物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)含開題及8張CAD圖
物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)含開題及8張CAD圖,物流,搬運(yùn),直角坐標(biāo),機(jī)械,設(shè)計(jì),開題,cad
物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)
摘 要
目前，由于勞動(dòng)力成本和技術(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)搬運(yùn)仍然多采用人工，不僅效率低，搬運(yùn)采取人工的方式具有極大的勞動(dòng)強(qiáng)度，過(guò)大的勞動(dòng)強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致極大概率的發(fā)生安全事故，對(duì)操作者的健康產(chǎn)生威脅，在這種前提下，設(shè)計(jì)機(jī)械手以代替人工搬運(yùn)的操作就變得十分重要。
本文講述了搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂設(shè)計(jì)。首先，利用設(shè)計(jì)前的調(diào)研的方式，大量的查閱資料以及企業(yè)、用戶走訪，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角的調(diào)查，通過(guò)這樣的方式的到市場(chǎng)現(xiàn)狀及需求報(bào)告，并以此大量資料作為依托，機(jī)械臂的各方面的設(shè)計(jì)方案即可提出；隨后，對(duì)于機(jī)械臂所有組成構(gòu)件的尺寸問(wèn)題，在實(shí)際操作場(chǎng)景及環(huán)境的前提下，通過(guò)相應(yīng)的材料確定、力學(xué)計(jì)算、可靠性計(jì)算最終的出各零部件的設(shè)計(jì)尺寸；最后，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的裝配圖以及各零部件圖的展現(xiàn)，可利用“AutoCAD”軟件進(jìn)行繪制。
本次設(shè)計(jì)所需要完成的機(jī)械結(jié)構(gòu)是基于笛卡爾坐標(biāo)系下的機(jī)械手，該機(jī)械手能夠完成在X、Y、Z三軸上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該機(jī)械結(jié)構(gòu)在能夠?qū)崿F(xiàn)笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)的移動(dòng)的前提下，還需要能夠做到快速響應(yīng)的移動(dòng)到目標(biāo)位置，并且在定位目標(biāo)位置和移動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)要具有極高的精度，這樣的特點(diǎn)有助于高效搬運(yùn)。在外形設(shè)計(jì)方面，該機(jī)構(gòu)要足夠的節(jié)省材料降低成本、外形設(shè)計(jì)美觀，并且為了便于能夠滿足大多數(shù)的工作環(huán)境，還需要對(duì)機(jī)構(gòu)的體積進(jìn)行約束，采用小體積機(jī)械手。
獨(dú)立完成本次設(shè)計(jì)，不僅增強(qiáng)了對(duì)大學(xué)所學(xué)的各專業(yè)課的理解和實(shí)際運(yùn)用，而且整合了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等專業(yè)課進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用，將理論進(jìn)行了實(shí)踐；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)前期調(diào)研以及中間的設(shè)計(jì)過(guò)程，讓我對(duì)設(shè)計(jì)起重機(jī)械的方法有了更深層次的學(xué)習(xí)和掌握，并且在方案轉(zhuǎn)化成成品的過(guò)程中，加深了對(duì)“AutoCAD”軟件的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在對(duì)于該軟件已能夠熟練使用，對(duì)今后的工作具有深遠(yuǎn)影響。
關(guān)鍵字：搬運(yùn)，直角坐標(biāo)，機(jī)械臂，機(jī)械手；往復(fù)運(yùn)動(dòng)
Abstract
At present, due to the labor cost and technical problems, the domestic transportation is still mostly manual, which is not only inefficient, but also has a great labor intensity. Too much labor intensity will lead to a great probability of safety accidents and threaten the health of operators. Under this premise, it is very important to design the manipulator to replace the manual transportation operation 。
This paper describes the design of the manipulator with Cartesian coordinates. First of all, by means of investigation before design, a large number of consulting materials and visits of enterprises and users, we can realize the investigation without dead angle. Through such a way, we can report the market situation and demand, and rely on such a large number of materials, we can put forward the design scheme of all aspects of the mechanical arm; then, for the size of all components of the mechanical arm, in the actual operation scenario And the environment, through the corresponding material determination, mechanical calculation, reliability calculation of the final design size of each component; finally, the assembly drawing of the design object and the display of each component drawing can be drawn using "AutoCAD" software.
The mechanical structure needed to be completed in this design is based on the manipulator in Cartesian coordinate system, which can complete the reciprocating motion on the X, y and Z axes. On the premise of realizing the movement in Cartesian coordinate system, the mechanical structure also needs to be able to move to the target position in a fast response, and have a high precision when positioning the target position and moving to the target position, which is conducive to efficient transportation. In the aspect of shape design, the mechanism needs to save materials and reduce costs, and the shape design is beautiful. In order to meet most of the working environment, it also needs to restrict the volume of the mechanism and use a small volume manipulator.
The independent completion of this design not only enhances the understanding and practical application of various professional courses learned in the University, but also integrates the practical application of mechanical principles, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing and other professional courses, and practices the theory. In the design process, through the preliminary investigation and the intermediate design process, let me lift the design The mechanical method has a deeper learning and mastery, and in the process of transforming the scheme into finished products, it has deepened the learning of "AutoCAD" software. Now, the software can be skillfully used, which has a profound impact on the future work.
Key words: handling, Cartesian coordinates, manipulator, manipulator; reciprocating motion
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機(jī)械臂概述 1
1.2.1機(jī)械臂的組成 1
1.2.2機(jī)械臂的分類 2
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.4機(jī)械臂發(fā)展趨勢(shì) 3
