四自由度上下料机械手结构设计及机构精度研究-机械综合实验与创新设计-中期进度报告gjlt.docx

四自由度度上下料料机械手手结构设设计及机机构精度度研究中期进度度报告 团队中期进度报告目录 一 绪论论11.1 前期主主要工作作11.2前前期工作作总结11二 机械械手设计计方案112.1 机械手手工作性性能要求求12.1.1 工工件材料料12.1.2 搬搬运要求求12.1.3 机机械手自自由度数数22.1.4 机机械手手手部方案案设计222.1.5 机机械手提提升方案案设计222.1.6 机机械手水水平搬运运方案设设计22.1.7 机机械手驱驱动方案案设计222.1.8 机机械手控控制方案案设计222.2 机械手手主要技技术参数数22.2.1 机机构运动动简图332.2.2 摆摆臂CDD尺寸的的确定332.2.3 BB点F点点位置的的确定332.2.4 手手臂极限限工作状状态分析析52.2.5 机机构尺寸寸62.3 传动方方案的确确定6三 手部部结构设设计63.1电电磁铁类类型63.2 电磁铁铁参数663.3安安装连接接方式773.4电电磁铁的的体积规规格7四 气缸缸及气动动系统设设计74.1气气缸的设设计计算算74.1.1气缸缸类型及及安装形形式74.1.2活塞塞杆直径径计算774.1.3气缸缸筒内径径计算774.1.4气缸缸的行程程84.1.5气缸缸的运动动速度884.3气气缸夹板板9五 机械械臂结构构设计及及校核995.1 手臂结结构强度度设计与与校核995.1.1 材材料及型型材确定定95.1.2 摆摆臂与驱驱动臂连连接夹板板105.1.3 配配重质量量的确定定115.1.4 摆摆臂设计计及校核核115.1.5 驱驱动臂结结构设计计及校核核135.1.6 支支撑臂设设计1335.1.7 机机械手质质量计算算135.1.8 手手臂转动动惯量的的计算1145.2手手臂齿轮轮齿条的的设计计计算1555.2.1设计计要求1155.2.2齿轮轮齿条的的材料选选择1555.2.3各系系数的选选定1555.2.4齿轮轮的设计计参数，许许用应力力的选择择165.2.5齿轮轮的设计计计算1175.3手手臂齿轮轮的设计计计算1185.4 机械手手转臂处处电机的的选取223六 底座座设计与与校核2236.1 行星轮轮设计与与校核及及电机的的选取2236.1.1 中中心轮和和行星轮轮设计2236.1.2 行行星轮及及大外轮轮与校核核286.1.3 齿齿轮具体体参数2296.1.4齿轮轮润滑油油的选取取306.1.5电机机的选择择306.2导导轨的设设计计算算316.2.1导轨轨的类型型316.2.2直线线导轨副副截面3316.2.3滚动动导轨载载荷计算算316.2.4导轨轨的选取取336.2.5预期期寿命3336.3 拖动导导轨运动动的齿轮轮齿条设设计以及及电机的的选择:336.3.1 齿齿轮齿条条的设计计346.3.2 齿齿轮齿条条具体参参数3666.3.3齿轮轮润滑油油的选取取376.3.4电机机的选取取37七 传感感器和微微动开关关的选择择387.1 光电传传感器的的选择3387.2 微动开开关的选选取及其其具体参参数388八 后续续工作338一 绪论论1.1 前期主主要工作作前期工作作我们把把重点放放在机械械手机构构和结构构设计计计算，具具体工作作如下： 确定技技术参数数：在满满足功能能要求的的前提下下，参考考实验室室上下料料机械手手的技术术参数，结结合上网网查阅的的工业机机械手的的实际生生产应用用，确定定了机械械手的设设计方案案，并对对机械手手的主要要技术参参数进行行了选择择，包括括抓取工工件的几几何尺寸寸和质量量、工作作寿命、手手臂运动动参数、工工作节拍拍、定位位精度等等。 