《3个自由度机械手设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3个自由度机械手设计.docx（28页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、第一章引言21.1机械手的分类21.1 2机械手的组.成51.3应用机械手的意义7其次章总体技术方案及系统组成1.2 1原始数据81.3 工作要求81.4 系统组成91.5 总体技术方案9动作分析10手部10第三章机修手的液压部分1.1 液压系统的工作原理121.2 液压传动的工作特性121.3 液压系统的组成121.4 液压系统的优,缺点13第四章回转装置的总体组成和结构设计4. 1回转装置的组成15执行件15传递件15驱动件15限制系统16第五章机械传动方案的设计与计算4.1 小车的主要组成部分174.2 同步带传动方式优缺点175. 3驱动动力源186. 4机械方案的传动设计计算19设计
2、数据确定19同步带的结构设计计算20总结与展望25设计小结26致谢27参考文献28摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人为自动化生产线上的重要成员，渐渐被企业所认同并采纳。工业机器人的技术水平和应用的程度在肯定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要担当着焊接、喷绘、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般实行示教再现的方式。本课题将设计一台三自由度的工业机器人，用于给冲压设备运输物料。首先。本课题将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式、搭建机器人的结构平台。
3、AbstractInthemodernlarge-scalemanufacturingindustry,enterprisestoimproveproductionefficiency,guaranteetheproductquality,thegeneralimportanceoftheproductionprocessautomation,industrialrobotsforautomaticproductionlineimportantmembers,thecompanygraduallyrecognizedandused.Industrialrobottechnologyandapp
4、licationstosomeextentreflectthelevelofacountryslevelofindustrialautomation,atpresent,theindustrialrobotismainlyresponsibleforthewelding,printing,handlingandstackingrepetitivelaborintensityandgreatwork,workarenormallytakentoteachingandplaybackmode.ThistopicistodesignaindustrialrobotwiththreeDOFs,used
5、forthetransportationofmaterialstothestampingdevice.First.Thistopicwillbethedesignofrobotbase,bigarm,smallarmsandthestructureofthemanipulator,andthenselecttheappropriatedrive,drivingmode,buildthestructureofrobotplatform.第一章引言机械工业是国民的装备部，是为国民经济供应装备和为人民生活供应耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所供应装
6、备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和干脆的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标记。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的精确性和各种环境中完成作业的实力，在国民经济各领域有着广袤的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生
7、产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，快速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样敏捷，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲惫，不怕危急，抓举重物的力气比人手力大的特点，因此，机械手已受到很多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动限制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位限制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。1.1 机械手的分类机械手一般分为三类
8、：第一类是不须要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以依据任务的须要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备一般机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。其次类是须要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采纳的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“MechanicalHand,它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。在国外，目前主要
