電梯平衡補償鏈盤繞機器人設計-端部機械手及導鏈環(huán)設計【含UG三維及11張CAD圖】

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充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609電梯平衡補償鏈盤繞機器人-端部機械手及導鏈環(huán)設計摘要：電梯平衡補償鏈盤繞機器人的設計主要為了達到補償鏈生產過程中盤繞工作的全自動化以及高精度，而且必須要在預訂的軌跡之下，實現(xiàn)有序堆放。本文主要針對電梯平衡補償鏈的端部機械手以及導鏈環(huán)進行研究，以保證機器人盤繞工作的精確性，連續(xù)性與穩(wěn)定性。主要內容如下：（1）通過運動學計算和運動仿真實驗，根據(jù)每層的堆放軌跡及熱平衡鏈自身力造成的自然跑偏規(guī)律，確定了機械指系統(tǒng)的結構及尺寸，用于整理上一層由于自身扭力導致偏離了正常軌道的補償鏈，使之回到其理論盤繞軌跡上，以保證當前層補償鏈的正確軌跡，實現(xiàn)精準堆放；以此代替人工矯正，實現(xiàn)了本機器人高智能化的目標。（2）通過研究熱擠出時補償鏈的特性及規(guī)格的多樣性，研制為補償鏈導向、便于快速裝卸的導鏈環(huán)；解決補償鏈拖拽、改向過程中表面易刮擦的關鍵問題。（3）利用 ug 軟件進行機構各個零件的實體建模及裝配關鍵詞：電梯；補償鏈；盤繞機器人；機械手；導鏈環(huán)； 充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609Elevator balance compensation chain coiled robot - end manipulator and guide link designAbstract: The design of the elevator balance compensation chain coiled robot is mainly to achieve the full automation and high precision of the coiling work in the compensation chain production process, and must be stacked in order under the reserved track. This paper mainly studies the end manipulator and the guide link of the elevator balance compensation chain to ensure the accuracy, continuity and stability of the robot coiling work. The main contents are as follows: (1) Through kinematics calculation and motion simulation experiments, according to the stacking trajectory of each layer and the natural deviation law caused by the heat balance chain's own force, the structure and dimensions of the mechanical finger system are determined, and used to sort out the upper layer and deviate from normal due to its own torsion. The compensation chain of the track is returned to its theoretical coiling trajectory so as to ensure the correct trajectory of the compensation chain at the current level and achieve accurate stacking; instead of manual correction, the robot is highly intelligentized..(2) Through kinematics calculation and motion simulation experiments, according to the stacking trajectory of each layer and the natural deviation law caused by the heat balance chain's own force, the structure and dimensions of the mechanical finger system are determined, and used to sort out the upper layer and deviate from normal due to its own torsion. The compensation chain of the track is returned to its theoretical coiling trajectory so as to ensure the correct trajectory of the compensation chain at the current level and achieve accurate stacking; instead of manual correction, the robot is highly intelligentized. (3) Using ug software for entity modeling and assembly of various parts of the organizationKey words: Elevators; Compensation chain; Coiled robots; Manipulators充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609目 錄1. 