圓柱坐標(biāo)系工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

《圓柱坐標(biāo)系工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《圓柱坐標(biāo)系工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc（42頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘要摘要文章綜述了機(jī)器人近幾十年來的發(fā)展?fàn)顩r及有關(guān)的問題，并對(duì)圓柱坐標(biāo)系機(jī)器人進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。對(duì)在圓柱坐標(biāo)系機(jī)器人設(shè)計(jì)的過程中所遇到的問題進(jìn)行了初步的研究和分析：對(duì)其結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計(jì)計(jì)算作了定量的研究；對(duì)其定位、精度確定等問題進(jìn)行了初步研究；對(duì)其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及其未來的發(fā)展趨勢(shì)做了一定程度的分析和探討。本測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)為通過兩根絲杠軸在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y，Z軸的移動(dòng)，通過電機(jī)帶動(dòng)諧波齒輪，實(shí)現(xiàn)Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使機(jī)械手有三個(gè)自由度。圓柱坐標(biāo)系機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域， 關(guān)鍵詞：圓柱形機(jī)器人，誤差，精度，伺服電機(jī)- II -ABSTRACTABSTRACTThis paper r

2、eviewed the development of robots in recent decades the situation and related issues, and cylindrical coordinate system for the structure of the robot design. Cylindrical coordinate system in the process of robot design issues encountered in the preliminary research and analysis: Selection of its st

3、ructure, design and calculation of quantitative research; its position on issues such as accuracy to determine a preliminary study ; their development history, current situation and future development trend of doing a certain degree of analysis and discussion. Structure of the measuring machine scre

4、w through the two-axis motor driven in rotation, the realization of Y, Z axis movement, through the harmonic gear drive motor, the realization of Z-axis of rotation, so that there are three degrees of freedom manipulator. Cylindrical coordinate system the robot has been widely used in various fields

5、 of industrial production, Key words: cylindrical robot, error, precision, servo motor目錄目錄第1章緒論11.1機(jī)器人工業(yè)發(fā)展史11.2工業(yè)機(jī)器人的定義11.3機(jī)器人的結(jié)構(gòu)11.4機(jī)器人的幾何模型21.5機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)31.6工業(yè)機(jī)器人的分類3第2章工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)52.1確定機(jī)器人類型52.2 機(jī)器人基座52.3 諧波齒輪傳動(dòng)52.3.1諧波齒輪構(gòu)成62.3.2諧波齒輪特點(diǎn)62.3.3諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理62.4 絲杠72.5 伺服電機(jī)72.3.3伺服電機(jī)類型選擇72.3.3交流伺服電機(jī)工作原

6、理82.3.3交流伺服電機(jī)控制方法8第3章結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與計(jì)算103. 1Y軸設(shè)計(jì)103.1.1滾珠絲杠副的選擇和計(jì)算103.1.2絲桿校驗(yàn)123.1.3伺服電機(jī)的選擇143.1.4軸承的選擇173. 2Z軸設(shè)計(jì)183.2.1滾珠絲杠副的選擇和計(jì)算183.2.2絲桿校驗(yàn)213.2.3伺服電機(jī)的選擇243.2.4軸承的選擇273.3諧波齒輪的選擇和計(jì)算283.4主軸上伺服電機(jī)的選擇和計(jì)算303.5螺栓的計(jì)算313.5.1連接Z軸與Y軸的螺栓的計(jì)算31第4章結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與計(jì)算34致謝35參考文獻(xiàn)36- V -目錄第1章緒論第1章 緒論1.1機(jī)器人工業(yè)發(fā)展史1958年，美國推出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人

7、實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。1967年，日本引進(jìn)了美國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，經(jīng)過消化、仿制、改進(jìn)、創(chuàng)新，到1980年，機(jī)器人技術(shù)在日本取得了極大的成功與普及。80年代以來，國際機(jī)器人的發(fā)展速度平均保持在2530年增長率，所生產(chǎn)的機(jī)器人主要用于改善惡劣的工作條件。我國機(jī)器人技術(shù)起步較晚，1987年，北京首屆國際機(jī)器人展覽會(huì)上，我國展出了10余臺(tái)自行研制或仿制的工業(yè)機(jī)器人。經(jīng)過“七五”、“八五”攻關(guān)，我國研制和生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人已達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用水平。1.2工業(yè)機(jī)器人的定義國際上關(guān)于機(jī)器人的幾種定義a.美國機(jī)器協(xié)會(huì)（RIA）： 機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力

8、的多功能操作機(jī)。b.日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的、能夠完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)，這種操作機(jī)具有幾個(gè)軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。c.中國：機(jī)器人是一種擬人功能的機(jī)械電子裝置。1.3機(jī)器人的結(jié)構(gòu)(1)機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)從體系結(jié)構(gòu)來看，機(jī)器人分為三大部分六個(gè)系統(tǒng)，分別是：三大部分：機(jī)械部分（用于實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作）、傳感部分（用于感知內(nèi)部和外部的信息）、控制部分（控制機(jī)器人完成各種動(dòng)作）。六個(gè)系統(tǒng)： A 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：提供機(jī)器人各