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 6
2.1設(shè)計(jì)要求 6
2.2方案擬定 6
2.2.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇 6
2.2.2傳動(dòng)方案的選擇 7
2.3總體方案的確定 8
第3章 動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分析以及選擇 9
3.1.1相關(guān)參數(shù)計(jì)算 9
3.1.2對(duì)于需要的電機(jī)型號(hào)進(jìn)行確定 11
3.2對(duì)于絲桿螺母副的選擇和相關(guān)計(jì)算 13
3.2.1絲杠螺母副的受力分析 13
3.2.2對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 13
3.3對(duì)于導(dǎo)軌選型的研究與相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 17
3.3.1對(duì)于導(dǎo)軌的選型的研究 17
3.3.2對(duì)于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的比較和計(jì)算 18
3.3.3對(duì)于導(dǎo)軌副所具備的精度進(jìn)行分析 20
3.3.4有關(guān)于導(dǎo)軌材料進(jìn)行的選擇 20
第4章 其他輔助裝置的設(shè)計(jì) 21
4.1對(duì)于電磁制動(dòng)器的考慮及其設(shè)計(jì) 21
4.1.1對(duì)于電磁制動(dòng)器的研究 21
4.1.2對(duì)于電磁制動(dòng)器原理的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 22
4.1.3對(duì)主要得零件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì) 23
4.1.4對(duì)于電磁線圈來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì) 26
4.2對(duì)于橫梁的設(shè)計(jì)以及加工 28
4.3對(duì)于框架所要進(jìn)行的設(shè)計(jì) 28
4.3.1對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)進(jìn)行的設(shè)計(jì) 29
4.3.2對(duì)于框架的計(jì)算以及校核 29
4.3.3對(duì)于框架連接螺栓強(qiáng)度的校核 30
總 結(jié) 33
參考文獻(xiàn) 34
致 謝 35
IV
第1章 緒 論
1.1 研究背景及意義
現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展方向是逐漸將需要大量人工重復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化機(jī)械作業(yè)，主要有點(diǎn)是能夠極大的降低事故發(fā)生的概率、極大的降低工作成本、極大的提高工作效率、延長(zhǎng)工作時(shí)長(zhǎng)，目前在大量行業(yè)中已得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。機(jī)械化能夠降低事故發(fā)生概率，往往在尋常人工作業(yè)中出現(xiàn)事故是致命的，而在機(jī)械化作業(yè)中，一個(gè)操作員即可控制數(shù)個(gè)自動(dòng)化機(jī)械，發(fā)生事故的概率降到了很低?，F(xiàn)在各種各樣的機(jī)械手在各行各業(yè)都有運(yùn)用。目前大部分自動(dòng)化機(jī)械上都有廣泛的應(yīng)用到笛卡爾坐標(biāo)系機(jī)械手，機(jī)械手用來(lái)做需要大量重復(fù)的搬運(yùn)工作在響應(yīng)速度、精度上都具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)；而且不僅可以用來(lái)搬運(yùn)，還可以運(yùn)用到其他例如焊接、檢測(cè)點(diǎn)膠等高精度工作上。由于機(jī)械手只有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)等可分化的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，因此機(jī)械手的制造成本較低，并且由于結(jié)構(gòu)可分化，通過(guò)替換抓取結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)不同情況下工作，極其靈活，而且由于機(jī)構(gòu)極高的可靠性，出現(xiàn)故障的概率較低，即便出現(xiàn)故障，維修成本也較低，可直接通過(guò)替換部件的方式完成維修。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的特性，可以在復(fù)雜地形、環(huán)境惡劣的情況下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。
根據(jù)所需要的實(shí)際工作環(huán)境以及機(jī)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)的功能，本次設(shè)計(jì)了能夠在規(guī)定工作路線上、規(guī)定工作時(shí)間內(nèi)將工件從原位置搬運(yùn)到目標(biāo)位置的三自由度電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂。
目前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)機(jī)械臂技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)先我國(guó)，工業(yè)機(jī)械臂的生產(chǎn)規(guī)模領(lǐng)先我國(guó)，工業(yè)機(jī)械臂的產(chǎn)業(yè)化水平領(lǐng)先我國(guó)，因此我國(guó) 自動(dòng)化生產(chǎn)水平深受機(jī)械臂技術(shù)的影響，本次設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械臂技術(shù)的發(fā)展具有實(shí)際意義，不與現(xiàn)實(shí)相悖。
1.2機(jī)械臂概述
機(jī)械臂其實(shí)是仿生設(shè)計(jì)，仿生對(duì)象是模仿人類手臂的多自由度運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)因?yàn)槟軌蛟趯?duì)人類自身健康產(chǎn)生威脅的環(huán)境下代替人類進(jìn)行具有重復(fù)性質(zhì)的復(fù)雜、高強(qiáng)度工作而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等行業(yè)。液壓機(jī)械臂因?yàn)樽陨淼膬?yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他類型的機(jī)械臂，液壓機(jī)械臂已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。
1.2.1機(jī)械臂的組成
機(jī)械臂主要由三部分組成，這三部分分別是：抓取機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)。抓取機(jī)構(gòu)需要根據(jù)目標(biāo)物體的尺寸、外形等各項(xiàng)參數(shù)而選擇不同的材料設(shè)計(jì)成不同的類型，以便用于實(shí)際作業(yè)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)則是通過(guò)在笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)的X、Y、Z三軸的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的移動(dòng)，機(jī)械臂具有更高的自由度才能便于抓取機(jī)械臂工作范圍內(nèi)的個(gè)位置物體，所以用于專業(yè)環(huán)境、專業(yè)工作特性的機(jī)械臂通常具有較高的自由度，一般為2～3各。機(jī)械臂的自由度高那么機(jī)械臂便更加靈活、更加通用，但是高自由度也是會(huì)帶來(lái)一定的缺點(diǎn)的，就是體積、質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，制造工藝更加繁瑣。
1.2.2機(jī)械臂的分類
機(jī)械臂的種類有很多種，不同的劃分方式帶來(lái)不同的機(jī)械臂類型，若按照機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)方式劃分機(jī)械臂的種類，機(jī)械臂可劃分為三種不同類型的機(jī)械臂種類，這三種不同類型的機(jī)械臂分別為：液壓式機(jī)械臂、電動(dòng)式機(jī)械臂、機(jī)械式機(jī)械臂；若按照機(jī)械臂的適用范圍劃分機(jī)械臂的種類，機(jī)械臂可劃分為兩種不同類型的機(jī)械臂，這兩種不同類型的機(jī)械臂分別為：專用機(jī)械臂、通用機(jī)械臂；若按照機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式劃分機(jī)械臂的種類，機(jī)械別可劃分為兩種不同類型的機(jī)械臂，這兩種不同類型的機(jī)械臂分別為：點(diǎn)位控制機(jī)械臂、連續(xù)軌跡控制機(jī)械臂。若按照操作方式劃分機(jī)械臂的種類，機(jī)械臂可劃分為三種不同類型的機(jī)械臂，實(shí)質(zhì)上是按照自動(dòng)化程度進(jìn)行得類別劃分，第一類機(jī)械臂通用機(jī)械臂，該類別機(jī)械臂自動(dòng)化程度較高，無(wú)需操作人員進(jìn)行操作。該種類型的機(jī)械臂是一種不附屬于其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的獨(dú)立裝置，可以根據(jù)不同的任務(wù)目標(biāo)、任務(wù)環(huán)境、任務(wù)目的來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的不同的程序編制，通過(guò)相應(yīng)的程序來(lái)完成不同任務(wù)目標(biāo)和任務(wù)環(huán)境下的各種各樣的規(guī)定的操作，第一類型的通用機(jī)械臂還是具備記憶智能能力的三元機(jī)械。第二類的機(jī)械臂的自動(dòng)化、智能性程度較低，通常需要輔助以操作人員進(jìn)行相關(guān)控制，一般被稱為操作機(jī)。第二種類型的機(jī)械臂最早在原子、軍事工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)用，第二種類型的機(jī)械臂起初被用來(lái)完成特定工作類型的作業(yè)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，第二種類型的機(jī)械臂逐漸發(fā)展到會(huì)采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行操作，最高端的被用來(lái)作為月球車進(jìn)行月球探測(cè)。第三類機(jī)械臂是服務(wù)于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上的專用機(jī)械臂，主要用來(lái)對(duì)被機(jī)床加工對(duì)象進(jìn)行位置移動(dòng)的，這種機(jī)械臂在國(guó)外稱為“Mechanical Hand”，這種一般由主機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械臂大部分情況下都是為了專用工作而制成的，因此程序一般是固定的。