9、是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。1、简史机械手首先是从美国起先研制的。1958年美国联合限制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，限制系统是示教形的。1962年，美国联合限制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；限制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，特地生产工业机械手。1962年美国机械制造公司也试验胜利一种
10、叫Vewrsatran机械手。该机械手的中心立柱可以回转、升降采纳液压驱动限制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年头初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福高校，麻省理工学院联合研制一种UninIate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行限制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年起先应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国KrlKa公司还生产一种点焊机械手，采纳关节式结构和程序限制。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的探讨。
11、前苏联自六十年头起先发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行限制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。其次代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算限制系统，具有视觉、触觉实力，甚至听、想的实力。探讨安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。2、应用简况现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加
12、工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工。随着机械手技术的发展，应用的对象还会有所变更。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产实力，改善热、累等劳动条件。国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采纳机械手上下料，减轻工人的劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。采纳机械手进行装配更始目前探讨的重点，国外已探讨采纳摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。3、发展趋
13、势目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满意工业发展的须要。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机限制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摇摆、升降、横移、俯仰等机构以及依据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便依据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，削减冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。
14、此外还应大力探讨伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可依据事先指定的作业程序来完成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有肯定的传感实力，能反馈外界条件的变更，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是探讨视觉功能和触觉功能。目前已经取得肯定成果。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形
15、象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令限制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈限制装置。工作时机械手首先伸出手指找寻工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来限制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的实力也将进一步提高。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本变更目前机械制造系统的人工操作状态。1.2 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和限制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图：1、执行机构(如图1.2-1