9、部位、各關(guān)節(jié)動(dòng)作的 原動(dòng)力。B機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：完成各種動(dòng)作。C感受系統(tǒng)：由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成。D機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部設(shè)備的聯(lián)系和協(xié)調(diào)并構(gòu)成功能單元。E人機(jī)交互系統(tǒng)：是人與機(jī)器人聯(lián)系和協(xié)調(diào)的單元。F控制系統(tǒng)：是根據(jù)程序和反饋信息控制機(jī)器人動(dòng)作的中心。分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。(2)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)： 工業(yè)機(jī)器人一般有以下幾部分構(gòu)成（如圖1-1）：機(jī)身部分：如同機(jī)床的床身結(jié)構(gòu)一樣，機(jī)器人機(jī)身構(gòu)成機(jī)器人的基礎(chǔ)支撐。有的機(jī)身底部安裝有機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)；有的機(jī)身可以繞軸線回轉(zhuǎn)，構(gòu)成機(jī)器人的腰。臂部分：分為大臂、小臂和手腕，完成各種動(dòng)作。末端操作器：可以是擬人的手掌和手指，也可以是各種

10、作業(yè)工具，如焊槍、噴漆槍等。關(guān)節(jié)：分為滑動(dòng)關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。實(shí)現(xiàn)機(jī)身、手臂各部分、末端操作器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖1-11.4機(jī)器人的幾何模型： a 轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) b 移動(dòng)關(guān)節(jié)圖1-2利用關(guān)節(jié)圖形符號(hào)，可以把復(fù)雜的真實(shí)機(jī)器人抽象成簡單的幾何模型，以便研究其運(yùn)動(dòng)和進(jìn)行受力分析。一個(gè)形狀和大小不同的工業(yè)機(jī)器人，可能有著相同的幾何模型（僅幾何參數(shù)不同），并有著相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果。 a 5R型工業(yè)機(jī)器人 b 機(jī)器人幾何模型圖1-31.5機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)（1）自由度： 指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。（2）工作精度：包括定位精度和重復(fù)定位精度?？梢杂镁芏?、正確度、和準(zhǔn)確度三個(gè)參數(shù)來衡量。（3）定位精

11、度：指機(jī)器人實(shí)際到達(dá)的位置和設(shè)計(jì)的理想位置之間的差異。（4）重復(fù)定位精度：指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一目標(biāo)位置的差異程度。（5）工作范圍：指機(jī)器人末端操作器所能到達(dá)的區(qū)域。（6）工作速度：指機(jī)器人各個(gè)方向的移動(dòng)速度或轉(zhuǎn)動(dòng)速度。這些速度可以相同，可以不同。（7）承載能力：指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。1.6工業(yè)機(jī)器人的分類（1）按用途分：工業(yè)機(jī)器人、空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人、教學(xué)機(jī)器人和娛樂機(jī)器人等。（2）按主要功能分：操作機(jī)器人：主要是模仿人的手和手臂的工作。移動(dòng)機(jī)器人：工業(yè)生產(chǎn)中帶有行走機(jī)構(gòu)的機(jī)器人完成運(yùn)輸，上下料等工作。 信息機(jī)器人：主要指以計(jì)算機(jī)系

12、統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能行為模擬裝置。人機(jī)機(jī)器人：機(jī)器人和真人之間構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。如假肢機(jī)器人。（3）按坐標(biāo)系統(tǒng)來分：直角坐標(biāo)型：只具有移動(dòng)關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)型：具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、其余為移動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。球坐標(biāo)型：具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、其余為移動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型：具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。 直角坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)型 球坐標(biāo)型 關(guān)節(jié)型圖1-4（4）按受控方式分: 點(diǎn)位控制型、連續(xù)控制型。 （5）按驅(qū)動(dòng)方式分: 液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)等。37第2章 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第2章 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人是一項(xiàng)復(fù)雜而又艱巨的任務(wù)，由于本人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏和認(rèn)識(shí)上的不足，因此在設(shè)計(jì)上不可能面面俱到。本

13、次設(shè)計(jì)僅僅只設(shè)計(jì)機(jī)器人的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)，而對(duì)于控制系統(tǒng)以及細(xì)節(jié)部分如機(jī)械手設(shè)計(jì)等等不作詳細(xì)的探討。2.1確定機(jī)器人類型根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定其運(yùn)動(dòng)形式，然后才能確定其結(jié)構(gòu)。常見的運(yùn)動(dòng)形式有以下幾種：直角坐標(biāo)型：機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，剛度高。關(guān)節(jié)之間運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，沒有耦合作用。占地面積大，導(dǎo)軌面防護(hù)比較困難。 圓柱坐標(biāo)型：圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具有三個(gè)自由度：腰轉(zhuǎn)、升降和伸縮。亦即具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：通用性較強(qiáng)；結(jié)構(gòu)緊湊；機(jī)器人腰轉(zhuǎn)時(shí)將手臂縮回，減少了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。受結(jié)構(gòu)限制，手臂不能抵達(dá)底部，減少了工作范圍。球面坐標(biāo)式（極坐標(biāo)）： 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)具

14、有三個(gè)自由度，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：工作范圍較大；占地面積小；控制系統(tǒng)復(fù)雜關(guān)節(jié)式機(jī)器人：關(guān)節(jié)式機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)的三個(gè)自由度腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)全部是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 特點(diǎn)：動(dòng)作靈活，工作空間大；關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)部位密封性好；運(yùn)動(dòng)學(xué)復(fù)雜，不便于控制。綜合比較以上幾種方案的不同優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)設(shè)計(jì)要求的全面認(rèn)識(shí)，本次設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)（如圖1.1 i）。此結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：通用性較強(qiáng)；結(jié)構(gòu)緊湊；機(jī)器人腰轉(zhuǎn)時(shí)將手臂縮回，減少了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。受結(jié)構(gòu)限制，手臂不能抵達(dá)底部，減少了工作范圍。本設(shè)計(jì)的Y、Z軸兩個(gè)坐標(biāo)方向分別擺放一根絲杠軸，并配上軸承座、滑塊、電機(jī)等。Z軸由諧波齒輪傳動(dòng)，配上薄壁密封交叉滾子軸承、