确定技技术方案案和技术术参数之之后，我我们展开开了结构构设计。我我们根据据技术要要求选择择电磁铁铁、气缸缸，确定定气动系系统的传传动原理理；确定定摆臂的的结构与与材料，并并进行校校核；实实现摆臂臂上下动动作的齿齿轮齿条条、齿轮轮的设计计计算及及电机的的选择；实现机机械手旋旋转动作作的行星星轮的设设计计算算和电机机的选择择；在上上述设计计完成后后，精确确计算机机械手的的质量，进进行导轨轨的选择择；实现现机械手手水平运运动的齿齿轮齿条条的设计计计算和和电机的的选择；这样，我我们基本本完后了了机械手手的设计计计算。1.2前前期工作作总结 总的来来说，前前期工作作完成的的还是比比较圆满满的，经经过大量量的设计计计算我我们确定定了机械械手的结结构尺寸寸和力学学数据，主主要零件件的参数数，为接接下来的的仿真分分析和性性能计算算提供可可靠的数数据。在在老师的的指导帮帮助下，对对设计的的概念有有了一个个更加深深刻的认认识。在在进行一一些主要要零件的的设计计计算过程程中也遇遇到很多多专业知知识瓶颈颈，我们们通过翻翻阅资料料学习消消化再进进行计算算。虽然然期间经经过一些些磕磕绊绊绊，也也遇到一一些比较较棘手的的问题，但但在我们们小组成成员的一一起努力力下，我我们最终终完成了了这些工工作。但但是，仍仍然存在在一些问问题。三三维建模模工作由由于过于于乐观的的估计了了计算量量的多少少导致只只是完成成了一部部分，由由于对专专业软件件的不熟熟悉，影影响了项项目进度度。这些些都是我我们在接接下来的的工作中中需要注注意的。二 机械械手设计计方案对于机械械手的要要求是能能快速、准准确地拾拾放和搬搬运物件件，这就就要求他他们具有有高精度度、快速速反应、一一定的承承载能力力、足够够的工作作空间和和灵活的的自由度度及在特特定位置置精确定定位的要要求。因因此，我我们根据据工件材材料的作作业技术术要求，给给定了最最合理的的作业顺顺序。之之后在满满足系统统功能要要求和条条件的前前提下，根根据工件件的结构构形状和和材料特特性，进进一步确确定了机机械手结结构；同同时在设设计过程程中，在在满足工工作条件件的要求求使用的的前提下下，尽量量选用标标准件，降降低制造造成本，并并简化设设计过程程。2.1 机械手手工作性性能要求求2.1.1 工工件材料料工件重量量 M=5kgg，材料料为灰铸铸铁，密密度， 工件件形状如如图2-1所示示： 图 22-1 工件几几何形状状2.1.2 搬搬运要求求 工件提提升高度度 HH=6550mmm 生生产节拍拍 T=112s 使使用寿命命 工工件搬动动距离 xx方向搬搬运距离离8666mm，yy方向搬搬运距离离16000mmm；如右右图图22-2所所示。 我我们采用用机械手手来实现现此功能能要求，并并在功能能要求的的基础上上，我们们确定了了机构的的设计技技术方案案及设计计技术参参数： 图图2-22 水平平搬运距距离2.1.3 机机械手自自由度数数由于工件件在竖直直方向和和回转方方向上都都有运动动，因此此，将机机械手自自由度数数确定为为四个，即即两个转转动自由由度（立立柱回转转自由度度和摆臂臂上下摆摆动自由由度）和和两个移移动自由由度（立立柱水平平移动自自由度和和工件竖竖直移动动自由度度）。2.1.4 机机械手手手部方案案设计 由于工工件材料料为灰铸铸铁，所所以采用用吸附式式电磁铁铁，方便便快捷，可可提高吸吸附效率率。2.1.5 机机械手提提升方案案设计 按按照工件件材料提提升要求求在竖直直方向上上，工件件的材料料的提升升由两部部分组成成： （11）摆臂臂提升高高度5000mmm；（22）气缸缸提升高高度1550mmm，减小小摆臂提提升高度度，可使使结构更更加紧凑凑。