手推車(chē)載式蘋(píng)果采摘機(jī)設(shè)計(jì)含proe三維及11張CAD圖,車(chē)載,蘋(píng)果,采摘,設(shè)計(jì),proe,三維,11,十一,cad
設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 班級(jí) 學(xué)生：
題目： 蘋(píng)果采摘機(jī)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）從20XX 年 2 月 日起到 20XX 年 月 日
課題的意義及培養(yǎng)目標(biāo)：
蘋(píng)果采摘機(jī)可以很好的減輕采摘蘋(píng)果時(shí)的人工勞動(dòng)及成本，比人工采摘更加高效。因此本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)替代人工執(zhí)行采摘蘋(píng)果工作的一種機(jī)器裝置，在完成蘋(píng)果采摘機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)該畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生能將學(xué)到的知識(shí)系統(tǒng)化，并得到擴(kuò)大和補(bǔ)充，將理論和實(shí)際結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生學(xué)會(huì)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的初步能力。
設(shè)計(jì)（論文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料：
收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)蘋(píng)果或相關(guān)果品采摘機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用狀況，了解其機(jī)構(gòu)形式和控制方式；收集相關(guān)蘋(píng)果采摘機(jī)的傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)資料；收集各種采摘機(jī)械手裝置地運(yùn)行方式及其相關(guān)資料。
所需確定的參數(shù)有：蘋(píng)果采摘機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、采摘機(jī)械臂機(jī)械手的傳動(dòng)及其行程、采摘速度等 。
課題的主要任務(wù)（需附有技術(shù)指標(biāo)分析）：
了解蘋(píng)果采摘機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，設(shè)計(jì)蘋(píng)果采摘機(jī)總體方案；完成其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)機(jī)械手的準(zhǔn)確抓取和輸送到指定位置控制系統(tǒng)；繪制有關(guān)裝配圖和零件圖，并繪制采摘機(jī)電氣控制原理圖及接線(xiàn)圖；完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)，圖紙及 說(shuō)明書(shū)按照學(xué)校及學(xué)院要求完成。
設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排及完成的相關(guān)任務(wù)（以教學(xué)周為單位）：
周 次
設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及要求
1-3
收資，調(diào)研，實(shí)習(xí)安排，熟悉課題
3-4
方案論證，掌握設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)可行方案進(jìn)行論證
5-7
總體設(shè)計(jì)，確定總體方案，繪制總體原理草圖
8-11
部件設(shè)計(jì)，子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及草圖
12-13
其他，包括翻譯和其他工作
14-15
撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，繪制圖紙
16-
準(zhǔn)備答辯，并進(jìn)行預(yù)答辯
學(xué)生簽名：
指導(dǎo)教師：
教研室主任：
I 摘 要 在國(guó)內(nèi)，蘋(píng)果采摘由人工來(lái)完成，采摘效率低、采摘人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、工 作環(huán)境差。蘋(píng)果種植業(yè)的發(fā)展提高了蘋(píng)果機(jī)械市場(chǎng)的需求，為了節(jié)約人力物力， 提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)展采摘器械的研究有重要的意義。蘋(píng)果采摘機(jī)是一種 極具研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的農(nóng)用地面移動(dòng)機(jī)器人，本論文對(duì)具有移動(dòng)功能的采 摘機(jī)進(jìn)行了總體技術(shù)的研究，并主要對(duì)其車(chē)體結(jié)構(gòu)部分、手臂部分、手抓部分 進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 本文首先，通過(guò)功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，確立了蘋(píng)果采摘機(jī)總體功能構(gòu)架； 接著，對(duì)本采摘機(jī)車(chē)體結(jié)構(gòu)部分、手臂部分、手抓部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與校核； 然后，對(duì)其氣動(dòng)及電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；最后采用 AtuoCAD 軟件繪制了蘋(píng)果 采摘機(jī)的裝配圖、主要零件圖及電氣控制系統(tǒng)圖。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)大學(xué)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)在理論結(jié)合實(shí)際的鍛煉下加深了知識(shí) 的理解，對(duì)今后的工作必定帶來(lái)很大幫助。 