機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計,機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計,機器人,伺服,機械,系統(tǒng),設計 沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)論文 題 目： 機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機制1201班 學生姓名： 石 旭 指導教師： 王 楠 論文提交日期：2016 年 5 月30日 論文答辯日期：2016 年 6 月 6 日 3 畢業(yè)設計（論文）任務書 機械設計制造及其自動化專業(yè) 1202班 學生：石旭 畢業(yè)設計（論文）題目：機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計（論文）內容： （1） 對伺服滑臺各個部件進行數(shù)值及強度校核，完成伺服滑臺各部分機構設計； （2） 伺服滑臺設計，繪制伺服滑臺總裝圖（A1以上）一張和主要的伺服滑臺零件圖（A4以上）； （3） 編寫符合論文格式規(guī)定的設計說明書10000字以上。 畢業(yè)設計（論文）專題部分： 機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計為背景，對伺服滑臺進行尺寸設計和確定 起止時間：2016年3月1日到2016年5月31日 指導教師： 簽字 年 月 日 沈陽化工大學科亞學院全日制普通本科生 畢業(yè)設計誠信聲明 鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是自己在導師的指導下，進行研究所取得的結果，結果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中曾經(jīng)聲明援用的內容外，本論文不含任何其余個人或團體已經(jīng)頒發(fā)或撰寫過的文章結果。對本文的咨詢做出重要貢獻的小我和團體在文中均作了精確的解釋并表達了感謝。同時，本論文的著作權由本人與指導教師共同擁有。自己一切明白本說明的法令后果由本人擔當。 畢業(yè)設計作者簽名：石旭 2016年 3 月 1 日 摘要 從20世紀中葉機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)出現(xiàn)以來，機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)具有如下特點：方便快捷的實現(xiàn)了產(chǎn)品的運輸，提高了工作效率，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于高效的運輸產(chǎn)品的功能，能在短生產(chǎn)周期的急需零件的運送。 本文重點介紹了機器人伺服滑臺的整體機構，對整個系統(tǒng)的動力結構進行了分析，主要是齒輪齒條的傳動機構，首先對齒輪齒條進行了材料的選定，接著對齒輪進行了精度的選取，并對齒輪齒條的嚙合進行了尺寸上的以及強度方面的校核，依據(jù)系統(tǒng)機構的要求設計出了相應的尺寸結構。還主要介紹的直線導軌結構，對直線導軌的特點進行了詳細的說明，對直線到的壽命進行了分析，對其中的硬度系數(shù)，溫度系數(shù)，負荷系數(shù)，接觸系數(shù)并進行了相關的計算。接著利用solidworks對整個系統(tǒng)進行了建模分析，熟練地掌握了三維軟件的相關操作，零件圖的繪畫，以及進行零件圖的裝配，最后對整個的裝配體進行了渲染。 本設計對機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)的滑臺部分進行了研究，利用機器人的優(yōu)勢，配合伺服電機，再加上直線導軌一，使得整個機構便于操作，運行方便，可以可靠地滿足工業(yè)上的要求，保質保量的完成相關的工作。使得該設計顯得相當?shù)挠行?。另外，對車間的生產(chǎn)加工的效率得到了很大的提高。與此同時，對我國的現(xiàn)代工業(yè)具有極大的驅動作用。 關鍵詞： 機器人; 伺服滑臺; 機械系統(tǒng); Abstract From the middle of the 20th century robot servo sliding table of mechanical system, the robot servo sliding table of mechanical system for mechanical manufacturing industry has brought the revolutionary change.Robot servo sliding table of mechanical system has the following characteristics: quick and easy to realize the transportation of products, improve the work efficiency, reduce the operator labor intensity, improve working conditions, conducive to the modernization of production management and improving economic benefit.Robot servo sliding table of mechanical system is a highly mechanical and electrical integration products, the function of the product is suitable for the efficient transport, can in a short production cycle need parts delivery.The characteristics of the robot servo sliding table of mechanical system and its