河北工程大学机械手伸缩臂设计word精品

2 伸缩臂的设计方案

2.1 设计方案论证以及确定

设计参数2.1.1

1. 伸缩长度：300mm，伸缩臂固定在升降台上，随升降台做上下运动和旋转运动；伸缩臂前端安装机械手，用于夹持工件；伸缩臂直线伸缩，完成工件的工位转换；

2. 单方向伸缩时间：1.5—2.5s；

3. 定位误差要定位措施，定位误差小于2mm；

4. 前端安装机械手，伸缩终点无刚性冲击。

2.1.2 设计方案的比较论证

…

2.2 机械手伸缩臂总体结构设计方案

经过本人的反复思考及论证，先做出运动简图。现如下图2-1所示，该机构中支座安装在机器人床身上，用于安装滚珠丝杠和伸缩杆等零件。由步进电动机（1）驱动，带动一级齿轮减速器（2）。通过减速器输出轴与丝杠（3）相连，以电机为动力驱动滚珠丝杠转动，通过丝母的直线运动，推动导向杆运动，利用电机正反转动实现伸缩换向。法兰用于安装机械手，构成如图所示的结构。

图2-1 步进电机伸缩机构示意图

2.3 执行装置的设计方案

2.3.1导向机构的选择与计算（这部分可以不做）

滚珠丝杠的选择2.3.2

2.3.2.1滚珠丝杠副的选择：，所以速度S为300毫米，伸缩时间t为2秒（1）

由题可知：伸缩长度300smmmmm则：） ,初选螺距P=10mm （ 2.9

15.??1500?V?sss2t60V150?rr）（ 2.10

900???n minmin m10P???（2）计算载荷：F C为精度系数）。（为载

荷系数，为硬度系数，F?F?K?K?KKKK mHFACAHF????????8576取D ，取级精度，取由

题中条件，取 1.K?1.0K2?K1.?1AFH F :

丝杠的最大工作载荷m:

导向杆所受摩擦力即丝杠最大工作载荷? =120N

F=（ 2.11 Ｆmax=）400?.150N120?2112.0?1.1?.F?12?1则：C'C 2-4（3）计

算额定动载荷）的值：由式（a'Ln'hm 2.12 ）

（FC?3aC41067.?1r960n?15000h?,L min mH15000960?'CN200642112??所以

3a4101.67?''CC的原则，选等于或稍大于4（）根据选择滚珠丝杠副：按滚珠丝杠

副的额定动载荷aa??9 FC1型滚珠丝杠用汉江机床厂

汉江机床厂FC1型滚珠丝杠表2-1

丝螺滚旋珠额定载荷杠尺寸

mm

mm/直/螺母安装尺寸角丝动中大导径静杠径径程米载载代制号

?Dd m /C/C/NN aoa?D hdpDLQEM?m

9264544M3839117164 112.9 0 090 18 5 5 9825

8 6 5

1379

69

0.5

6-3

N21379?CNC22556?，FC1-5006-3 FC1-52008-2.5 aa 2-9考虑各种因素选用

FC1-5006-3。由表得丝杠副数据：' ?mm50D?11?2公称直径p=8mm 导

程螺旋角0mm.?d3969滚珠直径0 2-1中尺寸计算：按表

mm.2064?9693520?520R?.d.?.mm（滚道半径 2.13 ）0d3.969?????20

（2.14 ）偏心距mm?106..07?2064?mm?5.R?e0.07??0????

22?????2?2?2.064)mm?45.76?.??(R?2??dDe2?5025610mm（ 2.15 丝杠内径）01（5）

稳定性验算

所以在设计时应验算其安全系数由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能发生

失稳，）1．

。丝杠不会发生失稳的最大载）（见表2-10S，其值应大于丝杠副传动结构允许

安全系数[S] ）按下式计算：（N荷称为临界载荷F cr2?EI??10a）（ 2.16

?F cr2?)(l；L=450mmm）E=206Mpa; l 为丝杠工作长度（式中E为丝杠材料

的弹性模量，对于钢，????4 2-10。；为丝杠危险截面的惯性矩u为长度系数，见表m依题意：??44?dm3.14?045760.47?1??10m?15??2.（ 2.17 ）

??29?710.15206?10??3.142?6

?64642?u，则取3

（ 2.18 ）N85?10?F?4.cr22??450.???

3??6F10?.854cr安全系数。查表2-10，[S]=3～4。S>[S]，丝杠是安全的，不33031?.S?

F1600m会失稳。

（6）刚度验算 :滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（N·m）共同作用下引起每个导程的变形量:

2TppF??11（ 2.19 ）?L???

??2m?A A——丝杠截面积其中44?d??4mJ?J——丝0?GJ2EA c2?d

杠极惯性矩CC32 G——丝杠的切变模量，对于钢MPa.3G?83D??0????FtgT T——转矩m2F为工作载荷，取摩擦系数ρ式中：为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数，m

?，则ρ=8′40″则0025tg.?050??'0'?3 2.20 ）T=

（mN?8?40?430??100.?tg243112按最不利情况取（其中F=）

F m??23324310.??100?43016?84PF16P?T4?8???L??????

042222??992GdEd0457610?0?0.04576143..?83.3?3.14?206?1011?2

（ 2.21 ）m?N23?10?2.则 : 丝杠在工作长度上的弹性变形引起的导程误差为： ?2L?10.23?20?L?L??0.45??1.25um（ 2.22 ）

?）的1/2，即通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度（mm?0.03?L?11? ?3P108?

（ 2.23 ）um15mm03mm?0.015??L?0??.22该丝杠的满足上式，所以其刚度可满足要求。L?（7）效率验算：

??12?为滚珠丝杠副的传动效率

????

0'?)211tg(tg?（ 2.24 ）93.?0??

0''???tg40118tg2??要求在90%～95%之间，所以该丝杠副合格。

经上述计算： Fa—5006—3 各项性能均符合题目要求，可选用。

2.3.2.2滚珠丝杠螺距的选择：P=8mm

2.3.2.3 滚珠丝杠的有效长度：

根据结构的设计确定，要保证有300mm的伸缩长度，先对丝杠螺母进行选择。丝杠螺母选用外循环螺旋槽式：滚珠螺母可得到其结构尺寸总长为L=61mm。根据