碼垛搬運(yùn)機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)摘要生產(chǎn)線最初采用人工搬運(yùn)箱子堆放，來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存或配送的功能。然而，隨著生產(chǎn)率提高，自動(dòng)堆垛箱子成為必要。這就需要一個(gè)自動(dòng)化的解決方案，稱為“碼垛機(jī)”。近年來(lái)，碼垛機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛使用，碼垛搬運(yùn)機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)日漸完善，隨著科技進(jìn)步，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品輸送效率有了更高的要求，促進(jìn)了碼垛搬運(yùn)機(jī)的發(fā)展。說(shuō)明書主要分析碼垛搬運(yùn)機(jī)的主要功能作用及它的工作原理，確定整體結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析和規(guī)劃。本文主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：對(duì)碼垛搬運(yùn)機(jī)的機(jī)架、移動(dòng)平臺(tái)、夾具機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)類型為直角坐標(biāo)式碼垛搬運(yùn)機(jī)。關(guān)鍵詞碼垛；搬運(yùn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；直角坐標(biāo)式目錄摘要 I目錄 III1緒論 11.1課題背景 11.1.1物料搬運(yùn) 11.1.2碼垛機(jī)發(fā)展 21.2多種碼垛機(jī)類型分析 41.3課題目標(biāo) 72設(shè)計(jì)方案 82.1碼垛搬運(yùn)機(jī)主體結(jié)構(gòu) 82.2工作原理 82.3移動(dòng)平臺(tái) 92.4機(jī)架 122.5夾爪 122.6電機(jī)選型 122.7設(shè)計(jì)要求 133總體設(shè)計(jì)及計(jì)算 153.1總體設(shè)計(jì) 153.1.1總體結(jié)構(gòu) 153.1.2運(yùn)行方式 153.2機(jī)架 153.3移動(dòng)平臺(tái) 173.3.1Z軸電機(jī)的選型計(jì)算 173.3.2Y軸電機(jī)的選型計(jì)算 203.3.3X軸電機(jī)的選型計(jì)算 213.4夾具 224主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 254.1Z軸滾珠絲桿螺母副的選型及校核 254.1.1最大工作載荷Fm的計(jì)算 254.1.2滾珠絲桿螺母座上最大動(dòng)載荷的計(jì)算 254.1.3絲桿螺母副型號(hào)的選擇 254.1.4所選絲桿螺母副傳動(dòng)效率η的計(jì)算 264.1.5滾動(dòng)絲桿螺母剛度的驗(yàn)算 264.1.6滾珠絲桿螺母副的壓桿穩(wěn)定性校核 264.2直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副的選型及校核 274.3同步帶及帶輪的選型計(jì)算 284.4齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 294.4.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 304.5Y軸電機(jī)支撐架的設(shè)計(jì) 334.6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 33結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 381緒論1.1課題背景1.1.1物料搬運(yùn)物料搬運(yùn)：用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，就是物料的裝載、移動(dòng)和卸載。為了安全和經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行這項(xiàng)工作，當(dāng)物料搬運(yùn)被稱為物料機(jī)械搬運(yùn)時(shí)，使用不同類型的工具和設(shè)備。任何涉及材料的人類活動(dòng)都需要材料處理。然而，在工程和技術(shù)領(lǐng)域，物料搬運(yùn)一詞是指工業(yè)活動(dòng)。在任何行業(yè)，無(wú)論大小，涉及制造業(yè)或建筑業(yè)，從原材料的接收和儲(chǔ)存點(diǎn)，通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程，直至成品的儲(chǔ)存和發(fā)運(yùn)點(diǎn)，材料都必須作為原材料、中間產(chǎn)品或成品來(lái)處理。材料處理本身不是一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，因此不會(huì)增加產(chǎn)品的價(jià)值。反而會(huì)花錢；因此，應(yīng)盡可能消除或至少減少處理材料的花費(fèi)。然而，有利于材料處理的重要一點(diǎn)是它有助于生產(chǎn)。根據(jù)材料的重量、體積和吞吐量，材料的機(jī)械搬運(yùn)可能不可避免。在許多情況下，機(jī)械搬運(yùn)降低了人工搬運(yùn)材料的成本，而這種材料搬運(yùn)是非常理想的。所有這些事實(shí)表明，材料處理的類型和使用范圍應(yīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)應(yīng)用，并具有成本效益。根據(jù)對(duì)不同類型行業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要，材料處理可以根據(jù)行業(yè)本身的不同而不同。輸送、提升、定位、運(yùn)輸、包裝和儲(chǔ)存。儲(chǔ)存或倉(cāng)儲(chǔ)在很大程度上是材料處理的一部分。物料搬運(yùn)使用不同的設(shè)備和機(jī)制稱為物料搬運(yùn)設(shè)備。盡管在其中一個(gè)定義中，加工操作和檢驗(yàn)被明確排除在材料搬運(yùn)操作的范圍之外，但值得一提的是，在特定情況下，材料的加工或檢驗(yàn)可以與搬運(yùn)活動(dòng)同時(shí)完成。一個(gè)定義還涵蓋了物料搬運(yùn)的重要目標(biāo)，即最低成本解決方案。良好物料搬運(yùn)系統(tǒng)的基本要求可概括為：（1）將物料高效安全地運(yùn)至所需地點(diǎn)。（2）需要時(shí)及時(shí)移動(dòng)材料。（3）按所需速率供應(yīng)材料。（4）利用最小空間儲(chǔ)存材料。（5）物料搬運(yùn)活動(dòng)的最低成本解決方案。通常，材料處理以原材料從源頭到工廠的移動(dòng)或制成品從工廠到消費(fèi)點(diǎn)的形式超越了行業(yè)邊界。這些長(zhǎng)距離的物料運(yùn)輸通常被稱為通過(guò)各種運(yùn)輸方式（如公路、鐵路、輪船或航空）進(jìn)行的物料運(yùn)輸。運(yùn)輸一般不在物料搬運(yùn)范圍內(nèi)。然而，在每個(gè)來(lái)源地和目的地，裝卸材料是必要的，這些被稱為這些地點(diǎn)的材料處理。一些生產(chǎn)設(shè)備配有處理正在加工的材料的設(shè)施。此類物料搬運(yùn)設(shè)備通常被視為生產(chǎn)設(shè)備的組成部分。幾個(gè)典型的例子是：（1）自動(dòng)機(jī)器中的送紙機(jī)構(gòu)。（2）帶鋼軋機(jī)中的卷取機(jī)和解卷機(jī)。（3）多工位印刷機(jī)中的送紙和輸送裝置?；旧?，這些是特殊的物料處理設(shè)備，但當(dāng)與特定的生產(chǎn)機(jī)器集成時(shí)，它們就成為這些機(jī)器的專用部件。此類特殊裝置及其功能通常不在材料處理范圍內(nèi)。然而，工作場(chǎng)所的材料處理是一個(gè)領(lǐng)域，這是越來(lái)越多的關(guān)注后。物料搬運(yùn)最重要的是它有助于提高生產(chǎn)率，從而提高行業(yè)的盈利能力。許多企業(yè)倒閉是因?yàn)椴牧咸幚硇实拖隆Ｔ谠S多情況下，可以看到競(jìng)爭(zhēng)行業(yè)使用相同或類似的生產(chǎn)設(shè)備，而使用改進(jìn)的物料處理系統(tǒng)的行業(yè)則保持在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的前面。設(shè)計(jì)良好的物料處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）通過(guò)確保在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)、適當(dāng)?shù)臄?shù)量、最經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)提高生產(chǎn)系統(tǒng)的效率。（2）降低間接人工成本。（3）減少材料在儲(chǔ)存和移動(dòng)過(guò)程中的損壞。（4）通過(guò)適當(dāng)儲(chǔ)存材料最大限度地利用空間，從而降低儲(chǔ)存和搬運(yùn)成本。（5）盡量減少物料搬運(yùn)過(guò)程中的事故。（6）通過(guò)改進(jìn)材料處理降低總體成本。（7）以便于搬運(yùn)的方式提供材料，改善客戶服務(wù)。（8）提高工廠和設(shè)備的效率和可銷售性，具有完整的物料處理功能。除此之外，對(duì)于某些行業(yè)，如加工工業(yè)、重型制造業(yè)、建筑業(yè)、采礦業(yè)、造船業(yè)或飛機(jī)工業(yè)等，材料又大又重，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)牟牧咸幚硐到y(tǒng)，這些行業(yè)就無(wú)法運(yùn)行。以上幾點(diǎn)清楚地表明了物料搬運(yùn)在一個(gè)行業(yè)或物料運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要性。然而，材料處理的消極方面也不容忽視。