16、所示)图1.2-1(1) 手部手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指。本课所指的机械手仅需开闭手指。机械手手部的机构系仿照人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以依据夹持对象的形态和大小配备多种形态和尺寸的夹头，以适应操作须要。本课所做的机械手采纳二指形态。(2) 手臂手臂有无关节和有关节手臂之分本课所做的机械手的手臂采纳无关节臂手臂的作用是引导手指精确的抓住工件，并运输到所须要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都须要精确的定位。本课题所做的机械手在手臂的
17、上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采纳行程开关限制，以保证定位的精度。总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采纳的执行机构主要是直线油缸、摇摆油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。2、驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摇摆油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、
18、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁便利，并能在中间位置停止。缺点是须要配备压力源，系统困难成本较高。气压驱动所采纳的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采纳4-6个大气压，个别的达到8T0个大气压。它的优点是气源便利，维护简洁，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位限制，而且润滑性较差，气压系统简洁生锈。为了削减停机时产生的冲击，气压系统装有速度限制机构或缓冲机构。电气驱动采纳的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采纳直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或沟通的伺
19、服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简洁，维护，运用便利。驱动机构和限制系统可以采纳统一形式的动力，出力比较大；缺点是限制响应速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作的确牢靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。本课题所做的机械手采纳电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。采纳手臂的左转、右转、手臂的夹紧、放松方面。3、限制系统机械手限制系统的要素，包括工作依次、到达位置、动作时间和加速度等。限制系统可依据动作的要求，设计采纳数字依次限制。它首先要编制程序加以存储，然后再依据规定的程序，限制机械手进行工作。1.3 应用机械手的意义随着科学
20、技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、钾、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避开人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手干脆操作是有危急或根本不行能的，而应用机械手即可部分或全部代替人平安的完
21、成作业，使劳动条件得以改善。在一些简洁、重复，特殊是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避开由于操作疲惫或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是干脆削减人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是削减人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以削减人力和更精确的限制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必定趋势。其次章总体技术方案及系统组成2.1原始数据负载重量：IOkg重复定位精度：lmm自由度：3（Z的移动，R轴的平动，轴的转动）Z：大臂的升降
22、R：大臂的伸缩:腰轴各轴最大运动速度：Z轴上下：200mmS轴回转：30o/sR轴伸缩：20OmnI/s各轴最大运动范围：Z轴上下：550mm轴回转：90R轴伸缩：400mm2.2工作要求：机械手的工艺流程：机械手原位一机械手前伸-机械手上升一机械手抓取并夹紧一机械手后退一机械手前进（小车）一小车停止一机械手左转90-机械手前伸一机械手松开一机械手后退（小车）一机械手下降一机械手右转90小车后退一退至原位移动副移动厂末端执行件1回转副移动副-b机构简图2.3系统组成本基械手系统由机体，传送机构，动力源和限制装置四部分组成。其中机体由小车及本体等部分组成；传送机构主要由伸缩臂及抓紧机构所组成；动
23、力源由液压驱动和机械驱动两种形式构成限制装置主要由自动限制和手动限制两部分组成。2.4总体技术方案毕业设计的目的就是要把我们所学的比较分散的学问综合起来，并进行敏捷运用。现在的发展趋势是机电一体化，因此，我们的毕业设计是要我们将“机”、“电”、“液”三者合并起来。“机”即是指机械，机械手的动作过程可以分五部分，即机械手的上升下降、机械手的前伸后缩、机械手的加紧放松、机械手的左转右转、小车的前进后退。这五部分中我们靠机械完成机械手的上升下降动作，即本课题所做的机械手采纳电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杆传