application range makes it important equipment of the development of national economy and national defense construction. This paper mainly introduces the robot servo sliding table overall organization, analyses the dynamic structure of the whole system, mainly is the gear rack transmission mechanism, the first gear and rack for the material selected, then to the selection of the precision of gear, and the meshing of gear and rack on the size and strength check, according to the requirements of system institutions designed the corresponding size structure.Also introduces the structure of linear guide, has carried on the detailed instructions to the characteristics of linear guide, to the life of a straight line to the analysis, the hardness of them coefficient, temperature coefficient, load factor and coefficient of contact and the relevant calculation.Then use solidworks modeling analysis, to the whole system skillfully mastered the related operations of 3 d software, parts figure painting, detail drawing and assembly, and finally to the whole assembly of rendering.In the process, but also to the whole body parts to carry on the material selection, the coefficient of determination.And analyses the important first close parts, for the whole system have a more comprehensive understanding of the individual. The design of the robot servo slider sliding table part of mechanical system are studied, for the whole sliding table Body part has carried on the detailed design, the use of the advantages of robots with servo motor, combined with a linear guide, make whole body is convenient for operation, the operation is convenient, can reliably meet the requirements of industry, the related work to be accomplished both in quality and quantity.Make the design appears quite effective.In addition, the efficiency of production and processing of workshop has been greatly improved.At the same time, the role of modern industry of our country has a great driver. Key words: The robots; Servo sliding table; Mechanical systems 目 錄 引言 1 第一章 機器人的發(fā)展背景 2 1.1國際機器人發(fā)展態(tài)勢 2 1.2我國機器人發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3我國發(fā)展機器人技術與產(chǎn)業(yè)的對策建議 4 第二章 機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計 7 2.1機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計的關鍵參數(shù) 7 2.2機器人伺服滑臺傳動工作原理 7 2.3電機的選擇 7 第三章 齒輪齒條傳動設計 9 3.1 選取齒輪的材料、熱處理及精度 9 3.2 初步設計齒輪傳動的主要尺寸 9 3.3 按照齒根彎曲強度設計齒輪主要尺寸 12 3.4 幾何尺寸計算 13 3.5 齒輪結構設計 14 第四章 直線滾動導軌的特點及選用 16 4.1直線滾動導軌的特點 16 4.2 直線滾動導軌的壽命 17 第五章 基于solidworks軟件進行的建模及裝配 21 5.1 solidworks軟件建模與裝配概述 21 5.2 運用SolidWorks軟件進行零件設計 21 5.3運用SolidWorks軟件進行零件裝配 24 結論 26 參考文獻 27 致謝 28 附 錄 29 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 機器人發(fā)展背景 引言 機器人技術集機械、信息、智能控制、生物醫(yī)學等多學科于一體，不但自身技術附加值高，產(chǎn)品應用范圍廣，而且已經(jīng)成為重要的技術輻射平臺，對增強軍事國防實力、提高處理突發(fā)事件水平、帶動整體經(jīng)濟發(fā)展、改善人民群眾生活水平都具有十分重要的意義。