夾持器分析以及設(shè)計(jì)計(jì)算 1201211.2支撐桿的參數(shù)計(jì)算、強(qiáng)度校核 3296691.3電機(jī)的選擇和參數(shù)計(jì)算 4262601.3.1伺服電機(jī)的選擇 419811.3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 555861.4同步帶傳動(dòng)計(jì)算 71.1夾持器分析以及設(shè)計(jì)計(jì)算為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部。如果有實(shí)際需要，還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)。先介紹下手指的形狀和分類。夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式。按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式和外夾式兩種：按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)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)度變成無窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，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。設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題（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程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不至于產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。（2）手指間應(yīng)具有一定的開閉角。兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，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，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(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，當(dāng)應(yīng)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。手爪要能抓起工件滿足條件：（式1.1）式中，為所需夾持力；安全系數(shù)，通常取1.2~2.0；為動(dòng)載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按估算，為機(jī)械手在搬運(yùn)工件過程的加速度，，為重力加速度；方位系數(shù)，查表選?。槐蛔コ止ぜ闹亓吭O(shè)為10，這是為了計(jì)算簡(jiǎn)單；帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得：；理論驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算：（式1.2）式中，為氣動(dòng)件所需理論驅(qū)動(dòng)力；夾緊力至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離；扇形齒輪分度圓半徑；手指夾緊力；齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，取0.92；其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得計(jì)算驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為：（式1.3）式中，為計(jì)算驅(qū)動(dòng)力；安全系數(shù)，此處選1.2；工作條件系數(shù)，此處選1.1；而氣動(dòng)件的工作驅(qū)動(dòng)力是由氣動(dòng)件內(nèi)壓提供的，故有（式1.4）式中，為氣動(dòng)件工作壓強(qiáng)；為柱塞截面積；選取氣動(dòng)件內(nèi)徑為50mm1.2支撐桿的參數(shù)計(jì)算、強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)要求支撐桿垂直移動(dòng)，選擇鋁材質(zhì)材料。先對(duì)支撐桿所受力進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)手部總重量為190N，工件為長(zhǎng)4cm，寬600cm，厚4cm的毛坯。（2）（式1.5）這里我經(jīng)過查閱，鋁密度為7.85g/cm3（3）G=G手部+（4）列彎矩方程M(X)=F(L-X)（式1.7）列撓曲線微分方程d2wd積分得到再積分得到繼續(xù)積分EI（5）確定積分常數(shù),當(dāng)X=0時(shí)，θA=0，yA=0，將其代入式得D=0。再將D=0帶入式得到計(jì)算撓度的方程（6）將X=L帶入上式得到自由端的撓度（式1.9）（7）查閱書籍得到慣性矩的方程，b為矩形的寬，h為長(zhǎng)（式1.10）查閱資料，鋁板的彈性模量為72GPa,許可撓度=0.921，均布荷載(kg/cm)的最大撓度是（式1.11）L為長(zhǎng)度E為彈性模量，I為截面慣矩符合規(guī)定1.3電機(jī)的選擇和參數(shù)計(jì)算1.3.1伺服電機(jī)的選擇根據(jù)計(jì)算公式=+（式1.12）各字母代表的含義：m——旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手的手部以及工件和支撐桿的重量（kg）；a——旋轉(zhuǎn)加速度（m/s2）；f ——轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的力矩（N）；R——驅(qū)動(dòng)半徑（m）；Ml——總作用力矩（N.m）；Mf——驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)摩阻力矩（N.m）；如果旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手的手部在5秒內(nèi)達(dá)到最大速度1m/s，則加速度：0.2m/s^2Ml=Mf+fR=0.3+40×0.2×0.4=43.5N.m根據(jù)以上計(jì)算，我選擇的是MAXLONRE40電機(jī)表1.1MAXLONRE40電機(jī)參數(shù)額定電壓額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩額定電流最大效率額定功率速度常數(shù)12V160r/min7.5N.m12.5A91%150W317rpm/V查閱資料該電機(jī)減速比為43：1。也可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速為87r/s和500r/s，減速比會(huì)有所不同。1.3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇旋轉(zhuǎn)式機(jī)械手在升降運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)的選擇。初步選擇的是型號(hào)90BF001步進(jìn)電機(jī)。下表為它的一些詳細(xì)的參數(shù)：表1.3.2電機(jī)參數(shù)表型號(hào)相數(shù)步距角/（°）最大靜轉(zhuǎn)矩/N·m電壓/v電流/A正常工作頻率/HZ質(zhì)量/Kg最高的空載啟動(dòng)頻率/HZ90BF00140．93.9280780001.52000傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（1）電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JD的計(jì)算查表得出，JD=1.764㎏.cm2（2）系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1.764+0.357+1.15=3.3（式1.13）（3）驗(yàn)算矩頻特性步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax就是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩，查表得：=3.92N.m，查表λ＝0.707，步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：==3.920.707=3.01N.m（式1.14）步進(jìn)電機(jī)所需要的空載啟動(dòng)力矩：（式1.15）：空載時(shí)的啟動(dòng)力矩：空載啟動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)軸上的加速力矩：空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩計(jì)算加速力矩（式1.16）==41,169N.cm空載摩擦力矩（式1.17）取=0.8，i=1,計(jì)算得到72×9.8×0.005×0.8由（式1.15）得到步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩：=41.169+0.56=42.73N.cm滿足步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)力矩要小于等于步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)力矩。1.4同步帶傳動(dòng)計(jì)算參考表1.3.2步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表，P取=0.8，i=1,電機(jī)工作功率為Pd（1）確定設(shè)計(jì)功率Pca，由表查得工作情況系數(shù)P(2）確定帶的型號(hào)和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pca圖1.1同步帶選型圖（3）選擇小帶輪齒數(shù)z可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表選小帶輪齒數(shù)：z1=12。故大帶輪齒數(shù)為：故：z=12，z,=31（4）確定帶輪的節(jié)圓直徑d,d,小帶輪節(jié)圓直徑：d1=p大帶輪節(jié)圓直徑：d2=p圖1.2小帶輪剖面圖圖1.3大帶輪視圖(5）驗(yàn)證帶速v查表得到vmax由公式