這些是：（1）任何物料處理系統(tǒng)所涉及的額外資本成本。（2）一旦材料處理系統(tǒng)得到實(shí)施，進(jìn)一步變更的靈活性就會(huì)大大降低。（3）安裝了集成材料處理系統(tǒng)后，其任何部分的故障/停機(jī)都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間增加。（4）物料搬運(yùn)系統(tǒng)需要維護(hù)，因此任何物料搬運(yùn)的增加都意味著額外的維護(hù)設(shè)施和成本。1.1.2碼垛機(jī)發(fā)展隨著食品和化工行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，搬運(yùn)貨量也相應(yīng)增大，普通搬運(yùn)機(jī)難以滿足其增長(zhǎng)規(guī)模，因此對(duì)于碼垛搬運(yùn)機(jī)的需求日益增漲。碼垛搬運(yùn)機(jī)被廣泛的應(yīng)用于各類生產(chǎn)線的末端，在運(yùn)輸物品中扮演著關(guān)鍵角色?，F(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)逐漸增長(zhǎng)的今天，越來(lái)越的目光匯聚在了自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程上面。而在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，碼垛搬運(yùn)機(jī)作為必備的高效運(yùn)輸機(jī)械，具有以下幾個(gè)特征：實(shí)現(xiàn)高效率搬運(yùn)和存儲(chǔ)產(chǎn)品；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)人搬運(yùn)重物與危險(xiǎn)品。產(chǎn)品加工流程中，生產(chǎn)，加工，搬運(yùn)，裝配等過(guò)程一般不具有連續(xù)性。據(jù)資料顯示，在中國(guó)，一般生產(chǎn)企業(yè)有四分之三的生產(chǎn)加工屬于單件小批量生產(chǎn)，這種生產(chǎn)模式下，單次批量生產(chǎn)件數(shù)不會(huì)超過(guò)50件。原因在于，產(chǎn)品加工的時(shí)間少，而裝配和搬運(yùn)階段的時(shí)間較長(zhǎng)。為了解決上述問(wèn)題，提高裝卸，搬運(yùn)以及其他工序的生產(chǎn)效率，出現(xiàn)了碼垛搬運(yùn)機(jī)，它就是為了實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而發(fā)展起來(lái)的。碼垛搬運(yùn)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程較為簡(jiǎn)單，首先利用碼垛平臺(tái)通過(guò)夾爪抓取貨物，然后通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序堆放在指定的托盤上。根據(jù)客戶的不同需求，碼垛搬運(yùn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化堆垛和多層堆垛，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化搬運(yùn)碼垛貨物。碼垛機(jī)被設(shè)計(jì)來(lái)用于各種生產(chǎn)場(chǎng)合，特別是在輕工業(yè)和食品加工工業(yè)的運(yùn)輸過(guò)程中。碼垛機(jī)大大提高了運(yùn)輸效率，減少人工需求?，F(xiàn)代食品加工業(yè)已經(jīng)將碼垛機(jī)運(yùn)用到食品分類，搬運(yùn)，保存的全過(guò)程中，不僅提升產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸效率，更能夠有效的解決產(chǎn)品占用空間的問(wèn)題。提高企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。在化工行業(yè)也借助碼垛機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)和裝卸化工材料，提高了搬運(yùn)的安全性和可靠性，減輕了企業(yè)工人接觸危險(xiǎn)情況的概率，保證了工人個(gè)人的健康安全。國(guó)外首先研發(fā)并推廣了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，最初在二十世紀(jì)八十年代的日本出現(xiàn)搬運(yùn)設(shè)備。隨著對(duì)搬運(yùn)技術(shù)要求的逐步提高，不斷有新的高性能，高質(zhì)量碼垛搬運(yùn)機(jī)面世，它們兼有操作精度高，操作靈活度大，搬運(yùn)效率高等特點(diǎn)，能夠滿足各種方面，運(yùn)行空間和運(yùn)行環(huán)境。國(guó)內(nèi)對(duì)碼垛搬運(yùn)機(jī)的研究起步于二十世紀(jì)八十年代，并在這之后逐步改良優(yōu)化并投入應(yīng)用。當(dāng)時(shí)，我國(guó)自主研發(fā)的碼垛搬運(yùn)機(jī)主要是關(guān)節(jié)式以及直角坐標(biāo)式，普遍存在精度低，構(gòu)造簡(jiǎn)單等問(wèn)題。雖然經(jīng)歷多年的研究探索，但對(duì)于碼垛式搬運(yùn)機(jī)的研究仍然處于初期階段,存在不少研究空白有待填補(bǔ)，我國(guó)還需要努力趕超才能達(dá)到國(guó)外的先進(jìn)水平。雖然我國(guó)缺乏針對(duì)搬運(yùn)機(jī)核心工藝的規(guī)范文本，但隨著我國(guó)從制造向“智造”轉(zhuǎn)變的不斷推進(jìn)碼垛搬運(yùn)機(jī)一定會(huì)在這工業(yè)發(fā)展的浪潮中擁有光明的未來(lái)。結(jié)構(gòu)性，功能性與機(jī)械質(zhì)量是國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)落后于國(guó)外的三個(gè)方面，自主生產(chǎn)的碼垛機(jī)只能滿足大多數(shù)企業(yè)的簡(jiǎn)單需求，一旦要求高精度，高靈敏度，多功能、只能依賴設(shè)備進(jìn)口，并未真正解決“卡脖子”問(wèn)題。要想突破技術(shù)壟斷，我國(guó)相關(guān)碼垛機(jī)生產(chǎn)企業(yè)必須提高工藝要求，嚴(yán)格遵照參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，不斷增大研發(fā)力度，積極探索優(yōu)質(zhì)新材料，才能保證我國(guó)生產(chǎn)的碼垛機(jī)具有先進(jìn)的技術(shù)與功能的同時(shí)，具有較長(zhǎng)的使用壽命與簡(jiǎn)潔的操作方法，提供優(yōu)質(zhì)的碼垛機(jī)給各類生產(chǎn)廠家。就目前來(lái)看，主要零部件由于國(guó)內(nèi)缺乏知識(shí)產(chǎn)權(quán)，所以部分企業(yè)通過(guò)進(jìn)口來(lái)生產(chǎn)高質(zhì)量碼垛機(jī)，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1.2多種碼垛機(jī)類型分析在任何離散的大規(guī)模制造過(guò)程中，將零部件送入機(jī)器進(jìn)行加工并取出是一項(xiàng)重要的活動(dòng)。美國(guó)機(jī)器人研究所（RIA）對(duì)機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種可重新編程的多功能機(jī)械手，設(shè)計(jì)用于通過(guò)可變編程運(yùn)動(dòng)移動(dòng)材料、零件、工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備，以執(zhí)行各種任務(wù)?！痹谠S多可能的工業(yè)任務(wù)中，例如點(diǎn)焊、電弧焊、材料搬運(yùn)、噴漆、零件裝配和其他任務(wù)，材料搬運(yùn)是工業(yè)機(jī)器人正在使用的主要工作之一。機(jī)器人的主要部件：機(jī)械手，傳感器，控制器，電源轉(zhuǎn)換單元。機(jī)械手是機(jī)器人的主體，由連接在關(guān)節(jié)處的一系列機(jī)械連桿組成，形成一個(gè)開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈。機(jī)械手能夠向不同方向移動(dòng)，并完成機(jī)器人的工作。它可以很方便地與人類的手臂相比較。在關(guān)節(jié)處，單個(gè)連桿可以通過(guò)電機(jī)（伺服或步進(jìn)電機(jī)）和液壓或氣缸旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）或進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)（棱柱關(guān)節(jié)）。通過(guò)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的組合，機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)不同的期望定位和定向。一個(gè)機(jī)械手最多可以有8個(gè)關(guān)節(jié)，而一個(gè)具有6個(gè)關(guān)節(jié)（6個(gè)自由度）的機(jī)械手被認(rèn)為是用于大多數(shù)機(jī)器人任務(wù)的多功能機(jī)械手。操縱器通常有三個(gè)結(jié)構(gòu)元素：手臂、手腕和手（末端效應(yīng)器）。末端執(zhí)行器單獨(dú)設(shè)計(jì)用于夾持單獨(dú)的工具或作業(yè)。控制器不同關(guān)節(jié)在所需順序和特定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的起始和終止。在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)位置和序列數(shù)據(jù)。通過(guò)傳感器連接機(jī)器人與外部世界。電源轉(zhuǎn)換單元為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)提供必要的動(dòng)力，以完成工作。它可以是帶有放大器的電源，為伺服電機(jī)、壓縮機(jī)或液壓電源組供電。