關(guān)鍵字：蘋(píng)果；采摘機(jī)；氣動(dòng)；電氣控制 II Abstract In China, apple harvesting is done manually, with low efficiency, high labor intensity and poor working environment. The development of Apple planting industry has increased the demand of Apple machinery market. In order to save manpower and material resources and improve the economic benefits of fruit growers, it is of great significance to carry out research on harvesting instruments. Apple harvester is a kind of farmland mobile robot with great research value and application prospect. In this paper, the overall technology of the mobile harvester is studied, and its body structure, arm and grasp are designed in detail. Firstly, through the analysis of functions and design tasks, the overall functional framework of Apple picker is established. Then, the structure, arm and grasp parts of the picking locomotive are designed and checked in detail. Then, the pneumatic and electrical control system is designed. Finally, the assembly drawings, main parts drawings and electrical drawings of the apple picker are drawn by using AtuoCAD software. Control system diagram. Through this design, we can deepen the understanding of knowledge under the practice of combining theory with practice, which will certainly bring great help to the future work. Key words: Apple; Harvester; Pneumatic; Electrical Control III 目 錄 摘 要 ..............................................................................................................................I ABSTRACT.................................................................................................................II 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................1 1.1 研究背景及意義 ..................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................................................................1 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................3 2.1 設(shè)計(jì)要求 ..............................................................................................................3 2.2 總體方案設(shè)計(jì) ......................................................................................................3 2.2.1 驅(qū)動(dòng)方案選擇 ................................................................................................3 2.2.2 移動(dòng)形式的確定 ............................................................................................3 2.2.3 手抓方案設(shè)計(jì) ................................................................................................3 2.2.4 機(jī)械臂、機(jī)身、機(jī)座方案 ............................................................................3 第 3 章 動(dòng)力及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................................................5 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................................5 3.1.1 扭矩的計(jì)算 ...................................................................................................5 3.1.2 啟動(dòng)矩頻特性校核 .......................................................................................6 3.2 回轉(zhuǎn)減速器的選擇 ..............................................................................................6 3.3 回轉(zhuǎn)主軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 ..................................................................7 3.3.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................................................................7 3.3.2 強(qiáng)度校核計(jì)算 ................................................................................................7 3.3.3 軸上零件的選擇與校核 ................................................................................9 3.4 氣缸的選擇 ........................................................................................................11 3.4.1 安裝方式 ......................................................................................................11 3.4.2 作用力大小 ..................................................................................................11 3.4.3 活塞行程 ......................................................................................................11 3.4.4 汽缸型號(hào)選擇 ..............................................................................................12 第 4 章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ............................................................................................13 4.1 大臂、小臂的設(shè)計(jì) ............................................................................................13 4.1.1 受力分析 ......................................................................................................13 4.1.2 內(nèi)力圖的繪制 ..............................................................................................20 4.1.3 寬度、鋼板厚度的選取 ..............................................................................21 4.1.4 危險(xiǎn)截面處高度計(jì)算 ..................................................................................21 4.2 連接銷(xiāo)軸的校核 ................................................................................................22 IV 4.3 抓爪的設(shè)計(jì) ........................................................................................................23 4.3.1 手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..............................................................................................23 4.3.2 手抓支架的設(shè)計(jì) ..........................................................................................24 4.4 移動(dòng)小車(chē)的設(shè)計(jì) ................................................................................................25 4.5 回轉(zhuǎn)底座的設(shè)計(jì) ................................................................................................25 第 5 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................................26 5.1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖 ........................................................................................26 5.2 PLC 的選擇 ........................................................................................................26 5.3 控制方案 ............................................................................................................27 5.3.1 工作原理及控制要求 ..................................................................................27 5.3.2 I/0 分配及原理接線(xiàn)圖 ................................................................................27 總 結(jié) ............................................................................................................................29 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................30 致 謝 ............................................................................................................................31 1 第 1 章 緒 論 1.1 研究背景及意義 果園種植業(yè)的發(fā)展提高了果園機(jī)械市場(chǎng)的需求。在整個(gè)生產(chǎn)中，由采摘果 實(shí)所耗費(fèi)的勞動(dòng)力占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的 5070。采摘作業(yè)季節(jié)性相對(duì)強(qiáng)， 傳統(tǒng)人工采摘的方式不僅僅易造成果實(shí)損傷。同時(shí)，采摘不及時(shí)將會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì) 上的損失。農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移，人員缺乏，隨著老齡化的增長(zhǎng)，生產(chǎn) 成本不斷提高，降低了人們的種植積極性，果園種植業(yè)的發(fā)展受到了制約。為 了節(jié)約人力物力，提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)展采摘器械的研究有重要的意義。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)我大學(xué) 4 年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)的應(yīng)用和鞏固， 對(duì)課本知識(shí)的重新梳理和完善，將 4 年所學(xué)知識(shí)整合起來(lái)，融匯貫通，以達(dá)到 經(jīng)過(guò)四年的量的積累后通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)得到質(zhì)的提升的目的。