機(jī)械臂若以坐標(biāo)形式可分為下列四種：
（1）直角坐標(biāo)式機(jī)械臂，該種類型的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)方式過(guò)于單一和死板，只有三個(gè)自由度，是由X、Y、Z三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行獨(dú)立或復(fù)合運(yùn)動(dòng)。
（2）圓柱坐標(biāo)式機(jī)械臂，該種類型的機(jī)械臂在直角坐標(biāo)式機(jī)械臂的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，同樣是三個(gè)自由度，但運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生了變化，是由X、Y、Z任意兩個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)組成，再加上某一個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)。
（3）球坐標(biāo)式機(jī)械別，該種類型的機(jī)械臂在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械臂的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，也是三個(gè)自由度，但運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生了變化，減少了一個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)，增加了一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。
（4）關(guān)節(jié)式，手臂運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
美國(guó)在世界范圍內(nèi)率先自主研發(fā)智能機(jī)械臂。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制生產(chǎn)出第一臺(tái)無(wú)人機(jī)械手。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其組成特點(diǎn)是：傳動(dòng)機(jī)體上兩臂需要分別安裝一個(gè)雙向回轉(zhuǎn)式的傳動(dòng)長(zhǎng)臂，抓取傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的頂部安裝了一個(gè)巨大的電磁塊。
1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)研制解決方案的開發(fā)和研究基礎(chǔ)上又成功地研制出了一臺(tái)新型并配有先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的球坐標(biāo)機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械手設(shè)計(jì)理念仿照了坦克的炮塔，臂可以進(jìn)行高速回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用電動(dòng)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為動(dòng)力存儲(chǔ)控制裝置。不少球坐標(biāo)通用型的機(jī)械手就是在這個(gè)設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上不斷地發(fā)展和應(yīng)用起來(lái)的。
1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也曾經(jīng)實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran的機(jī)械手。該工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)是中央立柱有一個(gè)可以自動(dòng)回轉(zhuǎn)、升降采用電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)。雖然這兩種類型的工業(yè)機(jī)械手最早的出現(xiàn)是在了五六十年代初，但都已經(jīng)是國(guó)外促進(jìn)工業(yè)機(jī)械手技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。
1978年美國(guó)Unimate公司和美國(guó)斯坦福大學(xué)，美國(guó)麻省理工學(xué)院共同聯(lián)合開發(fā)研制一種Unimate-Vicarm型的工業(yè)機(jī)械手，裝有小型的電子計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行定位自動(dòng)控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始投入應(yīng)用機(jī)械手，主要產(chǎn)品用于起重運(yùn)輸、焊接和其他機(jī)械設(shè)備的上下料等裝配作業(yè)。
聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還開發(fā)和生產(chǎn)一種點(diǎn)焊應(yīng)用機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式的結(jié)構(gòu)和程序控制。日本目前是世界上工業(yè)機(jī)械手技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用最多的發(fā)達(dá)國(guó)家。自1969年從加拿大和美國(guó)引進(jìn)兩種應(yīng)用機(jī)械手后大力地從事應(yīng)用機(jī)械手的生產(chǎn)和研究。前蘇聯(lián)上世紀(jì)自六十年代中期開始大力發(fā)展兩種應(yīng)用工業(yè)機(jī)械手，至1977年底，其中一半以上是國(guó)產(chǎn)，另一半是國(guó)外進(jìn)口。
目前，工業(yè)機(jī)械手臂絕大部分還只是屬于第一代，主要還是依靠機(jī)械工人操作進(jìn)行手動(dòng)控制；這些改進(jìn)的技術(shù)方向主要目的為了能夠在一定程度上在滿足功能的前提下降低大規(guī)模制造成本，在制造出的成品上還能夠有效地提高精度。第二代機(jī)械手主要設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具備了一定的感知能力，甚至具有聽、想的綜合能力。通過(guò)對(duì)安裝在機(jī)械臂上的各種各樣的傳感器反饋回的信息進(jìn)行分析，從而讓機(jī)械手臂具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手升級(jí)為能獨(dú)立執(zhí)行完成所有工作任務(wù)并解決任務(wù)中所遇到的所有的問(wèn)題。它與柔性電子數(shù)字計(jì)算機(jī)和電視廣播設(shè)備一直保持聯(lián)系，并逐步成熟發(fā)展起來(lái)成為柔性制造系統(tǒng)單元FMS和其他柔性電子制造系統(tǒng)單元系列FMC系統(tǒng)中的重要一環(huán)。
一般工業(yè)應(yīng)用機(jī)械概況，國(guó)內(nèi)工業(yè)加工制造機(jī)械行業(yè)廣泛應(yīng)用的各種各類機(jī)械手有絕大部分的為專用機(jī)械手，附屬于某一類的機(jī)械設(shè)備，它的自動(dòng)機(jī)械工作結(jié)構(gòu)原理以及其程序一般也都完全是固定的。通用自動(dòng)機(jī)械手也不斷地尋求可能有新的技術(shù)突破和發(fā)展，目前市場(chǎng)上應(yīng)用的都是開關(guān)式點(diǎn)位自動(dòng)控制型，伺服型已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用試制中只生產(chǎn)出了少數(shù)臺(tái)，在實(shí)際自動(dòng)機(jī)械應(yīng)用的調(diào)試中，連續(xù)軌跡點(diǎn)位控制型還是沒(méi)有。
1.4機(jī)械臂發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)各行各業(yè)對(duì)工業(yè)用機(jī)械臂的市場(chǎng)需求將越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)機(jī)械市場(chǎng)將保持穩(wěn)步增長(zhǎng)，根據(jù)目前的市場(chǎng)現(xiàn)狀，我國(guó)工業(yè)機(jī)械臂近幾年不斷發(fā)展的各種形式將會(huì)怎樣改變呢？根據(jù)我們的分析將會(huì)呈現(xiàn)如下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）從當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)前景來(lái)看，機(jī)械臂制造工業(yè)仍然是一種高技術(shù)投入低成本贏利的新興產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，機(jī)械臂制造工業(yè)必須算得上一定市場(chǎng)規(guī)模才能具有一定利潤(rùn)可言，只有獲得必需的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)投入，才能真正走上一條可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)產(chǎn)業(yè)道路。