緒論···································································11.1 課題研究的背景和意義············································11.2 國內外研究現(xiàn)狀······················································31.3 課題的研究目標、內容和擬解決的關鍵問題·······························52.本設計的方案與原理介紹···································52.1 本設計的整體方案··········································52.2 本裝置的工作原理說明··································53.機械手系統(tǒng)的零件設計介紹································73.1 齒輪傳動系統(tǒng)設計··············································73.1.1 齒輪的設計················································83.1.2 內套的設計···············································133.1.3 軸承的選擇···············································143.2 支架設計························································14充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196093.3 連接裝置設計······················································153.4 機械指系統(tǒng)設計···················································163.5 其他板型材料零件設計···············································183.5.1 C 形板的設計·················································183.5.2 軸承蓋板的設計···········································193.5.3 軸端蓋板的設計···········································204.導鏈環(huán)裝置的零件設計介紹···············································214.1 導鏈環(huán)的設計·····················································224.2 支撐板的設計·················································234.3 導鏈環(huán)壓板的設計·················································245.電動機與減速機的選用··················································255.1 電動機的選用···················································25充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196095.2 減速機的選用······················································275.3 電動機與減速機之間的連接···········································286.本設計小結·······················································287.畢業(yè)設計心得體會······················································29參考文獻·······························································30充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 1 頁 共 30 頁1 .緒論1.1 課題研究的背景和意義 電梯是一種垂直升降設備，隨著現(xiàn)代經濟社會的發(fā)展,高層建筑日益增多,電梯得到了普遍使用，已經成為了一種必不可少的高效運輸交通工具,其中曳引式電梯應用更加廣泛 [1]。如圖 1-1 所示，在電梯運行過程中，轎廂側和對重側的鋼絲繩的長度在不斷變化，從而引起曳引輪兩側鋼絲繩重量的變化。當轎廂位于最低層站時，鋼絲繩的重量大部分作用于轎廂側；當轎廂位于最高層站時，鋼絲繩的重量大部分作用于對重側。這種變化在電梯提升高度不大時，對電梯的運行性能影響不大，但提升超過一定高度時，會嚴重影響電梯運行的穩(wěn)定性，危及乘客的安全。為此，當電梯的提升高度超過一定高度時，必須要設置具有一定重量的部件來平衡因高度變化帶來的重量變化 [2]。圖 1-1：電梯補償系統(tǒng)簡圖為了保障電梯安全平穩(wěn)運行，需要在電梯內部安裝平衡補償鏈，電梯平衡補償鏈是電梯的補償裝置，用來平衡運行過程中曳引鋼絲繩和隨性電纜的重量差，它具有壽命長，強度高，彈性好等優(yōu)點，不僅對電梯的安全運行有著重大的意義,而且可以減少電梯運行過程中產生的振動和噪音，影響電梯的節(jié)能性能及舒適感 [3]。在發(fā)展初期，技術條件不成熟的情況下，補償鏈是將鐵鏈穿進麻繩之中，目的是為了減少鏈節(jié)之間的摩擦以及碰撞所產生的噪聲，但電梯箱體的抖動仍然比較大，后來隨著技術水平的提升，出現(xiàn)了包塑電梯平衡補償鏈，它能夠減小補償鏈在運行過程中的噪聲同時減緩環(huán)境對補償鏈的腐蝕，它選用優(yōu)質電焊錨鏈經表面處理后外面包裹一層 PVC 材料，經特殊工藝加工而形成包塑補償鏈，如圖 1-2（a）所示，它整體更加美觀，但柔韌性以及耐用性方面仍需改善 [2]。如今更加性能優(yōu)異的補償鏈能夠將 PVC充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 2 頁 共 30 頁或橡膠材料包裹在焊接錨鏈上且讓其二者完美結合，該鏈也稱為全塑型平衡補償鏈，如圖 1-2（b）所示。