電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人設(shè)計(jì)-端部機(jī)械手及導(dǎo)鏈環(huán)設(shè)計(jì)【含UG三維及11張CAD圖】
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電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人-端部機(jī)械手及導(dǎo)鏈環(huán)設(shè)計(jì)摘要：電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要為了達(dá)到補(bǔ)償鏈生產(chǎn)過程中盤繞工作的全自動(dòng)化以及高精度，而且必須要在預(yù)訂的軌跡之下，實(shí)現(xiàn)有序堆放。本文主要針對(duì)電梯平衡補(bǔ)償鏈的端部機(jī)械手以及導(dǎo)鏈環(huán)進(jìn)行研究，以保證機(jī)器人盤繞工作的精確性，連續(xù)性與穩(wěn)定性。主要內(nèi)容如下：（1）通過運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)每層的堆放軌跡及熱平衡鏈自身力造成的自然跑偏規(guī)律，確定了機(jī)械指系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及尺寸，用于整理上一層由于自身扭力導(dǎo)致偏離了正常軌道的補(bǔ)償鏈，使之回到其理論盤繞軌跡上，以保證當(dāng)前層補(bǔ)償鏈的正確軌跡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)堆放；以此代替人工矯正，實(shí)現(xiàn)了本機(jī)器人高智能化的目標(biāo)。（2）通過研究熱擠出時(shí)補(bǔ)償鏈的特性及規(guī)格的多樣性，研制為補(bǔ)償鏈導(dǎo)向、便于快速裝卸的導(dǎo)鏈環(huán)；解決補(bǔ)償鏈拖拽、改向過程中表面易刮擦的關(guān)鍵問題。（3）利用 ug 軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)各個(gè)零件的實(shí)體建模及裝配關(guān)鍵詞：電梯；補(bǔ)償鏈；盤繞機(jī)器人；機(jī)械手；導(dǎo)鏈環(huán)； Elevator balance compensation chain coiled robot - end manipulator and guide link designAbstract: The design of the elevator balance compensation chain coiled robot is mainly to achieve the full automation and high precision of the coiling work in the compensation chain production process, and must be stacked in order under the reserved track. This paper mainly studies the end manipulator and the guide link of the elevator balance compensation chain to ensure the accuracy, continuity and stability of the robot coiling work. The main contents are as follows: (1) Through kinematics calculation and motion simulation experiments, according to the stacking trajectory of each layer and the natural deviation law caused by the heat balance chain's own force, the structure and dimensions of the mechanical finger system are determined, and used to sort out the upper layer and deviate from normal due to its own torsion. The compensation chain of the track is returned to its theoretical coiling trajectory so as to ensure the correct trajectory of the compensation chain at the current level and achieve accurate stacking; instead of manual correction, the robot is highly intelligentized..(2) Through kinematics calculation and motion simulation experiments, according to the stacking trajectory of each layer and the natural deviation law caused by the heat balance chain's own force, the structure and dimensions of the mechanical finger system are determined, and used to sort out the upper layer and deviate from normal due to its own torsion. The compensation chain of the track is returned to its theoretical coiling trajectory so as to ensure the correct trajectory of the compensation chain at the current level and achieve accurate stacking; instead of manual correction, the robot is highly intelligentized. (3) Using ug software for entity modeling and assembly of various parts of the organizationKey words: Elevators; Compensation chain; Coiled robots; Manipulators目 錄1. 緒論···································································11.1 課題研究的背景和意義············································11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀······················································31.3 課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題·······························52.本設(shè)計(jì)的方案與原理介紹···································52.1 本設(shè)計(jì)的整體方案··········································52.2 本裝置的工作原理說明··································53.機(jī)械手系統(tǒng)的零件設(shè)計(jì)介紹································73.