通過(guò)對(duì)機(jī)器人控制器進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幊?，可以使機(jī)械手重復(fù)、準(zhǔn)確地經(jīng)歷所需的機(jī)械手連桿運(yùn)動(dòng)序列，從而使機(jī)器人完成所需的任務(wù)。機(jī)器人的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)改變程序，機(jī)械手可以瞬間從一組任務(wù)切換到另一組任務(wù)，從而使其成為靈活多變的設(shè)備。機(jī)械手一般分為兩種，一種是基于機(jī)械結(jié)構(gòu)，另一種是基于控制單個(gè)關(guān)節(jié)的方法。通過(guò)不同的坐標(biāo)類型來(lái)定性。按照碼垛機(jī)器人的手臂坐標(biāo)形式的不同，將其分為四個(gè)大類：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型。下面分析其不同的特點(diǎn)：圖1-1直角坐標(biāo)型圖1-2圓柱坐標(biāo)型水線的搬用工作。不足之處是距離中心軸越遠(yuǎn)，位移精度越低，其占用的空間也較大。圖1-3極坐標(biāo)型圖1-4多關(guān)節(jié)型圖1-4多關(guān)節(jié)型碼垛機(jī)器人。也擁有三個(gè)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，工作臺(tái)面的改變是完全靠轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（RRR）來(lái)實(shí)現(xiàn)碼垛的。這種碼垛機(jī)器人的坐標(biāo)系是用各個(gè)相互靠近的運(yùn)動(dòng)零部件相對(duì)其他零部件的轉(zhuǎn)角的位移作為參考的。所有的連桿都是旋轉(zhuǎn)的，因此可以自由旋轉(zhuǎn)。它由上臂和下臂（前臂）組成。前臂與底座相連。底座也可以旋轉(zhuǎn)。理所當(dāng)然的，其兩個(gè)手臂之間的尺寸和距離就決定了碼垛機(jī)的工作臺(tái)面的所能夠達(dá)到的工作區(qū)域范圍。這種類型的碼垛機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)很多:占據(jù)地的空間面積比較小、能夠達(dá)到的工作范圍相對(duì)比較大、工作時(shí)起來(lái)運(yùn)動(dòng)的速度足夠快和并且其靈活性也比較好，但是和直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人相比，在運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)、精度方面和控制方面的方面遠(yuǎn)不及以上兩種類型，而且在其工作的范圍內(nèi)存在奇異點(diǎn)，并且操控起來(lái)比較復(fù)雜。1.3課題目標(biāo)主要設(shè)計(jì)碼垛搬運(yùn)機(jī)的機(jī)架、移動(dòng)平臺(tái)及夾具機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)移動(dòng)平臺(tái)是能夠沿X，Y、Z三個(gè)軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用更高級(jí)的機(jī)械移動(dòng)替代人工，提高移動(dòng)速度，有助于加快裝卸速度提高運(yùn)送效率。其次，設(shè)計(jì)了物料夾持裝置，完成物料的夾持、搬運(yùn)和卸料過(guò)程。本文深入地研究了各種碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu),討論了其設(shè)計(jì)和分析的計(jì)算要點(diǎn),根據(jù)碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)分析研究了碼垛機(jī)的工作原理，并就主要功能進(jìn)行分析,并最終確定了碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)初步方案。確定碼垛搬運(yùn)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)組成。并對(duì)主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算分析，對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行力學(xué)分析。繪制碼垛機(jī)整體裝配圖，零件圖。

2設(shè)計(jì)方案2.1碼垛搬運(yùn)機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖2-1直角坐標(biāo)式碼垛搬運(yùn)機(jī)本課題所設(shè)計(jì)的碼垛搬運(yùn)機(jī)采用直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，定位系統(tǒng)是整臺(tái)設(shè)備的核心，通過(guò)X，Y和Z軸的線性運(yùn)動(dòng)，夾具可以在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，以確保指定位置的精度。碼垛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含如下內(nèi)容：平臺(tái)，固定裝置和整體框架。碼垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能是直接決定碼垛機(jī)能否滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要影響因素。同為重要影響因素的還有碼垛機(jī)的夾具，夾具的好壞對(duì)碼垛機(jī)的搬運(yùn)效率也存在顯著影響。由此可見(jiàn)，碼垛機(jī)夾具和移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的兩個(gè)因素。通過(guò)對(duì)碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)的認(rèn)真解讀，發(fā)現(xiàn)Z軸是碼垛機(jī)三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中最重要的部分之一，它實(shí)現(xiàn)了抓取器的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。整體機(jī)架作為支撐需具有一定的穩(wěn)定性和剛度。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的直角坐標(biāo)式碼垛搬運(yùn)機(jī)的主要傳動(dòng)類型和方式一般分為四種：同步齒形帶傳動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)，直線電機(jī)傳動(dòng)；還有在特殊場(chǎng)合也使用鋼絲繩牽引實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。該類碼垛機(jī)總體特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，控制方便，執(zhí)行動(dòng)作靈活，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜空間軌跡的控制。搬運(yùn)件的負(fù)載影響范圍較大,運(yùn)行時(shí)移動(dòng)速度快,且移動(dòng)方式可自由調(diào)整;動(dòng)作靈活,可以輕松地完成各種復(fù)雜的碼垛工作任務(wù);系統(tǒng)可靠性較好,維護(hù)方便。在物流領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2.2工作原理碼垛搬運(yùn)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的沿X和Y軸快速運(yùn)動(dòng)，從起點(diǎn)位置移動(dòng)到設(shè)置好的物料擺放的終點(diǎn)位置后處于待命狀態(tài)。直到檢測(cè)區(qū)出現(xiàn)物料時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)碼垛搬運(yùn)機(jī)沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)到物料上方進(jìn)行夾取。當(dāng)夾取成功后，上升到等待位，判斷夾取的物料是否需要旋轉(zhuǎn)，后將物料按預(yù)想設(shè)定的碼垛位置依次進(jìn)行堆放，堆放完成后，判斷夾具是否需要旋轉(zhuǎn)回到初始狀態(tài)，最后移動(dòng)到初始位置。2.3移動(dòng)平臺(tái)直角坐標(biāo)碼垛機(jī)被要求同時(shí)能夠完成x軸、Y軸和z軸的三軸運(yùn)動(dòng)，其沿x軸、Y軸和z軸的運(yùn)動(dòng)是線性的。由于直線導(dǎo)軌具有較高的承載能力，因此直線導(dǎo)軌作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向,如圖2-2所示。圖2-2直角坐標(biāo)式碼垛搬運(yùn)機(jī)直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)形式有很多種，常用的有：齒輪齒條傳動(dòng)、滾珠絲桿傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)。圖2-3齒輪齒條傳動(dòng)圖2-4滾珠絲桿傳動(dòng)（3）同步帶傳動(dòng)，如圖2-5：具有負(fù)載大、傳動(dòng)精度高、價(jià)格經(jīng)濟(jì)、更換方便等特點(diǎn)。但由于同步帶材料的特性，它具有一定的彈性，因此會(huì)產(chǎn)生一定的彈性形變，從而導(dǎo)致傳動(dòng)精度的降低。但同步帶不適用于伺服電機(jī)和傳動(dòng)齒輪之間的這種短距離連接。這時(shí)，輸送帶的速度可以達(dá)到很快，而且噪音也比較小。