XYZ直角坐标机械手的机械结构设计.docx

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编号：

毕业设计说明书

题

目：

XYZ直角坐标机械手的

机械结构设计

学

院：

机电工程学院

专

业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

黄显昌

学

号：

1100110210

指导教师单位：

机电工程学院

姓

名：

张旭

职

称：

实验师

题目类型：

理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发

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¨

þ

¨

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2015年5月27日

摘

要

在当今制造业迅速发展的年代，为了提高企业的生产效率，增加企业的经济效益，

企业家们开始把目光和战略放到机械自动化上，力求能大量的使用自动化设备。

目前自

动化设备已经遍布企业的生产线。

其中最为典型的自动化机械手。

为了满足社会工业的

需求，人们开始研究设计更为先进的机械手。

从另外的一个角度上，也可以这么认为，

一个国家的机械手技术水平的先进程度和对机械手的应用广泛程度，体现出了一个国家

目前的工业发达程度。

本文通过概述机械手，介绍XYZ直角坐标机械手，说明了本次要设计怎么样的机械

手结构。

文中有三个直线运动模块的详细设计过程，包括电动机的选择计算，滚珠丝杠

副还有滚动导轨的型号的选择，滚动轴承的选择，弹性联轴器的选择，轴承座的设计，

电机安装座的设计选择，机架的设计，以及机械零件的相关指标的校核。

零件的相关指

标的校核包括，丝杆的刚度、使用寿命许用转速等的校核，滚动轴承载荷的校核，使用

寿命的校核，导轨的使用寿命等校核。

文中还详细介绍了一个非标准零件的工艺，包括

详细的尺寸设计加工工艺过程，即为从毛坯到形成所需零件的详细加工过程。

零件的热

处理工艺过程，包括正火，回火，调制处理等。

最终就是要实现设计一个能升降运动，左右移动，前后移动的XYZ直角坐标机械手

的机械结构。

机械手结构的设计不仅要能满足机械手的基本运动，还要能满足机械手的

高定位精度，高移动精度。

且其外形还要体积小，外形美观。

关键词：

机械手；电动机；滚珠丝杠副

Abstract

Intoday’seraofrapiddevelopmentofmanufacturingindustry,entrepreneurshavebegun

tofocustheireyesandstrategiesonmechanicalautomation,strivetousealotofautomation

equipment,inordertoimprovetheproductionefficiency

andtheeconomicbenefits.

Nowadaystheautomationequipmenthasbeenspreadallovertheproductionlinesof

enterprises,especiallytheautomated.Duetomeettheneedsofthesocialindustry,people

begintodesignmoreadvanceds.Fromanotherperspective,theindustriallevelofacountry

depend

on

its

manipulator

technology

and

the

extensive

degree

of

manipulator

application.

Anoverviewofrobotisoutlined,itsXYZrectangularcoordinateisintroduced,andthe

mechanicalstructureofthemanipulatorisdescribed.Thedesignprocessofthreelinear

motionmodulesisdetailed,includingtheselectioncalculationofthemotor,typeselectionof

theballscrewpairandtherollingguide,theselectionofrollingbearing,theselectionof

flexiblecoupling,thedesignofbearingbase,thedesignofmotormountingbase,thedesign

oftheframe,andthecheckoftherelatedindexesofmachineparts.Thecheckcontainsthe

stiffnessoftheguidescrew,theallowablespeedamongtheworkinglife,theloadofrolling

bearing,theworkinglifeofguidescrew.Theprocessofanon-standardpartisdetailed,

includingthedimensiondesign,themachiningprocessfromtheroughtorequiredpart.The

heatprocesscontainsnormalizing,tempering,modulationprocessing.

AlltheaboveworkisaimedatdesigningaXYZrectangularcoordinatemanipulator

whichcanmoveupanddown,moveleftandright,moveforwardandbackward.Thedesign

ofthestructuremustmeetnotonlythebasicmovementbutalsothehighlocatingandmove

accuracy.Themanipulatormusthavethesmallvolumeandabeautifulappearance.

Keywords:

manipulator;motor;ballscrew

引言 6

1ZYZ直角坐标机械手方案设计 7

1.1本次设计的机械手 7

1.2本次设计的重点 7

1.3设计的机械手的外观结构三维图 7

1.4设计总体方框图 8

2Z轴运动模块的设计 9

2.1滚珠丝杠的设计 9

2.1.1右旋磨制丝杠.............................................................................................a.v.U V

2.1.2最大载荷的计算............................................................................................v.3 o9S

2.1.3丝杠静载荷的计算.....................................................................................M u.161v

2.1.4丝杠副dn值的校验 Y.u.C1f1m

2.1.5丝杠临界转速进行校核.............................................................................e.U..ts181Z

2.1.6螺杆强度校核...............................................................................................s..1EJ2k

2.1.7刚度的校核..................................................................................................M Ia1s3N

2.1.8丝杠的效率校核..........................................................................................T..r.R.G1c3h

2.2滚动轴承的选择与校核 14

2.2.1径向外载荷的计算Fr.................................................................................1.4..l.z.q.7.

2.2.2计算轴向外载荷Fa...................................................................................1.4z.v.p.g.

2.2.3轴承支反力的计算...................................................................................1..4..N.r o

2.2.4计算角接触轴承的派生轴向力 1.n.o1w4fT

2.2.5轴承所受轴向载荷.......................................................................................fj.n.FLD1a55

2.2.6计算轴承所受当量载荷Pr............................................................................tf.n..h1n5E

2.2.7基本额定动载荷C.....................................................................................H....m.1VN67

2.2.8选定轴承.................................................................................................1..6..V.7..l4..j.

2.2.9轴承寿命Ln的校核..................................................................................1.6 l.

2.3设计滚动轴承座 16

2.4联轴器的