世界各國紛紛將突破機器人技術、發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)擺在本國科技發(fā)展的重要戰(zhàn)略地位。研究機器人發(fā)展趨勢，梳理發(fā)達國際機器人發(fā)展經(jīng)驗，對我機器人發(fā)展意義重大。 機器人是現(xiàn)代一種典型的光機電一體化產(chǎn)品，機器人學也是當今世界極為活躍的研究領域之一，它涉及計算機科學與工程、機械學、電子學、控制論與控制工程學、人工智能、生物學、人類學、社會學等多個學科。 在機器人技術快速發(fā)展的今天，作為一名現(xiàn)代工程師、理工科大學學生都有必要學習掌握一些機器人學方面的知識。 目前有很多學校的機器人是單純圍繞著機器人比賽而展開，造成學生完全是為了比賽而比賽，在比賽中過分追求結果, 機器人做為多學科的綜合載體，可以涉及到 機器人的分類可以按照不同的標準分為不同的機器人平臺，現(xiàn)在按著功能來分，可以有三類：教學型、競賽型、科研型等。 第一章 機器人的發(fā)展背景 1.1國際機器人發(fā)展態(tài)勢 1.從技術趨勢上看，呈現(xiàn)三大態(tài)勢 隨著信息網(wǎng)絡、傳感器、智能控制、仿生材料等高新技術的發(fā)展，以及機電工程與生物醫(yī)學工程等的交叉融合，使機器人技術發(fā)展呈現(xiàn)三大態(tài)勢： 一是服務機器人由簡單機電一體化裝備，向以生機電一體化和智能化等方面發(fā)展。擬人機器人、仿生機器人、生物機器人、腦機接口等智慧技術成為下一代機器人技術研發(fā)重點，未來機器人與人的邊界開始變得模糊，智能器官、智能服務機器人將得到廣泛應用。以智能服務機器人產(chǎn)業(yè)為代表的高端裝備制造業(yè)分支成為了一個快速成長的新興產(chǎn)業(yè)。美國、以色列在此領域具有顯著優(yōu)勢。 二是以服務機器人單一作業(yè)，向服務機器人群體協(xié)作、人機交流、服務機器人自助學習和遠程網(wǎng)絡服務等方面發(fā)展。機器人把計算機、互聯(lián)網(wǎng)和其他新技術都集成到一起，成為一個集智能制造、社會服務、家庭生活、危機管理的智能信息終端?；诟咚僖苿踊ヂ?lián)網(wǎng)的機器人交互技術將成為未來機器人技術發(fā)展的重要分支，機器人由機器產(chǎn)品逐步向信息產(chǎn)品轉化。日本、韓國等在此領域的研究有較大的領先優(yōu)勢。 三是服務機器人由研制單一復雜系統(tǒng)，向將其核心技術、核心模塊嵌入于高端制造等相關裝備方面發(fā)展。該技術體系將機器人技術看成一個極大的高技術創(chuàng)新平臺，將機器人技術進行模塊化處理，通過攻關機器人領域相關技術，掌握一批智慧化標準模塊化單元或產(chǎn)品。歐盟“工業(yè)4.0計劃”的智慧制造，其實質就是將智慧化、標準化、模塊化的單元或產(chǎn)品廣泛應用于先進制造業(yè)，通過提升制造業(yè)能力來提升國家的競爭力。 2.從產(chǎn)業(yè)發(fā)展上看，全球市場增長強勁 機器人革命將成為新一輪工業(yè)革命的一個切入點和重要增長點，其產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)井噴式增長。據(jù)國際機器人協(xié)會（IFR）統(tǒng)計，2002-2013年，全球新裝工業(yè)機器人年均增速達9%。2013年，全球機器人整機銷量超過50萬臺，機器人全產(chǎn)業(yè)鏈市場規(guī)模超過2000億美元。到2020年，全球工業(yè)機器人銷量將超過150萬臺，年復合增長率為35%，機器人全產(chǎn)業(yè)鏈市場規(guī)模超過10000億美元。以中國為代表的發(fā)展中國家市場快速增長，亞洲成為全球最大的機器人市場。據(jù)統(tǒng)計，2007-2013年，亞洲工業(yè)機器人銷量年均復合增長率達20%，中國達25%。 3.從競爭格局上看，美、日、中、德、韓五國主導全球技術的研發(fā) 美、歐、日是工業(yè)機器人主要生產(chǎn)國家和地區(qū)，掌握著大多數(shù)的核心技術，美、德、日、韓等國家都已形成了各具特色的發(fā)展模式。美國模式的特點是整體研發(fā)設計與對外采購機器人本體相結合，重在系統(tǒng)開發(fā)與應用。德國模式的特點是一攬子“交鑰匙工程”，即機器人本體的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設計制造全由一家機器人廠商完成。日本模式的特點是產(chǎn)業(yè)鏈整體推進。韓國模式是采購與成套設計、集成相結合，機器人企業(yè)通常通過進口關鍵零部件，自行設計、制造配套的外圍設備。 4.從發(fā)展路徑上看，各有千秋 美國：占領軍用產(chǎn)品前瞻高端市場，軍民轉化帶動整體發(fā)展。美國是機器人的誕生地，在機器人高端技術領域擁有絕對的優(yōu)勢，特別是美國國防先進計劃局（DARPA）在服務機器人領域的技術遙遙領先，占據(jù)軍用服務機器人產(chǎn)品的前瞻市場，2013年，世界銷售的15000臺軍用機器人之中，有63%來自美國。美國信息、材料、制造、生物等各方面技術基礎雄厚，借助先進的軍用服務機器人發(fā)展契機，大力發(fā)展服務機器人產(chǎn)業(yè)，特別是高端擬人服務機器人。隨著美國制造業(yè)轉型和回歸，美國工業(yè)機器人市場增長速度迅猛，工業(yè)機器人使用量和市場規(guī)模僅次于日本。 1.2我國機器人發(fā)展現(xiàn)狀 機器人技術發(fā)展較快。我國近二十年的研究工作取得了巨大的成就，集中體現(xiàn)在機器人的運動學、動力學分析與綜合、控制算法、多傳感器控制系統(tǒng)、遙控操作技術等服務機器人基礎技術方面展開了研究。截止到2013年底，我國機器人領域的專利申請共5961件，其中國內申請4251件，占總申請量的71.3%。