世界上工業(yè)機(jī)械臂制造產(chǎn)量最大的三家企業(yè)公司年產(chǎn)工業(yè)機(jī)械臂數(shù)已均超千臺(tái)以上，其中ABB公司產(chǎn)量達(dá)到9000臺(tái)，安川電機(jī)公司近2500臺(tái)，KUKA公司近2000臺(tái)，從國(guó)內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀情況來(lái)看，大小型公司、大中型企業(yè)通過(guò)與外國(guó)機(jī)械臂公司、中外合資公司合作，引進(jìn)技術(shù)和投入資金，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化研發(fā)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械臂，把國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械臂制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推向一個(gè)新的發(fā)展階段和高度。這些合資合作的開展，將可能會(huì)有效地直接推動(dòng)中國(guó)機(jī)械臂制造工業(yè)的快速進(jìn)步，全面推動(dòng)促進(jìn)中國(guó)機(jī)械臂制造工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，但是它也可能會(huì)和其他一些外國(guó)來(lái)的機(jī)械臂制造公司一樣，沖擊中國(guó)工業(yè)機(jī)械臂制造市場(chǎng)，影響國(guó)內(nèi)具有強(qiáng)大自主創(chuàng)新開發(fā)生產(chǎn)能力的中國(guó)機(jī)械臂制造產(chǎn)業(yè)的快速形成，也可能會(huì)使國(guó)內(nèi)其他的中國(guó)機(jī)械臂工業(yè)生產(chǎn)廠家共同面臨一種嚴(yán)峻的市場(chǎng)挑戰(zhàn)。
（2）由注重機(jī)械臂單機(jī)開發(fā)過(guò)渡到成套開發(fā)機(jī)械臂應(yīng)用系統(tǒng)
生產(chǎn)大型機(jī)械臂多的大型機(jī)械臂公司，可以憑借技術(shù)和規(guī)模的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)較大的機(jī)械臂的市場(chǎng)份額，形成一定規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效益，而一些中小機(jī)械臂公司企業(yè)要想在激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中在技術(shù)上求得生存和生存，必須在技術(shù)上具有自己的優(yōu)勢(shì)和特色。國(guó)外許多中小公司把自己的機(jī)械臂市場(chǎng)的重點(diǎn)定位在大型機(jī)械臂控制系統(tǒng)集成或某些技術(shù)上具有自己特長(zhǎng)的領(lǐng)域，從而逐漸形成自己的市場(chǎng)局部競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在國(guó)際市場(chǎng)中技術(shù)上求得自己生存和特色的發(fā)展，如奧地利IGM公司以向廣大用戶提供大型機(jī)械臂焊接控制系統(tǒng)產(chǎn)品著稱，機(jī)械臂在焊接控制系統(tǒng)中只占機(jī)械臂售價(jià)的1/3左右。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)大型機(jī)械臂的生產(chǎn)廠家的規(guī)模大都較小，甚至根本談不上整體規(guī)模，而國(guó)內(nèi)一般的企業(yè)又根本沒(méi)有足夠的能力將機(jī)械臂有效地系統(tǒng)集成起來(lái)到自己的生產(chǎn)系統(tǒng)中銷售處去，因此，那些能夠?qū)I(yè)進(jìn)行機(jī)械臂系的統(tǒng)集成并向廣大用戶提供機(jī)械臂一條龍自動(dòng)化服務(wù)的機(jī)械臂公司，在國(guó)內(nèi)機(jī)械臂自動(dòng)化市場(chǎng)的發(fā)展過(guò)程中將有機(jī)會(huì)進(jìn)一步具有較強(qiáng)的國(guó)際市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)大型加工機(jī)械臂的主要生產(chǎn)廠家中只有北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，以承接涂裝自動(dòng)化的生產(chǎn)線見長(zhǎng)，累計(jì)承接涂裝產(chǎn)值近2000萬(wàn)元，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承接的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，累計(jì)產(chǎn)值近5000萬(wàn)元，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械臂研究所承接的機(jī)械臂涂裝和碼垛自動(dòng)化生產(chǎn)線正在進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化，累計(jì)產(chǎn)值已超過(guò)千萬(wàn)元。
（3）機(jī)械臂開發(fā)走開放型科研之路
國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)對(duì)“七五”機(jī)械臂的技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)為其生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂的可靠性打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，但國(guó)產(chǎn)的機(jī)械臂無(wú)論在技術(shù)上，還是在生產(chǎn)可靠性上，都與國(guó)外的機(jī)械臂差相當(dāng)大的一段距離，要盡快地縮短這種之間的距離，必須鼓勵(lì)企業(yè)走一條開放型的企業(yè)自主創(chuàng)新科研的道路。
1）多方配合籌措項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)資金，通過(guò)政府部門的投資、用戶事業(yè)單位的投資、自我經(jīng)驗(yàn)積累、外商投資、銀行貸款等多種形式，籌措國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂的項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)資金。
2）消化和研究利用國(guó)外得機(jī)械臂相關(guān)技術(shù)、資料、樣機(jī)和其他關(guān)鍵的元器件，為我所用。
3）選擇引進(jìn)國(guó)外質(zhì)量可靠的機(jī)械臂零部件和元器件。
4）公司大力開展國(guó)內(nèi)技術(shù)合作，利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出一系列具有先進(jìn)的中國(guó)制造技術(shù)特色的國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂相關(guān)產(chǎn)品。
5）還要注意國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量高可靠性，使國(guó)產(chǎn)機(jī)械臂的質(zhì)量可靠性與國(guó)外得機(jī)械臂想關(guān)產(chǎn)品具有一定的可比性，同時(shí)我們也要努力做到低成本、易操作。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求
物流行業(yè)發(fā)展到如今，已經(jīng)步入了高速發(fā)展的階段，物流企業(yè)之間的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)的重要籌碼就是機(jī)械臂技術(shù)?，F(xiàn)階段，在物流行業(yè)中，機(jī)械臂技術(shù)在以下兩個(gè)環(huán)節(jié)得到了廣泛的應(yīng)用，這兩個(gè)環(huán)節(jié)分別是：包裝碼垛、裝卸搬運(yùn)。隨著企業(yè)對(duì)機(jī)械臂的自動(dòng)化程度的要求的提高、企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)效率的要求的提高、企業(yè)的勞動(dòng)力雇傭成本的上升、人們對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保要求的不斷提高，以及國(guó)內(nèi)外對(duì)笛卡爾坐標(biāo)機(jī)械臂的研究水平的不斷提高，使其功能不斷完善，控制精度不斷提高，直角坐標(biāo)機(jī)械臂必將在各行各業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
物流行業(yè)中機(jī)械臂應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為擴(kuò)展機(jī)械臂的工作空間，機(jī)械臂是必不可少的。而在械臂關(guān)節(jié)中，保證安全的設(shè)備主要是制動(dòng)器，其功能是在機(jī)械臂失電或者失去控制時(shí)，保證機(jī)械臂自身與末端負(fù)載不出現(xiàn)不可預(yù)知的碰撞。在機(jī)械臂不工作時(shí)，制動(dòng)器還能夠保持機(jī)械臂的位置與姿態(tài)。因此，在機(jī)械臂的設(shè)計(jì)工作中，制動(dòng)器的設(shè)計(jì)成為至關(guān)重要的一個(gè)組成部分。
設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為直角坐標(biāo)機(jī)械臂機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)械臂各關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算；機(jī)械臂制動(dòng)方案設(shè)計(jì)；制動(dòng)盤直徑的確定；摩擦盤設(shè)計(jì)；電磁線圈的設(shè)計(jì)。
主要技術(shù)指標(biāo)、要求為：制動(dòng)平均力矩：3Nm；供電電壓：28V；吸合功率：<10w；安裝要求：法蘭止口連接，均布m3螺釘孔。
設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)應(yīng)完成物流搬運(yùn)直角坐標(biāo)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件的計(jì)算分析、設(shè)計(jì)圖紙的繪制等。
2.2方案擬定
2.2.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇
目前，機(jī)械手按照驅(qū)動(dòng)方式劃分機(jī)械手的種類可劃分為三種不同的種類，這三種不同的類型的驅(qū)動(dòng)方式分別為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)，接下來(lái)對(duì)這三種驅(qū)動(dòng)方式分別進(jìn)行分析。