圖2-5同步帶傳動(dòng)總的來(lái)說(shuō)，以上三種傳動(dòng)形式各有適應(yīng)的使用范圍，分別是：齒輪齒條適用于長(zhǎng)距離重載直線運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠適用于垂直方向的高速往返直線運(yùn)動(dòng)，同步帶適用于短距離直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)直角坐標(biāo)碼垛機(jī)的搬運(yùn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用同步帶將電機(jī)的力傳遞到x軸方向的齒輪上，采用齒輪齒條傳動(dòng)加直線導(dǎo)軌的傳動(dòng)方式。在y軸方向，采用同步帶和直線導(dǎo)軌。Z軸是上下運(yùn)動(dòng)，有兩種方案：一種是采用齒輪齒條傳動(dòng)；第二種方案是采用滾珠絲杠傳動(dòng)。方案一：平臺(tái)和貨物的重量需要齒輪齒條的嚙合來(lái)承受，因此很容易降低齒條的壽命，如果齒輪齒條的嚙合不是很精確，很容易造成貨物和平臺(tái)的滑動(dòng)。因此，經(jīng)過(guò)比較，采用第二滾珠絲杠傳動(dòng)。也有兩個(gè)選擇的z軸驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠。方案一是螺桿不移動(dòng)，工作平臺(tái)通過(guò)螺母座與螺桿螺母連接，實(shí)現(xiàn)垂直移動(dòng)。二是將滾珠絲杠螺母座固定在y軸工作臺(tái)上，由Z電機(jī)帶動(dòng)絲杠底部隨平臺(tái)上下移動(dòng)。然而，在第一種方案中，螺桿不移動(dòng)，螺母座移動(dòng)。雖然也可以實(shí)現(xiàn)碼垛，但螺桿的長(zhǎng)度占用了碼垛的空間。比較后采用第二種方案。2.4機(jī)架機(jī)架是碼垛機(jī)的主要受力構(gòu)件之一，擔(dān)負(fù)著碼垛機(jī)的重量，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮其強(qiáng)度、剛度的要求滿足的同時(shí)，還要保證經(jīng)濟(jì)合理，整體美觀大方，整機(jī)質(zhì)量協(xié)調(diào)等因素，在經(jīng)過(guò)仔細(xì)論證后，本文所設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)機(jī)架采用Q235冷彎空心方鋼。機(jī)架的物理外型尺寸受其它部件的限制。應(yīng)預(yù)留移動(dòng)距離。考慮到整體功能的需要，輥道輸送線應(yīng)放置在貨架底部進(jìn)行物料輸送。碼垛機(jī)框架的高度由車間的高度、夾具的提升高度和輸送線的高度決定。太高，超過(guò)了房屋容許的高度；過(guò)低，撿料難度過(guò)大，且不能滿足輸送線本身的需要。基于上述考慮，本文合理確定了碼垛機(jī)的高度。2.5夾爪夾具機(jī)構(gòu)一般由兩部分組成，分別是：夾具和旋轉(zhuǎn)裝置。夾具中使用夾緊爪的高度長(zhǎng)短和尖端寬度一般是由夾緊爪和材料板的尺寸及其來(lái)源所決定的。夾持夾緊物體的工作方式主要分為有三種：夾持、提升和吸附。其中，夾持式適用于形狀有規(guī)則的物體,升降式適用于不規(guī)則異形體,吸附式適合吸附性好的物體，因此根據(jù)捕獲物的特性選擇夾持式夾具。傳統(tǒng)的物體夾緊裝置分為機(jī)械夾緊裝置和真空磁力夾緊裝置。選擇夾緊裝置類型時(shí)，必須考慮以下原始數(shù)據(jù)：（1）碼垛機(jī)的基本和輔助工藝設(shè)備的類型和結(jié)構(gòu)。（2）。碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)和形式。（3）物料自身特性。（4）本工藝流程的特點(diǎn)由碼垛機(jī)技術(shù)集成裝置完成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文所設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)的夾緊精度不需要太高，機(jī)械夾緊裝置可以滿足要求，因此不采用昂貴難生產(chǎn)的真空磁力夾?；谏鲜鲈颍疚乃O(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)采用機(jī)械夾緊。機(jī)械夾緊分為夾持式和夾板式。夾持式主要用于高速碼垛袋。夾板式主要用于堆放箱子。旋轉(zhuǎn)裝置由旋轉(zhuǎn)筒體和其它連接件組成，旋轉(zhuǎn)裝置固定在沿z軸方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)下端。其功能是將物料旋轉(zhuǎn)90度，合理分配物料在托盤上的堆放位置。夾具機(jī)構(gòu)固定在移動(dòng)平臺(tái)的z軸下端，通過(guò)直線移動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)將夾具機(jī)構(gòu)帶到相應(yīng)位置夾緊。在行走過(guò)程中，完成夾料、上升、旋轉(zhuǎn)、下降、卸料等工序。由于材料大，夾緊力大，采用夾板式夾具。2.6電機(jī)選型在碼垛機(jī)中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。常用的驅(qū)動(dòng)方式有四種：機(jī)械驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。電氣傳動(dòng)現(xiàn)在得到了廣泛的應(yīng)用。由于驅(qū)動(dòng)方便、響應(yīng)快、輸出驅(qū)動(dòng)力大、控制方便、價(jià)格便宜，碼垛機(jī)采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)分為步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，其特性見(jiàn)表2-1由于碼垛機(jī)器人的額定負(fù)載較大，電機(jī)應(yīng)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩特性好、調(diào)試范圍寬的特點(diǎn)。綜合考慮后，決定采用X、Y軸方向的直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Z軸方向的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.7設(shè)計(jì)要求碼垛機(jī)的一般工作原理：夾爪抓取貨物，運(yùn)輸物料，將物料運(yùn)輸?shù)酵斜P上方的碼垛位置，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的堆形圖調(diào)整物料的位置和姿態(tài)，按規(guī)定的姿勢(shì)將材料擺放在正確的位置進(jìn)行堆放。整個(gè)碼垛過(guò)程就是上述四個(gè)動(dòng)作的連續(xù)循環(huán)。根據(jù)實(shí)際工作要求，碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)要求如下：整體結(jié)構(gòu)輕巧，操作方便。足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度來(lái)承受各種載荷?？蓽p輕結(jié)構(gòu)重量，降低制造成本，維修方便。運(yùn)動(dòng)空間是三維四自由度的。行程：X向2200mm，Y向1500mm，Z向1200mm，水平旋轉(zhuǎn)：90度可與生產(chǎn)線集成，具有良好的通訊功能。最大載重150kg，額定載重110kg。各層以90度角相交。每垛11層，垛高800mm。最快的碼垛速度為1000mm/s,平均貨物運(yùn)輸速度為500mm/s。碼垛精度：1mm

3總體設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1總體設(shè)計(jì)3.1.1總體結(jié)構(gòu)3.1.2運(yùn)行方式碼垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式很自由，可以根據(jù)實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)的要求進(jìn)行調(diào)整后進(jìn)行的，因此首先確定機(jī)構(gòu)端部沿z軸方向的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，從而完成預(yù)定軌跡的運(yùn)動(dòng)。具體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要有兩個(gè)部分:從任何一個(gè)位置到流水線上的預(yù)定位置去抓取一件貨物。由準(zhǔn)備部分開(kāi)始到堆放貨物的具體部分。（1）移動(dòng)機(jī)械臂，直到夾爪正好位于拾取位置的箱子上方。不同尺寸的箱子通過(guò)輸送機(jī)隨機(jī)到達(dá)碼垛單元。（2)降下機(jī)器臂并啟動(dòng)夾爪來(lái)抓起箱子。（3）將機(jī)械臂從輸送機(jī)上抬起，使其高于任何障礙物的高度。（4）如果箱子有可用的托盤空間，將臂移到托盤上方的適當(dāng)位置。否則，請(qǐng)將箱子移動(dòng)到箱子相關(guān)存儲(chǔ)區(qū)域上方的適當(dāng)位置。（5）將機(jī)械臂筆直降下，使其不會(huì)接觸其他裝載的箱子。堆放物料。（6）將手臂抬高至高于任何障礙物的高度。（7）對(duì)于每個(gè)離線存儲(chǔ)區(qū)域，如果存儲(chǔ)區(qū)域不是空的，并且托盤空間可用于此特定箱子尺寸，則從存儲(chǔ)區(qū)域移除一個(gè)且僅移除一個(gè)箱子，并將其放置在托盤上。重復(fù)此步驟，直到檢查所有存儲(chǔ)區(qū)域。以上步驟構(gòu)成了一個(gè)搬運(yùn)的碼垛循環(huán)。3.2機(jī)架框架的主要參考受到廠房空間影響，應(yīng)考慮z軸的高度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)架的占地面積應(yīng)為4000mm*3000mm。在結(jié)構(gòu)上，框架應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由支腿和框架梁組成。