15、電機(jī)等。這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。2.2 機(jī)器人基座基座作為機(jī)器人的一個(gè)基準(zhǔn)面，其穩(wěn)定程度對(duì)搬運(yùn)的精度有著極其重要的影響。因此在選材上應(yīng)符合以下條件：（1）硬度高；（2）耐磨損；（3）變形?。唬?）價(jià)格相對(duì)便宜。用鋼作成固定的基座，其優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性好，受溫度變化影響小，不易變形，造價(jià)低廉，易于加工。2.3諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)比大(幾十幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應(yīng)用。圖2-12.3.1諧波齒輪構(gòu)成：諧波齒輪傳動(dòng)是諧波齒輪行星傳動(dòng)的簡稱。是一種少齒差行星傳動(dòng)。通常由剛

16、性圓柱齒輪G、柔性圓柱齒輪R、波發(fā)生器H和柔性軸承等零部件構(gòu)成。 柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開線齒形兩種，以后者應(yīng)用較多 。2.3.2諧波齒輪特點(diǎn)：諧波齒輪傳動(dòng)既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個(gè)均可固定，其余二個(gè)一為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)。傳動(dòng)比大，且外形輪廓小，零件數(shù)目少，傳動(dòng)效率高。效率高達(dá)9296，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)504000。 承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動(dòng)速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動(dòng)可用來由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)。2.3.3諧波齒

17、輪傳動(dòng)的工作原理 諧波傳動(dòng)由三個(gè)主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪l、具有外齒的柔輪2和波發(fā)生器3。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于前者的總長度略大于后者的內(nèi)孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。 在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間，柔輪上一點(diǎn)變形的循

18、環(huán)次數(shù)與波發(fā)生器上的凸起部位數(shù)是一致的，稱為波數(shù)。常用的有兩波和三波兩種。為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于波發(fā)生器波數(shù)(即波發(fā)生器上的滾輪數(shù))的整倍數(shù)，通常取為等于波數(shù)。（1）齒差：諧波齒輪傳動(dòng)中，剛輪的齒數(shù)zG略大于柔輪的齒數(shù)zR，其齒數(shù)差要根據(jù)波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周柔輪變形時(shí)與剛輪同時(shí)嚙合區(qū)域數(shù)目來決定。即zG-zR=u。目前多用雙波和三波傳動(dòng)。錯(cuò)齒是運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因（2）變形： 波發(fā)生器的長度比未變形的柔輪內(nèi)圓直徑大：當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時(shí)，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，使其長軸處柔輪輪齒插入剛輪的輪齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開

19、狀態(tài)。由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形，使兩輪輪齒在進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)波發(fā)生器與柔輪的運(yùn)動(dòng)傳遞。2.4 絲杠本設(shè)計(jì)采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠副沒有滑動(dòng)絲杠粘滯摩擦，消除了在傳動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，它是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對(duì)滑動(dòng)軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控

20、機(jī)床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)良特性： 傳動(dòng)效率高、定位精度高、傳動(dòng)可逆性、使用壽命長、同步性能好。2.5 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)又稱控制電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成軸的角位移或角速度輸出。輸入的電壓信號(hào)又稱為控制信號(hào)或控制電壓，改變控制電壓可以改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。它和一般的電機(jī)的不同點(diǎn)在于它要接受控制信號(hào)的控制。有了控制信號(hào)，立即轉(zhuǎn)動(dòng)；控制信號(hào)消失，立即停止。因此，可控性好、響應(yīng)快及運(yùn)行平穩(wěn)是對(duì)伺服電機(jī)的基本要求。2.5.

21、1 伺服電動(dòng)機(jī)類型的選擇伺服電機(jī)是電氣伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力部件。它是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)化裝置。由于它們的工作在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)受到連續(xù)而精確的控制，因而在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 種類主 要 特 點(diǎn)應(yīng) 用 實(shí) 例 歩進(jìn)電機(jī)1.轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制2.有定位轉(zhuǎn)矩（自鎖力）3.可構(gòu)成廉價(jià)的開環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、以及對(duì)速度、精度要求不高的中、小功率自動(dòng)控制裝置等 直流伺服電機(jī)1.高響應(yīng)特性2.高功率密度（體積小、重量輕）3.可實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)字控制4.有直接換向部件，需維護(hù)NC機(jī)械、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、音響及音像設(shè)備、計(jì)測(cè)機(jī)

22、械、醫(yī)療機(jī)械 交流伺服電機(jī)1.對(duì)定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制，調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜2.具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)，且無換向部件3.結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、容易維護(hù)，但控制裝置成本高功率放大的NC機(jī)械表2.1 常用伺服電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用舉例伺服電機(jī)的種類很多，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有歩進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)與交流伺服電機(jī)三種。表2.1列出了伺服電機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用。直流伺服電機(jī)一般帶有電刷，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的火花影響了它的使用，電刷也限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加了日常維護(hù)工作，并影響壽命。70年代，隨著矢量控制理論的發(fā)展和大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，使矢量變換控制走向?qū)嵱?，交流伺服電機(jī)逐漸得到廣泛應(yīng)用。它