2.1.6 机机械手水水平搬运运方案设设计 考虑到到机械手手水平搬搬运距离离相对竖竖直提升升距离较较大，水水平搬运运主要由由两部分分组成：摆臂的的回转和和水平移移动。2.1.7 机机械手驱驱动方案案设计 由于于气压传传动动作作迅速，反反应灵敏敏，齿轮轮齿条传传动寿命命长，工工作平稳稳，可靠靠性高，所所以我们们采用两两种传动动方案结结合，实实现机械械手的传传动。2.1.8 机机械手控控制方案案设计 由于于专业所所学知识识有限，控控制系统统的设计计暂不考考虑、2.2 机械手手主要技技术参数数生产节拍拍对机械械手的速速度提出出了要求求，我们们根据机机械手设设计方案案，对机机械手各各自由度度运动时时间及机机械手运运动方案案进行了了划分：（1）工工件吸取取时间11s；（22）机械械手的摆摆臂提升升、气缸缸提升及及底座前前进，三三个运动动同时进进行，时时间2ss；（33）之后后摆臂旋旋转900度，时时间3ss；（44）释放放工件，时时间1ss；（55）摆臂臂旋转990度返返回，时时间3ss；（66）机械械手摆臂臂下降、气气缸下降降及底座座后退，三三个运动动同时进进行，回回到初始始位置，时时间2ss。这样样完成了了一个工工作周期期。 设计方方案确定定之后，根根据生产产节拍，确确定了机机械手的的技术参参数1.抓重重 5kgg 2.机机械手自自由度 43.最大大工作半半径 12000mmm； 4.摆摆臂运动动参数 提升升高度 5000mm：提升时时间 22s； 5.支支撑臂运运动参数数 回转范范围；回回转速度度；最大大中心高高10550mmm 6.定定位方式式 微动开开关和机机械挡块块 7.定定位精度度 2.2.1 机机构运动动简图 在确定定了机械械设计方方案之后后，我们们确定了了机械手手的运动动原理，来来实现要要求的机机构功能能，并画画出了机机械手的的机构运运动简图图，如右右图图22-3所所示 其中中，M点点、N点点分别为为摆臂部分分和部分的的中点。图2-33 机构构运动简简图2.2.2 摆摆臂CDD尺寸的的确定1.为满满足搬运运要求 取取 22.为提提供足够够的旋转转空间 取 33.防止止机构尺尺寸太大大 取取配重杆杆长度2.2.3 BB点F点点位置的的确定2.2.3.11 B点点位置确确定 为确定定B点位位置，对对CD杆杆受力分分析公式式中各个个点的位位置及角角角所表表示角如如右图图图2-44所示：对杆ADD受力分分析可得得 图图2-44 受力力分析图图其中：配重质质量；：摆臂部分分质量；：摆臂部分分质量；：点气气动系统统、电磁磁铁及气气动系统统夹板质质量； ：在BB点驱动动臂BGG对摆臂臂CD的的力；：分别表表示对应应图2-4中两两点之间间距离；由此可得得 所以由公公式可知知 当增增大的时时候，减减小； 当当增大的的时候，即即减小，减减小，即即F点下下移；所以，BB点越靠靠近C点点，F点点越靠近近O点，都都会使所所需减小小。 因为当当机械手手处于最最低状态态时，最最大，最最大，所所以取此此极限状状态进行行分析。前述可知知，越大大，越小小；但是是，越大大，将导导致BGG杆过长长，所以以取=110000 mmm。优点点：（11）节省省材料，防防止驱动动臂BGG过长；（2）预预留长度度，为机机械手装装配留有有足够空空间，保保证机械械手强度度。2.2.3.22 F点点位置确确定为了确定定点位位置，先先对特殊殊状态，即即F点与与B点处处于同一一水平高高度，且且 B点点位于最最低点处处时，进进行分析析，机械械手所处处工作状状态及点点的位置置间的关关系如图图2-55所示：由几何关关系可知知图2-5 假假定最低低工作状状态在垂直于于杆ACC 方向向上分力力 所以，有有一半的的力无法法做功，从从而导致致电机功功率太大大。