在語音對話(人機對話)和仿人卡通表情方面，我們的研究領先于國際水平。 服務機器人產(chǎn)品嶄露頭角。我國已初步形成了水下自主機器人、消防機器人、搜救/排爆機器人、仿人機器人、醫(yī)療機器人、機器人護理床和智能輪椅、烹飪機器人等系列產(chǎn)品，顯示出一定的市場前景。 潛在巨大市場亟待開發(fā)。在工業(yè)機器人領域，隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化進程的不斷加深，自動化、網(wǎng)絡化、智能化成為智能制造的主要發(fā)展方向，工業(yè)機器人到2020年，年增速將超過25%，全產(chǎn)業(yè)鏈市場規(guī)模將超過5000億人民幣。 在服務機器人領域，我國在應對地震、洪澇災害和極端天氣，以及礦難、火災、社會安防等公共安全事件中，對服務機器人有著重要的需求。 在另一方面，我國主要差距是： 基礎研究不足。 在前沿技術和關鍵技術方面，我國大多屬于跟蹤研究，缺乏創(chuàng)意理念和原創(chuàng)性成果。 關鍵技術亟待突破。 圍繞機器人有效作業(yè)、交互安全，以及環(huán)境認知等基礎性科學問題，我國急待攻克的關鍵技術主要集中在仿生材料與設計制造、環(huán)境感知與智能認知、人機交互與安全控制，以及面向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的標準化、模塊化、互換性、接口協(xié)議等方面。 在設計制造技術方面，我國的系統(tǒng)級設計能力、產(chǎn)品設計、材料與工藝技術、系統(tǒng)集成水平關鍵零部件和模塊化功能部件研發(fā)能力與國外存在較大差距。 產(chǎn)學研脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴重。 我國機器人的研究主要集中在高校和少數(shù)研究所，企業(yè)新型產(chǎn)品設計制造創(chuàng)新能力有限，產(chǎn)學研脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴重。 創(chuàng)新體系建設尚處于起步階段。我國機器人在戰(zhàn)略規(guī)劃、研發(fā)平臺、人才培養(yǎng)、標準制訂、市場培育、國際合作、財稅金融政策扶持等創(chuàng)新體系建設的許多環(huán)節(jié)上明顯滯后，尚處于起步階段。 1.3我國發(fā)展機器人技術與產(chǎn)業(yè)的對策建議 1.創(chuàng)新機制體制，加強宏觀指導協(xié)調 成立全國性的機器人行業(yè)協(xié)會。制訂和實施覆蓋各行業(yè)機器人的發(fā)展規(guī)劃，全面協(xié)調我國服務機器人的科技與研發(fā)、標準與檢測、產(chǎn)業(yè)與示范等體系建設和發(fā)展。建立產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。促進知識、技術和人才有效集成，充分發(fā)揮各方優(yōu)勢，支持機器人生產(chǎn)企業(yè)結構調整、產(chǎn)業(yè)升級和專業(yè)化發(fā)展；建立機器人技術測試、認證管理和質量監(jiān)督檢驗機構，推進實施機器人性能檢測和產(chǎn)品認證。 2.加大政府投入，拓寬社會投融資渠道 加大政府財政投入。設立機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項基金，建設若干特色突出的機器人國家重點實驗室、省部級重點實驗室以及工程（技術研究）中心，并向相關企業(yè)開放。從科研立項上增加中央財政和地方各級政府的投入，通過國家863計劃項目、科技支撐計劃項目、省部級技術創(chuàng)新項目等予以持續(xù)的支持。推動機器人產(chǎn)業(yè)基地建設，通過政府扶助產(chǎn)業(yè)共性技術開發(fā)，推動重大自主創(chuàng)新項目實施，促進機器人產(chǎn)業(yè)鏈上各企業(yè)協(xié)調發(fā)展。 鼓勵社會資金對機器人產(chǎn)業(yè)化的投入。發(fā)揮產(chǎn)業(yè)政策對社會資金的引導作用，鼓勵社會資金、民間資本投入到機器人領域。鼓勵創(chuàng)業(yè)投資和股權投資基金投資機器人領域的企業(yè)和項目，鼓勵社會資金通過參股或債權等多種方式投資機器人項目，積極發(fā)展支持機器人中小企業(yè)的科技投融資體系和創(chuàng)業(yè)風險投資機制。 開展稅收優(yōu)惠試點工作。積極推行公共安全、助老助殘、文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、科學考察、軍事等關鍵行業(yè)或領域應用國產(chǎn)機器人的“首臺套”稅收優(yōu)惠政策。加大從事機器人研發(fā)和應用企業(yè)自主創(chuàng)新投入的稅前扣除等激勵政策的力度。將機器人產(chǎn)業(yè)作為幼稚型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)予以保護，在中小企業(yè)稅收方面給予政策傾斜。 3.加大共性、基礎性、前瞻性機器人研發(fā)與服務平臺建設和示范應用 建立高層次技術研發(fā)平臺。攻克關鍵核心技術，建立高層次研發(fā)平臺，加大對機器人基礎技術研發(fā)的支持力度。建立公共服務平臺。攻克應用技術和產(chǎn)業(yè)化技術，建立機器人標準化、模塊化等共享技術公共服務平臺，通過創(chuàng)新產(chǎn)學研聯(lián)合機制和示范應用，推進成熟技術的產(chǎn)業(yè)化進程。 4.推進自主標準體系建設 加快制訂行業(yè)性標準。加快推進具有自主知識產(chǎn)權的行業(yè)標準體系建設。重點建立若干服務機器人硬件接口標準、軟件接口協(xié)議標準以及安全使用標準，初步形成針對這些行業(yè)的服務機器人標準體系。加快制訂國家標準。貫徹“核心技術專利化、專利技術標準化、企業(yè)標準行業(yè)化、行業(yè)標準國家化、國內標準國際化”為理念。按照“國際標準和自主知識產(chǎn)權標準相結合”的原則，鼓勵企業(yè)和科研院所參與國際標準的制訂，為推進服務機器人產(chǎn)品走向國際市場奠定基礎。 