荧光灯灯丝装架机上料机械手及芯柱传送机构设计(3)

2023-02-09 作者: 来源:

4.3. 链轮驱动机构的齿轮设计计算

a) 传动比5:3的齿轮副设计计算

由于传递扭矩不大，采用直齿渐开线齿轮方案，由图3-1中所示几何关系可得，此对齿轮中心矩为50mm，采用开式齿轮，一般按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，并将模数增大15%，以考虑磨损的影响。

我的实际作法为，试选择齿数为15，25，模数为2.5的齿轮，小齿轮为避免根切，变位系数计算如下：

利用机械设计手册软件版R2.0渐开线圆柱齿轮传动设计程序V2.00进行校核计算，设置如下：

传递转矩60N.m

齿轮1转速5r/m，非对称布置（轴刚性较大），硬齿面，材料为45钢表面淬火，硬度（45-50）HRC，热处理质量要求MQ，精度等级三组偕6级，齿厚上下偏差F、L，齿宽20，变位系数0.12

齿轮2转速3r/m，非对称布置（轴刚性较大），硬齿面，材料为45钢表面淬火，硬度（45-50）HRC，热处理质量要求MQ，精度等级三组偕6级，齿厚上下偏差F、L，齿宽20，变位系数-0.12

两齿轮模数2，原动机轻微振动，工作机均匀平稳，开式传动，齿轮工作寿命10000小时，齿形作适当修形

程序校验结果表明这对齿轮在模数减小20%后弯曲疲劳强度依然足够大。（具体结果见附录1）

b) 传动比1：1锥齿齿轮副设计计算

依然采用开式传动，为减小齿轮直径并不产生根切，选用一对齿数为17的直齿锥齿齿轮，大端模数选试选5.5，齿宽系数选1/3，利用机械设计手册软件版R2.0，锥齿轮传动设计程序版本 1.50 进行模数减少18%弯曲疲劳强度较验

程序参数设置如下：

传递转矩70N.m，齿轮1、2转速20r/min

载荷特性：原动机均匀平稳，工作机轻微振动

预定寿命10000小时

工作齿面硬度：硬齿面

齿轮1、2的材料匀为45钢，表面淬火45～50（HRC），热处理质量要求MQ，齿数17，大端模数4.5，齿宽系数0.33，不等顶隙

计算弯曲强度设置：对称循环载荷，齿根表面粗糙度，齿条类别，，

程序结果表明这对齿轮在弯曲疲劳强度上相当安全，且符合模数放宽15%的要求。（具体结果见附录2）

4.4.滚动轴承的布置

a) 布置的依据

为了提高支承的刚度，和承受一定的轴向载荷，有一锥齿齿轮悬挂的曲柄轴选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承进行反装配制。槽轮所在轴虽无很大的轴向载荷，但是为了提高安装精度，便于轴承预紧，也选用一对角接触球轴承。由于没有对链轮轴的上半部分进行设计，因此保险起见，链轮轴也选用正装角接触球轴承。

b) 布置示意图3-3

荧光灯灯丝装架机上料机械手及芯柱传送机构设计图5

图3-4滚动轴承配制示意图

4.5.机构具体设计中的有关计算与遇到的问题

a) 槽轮的实际半径和止动圆弧半径的选择

和式（3.3）得圆弧实距半径为，可得比较接近的槽轮半径的公差为R87f7，即R87

b)止动圆盘的安全轮廓

由几何关系可以看出，止动圆盘的张角虽可以定为，但形状如选择不好将与槽轮发生运动干涉，因此在设计中发现有必要计算一下。如图3-4所示，在止动盘缺口范围内，与槽轮、曲柄公轴线呈α角方向上的最大向径OA与夹角α有以下关系：

荧光灯灯丝装架机上料机械手及芯柱传送机构设计图10

图3-4 止动圆盘缺口上最大向径关系图

OA＝OB＝OC-CB； ∠HCG=∠DCB＝β；

∠AOB＝α＝∠HOG； CB=CD；

C、H、E三点共线；

荧光灯灯丝装架机上料机械手及芯柱传送机构设计图11

图3-5

由以上关系可以推出：

（3.11）

则在止动盘缺口范围内，与槽轮、曲柄公轴线呈α角方向上的最大向径

（3.12）

由此编程计算止动圆盘的最大合理轮廊，如图3-5，极角-向径关系如图3-6（数据计算程序见附录）

荧光灯灯丝装架机上料机械手及芯柱传送机构设计图14

图3-6

c)滚动轴承选择的问题

对于槽轮轴，和曲柄轴，其受力情况比较复杂，很难明确的计算出各轴承的受力情况，也就无法明确的用文献［2］作列公式进行校核，只得以牺牲经济性，选择低中载情况下常用轴。

五、手部结构设计

5.1 夹持式手部结构

夹持式手部结构由手指(或手爪)和传力机构所组成。其传力结构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等。

3.1.1手指的形状和分类

夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。

5.1.2设计时考虑的几个问题

(1)具有足够的握力(即夹紧力)

在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。

(2)手指间应具有一定的开闭角

两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。

(3)保证工件准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。

(4)具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。

(5)考虑被抓取对象的要求

根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点，两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型，其结构如附图所示。

5.1.3手部夹紧气缸的设计