圖 1-2（a）:包塑電梯平衡補償鏈 圖 1-2（b）:全塑電梯平衡補償鏈新制造的補償鏈很熱，需要通過水箱冷卻。之后，溫度約為 40°C 的熱補償鏈要隨擠出速度按有相對較多的直線段、較少的彎曲段的跑道型軌跡逐圈逐層盤繞堆放，以便涂層材料逐漸冷卻并在空氣中成形。如果補償鏈在冷卻過程中沒有有序盤繞，將導致彎曲后不能矯直，一旦平衡補償鏈不夠平直，它會在電梯運行過程中產生扭轉運動，運行速度越高，產生的扭轉越嚴重，致使電梯轎廂產生明顯的振動和噪音，嚴重影響電梯運行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性 [4]。從這一點來看，卷取是補償鏈生產中的重要步驟。保證全塑型平衡補償鏈平直品質的關鍵是必須趁其從擠出機出來、尚處于溫熱柔軟狀態(tài)之時、進行定軌跡盤繞堆放，然后進行自然冷卻。通過綜合考慮場地利用及輸送等因素及實踐驗證，按跑道型軌跡堆放效果最好，圖 1-3 為堆放于輸送平板車上的完整鏈堆理想堆放效果。圖 1-3:理想的高精度盤繞狀況圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 3 頁 共 30 頁圖 1-4:人工盤繞狀況圖目前，補償鏈堆放是手動完成的。由于鏈條的重量高達 5.95 千克/米，整個鏈條的長度高達 8000 米，卷繞鏈條是一個工作難度大，需要大量人力。通過人工拖拽的方式進行平衡鏈的堆疊，不僅生產效率低，冷定型后平直性精度不高，如圖 1-4 所示的人工盤繞狀況圖，而且因為勞動強度大，工作環(huán)境差致使很難招到工人。通常情況下，需要三人 16-24 小時才能通過有序地纏繞在平板車上完全裝載鏈條。這種低效率的纏繞方式導致生產率和利潤低下，威脅到公司在激烈競爭的市場中的可持續(xù)性。開發(fā)替代手動操作的機器人勢在必行。電梯平衡補償鏈盤繞機器人既能大大減少工人數(shù)量和工作強度，又能提高鏈條的質量。如果要以機器人來代替人力完成整個電梯平衡補償鏈的盤繞工作，導向裝置及導鏈環(huán)是必不可少的，如果在保證精確導向的同時不能夠有效減少滑動摩擦阻力，則會導致補償鏈運送過程中的順暢性不夠好，從而使得平衡補償鏈的表面發(fā)生損傷，也導致平穩(wěn)性和連續(xù)性的要求不能得到滿足 [8]。所以需要設計出可以平穩(wěn)精確工作，導向正確，使用壽命長，成本低,可快速裝卸的端部機械手和導鏈環(huán)，來完成電梯平衡補償鏈盤繞機器人最終的生產作業(yè)。從而提高工業(yè)生產自動化程度，加快實現(xiàn)企業(yè)生產的機械化和智能化，減少人力，便于有節(jié)奏的生產，提高生產效率，從而減少企業(yè)的運營成本，提高利潤。同時也使補償鏈的堆疊更加準確，提高生產質量，從而能有效改善使用過程的材料浪費。1.2 國內外研究現(xiàn)狀在制造領域，目前世界上約有 150 多萬臺工業(yè)機器人正在各種生產現(xiàn)場工作，在非制造領域，如服務機器人，水下機器人，醫(yī)療機器人，軍用機器人，娛樂機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，并且正迅速地向實用化邁進。用來完成不同生產作業(yè)的的工業(yè)機器人的種類愈來愈多，機器人將成為人類社會生產活動的主要勞動力，人類將從繁重的、重復單調的、有害健康和危險的生產勞動中解放出來 [5]。而機械手是工業(yè)機器人的核心部件和關鍵技術，工業(yè)生產上應用的機械手，由于使用場合和工作要求的不同，其結構型式亦各不相同，技術復雜程度也有很大差別。但它們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動作及功能；一般都能按預定程序，自動地、重復循環(huán)充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 4 頁 共 30 頁地進行工作 [6]。機械手的總體設計要進行全面綜合考慮，盡可能使之做到結構簡單、緊湊、容易操作、安全可靠、安裝維修方便、經濟性好 [7]。中國工業(yè)機器人的發(fā)展正在蓬勃發(fā)展，智能化、自動化在企業(yè)的生產過程中扮演著重要的角色，而目前我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計是非常有意義的。尤其是在圍繞“安全”與“節(jié)能高效”發(fā)展主題的今天，工業(yè)機器人在流水線上的作業(yè)無疑更能滿足企業(yè)對此的需求。安全、提高質量是機器人得以發(fā)展的兩大驅動力 [6]。根據(jù)電梯行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，目前，中國是世界上最大的電梯生產國和消費國，中國電梯產量和消費量在全球占比都達到 60%以上 [11]，由于國內電梯業(yè)近 10 年年均 20%的高速增長，電梯產量增長近 6 倍，隨著存量基數(shù)的擴大，行業(yè)由原來的爆發(fā)增長階段進入穩(wěn)定增長階段，雖然行業(yè)需求放緩，但軌道交通，保障房、舊梯改造等新增需求對沖部分下滑壓力。從短期來看，住宅新開工面積的增長將刺激需求，住宅電梯需求將占到電梯需求的 70%以上，其余為商場和寫字樓等商用需求，電梯的更換周期為15 年左右，由于我國的商品房從上世紀 90 年代才開始迅速發(fā)展，目前新裝需求仍是電梯的需求來源，根據(jù)《住宅設計規(guī)范要求》，7 層以上住宅或住戶入口層樓面距離室外設計地面的高度超過 16 米以上的住宅必須設置電梯，隨著工業(yè)化及城鎮(zhèn)化進程的加速，土地資源的稀缺性日漸突出，未來高層建筑將是住宅的主流，電梯的需求量也會不斷增長。根據(jù)國務院《特種設備安全監(jiān)察條例》規(guī)定，特種設備超過安全技術規(guī)范規(guī)定使用年限后必須強制報廢。我國目前沒有對電梯壽命提出強制報廢要求，但按國外電梯使用壽命慣例，一般日本系列電梯設計壽命為 15 年，歐美電梯設計壽命為 25 年。根據(jù)我國電梯選購的實際情況看，采用日本系列產品或技術的數(shù)量大約有 60%以上，這部分電梯首先進入更新期，而采用歐美系列的電梯也將進入更新期。中國電梯的保有量已經超過 100 萬臺，20 世紀 80 年代末以來陸續(xù)安裝的電梯現(xiàn)在已經進入更新改造期，專家預計今后每年大修改造的電梯將保持在 15,000 臺以上，電梯改造市場存在著不可低估的商機。