5.快速做大產(chǎn)業(yè)規(guī)模 發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群。建立以企業(yè)為主體、產(chǎn)學研聯(lián)合的技術創(chuàng)新聯(lián)盟、產(chǎn)業(yè)區(qū)域性研發(fā)中心和制造中心；通過優(yōu)化各種產(chǎn)業(yè)要素發(fā)展環(huán)境，促成一批既競爭又合作的產(chǎn)業(yè)集群；支持企業(yè)間的各種聯(lián)合、并購和重組；支持機器人產(chǎn)業(yè)基地和技術組群的建設，加強具有自主知識產(chǎn)權的民營企業(yè)的支持力度，鼓勵優(yōu)勢企業(yè)的品牌運作和資本運作。 接納產(chǎn)業(yè)轉移。接納全球服務機器人產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉移，提升我國服務機器人產(chǎn)業(yè)的整體品牌效應；鼓勵跨國公司實施本地化戰(zhàn)略，通過對國際先進研發(fā)技術、創(chuàng)意理念和運營模式的消化吸收，帶動本土中小企業(yè)集群的跨越式發(fā)展，促進我國服務機器人產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步增長。 25 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 齒輪齒條傳動設計 第二章 機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計 2.1機器人伺服滑臺機械系統(tǒng)設計的關鍵參數(shù) （1）機器人伺服滑臺的最大運行速度為：2m/s。 （2）機器人伺服滑臺的機器人及連接部分重量假定為：250kg （3）伺服滑臺的總長度按照14m進行設計，有效運動長度不得低于11m 2.2機器人伺服滑臺傳動工作原理 機器人伺服滑臺的工作原理是：由伺服電機電機連接變速器，再由變速器連接齒輪，由齒輪齒條的嚙合裝置帶動直線導軌來回移動，從而實現(xiàn)機器人伺服滑臺的整體橫向移動，實現(xiàn)相關的工作要求。 2.3電機的選擇 根據(jù)機器人伺服滑臺工況初采用齒輪齒條傳動機構，選用伺服電機，封閉式結構，電壓為380v，Y型 由電機至齒輪齒條的總傳動效率為： η=η×η×η×η （2-1） 預選8級斜齒圓柱齒輪，考慮到載荷較大且有一定的沖擊，兩軸線同軸度對系統(tǒng)有一定的影響，可考慮齒輪聯(lián)軸器。 則電機所需要的功率===22kw。 根據(jù)手冊推薦的傳動比合理范圍，故電機轉速可選范圍為=xn=（16～16）x14=224～2240r/min 符合這一范圍的同步轉速有750,1000，1500,2200r/min等。 考慮速度太小的電機價格、體積、重量等因素，我們由現(xiàn)代機械設計手冊第5冊，秦大同，謝里陽主編的，第25篇電動機，25-54頁，1.3.1.5M2QA/QA系列伺服 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 齒輪齒條傳動設計 電機的表25-1-46伺服電動機（IP55、IC411）技術數(shù)據(jù)查的，選定的電機型號為M2QA 180M2A,它的功率為22kw，電機轉速為2120r/min，效率90.8%，功率因數(shù)為0.91cosθ，電流為40.45A，額定轉矩為71.46N.m，堵轉轉矩為2.3N.m，最大額定轉矩為2.8N.m，轉動慣量為0.08805kg.m2，質量為170kg，聲壓級為75db。 第三章 齒輪齒條傳動設計 輸入功率P=20.68kW,齒輪轉速=757.5r/min，傳動比。 3.1 選取齒輪的材料、熱處理及精度 設工作壽命10年（每年工作300天） (1)齒輪材料及熱處理 齒輪齒條材料選用20CrMnTi。齒面滲碳淬火，齒面硬度為５６～６２HRC，有效硬化層深0.5～0.9mm。有圖查得， 齒面最終成型工藝為磨齒。 (2)齒輪精度８級 3.2 初步設計齒輪傳動的主要尺寸 因所選為硬齒面?zhèn)鲃?，它具有較強的齒面抗點蝕能力，故先按齒根彎曲疲勞強度設計，再校核齒面接觸疲勞強度。 計算齒輪傳遞的轉矩 =9.55x=9.55xx=260718.15N.m 齒輪的齒數(shù)Z2=2.625×24=63，取Z2=97 由設計計算公式進行試算，即 （3-1） （1）確定公式內的各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù)=1.3 計算齒條傳遞的轉矩 選擇齒寬系數(shù) 根據(jù)齒輪為軟齒輪在兩軸承間為對稱布置。 查《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-5選齒寬系數(shù)＝1 選擇彈性影響系數(shù)ZE 查《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-5，選 ZE=176.3 確定齒條和齒輪的接觸疲勞強度極限 由《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇，表14-1-97按齒面硬度查得齒條的接觸疲勞強度極限 同理可以查《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-5確定大齒輪的接觸疲勞強度極限 計算應力循環(huán)次數(shù) 設每年工作300天 確定接觸疲勞壽命系數(shù) 由《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-5查得 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為%，安全系數(shù)為S （2）計算 1）試算齒條的中較小的值。 2）計算圓周速度v 3）計算齒寬b 4）計算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) 齒高 h=2.25mt=2.25x3.273=7.363mm 5）計算載荷系數(shù)。 