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)··············································73.1.1 齒輪的設(shè)計(jì)················································83.1.2 內(nèi)套的設(shè)計(jì)···············································13 3.1.3 軸承的選擇···············································143.2 支架設(shè)計(jì)························································143.3 連接裝置設(shè)計(jì)······················································153.4 機(jī)械指系統(tǒng)設(shè)計(jì)···················································163.5 其他板型材料零件設(shè)計(jì)···············································183.5.1 C 形板的設(shè)計(jì)·················································183.5.2 軸承蓋板的設(shè)計(jì)···········································193.5.3 軸端蓋板的設(shè)計(jì)···········································204.導(dǎo)鏈環(huán)裝置的零件設(shè)計(jì)介紹···············································214.1 導(dǎo)鏈環(huán)的設(shè)計(jì)·····················································22 4.2 支撐板的設(shè)計(jì)·················································234.3 導(dǎo)鏈環(huán)壓板的設(shè)計(jì)·················································245.電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)的選用··················································255.1 電動(dòng)機(jī)的選用···················································255.2 減速機(jī)的選用······················································275.3 電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間的連接···········································286.本設(shè)計(jì)小結(jié)·······················································287.畢業(yè)設(shè)計(jì)心得體會(huì)······················································29參考文獻(xiàn)·······························································30第 1 頁(yè) 共 30 頁(yè)1 .緒論1.1 課題研究的背景和意義 電梯是一種垂直升降設(shè)備，隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,高層建筑日益增多,電梯得到了普遍使用，已經(jīng)成為了一種必不可少的高效運(yùn)輸交通工具,其中曳引式電梯應(yīng)用更加廣泛 [1]。如圖 1-1 所示，在電梯運(yùn)行過程中，轎廂側(cè)和對(duì)重側(cè)的鋼絲繩的長(zhǎng)度在不斷變化，從而引起曳引輪兩側(cè)鋼絲繩重量的變化。當(dāng)轎廂位于最低層站時(shí)，鋼絲繩的重量大部分作用于轎廂側(cè)；當(dāng)轎廂位于最高層站時(shí)，鋼絲繩的重量大部分作用于對(duì)重側(cè)。這種變化在電梯提升高度不大時(shí)，對(duì)電梯的運(yùn)行性能影響不大，但提升超過一定高度時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性，危及乘客的安全。為此，當(dāng)電梯的提升高度超過一定高度時(shí)，必須要設(shè)置具有一定重量的部件來平衡因高度變化帶來的重量變化 [2]。圖 1-1：電梯補(bǔ)償系統(tǒng)簡(jiǎn)圖為了保障電梯安全平穩(wěn)運(yùn)行，需要在電梯內(nèi)部安裝平衡補(bǔ)償鏈，電梯平衡補(bǔ)償鏈?zhǔn)请娞莸难a(bǔ)償裝置，用來平衡運(yùn)行過程中曳引鋼絲繩和隨性電纜的重量差，它具有壽命長(zhǎng)，強(qiáng)度高，彈性好等優(yōu)點(diǎn)，不僅對(duì)電梯的安全運(yùn)行有著重大的意義,而且可以減少電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音，影響電梯的節(jié)能性能及舒適感 [3]。在發(fā)展初期，技術(shù)條件不成熟的情況下，補(bǔ)償鏈?zhǔn)菍㈣F鏈穿進(jìn)麻繩之中，目的是為了減少鏈節(jié)之間的摩擦以及碰撞所產(chǎn)生的噪聲，但電梯箱體的抖動(dòng)仍然比較大，后來隨著技術(shù)水平的提升，出現(xiàn)了包塑電梯平衡補(bǔ)償鏈，它能夠減小補(bǔ)償鏈在運(yùn)行過程中的噪聲同時(shí)減緩環(huán)境對(duì)補(bǔ)償鏈的腐蝕，它選用優(yōu)質(zhì)電焊錨鏈經(jīng)表面處理后外面包裹第 2 頁(yè) 共 30 頁(yè)一層 PVC 材料，經(jīng)特殊工藝加工而形成包塑補(bǔ)償鏈，如圖 1-2（a）所示，它整體更加美觀，但柔韌性以及耐用性方面仍需改善 [2]。如今更加性能優(yōu)異的補(bǔ)償鏈能夠?qū)?PVC或橡膠材料包裹在焊接錨鏈上且讓其二者完美結(jié)合，該鏈也稱為全塑型平衡補(bǔ)償鏈，如圖 1-2（b）所示。圖 1-2（a）:包塑電梯平衡補(bǔ)償鏈 圖 1-2（b）:全塑電梯平衡補(bǔ)償鏈新制造的補(bǔ)償鏈很熱，需要通過水箱冷卻。之后，溫度約為 40°C 的熱補(bǔ)償鏈要隨擠出速度按有相對(duì)較多的直線段、較少的彎曲段的跑道型軌跡逐圈逐層盤繞堆放，以便涂層材料逐漸冷卻并在空氣中成形。如果補(bǔ)償鏈在冷卻過程中沒有有序盤繞，將導(dǎo)致彎曲后不能矯直，一旦平衡補(bǔ)償鏈不夠平直，它會(huì)在電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行速度越高，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)越嚴(yán)重，致使電梯轎廂產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪音，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性 [4]。從這一點(diǎn)來看，卷取是補(bǔ)償鏈生產(chǎn)中的重要步驟。保證全塑型平衡補(bǔ)償鏈平直品質(zhì)的關(guān)鍵是必須趁其從擠出機(jī)出來、尚處于溫?zé)崛彳洜顟B(tài)之時(shí)、進(jìn)行定軌跡盤繞堆放，然后進(jìn)行自然冷卻。通過綜合考慮場(chǎng)地利用及輸送等因素及實(shí)踐驗(yàn)證，按跑道型軌跡堆放效果最好，圖 1-3 為堆放于輸送平板車上的完整鏈堆理想堆放效果。第 3 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 1-3:理想的高精度盤繞狀況圖圖 1-4:人工盤繞狀況圖目前，補(bǔ)償鏈堆放是手動(dòng)完成的。