所以，为为了避免免此位置置，而且且不会使使驱动臂臂GB太太长，取取=5550mmm。2.2.4 手手臂极限限工作状状态分析析2.2.4.11 手部部最高点点状态 此时 机构相相对关系系如右图图图2-6收拾拾，由此此可确定定驱动臂臂BG长长度图2-66 最高高工作状状态2.2.4.22 手部部最低点点状态 此状状态分析析，可以以帮助我我们确定定机械手底座距距离工件件输送段段的距离离,并且且确定驱驱动距离离,符号号及公示示所表示示意义如如图2-7所示示：图2-77 最低低工作状状态由余弦定定理可知知FF所以， 为满足安安装要求求，各机机械臂长长度应留留有足够够的余量量现将各机机械臂的的长度调调整如下下：由于能加加的长度度并不影影响结构构的强度度，所以以强度计计算仍按按调整前前尺寸进进行计算算。2.2.5 机机构尺寸寸 在完成成上述分分析的基基础上，机机构的各各部分尺尺寸就可可以确定定，如下下图图22-8所所示，为为接下来来的结构构设计奠奠定了基基础： 图2-8 机机构尺寸寸2.3 传动方方案的确确定气压传动动动作迅迅速，反反应灵敏敏，齿轮轮齿条传传动寿命命长，工工作平稳稳，结构构尺寸紧紧凑，可可靠性高高，所以以我们采采用两种种传动方方案结合合，针对对各处传传动特点点，采用用了如下下方案，实实现机械械手的传传动：CC点处选选用气压压传动实实现工件件竖直方方向提升升1500mm；F点处处，选用用齿轮齿齿条传动动，实现现摆臂GGB的上上下摆动动；在00点处，选选用行星星轮传动动，实现现支撑臂臂的回转转运动，同同时选用用齿轮齿齿条传动动实现机机械手的的前进送送料运动动。三 手部部结构设设计 对于导导磁性的的环类和和带孔的的盘类零零件，以以及有网网孔状的的板料等等，通常常用电磁磁吸盘吸吸料，为为了提升升工件材材料的抓抓取速度度，并结结合工件件材料的的材料特特性，故故选取了了吸附式式电磁铁铁。电磁磁铁都是是为特定定客户设设计、生生产,型型号众多多无法一一一列举举，我们们把电磁磁铁的主主要参数数列举如如下。3.1电电磁铁类类型 交流电电磁铁需需要的骤骤增功率率是同等等直流电电磁铁的的两倍，而而且直流流电磁铁铁只要电电压稳定定，温升升在很小小的环境境下，其其提供的的为稳定定的磁场场，保证证被吸物物能够稳稳定的吸吸在电磁磁铁上，所所以选用用直流电电磁铁。3.2 电磁铁铁参数 工工作电压压36VV（DCC） 初吸力力（200mm）224V 3 根根据电磁磁铁工作作状况，选选用安全全系数为为1.55 终终吸力（00mm）336V 7.55 由由机械手手上的电电磁铁工工作性质质可知，选选用间歇歇式直流流电磁铁铁、500%负载载循、 C级线线圈、绝绝缘等级级B级-13003.3安安装连接接方式 气压系系统的采采用外部部螺栓连连接，并并在手部部支架采采用卡槽槽嵌入。3.4电电磁铁的的体积规规格 长×宽×高=880×60×40（单单位mmm)，查查阅资料料得电磁磁铁质量量计算时时取密度度7.55g/，mm=7.5×80×60×40×=1.44四 气缸缸及气动动系统设设计 气缸的的优点，负负载可以以很大，动动作很迅迅速，反反应可以以很快；对环境境适应性性好，可可以在恶恶劣环境境中使用用。由于于重物竖竖直方向向提升距距离较大大，并且且为使结结构紧凑凑，竖直直方向的的提升距距离部分分由气动动系统实实现提升升高度1150mmm，设设计参考考机械械设计手手册4。