所以我國的電梯市場將進入一個新裝與維護并重的時期，特別是安裝維保市場有望迎來爆發(fā)，每年有大量的陳舊電梯需要更換補償鏈，電梯平衡補償鏈的市場需求廣大。而且越來越多的電梯業(yè)主傾向于選擇電梯原廠進行專業(yè)的維修保養(yǎng)，國內大部分的電梯生產工序都已實現(xiàn)自動化，對機器人應用前景有著十分直觀的認識，未來電梯業(yè)的發(fā)展趨勢將是機器人、物聯(lián)網與電梯企業(yè)制造能力相結合，切入智能制造領域。但如今國內乃至國際上對于電梯平衡補償鏈的盤繞機器人的研究仍不是十分充分，發(fā)展的空間還十分充足，市場對此類機器人的需求又十分強烈，為了能夠在市場競爭中率先取得優(yōu)勢，相關公司正投入大量的人力物力來研發(fā)能夠滿足功能要求的機器人，發(fā)展前景良好。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 5 頁 共 30 頁1.3 課題的研究目標、內容和擬解決的關鍵問題由于補償鏈自身的扭力狀況，可能會導致平衡補償鏈在盤繞過程中偏離正常軌道，端部機械手的設計主要針對解決這部分的問題，智能化的代替人工矯正，保證當前層補償鏈的正確軌跡，實現(xiàn)精準堆放，從而實現(xiàn)機器人高智能化的性能要求。而導鏈環(huán)的研究主要是平衡鏈自身的物理特性及不同規(guī)格尺寸，設計出性能良好，同時裝卸方便的補償鏈導向裝置，解決補償鏈在盤繞運輸過程中避免易刮擦損壞的關鍵問題。本課題致力于開發(fā)電梯補償鏈盤繞機器人的端部機械手及導鏈環(huán)兩大部分，以保證補償鏈在提送過程中表面不受擠壓、以及糾正按軌跡堆放后的補償鏈因自身扭力造成的偏離，該裝置可以完全取代人工，是整套盤繞機器人高智能化的關鍵部分。2.本設計的方案與原理介紹2.1 本設計的整體方案本設計的整體方案如圖所示圖 2-1：機械手整體方案 CAD 二維裝配圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 6 頁 共 30 頁2.2 本裝置的工作原理說明電梯平衡補償鏈盤繞機器人是一個大型機構，正如 2.1 部分所示的機械手及導鏈環(huán)整體系統(tǒng)方案設計，補償鏈的盤繞工作并非僅僅由機械手系統(tǒng)完成，嚴格意義上來講，機械手與導鏈環(huán)系統(tǒng)是盤繞過程中的輔助機構，也可稱為對中機構，但對于補償鏈的盤繞質量起著至關重要的作用。我們在之上介紹過，電梯平衡補償鏈并不是一種實心的圓柱形材料，他是由 pvc 材料或者橡膠包裹著焊接錨鏈，鏈環(huán)與鏈環(huán)之間很容易產生相對位置的錯動，特別是將鏈環(huán)放在水平位置時，這種運動會尤其嚴重，從而導致鏈環(huán)發(fā)生扭轉，這樣整條補償鏈在下落時軌跡就會偏離原來的理論軌跡。機械手的在工作空間的生產作業(yè)需要依靠電梯平衡補償鏈盤繞機器人的移動裝置來完成，補償鏈的盤繞需要 X、Y、Z 三個平面移動自由度，所以在此前，我們把盤繞工作的 Z 向移動裝置設計成從一定高度垂直延伸下來的一種移動導軌機構，導鏈環(huán)則安裝 Z 向驅動裝置豎向設置的齒條的背面，需要注意的是，為了避免補償鏈從某個導鏈環(huán)的上面向外鼓出從而會導致盤繞中斷的現(xiàn)象發(fā)生，所述導鏈環(huán)至少需要三組，綜合 Z 向移動裝置的尺寸以及補償鏈自身的材料的性質，最佳的空間布置為 4 組，沿齒條的長度方向從上到下等距對齊設置，這樣的便可以有效解決當某個導鏈環(huán)的滾筒轉動不靈活使補償鏈在導鏈環(huán)內下移的阻力有所增大的狀況。在導鏈環(huán)的下方設置機械手，同時也連接在 Z 向驅動裝置的末端，機械手通過機械手機架與 Z 向齒條連接，其中心通孔與導鏈環(huán)同心設置，且中心通孔的直徑不能小于導鏈環(huán)的內徑，在機械手下方通過平面軸承連接水平布置的中空大齒輪，在機械手機架上設置驅動裝置，即伺服電機，驅動裝置的輸出端連接小齒輪，小齒輪與中空大齒輪相互嚙合，從而形成傳動系統(tǒng)，當驅動裝置帶動小齒輪作正反向運動時，大齒輪也可隨之作相應的正反向轉動，在中空大齒輪的下端同心布置連接一個 C 形環(huán)狀機械指機架，在機械指下端布置一個機械長指和兩個機械短指，在機械長指的下端滾動配合中心滾筒指套，在兩個機械短指的下端滾動配合側滾筒指套，所述的中心滾筒指套與中空大齒輪同軸布置，兩個側滾筒指套布置在中心滾筒指套的兩側，且中心滾筒指套與兩個側滾筒指套在水平面上的投影連線在中空大齒輪的一個徑向上。在整個設計方案中，需要尤其注意零件的相互位置及尺寸對應關系，即技術特征，這是由盤繞工作必須要平整有序的要求決定的。中心滾筒指套與兩個側滾筒指套的直徑和高度都等于盤繞的補償鏈的直徑，中心滾筒指套與任意一個側滾筒指套的相鄰母線間的距離等于當前所盤繞的補償鏈的直徑，中心滾筒的上端面與任意一個側滾筒指套的下端面必須位于同一個水平面上，中心滾筒指套的下端面與盤繞時所用的平板車的上表面之間的距離尺寸要比盤繞的補償鏈的半徑尺寸稍微小一些，在盤繞直線段的軌跡時，要保持中心滾筒指套和兩個側滾筒指套在水平面上的投影的連心線與直線段盤繞軌跡相互垂直，而在盤繞圓弧段軌跡時，要保持中心滾筒指套和兩個側滾筒指套在水平面上的投影的連心線與圓弧段盤繞軌跡的切線相互垂直。當盤繞最底層補償鏈時，通要使得中間手指滾筒底部位于距平板車的距離為略小于補償鏈半徑的位置，這個通過控制 Z 向齒條的運動來實現(xiàn)，此時旁邊手指滾筒底部充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 7 頁 共 30 頁距平板車的距離為略小于 1.5 個補償鏈的直徑。當盤繞直線段軌跡時，機械手的驅動裝置是不工作的，三個手指被控制成其滾筒中心在水平面上投影的連心線，與直線盤繞軌跡相垂直并保持不動的狀態(tài)。當盤繞圓弧段軌跡時，控制機械手驅動裝置，帶動小齒輪旋轉，使中空大齒輪連同三個手指一起繞中空大齒輪的軸線水平轉動，在盤繞過程中，使三個手滾筒在水平面上投影的連心線，始終保持與圓弧段盤繞軌跡的切線相互垂直的狀態(tài)。使得三個手指滾筒在水平面上投影的三個圓始終與所盤繞的補償鏈的外表面保持相切的狀態(tài)。