某搬運機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計與Ansys仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16786某搬運機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計與Ansys仿真分析案例 118751.1機械執(zhí)行系統(tǒng) 126919(1)直角坐標(biāo)型 117365(2)圓柱坐標(biāo)型 29983(3)球坐標(biāo)型 22258(4)關(guān)節(jié)型 3211391.2手部抓取機構(gòu)設(shè)計 4133341.3爪部夾緊液壓缸設(shè)計 6281361.4水平伸縮液壓缸設(shè)計 135456(1)液壓缸所需驅(qū)動力： 144270(2)手臂伸縮時產(chǎn)生的慣性力： 1414661(3)水平液壓缸工作時摩擦力： 15248611.5豎直升降液壓缸 1528588(1)液壓缸所需驅(qū)動力： 1512524(2)手臂升降時產(chǎn)生的慣性力： 1526834(3)豎直升降液壓缸驅(qū)動力校核： 16181401.6機身行走機構(gòu)設(shè)計計算 16290492.6.1電機選擇 17249952.6.2軸承選擇 17180621.7搬運機器人Ansys應(yīng)力仿真 18100552.7.1豎直升降液壓缸Ansys仿真 1819572.7.2水平伸縮液壓缸Ansys仿真模擬 2331022.7.3Ansys模擬仿真的局限性 261.1機械執(zhí)行系統(tǒng)通過《工業(yè)機械手設(shè)計》可知，根據(jù)機械執(zhí)行機構(gòu)不同的運動形式及其組合情況，其坐標(biāo)形式可分為以下幾種[6]：直角坐標(biāo)型如圖1.1所示，其臂部的運動由三個直線運動所組成，分別是沿著直角坐標(biāo)系的X軸、Y軸及Z軸完成動作。這種坐標(biāo)形式的機械執(zhí)行機構(gòu)為直角坐標(biāo)型，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高，適用的場合為在主機位置成行排列。圖1.1直角坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型如圖1.2所示，其臂部的運動通常由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)形式的機械執(zhí)行結(jié)構(gòu)被稱為稱為圓柱坐標(biāo)型。它與直角坐標(biāo)型相比較而言，占地面積小且活動范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，并且能達到較高的定位精度，因此應(yīng)用范圍較廣。但由于結(jié)構(gòu)的關(guān)系，沿Z軸方向移動的最低位置受到結(jié)構(gòu)限制，所以不能抓取地面上的物體。圖1.2圓柱坐標(biāo)型球坐標(biāo)型球坐標(biāo)型機器人一般由三個自由度組成，即沿X軸的伸縮、繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)，如圖1.3所示。這種機械結(jié)構(gòu)能通過俯仰運動來抓取地面上的物體，為了使手部能適應(yīng)被抓取對象各個方位的要求，通常需要加上一個用于旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)來確定手部的姿態(tài)，其工作范圍大，占比空間小，但含有密封困難及作業(yè)死角的問題，并且操控不便，此外，臂部擺角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大而產(chǎn)生偏差。