（1）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
氣動(dòng)壓是一種壓縮空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通常用空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源。氣動(dòng)傳動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如過(guò)載安全，比較簡(jiǎn)單，幾乎不會(huì)污染環(huán)境，花錢少，能夠變速，也有缺點(diǎn)，就是在大的設(shè)備上工作不是很穩(wěn)定，定位會(huì)有些誤差。
（2）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
它具有固有的效率高、響應(yīng)速度快、速度簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？稍诖蠓秶鷥?nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。適應(yīng)性比較強(qiáng)，能夠在許多種環(huán)境下工作。它能吸收沖擊力，實(shí)現(xiàn)更頻繁、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換方向、定位精度比之氣動(dòng)較低，與此同時(shí)也會(huì)較容易出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象，漏油有可能導(dǎo)致水源、土壤等環(huán)境的污染，并且出現(xiàn)漏油等故障時(shí)維修成本較高，由于工作介質(zhì)是油等流體介質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)溫度升高，粘度發(fā)生變化，進(jìn)而會(huì)影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)性能。
（3）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的電機(jī)種類的選擇有很多選擇的空間，大致可以選擇五種不同類型的、運(yùn)轉(zhuǎn)原理和方式迥異的電機(jī)，這五種類型的電機(jī)分別是：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)超同等價(jià)位的其他類型的電機(jī)，運(yùn)行精度比較高，速度可以非常大，也可以非常小，非常穩(wěn)定，非?？煽?，控制方面也比較容易。
所以，我們這次選步進(jìn)電機(jī)。
2.2.2傳動(dòng)方案的選擇
坐標(biāo)機(jī)械臂各方向機(jī)械臂均做平移運(yùn)動(dòng)，常用的平移運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下幾種：
（1）齒輪齒條傳動(dòng)
機(jī)械傳動(dòng)中的齒輪傳動(dòng)是機(jī)械臂機(jī)械結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的最多的、最常用的、最重要的傳動(dòng)方式，由于齒輪的種類的多樣性、參數(shù)的多樣性，齒輪傳動(dòng)的效率極高，傳遞功率可達(dá)到數(shù)十萬(wàn)kw，回轉(zhuǎn)速度甚至可以達(dá)到20000rad/min以上。有以下特點(diǎn)：
1）效率高；
2）結(jié)構(gòu)緊湊；
3）工作可靠；
4）傳動(dòng)比穩(wěn)定。
但是齒輪傳動(dòng)的安裝環(huán)境及精度要求較高，并且需要頻繁的對(duì)齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑，由于結(jié)構(gòu)緊湊、制造精度高，所帶來(lái)的是遠(yuǎn)距離傳動(dòng)的成本極大。
（2）蝸輪蝸桿傳動(dòng)
該種類型的傳動(dòng)具有較大的傳動(dòng)比最高甚至可以達(dá)到1:1000的傳動(dòng)比，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小自身具有自鎖性能，但傳動(dòng)比大帶來(lái)的是較大的摩擦損失，越大的傳動(dòng)比旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的軸向力就會(huì)越大、發(fā)熱就會(huì)越高，替換成本較高。
（3）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
該種機(jī)構(gòu)只需要通過(guò)改變?cè)瓌?dòng)件即可在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)之間不斷切換?；剞D(zhuǎn)副均由低副構(gòu)成，低副比高副加工更加簡(jiǎn)單，也更加容易得到較高的精度，因而在自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)等各類機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。
（4）絲桿螺母副
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)是由梯形螺母和螺桿組成：梯形螺紋的牙根強(qiáng)度很高，螺紋的對(duì)中性很高，但傳動(dòng)效率較低。
滾珠絲杠螺母副是也是能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠螺母副在傳統(tǒng)滑動(dòng)性絲杠的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，使得滾珠絲杠螺母副與傳統(tǒng)滑動(dòng)性絲杠相比，更加有效的消除了運(yùn)動(dòng)副之間的方向間隙，并對(duì)運(yùn)動(dòng)副施加一定的預(yù)載，因此具備較高的摩擦特性，滾珠絲杠螺母副因?yàn)榫邆漭^高精度、較高靈敏度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)爬行現(xiàn)象、傳動(dòng)精度高，所以在各種工業(yè)設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。
所以，我們這次選絲桿螺母副傳動(dòng)。
2.3總體方案的確定
本次設(shè)計(jì)的直角坐標(biāo)機(jī)械臂，采用笛卡爾坐標(biāo)系形式，可以在X、Y、Z三軸的三個(gè)方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此擁有三個(gè)自由度。該機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是由該方向上的執(zhí)行元件在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)下帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)完成的，機(jī)械臂在三個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)均是如此，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：
X軸
Y軸
Z軸
圖2-1 直角坐標(biāo)機(jī)械臂方案簡(jiǎn)圖
第3章 動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分析以及選擇
3.1.1相關(guān)參數(shù)計(jì)算
市場(chǎng)上流通常見的步進(jìn)電機(jī)種類有永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM步進(jìn)電機(jī))以及反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR步進(jìn)電機(jī))等等。對(duì)于永磁式步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)它一般包含兩相，它的轉(zhuǎn)矩以及其體積比較小，它的步進(jìn)角通常是7.5°或15°；相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)通常包含三相，其能夠達(dá)到輸出較大的轉(zhuǎn)矩，其包含的步進(jìn)角通常為0.75°或1.5°，缺點(diǎn)是其可能產(chǎn)生一定的噪音以及機(jī)械振動(dòng)。對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子磁路通常是軟磁材料組制，其包含定子之上應(yīng)用多相勵(lì)磁繞組，以便于通過(guò)磁導(dǎo)變化從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
對(duì)于技術(shù)實(shí)現(xiàn)難易、實(shí)現(xiàn)精度和可用資金等因素綜合考慮，結(jié)合這次對(duì)于機(jī)床的負(fù)載較小的改進(jìn)，如果負(fù)載波動(dòng)不大而且為經(jīng)濟(jì)型的自動(dòng)控制類型設(shè)備，所以這里選擇了反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)以此來(lái)作為驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)鋸片座磨削的進(jìn)給。
(1)對(duì)于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算
對(duì)于旋臂式機(jī)械手來(lái)說(shuō)在其夾持工件的時(shí)刻，其很明顯的承擔(dān)著一些旋臂力矩。對(duì)于文獻(xiàn)1查閱可以查到其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算公式應(yīng)該是：
即為旋轉(zhuǎn)阻抗力的大小(N)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)定它的大小為1989.9。
查閱文獻(xiàn)一可以得出：
在這里取得，那么就有 (N)
同時(shí)可以取得，那么可以得到公式(N)
(2)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的選用方法