從而保證了中間手指滾筒，能夠將前一圈下落后在水平躺下時自由扭轉到當前層上還沒有下落補償鏈處的補償鏈，推回到其理論盤繞軌跡上，使一個旁邊手指滾筒，能夠在盤繞奇數(shù)層時，將前一圈下落后在水平躺下時自由扭轉到當前層上已經有下落補償鏈處的補償鏈，推回到其理論盤繞軌跡上，使另一個旁邊手指滾筒，指套能夠在盤繞偶數(shù)層時，將前一圈下落后在水平躺下時自由扭轉到當前層上已有下落補償鏈下落處的補償鏈，推回到其理論盤繞軌跡上。從而保證了無論補償鏈下落后在水平躺下時，其自由扭轉的方向和扭轉量的大小如何，都能將補償鏈推回到其理論盤繞軌跡上。當?shù)谝粚颖P繞結束，控制 Z 向齒條連向上移動一個所盤繞補償鏈的直徑距離，機械手系統(tǒng)則跟著 Z 向齒條上移動一個補償鏈的直徑距離。此時，中間手指滾筒底部距第一層補償鏈的距離為略小于所盤繞補償鏈半徑的位置，旁邊手指底部距第一層補償鏈的距離為略小于 1.5 個補償鏈的直徑的位置，進行第二層盤繞。同盤繞第一層一樣，無論補償鏈下落后在水平躺下時，其自由扭轉的方向和扭轉量的大小如何，三個手指都能將補償鏈推回到其理論盤繞軌跡上。完成以上所述的各個動作，同時滿足各零件的尺寸要求以及零件之間的相互關系要求，便可以實現(xiàn)補償鏈智能化高精度的盤繞作業(yè)，同時能夠保證自然冷卻定型后的補償鏈產品具有良好的平直性品質。3.機械手系統(tǒng)的零件設計介紹機械手系統(tǒng)系統(tǒng)如圖所示：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 8 頁 共 30 頁圖 3-1（a）：機械手系統(tǒng) CAD 裝配圖圖 3-1（b）：機械手系統(tǒng)三維建模裝配圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 9 頁 共 30 頁整個系統(tǒng)除必要的緊定螺釘以及連接螺釘之外，共由 14 個零部件組成，機械手電動機和減速機的選型我們將在第五章單獨介紹，其他大致可以分為以下幾個部分，即齒輪傳動系統(tǒng)設計、支架設計、連接裝置設計、機械指設計和其他板型材料設計，各零部件設計情況介紹如下：3.1 齒輪傳動系統(tǒng)設計3.1.1 齒輪的設計齒輪傳動系統(tǒng)主要由兩個齒輪組成，電動機與減速器所組成的機械手驅動裝置帶動小齒輪的正反向旋轉，而中空大齒輪與小齒輪相互嚙合從而帶動機械指繞中心軸線水平旋轉，從而機械手系統(tǒng)完成歸正補償鏈盤繞軌跡的任務，它是機械手系統(tǒng)設計最關鍵的部分。中空大齒輪的參數(shù)設置如表格所示模數(shù) 2齒數(shù) 105壓力角 20齒頂高系數(shù) 1頂系系數(shù) 0.25配對齒輪齒數(shù) 21配對齒輪代號 S07中心距 126±0.0315精度等級 7GJGB/10095.1-2001小齒輪齒輪的參數(shù)設置如表格所示模數(shù) 2齒數(shù) 21壓力角 20齒頂高系數(shù) 1頂系系數(shù) 0.25配對齒輪齒數(shù) 105配對齒輪代號 S02中心距 126±0.0315精度等級 7GJGB/10095.1-2001這兩個齒輪的三位建模如圖所示充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 10 頁 共 30 頁圖 3-2（a）中空大齒輪三維建模圖圖 3-2（b）小齒輪三維建模圖齒輪傳動的設計計算：1. 選定齒輪類型、精度等級、材料級齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動。2） 速度不高，故選用 7 級精度。3） 材料選擇。由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr(調質)，硬度為 48-55HRC，齒條材料為 40Cr（調質）硬度為 48-55HRC。4） 選小齒輪齒數(shù) =21，大齒輪齒數(shù) 。??1 ??2=1052. 按齒面接觸強度設計由設計計算公式進行計算，即充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 11 頁 共 30 頁??1?? ≥2.323??????1???? ???+1?? (????[????])2(1) 確定公式內的各計算數(shù)值1） 試選載荷系數(shù) =1.3。???? 2） 計算小齒輪傳遞的轉矩。（預設齒輪模數(shù) m=2mm,直徑 d=42mm）??1=95.5×105??1??1 =95.5×105×0.4×0.97300 =1.2×104??????? 3) 由表 10-7 選齒寬系數(shù) 。????=0.54）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。????=189.8??????125）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ;齒條的??????????1=600??????接觸疲勞強度極限 。??????????2=550??????6）由式 10-13 計算應力循環(huán)次數(shù)。??1=60??1?????=60×300×1×(2×8×200×4)=2.3×1087)由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。??????1=0.948）計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（10-12）得[????]1=??????1??????????1?? =0.95×600??????=570??????(2) 計算1） 試算小齒輪分度圓直徑 ,代入 。????1 [????]1??1?? ≥2.323??????1???? ???+1?? (????[????])2=2.3231.3×1.2×1040.5 ?5+15 (189.8570)2=37.29???? 2） 計算圓周速度 v。??= ????1????160×1000=??×37.29×30060×1000=0.59???? 3)計算齒寬 b。 b=???????1??=0.5×37.29=18.65???? 4)計算齒寬與齒高之比 。??? 模數(shù)????=??1?? ??1=37.2921=1.77齒高 h=2.25????=2.25×1.77=3.98????充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 12 頁 共 30 頁??? =18.653.98=4.685） 計算載荷系數(shù)。