圖1.3球坐標(biāo)型關(guān)節(jié)型多關(guān)節(jié)機器人和人的手臂構(gòu)成類似，其特點就是可以人手一樣靈活運動，如圖1.4所示。它由大小兩臂和立柱等組成，大小兩臂之間連接作為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間連接作為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)間均由鉸鏈構(gòu)成以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，臂部的運動由三個回轉(zhuǎn)運動所組成，為大臂的俯仰運動、小臂俯仰運動和大臂的回轉(zhuǎn)運動。例如，遇到障礙物時，多關(guān)節(jié)機器人能繞過障礙物達到目標(biāo)處，對此，一般的極座標(biāo)或圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機器人是難以做到的。又如要求完成某些特殊運動（搖曲柄運動)時，多關(guān)節(jié)機器人也更容易完成。多關(guān)節(jié)機器人還可象人手那樣，用最少的時間從一點移動到另一點。如果在多關(guān)節(jié)機器人手部和腕部裝上觸覺和力的傳感器，它就能做更多、更復(fù)雜的工作。圖1.4關(guān)節(jié)型上述四種坐標(biāo)形式主要結(jié)合在實際中的應(yīng)用情況來確定，根據(jù)機器人工作范圍，抓取工件形狀參數(shù)等條件，去選擇并設(shè)計出合理、合適的機械執(zhí)行機構(gòu)，可以選擇一種坐標(biāo)形式去進行機械執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計，也可以選擇其中兩種坐標(biāo)形式組合應(yīng)用以達到預(yù)期的效果。在本課題中，因為有行走機構(gòu)的存在，并且結(jié)合產(chǎn)品的情況及工作場景，最終確定機械執(zhí)行機構(gòu)形式為直角坐標(biāo)型，其具有兩自由度，即X方向上水平伸縮及Y方向上豎直升降。在搬運過程中，機器人整體流程如下：機器人隨磁條移動至產(chǎn)品旁；水平液壓缸使手指沿X方向伸出以確保能穩(wěn)定夾取產(chǎn)品；手部液壓缸控制手指夾緊產(chǎn)品；豎直液壓缸工作使手指沿Z方向上升到設(shè)定高度并進行搬運工作；搬運到指定位置后豎直液壓缸Z方向下降將產(chǎn)品放好；手部液壓缸控制手指松開產(chǎn)品；水平液壓缸沿X方向縮回到初始位置，重復(fù)（1）。1.2手部抓取機構(gòu)設(shè)計通過查閱《工業(yè)機械手設(shè)計》及相關(guān)文獻，并結(jié)合產(chǎn)品參數(shù)、工作情況最終選擇夾鉗式手部結(jié)構(gòu)，連接形式為連桿杠桿式，機構(gòu)簡圖如圖1.5所示。圖1.5手部機構(gòu)簡圖手部力學(xué)分析如圖1.6所示為連桿杠桿式受力圖，作用在拉桿4上的驅(qū)動力為P驅(qū)動，連桿3對拉桿的反作用力P1和P2，力的方向沿連桿兩銷軸中心連線，指向O點并與水平方向成α夾角(見圖1.6b)。圖1.6連桿杠桿式手部結(jié)構(gòu)及受力情況1-調(diào)整墊片；2-手指；3-連桿；4-拉桿由拉桿的力平衡條件得受力分析如下：FFM因h=c可得P=由式(1.1)可知，若設(shè)計尺寸c、b及驅(qū)動力P為一定值時，握力N和α角的正切值成反比。可見當(dāng)α角減小時，可獲得較大的握力。通過文獻查閱可知，當(dāng)夾角α=30°~40°為手指最佳夾緊角度，故本課題手部結(jié)構(gòu)在此基礎(chǔ)上進行。