因?yàn)閷?duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)其總的位移量的大小需要等于每次輸入的指令所具有的脈沖數(shù)，或者說(shuō)它的平均轉(zhuǎn)速的大小非常嚴(yán)格的與輸入指令脈沖的頻率成正比，因而它能夠在精確定位的條件下實(shí)現(xiàn)精確的位移。其還具有可在它的工作頻段之內(nèi)，其從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換為另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的功能。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)講其具備之下的運(yùn)作特點(diǎn)：
①實(shí)現(xiàn)變扭矩傳動(dòng)的功能，其產(chǎn)生的扭矩會(huì)受到脈沖頻率對(duì)其的限制。其產(chǎn)生的頻率越高，其造成的扭矩就會(huì)越小?？梢詫?shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一定量的阻尼。
②注意需要回避步進(jìn)電機(jī)其具有的低頻振蕩的區(qū)域，這樣就可以使其平穩(wěn)而且低速的進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
③可以通過(guò)對(duì)于指令脈沖頻率變化的控制從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)變速的操作，進(jìn)一步來(lái)對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行改變，如此可以省下一部分機(jī)械的變速機(jī)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，壽命較長(zhǎng)。
④對(duì)于進(jìn)給速度來(lái)說(shuō)其可以調(diào)節(jié)的范圍較寬，可以達(dá)到每秒幾個(gè)脈沖或者達(dá)到每秒幾千個(gè)脈沖。即能確保進(jìn)給系統(tǒng)在進(jìn)行正調(diào)整時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速的運(yùn)動(dòng)，又可以確保從粗加工到精加工產(chǎn)生的每一個(gè)需要的步驟。
⑤此機(jī)構(gòu)的響應(yīng)快速，可以通過(guò)脈沖的輸入或是停止輸入，步進(jìn)電機(jī)會(huì)同步的進(jìn)行停止或者啟動(dòng)。
⑥在步進(jìn)電機(jī)不通電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生定位力矩，此時(shí)轉(zhuǎn)子可以自由的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的每以步喊聲振蕩以及過(guò)沖不過(guò)在使用的過(guò)程中中失步以及過(guò)沖全部都在零件的尺寸誤差允許的范圍之內(nèi)，對(duì)于加工精度的影響很弱。。
(3)脈沖當(dāng)量以及步距角的選擇。
使用的脈沖當(dāng)量小的時(shí)候有利于對(duì)于加工精度提高，但是會(huì)使得系統(tǒng)變的復(fù)雜。一般情況下加工精度的要求不高的自動(dòng)控制機(jī)床，其選用的脈沖當(dāng)量可以選擇為0.01mm／step，這里可以選擇其步距角為=0.75／step。
(4)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上需要的啟動(dòng)力矩進(jìn)行的計(jì)算
查閱文獻(xiàn)9可以得到啟動(dòng)力矩計(jì)算公式應(yīng)為：
在這個(gè)公式中：
表示電機(jī)需用的啟動(dòng)力矩
表示需要的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給抗力(N)，= =1989.9(N)
表示為垂直的分力，==795.9(N)
表示為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，這里可以應(yīng)用材質(zhì)為淬火鋼的滾動(dòng)導(dǎo)軌，應(yīng)用其=0.01
G表示為機(jī)器的重量(N)，這里按照?qǐng)D紙進(jìn)行初步預(yù)估得到G可以為480N。
表示為總體的機(jī)械效率，在這里取=0.85
則
(5)進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)需要的最大靜轉(zhuǎn)矩和其達(dá)到的最高工作頻率的確定
在這里因?yàn)橐獫M足應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于最小步距的要求，所以應(yīng)用的電機(jī)可以選擇為三相六拍的工作方式，這里查閱文獻(xiàn)9即可以達(dá)到：
=0．866 (3—6)
那么此時(shí)步進(jìn)電機(jī)達(dá)到的最大靜轉(zhuǎn)矩可以設(shè)置為：
=180／0.866=207.8(Ncm)
其需要的最高的工作頻率可以設(shè)置為：
3.1.2對(duì)于需要的電機(jī)型號(hào)進(jìn)行確定
（1）SL系列伺服電機(jī)
表3-1 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)確定型號(hào)及主要技術(shù)參數(shù)
圖3.1 36SL5E2伺服電動(dòng)機(jī) 圖3.2 90SL55伺服電動(dòng)機(jī)
對(duì)于交流伺服的電動(dòng)機(jī)而言其具備的機(jī)械特性表示應(yīng)該為非線性的；故而此時(shí)并不需要電刷或者換向器的組合，因而其電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成比較簡(jiǎn)單而且運(yùn)行十分可靠，避免了無(wú)線電的干擾
對(duì)于SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)而言，其主要是由固定的籠子以及轉(zhuǎn)子還有隱極式定子幾部分構(gòu)成。對(duì)于定子槽的處理方法是在其內(nèi)部嵌有二相繞組，其中的一相表示為勵(lì)磁繞組而另外一相表示為為控制繞組，對(duì)于控制繞組而言其應(yīng)當(dāng)分為兩半，對(duì)應(yīng)的分別引出來(lái)四根線，以此可以接通成為串聯(lián)或者并聯(lián)，用來(lái)適用于兩種不同的電壓。
（2）對(duì)于70BF1-3型號(hào)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分析
表3-2 BF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)以及其主要的技術(shù)數(shù)據(jù)
對(duì)于應(yīng)用于BF系列之內(nèi)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系包含的的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)講，其主要作用即為其將脈沖的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)榻俏灰苹蛘咂滢D(zhuǎn)速的控制類型的電動(dòng)機(jī)，其產(chǎn)生的角位移以及其產(chǎn)生的脈沖數(shù)量非常準(zhǔn)確成正比的關(guān)系，所以可以通過(guò)改變其脈沖的頻率以此來(lái)實(shí)現(xiàn)變速的功能。總體上來(lái)說(shuō)這種步進(jìn)電機(jī)具備有其定位精度比較高，其進(jìn)行同步運(yùn)行的特性比較好，而且它還具備有廣泛的調(diào)速范圍、能夠可以實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)以及反轉(zhuǎn)還有制動(dòng)等一些的優(yōu)點(diǎn)。所以它可以比較廣泛的應(yīng)用在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)以此來(lái)作為執(zhí)行元件以及驅(qū)動(dòng)元件來(lái)使用。
圖3.3 70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
查閱表圖的同時(shí)可以對(duì)110BF003型步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行選用，它的主要的參數(shù)像下面展示的：選定它的步距角為，在采用三相六拍進(jìn)行工作的任務(wù)時(shí)間可以取得，其可以產(chǎn)生的最大靜轉(zhuǎn)距為800N.cm，它的高空載啟動(dòng)頻率應(yīng)當(dāng)達(dá)到1500Step／s，其具備的運(yùn)行頻率設(shè)定為7000 Step／s，它具備的相數(shù)確定為3，需要的工作電壓應(yīng)當(dāng)為80V，需要的相電流應(yīng)當(dāng)為6A，這樣的話這種步進(jìn)電機(jī)滿足需要。
3.2對(duì)于絲桿螺母副的選擇和相關(guān)計(jì)算
3.2.1絲杠螺母副的受力分析
因?yàn)橄喈?dāng)于導(dǎo)向輪的傳動(dòng)組成并不需要精度和效率都很高的傳動(dòng)，所以考到這這里這次應(yīng)用一對(duì)梯形螺桿和螺母組成的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。梯形螺紋具有的優(yōu)點(diǎn)包括牙根的強(qiáng)度較高，其制造的工藝性比較好，螺紋的對(duì)中性比較好的優(yōu)點(diǎn)。其存在的不足是無(wú)法保證其效率，不過(guò)對(duì)于工作影響并不大。對(duì)于螺桿材質(zhì)的選擇上采用45號(hào)鋼制造，而螺母的選擇上采用35號(hào)鋼在整體上進(jìn)行車削制造。
依據(jù)導(dǎo)向輪進(jìn)行使用的形式判斷，此導(dǎo)向輪主要于兩種情況下進(jìn)行受力：其一為導(dǎo)向輪以及輪胎一同進(jìn)行工作時(shí)所手里的大小，另外一種情況則是導(dǎo)向輪應(yīng)用為千斤頂?shù)臅r(shí)候其收到的力的大小。
B F
A C
G
根據(jù)力的平衡原則可以得出公式為： 式1
再根據(jù)力矩平衡的原則對(duì)于B點(diǎn)進(jìn)行取矩得到： 式2
又因?yàn)橛? 式3
所以由1、2、3式一起可以得到結(jié)論 F = 12743 N
3.2.2對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核
（1）螺紋副的耐磨性進(jìn)行計(jì)算
對(duì)于滑動(dòng)螺旋而言，其發(fā)生的磨損多存在于螺母而且與螺紋工作面上存在的壓力、其進(jìn)行滑動(dòng)的速度、其包含的螺紋表面粗糙度還有其潤(rùn)滑的狀態(tài)等一些因素存在關(guān)聯(lián)。在這其中最為重要的條件即是螺紋工作面之上存在的壓力，其壓力變的越大則螺旋副之間即越輕易的就會(huì)造成過(guò)度的磨損。因而，對(duì)于滑動(dòng)螺旋其具備的耐磨性進(jìn)行計(jì)算，其主要目的是對(duì)于螺紋工作面上的存在的壓力p進(jìn)行限制，確保它可以小于小于材料的許用壓力[p]避免因此產(chǎn)生的形變，破壞。