由于鏈條的重量高達(dá) 5.95 千克/米，整個(gè)鏈條的長(zhǎng)度高達(dá) 8000 米，卷繞鏈條是一個(gè)工作難度大，需要大量人力。通過人工拖拽的方式進(jìn)行平衡鏈的堆疊，不僅生產(chǎn)效率低，冷定型后平直性精度不高，如圖 1-4 所示的人工盤繞狀況圖，而且因?yàn)閯趧?dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差致使很難招到工人。通常情況下，需要三人 16-24 小時(shí)才能通過有序地纏繞在平板車上完全裝載鏈條。這種低效率的纏繞方式導(dǎo)致生產(chǎn)率和利潤(rùn)低下，威脅到公司在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中的可持續(xù)性。開發(fā)替代手動(dòng)操作的機(jī)器人勢(shì)在必行。電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人既能大大減少工人數(shù)量和工作強(qiáng)度，又能提高鏈條的質(zhì)量。如果要以機(jī)器人來代替人力完成整個(gè)電梯平衡補(bǔ)償鏈的盤繞工作，導(dǎo)向裝置及導(dǎo)鏈環(huán)是必不可少的，如果在保證精確導(dǎo)向的同時(shí)不能夠有效減少滑動(dòng)摩擦阻力，則會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償鏈運(yùn)送過程中的順暢性不夠好，從而使得平衡補(bǔ)償鏈的表面發(fā)生損傷，也導(dǎo)致平穩(wěn)性和連續(xù)性的要求不能得到滿足 [8]。第 4 頁(yè) 共 30 頁(yè)所以需要設(shè)計(jì)出可以平穩(wěn)精確工作，導(dǎo)向正確，使用壽命長(zhǎng)，成本低,可快速裝卸的端部機(jī)械手和導(dǎo)鏈環(huán)，來完成電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人最終的生產(chǎn)作業(yè)。從而提高工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度，加快實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和智能化，減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，從而減少企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，提高利潤(rùn)。同時(shí)也使補(bǔ)償鏈的堆疊更加準(zhǔn)確，提高生產(chǎn)質(zhì)量，從而能有效改善使用過程的材料浪費(fèi)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在制造領(lǐng)域，目前世界上約有 150 多萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正在各種生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作，在非制造領(lǐng)域，如服務(wù)機(jī)器人，水下機(jī)器人，醫(yī)療機(jī)器人，軍用機(jī)器人，娛樂機(jī)器人等各種用途的特種機(jī)器人紛紛面世，并且正迅速地向?qū)嵱没~進(jìn)。用來完成不同生產(chǎn)作業(yè)的的工業(yè)機(jī)器人的種類愈來愈多，機(jī)器人將成為人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的主要?jiǎng)趧?dòng)力，人類將從繁重的、重復(fù)單調(diào)的、有害健康和危險(xiǎn)的生產(chǎn)勞動(dòng)中解放出來 [5]。而機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的核心部件和關(guān)鍵技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于使用場(chǎng)合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)型式亦各不相同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。但它們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動(dòng)作及功能；一般都能按預(yù)定程序，自動(dòng)地、重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作 [6]。機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、容易操作、安全可靠、安裝維修方便、經(jīng)濟(jì)性好 [7]。中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展正在蓬勃發(fā)展，智能化、自動(dòng)化在企業(yè)的生產(chǎn)過程中扮演著重要的角色，而目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。尤其是在圍繞“安全”與“節(jié)能高效”發(fā)展主題的今天，工業(yè)機(jī)器人在流水線上的作業(yè)無疑更能滿足企業(yè)對(duì)此的需求。安全、提高質(zhì)量是機(jī)器人得以發(fā)展的兩大驅(qū)動(dòng)力 [6]。根據(jù)電梯行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，目前，中國(guó)是世界上最大的電梯生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，中國(guó)電梯產(chǎn)量和消費(fèi)量在全球占比都達(dá)到 60%以上 [11]，由于國(guó)內(nèi)電梯業(yè)近 10 年年均 20%的高速增長(zhǎng)，電梯產(chǎn)量增長(zhǎng)近 6 倍，隨著存量基數(shù)的擴(kuò)大，行業(yè)由原來的爆發(fā)增長(zhǎng)階段進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，雖然行業(yè)需求放緩，但軌道交通，保障房、舊梯改造等新增需求對(duì)沖部分下滑壓力。從短期來看，住宅新開工面積的增長(zhǎng)將刺激需求，住宅電梯需求將占到電梯需求的 70%以上，其余為商場(chǎng)和寫字樓等商用需求，電梯的更換周期為15 年左右，由于我國(guó)的商品房從上世紀(jì) 90 年代才開始迅速發(fā)展，目前新裝需求仍是電梯的需求來源，根據(jù)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范要求》，7 層以上住宅或住戶入口層樓面距離室外設(shè)計(jì)地面的高度超過 16 米以上的住宅必須設(shè)置電梯，隨著工業(yè)化及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，土地資源的稀缺性日漸突出，未來高層建筑將是住宅的主流，電梯的需求量也會(huì)不斷增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)務(wù)院《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定，特種設(shè)備超過安全技術(shù)規(guī)范規(guī)定使用年限后必須強(qiáng)制報(bào)廢。我國(guó)目前沒有對(duì)電梯壽命提出強(qiáng)制報(bào)廢要求，但按國(guó)外電第 5 頁(yè) 共 30 頁(yè)梯使用壽命慣例，一般日本系列電梯設(shè)計(jì)壽命為 15 年，歐美電梯設(shè)計(jì)壽命為 25 年。根據(jù)我國(guó)電梯選購(gòu)的實(shí)際情況看，采用日本系列產(chǎn)品或技術(shù)的數(shù)量大約有 60%以上，這部分電梯首先進(jìn)入更新期，而采用歐美系列的電梯也將進(jìn)入更新期。