根據(jù) ,7 級精度，由圖 10-8 查得動載荷系數(shù) ;v=0.59??/?? ????=1.15直齒輪， ;??????=??????=1由表 10-2 查得使用系數(shù) ;????=1.25由表 10-4 用插值法查得 。??????=1.2由 ， 查圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)??? =4.68??????=1.2 ??????=1.17??=????????????????????=1.25×1.15×1×1.2=1.7256） 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得??1=??1??3??????=37.29×31.7251.3=40.98????7)計算模數(shù) m。m=??1??1=40.9821=1.95????3. 按齒根彎曲強度設計由式（10-5）得彎曲強度設計公式為??≥32????1??????12(????????????[????] )（1） 確定公式內各計算數(shù)值1） 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ;大齒輪的彎曲強度極??????1=500??????限 ；??????2=380??????2） 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ;??????1=0.9??????2=0.933） 計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得[????]1=??????1??????1?? =0.9×5001.4 =321.43??????[????]2=??????2??????2?? =0.93×3801.4 =252.43??????4)計算載荷系數(shù) K。 ??=????????????????????=1.7255)查取齒形系數(shù)。由表 10-5 查得 , 。??????1=2.65 ??????2=2.186）查取應力校正系數(shù)。由表 10-5 查得 ， 。??????1=1.58??????2=1.777） 計算齒輪齒條的 并加以比較。????????????[????]充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 13 頁 共 30 頁??????1??????1[????]1 =2.65×1.58321.43=0.01303??????2??????2[????]2 =2.18×1.77252.43=0.01529齒條的數(shù)值大。（2） 設計計算m≥32×1.725×1.2×1040.5×212 ×0.01529=1.42????從以上的計算過程可以得出結論，我們所設計的齒輪是滿足強度要求的。3.1.2 內套的設計圖 3-3（a）：內套設計 CAD 二維圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 14 頁 共 30 頁圖 3-3（b）：內套設計三維建模圖通過機構工作原理的介紹，補償鏈通過導鏈環(huán)到達機械手系統(tǒng)，而之后需穿過機械手到達機械指的末端結構，所以我們把大齒輪設計出中空的形狀，所以大齒輪的旋轉不是通過軸與鍵的配合來實現(xiàn)的，所以在此設計內套，軸承與大齒輪的這么一套旋轉運動結構，同樣，內套也是中空結構，使補償鏈穿過，然后再通過機械指進行盤繞。3.1.3 軸承的選擇軸承所受載荷的大小、方向和性質，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。因為本設計中所選用的軸承只受純徑向載荷，而且載荷不是特別大，同時要能夠在高轉速的場合下適用，所以我們選用深溝球軸承，再根據(jù)我們設計的內套的尺寸，所以選用 61824 深溝球軸承。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 15 頁 共 30 頁3.2 支架設計圖 3-4（a）：支架設計 CAD 二維圖圖 3-4（b）：支架設計三維建模圖對比機械手系統(tǒng)的整體設計圖，可以看到，機械手支架這個零件的作用基本上將其他所有的零件連接在一起，機械手的 Z 向連接板，驅動裝置，以及機械指系統(tǒng)通過與機械手支架固定連接在一起，形成一個統(tǒng)一的整體，可以說，他是整個機構的腰部部位，直接影響機構運作的穩(wěn)定性，在安裝過程中，一定要保證這一部位連接的可靠性。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 16 頁 共 30 頁3.3 連接裝置設計圖 3-5（a）：連接裝置 CAD 二維圖圖 3-5（b）：連接裝置設計三維建模圖連接裝置指的就是這個機械手 Z 向連接板，它的側面通過螺釘與 Z 向齒條連接，底面通過螺釘與機械手支架連接。在此之前，我們已經介紹過，本電梯平衡補償鏈盤繞機器人的機械手如果需要完成既定的盤繞動作，必須有另外的可以在空間內具有 3個自由度的移動裝置，我們需要單獨的設計此連接裝置與機械手的移動裝置連接在一起。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 17 頁 共 30 頁3.4 機械指系統(tǒng)設計機械指系統(tǒng)由機械手指架和機械指兩部分構成，由于設計的電梯平衡補償鏈盤繞機器人需要盤繞多種規(guī)格的補償鏈，所以根據(jù)現(xiàn)實情況，設計出三種規(guī)格的機械指，他們具體形態(tài)上沒有區(qū)別，只是根據(jù)補償鏈直徑的變化對其尺寸作相對應的調整。這是整個機械指系統(tǒng)的裝配圖以及指架和機械指的零件圖。圖 3-6（a）：機械指系統(tǒng) CAD 裝配圖圖 3-6（b）：機械指系統(tǒng)支架 CAD 二維圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 18 頁 共 30 頁圖 3-6（c）：機械指 CAD 二維圖圖 3-6（d）：機械指支架三維建模圖圖 3-6（e）：機械指三維建模圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 19 頁 共 30 頁機械指的指架包括一個機械長指和兩個機械短指，機械長指下端滾動配合中心滾筒指套，機械短指下端分別滾動配合側滾筒指套，中心滾筒指套與中空大齒輪同軸布置，兩個側滾筒指套布置在中心滾筒指套的兩側，且中心滾筒指套與兩個側滾筒指套在水平面上的投影連線在中空大齒輪的一個徑向上。