對(duì)于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)來(lái)說(shuō)其可以應(yīng)用梯形以及矩形或者鋸齒形螺紋，它的失效形式一般為為螺紋的磨損，而且其螺桿直徑以及螺母高度也經(jīng)常由耐磨性對(duì)其的要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)傳遞的作用力比較大的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)于存在螺紋部分的螺桿或者是對(duì)于別的可能遭到破壞的部位以及螺母或者螺桿存在的螺紋牙形成的強(qiáng)度。在其存在自鎖的要求時(shí)，應(yīng)對(duì)螺紋副需求的自鎖條件進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于一些存在的長(zhǎng)徑比較大的受到壓力的螺旋，應(yīng)當(dāng)對(duì)其穩(wěn)定性計(jì)算校核，它的直徑通常也由其穩(wěn)定性的要求實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于螺母為整體式的情況而且要求其磨損的后間隙不能進(jìn)行調(diào)整的情況下，可以取得；由于該螺旋機(jī)構(gòu)可以由人力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此[P]可以提高20%，計(jì)算可以得到[P]=13MPa。
在這種情況下可以取得，所以這里可以選用的螺桿，確定它的參數(shù)可以為：
表：滑動(dòng)螺旋副材料存在的許用壓力[ P]
特別注意：在ф＜2.5或人力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下，其[p]值的大小可以提升20％；若是其是剖分螺母的時(shí)候那么可以確定它的[p]值應(yīng)當(dāng)降低15～20％。
（2）關(guān)于螺紋牙強(qiáng)度進(jìn)行的計(jì)算
對(duì)于螺紋牙存在的剪切以及其彎曲破壞較多的在螺母初發(fā)生。
其螺紋牙的底寬計(jì)算可得
其許用的壓應(yīng)力計(jì)算可得
對(duì)于其許用切應(yīng)力計(jì)算可以得到
對(duì)于其的許用彎曲應(yīng)力計(jì)算可以得到
對(duì)于其對(duì)應(yīng)的相旋合的螺紋圈數(shù)計(jì)算可以得到
對(duì)于其剪切強(qiáng)度的條件計(jì)算可以得到
對(duì)于其彎曲強(qiáng)度的條件計(jì)算可以得到
滑動(dòng)螺旋副材料的的許用應(yīng)力的選擇
（3）對(duì)于螺紋副自鎖條件的研究
可以確定其自鎖的摩擦角為
對(duì)于梯形螺紋來(lái)說(shuō)其牙型斜角確定為，故其存在的當(dāng)量摩擦角應(yīng)為
在螺旋傳動(dòng)的條件下，為了保證其自鎖的可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中可以取得。此次設(shè)計(jì)可以滿足這個(gè)條件，因此可以滿足自鎖的條件。
在上述的式子中：Pv可以確定為為螺紋升角；fv確定為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)；其中的f作為摩擦系數(shù)．具體如下表所示。
表1對(duì)于滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)f的計(jì)算
（4）對(duì)于螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算
在計(jì)算長(zhǎng)徑比比較大的受壓螺桿的時(shí)候，出現(xiàn)軸向壓力Q比存在的一個(gè)臨界值大的情況時(shí)時(shí)，螺桿就會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲從而其穩(wěn)定性會(huì)受到喪失。因而，存在正常的情況下，對(duì)于螺桿所承受的軸向力Q其應(yīng)當(dāng)必須小于其臨界條件下的載荷Q。這種情況下出現(xiàn)的螺桿保持其穩(wěn)定所需要具備的條件為
表: 對(duì)于螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)的計(jì)算規(guī)律：
所以據(jù)此可以得出結(jié)論，該螺桿可以保持穩(wěn)定。
3.3對(duì)于導(dǎo)軌選型的研究與相關(guān)參數(shù)的計(jì)算
3.3.1對(duì)于導(dǎo)軌的選型的研究
對(duì)于這種情況下其導(dǎo)軌大概分為滾動(dòng)的導(dǎo)軌以及滑動(dòng)導(dǎo)軌兩部分，其中直線滾動(dòng)導(dǎo)軌其廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的領(lǐng)域。對(duì)比于普通機(jī)床所應(yīng)用的的滑動(dòng)導(dǎo)軌來(lái)說(shuō)，它具備下列幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：
①其定位精度較高
對(duì)于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌來(lái)說(shuō)可以使得其摩擦系數(shù)一直減小知道其達(dá)到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。因?yàn)閯?dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)差別比較小，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律又比較的靈活，如此就可以使驅(qū)動(dòng)扭矩的大小減少90%，因?yàn)榭梢园褭C(jī)床定位精度進(jìn)行確定為超微米級(jí)的等級(jí)。
②可以對(duì)于機(jī)床造價(jià)降低大幅度減少并且很大程度上可以節(jié)約一部分電力的費(fèi)用。
采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床因?yàn)槠淠Σ磷枇^小，比較適用于可以反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)或者停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以使得使所需的動(dòng)力源以及其動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)變的小型化，從而可以減輕了所需要帶動(dòng)的機(jī)床重量，并且使得機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需要的電力降低90%，從而具備很大程度上可以節(jié)約能源的功效。
③可以對(duì)于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行很大程度的提升
由于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌所產(chǎn)生的摩擦阻力比較小，所以其散發(fā)的熱量也不多，從而可以確保機(jī)床做高速運(yùn)動(dòng)的功能，從而提升機(jī)床的工作效率大概為20～30%左右。
④可以較長(zhǎng)時(shí)間維持住機(jī)床的高精度的運(yùn)轉(zhuǎn)
對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面產(chǎn)生的流體潤(rùn)滑的緣故，因?yàn)橛湍?huì)上下的浮動(dòng)，其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差所以難以避免。在于一般的情況下，流體的潤(rùn)滑功能只限于其邊界的區(qū)域，所以因?yàn)榻饘俚慕佑|從而產(chǎn)生直接的摩擦是時(shí)難以規(guī)避的，在這種存在的情況下，許多的能量以摩擦發(fā)熱的情況被消耗了。與之對(duì)應(yīng)的情況，滾動(dòng)接觸因其摩擦所要消耗的能量較少．其對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)面存在的摩擦損耗也會(huì)與之對(duì)應(yīng)的大幅度減少，所以可以使得直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)可以很長(zhǎng)期的處于一個(gè)比較高精度的情況下。與此同時(shí)，因?yàn)檫@種情況下采用潤(rùn)滑油的情況也少，很多情況下只需要使用脂潤(rùn)滑就足夠了，這樣就使得機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)何其使用維護(hù)的方面都會(huì)變的十分的容易。所以其結(jié)構(gòu)上可以選用的是：應(yīng)用開式直線的滾動(dòng)導(dǎo)軌。據(jù)此可以參照南京工藝裝備廠的生產(chǎn)的產(chǎn)品系列。
3.3.2對(duì)于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的比較和計(jì)算
依據(jù)給出的的工作載荷Fz以及所估算的Wx和Wy來(lái)對(duì)導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算fSL=C0/P，在這個(gè)式子里：C0表示是導(dǎo)軌所需要的基本靜額定載荷，kN表示工作載荷P確定為0.5(Fz+W)； fSL可以確定為1.0~3.0(在一般運(yùn)行狀況下)，3.0~5.0（在運(yùn)動(dòng)時(shí)遭受到?jīng)_擊或者振動(dòng)的時(shí)候）?？梢砸罁?jù)計(jì)算的結(jié)果對(duì)于有關(guān)的資料進(jìn)行初步的選擇導(dǎo)軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取，因?yàn)榭梢源_定以下的計(jì)算公式
可以依據(jù)計(jì)算的額定靜載荷來(lái)進(jìn)行初步的導(dǎo)軌選擇:
這里可以選擇一家機(jī)床廠所生產(chǎn)制造的生滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,它的型號(hào)可以確定為: BGXH25BE。
其所具備的基本結(jié)構(gòu)以及其所具有的參數(shù)如下表示:
此時(shí)需要的導(dǎo)軌的預(yù)定的動(dòng)載荷可以確定為N。
根據(jù)其使用速度的大小v（m/min）還有初步選擇導(dǎo)軌所具備的基本的動(dòng)額定載荷 (kN)以此來(lái)對(duì)于導(dǎo)軌具備的工作壽命Ln進(jìn)行驗(yàn)算：
可以確定其具備的行程長(zhǎng)度壽命表示為:
導(dǎo)軌所具備的額定工作的時(shí)間壽命是:
經(jīng)過(guò)驗(yàn)算可以得到導(dǎo)軌具備的工作壽命是足夠的.
同時(shí)導(dǎo)軌所具備的靜安全的系數(shù)可以表示為：