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)， 是我大學(xué)里最具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能使我的綜合能力有很大 的提升，使我以后的工作提供一個(gè)可靠的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、 性能方面都不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 所以，在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用 范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件， 在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式 機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正 確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn) 型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整 個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、 橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序 來(lái)完成規(guī)定的操作。國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。 使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā) 生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前 已經(jīng)取得一定成績(jī)。 蘋(píng)果和蔬菜的采摘機(jī)器人的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，在 20 世紀(jì)的美國(guó)， 用于收割方法主要是機(jī)械和氣動(dòng)搖晃搖晃風(fēng)格。缺點(diǎn)是蘋(píng)果的脆弱性，效率不 高，是不是特別有選擇性的收獲，存在很大的局限性采摘柔軟，新鮮蘋(píng)果和蔬 菜方面。但此后，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是在工業(yè)機(jī)器人， 日益成熟的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)，采摘機(jī)器人的研究和技術(shù)開(kāi) 2 發(fā)得到了快速發(fā)展。目前，日本，荷蘭，法國(guó)，英國(guó)，意大利，美國(guó)，以色列， 西班牙等國(guó)相繼推出的蘋(píng)果和蔬菜采摘機(jī)器人方面的研究相關(guān)的研究主要橘子， 蘋(píng)果，西紅柿，櫻桃西紅柿，蘆筍，黃瓜，甜瓜，葡萄，甘藍(lán)，菊花，草莓， 蘑菇等，但這些收益還沒(méi)有真正商業(yè)化經(jīng)營(yíng)的機(jī)器人。 研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，但近幾年的快速發(fā)展，也已經(jīng)有很多 的研究。張劍峰，董劍，張志勇，如自適應(yīng)魯棒跟蹤控制算法采摘機(jī)器人設(shè)計(jì); 機(jī)器人視覺(jué)傳感器設(shè)計(jì)立體的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，劉兆祥，劉剛，誰(shuí)撿到了蘋(píng)果方 面江蘇大學(xué)蔡健榮三維信息，例如恢復(fù)的障礙，為柑橘采摘機(jī)器人障礙識(shí)別技 術(shù)的研究;南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院和奪權(quán)的蘋(píng)果和蔬菜研究技術(shù)姬長(zhǎng)英王學(xué)林外環(huán) 控制。 在國(guó)內(nèi)，蘋(píng)果采摘由人工來(lái)完成，采摘效率低、采摘人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、工 作環(huán)境差。目前對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)的報(bào)道比較少，最近國(guó)內(nèi)也有一些采摘機(jī)具的專(zhuān) 利，如堅(jiān)果采摘機(jī)，這些專(zhuān)利能在一定程度上減輕采摘人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改變 采摘人員的工作環(huán)境；但大多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以未從根本上解決采摘難度，效率 低等問(wèn)題。 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)替代人工執(zhí)行采摘蘋(píng)果工作的一種機(jī)器裝置，在完成蘋(píng)果采摘機(jī)機(jī)械 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2.2 總體方案設(shè)計(jì) 2.2.1 驅(qū)動(dòng)方案選擇 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式，本次考了為戶(hù)外作業(yè)，且要求 靈活輕便，因此選用由蓄電池提供電源的直流電機(jī)及直流電機(jī)帶動(dòng)的壓縮機(jī)組 合的方式，及氣動(dòng)、電動(dòng)組合的方式。 2.2.2 移動(dòng)形式的確定 機(jī)器人的移動(dòng)方式存在有輪式、履帶式及仿足式等，我們?cè)诳紤]到機(jī)器人 的工作環(huán)境并不會(huì)出現(xiàn)路面狀態(tài)特別差的情況，所以在這里我們可以直接選擇 使用輪式結(jié)構(gòu)來(lái)作為機(jī)器人的移動(dòng)方式。 2.2.3 手抓方案設(shè)計(jì) 目前，實(shí)現(xiàn)采摘的主要途徑有以下幾種： （1）采用吸盤(pán)牢牢地吸住了蘋(píng)果，然后用剪刀等工具切割莖稈這種方法需 要一個(gè)很好的位置來(lái)檢測(cè)和準(zhǔn)確的調(diào)整端部執(zhí)行器的姿態(tài)，從而增大控制系統(tǒng) 和機(jī)制的復(fù)雜性的困難。 （2）使用剪刀剪開(kāi)莖，稈這個(gè)方法需要一個(gè)好的位置，以檢測(cè)并精確地調(diào) 節(jié)到致動(dòng)器的姿勢(shì)的末端，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制機(jī)構(gòu)的難度。 （3）用激光切割，該方法還要求具有良好的檢測(cè)稈制成的高要求的視覺(jué)系 統(tǒng)中的位置。 （4）人工采摘蘋(píng)果，輕輕握住果實(shí)，食指按住稈，然后向上提起，使果柄 與果枝部位從離層斷開(kāi)，輕輕取出果實(shí)。 