手部握力及夾緊驅(qū)動力計算由《工業(yè)機械手設(shè)計》查得，手指水平位置夾取垂直位置工件的握力計算如下：N=式中：f—摩擦系數(shù)，在本課題中手指與產(chǎn)品接觸位置采取橡膠套以確保能穩(wěn)定夾取產(chǎn)品，取摩擦系數(shù)f=0.8；G—夾取重力；實際驅(qū)動力P實際計算如下：P式中：P—計算驅(qū)動力，式1.1；η—手部機械效率，一般取0.85~0.95；K1—安全系數(shù)，一般取1.2~2；K2—工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪鉑式中：a—被抓取工件運動時的最大加速度；g—重力加速度，取g=9.8m/s2。握力計算：N=計算驅(qū)動力計算：P=實際驅(qū)動力計算：KP故取實際驅(qū)動力P實際=1110N。1.3爪部夾緊液壓缸設(shè)計圖1.7活塞液壓缸結(jié)構(gòu)圖根據(jù)上圖所示液壓缸結(jié)構(gòu)及手部結(jié)構(gòu)分析可得，在手部抓取工件時，無桿側(cè)進油，使活塞桿對手部結(jié)構(gòu)施加驅(qū)動力以實現(xiàn)工件夾緊動作。根據(jù)《機械設(shè)計手冊第5卷》可知，液壓缸尺寸相關(guān)計算如下[7]：根據(jù)負(fù)載大小計算選定系統(tǒng)壓力表計算缸內(nèi)徑D如下式：D=3.57式中：D—液壓缸內(nèi)徑，m；F—液壓缸推力，kN；p—選定的工作壓力，在本課題中選定工作壓力為1MPa。由《機械設(shè)計手冊第5卷》可知，當(dāng)液壓桿受壓力，且工作壓力小于5MPa時，液壓桿直徑取d=(0.5~0.55)D。缸筒壁厚計算如下式：δ式中：δ—缸體壁厚，m；c1—缸筒外徑公差余量，m；c2—腐蝕裕量，m；δ0—缸筒材料要求的最小值，m，其數(shù)值應(yīng)如下式計算δ式中：Pmax—缸內(nèi)最高工作壓力，MPa；D—缸筒內(nèi)徑；σp—缸筒材料的許用應(yīng)力，MPa，其數(shù)值應(yīng)如下式計算σ式中：σb—缸筒材料的抗拉強度，MPa；n—安全系數(shù)，通常取n=5。缸筒底部厚度計算公式如下：δ式中：D2—計算厚度外直徑，m。由《機械設(shè)計手冊第5卷》可知，液壓缸通常使用材料為30、45、20Mn等碳素鋼，或其他高強度合金鋼，在本課題中，工作中的缸內(nèi)壓力為1MPa，屬于低壓，故選擇液壓缸材料為45號鋼，抗拉強度為600MPa，屈服強度為355MPa，密度為7.85g/cm3。手部液壓缸內(nèi)徑計算：D=3.57根據(jù)GB/T2348-2018流體傳動系統(tǒng)及元件規(guī)定，計算出的內(nèi)徑數(shù)值應(yīng)根據(jù)規(guī)定向上圓整，故手部液壓缸內(nèi)徑D手部=40mm。手部液壓桿直徑計算：d=0.55根據(jù)GB/T2348-2018流體傳動系統(tǒng)及元件可得，手部液壓桿也應(yīng)按照規(guī)定圓整，在此手部液壓桿直徑計算值剛好為圓整值，故手部液壓桿直徑d手部=22mm。手部液壓缸缸體厚度計算：δ取腐蝕裕量與公差余量之和為1.5mm。δ根據(jù)《機械設(shè)計手冊第5卷》中推薦液壓缸壁厚數(shù)據(jù)圓整得，手部液壓缸缸體厚度δ0=4mm。手部液壓缸壁厚驗算：0.35故厚度合理。手部液壓缸底部計算：δ故圓整后取液壓缸底部厚度為δ1=4mm。水平伸縮液壓缸及豎直升降液壓缸計算過程相同，最終計算整理出各液壓缸數(shù)據(jù)如表1.1所示：表1.1各液壓缸設(shè)計參數(shù)液壓缸名稱缸筒內(nèi)徑/mm液壓桿直徑/mm缸筒壁厚/mm缸底壁厚/mm手部液壓缸402244水平伸縮液壓缸502844豎直升降液壓缸603644液壓缸整體結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)《機械設(shè)計手冊第5卷》，常用的液壓缸缸體結(jié)構(gòu)共有八類，根據(jù)重量及應(yīng)用去選擇合理缸體結(jié)構(gòu)十分重要，在本課題中，為了便于后期檢查維修等問題，選擇了容易拆卸的法蘭連接液壓缸，其主要結(jié)構(gòu)如圖1.8所示：圖1.8水平伸縮液壓缸三維模型圖如圖，液壓缸前端蓋與缸體為法蘭連接，加工方便且拆裝簡易，后端蓋與筒體之間焊接。