根據(jù)v=1.504（m/s），7級精度，由《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-99查得動載系數(shù)Kv=1.06 齒輪 由《機械設計》教材P193表10-2查得使用系數(shù)KA=1 由《機械設計》教材P196表10-4用插值法查得7級精度，齒條相對支承非對稱布置時， 由 ，查《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇圖14-1-53得;故載荷系數(shù) 6）按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 7）計算模數(shù)m 3.3 按照齒根彎曲強度設計齒輪主要尺寸 彎曲強度的設計公式 確定公式內各計算數(shù)值 1）由《《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-53查得齒條的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 2）由《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇圖14-1-53取彎曲疲勞壽命系數(shù) 3)計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 4)計算載荷系數(shù)K 5)查取齒形系數(shù)。 由《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-108 6)查取應力校正系數(shù)。 由《現(xiàn)代機械設計手冊》秦大同，謝里陽主編，第三冊第14篇表14-1-108，查得 7)計算齒輪齒條的并加以比較。 齒輪的數(shù)值大。 （2）設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)3.378并就近圓整為標準值m=3 按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=93.396mm，算出小齒輪的齒數(shù) 齒輪的齒數(shù)Z=2.03x31=63 ，取 Z2=63 。 這樣設計出的齒輪既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 3.4 幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 （2）計算齒輪寬度 取齒輪的齒輪寬度B2=35mm齒條的齒輪寬度B1=40mm 3.5 齒輪結構設計 因為對于齒輪， 齒輪齒頂圓直徑 齒全高 h=2.25m=2.25*3=6.75mm 其齒頂圓的直徑大于160mm而又小于500m故齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結構 齒輪的關尺寸計算如下： 軸孔直徑 d=25 輪轂直徑 =1.6d=1.6×25=40 輪轂長度 輪緣厚度 δ0 = (3～4)m = 9～12(mm) 取 =10mm 輪緣內徑 =-2h-2=378-2×6.75-2×10=344.5mm 取 =345mm 腹板厚度 c=0.3=0.3×93=27.9mm 取c=28mm 腹板中心孔直徑 =0.5(+)=0.5(80+345)=212.5(mm) 腹板孔直徑 =0.25（-）=0.25（345-80）=66.25(mm) 取 =66(mm) 齒輪倒角 n=0.5m=0.5×3=1.5 如圖3-1所示 圖3-1 齒輪的結構圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 直線滾動導軌的特點及選用 第四章 直線滾動導軌的特點及選用 4.1直線滾動導軌的特點 直線滾動導軌在數(shù)控機床中有廣泛的應用。相對普通機床所用的滑動導軌而言，直線導軌運動的作用是用來支撐和引導運動部件，按給定的方向做往復直線運動。依按摩擦性質而定，直線運動導軌可以分為滑動摩擦導軌、滾動摩擦導軌、彈性摩擦導軌、流體摩擦導軌等種類?！≈本€軸承主要用在自動化機械上比較多,像德國進口的機床,折彎機,激光焊接機等等,當然直線軸承和直線軸是配套用的。像直線導軌主要是用在精度要求比較高的機械結構上,直線導軌的移動元件和固定元件之間不用中間介質，而用滾動鋼球。它有以下幾方面的優(yōu)點： 4.1.1 定位精度高 直線滾動導軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅動扭矩減少90%，定位精度 ，指的是你的數(shù)控設備停止時 實際到達的位置和你要求到達的位置 誤差。比如你要求一個軸走 100 mm 結果實際上它走了100.01多出來的 0.01就是定位精度。 重復定位，指的是同一個位置 兩次定位過去產(chǎn)生的誤差。比如你要求一個軸走 100 mm結果第一次實際上他走了100.01重復一次同樣的動作他走了99.99 這之間的誤差0.02就是重復定位精度。 因此，可將機床定位精度設定到超微米級。 4.1.2 降低機床造價并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動導軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復進行起動、停止的往復運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。這能降低很大的成本，在另一方面也降低了機械機構的整體動力部分，在很大程度上對機械的動力機構得到了提升，從而使機構變得簡單，方便使用。 4.1.3 可提高機床的運動速度 直線滾動導軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20～30%?；_的運行速度得到了提高，同時使得生產(chǎn)效率得到了提高，從而是成本得到了降低，方便了工業(yè)上的使用。另一方面使得整個機構的運行速度，減少了熱量的產(chǎn)生，對潤滑系統(tǒng)的要求也進行了降低，靈活性增加了，使得實際的工作效率特到了相當大的提高。 