中國(guó)電梯的保有量已經(jīng)超過 100 萬臺(tái)，20 世紀(jì) 80 年代末以來陸續(xù)安裝的電梯現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入更新改造期，專家預(yù)計(jì)今后每年大修改造的電梯將保持在 15,000 臺(tái)以上，電梯改造市場(chǎng)存在著不可低估的商機(jī)。所以我國(guó)的電梯市場(chǎng)將進(jìn)入一個(gè)新裝與維護(hù)并重的時(shí)期，特別是安裝維保市場(chǎng)有望迎來爆發(fā)，每年有大量的陳舊電梯需要更換補(bǔ)償鏈，電梯平衡補(bǔ)償鏈的市場(chǎng)需求廣大。而且越來越多的電梯業(yè)主傾向于選擇電梯原廠進(jìn)行專業(yè)的維修保養(yǎng)，國(guó)內(nèi)大部分的電梯生產(chǎn)工序都已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)機(jī)器人應(yīng)用前景有著十分直觀的認(rèn)識(shí)，未來電梯業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)將是機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)與電梯企業(yè)制造能力相結(jié)合，切入智能制造領(lǐng)域。但如今國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上對(duì)于電梯平衡補(bǔ)償鏈的盤繞機(jī)器人的研究仍不是十分充分，發(fā)展的空間還十分充足，市場(chǎng)對(duì)此類機(jī)器人的需求又十分強(qiáng)烈，為了能夠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中率先取得優(yōu)勢(shì)，相關(guān)公司正投入大量的人力物力來研發(fā)能夠滿足功能要求的機(jī)器人，發(fā)展前景良好。1.3 課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題由于補(bǔ)償鏈自身的扭力狀況，可能會(huì)導(dǎo)致平衡補(bǔ)償鏈在盤繞過程中偏離正常軌道，端部機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要針對(duì)解決這部分的問題，智能化的代替人工矯正，保證當(dāng)前層補(bǔ)償鏈的正確軌跡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)堆放，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高智能化的性能要求。而導(dǎo)鏈環(huán)的研究主要是平衡鏈自身的物理特性及不同規(guī)格尺寸，設(shè)計(jì)出性能良好，同時(shí)裝卸方便的補(bǔ)償鏈導(dǎo)向裝置，解決補(bǔ)償鏈在盤繞運(yùn)輸過程中避免易刮擦損壞的關(guān)鍵問題。本課題致力于開發(fā)電梯補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人的端部機(jī)械手及導(dǎo)鏈環(huán)兩大部分，以保證補(bǔ)償鏈在提送過程中表面不受擠壓、以及糾正按軌跡堆放后的補(bǔ)償鏈因自身扭力造成的偏離，該裝置可以完全取代人工，是整套盤繞機(jī)器人高智能化的關(guān)鍵部分。2.本設(shè)計(jì)的方案與原理介紹2.1 本設(shè)計(jì)的整體方案本設(shè)計(jì)的整體方案如圖所示第 6 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 2-1：機(jī)械手整體方案 CAD 二維裝配圖2.2 本裝置的工作原理說明電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人是一個(gè)大型機(jī)構(gòu)，正如 2.1 部分所示的機(jī)械手及導(dǎo)鏈環(huán)整體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，補(bǔ)償鏈的盤繞工作并非僅僅由機(jī)械手系統(tǒng)完成，嚴(yán)格意義上來講，機(jī)械手與導(dǎo)鏈環(huán)系統(tǒng)是盤繞過程中的輔助機(jī)構(gòu)，也可稱為對(duì)中機(jī)構(gòu)，但對(duì)于補(bǔ)償鏈的盤繞質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。我們?cè)谥辖榻B過，電梯平衡補(bǔ)償鏈并不是一種實(shí)心的圓柱形材料，他是由 pvc 材料或者橡膠包裹著焊接錨鏈，鏈環(huán)與鏈環(huán)之間很容易產(chǎn)生相對(duì)位置的錯(cuò)動(dòng)，特別是將鏈環(huán)放在水平位置時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)會(huì)尤其嚴(yán)重，從而導(dǎo)致鏈環(huán)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這樣整條補(bǔ)償鏈在下落時(shí)軌跡就會(huì)偏離原來的理論軌跡。機(jī)械手的在工作空間的生產(chǎn)作業(yè)需要依靠電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人的移動(dòng)裝置來完成，補(bǔ)償鏈的盤繞需要 X、Y、Z 三個(gè)平面移動(dòng)自由度，所以在此前，我們把盤繞工作的 Z 向移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成從一定高度垂直延伸下來的一種移動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，導(dǎo)鏈環(huán)則安裝 Z 向驅(qū)動(dòng)裝置豎向設(shè)置的齒條的背面，需要注意的是，為了避免補(bǔ)償鏈從某個(gè)導(dǎo)鏈環(huán)的上面向外鼓出從而會(huì)導(dǎo)致盤繞中斷的現(xiàn)象發(fā)生，所述導(dǎo)鏈環(huán)至少需要三組，綜合 Z 向移動(dòng)裝置的尺寸以及補(bǔ)償鏈自身的材料的性質(zhì)，最佳的空間布置為 4 組，沿齒條的長(zhǎng)度方向從上到下等距對(duì)齊設(shè)置，這樣的便可以有效解決當(dāng)某個(gè)導(dǎo)鏈環(huán)的滾筒轉(zhuǎn)第 7 頁(yè) 共 30 頁(yè)動(dòng)不靈活使補(bǔ)償鏈在導(dǎo)鏈環(huán)內(nèi)下移的阻力有所增大的狀況。在導(dǎo)鏈環(huán)的下方設(shè)置機(jī)械手，同時(shí)也連接在 Z 向驅(qū)動(dòng)裝置的末端，機(jī)械手通過機(jī)械手機(jī)架與 Z 向齒條連接，其中心通孔與導(dǎo)鏈環(huán)同心設(shè)置，且中心通孔的直徑不能小于導(dǎo)鏈環(huán)的內(nèi)徑，在機(jī)械手下方通過平面軸承連接水平布置的中空大齒輪，在機(jī)械手機(jī)架上設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置，即伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端連接小齒輪，小齒輪與中空大齒輪相互嚙合，從而形成傳動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)小齒輪作正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，大齒輪也可隨之作相應(yīng)的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，在中空大齒輪的下端同心布置連接一個(gè) C 形環(huán)狀機(jī)械指機(jī)架，在機(jī)械指下端布置一個(gè)機(jī)械長(zhǎng)指和兩個(gè)機(jī)械短指，在機(jī)械長(zhǎng)指的下端滾動(dòng)配合中心滾筒指套，在兩個(gè)機(jī)械短指的下端滾動(dòng)配合側(cè)滾筒指套，所述的中心滾筒指套與中空大齒輪同軸布置，兩個(gè)側(cè)滾筒指套布置在中心滾筒指套的兩側(cè)，且中心滾筒指套與兩個(gè)側(cè)滾筒指套在水平面上的投影連線在中空大齒輪的一個(gè)徑向上。