在此之前，補償鏈盤繞機器人在空載的條件下已經能夠在預訂的軌跡下工作，但是由于補償鏈生產任務是長期不間斷，每次生產補償鏈的擠出長度是以萬米為單位來計算的，以及補償鏈的材料的性質，補償鏈自身很容易產生扭力，從而使鏈條偏離正常的軌道。機械指系統(tǒng)就是為了保證當前層補償鏈的正確軌跡，代替人工矯正，實現(xiàn)精準堆放。3.5 其他板型零件設計除以上零部件外，還需要設計一些板型零件，都屬于比較簡單但必須的零件，以保證設備的穩(wěn)定性。3.5.1.C 形板的設計圖 3-7（a）：C 形板 CAD 二維圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 20 頁 共 30 頁圖 3-7（b）：C 形板三維建模圖C 形板安裝在中空大齒輪的下端，且與其同心固定連接，機械指系統(tǒng)固定在 C 形板上，同時 C 形板與機械指的中間手指滾筒要處于同心位置，由于我們所設計的電梯平衡補償鏈盤繞機器人要滿足適用性強的性能，這就要求整套設計能夠滿足多種規(guī)格補償鏈的盤繞，所作出的靈活的設計就是設計出多種規(guī)格的機械指系統(tǒng)，當需要更換盤繞與當前的補償鏈直徑不同規(guī)格的補償鏈時，為了方便機械指系統(tǒng)與中空大齒輪以及補償鏈分開，我們要把用于機械指系統(tǒng)和中空大齒輪連接的這塊板設計成 C 字形，且C 形板的缺口寬度要大于所有所要盤繞的補償鏈規(guī)格的最大直徑。3.5.2.軸承蓋板的設計圖 3-8（a）：軸承蓋板 CAD 二維圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 21 頁 共 30 頁圖 3-8（b）：軸承蓋板三維建模圖傳統(tǒng)意義上的軸承端蓋通常是為了擋住軸承外圈，或者擋住軸承孔的端蓋，從而對軸承起到軸向固定的作用和密封保護的作用，而此設計中軸承端蓋與這有所區(qū)別，我們所設計的軸承端蓋是為了固定中空大齒輪與內套整個的旋轉結構。由于我們所設計的齒輪傳動系統(tǒng)是水平布置的，所以需要在底部設計蓋板結構以此來固定傳動裝置，保證傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以此端蓋布置在中空大齒輪與內套傳動的下方，用螺釘固定，以此使中空大齒輪整個的旋轉運動結構穩(wěn)定。3.5.3 軸端蓋板的設計圖 3-9（a）：軸端蓋板 CAD 二維圖 圖 3-9（b）：軸端蓋板三維建模圖與之上軸承蓋板的作用相似，與中空大齒輪嚙合的小齒輪也是水平放置，所以要在減速器與小齒輪傳遞運動的軸端末端設置此軸端蓋板，以此保證齒輪傳動在一定的水平高度上進行，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，也可以避免由于嚙合錯位而導致齒輪損壞的狀況。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 22 頁 共 30 頁4.導鏈環(huán)裝置的零件部件設計導鏈環(huán)裝置系統(tǒng)如圖所示，整個裝置包括導鏈環(huán)支撐板，導鏈環(huán)壓板以及導鏈環(huán)。圖 4-1：導鏈環(huán)裝置三維建模圖電梯平衡補償鏈在擠出傳送的整個過程的各個部分都必須有相應的導向裝置，否則補償鏈自身在運送過程中自身會發(fā)生翻轉，更使得盤繞的效率以及質量低下，所以導鏈環(huán)裝置的設計是必不可少的，與此同時，我們考慮到要使補償鏈通過導鏈環(huán)時應盡可能的收到較小的滾動摩擦力而不是較大的滑動摩擦力，這樣補償鏈通過導鏈環(huán)的順暢性就更好，從而可以避免補償鏈在通過時發(fā)生刮擦的現(xiàn)象。同時，整個結構十分方便調整和安裝，也比較的穩(wěn)定。導鏈環(huán)裝置各零部件結構設計介紹如下：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 23 頁 共 30 頁4.1 導鏈環(huán)的設計圖 4.2（a ）：導鏈環(huán) cad 二維圖圖 4.2（b ）：導鏈環(huán)三維建模圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 24 頁 共 30 頁它整體的結構是一個圓柱形筒體，在圓柱形筒體上通過豎向槽和小軸分別支撐上下兩層滾動軸承，每層的滾動軸承為 6-10 個，每層的滾動軸承以圓柱形筒體的軸心為中心沿這圓柱形筒體的圓周均勻分布，所述的圓柱形筒體的內徑大于與每層滾動軸承在垂直于圓柱形筒體軸線的水平面上的投影的內切圓的直徑。圓柱形筒體上對稱固定設置上下兩層沿著筒體圓的圓周均勻分布的若干個軸承連接座，同層的相鄰的軸承連接座之間分別設置有豎向槽，上層與下層的豎向槽沿著圓柱形筒體的母線錯位分布，這樣可以進一步保證補償鏈通過導鏈環(huán)時都與滾動軸承相切，進一步減少摩擦力，補償鏈表面不會被刮傷。與豎向槽相對的每個軸承連接座一側開設圓柱盲孔，另一側開設螺紋通孔，各滾動軸承分別布置在各豎向槽內，每個滾動軸承內過盈配合一小軸，小軸的一段螺紋連接在一個豎向槽一側的螺紋通孔內，另一端設置在豎向槽另一側的圓柱盲孔內。當盤繞較小直徑的補償鏈時，補償鏈都只能夠與滾動軸承的外圈母線相接觸，避免了因補償鏈下落時受到較大的滑動摩擦阻力，而引起補償鏈通過導鏈環(huán)時的順暢性不好的情況，避免了補償鏈表面受到損傷。4.2 支撐板的設計圖 4-3（a）：支撐板設計 CAD 二維圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 25 頁 共 30 頁圖 4.3（b ）：支撐板設計三維建模圖我們在上述的導鏈環(huán)的設計中圓柱形筒體的外周開設了兩個凹槽，各個凹槽的高度就等于支撐板的厚度，兩個凹槽與 U 字形支撐板的兩個臂相互接插。導鏈環(huán)是一個單一的圓柱形筒體，而在工作原理那部分我們已經介紹，導鏈環(huán)裝置要垂直分布在電梯平衡補償鏈盤繞機器人 Z 向移動裝置齒條的背面，單一的圓柱形筒體是不具備安裝條件的，所以設計出 U 字形支撐板，既可以起到固定導鏈環(huán)的作用，同時又能夠起到連接作用，將導鏈環(huán)與 Z 向移動裝置連接在一起。