液壓缸內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計液壓缸內(nèi)部構(gòu)件主要有液壓桿、活塞、密封圈、導(dǎo)向套及防塵圈等等，這些結(jié)構(gòu)部件相互配合，形成了液壓缸內(nèi)部良好的密封環(huán)境及工作環(huán)境?；钊Y(jié)構(gòu)形式：缸內(nèi)液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關(guān)，活塞直徑應(yīng)與缸筒內(nèi)徑一致。所以在設(shè)計活塞時，主要任務(wù)是確定活塞的結(jié)構(gòu)型式。通過查閱相關(guān)資料可知，活塞種類分為整體式和組合式活塞，在本課題中選擇活塞形式為整體式活塞，如圖1.9所示。圖1.9整體式活塞唇型密封圈密封1-活塞；2-唇型密封圈；3-導(dǎo)向套活塞與活塞桿連接形式：活塞與活塞桿連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，為了防止活塞在工作時進行往復(fù)運動而導(dǎo)致活塞掉落。同時在活塞與活塞桿之間需設(shè)置靜密封。在本課題中選擇活塞與活塞桿間連接為螺母型連接，活塞與螺母之間采用O型圈進行密封?；钊芊饨Y(jié)構(gòu)：在液壓缸進行工作的過程中，活塞與液壓桿由于液壓的作用而發(fā)生我們想進行的動作，所以為了液壓系統(tǒng)能穩(wěn)定的工作，防止油沿著缸壁泄漏，在本課題中活塞與缸筒內(nèi)側(cè)采用Yx型密封圈進行密封，如圖1.10所示。Yx型密封圈是主要用于像液壓缸活塞在缸內(nèi)進行往復(fù)運動密封的密封圈，主要材料有橡膠、TPU等，在本課題中選擇材料為TPU，密封圈結(jié)構(gòu)尺寸由JB/ZQ4264孔用Yx型密封圈確定。圖1.10Yx型密封圈活塞規(guī)格設(shè)計計算：活塞寬度一般為活塞外徑的0.6~1.0倍，但也要根據(jù)密封件的型式、數(shù)量和安裝導(dǎo)向環(huán)的溝槽尺寸而定。在本課題中，活塞長度按照1倍活塞外徑計算，活塞樣式如圖1.11所示。圖1.11活塞示意圖各液壓缸活塞規(guī)格尺寸如表1.2所示：表1.2各液壓缸活塞規(guī)格尺寸表液壓缸名稱活塞內(nèi)徑/mm活塞外徑/mm活塞寬度/mm動密封槽深/mm動密封槽寬/mm靜密封槽深/mm靜密封槽寬/mm手部液壓2水平液壓缸205050豎直液壓缸25606061641.5活塞與活塞桿連接處螺母選用：在本課題中，活塞與活塞桿連接處螺母選擇為I型六角螺母，其規(guī)格數(shù)據(jù)參考GB/T6171-2016。根據(jù)《機械設(shè)計手冊第5卷》，活塞桿處螺紋尺寸如表1.3所示：表1.3活塞桿處螺紋尺寸規(guī)格表液壓缸名稱螺紋直徑與螺距螺紋長度/mm手部液壓缸M10×1.2516水平伸縮液壓缸M16×1.522豎直升降液壓缸M20×1.528導(dǎo)向套、防塵圈尺寸規(guī)格計算：活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi),用以對活塞桿進行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導(dǎo)向套樣式如圖1.12所示：圖1.12導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)示意圖金屬導(dǎo)向套一般采用摩擦因數(shù)小、耐磨性好的青銅材料制作，非金屬導(dǎo)向套可以用尼龍、聚四氟乙烯+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制作。端蓋式直接導(dǎo)向型的導(dǎo)向套材料用青銅、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等制作。在本課題中選擇導(dǎo)向套材料為青銅材料。