在整個(gè)設(shè)計(jì)方案中，需要尤其注意零件的相互位置及尺寸對(duì)應(yīng)關(guān)系，即技術(shù)特征，這是由盤繞工作必須要平整有序的要求決定的。中心滾筒指套與兩個(gè)側(cè)滾筒指套的直徑和高度都等于盤繞的補(bǔ)償鏈的直徑，中心滾筒指套與任意一個(gè)側(cè)滾筒指套的相鄰母線間的距離等于當(dāng)前所盤繞的補(bǔ)償鏈的直徑，中心滾筒的上端面與任意一個(gè)側(cè)滾筒指套的下端面必須位于同一個(gè)水平面上，中心滾筒指套的下端面與盤繞時(shí)所用的平板車的上表面之間的距離尺寸要比盤繞的補(bǔ)償鏈的半徑尺寸稍微小一些，在盤繞直線段的軌跡時(shí)，要保持中心滾筒指套和兩個(gè)側(cè)滾筒指套在水平面上的投影的連心線與直線段盤繞軌跡相互垂直，而在盤繞圓弧段軌跡時(shí)，要保持中心滾筒指套和兩個(gè)側(cè)滾筒指套在水平面上的投影的連心線與圓弧段盤繞軌跡的切線相互垂直。當(dāng)盤繞最底層補(bǔ)償鏈時(shí)，通要使得中間手指滾筒底部位于距平板車的距離為略小于補(bǔ)償鏈半徑的位置，這個(gè)通過控制 Z 向齒條的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)旁邊手指滾筒底部距平板車的距離為略小于 1.5 個(gè)補(bǔ)償鏈的直徑。當(dāng)盤繞直線段軌跡時(shí)，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置是不工作的，三個(gè)手指被控制成其滾筒中心在水平面上投影的連心線，與直線盤繞軌跡相垂直并保持不動(dòng)的狀態(tài)。當(dāng)盤繞圓弧段軌跡時(shí)，控制機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)，使中空大齒輪連同三個(gè)手指一起繞中空大齒輪的軸線水平轉(zhuǎn)動(dòng)，在盤繞過程中，使三個(gè)手滾筒在水平面上投影的連心線，始終保持與圓弧段盤繞軌跡的切線相互垂直的狀態(tài)。使得三個(gè)手指滾筒在水平面上投影的三個(gè)圓始終與所盤繞的補(bǔ)償鏈的外表面保持相切的狀態(tài)。從而保證了中間手指滾筒，能夠?qū)⑶耙蝗ο侣浜笤谒教上聲r(shí)自由扭轉(zhuǎn)到當(dāng)前層上還沒有下落補(bǔ)償鏈處的補(bǔ)償鏈，推回到其理論盤繞軌跡上，使一個(gè)旁邊手指滾筒，能夠在盤繞奇數(shù)層時(shí)，將前一圈下落后在水平躺下時(shí)自由扭轉(zhuǎn)到當(dāng)前層上已經(jīng)有下落補(bǔ)償鏈處的補(bǔ)償鏈，推回到其理論盤繞軌跡上，使另一個(gè)旁邊手指滾筒，指套能夠在盤繞偶數(shù)層時(shí)，將前一圈下落后在水平躺下時(shí)自由扭轉(zhuǎn)到當(dāng)前層上已有下落補(bǔ)償鏈下落處的補(bǔ)償鏈，推回到其理論盤繞軌跡上。從而保證了無論補(bǔ)償鏈下落后在水平躺下時(shí)，其自由扭轉(zhuǎn)的方向和扭轉(zhuǎn)量的大小如何，都能將補(bǔ)償鏈推回到其理論盤繞軌跡上。當(dāng)?shù)谝粚颖P繞結(jié)束，控制 Z 向齒條連向上移動(dòng)一個(gè)所盤繞補(bǔ)償鏈的直徑距離，機(jī)械手系統(tǒng)則跟著 Z 向齒條上移動(dòng)一個(gè)補(bǔ)償鏈的直徑距離。此時(shí)，第 8 頁(yè) 共 30 頁(yè)中間手指滾筒底部距第一層補(bǔ)償鏈的距離為略小于所盤繞補(bǔ)償鏈半徑的位置，旁邊手指底部距第一層補(bǔ)償鏈的距離為略小于 1.5 個(gè)補(bǔ)償鏈的直徑的位置，進(jìn)行第二層盤繞。同盤繞第一層一樣，無論補(bǔ)償鏈下落后在水平躺下時(shí)，其自由扭轉(zhuǎn)的方向和扭轉(zhuǎn)量的大小如何，三個(gè)手指都能將補(bǔ)償鏈推回到其理論盤繞軌跡上。完成以上所述的各個(gè)動(dòng)作，同時(shí)滿足各零件的尺寸要求以及零件之間的相互關(guān)系要求，便可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償鏈智能化高精度的盤繞作業(yè)，同時(shí)能夠保證自然冷卻定型后的補(bǔ)償鏈產(chǎn)品具有良好的平直性品質(zhì)。3.機(jī)械手系統(tǒng)的零件設(shè)計(jì)介紹機(jī)械手系統(tǒng)系統(tǒng)如圖所示：圖 3-1（a）：機(jī)械手系統(tǒng) CAD 裝配圖第 9 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 3-1（b）：機(jī)械手系統(tǒng)三維建模裝配圖整個(gè)系統(tǒng)除必要的緊定螺釘以及連接螺釘之外，共由 14 個(gè)零部件組成，機(jī)械手電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)的選型我們將在第五章單獨(dú)介紹，其他大致可以分為以下幾個(gè)部分，即齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、支架設(shè)計(jì)、連接裝置設(shè)計(jì)、機(jī)械指設(shè)計(jì)和其他板型材料設(shè)計(jì)，各零部件設(shè)計(jì)情況介紹如下：3.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 齒輪的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主要由兩個(gè)齒輪組成，電動(dòng)機(jī)與減速器所組成的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)小齒輪的正反向旋轉(zhuǎn)，而中空大齒輪與小齒輪相互嚙合從而帶動(dòng)機(jī)械指繞中心軸線水平旋轉(zhuǎn)，從而機(jī)械手系統(tǒng)完成歸正補(bǔ)償鏈盤繞軌跡的任務(wù)，它是機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的部分。第 10 頁(yè) 共 30 頁(yè)中空大齒輪的參數(shù)設(shè)置如表格所示模數(shù) 2齒數(shù) 105壓力角 20齒頂高系數(shù) 1頂系系數(shù) 0.25配對(duì)齒輪齒數(shù) 21配對(duì)齒輪代號(hào) S07中心距 126±0.0315精度等級(jí) 7GJGB/10095.1-2001小齒輪齒輪的參數(shù)設(shè)置如表格所示模數(shù) 2齒數(shù) 21壓力角 20齒頂高系數(shù) 1頂系系數(shù) 0.25配對(duì)齒輪齒數(shù) 105配對(duì)齒輪代號(hào) S02中心距 126±0.0315精度等級(jí) 7GJGB/10095.1-2001這兩個(gè)齒輪的三位建模如圖所示第 11 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 3-2（a）中空大齒輪三維建模圖圖 3-2（b）小齒輪三維建模圖齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：1. 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料級(jí)齒數(shù)1） 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。第 12 頁(yè) 共 30 頁(yè)2） 速度不高，故選用 7 級(jí)精度。3） 材料選擇。由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為 48-55HRC，齒條材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為 48-55HRC。