23、在控制精度、調(diào)速范圍、力能指標(biāo)等各項(xiàng)技術(shù)性能方面都不亞于直流伺服電機(jī)。交流伺服電機(jī)的定子常采用三相繞組，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵。常用旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器作為速度檢測(cè)與位置檢測(cè)元件，也可用測(cè)速發(fā)電機(jī)作為檢測(cè)元件。交流伺服電機(jī)的調(diào)速比可達(dá)10000以上，在1r/min的低速下仍能平滑旋轉(zhuǎn)。在相同的輸出轉(zhuǎn)矩下，其體積比直流伺服電機(jī)小，并且轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)小。電機(jī)的噪聲小，振動(dòng)小。最主要的是它無需采用電刷，使它的運(yùn)行速度比直流電機(jī)高，且壽命長、維護(hù)簡單。隨著功率電子器件與現(xiàn)代科技的發(fā)展，交流伺服電機(jī)正逐漸代替直流伺服電機(jī)，是比較理想的驅(qū)動(dòng)元件。2.5.2 交流伺服電機(jī)的工作原理 將勵(lì)磁繞組接在交流電源 上，將控制

24、繞組接于伺服放大器輸出的控制電壓 上如圖2.2所示。當(dāng)控制電壓 =0時(shí)，電機(jī)內(nèi)只有交流勵(lì)磁電壓 加于勵(lì)磁繞組上，氣隙中形成脈振磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沒有啟動(dòng)力矩不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果控制電壓 0，且使控制繞組內(nèi)的電流超前或滯后于勵(lì)磁電流，則在氣隙中形成正向或反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。因此，改變控制電壓 的大小和相位，就可控制交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢和方向。這說明交流伺服電機(jī)可做到受控即動(dòng)。交流伺服電機(jī)同樣可做到控制信號(hào)消失后即刻停止轉(zhuǎn)動(dòng)。要想使伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，必須在控制信號(hào)消失后使正轉(zhuǎn)時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩變負(fù)或使反轉(zhuǎn)時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩變正。即使正轉(zhuǎn)時(shí)的正向電磁轉(zhuǎn)矩小于反向電磁轉(zhuǎn)矩；反轉(zhuǎn)時(shí)的正向電磁轉(zhuǎn)矩大于反向

25、電磁轉(zhuǎn)矩。 圖2.2交流伺服電機(jī)的原理圖 2.5.3 交流伺服電機(jī)的控制方法對(duì)于伺服電動(dòng)機(jī)不僅有啟動(dòng)、停止的控制，還有轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。只要能改變控制電壓和勵(lì)磁電壓的大小比例及相位，就能改變合成轉(zhuǎn)矩的大小和方向，達(dá)到上述控制的目的。其基本控制方法有：（1）幅值控制 保持控制電壓 與勵(lì)磁電壓 之間的相位差始終為900，僅改變控制電壓的幅值或?qū)?反向，以控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向。（2）相位控制 保證控制電壓 的幅值不變，通過移相器改變其相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制。（3）幅-相控制 同時(shí)改變控制電壓 的幅值與相位，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制。在這三種控制方法中，相位控制需復(fù)雜的線路，電機(jī)發(fā)熱也較厲害，故較少

26、用。另外兩種方法實(shí)現(xiàn)較簡單，應(yīng)用較廣泛。第3章 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與計(jì)算第3章 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與計(jì)算3.1Y軸設(shè)計(jì)Y軸結(jié)構(gòu)是一組絲杠組裝零件組，其中包括絲杠軸、軸端固定座、絲杠上的滑塊、軸承、軸承蓋、螺釘以及電機(jī)等零件，其作用是在機(jī)器工作時(shí)絲杠在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)Y方向上的運(yùn)動(dòng)。3.1.1滾珠絲杠副的選擇和計(jì)算夾持方式選擇外夾式夾持一圓柱形工件，直徑為50mm，高為100mm計(jì)算載荷預(yù)計(jì)工作載荷體積v= =（）重量W=15.6N預(yù)計(jì)手部、腕部結(jié)構(gòu)、絲桿、導(dǎo)向桿與各軸承等零件的質(zhì)量手部和腕部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量約為m1=5kg絲桿和導(dǎo)向桿的質(zhì)量約為m2=8kg各軸承零件的質(zhì)量約為m3=2kg最大工作載荷FmW+(m

27、1+m2+m3)g=165.6N絲杠工作長度l1m，平均轉(zhuǎn)速nm100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax300r/min，最高移動(dòng)速度=1.5m/min使用壽命15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為5862HRC，傳動(dòng)精度要求。確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程工作臺(tái)最高移動(dòng)速度，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比等確定：= 當(dāng)電機(jī)與滾珠絲杠副直接連接時(shí)，i=1=5mm計(jì)算額定動(dòng)載荷求計(jì)算載荷Fc（其中，系數(shù)由表3-1、3-2、3-3查得）表3-1 載荷系數(shù)載 荷 性 質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)11.21.21.51.52.5表3-2 硬度系數(shù)滾道實(shí)際硬度HRC58555045401.01.111.

28、562.43.85表3-3 精度系數(shù)精度系數(shù)C、DE、FGH1.01.11.251.43根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷表3-4FFZD型絲桿參數(shù)表圖3.1 FFZD型滾珠絲杠副尺寸圖根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸，由、=5mm查表3-4，得如下規(guī)格：選FFZD1605-3，其中： 公稱直徑：D0=16mm 導(dǎo)程：p=5mm 螺旋角：=arctan(5/(16)=536 滾珠直徑：d0=3.5mm 滾道半徑：R =0.52d0=0.523.5=1.82mm 偏心距：絲杠內(nèi)徑：d2=12.9mm3.1.2絲桿校驗(yàn)穩(wěn)定性驗(yàn)算： 假設(shè)為雙推簡支（FS），因?yàn)榻z杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷式中：