24、动是带动滚珠沿螺纹轨道滚动。滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或者其他直线运动副相比，有以下特点：1）传动效率高一般滚珠丝杠副的传动效率达85%-98%,为滑动丝杠副的3-4倍。2）运动平稳滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，低速时无爬行。3）能源预紧预紧后可消退间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。同时增加的摩擦力矩相对不大。4）工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杠副的4-10倍以上.5）定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸的补偿的膨胀，因此，可以达到较高的
25、定位精度和重复定位精度。6）同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动部件。可以得到较好的同步运动。7）牢靠性高润滑密封装置结构简洁，修理便利。8）不自锁用于垂直运动，必需在系统中附加自锁或制动装置。9）经济性差，成本高由于结构工艺困难，故制造成本高价格往往以Inm计。经过计算，选择如下：电动机型号：Y802-2功率：1.IW丝杠型号：Tr407动作分析工业机械手的机械机构是指它的执行系统，是机械手抓持工件、进行操作及各种运动的机械部件。机械部件主要包括手部，手臂前后伸缩部分，手臂上下升降部分腰转部分以及机座和行走机构。手部手部：包括杠杆手指，单向作用式握紧油缸等。其工作原理：物体进
26、入手指后，拉杆手油缸作用，通过拉杆带动杠杆手指回转，实现握紧或松开动作。1）手臂的前后伸缩部分手臂的前后伸缩部分由直线油缸带动实现。当直线油缸工作时通过活塞杆行程的变更，完成手臂的伸缩运动。2）手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分是由电动机、丝杆传动副、立柱等部分组成。当电动机工作时，通过联轴器转动丝杆，由于丝杆螺母周受到立柱的径向转动限制，使得螺母及手臂架只能作上下运动。3）腰转部分腰转部分主要由转盘和回转油缸组成。当压力油进入回转油缸时，回转油缸的回转轴回转，通过活塞杆的伸缩带动转盘的转动，从而实现机械手的左右转动，4）行走机构行走机构主要是由电动机、齿轮、带轮等组成。当电动机工作时，通过
27、齿轮、带轮的传动，带动小车的轮子转动，从而实现行走。第三章机械手的液压部分“机、电、液”中的“液”即指液压系统。液压系统相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。人类运用水力机械及液压技术虽然已有很长的历史，但是液压技术在机械领域中得以应用并取得快速发展则是本世纪，特殊是其次次世界大战以来的事。由于液压传动具有很多突出的优点，因而目前已广泛的应用在工、农业机械、机床、交通运输、路地行走设备、船舶限制、火炮限制、飞机、导弹等各方面。3.1 液压系统的工作原理所谓液压系统就是以液体为介质，依靠运动者的液体的压力能来传递力的。液压系统工作是，液压泵把电动机传来的回转式机械能转变成油液的压力能：油液被输送
28、到液压缸（或液压马达）后，又由液压缸（或液压马达）把油液的压力能变为直线式（或回转式）的机械能输出。液压系统中的油液在受调整、限制的状态下进行工作的因此液压传动和液压限制在这个意义上来说难以截然分开。液压系统必需满意起执行元件在力和速度方面的要求。3.2 液压传动的工作特性液压系统工作是，外界负载越大（在有效承压面积肯定的前提下）所须要的压力也越大，反之亦然。因此液压系统的由压力（简称系统的压力，下同）大小取决于外界负载。负载大，系统压力大；负载小，系统压力小；负载为零，系统压力为零。另外，活塞或工作台的运动速度（简称系统的速度，下同）取决于单位时间通过节流阀进入液压缸中油液的体积即流量。流量
29、越大（在有效承压面积肯定的前提下）系统的速度越快，反之亦然。流量为零，系统的速度亦为零。液压系统的压力和外在负载，速度和流量的这两个关系称作液压传动的两个工作特性。3.3 液压系统的组成液压系统由以下五个部分组成：1）动力元件它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。液压泵即为动力元件。2）执行元件它是将液体的压力能转换为机械能的装置，以驱动部件。液压缸和液压马达即为执行元件。3）限制调整元件限制调整元件是指各种阀类元件，它们的作用是限制液压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。4）协助元件协助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等。5）工作介质在液压
30、系统中运用液压油（通常为矿物油）。3.4液压系统的优、缺点液压系统与机械、电力等传动相比。有以下特点：1） 能便利的进行无级调速，调速范围大。2） 体积小，、重量轻、功率大。一方面，在相同输出功率的前提下，其体积小、重量轻、惯性小、动作灵敏，这对于液压自动限制系统有重要的意义。另一方面，在体积或重量相近的状况下，其输出功率大，能传递较大的扭矩或推力（如万吨水压力等）。3） 限制和调整简洁、便利、省力，易实现自动化限制和过载爱护。4） 可实现无间隙传动，运动平稳。5） 因为传动介质为油液，故液体元件有自我润滑作用，运用寿命长。6） 液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和推广运用。