4.1.4 可長期維持機床的高精度 對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。 與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能?。疂L動面的摩擦損耗也相應減少，故能使直線滾動導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設計及使用維護方面都變的非常容易了。 這種高精度使得滑臺的工作效率也得到了提高，對工作的準確度有了進一步的提高，從而使得整個生產(chǎn)線的工作有了很大的進展。 4.2 直線滾動導軌的壽命 在選用直線滾動導軌時，應對其本身的壽命進行初步驗算。 當直線滾動導軌承受負荷并做滾動運動時，導軌面和滾動部分(鋼珠或滾柱)就會不斷地受到循環(huán)應力的作用，一旦達到臨界值，滾動表面就會產(chǎn)生疲勞破損，在某些部位產(chǎn)生魚鱗狀剝離，這種現(xiàn)象稱為表面剝落。 所謂直線滾動導軌的壽命，就是指導軌表面或滾動部分由于材料的滾動疲勞而發(fā)生表面剝落時為止總行走距離。 直線滾動導軌的壽命具有很大的分散性。即使同批制造的產(chǎn)品，在同樣運轉條件下使用，其壽命也會有很大的差距。因此，為了確定直線滾動導軌的壽命，一般使用額定壽命這一參數(shù)。 所謂額定壽命是指讓—批同樣的直線滾動導軌逐個地在相同的條件下運動，其中90%的總運行距離能達到不發(fā)生表面剝落。 對于使用鋼珠的直線滾動導軌，額定壽命L為： （4-1） 式中L：額定壽命．km； C：基本額定動負荷，kN； PC：計算負荷，LN； fH：硬度系數(shù)； fT：溫度系數(shù)； fC：接觸系數(shù)， fW：負荷系數(shù)。 由上述兩式可以看出，直線滾動導軌的額定壽命受硬度系數(shù)fH、溫度系數(shù)fT、接觸系數(shù)fC、負荷系數(shù)fW的直接影響。 4.2.1 硬度系數(shù) 為了充分發(fā)揮直線滾動導軌的優(yōu)良性能，與鋼珠或滾柱相接觸的導軌表面從表面到適當?shù)纳疃葢哂蠬RC58～64的硬度。如果因某種原因達不到所要求的硬度，會導致壽命縮短。計算時要將基本額定動負荷C乘以硬度系數(shù)fH。fH與導軌表面的硬度關系見圖4-1所示。 圖4-1 硬度系數(shù)曲線 4.2.2 溫度系數(shù)fT 直線滾動導軌的工作溫度超過100℃時，導軌表面的硬度就會下降，與在常溫下使用相比，壽命會縮短，計算時要將基本額定動負荷C乘以溫度系數(shù)fT，如圖4-2所示。 同時，在高溫下運行時，還應考慮材料產(chǎn)生的尺寸改變及潤滑方式的不同。 圖4-2溫度系數(shù)fT 4.2.3 接觸系數(shù) 大多數(shù)情況下，為實現(xiàn)直線運動，至少要在導軌上安裝兩個以上的滾動滑塊。然而施加在各個滑塊上的負荷受安裝精度和滑塊自身精度的影響，不一定象計算值那么完全均等。因此，進行壽命計算時應將基本額定動負荷C乘以表4-1所示的接觸系數(shù)fC。 表4-1接觸系數(shù) 在一根導軌上安裝的滑塊數(shù)量 接觸系數(shù) 1 1.00 2 0.81 3 0.72 4 0.66 5 0.61 4.2.4 負荷系數(shù)fW 在計算作用于直線滾動導軌上負荷時，必須正確地計算出因物體重量而產(chǎn)生的負荷，包括因運動速度變化而產(chǎn)生的慣性負荷和由于懸重部分而造成的力矩負荷。另外，在作往復運動時，常常伴隨著振動和沖擊，特別是在高速運動時產(chǎn)生的振動及正常工作時因反復起動、停止等操作而產(chǎn)生的沖擊等，往往很難正確地計算出來。因此，進行壽命計算時應將基本額定動負荷C乘以表2所示經(jīng)驗負荷系數(shù)fw。參數(shù)如表4.2所示。 表4-1接觸系數(shù) 沖擊與振動 速度 振動的測量值 無外部 低速時 G 1～1.5 沖擊與振動 v<=15m/min 無特別明顯的 中速時 0.560m/min 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 基于solidworks軟件進行的建模及裝配 第五章 基于solidworks軟件進行的建模及裝配 5.1 solidworks軟件建模與裝配概述 首先熟練掌握solidworks的零件圖繪畫，以及零部件圖的裝配，以及最后的渲染，選材料，爆炸圖等等。 其中要考慮到整體的尺寸，結構部分，以及設計參數(shù)，還有工藝流程等一系列的因素。這些必須在solidworks建模前就要完成設計。其中，要查閱大量的資料，等一些相關于滑臺系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。完成這步后才能開始建模。 其次自己查閱資料以及老師提供的數(shù)據(jù)參考開始進行整體規(guī)劃，先在紙上畫出整個中藥系統(tǒng)的整個框架模型，設計出整體的尺寸與數(shù)據(jù)，讓后才能進行整體的建模。 其中要考慮到整體的尺寸，結構部分，以及設計參數(shù)，還有工藝流程等一系列的因素。這些必須在solidworks建模前就要完成設計。其中，要查閱大量的資料，等一些相關于三效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。完成這步后才能開始建模。 在具體建模過程中要進行修正。 5.2 運用SolidWorks軟件進行零件設計 根據(jù)前面的查閱的資料以及自己設計出來的結構進行建模。先進性零部件圖的繪畫。 工作界面如圖5-1所示： 圖5.1 SolidWorks軟件的工作界面 主要用的操作命令有拉伸旋轉，由于該系統(tǒng)結構曲線較少，所以用到的掃描命令較少。主要幾個零部件的建模如下，分別為如圖5-2、圖5-3、圖5-4、圖5-5、圖5-6、圖5-7所示： 圖5-2 機器人底座 圖5-3三聯(lián)件 圖5-4滑臺焊接體 圖5-5機械限位座 圖5-6齒輪齒條嚙合 圖5-7直線導軌 5.3運用SolidWorks軟件進行零件裝配 把畫好的零部件進行整體的裝配主要注意的是基準，得到了裝配圖。 注意事項如下： 1.打開Solidworks 軟件，點擊文件下拉菜單中的新建按鈕 彈出如下圖所示的對話框，選擇裝配體，單擊確定，即建好一個新的裝配體文件。 