29、絲杠的彈性模量，對(duì)于鋼 絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩 m4 長度系數(shù)，兩端用鉸接時(shí)， m所以 N故 （參考表3-5），絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。表3-5 穩(wěn)定性系數(shù)支承方式有關(guān)系數(shù)雙推自由FO雙推簡支FS雙推雙推FF342.53.322/31.8753.9274.730注：長度系數(shù)；臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)。 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速。 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：（式中參數(shù)見表3-5）r/minr/min，所以不會(huì)發(fā)生共振。剛度驗(yàn)算： 滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T（Nm）共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量（m）為 式中：A絲杠的截面積，（m2）； 絲杠的極慣性矩，

30、(m4)； G鋼的切變模量，對(duì)于鋼G=83.3GPa； T轉(zhuǎn)矩（Nm），式中為摩擦角，這里取 即，Nm按最不利的情況，即取F=Fm，則 絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，即 該絲杠的導(dǎo)程誤差滿足上式，所以其剛度可滿足要求。效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為 要求在90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)FZD1605-3各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。3.1.3伺服電機(jī)的選擇選擇伺服電動(dòng)機(jī)的容量主要依據(jù)轉(zhuǎn)矩和功率兩方面的性能參數(shù)，一般選擇步驟如下：首先確定有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)和技術(shù)方案；其次計(jì)算伺服電機(jī)的靜載荷轉(zhuǎn)矩

31、，初選伺服電動(dòng)機(jī)；最后計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率。只要保證電動(dòng)機(jī)的輸出功率Psc等于或小于所預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率Pe，或保證電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Msc等于或小于所預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率Me，即:Psc Pe或Msc Me就可以保證電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的溫升t不超過最高允許溫升tmax,tmax為電機(jī)絕緣材料允許的最高溫升。因?yàn)殡姍C(jī)中耐熱最差的是絕緣材料。本測(cè)量方案中負(fù)載為周期性斷續(xù)運(yùn)行，應(yīng)按周期性斷續(xù)工作制選擇電動(dòng)機(jī)的容量。計(jì)算過程如下：功率計(jì)算a.計(jì)算測(cè)量機(jī)的負(fù)載功率 計(jì)算時(shí)只需考慮慣性力Fu和絲杠的軸向力Fa（即摩擦力）即可。NN其中，m為絲杠承載的負(fù)載質(zhì)量(kg)W為絲杠承載的負(fù)載重量(N)v為絲杠的軸向速度

32、(m/s，取2m/min)t為電機(jī)的加速時(shí)間(0.01s)m為工作臺(tái)導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)(0.1)Nkwb.確定電機(jī)的額定功率 kw轉(zhuǎn)矩的計(jì)算a.額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算在實(shí)際的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于存在著摩擦等因素，滾珠絲杠克服外部軸向載荷Famax作連續(xù)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩TM為:TM=(TF+TP+Tb)i+Te 所以，TM =（TF +TP +Tb ）i + Te=0.029+ 0.002 + 0.04 = 0.071 式中，TF 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩（）TP 滾珠絲杠副預(yù)加載荷FP產(chǎn)生的預(yù)緊力矩()Tb 滾動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩()Te 不在滾珠絲杠副上的其它傳動(dòng)元件的摩擦力矩折算到電機(jī)上的值。此處Te

33、 = 0。Fw 滾珠絲杠的軸向力( N )FP 滾珠絲杠的預(yù)緊力( N )，F(xiàn)P = Fw / 3i 電機(jī)到滾珠絲杠副的傳動(dòng)比，此處為直聯(lián)i = 1h絲杠傳動(dòng)效率，1.2.3級(jí)精度的絲杠 =0.9 為安全起見，取安全系數(shù)Se = 4額定轉(zhuǎn)矩T SeTM = 4 0.071 = 0.284b.電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tr()的計(jì)算Tr=Tam+(TF+TP+Tb)i+Te (3-18)Tam =J . J =Jm +JL 取Jm =2， JL =0.6所以J =Jm +JL = 0.9Tam =J . Tr =Tam +(TF +TP +Tb )i +Te = 0.28+0.284 = 0.564式中

34、，Tam 最大加速轉(zhuǎn)矩（）J 傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2)JL 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2)Ji ，ni 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）和轉(zhuǎn)速(r/min)mj ，vj 各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（kg）和速度(m/min)Jm ，nm 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）和轉(zhuǎn)速(r/min)，一般保證Jm =(14)JLd 絲杠的公稱直徑(m )L 絲杠的總長度(m )r 絲杠的密度(kg/m3 )m1 ，m2 絲杠的質(zhì)量（kg）和絲杠承載的載荷質(zhì)量(kg)nmax 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速(r/min)表3-6伺服電機(jī)參數(shù)表MSMA系列（小慣量） 額定功率（KW） 0.03 0.05 0.1 0.2 0.4 0.

35、75 額定轉(zhuǎn)矩（NM） 0.095 0.16 0.32 0.64 1.3 2.4 最大轉(zhuǎn)矩（NM） 0.28 0.48 0.95 1.91 3.8 7.1由表3-6，Y向伺服電機(jī)選用MSMA012A1C型，其Pe =0.1KW 0.0174KW，T=0.320.284 Tr=0.950.5643.1.4軸承的選擇（1）預(yù)緊力計(jì)算b =0.1=0.1900=90N （2）行程補(bǔ)償值C 行程+（8-14）=1000+125=1060C =39.64 （3）預(yù)拉伸力Dt為溫差，一般取3 （4）軸承的選用計(jì)算各種類型軸承的選用應(yīng)從允許的空間，軸承負(fù)載大小和方向，高速性能，旋轉(zhuǎn)精度，剛度，振動(dòng)與噪聲，軸

