(完整版)三自由度平面直角坐标机器人设计毕业论文 下载本文

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3.2传动丝杆的设计

滑动螺旋的特点:①结构简单,加工方便;②易于实现逆行程自锁,工作安全可靠;③摩擦阻力大,传动效率低;④容易磨损,轴向刚度较差。

滚珠螺旋的特点:①摩擦阻力小,传动效率高;②磨损小、寿命长、工作可靠性好;③具有运动的可逆性,应设防逆动装置;④轴向刚度较高,抗冲击性能较差;⑤结构复杂,加工制造较难;⑥预紧后得到很高的定位精度(约达5um300㎜)和重复定位精度(可达1~2um)。

参照设计要求发现,滑动螺旋和滚动螺旋均可满足要求,拟选定滑动螺旋传动方式。 1.滑动螺旋传动特点

(1)螺杆转动一周,螺母移动一个螺距(弹头螺纹)。因为螺距一般很小,所以在转角很大的情况下,能获得很小的直线位移量,可大大缩短机构的传动链,故装置结构紧凑。

(2)具有较好的增力作用。只要给主动件一个较小的转矩,从动件即能获得较大的转矩。

(3)由于工作台采用滑动螺旋设计,存在较大的滑动摩擦,致使其效率偏低,磨损较快。

2.螺杆材料、热处理及精度

所有轴的制造材料均为45号钢。螺纹部分采用表面淬火处理,保证硬度达到45HRC,使螺纹具有较好的强度和韧性。考虑传动工作台的技术要求和安装限制,选取公差等级为h7级的基轴制配合。 3.螺纹数据的初步设计与校核

考虑到实际中轴向力的影响较大,选取梯形螺纹作为基本齿形。根据GBT 5796.3-2005,。试取(外螺纹)公称直径,对应的中径,小径,螺距。由GBT5796.4-2005,对于h7的梯形外螺纹,中径的极限尺寸,。

现实中,滑动螺旋传动的失效性是主要是螺纹的磨损、螺杆的变形或螺纹的断裂等。因此,滑动螺旋传动的校核通常包括耐磨性、刚度、稳定性及强度等方面。根据使用需要,还需进行驱动力矩、效率与自锁等其他

方面的计算。

(1)螺旋升角及诱导摩擦角

,得

查表【1】,钢的摩擦系数,因而 其中,梯形螺纹的牙型半角 (2)轴向力的确定

根据要求,载重。设计中留出预留量,即考虑径向力,取,则 。根据力的合成原理,得 (3)耐磨性校核

因为磨损的速度与螺纹工作表面大小有直接关系,所以为了提高螺旋传动寿命,必须限制螺纹工作表面压强,即:

这里,取梯形螺纹螺纹工作高度。试选用整体式螺母(),因而。

这里初步确定螺纹材料为45号钢,为兼顾螺纹的硬度和韧性要求,进行比表面淬火处理,保证HRC在40~50。

查表【1】得45号钢的许用压强。显然,有成立,合格。 又螺母螺纹扣数,合格。

(4)驱动力矩、传动效率及自锁性校核

对于单线螺杆,。视螺旋副克服摩擦力的力矩为其驱动力矩,即

T?Fad2tan(????)?1390.2N?mm2

传动效率

显然,,故当驱动力矩去除后,螺旋将会自锁,实现“稳定刹车”。 (5)刚度校核

在长度为1m的螺纹上,因轴向载荷和转矩作用而产生的螺距累计变化量

??(4Fa16TP?)?106?17.61?m 224?d2E?Gd2查表1【1】可知,,精度等级合格。

表1

精度等级

(6)稳定性校核

螺杆在受轴向载荷时,应防止螺杆长度与直径比过大而造成侧向弯曲。

显然,有螺杆最大工作长度>螺纹部分长度 >工作行程+螺母高度>工作行程+旋合长度, 即

4螺杆失稳时的临界轴向载荷Fac?md2/L2?6.561?106N。其中,支撑状况

5 10 6 15 7 30 8 55 9 110 选定为两端固定(即轴向和径向均存在载荷作用),取支撑系数 综上,有(安全系数),合格 (7)强度校核

按第四强度理论校核螺杆强度,即 杆所受应力??(4Fa2T2)?3()?5.672N?mm?2 23?d30.2d3查表【1】得45号钢得许用应力[?]?显然,,合格 (8)重复精度校核

?s(3~5)?360?72~120N?mm?2 (3~5)由GC,查得在h7精度等级下每一螺距的螺距误差为,螺距的累积误