4.1气气缸的设设计计算算4.1.1气缸缸类型及及安装形形式气缸类型型：机械械手的运运动要求求气缸活活塞向两两个方向向运动，所所以选定定双作用用普通气气缸。安装形式式：固定定式气缸缸，前法法兰MFF1式。4.1.2活塞塞杆直径径计算采用实心心活塞杆杆，材料料为400cr3-447 抗拉强强度=9880MPPa = S-安安全系数数 S1.44所以直径径d （4AA/）=0.3399考虑到加加工和冲冲击载荷荷，根据据表244.2-5活塞塞直径系系列，选选取直径径为100。技术要求求：（1） 直径d与与气缸导导向套配配合，公公差取ff8，粗粗糙度RRa为00.8uum（2） 同轴度误误差不大大于0.02（3） 热处理：调质（4） 活塞杆杆与活塞塞的连接接：用螺螺纹连接接4.1.3气缸缸筒内径径计算活塞杆下下行时产产生的拉拉力F F=（DP）活塞杆上上行时产产生的拉拉力F F=（Dd）P此结构中中气缸工工作频率率一般，基基本是匀匀速运动动，其载载荷率可可取=0.70.885，取取最小值值0.77。由24-41一一般气缸缸的正常常工作条条件工作作压力为为0.440.66MPaa，取气气缸的工工作气压压为0.5MPPa，选选取较大大的D值值。D=(d）=(0.001）=0.0018mm=188气缸筒内内径圆整整（表224.22-4），取取204.1.4气缸缸的行程程气缸的行行程与其其使用场场合及工工作机构构的行程程比有关关，不应应使用满满行程，以以免活塞塞与缸盖盖相碰撞撞，需加加10-20的行程程余量，本本机械手手要求气气缸的行行程为1150，考虑行程程余量，所所以行程程为1665。4.1.5气缸缸的运动动速度本气缸的的真正的的行程为为1500，要求求在3秒秒之内完完成，取取t=22秒，所所以气缸缸的运动动速度VV=775/s4.2 气缸系系统控制制原理图图气缸系统统控制原原理图如如图4-1所示示 图4-1 气气缸系统统控制原原理图4.3气气缸夹板板 几何形形状如图图4-22，用于于固定气气缸，连连接提升升杆，增增强结构构刚度选用7AA04铝铝合金板板材 公称厚厚度 88mm ，质质量 图图4-22 气缸缸夹板 五 机械械臂结构构设计及及校核5.1 手臂结结构强度度设计与与校核5.1.1 材材料及型型材确定定5.1.1.11 材料料确定 查查阅机机械设计计手册BB1P33-2990 表3.2-221，选选取材料料ZAllSi77Mg Zl1101 J 材材料强度度，伸缩缩率5.1.1.22型材确确定1）铝合合金型号号：HFF-8-30330，截截面图及及参数如如图5-1所示示：图5-11 HHF-88-30030铝铝合金截截面图及及参数2)铝合合金型号号:HFF-8-30660,截截面图及及参数如如图5-2所示示：图5-22 铝合合金截面面图及参参数5.1.2 摆摆臂与驱驱动臂连连接夹板板 用于连连接驱动动臂GBB与摆臂臂CD，降降低连接接点B点点处的应应力，提提高结构构的强度度和使用用寿命，驱驱动臂连连接夹板板轮廓图图如图55-3所所示。查阅机机械设计计手册第第一册PP3-3355 表3.2-1146，选选用7AA04型型铝合金金型材 工程程厚度88mm ，质质量图5-33 连接接夹板轮轮廓图5.1.3 配配重质量量的确定定为了降低低功耗，提提高效率率，决定定在摆臂臂的末端端设计配配重，设设计原则则是使得得机械臂臂在空载载时，摆摆臂处于于平衡状状态，并并且驱动动臂提供供驱动力力接近为为0.