支腿與框架梁采用螺栓連接。連桿用于穩(wěn)定和加固支腿。在框架梁中形成一定尺寸的空間。碼垛機(jī)通過(guò)將已經(jīng)按照所需的模式在工廠中一層一層地預(yù)先安排好的路面砌塊運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率和質(zhì)量的實(shí)質(zhì)性提高。適合經(jīng)常用于包裝和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)托盤。根據(jù)這種方法，現(xiàn)場(chǎng)的拆垛將借助于安裝在叉車大小車輛上的商用大型夾具進(jìn)行。物料搬運(yùn)托盤是倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)的常用工具。也是影響機(jī)械整體框架設(shè)計(jì)的因素，傳統(tǒng)上，碼垛方法只裝載一個(gè)尺寸的箱子在同一個(gè)托盤上。在零售配送操作中，不同大小的箱子必須裝在同一托盤上，并運(yùn)到不同的零售目的地。二維托盤裝載問(wèn)題通常通過(guò)嘗試最大化可正交放置在大矩形內(nèi)的小矩形的數(shù)量來(lái)解決。由于機(jī)器人碼垛單元進(jìn)料箱尺寸的隨機(jī)性，本研究采用了兩種碼垛方法（動(dòng)態(tài)托盤模式和多托盤包裝）。這兩種方法可以減少對(duì)離線盒存儲(chǔ)區(qū)域和機(jī)器人進(jìn)出這些存儲(chǔ)區(qū)域的需求。動(dòng)態(tài)托盤模式：不同尺寸的箱子以隨機(jī)方式到達(dá)機(jī)器人碼垛單元。當(dāng)進(jìn)料輸送機(jī)的箱子尺寸分布（比例）發(fā)生顯著變化時(shí)，應(yīng)立即生成新的托盤模式以適應(yīng)這種變化。用于計(jì)算各種不同箱子尺寸分布的托盤堆垛模式。這些堆疊模式存儲(chǔ)在機(jī)器人的控制計(jì)算機(jī)上。當(dāng)要裝載的箱子尺寸分布發(fā)生變化時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)搜索一個(gè)合適的托盤模式，該托盤模式的預(yù)定箱子尺寸比例表示要裝載的箱子尺寸比例的最佳匹配。當(dāng)托盤已滿時(shí)，計(jì)算機(jī)檢查隊(duì)列中的箱子，以確定傳入箱子的大小分布。對(duì)隊(duì)列中的箱子進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到累計(jì)箱子體積達(dá)到托盤的體積。將計(jì)算出的箱子尺寸比例與碼垛過(guò)程之前儲(chǔ)存在機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)中的參考比例進(jìn)行比較。如果計(jì)算出的比例和參考比例之間的差異超過(guò)了用戶指定的公差，機(jī)器人的控制單元將搜索一個(gè)合適的托盤模式，該模式的參考比例與觀察到的隊(duì)列的箱子大小比例相當(dāng)匹配。多托盤包裝：機(jī)器人同時(shí)裝載兩個(gè)或多個(gè)托盤，在機(jī)器人的工作允許范圍內(nèi)。每當(dāng)機(jī)器人撿起一個(gè)箱子時(shí)，堆垛控制程序就會(huì)從這些同時(shí)裝載的托盤中搜索可用的托盤空間。為每個(gè)托盤分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)編號(hào)。具有最高優(yōu)先級(jí)編號(hào)的托盤首先接收所需的箱子。當(dāng)托盤滿載時(shí)，將使用叉車或自動(dòng)轉(zhuǎn)移裝置將其移除。然后插入空托盤。最低優(yōu)先級(jí)編號(hào)將重新分配給此空托盤。對(duì)于未完全裝載的剩余貨盤，優(yōu)先級(jí)編號(hào)增加。由于大多數(shù)機(jī)器人工作信封的尺寸限制，最多可以同時(shí)裝載的托盤數(shù)量有限。不同尺寸的箱子隨機(jī)地到達(dá)機(jī)器人碼垛單元。每種尺寸的箱子比例可根據(jù)客戶訂單或工作訂單預(yù)先確定。另外，機(jī)器人也可以在事先不知道箱子尺寸分布的情況下執(zhí)行碼垛任務(wù)。這兩種情況可分為“已知”和“未知”箱子大小分布。在已知分布的情況下，假設(shè)配電箱的尺寸比例和配電箱的長(zhǎng)度（總箱數(shù)）是已知的。到達(dá)機(jī)器人單元的箱子大小的順序仍然是隨機(jī)的，但是每個(gè)大小的箱子的總數(shù)可以預(yù)先確定。每當(dāng)通過(guò)計(jì)算裝載的箱子總數(shù)檢測(cè)到箱子尺寸分配結(jié)束時(shí)，計(jì)算機(jī)就會(huì)切換托盤模式以進(jìn)行新的分配運(yùn)行。在分布未知的情況下，假設(shè)在碼垛開(kāi)始之前無(wú)法獲得箱子尺寸分布的信息。分發(fā)運(yùn)行的總盒數(shù)無(wú)法預(yù)先確定。當(dāng)托盤裝滿時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)前瞻隊(duì)列中的箱子（在進(jìn)料輸送機(jī)中）選擇最佳的“匹配”托盤模式?？赡艿耐斜P模式被假定為預(yù)先確定的，并存儲(chǔ)在機(jī)器人的控制計(jì)算機(jī)中。裝箱順序采用關(guān)鍵路徑法確定裝箱順序。網(wǎng)絡(luò)由其節(jié)點(diǎn)組成，用圓表示，用于表示分配的箱號(hào)。由箭頭表示的分支連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并定義兩個(gè)框的前一個(gè)和后一個(gè)。分支尾部的節(jié)點(diǎn)表示前置節(jié)點(diǎn)。分支頭部的節(jié)點(diǎn)指定后續(xù)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有直接的前置節(jié)點(diǎn)時(shí)，托盤上關(guān)聯(lián)的箱子放置位置可用于加載特定箱子。在碼垛過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)的直接前置節(jié)點(diǎn)將被更新。托盤模式的放置位置數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)文件單獨(dú)存儲(chǔ)在磁盤上。輸入數(shù)據(jù)文件的每條記錄包括箱子類型以及箱子在托盤上放置位置的x、y和z坐標(biāo)。為了使計(jì)算機(jī)搜索所需記錄的時(shí)間最小化，并使計(jì)算機(jī)能夠完全控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，這是一個(gè)理想的方法。一個(gè)鏈技術(shù)被用來(lái)完成這些任務(wù)。鏈?zhǔn)侵阜稚⒃谖募械囊唤M記錄，這些記錄通過(guò)一系列指針相互連接。同樣大小的箱子形成一條獨(dú)特的鏈條。多托盤包裝，更多的箱子可以直接裝載到托盤上，非生產(chǎn)性的托盤移動(dòng)和從存儲(chǔ)區(qū)域可以最小化。隨著同時(shí)裝載更多托盤，碼垛效率逐漸提高。隨著同時(shí)裝載托盤數(shù)量的增加，對(duì)存儲(chǔ)區(qū)域的需求不斷減少。機(jī)架主要參數(shù)，長(zhǎng)度為3450mm，寬度為2380mm，高度為1800mm。底板固定在框架內(nèi)的框架梁上。軌道和機(jī)架用螺栓固定在底板上。移動(dòng)平臺(tái)沿軌道移動(dòng)到機(jī)架內(nèi)的任何位置，機(jī)架用于傳輸。3.3移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)在三個(gè)坐標(biāo)方向上完成運(yùn)動(dòng)和組合，因此移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)分為三個(gè)部分。完成沿x軸運(yùn)動(dòng)的x方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、沿Y軸運(yùn)動(dòng)的Y方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和沿Z軸運(yùn)動(dòng)的Z方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。各部分由導(dǎo)軌、齒條、齒輪和固定機(jī)構(gòu)組成。3.3.1Z軸電機(jī)的選型計(jì)算圖3-1Z軸電機(jī)z軸電機(jī)主要克服工作平臺(tái)的重量和旋轉(zhuǎn)引起的摩擦力矩，如圖3-1所示。根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的要求，該零件的摩擦力矩為滾動(dòng)摩擦，數(shù)值較小。因此，z軸電機(jī)的設(shè)計(jì)主要考慮工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（1）電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz假設(shè)，工作臺(tái)最大質(zhì)量為100kg；額定工作的碼垛貨物的質(zhì)量為110kg，那么就可以看成是計(jì)算400*100*100mm3的120kg長(zhǎng)方體繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為見(jiàn)式（3-1）JZ=式中a=400mm，b=100mm，m=120kg。則Jz=1.7kg.m因此，我們認(rèn)為可以通過(guò)分析z型主軸的各種步進(jìn)電機(jī)模型來(lái)初步確定130BYG2502的基本模型。該型號(hào)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是兩相四沖程驅(qū)動(dòng)，步距角為0.9°，和兩相混合?？