36、向游動(dòng)，摩擦力矩，安裝與拆卸等方面綜合考慮，全面衡量，擇優(yōu)選擇滿足設(shè)計(jì)要求的軸承類型。a.軸承所承受的最大軸向載荷為：=973.5+33.1=1006.6N b.軸承類型滾珠絲杠的支承方式為兩端固定，固定端選用背靠背60角接觸推力球軸承。c.軸承內(nèi)徑軸承內(nèi)徑略小于絲杠底徑=12.9，取=10mm。=1/3，代入得335.5Nd.軸承預(yù)緊力預(yù)加負(fù)荷e.按樣本選軸承型號(hào)規(guī)格確定滾珠絲杠支承用的軸承為51200型（機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)軸承表8-146）推力球軸承。3.2Z軸設(shè)計(jì)Z軸結(jié)構(gòu)是一組絲杠組裝零件組，其中包括絲杠軸、軸端固定座、絲杠上的滑塊、軸承、軸承蓋、螺釘以及電機(jī)等零件，其作用是在機(jī)器工作時(shí)絲

37、杠在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)Z方向上的運(yùn)動(dòng)。3.2.1滾珠絲杠副的選擇和計(jì)算Y軸上的重量+絲杠工作長度l1m，平均轉(zhuǎn)速nm100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax150r/min，最高移動(dòng)速度=1.5m/min使用壽命15000h左右，傳動(dòng)精度要求。（1）確定滾珠絲桿副的導(dǎo)程 =當(dāng)電機(jī)與滾珠絲杠副直接連接時(shí)，i=1=mm 最小載荷為Y軸上的負(fù)載減去慣性力= 最大載荷=滾珠絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速及當(dāng)量載荷當(dāng)負(fù)載與轉(zhuǎn)速接近正比關(guān)系變化時(shí)，各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)均等，可以采用下列公式來計(jì)算：=() =確定預(yù)期額定動(dòng)載荷按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)）來計(jì)算=5155.3N按滾珠絲杠副的預(yù)期運(yùn)行距離（千米）來計(jì)算=65571

38、N式中-預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)）（見表3-7）。精密機(jī)床，取為15000小時(shí)；-預(yù)期運(yùn)行距離（千米），一般取250km。-精度系數(shù)。根據(jù)初定的精度等級(jí)（見表3-8）選，精度取為7級(jí)，所以取為0.8；-可靠性系數(shù)，一般情況下=1。在重要場(chǎng)合，要求一組同樣滾珠絲杠副在同樣的條件下使用壽命超過希望壽命的90%以上時(shí)（見表3-9）選；-負(fù)荷系數(shù)。根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)（見表3-10）選。工作臺(tái)工作時(shí)，無沖擊（很平穩(wěn)），所以取=1。表3-7 各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間 機(jī)械類型備注 普通機(jī)械5000-10000=250（天）16（小時(shí)）10（年）0.5（開機(jī)率） 普通機(jī)床10000 數(shù)控機(jī)床15000 精密機(jī)床20000

39、測(cè)示機(jī)械15000 航空機(jī)械100 表3-8 精度等級(jí)精度等級(jí)1.2.3 4.5 7101.00.90.80.7表3-9 可靠性系數(shù)可靠性%909596979899 10.620.530.440.330.21表3-10 負(fù)載性質(zhì)系數(shù)負(fù)荷性質(zhì)無沖擊（很平穩(wěn)） 輕微沖擊 伴有沖擊或震動(dòng) 1-1.21.2-1.51.5-2有預(yù)加負(fù)荷的滾珠絲杠副還需按最大軸向負(fù)荷計(jì)算：=6.7207=1386.9（N）其中，-預(yù)加負(fù)荷系數(shù)（見表3-11），輕預(yù)載，取=6.7 表3-11 預(yù)加負(fù)荷系數(shù)預(yù)加負(fù)荷類型輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載 6.7 4.5 3.4以上3種計(jì)算結(jié)果中選擇較大的為滾珠絲杠副的，經(jīng)比較知，按滾珠絲杠副

40、的預(yù)期運(yùn)行距離來計(jì)算得到的值較大，經(jīng)查表取得滾珠絲杠副預(yù)期額定動(dòng)載荷取為70.3KN。表3-12FFZD型絲桿參數(shù)表根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸，由、=10mm查表6-13，得如下規(guī)格：選FFZD8010-5，其中： 公稱直徑：D0=80mm 導(dǎo)程：p=10mm 螺旋角：=arctan(10/(80)=217 滾珠直徑：d0=7.144mm 滾道半徑：R =0.52d0=0.527.144=3.7mm 偏心距：絲杠內(nèi)徑：d2=74.3mm3.2.2絲桿的校驗(yàn)（1）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 假設(shè)為雙推簡支（FS），因?yàn)榻z杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷式中：絲杠的彈性模量，對(duì)于鋼 絲杠危險(xiǎn)截面的軸

41、慣性矩 m4 長度系數(shù)，兩端用鉸接時(shí)， m所以N故（參考表3-13），絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。表3-13 穩(wěn)定性系數(shù)支承方式有關(guān)系數(shù)雙推自由FO雙推簡支FS雙推雙推FF342.53.322/31.8753.9274.730注：長度系數(shù)；臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)。 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速。 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：（式中參數(shù)見表6-14）r/minr/min，所以不會(huì)發(fā)生共振。（2）剛度驗(yàn)算： 滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T（Nm）共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量（m）為 式中：A絲杠的截面積，（m2）； 絲杠的極慣性矩，(m4)； G鋼的切變模量，對(duì)于