導(dǎo)向套的主要尺寸是支承長度，通常按活塞桿直徑、導(dǎo)向套的型式、導(dǎo)向套材料的承壓能力、可能遇到的最大承壓能力、可能遇到的最大承壓能力、可能遇到的最大寬度一般約為d/3，兩段的線間距離取2d/3，尺寸如圖1.13所示：圖1.13導(dǎo)向套尺寸配置示意圖設(shè)計計算后各液壓缸導(dǎo)向套尺寸如表1.4所示：表1.4各液壓缸導(dǎo)向套規(guī)格尺寸表液壓缸名稱總長度/mm每段長度/mm桿側(cè)槽寬/mm桿側(cè)槽深/mm缸側(cè)槽寬/mm缸側(cè)槽深/mm爪部液壓缸27.473.224.83水平液壓缸39104.534.83豎直液壓缸45124.537.55導(dǎo)向套與液壓缸、液壓桿之間采用O型圈密封，如圖1.14所示，規(guī)格尺寸由JB/ZQ4224-2006O型橡膠密封圈確定：圖1.14O型圈液壓缸前端蓋處防塵圈如圖1.15所示，其規(guī)格尺寸由GB/T10708.3-2002橡膠防塵密封圈確定，如表1.5所示。圖1.15防塵圈表1.5各液壓缸前端蓋防塵圈尺寸規(guī)格表液壓缸名稱D1/mmd1/mmS1/mmh1/mmL1/mmD/mm手部液壓缸3020.53.55530水平液壓缸3626.53.55536豎直液壓缸4434.53.555441.4水平伸縮液壓缸設(shè)計在本課題中，需要機器人可以做到水平伸縮以防止產(chǎn)品與車身發(fā)生磕碰導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生破壞，所以在水平方向上設(shè)置了液壓缸來幫助手部進行X方向上的伸縮，在設(shè)計過程中應(yīng)注意以下問題：剛度問題：由于水平伸縮液壓缸作為連接手部和臂部的部分，所以在工作過程中不僅會受到夾取產(chǎn)品的壓力及手部構(gòu)件的壓力，還有在水平和豎直方向上運動的慣性力，所以對于水平液壓缸來講，它本身的剛度要足夠支撐機器人的各種動作才能確保機器人能正常運行。受力問題：如上述，水平伸縮液壓缸在運動過程中會產(chǎn)生慣性力，為了保證整體系統(tǒng)能夠長時間平穩(wěn)運行，所以需要盡可能的減少水平液壓缸受到的慣性力沖擊。而且由于爪部抓取工件時會對水平液壓缸的液壓桿產(chǎn)生重力方向上的作用力，其偏心力矩可能會導(dǎo)致液壓桿產(chǎn)生變形，液壓桿與缸體發(fā)生磕碰摩擦，嚴(yán)重使液壓缸自鎖，所以要進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證整體系統(tǒng)能長時間穩(wěn)定運行。水平液壓缸尺寸設(shè)計通過結(jié)合機器人工作情況，水平液壓缸在工作中不僅會受到產(chǎn)品的壓力，還有手部結(jié)構(gòu)部件的壓力，故結(jié)合這些數(shù)據(jù)計算出水平伸縮液壓缸尺寸如表1.1所示，水平伸縮行程為200mm。液壓缸所需驅(qū)動力：P手臂伸縮時產(chǎn)生的慣性力：在工作過程中，水平液壓缸可分為三個階段，分別是：加速階段、勻速階段、減速階段，設(shè)計第一階段時間t1=1s，第二階段時間t2=2s，第三階段時間t3=1s，可得啟動的速度差如下式計算：?加速減速階段加速度為：a=手臂伸縮慣性力公式為：F式中：m—臂部運動件質(zhì)量，kg；a—加速、減速階段加速度，m/s2。臂部受力情況如圖1.16所示：圖1.16臂部受力情況由圖可知，在機器人進行搬運工作中，臂部主要受到工件重力G1，手指部件重力G2及手部夾緊液壓缸部件G3、G4。產(chǎn)品重力G1=600N，手指部件總重G2≈200N，手部夾緊液壓缸總重G3+G4≈300N，故臂部質(zhì)量可通過下式進行計算：m=手臂伸縮時產(chǎn)生慣性力大小為：F水平液壓缸工作時摩擦力：水平伸縮液壓桿在工作時主要與液壓缸前端蓋及導(dǎo)向套接觸進行往復(fù)運動，故會與兩者產(chǎn)生摩擦力，在這里按最大靜摩擦力計算。