梢酝ㄟ^(guò)參考“系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指南”中的表4-5來(lái)檢查此模型的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jep=（2）電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tep可知，當(dāng)電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載就是電機(jī)的最大的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，見(jiàn)式(3-3)=(3-3)如果計(jì)算上一個(gè)傳動(dòng)鏈的總有效度η,那么就能夠計(jì)算得出快速起動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)零件所能折算得到電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)軸上的最高加速轉(zhuǎn)矩為：(3-4)式中：nm——ta——Z軸主要是沿電機(jī)中心軸方向帶動(dòng)著工作平臺(tái)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榇瞬糠值霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，所以速度不能夠很快。因此為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行，軸的最高旋轉(zhuǎn)速度一般不宜超過(guò)，軸的正常工作時(shí)旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該為。轉(zhuǎn)換為電機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜超。如果此步進(jìn)電機(jī)從一個(gè)靜止的狀態(tài)加速到最高的轉(zhuǎn)速所需要花費(fèi)的時(shí)間ta=0.4s，則總效率。則由式（3-4）計(jì)算(3-5)（3）步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定及電機(jī)的初選當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率會(huì)受到電網(wǎng)電壓的極大影響，其輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)下降，這可能會(huì)導(dǎo)致失步甚至失速。因此，在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，需要考慮安全因素。工作環(huán)境可采用安全系數(shù)K=4，并應(yīng)計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，使其滿足：(3-6)初步分析選擇的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為130BYG2502，查表可得該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為?？梢?jiàn)，所選的電機(jī)滿足（3-6）式的要求。

（4）所選用步進(jìn)電機(jī)的性能校核1、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核假設(shè)給定的工作臺(tái)的最大轉(zhuǎn)速是，步進(jìn)角度為0.9°便可以求出相應(yīng)電機(jī)的工作頻率為fmax=360/0.9×17=6800HZ2、旋轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)運(yùn)行頻率校核該型號(hào)電機(jī)在正常工作環(huán)境下運(yùn)行的最高頻率為。查表可知130BYG2502步進(jìn)電機(jī)的極限運(yùn)行頻率為1500HZ，則沒(méi)有超出限度，符合要求3、電機(jī)的起動(dòng)頻率計(jì)算通過(guò)上面的計(jì)算可以知道，，當(dāng)電機(jī)處于空載時(shí)的最大起動(dòng)頻率為?？梢赃M(jìn)一步求出電機(jī)所需要克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：fL=由計(jì)算結(jié)果可知為了有效確保電機(jī)在高速起動(dòng)的時(shí)候不會(huì)發(fā)生失步,電機(jī)在高速工作的任何一個(gè)時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須要低于79.5hz，如果想要降低起動(dòng)頻率，可通過(guò)軟件升降頻，使其只有75HZ左右。通過(guò)上面一系列的計(jì)算校核結(jié)果可以得知，Z軸旋轉(zhuǎn)可以選用130BYG2502步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)轉(zhuǎn)矩頻率曲線如圖3-2所示，可以滿足需求。圖3-2電機(jī)轉(zhuǎn)矩頻率曲線3.3.2Y軸電機(jī)的選型計(jì)算（1）計(jì)算最大靜摩擦力Y導(dǎo)軌上的總載荷大概。(3-8)式中μ——0.3通過(guò)式（3-8）計(jì)算得：G=1300N(3-9)f=4×5=20N(3-10)F=0.3×1300+20=410N(3-11)（2）計(jì)算轉(zhuǎn)矩T1假定同步帶輪直徑D1為37mmT1=F×D（3）計(jì)算Y軸傳動(dòng)功率P假定Y軸方向的運(yùn)動(dòng)速度為0.5m/s計(jì)算得：P1=Fv水平Y(jié)軸電動(dòng)機(jī)主要克服了導(dǎo)軌的摩擦力矩，齒條和小齒輪的摩擦力矩以及同步帶輪在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的摩擦力矩。根據(jù)計(jì)算，可以預(yù)先選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)。其主要參數(shù)如表3-1所示3.3.3X軸電機(jī)的選型計(jì)算（1）計(jì)算最大靜摩擦力X導(dǎo)軌上的總載荷大概。(3-14)式中μ——0.3通過(guò)式（2-14）計(jì)算得：(3-15)(3-16)(3-17)（2）計(jì)算轉(zhuǎn)矩T2假定同步帶輪直徑D2為25mmT2=F×D（3）計(jì)算X軸傳動(dòng)功率P假定Y軸方向的運(yùn)動(dòng)速度v2為計(jì)算得：P2=FvX軸臥式電動(dòng)機(jī)主要克服了導(dǎo)軌的摩擦力矩，齒條和小齒輪的摩擦力矩以及在水平面上運(yùn)動(dòng)的同步皮帶輪的摩擦力矩。根據(jù)計(jì)算，可以預(yù)先選擇MMS-12直流伺服電動(dòng)機(jī)。其主要參數(shù)如表3-1所示。3.4夾具由于設(shè)計(jì)要求，為了合理分配托盤空間，有時(shí)需要將物料旋轉(zhuǎn)90度。因此，夾具機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：夾爪不僅能夠夾緊物料，還要具有旋轉(zhuǎn)裝置來(lái)將物料旋轉(zhuǎn)到正確的位置。夾具由支撐架、活動(dòng)板、固定板、夾持器、導(dǎo)軌、滑塊調(diào)節(jié)座等組成，活動(dòng)板在導(dǎo)軌上移動(dòng)帶動(dòng)夾持器夾緊，固定板起擋料作用。根據(jù)功能要求，每次夾緊材料。導(dǎo)軌固定板通過(guò)螺栓連接在支撐架下方，導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌固定板上?；顒?dòng)板上固定有與導(dǎo)軌配合的滑塊調(diào)節(jié)座?；瑝K調(diào)節(jié)座在導(dǎo)軌上直線移動(dòng)。支撐架主要目的是為了提供支撐和固定聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)作用,應(yīng)該保證具有一個(gè)足夠的結(jié)構(gòu)剛度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性,但是重量不宜太輕。采用了復(fù)合鋁型材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有效地大大減少了這種材料容易超重的質(zhì)量問(wèn)題,穩(wěn)定性高。鋁型材兩端經(jīng)過(guò)角件互相連接固定。夾具的寬度應(yīng)大于材料，活動(dòng)板需要一定的移動(dòng)距離，以保證夾具能完成夾緊、放下等工序。夾具支撐架的寬度應(yīng)大于材料的長(zhǎng)度，夾具的寬度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮夾具底部的安裝和延伸。在不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，活動(dòng)板不宜過(guò)重，故設(shè)計(jì)采用6061。在活動(dòng)板側(cè)面開(kāi)有多個(gè)孔，以減輕活動(dòng)板的重量。滑塊調(diào)節(jié)座固定在活動(dòng)板上，與導(dǎo)軌固定板上的導(dǎo)軌配合。為了提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在活動(dòng)板下加筋。為了移動(dòng)平穩(wěn)，在導(dǎo)軌固定板下安裝兩個(gè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌之間的距離小于一盒物料的寬度。夾持器的設(shè)計(jì)取決于夾持材料的尺寸和重量。夾持器固定在活動(dòng)板上，下部受力支撐。夾緊時(shí)，夾持器的下部拖動(dòng)材料的下部，并通過(guò)材料本身的重量將其放置在夾持器上。優(yōu)點(diǎn)是在夾緊材料時(shí)不需要夾緊材料。夾持器具有用于鉤住材料的延伸部分。夾緊裝置的寬度是268毫米，這是一盒材料的寬度。夾持器用螺栓固定在活動(dòng)板下端。為了穩(wěn)定夾持材料，四個(gè)夾持裝置均勻地固定在夾持裝置的底部。夾緊機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)推力來(lái)完成夾緊和放下過(guò)程，一個(gè)是將活動(dòng)板推到夾緊材料上，另一個(gè)是將活動(dòng)板推到初始位置放下材料，因此需要兩個(gè)氣缸來(lái)完成這兩個(gè)過(guò)程。有導(dǎo)桿氣缸和無(wú)導(dǎo)桿氣缸屬于一種活塞氣缸。