4） 選小齒輪齒數(shù) =21，大齒輪齒數(shù) 。??1 ??2=1052. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即??1?? ≥2.323??????1???? ???+1?? (????[????])2(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1） 試選載荷系數(shù) =1.3。???? 2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。（預(yù)設(shè)齒輪模數(shù) m=2mm,直徑 d=42mm）??1=95.5×105??1??1 =95.5×105×0.4×0.97300 =1.2×104??????? 3) 由表 10-7 選齒寬系數(shù) 。????=0.54）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。????=189.8??????125）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ;齒條的??????????1=600??????接觸疲勞強(qiáng)度極限 。??????????2=550??????6）由式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。??1=60??1?????=60×300×1×(2×8×200×4)=2.3×1087)由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。??????1=0.948）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（10-12）得[????]1=??????1??????????1?? =0.95×600??????=570??????第 13 頁(yè) 共 30 頁(yè)(2) 計(jì)算1） 試算小齒輪分度圓直徑 ,代入 。????1 [????]1??1?? ≥2.323??????1???? ???+1?? (????[????])2=2.3231.3×1.2×1040.5 ?5+15 (189.8570)2=37.29???? 2） 計(jì)算圓周速度 v。??= ????1????160×1000=??×37.29×30060×1000=0.59???? 3)計(jì)算齒寬 b。b=???????1??=0.5×37.29=18.65???? 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 。??? 模數(shù)????=??1?? ??1=37.2921=1.77齒高h(yuǎn)=2.25????=2.25×1.77=3.98??????? =18.653.98=4.685） 計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù) ,7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) ;v=0.59??/?? ????=1.15直齒輪， ;??????=??????=1由表 10-2 查得使用系數(shù) ;????=1.25由表 10-4 用插值法查得 。??????=1.2由 ， 查圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)??? =4.68??????=1.2 ??????=1.17第 14 頁(yè) 共 30 頁(yè)??=????????????????????=1.25×1.15×1×1.2=1.7256） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得??1=??1??3??????=37.29×31.7251.3=40.98????7)計(jì)算模數(shù) m。m=??1??1=40.9821=1.95????3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為??≥32????1??????12(????????????[????] )（1） 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值1） 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極??????1=500??????限 ；??????2=380??????2） 由圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ;??????1=0.9??????2=0.933） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得[????]1=??????1??????1?? =0.9×5001.4 =321.43??????[????]2=??????2??????2?? =0.93×3801.4 =252.43??????4)計(jì)算載荷系數(shù) K。??=????????????????????=1.7255)查取齒形系數(shù)。由表 10-5 查得 , 。??????1=2.65 ??????2=2.18第 15 頁(yè) 共 30 頁(yè)6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表 10-5 查得 ， 。??????1=1.58??????2=1.777） 計(jì)算齒輪齒條的 并加以比較。????????????[????]??????1??????1[????]1 =2.65×1.58321.43=0.01303??????2??????2[????]2 =2.18×1.77252.43=0.01529齒條的數(shù)值大。（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算m≥32×1.725×1.2×1040.5×212 ×0.01529=1.42????從以上的計(jì)算過程可以得出結(jié)論，我們所設(shè)計(jì)的齒輪是滿足強(qiáng)度要求的。3.1.2 內(nèi)套的設(shè)計(jì)圖 3-3（a）：內(nèi)套設(shè)計(jì) CAD 二維圖第 16 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 3-3（b）：內(nèi)套設(shè)計(jì)三維建模圖通過機(jī)構(gòu)工作原理的介紹，補(bǔ)償鏈通過導(dǎo)鏈環(huán)到達(dá)機(jī)械手系統(tǒng)，而之后需穿過機(jī)械手到達(dá)機(jī)械指的末端結(jié)構(gòu)，所以我們把大齒輪設(shè)計(jì)出中空的形狀，所以大齒輪的旋轉(zhuǎn)不是通過軸與鍵的配合來實(shí)現(xiàn)的，所以在此設(shè)計(jì)內(nèi)套，軸承與大齒輪的這么一套旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，同樣，內(nèi)套也是中空結(jié)構(gòu)，使補(bǔ)償鏈穿過，然后再通過機(jī)械指進(jìn)行盤繞。3.1.3 軸承的選擇軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中所選用的軸承只受純徑向載荷，而且載荷不是特別大，同時(shí)要能夠在高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合下適用，所以我們選用深溝球軸承，再根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的內(nèi)套的尺寸，所以選用 61824 深溝球軸承。