42、鋼G=83.3GPa； T轉(zhuǎn)矩（Nm），式中為摩擦角，這里取 即，Nm按最不利的情況，即取F=Fm，則 絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，即 該絲杠的導(dǎo)程誤差滿足上式，所以其剛度可滿足要求。（3）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為 要求在90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)FZD1605-3各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。3.2.3伺服電機(jī)的選擇選擇伺服電動(dòng)機(jī)的容量主要依據(jù)轉(zhuǎn)矩和功率兩方面的性能參數(shù)，一般選擇步驟如下：首先確定有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)和技術(shù)方案；其次計(jì)算伺服電機(jī)的靜載荷轉(zhuǎn)矩，初選伺服電動(dòng)機(jī)；最后計(jì)算

43、電動(dòng)機(jī)的功率。只要保證電動(dòng)機(jī)的輸出功率Psc等于或小于所預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率Pe，或保證電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Msc等于或小于所預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率Me，即:Psc Pe或Msc Me就可以保證電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的溫升t不超過最高允許溫升tmax,tmax為電機(jī)絕緣材料允許的最高溫升。因?yàn)殡姍C(jī)中耐熱最差的是絕緣材料。本測(cè)量方案中負(fù)載為周期性斷續(xù)運(yùn)行，應(yīng)按周期性斷續(xù)工作制選擇電動(dòng)機(jī)的容量。計(jì)算過程如下：功率計(jì)算a.計(jì)算測(cè)量機(jī)的負(fù)載功率 計(jì)算時(shí)只需考慮慣性力Fu和絲杠的軸向力Fa（即摩擦力）即可。NN其中，m為絲杠承載的負(fù)載質(zhì)量(kg)W為絲杠承載的負(fù)載重量(N)v為絲杠的軸向速度(m/s，取2m/min)

44、t為電機(jī)的加速時(shí)間(0.01s)m為工作臺(tái)導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)(0.1)Nkwb.確定電機(jī)的額定功率 kw轉(zhuǎn)矩的計(jì)算a.額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算在實(shí)際的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于存在著摩擦等因素，滾珠絲杠克服外部軸向載荷Famax作連續(xù)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩TM為:TM=(TF+TP+Tb)i+Te 所以，TM =（TF +TP +Tb ）i + Te=0.058+ 0.004 + 0.33 = 0.392 式中，TF 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩（）TP 滾珠絲杠副預(yù)加載荷FP產(chǎn)生的預(yù)緊力矩()Tb 滾動(dòng)軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩()Te 不在滾珠絲杠副上的其它傳動(dòng)元件的摩擦力矩折算到電機(jī)上的值。此處Te = 0。Fw 滾珠絲杠的

45、軸向力( N )FP 滾珠絲杠的預(yù)緊力( N )，F(xiàn)P = Fw / 3i 電機(jī)到滾珠絲杠副的傳動(dòng)比，此處為直聯(lián)i = 1h絲杠傳動(dòng)效率，1.2.3級(jí)精度的絲杠 =0.9 為安全起見，取安全系數(shù)Se = 4額定轉(zhuǎn)矩T SeTM = 4 0.392 = 1.568b.電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tr()的計(jì)算Tr=Tam+(TF+TP+Tb)i+Te Tam =J . J =Jm +JL 取Jm =2 JL， Jm=25所以J =Jm +JL = 37.6Tam =J . Tr =Tam +(TF +TP +Tb )i +Te = 5.85+0.392 = 6.242式中，Tam 最大加速轉(zhuǎn)矩（）J 傳動(dòng)

46、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2)JL 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2)Ji ，ni 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）和轉(zhuǎn)速(r/min)mj ，vj 各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（kg）和速度(m/min)Jm ，nm 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）和轉(zhuǎn)速(r/min)，一般保證Jm =(14)JLd 絲杠的公稱直徑(m )L 絲杠的總長度(m )r 絲杠的密度(kg/m3 )m1 ，m2 絲杠的質(zhì)量（kg）和絲杠承載的載荷質(zhì)量(kg)nmax 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速(r/min)表3-14伺服電機(jī)參數(shù)表MDMA系列（中慣量） 額定功率（KW） 0.75 0.1 1.5 2 2.5 3 額定轉(zhuǎn)矩（NM） 3.57 4.8 7

47、.15 9.54 11.8 14.3 最大轉(zhuǎn)矩（NM） 10.7 14.4 21.5 28.5 35.5 42.9由表3-14，Y向伺服電機(jī)選用MDMA082A1C型，其Pe =0.75KW 0.0621KW，T=3.571.568 Tr=10.76.2423.2.4軸承的選擇（1）預(yù)緊力計(jì)算b =0.1=0.1900=90N （3-6）（2）行程補(bǔ)償值C 行程+（8-14）=1000+1210=1120C =37.5 （3-7）（3）預(yù)拉伸力Dt為溫差，一般取3 （3-8）（3）軸承的選用計(jì)算各種類型軸承的選用應(yīng)從允許的空間，軸承負(fù)載大小和方向，高速性能，旋轉(zhuǎn)精度，剛度，振動(dòng)與噪聲，軸向游動(dòng)

48、，摩擦力矩，安裝與拆卸等方面綜合考慮，全面衡量，擇優(yōu)選擇滿足設(shè)計(jì)要求的軸承類型。a.軸承所承受的最大軸向載荷為：=322945+207=323152N （3-9）b.軸承類型滾珠絲杠的支承方式為兩端固定，固定端選用背靠背60角接觸推力球軸承。c.軸承內(nèi)徑軸承內(nèi)徑略小于絲杠底徑=74.3，取=70mm。=1/3，代入得107717Nd.軸承預(yù)緊力預(yù)加負(fù)荷e.按樣本選軸承型號(hào)規(guī)格確定滾珠絲杠支承用的軸承為51314型（機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)軸承表8-146）推力球軸承。3.3諧波齒輪的選擇和計(jì)算諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算與行星齒輪輪系傳動(dòng)比的計(jì)算相似，由于 式中：、分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度；