帶有兩個(gè)導(dǎo)桿的氣缸把兩個(gè)活塞平行于相同帶有兩個(gè)導(dǎo)桿的氣缸活塞上的兩個(gè)導(dǎo)桿自動(dòng)整合好并集成地放到一起。它結(jié)構(gòu)緊湊,導(dǎo)向傳動(dòng)精度高,能夠同時(shí)需要承受更多的同軸橫向傳動(dòng)荷載和更大扭矩。帶端鎖，即使沒(méi)有空氣供應(yīng)，也能保持氣缸的位置。因此，在夾持物料時(shí)，采用帶導(dǎo)桿的氣缸為活動(dòng)板提供推力。停電或無(wú)氣源時(shí)，保持氣缸位置不變。無(wú)導(dǎo)桿氣缸是利用活塞直接或間接地連接外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其隨活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。最大的特點(diǎn)是節(jié)省安裝空間。在斷電或漏氣的情況下，不帶導(dǎo)桿的氣缸可以恢復(fù)到初始狀態(tài)。卸料時(shí)不使用導(dǎo)桿缸將動(dòng)板推至初始位置。無(wú)導(dǎo)桿油缸通過(guò)無(wú)導(dǎo)桿油缸支架固定在導(dǎo)軌固定板上，其活動(dòng)端通過(guò)滑動(dòng)固定件固定在活動(dòng)板上。氣缸滑動(dòng)端的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)板在軌道上移動(dòng)，松開(kāi)夾具，完成卸料過(guò)程。帶導(dǎo)桿的三軸氣缸，氣缸固定在活動(dòng)板上，氣缸的推板靠在活動(dòng)板上，活動(dòng)板在氣缸的推力作用下在導(dǎo)軌上移動(dòng)，夾持物料，完成夾持過(guò)程。旋轉(zhuǎn)裝置包括旋轉(zhuǎn)缸、缸軸套、缸連接板、限位齒桿、液壓緩沖器和連接板。旋轉(zhuǎn)油缸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸套的旋轉(zhuǎn)。限位齒桿固定在旋轉(zhuǎn)軸套上，限位齒桿通過(guò)接觸液壓緩沖器使旋轉(zhuǎn)缸減速停止。圓筒連接板起固定連接的作用，將旋轉(zhuǎn)裝置固定在z軸機(jī)構(gòu)的下端。連接板用于連接下夾緊機(jī)構(gòu)。兩個(gè)連接板都必須有一定的穩(wěn)壓性和剛度。轉(zhuǎn)動(dòng)缸輸出軸是帶動(dòng)固定式轉(zhuǎn)動(dòng)軸齒輪在傳遞裝置上的軸承進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。由于該軸承需要支撐較大徑向載荷,故在軸承方面選擇了一個(gè)圓柱形的滾子。回轉(zhuǎn)油缸（擺動(dòng)油缸）分為兩種類型，一種是齒輪齒條式，另一種是葉片式。兩種氣缸的特性如表3-2所示綜合考慮其體積、質(zhì)量和輸出扭矩，采用葉片式擺動(dòng)油缸（回轉(zhuǎn)油缸）。葉片式回轉(zhuǎn)油缸利用內(nèi)部的止動(dòng)塊以及齒輪傳遞器來(lái)調(diào)節(jié)其回轉(zhuǎn)的角度。止動(dòng)塊應(yīng)由缸體固定,葉片應(yīng)由轉(zhuǎn)軸相連?？諝庵械膲毫κ亲饔糜谌~片上,驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生扭矩。葉片型擺動(dòng)油缸主要有單葉片型和雙葉片型。雙葉片式的最大輸出扭矩是傳統(tǒng)單葉片式的兩倍,但是旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)小于180°。由于設(shè)計(jì)要求，要求輸出扭矩大，角度為90°，因此，采用雙葉片驅(qū)動(dòng)。液壓緩沖器的作用是減緩油缸的旋轉(zhuǎn)。有兩種類型的液壓緩沖器。一種是可調(diào)補(bǔ)償液壓緩沖器ACJ，它能自動(dòng)控制緩沖器的速度，緩沖效果穩(wěn)定。另一種是不可調(diào)補(bǔ)償液壓緩沖器ACA，其緩沖速度分為定速、高速、低速、低速三種。為了更平穩(wěn)、更準(zhǔn)確地降低回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)速，這里采用了ACJ系列液壓緩沖器。連接件上端通過(guò)螺栓與z軸機(jī)構(gòu)下端的連接件連接，連接件下端與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的圓筒連接板連接。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的連接板固定在夾緊機(jī)構(gòu)的支撐架上。旋轉(zhuǎn)油缸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)夾具機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。此外，應(yīng)在堆垛機(jī)機(jī)架上安裝四個(gè)液壓緩沖器，以使x軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速運(yùn)轉(zhuǎn)以及停止。在x軸的機(jī)構(gòu)上分別安裝兩個(gè)液壓緩沖器,以使y軸的機(jī)構(gòu)降低減速而停止。液壓式的緩沖器需要一定的緩沖時(shí)間和速度,無(wú)需調(diào)速。碼垛機(jī)和輸送線模型通過(guò)機(jī)架、移動(dòng)平臺(tái)、夾具機(jī)構(gòu)和輸送線進(jìn)行安裝。當(dāng)物料由到達(dá)指定位置并停放。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的物料已經(jīng)抵達(dá)時(shí),會(huì)向碼垛機(jī)發(fā)出一個(gè)指令,并按照預(yù)設(shè)的路徑水平移動(dòng)至物料處以便進(jìn)行夾緊。在夾持的機(jī)構(gòu)上方安裝了一個(gè)相應(yīng)的傳感器元件,用于判斷夾持的機(jī)構(gòu)上是否能夠夾持好的物料。當(dāng)檢查中找到一些東西被夾在一起的時(shí)候,碼垛機(jī)就開(kāi)始進(jìn)行搬運(yùn)。物料被夾緊并輸送到輥道輸送線上。物料按設(shè)定的碼垛規(guī)則堆放，并依靠輸送線輸出物料。碼垛機(jī)運(yùn)輸為了合理利用碼垛托盤空間，需要將貨物水平或者垂直放置，因此在夾爪夾緊物料后，夾具機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠做到旋轉(zhuǎn)90度，再進(jìn)行搬運(yùn)和堆放。

4主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算4.1Z軸滾珠絲桿螺母副的選型及校核4.1.1最大工作載荷Fm的計(jì)算Z軸選用的滾珠絲桿螺母如圖4-1所示。需要其帶動(dòng)的部分包括工作平臺(tái)、Z軸的旋轉(zhuǎn)和滾珠絲桿螺母與螺母連接Y軸的部分，這部分大概不會(huì)超過(guò)1600N，所以Fm=1600N圖4-1滾珠絲桿螺母可按矩形導(dǎo)軌方式進(jìn)行計(jì)算計(jì)算。查閱《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-29，可以取該絲桿螺母副顛覆力矩影響系數(shù)為K=1.1，同樣可以取滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)為。根據(jù)這些可以求出絲桿螺母在此工作環(huán)境的最大工作載荷為：Fm=KFx+μ4.1.2滾珠絲桿螺母座上最大動(dòng)載荷的計(jì)算由于Z軸的最高速度可以達(dá)到，因此可以初步的選擇絲杠導(dǎo)程為。根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出絲杠的最大轉(zhuǎn)速。同時(shí)假設(shè)需要選用的絲桿的使用壽命，通過(guò)公式，計(jì)算出其絲杠壽命系數(shù)。取載荷系數(shù)fW=1.2，滾道硬度HRC60。取得硬度系數(shù)為fH=1.0，根據(jù)這些可以通過(guò)式（4-2）求出絲桿的最大動(dòng)載荷：(4-2)4.1.3絲桿螺母副型號(hào)的選擇通過(guò)上述的數(shù)值計(jì)算我們已經(jīng)基本求得了絲桿最大轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的動(dòng)載荷及其運(yùn)動(dòng)導(dǎo)程。通過(guò)查詢表得知，F(xiàn)FZD3210-5型滾珠絲杠副適合需要。絲桿的導(dǎo)程為，公稱直徑為32mm，屬于絲桿內(nèi)循環(huán)滾珠固定式和反向器的雙循環(huán)螺母式，循環(huán)絲桿的滾珠圈數(shù)為5圈，一共有2列，精度等級(jí)可以根據(jù)要求選擇5級(jí)，其額定動(dòng)載荷為40kN，大于上式所計(jì)算得到的最大動(dòng)載荷，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.1.4所選絲桿螺母副傳動(dòng)效率η的計(jì)算將上面得到的公稱導(dǎo)程，直徑，代入式（4-3）(4-3)得絲杠螺旋升角為。將絲杠螺旋升角和導(dǎo)軌摩擦角，代入式（4-4）(4-4)其傳動(dòng)效率為。4.1.5滾動(dòng)絲桿螺母剛度的驗(yàn)算Z軸上端通過(guò)固定裝置固定電機(jī)和絲桿，尾端通過(guò)一對(duì)軸承和推力板固定。上、下兩固定端之間的距離為。其中鋼的彈性模量。查詢《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》中表3-31。可知選用的絲桿底徑d2=36.2mm，直徑。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出絲杠截面積。并且可以計(jì)算出絲杠受到工作載荷的影響產(chǎn)生的的拉/壓應(yīng)力變形量(4-5)（2）可以根據(jù)計(jì)算式（4-6）Z=(πd0/Dw(4-7)求得絲杠總變形量。通過(guò)查閱相關(guān)資料我們可以知道,5級(jí)精度的滾珠絲杠行程偏差最大可以允許超過(guò)65μm，其有效行程在之間。由由此看來(lái),所選用的絲桿具備了一個(gè)足以供使用的剛度。4.1.6滾珠絲桿螺母副的壓桿穩(wěn)定性校核絲桿在運(yùn)行中失穩(wěn)期間的臨界載荷可以通過(guò)計(jì)算得來(lái)。通過(guò)查閱分析結(jié)果可得，取支承系數(shù)。由絲杠底徑，可得計(jì)算得到截面慣性矩為。壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K應(yīng)選擇2.5；如果絲桿垂直安裝。由螺母至軸兩端的固定點(diǎn)之間的距離，可以計(jì)算得到臨界載荷，其值遠(yuǎn)大于工作載荷。因此所選絲杠不會(huì)失穩(wěn)。經(jīng)過(guò)以上的分析計(jì)算可知，選用的FFZD3210-5型滾珠絲杠滿足我們所設(shè)計(jì)的需要。其實(shí)體如圖4-2所示。圖4-2滾珠絲杠螺母副4.2直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副的選型及校核本設(shè)計(jì)中直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副主要用在X軸和Y軸上來(lái)承受來(lái)自垂直方向的載荷。（1）導(dǎo)軌承受載荷的計(jì)算和型號(hào)的選取工作負(fù)荷是影響線性滑動(dòng)導(dǎo)軌使用壽命的最重要因素之一。這種設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌無(wú)論X軸還是Y軸都水平放置，并以雙導(dǎo)軌和四個(gè)滑塊的形式支撐。如圖4-3所示。圖4-3直線滑動(dòng)導(dǎo)軌本設(shè)計(jì)中，X軸和Y軸使用的是相同型號(hào)規(guī)格的直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副，選用HIWIN的EG25型號(hào)。但是由于X軸受到的載荷比較大，所以只需對(duì)X軸的導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算選型就可以了。在碼垛機(jī)工作期間,由于安裝和配置問(wèn)題,很有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)小型的滑塊就已經(jīng)承擔(dān)了整個(gè)碼垛工作臺(tái)面的重量和負(fù)載。所以我們需要通過(guò)計(jì)算這一單滑塊在該條件下所能夠承受的最高豎向負(fù)載:(4-8)(4-9)式中fh——ft——frfw——Ca——由以上計(jì)算結(jié)果可知,選用的導(dǎo)軌長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了預(yù)測(cè)的期望值,所以選擇的導(dǎo)軌副完全滿足了設(shè)計(jì)需求。導(dǎo)軌副如圖4-4所示。圖4-4導(dǎo)軌副4.3同步帶及帶輪的選型計(jì)算Y方向設(shè)計(jì)要求：工作臺(tái)總重約為20kg，滑行2800mm所需要時(shí)間約為6s。（1）設(shè)計(jì)功率(4-10)KA根據(jù)工作情況查表取(4-11)（2）帶型選擇根據(jù)和皮帶輪的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速查詢的數(shù)據(jù)表格,選取5m寬的圓弧型皮帶。（3）帶輪齒數(shù)Z及節(jié)圓直徑在皮帶速度和安裝尺寸的允許范圍內(nèi)，Z應(yīng)該盡可能大。通過(guò)查找表來(lái)選擇5M皮帶和齒數(shù)Z=26，節(jié)圓直徑d1=41.38mm（4）帶速v(4-12)（5）基準(zhǔn)額定功率P0可查表得P（6）帶寬b（基準(zhǔn)帶寬bs0=9時(shí)）(4-13（7）擋圈的設(shè)置5M皮帶輪，擋圈最小高度K=2.5R=1.5擋圈厚度t=1.5固定環(huán)彎曲直徑(4-14)擋圈外徑(4-15)Y方向同步帶輪：根據(jù)以上計(jì)算，選擇皮帶輪類型為5M的弧形齒，節(jié)距直徑為41.38mm，齒數(shù)為26，外徑為40.24mm，皮帶輪的總寬度為13.3mm，外徑為固定環(huán)為48.24mm，皮帶輪孔為10mm。Y方向同步帶：皮帶式5M弧形皮帶，寬度10.4mm，節(jié)線長(zhǎng)度約1818mm4.4齒輪齒條傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇齒輪類型，精度等級(jí)，材料等級(jí)和齒數(shù)（1）齒輪類型：直齒圓柱齒輪。（2）精度等級(jí)：速度不高，因此選擇了7級(jí)精度（GB10095-88）。（3）材料選擇：通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇40Cr（淬火和回火）作為齒輪的材料。硬度為280HBS，機(jī)架材料為45鋼（淬火和回火），硬度為240HBS。（4）齒輪齒數(shù)：Z1=26，齒條齒數(shù)Z24.4.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，即d1t≥3式中d1t——KHt——T1——?d——U——ZH——ZE——Zε——Zβ——σH——表示許用應(yīng)力，單位MPa（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1、試選載荷系數(shù)Kt=1.32、計(jì)算一個(gè)小齒輪向外傳遞的旋轉(zhuǎn)矩。（預(yù)設(shè)齒輪模數(shù)m=8mm,直徑d=250mm）T1=95.5×1053、查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》以獲取選擇齒寬系數(shù)φd4、通過(guò)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以查得對(duì)材料彈性作用產(chǎn)生的影響系數(shù)ZE5、查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》》以獲取齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa;齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限6、計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。N1=60n1j7、查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》以獲取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN18、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，得σH1=KHN1（2）計(jì)算1、齒輪分度圓直徑dt1,代入σd1t≥32KHtT2、計(jì)算圓周速度v。v=πd1tn13、計(jì)算齒寬b。b=?d?4、計(jì)算齒寬與齒高之比bh模數(shù)mt=d齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.25×2.87=6.46mmbh=34.4455、計(jì)算載荷系數(shù)。由于v=0.029m/s,7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1KHα=K由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得使用系數(shù)KA當(dāng)齒輪垂直放置時(shí)，當(dāng)齒輪垂直放置時(shí)，通過(guò)插值查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》找到7級(jí)精度。KHβ由bh=5.33，KHβK=KAK6、按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得d1=d7、計(jì)算模數(shù)m。m=d1Z4.4.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為式（3-30）m≥32KT1（1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值1、查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》以獲取齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=500MPa;齒條的彎曲強(qiáng)度極限為2、取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=1.1，3、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，得σF1=σF2=K4、計(jì)算載荷系數(shù)K。K=KAKV5、查取應(yīng)力校正系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得YSa1=1.586、查取齒形系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得YFa1=2.65,7、計(jì)算齒輪齒條的YFaYFa1YSa1YFa2YSa2齒條的數(shù)值大。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算m≥32×1.78×2.908×105由于抗彎強(qiáng)度主要由齒輪模數(shù)m決定，因此齒輪的直徑也決定了齒面的接觸疲勞強(qiáng)度。根據(jù)彎曲強(qiáng)度方法，每個(gè)齒輪的模量系數(shù)可以計(jì)算為3.55。根據(jù)四舍五入原則，可以將其作為標(biāo)準(zhǔn)值m=4mm。根據(jù)相同的原理，可以計(jì)算出分度齒輪的直徑d1=77.84mm,Z1=d通過(guò)上述的計(jì)算論證，模數(shù)m=8,直徑d=250mm的齒輪滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求，如圖4-4所示。圖4-5齒輪齒條4.5Y軸電機(jī)支撐架的設(shè)計(jì)Y軸電機(jī)支撐架的設(shè)計(jì)必須根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且必須考慮電機(jī)與電機(jī)支撐架之間組件的設(shè)計(jì)。還應(yīng)考慮在Y軸方向上固定滑塊和惰輪，并在Z軸方向上連接工作臺(tái)。支撐板俯視圖如圖4-6所示。圖4-6電機(jī)支撐板Y軸的電機(jī)電機(jī)、支撐件、滑塊和惰輪裝配如圖4-7所示。圖4-7y軸