端蓋的制造材料為45號鋼，導(dǎo)向套的制造材料為青銅，通過查閱資料可知，鋼對鋼的摩擦系數(shù)μ1=0.1，鋼對青銅的摩擦系數(shù)μ2=0.15?；钊麠U與前端蓋摩擦產(chǎn)生摩擦力：f活塞桿與導(dǎo)向套摩擦產(chǎn)生摩擦力：f總摩擦力：ff故設(shè)計水平伸縮液壓缸驅(qū)動力滿足要求。1.5豎直升降液壓缸豎直升降液壓缸在工作當(dāng)中主要受到手部構(gòu)件及水平液壓缸部件所施加的壓力，故結(jié)合這些數(shù)據(jù)計算出水平伸縮液壓缸尺寸如表1.1所示，水平伸縮行程為135mm。液壓缸所需驅(qū)動力：P手臂升降時產(chǎn)生的慣性力：在工作過程中，升降液壓缸可分為三個階段，分別是：加速階段、勻速階段、減速階段，設(shè)計第一階段時間t1=1s，第二階段時間t2=2s，第三階段時間t3=1s，可得啟動的速度差如下式計算：?加速減速階段加速度為：a=手臂升降慣性力公式為：F式中：m—臂部運動件質(zhì)量，kg；a—加速、減速階段加速度，m/s2。在機器人進行搬運工作中，臂部主要受到工件重力G1，手指部件重力G2及手部夾緊液壓缸部件G3、G4。經(jīng)計算得：產(chǎn)品重力G1=600N，手指部件總重G2≈200N，手部夾緊液壓缸總重G3+G4≈300N，水平伸縮液壓缸總重G5+G6≈400N，故臂部質(zhì)量可通過下式進行計算：m=手臂升降時產(chǎn)生慣性力大小為：F豎直升降液壓缸驅(qū)動力校核：FF故設(shè)計豎直升降液壓缸驅(qū)動力滿足要求。1.6機身行走機構(gòu)設(shè)計計算由《工業(yè)機械手設(shè)計》可知，機身是機械執(zhí)行系統(tǒng)中直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。機身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。機身可以是固定一體的，也可以是機身與底座分開形式的，機身與底座為分開形式的結(jié)構(gòu)，即機座式結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以方便搬運機械手臂的搬運與移動，而且可以在其底座上進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓其行走與工作環(huán)境[8]。在本課題中選擇的是機身與底座分開的形式進行設(shè)計，即手臂部件與機身通過螺栓連接，且車殼與車架也通過螺釘連接，可以方便后期檢查維修。將手臂部件連接到車殼上，車架連接行走機構(gòu)，車殼上半部分液壓系統(tǒng)由液壓驅(qū)動完成夾取動作，車架連接電機、減速器及減速鏈條與車輪連接實現(xiàn)靈活行走。在本課題中，行走機構(gòu)設(shè)計為：四輪結(jié)構(gòu)，其中后兩輪為驅(qū)動輪，兩輪分別與兩個電機連接，以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向，前兩輪設(shè)計為萬向輪，可以隨驅(qū)動輪靈活轉(zhuǎn)向，通過這樣的設(shè)計做到讓搬運機器人可以做到靈活行走，帶動整個機身完成搬運工作。電機選擇在本課題中，設(shè)計行走速度為0.8m/s，通過JB/T10391-2008選擇Y系列交流異步電動機，型號為Y90S-4，其主要參數(shù)如表1.6所示：表1.6電動機主要參數(shù)型號額定功率/kW轉(zhuǎn)速/(r/min)效率/%堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/倍最大轉(zhuǎn)矩/倍重量/kgY90S-41.1140078.01.31.325根據(jù)《機械設(shè)計手冊第4卷》，通過設(shè)計行走速度確定減速器選擇為單級減速器，齒輪比i=5.6。根據(jù)GB/T1243-2006設(shè)計鏈條傳動，設(shè)計傳動比i=3，與減速器相連一端小齒齒數(shù)為40，與驅(qū)動輪輪軸連接一端大齒齒數(shù)為120，鏈號選擇05B。