以以摆臂水水平状态态时进行行分析，受受力图如如图5-4：图5-44 摆臂臂CD受受力分析析图所以为保证前前端略重重，去安安全系数数k=11.255所以配重材料料选取铸铸铁，灰灰扎圆钢钢，d=55mmm 机械设设计手册册第一一册 PP3-1127 表3.1-11335.1.4 摆摆臂设计计及校核核 由前前述可知知，当摆摆臂处于于最低点点状态时时，并且且提升工工件时，结结构处于于最危险险状态，所所以对此此状态进进行分析析，结构构所处状状态如前前图2-7所示示。5.1.4.11 材料料确定摆臂采用用HF-8-330300型铝材材5.1.4.22 强度度校核带入数据据求得 作出结构构剪力图图与弯矩矩图，如如图5-5所示示。 图5-5 剪剪力图与与弯矩图图由图5-4剪力力图与弯弯矩图可可知，AA点弯矩矩最大，为为最危险险截面 所以取安全系系数K=10则所以，强强度满足足要求。5.1.5 驱驱动臂结结构设计计及校核核驱动臂采采用HFF-8-30330型铝铝材由前求可可知，驱驱动臂GGB最大大应力型材截面面积HFF-8-30330可由由下述公公式近似似算出：所以所以满足足要求5.1.6 支支撑臂设设计 支支撑臂主主要受压压，采用用HF-8-330600型铝材材，来提提高支撑撑臂的强强度，提提高结构构使用寿寿命5.1.7 机机械手质质量计算算5.1.7.11立柱两两侧肋板板质量查阅机机械设计计手册取取公称厚厚度为110mmm铝合金金板材，5.1.7.22支撑臂臂质量 支撑臂臂所需型型材长度度 L=4400+5500+300+300+400=10050mmm 支撑臂臂横向连连接型材材长度 L22=2000-3302=1400mm 所以总总质量 材料为为HF-8-3306005.1.7.33 驱动动臂BGG质量5.1.7.44.摆臂臂CD质质量摆臂所需需型材长长度 摆臂质质量 5.1.7.55.气缸缸、电磁磁铁及夹夹板质量量5.1.7.66其他质质量 电机、齿齿轮齿条条、底座座等质量量机械手工工作时总总质量5.1.8 手手臂转动动惯量的的计算转动惯量量的计算算，为接接下来底底座旋转转的驱动动电机的的选择做做好准备备。由大大学物理理知识可可知，当当机械手手臂处于于最高点点状态时时，转动动惯量最最大，所所以取摆摆臂处于于最高状状态时进进行分析析：对于摆臂臂CD的的AC部部分 对于驱动动臂BGG：对于摆臂臂CD的的AD部部分：对于配重重当提升重重物时，在在c点处处总质量量 对于BB点处连连接夹板板、系统转动动惯量5.2手手臂齿轮轮齿条的的设计计计算5.2.1设计计要求机械臂上上下料时时齿条的的行程：L=2274 齿齿条受到到的最大大轴向力力：F=1299.033N 机械械手臂抬抬升和下下降的时时间：tt=3ss 选选择齿轮轮齿条传传递动力力的原因因：一方方面齿轮轮传动比比较容易易做成模模块化的的机构，另另一方面面可以缩缩小机械械体积便便于模块块化的装装卸、检检修。5.2.2齿轮轮齿条的的材料选选择确定齿轮轮齿条的的疲劳极极限应力力参考机械械设计手手册，选选择齿轮轮齿条的的材料为为齿轮：338SiiMnMMo，调调质，硬硬度3220-3340HHBS齿条：335SiiMnMMo，调调质，硬硬度2880-3300HHBS由图166.2-17及及图166.2-26，按按MQ级级质量要要求取值值，查得得=7990N/=7660N/；=6440N/=6000N/5.2.3各系系数的选选定起升系统统的最大大功率PP=F××V F=1129.03NN =991.333/s计算齿轮轮强度用用的载荷荷系数kk，包括括使用系系数k；动载荷荷系数kk；齿间间载荷分分配系数数k；及及齿向载载荷分配配系数kk； 即即：K=kkkkk1）使用用系数考虑齿轮轮啮合是是外部因因素引起起的附加加载荷影影响的系系数，该该齿轮传传动的载载荷状态态为轻微微冲击，使使用系数数k取11.355。