是導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)；可以表示成基本靜額定負(fù)載；可以確定是工作的載荷。
對(duì)于導(dǎo)軌所具備的壽命來(lái)進(jìn)行計(jì)算可以得到下列公式：
3.3.3對(duì)于導(dǎo)軌副所具備的精度進(jìn)行分析
3.3.4有關(guān)于導(dǎo)軌材料進(jìn)行的選擇
對(duì)于此次設(shè)計(jì)所需的導(dǎo)軌的材料，應(yīng)當(dāng)具備其耐磨性比較好，它的摩擦因數(shù)比較小小，而且其具備有很好的加工以及熱處理的性質(zhì)。對(duì)于本次設(shè)計(jì)來(lái)講其導(dǎo)軌具備的材料應(yīng)當(dāng)選擇為HT200，因?yàn)檫@種材料具備很不錯(cuò)的的耐磨性，因?yàn)閷?duì)于灰鑄鐵，它的密度應(yīng)為ρ=7.0g/cm3。對(duì)于此灰鑄鐵的導(dǎo)軌而言它的硬度要求一般應(yīng)當(dāng)為180~200HBW。在進(jìn)行對(duì)于導(dǎo)軌表面硬度提高的過(guò)程中，可以選擇對(duì)工件進(jìn)行表面淬火的工藝處理，使得其表面硬度可以達(dá)到55HRC，導(dǎo)軌可以承受摩擦的能力可以提升1~3倍的大小。
第4章 其他輔助裝置的設(shè)計(jì)
4.1對(duì)于電磁制動(dòng)器的考慮及其設(shè)計(jì)
這次設(shè)計(jì)中所需要的機(jī)械臂裝置應(yīng)當(dāng)具備以下的要求，比如說(shuō)其電磁制動(dòng)器的直徑要小、所需要的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較大、對(duì)于制動(dòng)靈敏度要求其平穩(wěn)；而且應(yīng)當(dāng)使其具備可以適應(yīng)高低溫，以及沖擊、或者振動(dòng)、濕熱還有雨淋等環(huán)境狀態(tài)比較惡劣的情況。這次所要設(shè)計(jì)的電磁制動(dòng)器就是需要基于上述的性能以及多種功能的要求條件以此來(lái)進(jìn)行來(lái)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)制造的。
4.1.1對(duì)于電磁制動(dòng)器的研究
在電磁制動(dòng)器的發(fā)展史上比較早的制動(dòng)器結(jié)構(gòu)為機(jī)械式，但伴隨著自動(dòng)化的不斷發(fā)展，后來(lái)就逐步的出現(xiàn)了電磁式制動(dòng)器，對(duì)于干式電磁制動(dòng)器所具備的要求應(yīng)當(dāng)首先為單片式，但是因?yàn)槠鋬r(jià)格比較低，而且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的原因，所以其就可以在技術(shù)等方面要并不做太多要求的地方得到更多的的應(yīng)用，它的優(yōu)缺點(diǎn)的地方方面可能是其具備的精度比較低，而且其接通的時(shí)間比較長(zhǎng)長(zhǎng)，還會(huì)被不斷磨損，因而在很大程度上就會(huì)限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。而對(duì)于干式多片式失電式電磁制動(dòng)器來(lái)講以其體積比較小，所需要的力矩值比較大，動(dòng)作響應(yīng)程度比較靈敏，其具備了較長(zhǎng)的壽命的一系列特點(diǎn)，使其迅速的得到了非常廣泛的應(yīng)用。
圖3.4 制動(dòng)器的分類
電磁制動(dòng)器是在現(xiàn)代工業(yè)中非常理想的自動(dòng)化執(zhí)行元件，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中主要起傳遞動(dòng)力和控制運(yùn)動(dòng)等作用。其一般會(huì)具有結(jié)構(gòu)一般比較緊湊，操作一般比較簡(jiǎn)單，響應(yīng)一般比較靈敏，壽命一般比較長(zhǎng)久，使用一般比較可靠，這樣就能夠易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的控制的優(yōu)點(diǎn)。
通常情況下利用電磁效應(yīng)以此來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的制動(dòng)器選擇，可以分為兩類，一類是電磁粉末制動(dòng)器一類是電磁渦流制動(dòng)器，還包含了電磁摩擦式制動(dòng)器等多種形式。
對(duì)于電磁制動(dòng)器的分類其主要包含：①電磁粉末制動(dòng)器：在激磁線圈進(jìn)行通電的過(guò)程中會(huì)形成磁場(chǎng)，散步的磁粉會(huì)因?yàn)樵诖艌?chǎng)的作用下產(chǎn)生磁化,從而形成磁粉鏈,而且其會(huì)在固定的導(dǎo)磁體以及轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行聚合，就可以依靠磁粉產(chǎn)生的結(jié)合力以及摩擦力來(lái)完成制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。在激磁電流變化直到消失的過(guò)程中磁粉處于自由松散狀態(tài)，所以產(chǎn)生的制動(dòng)作用可以進(jìn)行解除。這種情況下制動(dòng)器所需要的體積比較小，其重量也比較輕,需要的激磁功率也比較小,而且這種情況下產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)速大小并無(wú)關(guān)，因而可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于制動(dòng)扭矩的調(diào)節(jié)，但是磁粉的散步將會(huì)引發(fā)零件的磨損。其更有利于自動(dòng)的控制，也可以適用于每一種機(jī)器所需要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。②電磁渦流制動(dòng)器：此種制動(dòng)器在激磁線圈里面進(jìn)行通電時(shí)可以形成磁場(chǎng)。通過(guò)制動(dòng)軸上產(chǎn)生的電樞用來(lái)旋轉(zhuǎn)切割磁力線從而會(huì)產(chǎn)生渦流。在于電樞內(nèi)產(chǎn)生的的渦流還有磁場(chǎng)會(huì)進(jìn)行相互的作用從而會(huì)形成的制動(dòng)力矩。電磁渦流制動(dòng)器的有點(diǎn)有許多，比如說(shuō)堅(jiān)固而且耐用、使用起來(lái)維修也方便、而且其具有很大的調(diào)速范圍；但是其速時(shí)效率比較低、而且溫升程度比較高，所以必須要采用散熱的措施。所以此種制動(dòng)器會(huì)被要求常用于具有垂直載荷的機(jī)械中。③電磁摩擦式制動(dòng)器：在于激磁線圈內(nèi)進(jìn)行通電從而可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者通過(guò)磁軛使得銜鐵進(jìn)行吸合，銜鐵可以通過(guò)聯(lián)結(jié)件從而可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
電磁制動(dòng)器通過(guò)將主動(dòng)具備的側(cè)扭力傳送到被動(dòng)側(cè)的連接器，這樣可以依據(jù)需要來(lái)進(jìn)行比較自由的結(jié)合或者切離或者制動(dòng)，因?yàn)榭梢允褂秒姶帕τ脕?lái)作為動(dòng)力，所以可以稱之為電磁制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)是具有響應(yīng)速度比較快快，而且其結(jié)構(gòu)也比較的簡(jiǎn)單等一些優(yōu)點(diǎn)。
4.1.2對(duì)于電磁制動(dòng)器原理的設(shè)計(jì)及其計(jì)算
通過(guò)查閱部分資料和請(qǐng)教老師設(shè)計(jì)出以下的裝置：
圖3.5 工作原理圖
1-外摩擦片 2-內(nèi)摩擦片 3-銜鐵 4-線圈 5-彈簧
這種電磁制動(dòng)器的原理為：當(dāng)其中的電磁制動(dòng)器并沒(méi)有通上點(diǎn)的時(shí)候，其會(huì)在彈簧力產(chǎn)生的作用下，銜鐵可以將內(nèi)外的摩擦片進(jìn)行加緊，并且因此會(huì)產(chǎn)生摩擦的力矩，通過(guò)摩擦力矩發(fā)生作用下從而起到制動(dòng)的作用，其對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)負(fù)載會(huì)立即停下來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)電磁制動(dòng)器進(jìn)行通電的時(shí)候，電磁制動(dòng)器上存在的電磁線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)銜鐵將會(huì)受到電磁力的作用而會(huì)朝下放進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，此刻的力會(huì)大于彈簧力并且會(huì)使得銜鐵向下用來(lái)把彈簧進(jìn)行壓緊，可以使得內(nèi)外得摩擦片進(jìn)行分離，從而可以解除限制。
4.1.3對(duì)主要得零件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)
對(duì)于電磁制動(dòng)器及其設(shè)計(jì)與計(jì)算都是可以根據(jù)相關(guān)的參考資料并且應(yīng)該會(huì)考慮到這個(gè)電磁制動(dòng)器以及其本身具備的特點(diǎn)而最后編制而成的。其主要的零件會(huì)包含其內(nèi)部?jī)?nèi)以及其外部的摩擦片，以及電磁線圈還有彈簧的設(shè)定。
（1）對(duì)于包含的摩擦元件以及其設(shè)計(jì)
所需要的摩擦元件應(yīng)當(dāng)是電磁制動(dòng)器所需要的制動(dòng)零件，其中會(huì)包含有單個(gè)的內(nèi)摩擦片以及成對(duì)的外摩擦片，對(duì)于內(nèi)摩擦片來(lái)講其中會(huì)含有內(nèi)花鍵以及電動(dòng)機(jī)需要輸出軸具備的外花鍵進(jìn)行連接，其產(chǎn)生的性能將可能會(huì)直接影響到其制動(dòng)的能力以及其需要結(jié)合的過(guò)程?，F(xiàn)在可以對(duì)于其材料進(jìn)行確定、花鍵的形式進(jìn)行連接以及其需要確定的主要尺寸計(jì)算主要分析設(shè)計(jì)
（2）元件摩擦元件材料進(jìn)行確定和選擇
在對(duì)于摩擦材料進(jìn)行選擇的時(shí)候，需要對(duì)于以下的幾點(diǎn)進(jìn)行考慮：
首先需要其摩擦系數(shù)的確定高而且比較穩(wěn)定，所以在于一定的溫度范圍之內(nèi)其必須具有比較穩(wěn)定的摩擦需要的系數(shù)以及其具備良好的恢復(fù)能力；
要求其必須具有比較優(yōu)秀的抗磨的性能以此來(lái)對(duì)于制動(dòng)器的壽命來(lái)進(jìn)行提升；
要求其必須具備響應(yīng)程度的機(jī)械強(qiáng)度，比如說(shuō)其
收藏