軸承選擇在本課題中，整個系統(tǒng)通過電機驅(qū)動車輪去實現(xiàn)行走，所以軸承的選擇十分重要，輪軸通過軸承與輪子配合，機身大部分的力都會傳遞到軸承上去，所以在本課題中輪子與輪軸之間選擇軸承為圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承內(nèi)圈與外圈可進行分離，并且游隙可調(diào)，其即可以承受軸向載荷，也可以承受縱向載荷，還可以承受軸向與縱向的聯(lián)合載荷。軸承結(jié)構(gòu)如圖1.17所示：圖1.17雙列圓錐滾子軸承示意圖在本課題中，驅(qū)動輪軸承選擇雙列圓錐滾子軸承，接觸角系列2，萬向輪軸承選擇單列圓錐滾子軸承，接觸角系列2。由GB/T273.1-2011選擇驅(qū)動輪軸承尺寸系列為2DC，萬向輪軸承尺寸系列為2BD。萬向輪為實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)軸承也是重要部件，在本課題中，萬向輪旋轉(zhuǎn)軸軸承選擇為平面推力球軸承，型號為51106，結(jié)構(gòu)如圖1.18，主要尺寸如表1.7所示：圖1.18平面推力球軸承示意圖表1.7平面推力球軸承主要尺寸表型號內(nèi)徑/mm外徑/mm厚度/mm511063047111.7搬運機器人Ansys應(yīng)力仿真豎直升降液壓缸Ansys仿真在本課題中，豎直液壓缸設(shè)計安裝定位于車殼部分較靠后，所以在工作過程中會承受較大的手部、臂部部件及產(chǎn)品產(chǎn)生的偏心力矩，故在此對豎直升降液壓缸整體進行Ansys應(yīng)力仿真分析，分析過程如下：首先將Solidworks三維模型導(dǎo)入到Ansys當(dāng)中，導(dǎo)入成功后添加部件所用材料屬性，如圖1.19、1.20所示：圖1.19模型導(dǎo)入圖1.20材料屬性定義進行網(wǎng)格劃分，如圖1.21所示；網(wǎng)格質(zhì)量如圖1.22所示：圖1.21網(wǎng)格劃分圖1.22網(wǎng)格質(zhì)量接下來進行力的添加，如圖1.23、1.24、1.25所示：圖1.23豎直液壓缸添加固定支撐圖1.24豎直液壓缸力矩添加圖1.25豎直液壓缸地球重力添加在本課題中，液壓缸所用材料為45號鋼，故在材料屬性添加中填入45號鋼的屬性，通過查閱資料可知，其拉伸屈服強度為350MPa，壓縮屈服強度為250MPa，極限拉伸強度為600MPa，極限壓縮強度為355MPa。在網(wǎng)格劃分模塊中，劃分網(wǎng)格質(zhì)量多數(shù)在0.88區(qū)域內(nèi)，故網(wǎng)格劃分合理，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)量為127379個，網(wǎng)格單元數(shù)量為77801個。在前處理模塊中，對豎直液壓缸后端蓋添加固定支撐、自身地球重力，在距豎直液壓缸325mm手部構(gòu)件重心位置添加800N的力使豎直液壓缸液壓桿產(chǎn)生扭矩，以最大程度模擬機器人在工作過程中的受力情況，最后通過軟件分析出豎直液壓缸應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，如圖1.26、1.27所示：圖1.26豎直液壓缸應(yīng)力分布情況圖1.27豎直液壓缸應(yīng)變分布情況由仿真模擬出應(yīng)力應(yīng)變分布情況可知，液壓缸受到最大應(yīng)力為100MPa，最大應(yīng)變?yōu)?.00050383mm，均小于材料極限應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，所以豎直液壓缸的整體結(jié)構(gòu)強度是足夠的，由應(yīng)力仿真模擬圖可知，其最大應(yīng)力應(yīng)變部位在液壓桿與前端蓋接觸處，初步分析是由于力矩