2）动载载荷系数数齿轮传动动不可避避免地会会有制造造及装配配误差，轮轮齿变载载后还需需要产生生弹性变变形，由由于啮合合齿对刚刚度的变变化，也也要引起起动载荷荷，k取取1.00。3）齿间间载荷分分配系数数对于直齿齿齿轮，取取k=114）齿轮轮载荷分分布系数数计算齿轮轮强度时时，考虑虑齿面上上载荷沿沿接触线线分布不不均匀现现象，通通常以系系数 kk 来表表征齿面面上载荷荷分布不不均匀的的程度对对齿轮强强度的影影响，取取k =1.334综上所述述，最终终确定齿齿轮系数数k=kkkkk=1.35××1×1×1.334=11.85.2.4齿轮轮的设计计参数，许许用应力力的选择择1）压力力角的选择择我国对一一般用途途的齿轮轮传动规规定的标标准压力力角为 =2202）齿数数z的选选择为使齿轮轮免于根根切，应应取Z17，这这里取zz=2003） 齿宽系数数 的选选择取 =0.444）预计计工作寿寿命3年，每每年3000个工工作日，每每个工作作日100个小时时L=3××3000×30=90000h5） 齿轮的许许用应力力=式中：ss-疲劳劳强度安安全系数数，对接接触疲劳劳强度计计算时，取取S=11 k-考考虑应力力循环次次数影响响的系数数，称为为寿命系系数 应应力循环环次数NN的计算算方法是是：N=600njLLn为齿轮轮的转速速；j为为齿轮每每转一周周时，同同一齿面面啮合次次数；L为齿轮轮的工作作寿命；n暂取取60（单单位为rr/miin）则N=660×60×90000=33.244×10查机械设设计手册册3图116.22-188可得 k=11.2=9448MPPa=6440N/；K=11；s=1.22=5333.3MMPa当齿数zz=200 17 时，齿齿形系数数Y=22.8，应应力校正正系数YY=1.55基本参数数选择完完毕5.2.5齿轮轮的设计计计算齿轮的设设计公式式：m转矩T= nmz=v×60m=00.1776根据模数数的常用用值取mm=2.5；nn=355r/mmin 通过上述述计算得得m=22.5 zz=200 所以以分度圆圆直径dd=500 齿齿面接触触疲劳强强度计算算公式(机械设设计第四四版.邱邱宣怀)d2.32式中的单单位为MMPa, d的的单位为为mm，其其余各符符号的意意义和单单位同前前，由于于传动为为齿轮齿齿条传动动，传动动比近似似无穷大大，所以以=1 查（机械械设计手手册第四四版表112.112）Z=1889.88d2.23=18.5取两者的的偏大值值d=550计算齿宽宽b=0.44×50=20齿条宽度度要比齿齿轮齿宽宽要大，取取齿条宽宽b=225齿条的高高度，考考虑到齿齿高和装装配要求求，取hh=155最终确定定齿轮数数据： 模数m=2.55 齿数数z=220 分度度圆直径径d=550 齿宽bb= 220齿条宽bb=255 转速nn=355r/mmin 齿条条的高度度h=1155.3手手臂齿轮轮的设计计计算设计要求求：取传传动比为为3，输输出轴转转速355r/mmin。设设计参考考机械械设计第第四版 邱宣怀怀计算项目目计算内容容计算结果果材料选择择正火处理理结构钢钢硬度小齿轮 硬度3350HHB 大齿轮 硬度3320HHB转矩T=95550=95550×T=32215NN·mm齿宽系数数 值由表122.166估计接触疲劳劳强度极限限由图122.177(b)初步计算算许用接接触应力力初步计算算小轮直直径d11初步齿宽宽 b2.