49、、分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。采用剛輪固定柔輪輸出（如圖3-2），波發(fā)生器主動(dòng)，單級(jí)減速，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)比范圍較大，效率較高，可用于中小型減速器，i=75500。圖3-2剛輪固定柔輪輸出即，則， 設(shè)、時(shí)，則確定輸出轉(zhuǎn)速為7.5r/min,輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min查表選擇XB1802006G表3-15 XB1諧波減速器部分技術(shù)參數(shù)機(jī)型減速比u輸入轉(zhuǎn)速 3000 rpm輸入轉(zhuǎn)速 1500 rpm輸入轉(zhuǎn)速 1000 rpm輸出力矩T2 N.m輸出轉(zhuǎn)速n2 rpm額定輸入功率p kW輸出力矩T2 N.m輸出轉(zhuǎn)速n2 rpm額定輸入功率p kW輸出力矩T2 N.m輸出轉(zhuǎn)速n2 rpm額定輸入功率p kW

50、80135160200120120120 22.218.8150.3630.3120.264 150150150 11.29.47.5 0.2150.1850.156 175175175 7.56.35 0.1630.1400.118 XB1單級(jí)諧波傳動(dòng)減速器組件外形圖表3-16 XB1諧波減速器外形參數(shù)表3.4主軸上伺服電機(jī)的選擇和計(jì)算電機(jī)型號(hào)190N4K02-20N1190N5K54-15N1190N6K52-20N1190N7K54-15N1190N8K54-30N1功率(kW)S14.05.56.57.58.5S2 30min5.57.59.110.512S2 5min81113151

51、7轉(zhuǎn)矩(N.m)S119.335314827S2 30min2747436738S2 5min3970629554額定電流（A）151221.41720.1額定轉(zhuǎn)速(rpm)20001500200015003000轉(zhuǎn)子慣量(kg.m2)0.00820.01080.00640.01490.0065重量（kg）2530304530選擇190N7K54-15S2 30minN13.5螺栓的計(jì)算3.5.1連接Z軸與Y軸的螺栓的計(jì)算所需的螺栓軸向壓緊力應(yīng)為式中，為預(yù)緊力;C為可靠性系數(shù)，通常取C=1.11.3;m為接觸面數(shù)目，這里取m=1；f為接合面摩擦系數(shù)。對(duì)于鋼或鑄鐵被連接件可取f=0.10.15

52、F為Y軸上的負(fù)載Fm=165.6N，故校核剪切強(qiáng)度，對(duì)于螺栓，8.8級(jí)，滿足剪切強(qiáng)度要求。校核擠壓強(qiáng)度 被連接件長度為26mm，螺母厚度10.23mm，選螺栓長度L=60mm，螺桿上無螺紋部分直徑10mm，長度32mm。受擠壓面的最小長度=23-（46-32）=9mm 螺栓8.8級(jí) ，鑄鐵HT250第4章 總結(jié)第4章 總結(jié)課題已經(jīng)接近尾聲，一切似乎已將要結(jié)束，而我卻感覺這一切似乎才剛剛開始。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思維我有了一個(gè)重新的認(rèn)識(shí)。在本次設(shè)計(jì)中，前前后后遇到了不少困難，例如對(duì)絲杠軸傳動(dòng)、Z軸傳動(dòng)的自行設(shè)計(jì)，絲杠軸的如何擺放等等問題。在苗恩銘導(dǎo)師的關(guān)懷和指導(dǎo)下，多方面

53、查詢資料，并實(shí)地進(jìn)行考察，拓展設(shè)計(jì)思維，由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，盡管最后的方案不是太完美，但是我們都慶幸從中所獲甚豐。致謝致謝經(jīng)過幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我真正的從實(shí)踐上學(xué)到了如何去做設(shè)計(jì)，我由衷的感謝我的指導(dǎo)老師苗恩銘對(duì)我的學(xué)習(xí)、工作、以及課題的研究和論文撰寫過程中面臨的問題所給的細(xì)心指導(dǎo)和無私幫助，也感謝507教研室全體老師、支持我的其他老師和同學(xué)對(duì)我的熱心幫助。自始至終得到了指導(dǎo)老師苗恩銘的悉心指導(dǎo)。無論是從畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題選定、研究以及資料的收集、論文的最后成稿，都傾注了老師的心血，在此由衷地感謝他在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給予我的關(guān)懷、指導(dǎo)以及在在工作態(tài)度上的培養(yǎng)和鍛煉。老師廣博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、誨

54、人不倦的教育情懷和對(duì)事業(yè)的忠誠，將是我終身學(xué)習(xí)的好榜樣。謹(jǐn)向?qū)徳u(píng)本文的各位專家、老師致意！ 2009年5月參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1朱力目前各國機(jī)器人發(fā)展情況中國青年科技，2003(11)：38392 杜志俊工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械工程師，2002(5)：81O3杜志俊工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用將越來越廣泛機(jī)電目際市場(chǎng)，20o2(1)：20224張效祖工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2004(5)：33365朱浩翔工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用裝備機(jī)械，2003(4)：l1126 楊化書。曲新峰工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，16(4)：42437顧震宇.全球工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與趨勢(shì)J.機(jī)電一體化，2006，（2）：6-10杜志俊.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)J.機(jī)械工程師，2002，（5）：8-108楊化書，曲新峰.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展J.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，（4）：42-439孫學(xué)儉，于國輝，周文喬，徐光霽.對(duì)世界工