第 17 頁(yè) 共 30 頁(yè)3.2 支架設(shè)計(jì)圖 3-4（a）：支架設(shè)計(jì) CAD 二維圖圖 3-4（b）：支架設(shè)計(jì)三維建模圖對(duì)比機(jī)械手系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)圖，可以看到，機(jī)械手支架這個(gè)零件的作用基本上將其他所有的零件連接在一起，機(jī)械手的 Z 向連接板，驅(qū)動(dòng)裝置，以及機(jī)械指系統(tǒng)通過第 18 頁(yè) 共 30 頁(yè)與機(jī)械手支架固定連接在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，可以說，他是整個(gè)機(jī)構(gòu)的腰部部位，直接影響機(jī)構(gòu)運(yùn)作的穩(wěn)定性，在安裝過程中，一定要保證這一部位連接的可靠性。3.3 連接裝置設(shè)計(jì)圖 3-5（a）：連接裝置 CAD 二維圖圖 3-5（b）：連接裝置設(shè)計(jì)三維建模圖第 19 頁(yè) 共 30 頁(yè)連接裝置指的就是這個(gè)機(jī)械手 Z 向連接板，它的側(cè)面通過螺釘與 Z 向齒條連接，底面通過螺釘與機(jī)械手支架連接。在此之前，我們已經(jīng)介紹過，本電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人的機(jī)械手如果需要完成既定的盤繞動(dòng)作，必須有另外的可以在空間內(nèi)具有 3個(gè)自由度的移動(dòng)裝置，我們需要單獨(dú)的設(shè)計(jì)此連接裝置與機(jī)械手的移動(dòng)裝置連接在一起。3.4 機(jī)械指系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械指系統(tǒng)由機(jī)械手指架和機(jī)械指兩部分構(gòu)成，由于設(shè)計(jì)的電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人需要盤繞多種規(guī)格的補(bǔ)償鏈，所以根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)出三種規(guī)格的機(jī)械指，他們具體形態(tài)上沒有區(qū)別，只是根據(jù)補(bǔ)償鏈直徑的變化對(duì)其尺寸作相對(duì)應(yīng)的調(diào)整。這是整個(gè)機(jī)械指系統(tǒng)的裝配圖以及指架和機(jī)械指的零件圖。圖 3-6（a）：機(jī)械指系統(tǒng) CAD 裝配圖第 20 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 3-6（b）：機(jī)械指系統(tǒng)支架 CAD 二維圖圖 3-6（c）：機(jī)械指 CAD 二維圖第 21 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 3-6（d）：機(jī)械指支架三維建模圖圖 3-6（e）：機(jī)械指三維建模圖機(jī)械指的指架包括一個(gè)機(jī)械長(zhǎng)指和兩個(gè)機(jī)械短指，機(jī)械長(zhǎng)指下端滾動(dòng)配合中心滾筒指套，機(jī)械短指下端分別滾動(dòng)配合側(cè)滾筒指套，中心滾筒指套與中空大齒輪同軸布置，兩個(gè)側(cè)滾筒指套布置在中心滾筒指套的兩側(cè)，且中心滾筒指套與兩個(gè)側(cè)滾筒指套在水平面上的投影連線在中空大齒輪的一個(gè)徑向上。在此之前，補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人在空載的條件下已經(jīng)能夠在預(yù)訂的軌跡下工作，但是由于補(bǔ)償鏈生產(chǎn)任務(wù)是長(zhǎng)期不間斷，每次生產(chǎn)補(bǔ)償鏈的擠出長(zhǎng)度是以萬米為單位來計(jì)算的，以及補(bǔ)償鏈的材料的性質(zhì)，補(bǔ)償鏈自身很容易產(chǎn)生扭力，從而使鏈條偏離正常的軌道。機(jī)械指系統(tǒng)就是為了保證當(dāng)前層補(bǔ)償鏈的正確軌跡，代替人工矯正，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)堆放。第 22 頁(yè) 共 30 頁(yè)3.5 其他板型零件設(shè)計(jì)除以上零部件外，還需要設(shè)計(jì)一些板型零件，都屬于比較簡(jiǎn)單但必須的零件，以保證設(shè)備的穩(wěn)定性。3.5.1.C 形板的設(shè)計(jì)圖 3-7（a）：C 形板 CAD 二維圖圖 3-7（b）：C 形板三維建模圖第 23 頁(yè) 共 30 頁(yè)C 形板安裝在中空大齒輪的下端，且與其同心固定連接，機(jī)械指系統(tǒng)固定在 C 形板上，同時(shí) C 形板與機(jī)械指的中間手指滾筒要處于同心位置，由于我們所設(shè)計(jì)的電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人要滿足適用性強(qiáng)的性能，這就要求整套設(shè)計(jì)能夠滿足多種規(guī)格補(bǔ)償鏈的盤繞，所作出的靈活的設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)出多種規(guī)格的機(jī)械指系統(tǒng)，當(dāng)需要更換盤繞與當(dāng)前的補(bǔ)償鏈直徑不同規(guī)格的補(bǔ)償鏈時(shí)，為了方便機(jī)械指系統(tǒng)與中空大齒輪以及補(bǔ)償鏈分開，我們要把用于機(jī)械指系統(tǒng)和中空大齒輪連接的這塊板設(shè)計(jì)成 C 字形，且C 形板的缺口寬度要大于所有所要盤繞的補(bǔ)償鏈規(guī)格的最大直徑。3.5.2.軸承蓋板的設(shè)計(jì)圖 3-8（a）：軸承蓋板 CAD 二維圖圖 3-8（b）：軸承蓋板三維建模圖第 24 頁(yè) 共 30 頁(yè)傳統(tǒng)意義上的軸承端蓋通常是為了擋住軸承外圈，或者擋住軸承孔的端蓋，從而對(duì)軸承起到軸向固定的作用和密封保護(hù)的作用，而此設(shè)計(jì)中軸承端蓋與這有所區(qū)別，我們所設(shè)計(jì)的軸承端蓋是為了固定中空大齒輪與內(nèi)套整個(gè)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。由于我們所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)是水平布置的，所以需要在底部設(shè)計(jì)蓋板結(jié)構(gòu)以此來固定傳動(dòng)裝置，保證傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以此端蓋布置在中空大齒輪與內(nèi)套傳動(dòng)的下方，用螺釘固定，以此使中空大齒輪整個(gè)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。3.5.3 軸端蓋板的設(shè)計(jì)圖 3-9（a）：軸端蓋板 CAD 二維圖 圖 3-9（b）：軸端蓋板三維建模圖與之上軸承蓋板的作用相似，與中空大齒輪嚙合的小齒輪也是水平放置，所以要在減速器與小齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)的軸端末端設(shè)置此軸端蓋板，以此保證齒輪傳動(dòng)在一定的水平高度上進(jìn)行，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，也可以避免由于嚙合錯(cuò)位而導(dǎo)致齒輪損壞的狀況。4.導(dǎo)鏈環(huán)裝置的零件部件設(shè)計(jì)導(dǎo)鏈環(huán)裝置系統(tǒng)如圖所示，整個(gè)裝置包括導(dǎo)鏈環(huán)支撐板，導(dǎo)鏈環(huán)壓板以及導(dǎo)鏈環(huán)。第 25 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4-1：導(dǎo)鏈環(huán)裝置三維建模圖電梯平衡補(bǔ)償鏈在擠出傳送的整個(gè)過程的各個(gè)部分都必須有相應(yīng)的導(dǎo)向裝置，否則補(bǔ)償鏈自身在運(yùn)送過程中自身會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，更使得盤繞的效率以及質(zhì)量低下，所以導(dǎo)鏈環(huán)裝置的設(shè)計(jì)是必不可少的，與此同時(shí)，我們考慮到要使補(bǔ)償鏈通過導(dǎo)鏈環(huán)時(shí)應(yīng)盡可能的收到較小的滾動(dòng)摩擦力而不是較大的滑動(dòng)摩擦力，這樣補(bǔ)償鏈通過導(dǎo)鏈環(huán)的順暢性就更好，從而可以避免補(bǔ)償鏈在通過時(shí)發(fā)生刮擦的現(xiàn)象。