校核核计算圆周速度度v精度等级级由表122.69级齿数Z模数m螺旋角取Z1=21由表122.3，取取mn=1.5 mmmZ=Z1=220Z2=660使用系数数KA由表122.9 工作作特性取取动力机轻轻微冲击击；工作作机均匀匀平稳KA=11.1动载系数数KV由图122.9 对于于9级精精度齿轮轮KV=11.144齿间载荷荷分系数数由表122.100先求N/K=齿向载荷荷分布系系数载荷系数数K弹性系数数由机械设设计 表表12.12节点区域域系数由机械设设计 图图12.16接触最小小安全系系数由机械设设计 表表12.14=1.005总工作时时间=90000h应力循环环次数接触寿命命系数由机械设设计 图图12.18=1.228=1.440许用接触触应力验算所以计算算结果表表明，接接触疲劳劳强度较较为合适适，齿轮轮尺寸无无需调整整。3.确定定主要传传动尺寸寸中心距aaa=600分度圆直直径d1=330mmmd2=990齿宽bb=188 mmm取mm4.齿根根弯曲疲疲劳强度度验算重合度系系数齿间载荷荷分配系系数由表122.100，=1.443齿向载荷荷分布系系数由图122.144=1.441载荷系数数K齿形系数数由图122.211应力修正正系数由图122.222弯曲疲劳劳极限由图122.233弯曲最小小安全系系数由机械设设计 表表12.14=1.225弯曲寿命命系数由机械设设计 图图12.24尺寸系数数由图122.255许用弯曲曲应力由上述计计算的齿齿轮的具具体参数数如下表表所示：序号名称符号计算公式式及参数数选择1模数mn1.5mmm2螺旋角03分度圆直直径mm mm4齿顶高1.5mmm5齿根高1.8775mmm6全齿高3.3775mmm7顶隙0.755mm10中心距120mmm5.4 机械手手转臂处处电机的的选取 由由于机械械手齿轮轮齿条工工作时要要求往复复移动，即即需要电电机正反反转，这这里选用用交流伺伺服电机机，可以以对转速速很好地地控制能能力。 如如下是根根据实际际生产状状况所选选取的交交流伺服服电机的的部分参参数： 型号：80SST-MM024430. 级级数：44级. 额定输输出功率率：7550W. 额额定转矩矩：2.4N*m. 瞬时最最大转矩矩：7.2N*m. 电机转转子惯量量：1.06KKgcmm 机械时时间常数数：0.95mms. 电气时时间常数数：6.47mms. 额定转转速：330000rpmm. 额额定相电电流：44.2AA. 重量：2.77kg. 编码码器线数数：25500CC/T. 额定电电压:单单相2220V AC六 底座座设计与与校核6.1 行星轮轮设计与与校核及及电机的的选取6.1.1 中中心轮和和行星轮轮设计立柱，配配重，工工件，支支架，气气缸，电电磁铁等等质量共共18.68kkg.再再加上电电机以及及齿轮齿齿条的质质量，共共计222kg.行星轮最最大直径径预估计计为D行行=3660mmm.除克克服摩擦擦力矩外外，使机机械手正正常工作作所需转转矩为TT工=111.588N*mm.行星轮与与底座水水平接触触，摩擦擦系数参参见表44.1，取取矿物油油湿润金金属表面面，摩擦擦系数取取0.22进行计计算。gg取9.8m/s2计。则克服摩摩擦所需需转矩TTm=M总g*DD/4*10000=00.2*22*9.88*3660/44*10000 =33.888N*mm.总转矩为为T总=T工+Tm=111.588+3.88=15.46NN*m.计算项目目计算内容容计算结果果材料选择择小齿轮 40CCr 调调质处理理大齿轮 45钢钢 调质质处理齿形直齿圆柱柱齿轮啮合方式式外啮合硬度小齿轮 硬度2241-2866HB，平平均取2260HHB 大齿轮 硬度2229-2866HB,平均取取2400HB转矩由先前所所求TII=154460