4.3 導鏈環(huán)壓板的設計圖 4-4（a）：導鏈環(huán)壓板 CAD 二維圖充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 26 頁 共 30 頁圖 4-4（b）：導鏈環(huán)壓板三維建模圖導鏈環(huán)壓板是一個十分簡單的零件，主要作用是使支撐板與導鏈環(huán)的連接更加可靠穩(wěn)定，需要注意的是，壓板的自由端要分別設置在圓柱形筒體的的一個端面。他其實是一個雙保險機構，導鏈環(huán)支撐板與導鏈環(huán)的凹槽配合只能起到定位作用，要實現(xiàn)二者嚴格的相互位置關系需要此壓板結構。因為補償鏈大小規(guī)格的不同，當生產任務改變時需要快速的裝卸更換不同規(guī)格的導鏈環(huán)，如果將導鏈環(huán)與支撐板做成一體的形式，不僅會影響生產效率，同時也會產生材料的浪費，所以單獨設計出此壓板結構。5.電動機和減速機的選用及相關強度校核5.1 電動機的選用首先我們確定選用伺服電機，他通過傳感器實時反饋電機的狀態(tài)，由控制芯片進行實時調節(jié)，屬于閉環(huán)控制，這是他優(yōu)于步進電機的最大特點，一般工業(yè)用的伺服電機都是三環(huán)控制，即電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)，分別能反饋電機運行的角加速度，角速度以及旋轉位置，芯片通過三者的反饋控制電機各項的驅動電流，實現(xiàn)電機的速度和位置都準確按照預訂進行。伺服電機選擇的時候，首先一個要考慮的就是功率的選擇，一般應注意以下兩點：1. 如果電機功率選的太小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”的現(xiàn)象，造成電機長期過載，使其絕緣發(fā)熱而損壞，甚至電機被燒壞。2. 如果電機功率選的過大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不夠高，不但對用戶和電網不利，也造成電能的浪費。本電梯平衡補償鏈盤繞機器人主要用于盤繞以下規(guī)格的補償鏈充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 27 頁 共 30 頁電梯平衡繩的規(guī)格和生產參數(shù)：序號 補償鏈規(guī)格擠出產品時速(m/h)外徑（mm）每米質量（kg/m）擠出長度（萬米）總質量（噸）1 WFBS6 24 0.89 1 8.92 WFBS7 26 1.28 1 12.83 WFBS840030 1.49 0.89 184 WFBS9 32 2.03 1.2 185 WFBS10 350 36 2.39 0.75 186 WFBS11 39 2.98 0.5 14.97 WFBS12 300 43 3.33 0.54 188 WFBS13 45 3.8 0.47 189 WFBS14 280 50 4.46 0.4 1810 WFBS14.5 50 5.21 0.2 111 WFBS16 250 56 5.95 0.2 1.2當盤繞代號為 WFBS6 規(guī)格的補償鏈時，由于盤繞第一層時機械手所要求的運動距離最大，我們按照第一層的盤繞軌跡從而計算數(shù)據(jù)，從而選取相應的伺服電機。堆鏈軌跡如圖所示，其中堆鏈高 H=0.8m、外圈最大直徑 D≦2.5m、內圈最小半徑R=0.25m，平板小車長 8m、寬 2.5m、高 0.4m。我們對盤繞過程中產生的扭力經過多次的測量與驗證，當盤繞最大擠出速度的代號為 WFBS6 的補償鏈時，工作時所需要克服的扭力為 F=3200N。所以工作時所需要的功率為 0.35kwp??=????1000=傳動裝置的總效率為 0.97 x 0.99 x 0.97=0.93??總 =??減 ·??軸 承 ·??齒輪 =電機所需要的功率為 p= =0.35/0.93=0.38kwp??/??總所以我們要選擇的電機的 P 額定 ≥0.38kw，綜合電機的品牌和及型號。選用三菱伺服電機 HF-KN43J-S100，該電機的額定功率為 0.4kw>0.38kw,電機的額定轉速為 3000r/min充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609第 28 頁 共 30 頁圖 5-1：伺服電機 HF-KN43J-S1005.2 減速機的選用減速機是一種動力傳達機構，本身并不會產生動力，其作用是利用齒輪大小不同和速度轉換器，將電機的回轉數(shù)減速到自己所要的回轉數(shù)，并得到較大轉矩的機構，在目前傳遞動力與運動的機構中，減速機的應用特別廣泛。他把電動機，內燃機或其他高速運轉的動力通過減速機輸入軸上齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，大小齒輪的齒數(shù)之比便為傳動比，減速器的種類繁多，按照傳動類型可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星齒輪減速器，按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速器，按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器，按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。在這里，我們選用行星齒輪減速機，行星齒輪減速機傳動與圓柱齒輪減速機傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。它的最顯著的特點是：在傳遞動力時它可以進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設置在同一主軸線上。所以，行星齒輪減速機傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)中的增速器和變速裝置。行星齒輪減速機傳動的主要特點如下。1、運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強由于采用了數(shù)個結構相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉臂的性力相互平衡。同軸減速機同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較