31、7）可以采纳大推力的液压缸和大扭矩的液压马达干脆带动负载，从而失去了中间的减速装置，使传动简化。液压传动的主要缺点：1）漏由于作为传动介质的液体是在肯定的压力下，有时是在较高的压力下工作的，因此在有相对运动的表面间不行避开要产生泄漏。同时，由于油液并不是不行以压缩的，油管等也回产生弹性变形，所以液压传动不宜用在传动比要求较严格的场合。7） 震液压传动中的“液压冲击和空穴现象”会产生很大的振动和噪声。8） 热在能量转换和传递过程中，由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损失,因而易使油液发热，总效率降低，故液压传动不宜远距离转动。9） 液压传动性能对温度比较敏感，故不宜在高温及低温下工作。液压传动装置
32、对油液的污染也较敏感，故要求有良好的过滤设施。10） 压元件加工要求高一般状况下又要求有独立的能源（如液压泵站），这些可能使产品成本提高。11） 压系统出现鼓故障时不宜追查缘由，不宜快速解除。综上所述，液压传动由于其优点比较突出，故在工、农业各个部门获得广泛的应用。它的某些缺点随着生产技术的不断发展、提高，正在逐步得到克服。由于液压传动相对于机械传动有以上几个突出的优点，所以确定机械手的前伸后退、左转右转、夹紧放松着三部分动作用液压传动来实现。第四章回转装置的总体组成及结构设计4.1回转装置的组成回转装置主要由执行件、传递件、驱动件及限制系统四大部分组成。执行件本设计选用的是回转台与传递件一一
33、链轮共用的一个长平键的心轴。驱动件驱动传递件一一链轮传动，链轮通过共用件将回转运动干脆传递给与心轴件联接的回转台，并使之旋转。传递件本课题中机械手要求作间歇往复回转运动，因此，考虑采纳回转曲线传动。回转传动可分为齿轮传动、带传动和链传动。齿轮传动虽然效率高，工作牢靠，寿命长，结构紧奏，圆周速度及功率范围广，但制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载爱护，低精度时噪声大。由于本课题中机械手回转精度要求不高，因此，不予考虑。链传动无弹性滑动和打滑现象，工作牢靠，具有精确的平均传动比，传动效率较高，在传动相同功率的状况下，结构较为紧凑，链条张紧力小，作用于链轮轴的力也较小，故链传动能够在低速重载的条
34、件下运用。与齿轮传动相比，链传动制造和安装精度要求较低链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比，传动平稳性较差，工作时有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，传动中有周期性的重载荷和啮合冲击，不适合载荷变更很大和急速反向转动的场合。带传动是一种应用很广的机械传动，虽然结构简洁，制作成本低，传动平稳，无需润滑，制造和安装精度要求不高，噪声小，能缓冲吸震，有过载爱护作用。同步带传动是一种啮合型带传动。它具有齿轮传动和摩擦带传动的特点。还具有传递功率大，传动比精确等特点。故多用于要求传动平稳，传动精度较高的场合。因此回转装置中的运动传递本设计运用同步带传动。驱动件驱动件主要有四种：气动驱动、电气驱动、机械
35、驱动和液压驱动。其中以液压、气动用的最多，占90%以上；电动、机械驱动用的较少。气压驱动所采纳的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采纳4-6个大气压，个别的达到8T0个大气压。它的优点是气源便利，维护简洁，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位限制，而且润滑性较差，气压系统简洁生锈。为了削减停机时产生的冲击，气压系统装有速度限制机构或缓冲机构。气驱动采纳的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采纳直线电动机。通用机械手则考虑采纳同一种形式的动力，出力比较大；缺点是限制响应
36、速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作的确牢靠，速度高，成本低；缺点是不易调整液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摇摆油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁便利，并能在中间位置停止。缺点是须要配备压力源，系统困难成本较高。本课题设计采纳液压驱动。利用液压缸带动带动链轮、链条实现回转运动。设计配有液压总站，与回转装置并排置于小车之上。限制系统机械手限制系统的要素，包括工作依次、到达位置、动作时间和
37、加速度等。限制系统可依据动作的要求，设计采纳数字依次限制。它首先要编制程序加以存储，然后再依据规定的程序，限制机械手进行工作。本课题采纳电机驱动。利用电动机带动带轮、带轮传动通过齿轮和轴的公用件实现小车的行走运动。第五章机械传动方案的设计与计算5.1 小车的主要组成部分1、驱动系统采纳步进电动机带动同步带与带轮驱动小车沿导轨作径憧憬复运动。2、执行机构交换工作台的送出采纳液压送出方式，交换工作台应沿相应的轨道送出。3、限制部分采纳P1.C可编程限制器来实现小车各个运动状态的限制。其小车示意图如图5.IT所示5.2 同步带传动方式优缺点(一)优点1、传动比精确，同步带是啮合传动，工作时无滑动。2
38、、传动效率高，效率可达96%,与V带相比可节能10%以上。3、传动平稳，能汲取振动，噪声小。4、运用范围广，传动比可达10,且带轮直径比V带小得多，也不须要大的张紧力，结构系统高速大50ms,传递功率300Kw5、传动比精确，对轴及轴承的压力小，耐油耐磨性好，允许采纳较小的带轮直径，较短的中心距和较大是速比。6、维护保养便利，能在高温，灰尘、水及、腐蚀，介质的恶劣环境中工作，不需润滑。(一)缺点：1、安装要求高。要求二带轮轴线平行。同步在与二带轮轴线垂直的平面内运行。带轮中心距要求较严格。安装不当易发生干涉，爬齿，跳齿等现象。2、带与带轮的制造工艺比较困难，成本受批量影响。5.3 驱动动力源步