蘋(píng)果莖脆弱，容易分離，因此通過(guò)垂直旋轉(zhuǎn)在手腕上，以模擬人的運(yùn)動(dòng)打 破手柄實(shí)現(xiàn)分離和果柄采摘蘋(píng)果或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的模擬人工的方式設(shè)計(jì)。這種方法 簡(jiǎn)單，視覺(jué)系統(tǒng)要求不高。 根據(jù)采摘蘋(píng)果的具體要求，提出了一種蘋(píng)果采摘手抓。該執(zhí)行器由手指、 手掌、機(jī)架等組成。手抓有 3 個(gè)手指，3 個(gè)手指圓周對(duì)稱(chēng)布置，即每側(cè)一個(gè)手 指。每個(gè)手指有 6 個(gè)關(guān)節(jié)。在電機(jī)控制下，通過(guò)絲桿拉動(dòng)手指下部的拉桿實(shí)現(xiàn) 4 3 個(gè)手指的聯(lián)動(dòng)，以及對(duì)不同形狀物體的夾持。 2.2.4 機(jī)械臂、機(jī)身、機(jī)座方案 （1）機(jī)械臂 選用滑塊連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)選用氣壓傳動(dòng)的方式， 靠連桿的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的彎曲功能，具體可以參考小型機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研 究文獻(xiàn)中所說(shuō)的設(shè)計(jì)。 （2）機(jī)座和機(jī)身 可以選用固定式機(jī)座類(lèi)型，腰部回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)身可做 360 度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 提供空間上的旋轉(zhuǎn)自由度，其動(dòng)力靠步進(jìn)電機(jī)供給，并通過(guò)機(jī)座內(nèi)部的蝸輪蝸 桿減速器提供減速傳動(dòng)比。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 2.3 所示： 圖 2.3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 由圖 2.3 可以看出通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪減速器 4 的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或者逆時(shí)針轉(zhuǎn) 動(dòng)來(lái)帶動(dòng)上面的整個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)，氣缸 1 的收縮 與推出帶動(dòng)大手臂在上下方位上進(jìn)行擺動(dòng)，氣缸 2 的收縮與推出將會(huì)帶動(dòng)小手 臂在前后方位上的擺動(dòng)，而氣缸 3 的收縮與推出則會(huì)帶動(dòng)機(jī)械手手爪的閉合與 張開(kāi)。這樣的工作過(guò)程是為了能夠更好的對(duì)機(jī)械手進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，來(lái)完成蘋(píng) 果的采摘任務(wù)。 5 第 3 章 動(dòng)力及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1.1 扭矩的計(jì)算 伺服電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。伺服電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)maxjM 矩 與最大靜轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系是；mpMj maxjp 伺服電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。伺服電機(jī)所需 空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算： 0Mkfakq 式中： 空載啟動(dòng)力矩；kqM 空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)a 軸上的加速力矩； 空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；kf 由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；0M 而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足伺服電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于伺服電動(dòng) 機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即： maxjpkqM 計(jì)算 的各項(xiàng)力矩如下：kqM 加速力矩 =J2521 /08.iR =1.810 51 6 = 25106.mKg rvnpb4036..1483maxax 2112max 10642)08..0(160 tnJMkq =0.519N/m 空載摩擦力矩 =0.648.02 796.130 iLGfkf mN 附加摩擦力矩 )1(2200iFMYJ = = )9.(48.2mN.1 0kfakq =0.519+0.6+1.222=2.341 =0.95125=23.775maxjqMmN 3.1.2 啟動(dòng)矩頻特性校核 伺服電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)、快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的 ，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)maxjqk 矩是否滿(mǎn)足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特 性進(jìn)行校核。 伺服電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。 突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少見(jiàn)。而升 速啟動(dòng)過(guò)程中只要升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過(guò)程緩慢，空載力矩 中的加速力kqM 矩 不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。kaM 7 3.2 回轉(zhuǎn)減速器的選擇 臂部回轉(zhuǎn)的速度和加速度都不應(yīng)過(guò)大,所以減速環(huán)節(jié)就要有較大的傳動(dòng)比, 這里采用蝸輪、蝸桿一級(jí)減速,沒(méi)有采用多級(jí)齒輪減速(其一級(jí)減速齒輪太大), 其基本參數(shù)如下: 傳動(dòng)比:i=41 中心距;a=100mm 蝸桿頭數(shù) Z2=1,蝸輪齒數(shù) Z2=Iz1=41 齒形角 =20 模數(shù) m=4 蝸輪變位系數(shù) X2=-0.5 蝸桿軸向齒距 Px=m 蝸桿分度圓直徑 d1=mz1/tan=40(標(biāo)準(zhǔn)值) 蝸輪分度圓直徑:d2=m Z2=2a1-d1-2 X2m=80-18=160 3.3 回轉(zhuǎn)主軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 3.3.