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（毕业设计全套）焊接机械手的结构设计（打包下载）

但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠便于调整的轴承间隙调整机构。.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小气缸负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。.机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。.设计具体采用方案机械手的大臂和小臂均为回转运动。考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，两手臂的调节采用电机和谐波减速器配合。.大臂电动机的选择设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为根据平行轴定理可得绕轴的转动惯量为.设输出轴速度为所需时间大臂.若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为.。电机功率可按下式估算.其中为电动机功率为负载力矩为负载转速为传动装置效率，初定.系数为经验数据，取博美德参数如下表.电机参数额定功率额定转矩额定转速转子惯量电机结构外形如图图.电机结构外形图.大臂减速器的相关计算因为整体最高转速要求。伺服电机在额定转速之下可以调节需要转速并正常工作。所以以最高转速计算传动比。.减速器选用配套的博美德型，减速比。电机轴上的转动惯量.电机的转子惯量为.所以选取合适。此轴传递扭矩因此与电机相连的轴直径必须大于.。.小臂电动机的选择.设输出轴速度为所需时间小臂.若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为.。电机功率可按下式估算.其中为电动机功率为负载力矩为负载转速为传动装置效率，初定.系数为经验数据，取博美德参数如下表.电机参数额定功率额定转矩额定转速转子惯量图.电机安装图.小臂减速器的相关计算因为整体最高转速要求。伺服电机在额定转速之下可以调节需要转速并正常工作。所以以最高转速计算传动比。.减速器如图所示图.减速器外形结构图减速器选用配套的博美德型，减速比。详细参数如下额定输出扭矩转动惯量故障停止扭矩满载效率额定输入转速工作温度最大输入速度润滑方式合成脂润滑长效润滑安装方式任意防护等级平均寿命法兰精度重量.减速机符合标准输出轴键标准圆头普通平键型。键已标准化，设计时需要先根据工作要求和轴径上键的类型以及尺寸来选择键，然后再进行强度校核，键的材料按标准规定采用抗拉强度的钢，常用钢。本设计中的键均为减速器自带的键，即普通圆头型。电机轴上的转动惯量.电机的转子惯量为所以选取合适.在确定了转动惯量之后，就要对轴进行设计此轴传递扭矩因此与电机相连的轴直径必须大于.。机械手腕部的结构方案设计.腕部电动机的选择.设输出轴速度为所需时间腕部.若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为.。电机功率可按下式估算.其中为电动机功率为负载力矩为负载转速为传动装置效率，初定.系数为经验数据，取博美德参数同上。.腕部减速器的选择因为整体最高转速要求。伺服电机在额定转速之下可以调节需要转速并正常工作。所以以最高转速计算传动比。.减速器选用配套的博美德型，减速比。电机轴上的转动惯量计算如下.电机的转子惯量为所以选取合适.确定了转动惯量之后就要对轴进行设计此轴传递扭矩因此与电机相连的轴直径必须大于.。轴承的选用与校核为了保证机械臂的正常运行，不仅轴承的制造质量良好，而且机械臂的设计必须合理，轴承的装配和使用必须规范。轴承的选择对于机械臂的正常运转十分重要。.轴承类型的选择机座转动轴上的轴承选择推力球轴承，它承载能力较低，额定动载荷比为，不能承受径向载荷，只能承受个方向的轴向载荷，限制轴和壳在轴向位移。极限转速低。机座相对转动处的轴承选择对圆锥滚子轴承。额定动载荷比。能承受单向轴向载荷，在径向载荷作用下会产生附加轴向力，般成对使用。能限制轴和外壳在个方向的轴向位移。系列具有较大的接触角，可以承受更大的轴向载荷。大臂小臂腕部转动轴承的选择深沟球轴承，承载能力较小，额定动载荷比为。主要承受径向载荷，也可同时承受定的轴向载荷。当轴承的径向游隙加大时，具有角接触轴承的功能，可承受较大的轴向载荷。允许定的轴向位移，但轴向位移限制在轴向游隙范围内。摩擦系数小，极限转速高。结构简单，使用方便。工作期间不需要保养。适于高速，应用极为广泛。.