39、进电动机是一种把脉冲信号变换成直线位移或角位移的执行元件，也可以说是一种机械式的数模转换器，每输入一个脉冲，步进电动机就前进一步，因此称作脉冲电动机，步进电动机的种类繁多，主要分三大类：反应式步进电动机、机床磁式步进电动机以及永磁感应式步进电动机，本是合计采纳反应式步进电动机，因为其结构简洁，是应用最广泛的一种。步进电动机能成为现代数字限制系统重要的执行元件。是因为步进电动机本身也在不断发展，性能也在不断完善。其优点如下：1、可干脆实现数字限制。2、限制性能好3、无接触式元件，没有电刷和转换器，运行平稳牢靠，在步进电动机的负载范围内，步距值不受电源电压的大小，负载大小，波形及四周环境温度变换的
40、影响，抗干扰实力强，能保持运行转速。4、误差不长期积累。5、反应式步进电动机在一相绕组通电的状况下，具有自锁实力，永磁式步进电动机在不通电的状况下也能保持转矩。5.4 机械传动方案的设计计算本设计采纳一级传动，传动比为1.5本设计计算参照其好用机械设计手册（下册机械工业出版社出版）中的第十章链传动和带传动中第五节多楔带和同步带传动中的同步带传动章节。设计数据确定因为设计车速为3kmh,考虑到实际车速有50%的误差，所以实际最高车速应为4.5kmh折算成米/秒应为1.25msV=1.25ms据实际工作要求取车轮直径为13Omm因为车速为1.25ms所以车速也应等于轮子的切向速度因为片4dn60X
41、1000V一车轮切向速度V=1.25msd一车轮直径d=130mm1.车轮转速所以经计算得n=60X1000V11d=6010001.25/3.14130=l84rpm因为车轮转速也等于驱动轴转速所以n转驱=n=184rpm11转驱=184rpm因为T=9.55106Pnj驱动转矩7三9NM户驱一驱动轴功率n驱动轴转速n=184rpm所以经计算得9XlO3=9.55IO6P184Pig=0.2KM因为i=n电/n驱n驱一驱动轴转速航184rpmn电一电机轴转速了一传动比所以计算得n电二I.n电驱n电=1.5184=276rpm记n=276rpm因为驱动轴转驱为9N.m所以据实际工作要求选用型号
42、为130BFOOI相数为5相，步距角为0.75电压为12/8OV相电流为IOA最大转距为9.31N.m空载起动频率为3000步/S,空载运行频率为16000步/S的反应式步进电动机因为7电;9.55Xl()6p电/n电T电一电机轴转矩7电n一电机轴转速n-276rpm户电一电机功率所以计算得P电二T电Xn电/9.55IO6=9.31XIO3X276/9.55106=0.26kmP=0.26km因为总=帚#汲息一总的传动效率7带一同步带的传动效率带=0.98联一联轴器的传动效率7,:=0.99次一滚动轴承的传动效率Tl.广0.99所以产0980.990.99=0.99产0.99因为P驱二P实电X
43、总P熨驱动轴功率P小0.2KWTI总总机械传动功率总=0.99P实电电动机实际功率所以计算得P实电二P迎/rl=0.2/0.99=0.21kwP实电=0.21kw因为P实电(P电所以符合工作要求同步带结构的设计计算1）求出设计功率因为Pd=PmK。匕一设计功率R-名义传递功率也就是电动机功率PP=O.26kwKo一载荷修正系数好用机械设计手册（下）表10.5-9载荷修正系数K。取1.8又因为传动装置未及张紧装置和系统为减速运动所以其附加修正系数为零所以Pd=I.8X026=0.5kw2）、选择带的节距因为PE）.5kwn=276rpm=n小带轮转速查好用机械设计手册（下）图10.5-4查得同步
44、带的节距代号为H,对应的节距Pd=12.7mm3）、确定带轮直径和带节线长查好用机械设计手册表10.5-8得H型带，小带轮转速n1=276rpm小于900rpm所以小带轮最少齿数Zl应为14Zl取22因为i%，一传动比i=1.54一大带轮齿数Z一小带轮齿数Z1=22所以i=Z1i=1.5X22=33查机电一体化机械系统设计表3T1大带轮齿数Z2取标准值32小带轮节圆直径因为dI=PbZi/九Pb-同步带节距Z一小带轮齿数所以计算得同理可得选择带长1.初定中心距ad1=12.7223.14=88.94mm大带轮节圆直径d2=129.36mnZ2=32Pll-12.7mmZ1=22d=88.94m
45、md2-129.36mmd2=129.36mm因为0.7（d2+d1）a2（d2+d1）dz一大带轮节圆直径出一小带轮节圆直径d1=88.94mm所以152.81a436.6a取420mma=420mm因为1.p=2aC0S+11(+d1)2+(d,-d1)180定。角因为=arcsin,(d2-d2a)所以。=arcsi11(129.3688.94/2420)=3所以a=420mm。=3所以1.p=2X420XC0S3+乃(129.36+88.94)/2+%X3(129.36-88.94)/180=839+343+2=1184mm节线长1.P=II84mm查好用机械设计手册(下)表10.5-
46、5取整后选用长度代号为5101.p=1295.4mm齿数Z1.lO2的同步带4)、传动中心距a的确定EM=Pb8(2Zb-Z1-Z2)/一修正系数E一同步带节距Pb=12.7mmZ一同步带齿数Zb=1024一大带轮齿数Z尸22%一小带轮齿数Z2=32所以计算得M=12.7/8(21X102-22-32)=238.125M-238.125mm因为a=M+-pb(Z2-Zl)211Q238.125+(238.125)2-204.483=476mma-476mm所以节线长1.P=I295.4mm传动中心距a=476mm5)、选择标准带宽确定小带轮齿数Zl22小带轮转速n1=184rpm查好用机械设计手册(下)表10.5T7用差值法计算得H型带的基准额定功率P。=2.7Kw确定实际带宽A因为bsbs(Pdk2Po)bs.一标准带宽查好用机械设计手册(下)表10.5-4bso-76.2mmE-设计功率Pd=O.5kw眉一啮合齿数系数”据实际工作要求K2=I所以bs76.2(0.512.7),z,14=17.4查好用机械设计手册表10.5-41.取标准为25.4mm其标准宽度代号为100宽度极限偏差为bs=25.4mm确定带宽系