2.在所打開的界面中，點擊插入零部件，點擊左側的瀏覽按鈕，變會出現(xiàn)你放零件的文件夾，選擇你要進行裝配的零件。用同樣的方法插入第二個零件 3.零件導入后，下一步就是對零件進行裝配。點擊插入零部件旁邊的配合按鈕，在彈出的左側對話框中選擇一次選擇要配合的兩個面，要實現(xiàn)兩個孔對齊，可以選擇兩個孔的面，然后選擇下面的同心按鈕，兩個孔的軸線便在一條直線上了。 4.兩個孔在一條直線上是不夠的，還必須重合。則再選擇兩個需要重合的面，選擇下面的重合按鈕。 5.最后，用同樣的方法，實現(xiàn)兩外兩個面的平行。 最后得到的系統(tǒng)的整體三維裝配圖及二維的裝配圖如圖5-8、圖5-9所示： 圖5-8 伺服滑臺三維模型的裝配圖 圖5-9 伺服滑臺二維裝配圖 結論 本次設計中，在老師的指導下，我上網(wǎng)查閱了大量的資料并且參考了一些關于機器人伺服滑臺系統(tǒng)方面的書籍。 在設計過程中，我本著精益求精的思想，對所設計的機器人伺服滑臺系統(tǒng)分析進行了反復的修改并認真的研究，特別是在各部分的選擇過程中，認真進行了計算與比較，最終確定其中較好的方案。 在整個設計過程中，對此次的機器人伺服滑臺系統(tǒng)的總體設計進行了認真的分析，并進行了多次的修改和比較。通過這次畢業(yè)設計使我對數(shù)控整體結構部分的知識有了更多的認識和提高，由于本人能力有限，設計中難免會出現(xiàn)錯誤，還望老師諒解，我會在以后的學習中不斷地完善自己，努力提高自己在機械方面的知識。 經(jīng)過幾個月緊張有序的工作，我完成了機器人伺服滑臺系統(tǒng)的設計。 我認為這次畢業(yè)設計我對在學校四年間的所有知識有了一個系統(tǒng)的復習和總結，對各個科目有了更深刻的認識，還通過各種渠道對所學知識進行了一定的擴展和深入，還學到了很多以前不知道的東西，才知道以前的自己對課本上的內容只是知其然不知其所以然，并不知道如何把自己所學到的知識應用起來，通過這次的設計我才了解到所學知識是多么的重要，以前只是茫然的在學，現(xiàn)在感覺好像找到了目標一樣，相信這次的畢業(yè)設計會對我以后的工作和生活有很大的影響的，以后我會更加努力的，學習更多的知識來武裝自己！ 參考文獻 [1] 李新德主編. 《液壓與氣動技術》. 北京. 中國商業(yè)出版社.2006 [2] 袁承訓主編. 《液壓與氣壓傳動》. 北京. 機械工業(yè)出版社.2000 [3] 張福臣主編. 《液壓與氣壓傳動》. 北京. 機械工業(yè)出版社.2006 [4] 陳桂芳主編. 《液壓與氣動技術》. 北京. 北京理工大學出版社.2007 [5] 周文森主編. 《簡明電工手冊》 . 北京. 機械工業(yè)出版社.1994 [6] 張群生主編. 《液壓與氣壓傳動》. 北京. 機械工業(yè)出版社.2004 [7] 濮良貴,紀名剛.機械設計.北京:高等教育出版社,2001:1-415 [8] 陳立德.機械裝備設計.北京:高等教育出版社,2006:203-209 [9] 王昆,何小柏.機械設計課程設計.北京:高等教育出版社，1995-210 [10] 文懷興 夏田 編著.數(shù)控機床設計實踐指南，化學工業(yè)出版社，2008 [11] 范超毅 趙天嬋 主編 數(shù)控技術課程設計，華中科技大學出版社，2006 [12] 李雪梅主編. 數(shù)控機床. 北京：電子工業(yè)出版社，2004 [13] 牛玉麗主編. 機械設計基礎. 中國輕工業(yè)出版社，2006 [14] 雷才洪，陳志雄主編. 數(shù)控機床. 北京：科學出版社，2005 [15] 王志平主編. 數(shù)控機床及應用. 北京：高等教育出版社，2002 [16] 朱東梅，胥北瀾.畫法幾何及機械制圖.北京：高等教育出版社，2000：1-388 [17] Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973. [18] Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 . 致謝 經(jīng)過緊張的畢業(yè)設計，我如愿地，較圓滿地完成了設計任務。從中得到了以前許多注意的問題。 本次設計培養(yǎng)了我們對設計工程的設計能力，學習和掌握課件的基本制作方法和步驟，并給我們以后的工作打下堅實的基礎，通過本次設計，我們把以前在課本中學習到的理論知識在此次設計中加以綜合運用設計資料，并懂得，這樣才不至于在設計過程中出現(xiàn)太多錯誤。 經(jīng)過一個月的緊張有序的工作，完成了本次設計，其中我們在設計的過程中遇到很多難題，但是經(jīng)過老師的認真講解，使我對其加深了認識。 設計是一個系統(tǒng)的工作，在做之前必須有一個良好的習慣。要懂得設計的一般步驟，這樣在遇到問題的時候才不會出現(xiàn)迷茫與無助。要有耐心，能耐下性子去做事情。通過這次設計，我深深的體會到做任何事情都必須要細心，認真，來不得半點馬虎。畢業(yè)設計工作量較大，要求很嚴格，需對圖一次又一次的修改，多次修改之后，圖才會達到要求。這些工作都是在老師和同學的幫助下才得以完成。特別是我的畢業(yè)指導老師張老師，他平時對我們要求很嚴格，一直教導我們一定要認真做畢業(yè)設計，千萬不能含糊，在張老師的幫助下，我們組的同學都養(yǎng)成了認真，刻苦，嚴謹?shù)暮昧晳T，這些對我們以后的工作和學習都是相當重要的，我以后不管在學習還是工作方面一定把這些好的習慣發(fā)揚下去，也一定不辜負老師和同學的期望，我會認認真真的學習，勤勤懇懇的工作。 本次設計主要是在老師的支持和幫助下完成的，當然還有其他老師的支持和幫助。從定方案的那天起，老師就在全心全意的幫我們，從老師每次幫助我們修改圖，每次細心的為我們講解問題，我體會到老師那種一絲不茍的工作作風。這些追求真理的忘我精神值得我們每個人學習，將是我人生道路上一筆無價的財富。為此，我衷心的向老師以及其他老師和同學致謝，同時祝愿你們在以后的工作和學習中一切順利，一帆風順。 最后，真誠的感謝輔導老師對我們的指導和幫助。由于我們對所學知識不夠徹底，而且時間較短，又缺乏經(jīng)驗，設計書中難免會存在疏漏和欠缺之處，懇請老師批評指正，以便在以后的工作和學習中不犯類似的錯誤。 附 錄 附錄1：A 0圖紙1張 附錄2：A 2圖紙3張