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）傳動(dòng)軸上的功率 P1,轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1 ， ，kwP5.0min/10rnmNT3.10 （2）初步確定軸的最小直徑 先按式 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 3PdCn 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表 11.3，取 ，于是得：12md5.410.231 該處開(kāi)有鍵槽故軸徑加大 510，且傳動(dòng)軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián) 軸器處的直徑 ，為了與減速器輸出軸直徑保持一致。取 ；1 md341 。mL51 （3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為了滿(mǎn)足大帶輪的軸向定位的要求 2 軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸 肩高度 ，取 故取 2 段的直徑 ，長(zhǎng)度 。dh07.mh3d39L472 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根 據(jù) ，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承d392 6208，故 ， ，軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，軸肩47l73 高度軸肩高度 ，取 ，因此，取 。dh0.h5.2md4564 齒輪處由于齒輪分度圓直徑 ，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度md91 B=95mm，齒故取 。另考慮到齒輪端面與箱體間距 10mm 以及兩級(jí)齒輪間9l 8 位置配比，取 ， 。ml74l6 （4）軸上零件的周向定位 查機(jī)械設(shè)計(jì)表，聯(lián)接大帶輪的平鍵截面 。mlhb45810 3.3.2 強(qiáng)度校核計(jì)算 （1）求作用在軸上的力 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)（軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作說(shuō)明皆查此書(shū)）式(10-14)，則 NtgFdTntrt 75.68207.184a.90.23Np5. （2）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè) 中查取 a 值。對(duì)于 6208 型深溝球軸承，由手冊(cè)中查得 a=18mm。因此，軸的支 撐跨距為 L1=90mm。 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭 矩圖可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面 C 處的 MH、MV 及 M 的 值列于下表。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F ，NNH143NF126 ，NFNV237156 C 截面 彎矩 M mLNH8532 m MLaNV1432 總彎矩 MV 6858222max 扭矩 T490 9 （3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取 ，6.0 軸的計(jì)算應(yīng)力： MpaWTMca 61.28351.024980684)( 2222 已選定軸的材料為 45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1 查得 。因此70P- ，故安全。1-ca （4）鍵的選擇 采用圓頭普通平鍵 A 型（GB/T 10961979）連接，聯(lián)接大帶輪的平鍵截 面 ， 。齒輪與軸的配合為 ，滾mlhb45810Mpap10 76Hr 動(dòng)軸承與軸的周向定位是過(guò)渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為 。m 3.3.3 軸上零件的選擇與校核 （1）軸承 10 根據(jù)前述計(jì)算選用的軸承為 6203 型深溝球軸承。 由滾動(dòng)軸承樣本可查得,軸承背對(duì)背或面對(duì) 面成對(duì)安裝在軸上時(shí),當(dāng)量 載荷可以按下式計(jì)算： 22213418097351.0ANHV NRF0a222231094519.37BNHV378aaFN 計(jì)算動(dòng)量載荷 在設(shè)計(jì)時(shí)選用 6208 深溝球軸承,查手冊(cè)知079.2,65.8CkNk 根據(jù) ,查得 143.7iA0.27e80.92251.3BR 查得 所以,XY.7519.37PAN 校核軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 已知 ,所以280hL336 602.74807. 7.5911nCP kC 故選用該軸承合適。 （2）聯(lián)軸器 根據(jù)聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩選擇聯(lián)軸器的類(lèi)型； 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 950wwczt ztnPTKKTn 式中 理論轉(zhuǎn)矩，N.m 驅(qū)動(dòng)功率，kW 工作轉(zhuǎn)速，r/minn 動(dòng)力機(jī)系數(shù)；電動(dòng)機(jī)取 1.0w 工況系數(shù)，查表可得取 1.25K 啟動(dòng)頻率，查表可得啟動(dòng)頻率 120 時(shí)，可取 1.0z 11 溫度系數(shù)，查表可得，取 1.0tK 公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩，N.m，見(jiàn)各聯(lián)軸器參數(shù)表。nT 代入各數(shù)據(jù)可得： 95013.wwczt ztPKNmn 考慮到電動(dòng)機(jī)輸出軸的直徑是 42mm，主軸端部軸徑為 40mm，兩端的軸徑 不同，且必須滿(mǎn)足 ，最終確定聯(lián)軸器型號(hào)為 型無(wú)沉孔基本型cT4JM 聯(lián)軸器。 （3）鍵 選擇鍵聯(lián)接的類(lèi)型和尺寸 聯(lián)軸器處選用單圓頭平鍵，尺寸為 mlhb3678 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 MPaP120 鍵的工作長(zhǎng)度 mbl328621 ，合適 PP MadlkT5.485.0.92131 3.4 氣缸的選擇 本設(shè)計(jì)中用到的氣缸是根據(jù)德國(guó) Festo 公司提供的型號(hào)選用的 2。 3.4.1 安裝方式 根據(jù)工作要求和條件，選擇雙作用雙耳環(huán)氣缸。 3.4.2 作用力大小 負(fù)載力 F，負(fù)載率 =70%，氣缸輸出力 F 拉=F，F(xiàn) 推=F， 氣體壓力 P=0.6MPa， 由公式 F 拉 = 2d DP （3.6） 和 F 推 = 2d -DP （3.7） 由于 F 拉
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