轴承代号的选择推力球轴承根据安装轴承段的轴径为，以及轴承长度及安装考虑，最终选择推力球轴承代号为。其基本尺寸如下圆锥滚子轴承根据安装轴承段的轴径为，以及轴承长度及安装考虑，最终选则圆锥滚子轴承代号为。大臂转动轴承根据安装轴承段的轴径为，以及轴承长度及安装考虑，最终选则深沟球轴承代号为。小臂转动轴承根据安装轴承段的轴径为，以及轴承长度及安装考虑，最终选则深沟球轴承代号为。腕部转动轴承根据安装轴承段的轴径为，以及轴承长度及安装考虑，最终选则深沟球轴承代号为。.轴承的校核深沟球轴承的校核深沟球轴承详细参数如下使用机械设计手册新编软件版进行校核图.软件界面图选择滚动轴承设计与查询功能。图.轴承校核图选择深沟球轴承。参数设定如图图.参数录入图其中径向力.取更大的数图.计算结果生成图计算过程输入参数轴承类型深沟球轴承径向载荷轴向载荷额定静载荷工况系数.轴承列数单列接触角中间参数判断系数.径向载荷系数轴向载荷系数计算结果当量动载荷轴承所需基本额定动载荷.图.参数修正图寿命校核输入参数额定动载荷当量动载荷轴承转速工作温度温度系数要求寿命计算结果计算寿命计算寿命转校核结果合格额定寿命修正可靠度系数材料系数运转条件系数修正后寿命转修正后结果合格图.软件操作流程图最终输出报告如下滚动轴承设计报告设计信息设计者张芮华设计单位西安工业大学北方信息工程学院设计日期设计时间下午设计参数径向力轴向力轴颈直径转速要求寿命温度系数润滑方式油润滑被选轴承信息轴承类型深沟球轴承轴承型号轴承内径轴承外径轴承宽度基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速油当量动载荷接触角度负荷系数.判断系数.径向载荷系数轴向载荷系数当量动载荷轴承所需基本额定动载荷.校核轴承寿命轴承寿命验算结果合格深沟球轴承的校核深沟球轴承详细参数如下使用机械设计手册新编软件版进行校核选择滚动轴承设计与查询功能。选择深沟球轴承。参数设定中径向力.取更大的数计算过程输入参数轴承类型深沟球轴承径向载荷轴向载荷额定静载荷工况系数.轴承列数单列接触角中间参数判断系数.径向载荷系数轴向载荷系数计算结果当量动载荷轴承所需基本额定动载荷.寿命校核输入参数额定动载荷当量动载荷轴承转速工作温度温度系数要求寿命计算结果计算寿命计算寿命转校核结果合格额定寿命修正可靠度系数材料系数运转条件系数修正后寿命转修正后结果合格最终输出报告如下滚动轴承设计报告设计信息设计者张芮华设计单位西安工业大学北方信息工程学院设计日期设计时间下午设计参数径向力轴向力轴颈直径转速要求寿命温度系数润滑方式油润滑被选轴承信息轴承类型深沟球轴承轴承型号轴承内径轴承外径轴承宽度基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速油当量动载荷接触角度负荷系数.判断系数.径向载荷系数轴向载荷系数当量动载荷轴承所需基本额定动载荷.校核轴承寿命轴承寿命验算结果合格结论机械手为焊接机械手。选用关节型机械手。机械手的各执行机构，包括腰部大臂小臂腕部等。焊枪和腕部结合为螺钉紧固。该机械手在工作中需要种运动,即为腰部的回转运动,大臂的回转运动，小臂的回转运动，腕部的回转运动。综合考虑，机械手自由度数目取为，即四个转动自由度。采用关节型机械手设计，其特点是结构比较简单,手臂运动范围大,且有较高的定位准确度。考虑到腰座是机器人的第个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用伺服电机和谐波减速器结合的方式来实现腰部的回转运动。在分析了具体工作要求后，综合考虑各个因素。机械手其它臂部的回转运动也需要定的定位控制精度，故采用伺服电机驱动来实现机械手的腕部结构设计和焊枪使用螺钉紧固。参考文献李雷阵，胡小建，王求.全国机械装备先进制造技术广州高峰论坛.文集机械工业出版社，.李坤，杨家军.自由度焊接机械手的运动学研究机器人技术，机械工程师年第期.张建民.机电体化系统设计第三版.高等教育出版社.尹志强.系统设计课程设计指导书.机械工业出版社.张利萍.液压传动系统及设计.北京化学工业出版社，.杨东邦.机械制图与标准应用.北京中国标准出版社，.王政.焊接工装夹具及变位机械.北京机械工业出版社，.张建民.机电体化系统设计网.北京北京理工大学出版社，.何家金.机械电气自动控制网.重庆重庆大学出版社，.周骥平，林岗.机械制造自动化技术网.北京机械工业出版社，.吴宗泽.机械零件设计手册.北京机械工业出版社，.孙树栋.工业机器人技术基础.西北工业大学出版社.,.吴宗泽主编.机械设计实用手册.北京化学工业出版社.江耕华，陈启松主编.机械传动手册.北京煤炭工业出版社.机械化科学研究院编.实用机械设计手册.北京中国农业机械出版社.西北工业大学机械原理教研室编.机械设计.北京高等教育出版社.孙.