同時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)十分方便調(diào)整和安裝，也比較的穩(wěn)定。導(dǎo)鏈環(huán)裝置各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹如下：第 26 頁(yè) 共 30 頁(yè)4.1 導(dǎo)鏈環(huán)的設(shè)計(jì)圖 4.2（a ）：導(dǎo)鏈環(huán) cad 二維圖第 27 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4.2（b ）：導(dǎo)鏈環(huán)三維建模圖它整體的結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓柱形筒體，在圓柱形筒體上通過豎向槽和小軸分別支撐上下兩層滾動(dòng)軸承，每層的滾動(dòng)軸承為 6-10 個(gè)，每層的滾動(dòng)軸承以圓柱形筒體的軸心為中心沿這圓柱形筒體的圓周均勻分布，所述的圓柱形筒體的內(nèi)徑大于與每層滾動(dòng)軸承在垂直于圓柱形筒體軸線的水平面上的投影的內(nèi)切圓的直徑。圓柱形筒體上對(duì)稱固定設(shè)置上下兩層沿著筒體圓的圓周均勻分布的若干個(gè)軸承連接座，同層的相鄰的軸承連接座之間分別設(shè)置有豎向槽，上層與下層的豎向槽沿著圓柱形筒體的母線錯(cuò)位分布，這樣可以進(jìn)一步保證補(bǔ)償鏈通過導(dǎo)鏈環(huán)時(shí)都與滾動(dòng)軸承相切，進(jìn)一步減少摩擦力，補(bǔ)償鏈表面不會(huì)被刮傷。與豎向槽相對(duì)的每個(gè)軸承連接座一側(cè)開設(shè)圓柱盲孔，另一側(cè)開設(shè)螺紋通孔，各滾動(dòng)軸承分別布置在各豎向槽內(nèi)，每個(gè)滾動(dòng)軸承內(nèi)過盈配合一小軸，小軸的一段螺紋連接在一個(gè)豎向槽一側(cè)的螺紋通孔內(nèi)，另一端設(shè)置在豎向槽另一側(cè)的圓柱盲孔內(nèi)。當(dāng)盤繞較小直徑的補(bǔ)償鏈時(shí)，補(bǔ)償鏈都只能夠與滾動(dòng)軸承的外圈母線相接觸，避免了因補(bǔ)償鏈下落時(shí)受到較大的滑動(dòng)摩擦阻力，而引起補(bǔ)償鏈通過導(dǎo)鏈環(huán)時(shí)的順暢性不好的情況，避免了補(bǔ)償鏈表面受到損傷。4.2 支撐板的設(shè)計(jì)第 28 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 4-3（a）：支撐板設(shè)計(jì) CAD 二維圖圖 4.3（b ）：支撐板設(shè)計(jì)三維建模圖我們?cè)谏鲜龅膶?dǎo)鏈環(huán)的設(shè)計(jì)中圓柱形筒體的外周開設(shè)了兩個(gè)凹槽，各個(gè)凹槽的高度就等于支撐板的厚度，兩個(gè)凹槽與 U 字形支撐板的兩個(gè)臂相互接插。導(dǎo)鏈環(huán)是一個(gè)單一的圓柱形筒體，而在工作原理那部分我們已經(jīng)介紹，導(dǎo)鏈環(huán)裝置要垂直分布在電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人 Z 向移動(dòng)裝置齒條的背面，單一的圓柱形筒體是不具備安裝條件的，所以設(shè)計(jì)出 U 字形支撐板，既可以起到固定導(dǎo)鏈環(huán)的作用，同時(shí)又能夠起到連接作用，將導(dǎo)鏈環(huán)與 Z 向移動(dòng)裝置連接在一起。第 29 頁(yè) 共 30 頁(yè)4.3 導(dǎo)鏈環(huán)壓板的設(shè)計(jì)圖 4-4（a）：導(dǎo)鏈環(huán)壓板 CAD 二維圖圖 4-4（b）：導(dǎo)鏈環(huán)壓板三維建模圖導(dǎo)鏈環(huán)壓板是一個(gè)十分簡(jiǎn)單的零件，主要作用是使支撐板與導(dǎo)鏈環(huán)的連接更加可靠穩(wěn)定，需要注意的是，壓板的自由端要分別設(shè)置在圓柱形筒體的的一個(gè)端面。他其實(shí)是一個(gè)雙保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)鏈環(huán)支撐板與導(dǎo)鏈環(huán)的凹槽配合只能起到定位作用，要實(shí)現(xiàn)二者嚴(yán)格的相互位置關(guān)系需要此壓板結(jié)構(gòu)。第 30 頁(yè) 共 30 頁(yè)因?yàn)檠a(bǔ)償鏈大小規(guī)格的不同，當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)改變時(shí)需要快速的裝卸更換不同規(guī)格的導(dǎo)鏈環(huán)，如果將導(dǎo)鏈環(huán)與支撐板做成一體的形式，不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生材料的浪費(fèi)，所以單獨(dú)設(shè)計(jì)出此壓板結(jié)構(gòu)。5.電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)的選用及相關(guān)強(qiáng)度校核5.1 電動(dòng)機(jī)的選用首先我們確定選用伺服電機(jī)，他通過傳感器實(shí)時(shí)反饋電機(jī)的狀態(tài)，由控制芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，屬于閉環(huán)控制，這是他優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)的最大特點(diǎn)，一般工業(yè)用的伺服電機(jī)都是三環(huán)控制，即電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)，分別能反饋電機(jī)運(yùn)行的角加速度，角速度以及旋轉(zhuǎn)位置，芯片通過三者的反饋控制電機(jī)各項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度和位置都準(zhǔn)確按照預(yù)訂進(jìn)行。伺服電機(jī)選擇的時(shí)候，首先一個(gè)要考慮的就是功率的選擇，一般應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1. 如果電機(jī)功率選的太小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”的現(xiàn)象，造成電機(jī)長(zhǎng)期過載，使其絕緣發(fā)熱而損壞，甚至電機(jī)被燒壞。2. 如果電機(jī)功率選的過大，就會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不夠高，不但對(duì)用戶和電網(wǎng)不利，也造成電能的浪費(fèi)。本電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人主要用于盤繞以下規(guī)格的補(bǔ)償鏈電梯平衡繩的規(guī)格和生產(chǎn)參數(shù)：序號(hào) 補(bǔ)償鏈規(guī)格擠出產(chǎn)品時(shí)速(m/h)外徑（mm）每米質(zhì)量（kg/m）擠出長(zhǎng)度（萬米）總質(zhì)量（噸）1 WFBS6 24 0.89 1 8.92 WFBS7 26 1.28 1 12.83 WFBS840030 1.49 0.89 184 WFBS9 32 2.03 1.2 185 WFBS1035036 2.39 0.75 186 WFBS11 300 39 2.98 0.5 14.9第 31 頁(yè) 共 30 頁(yè)7 WFBS12 43 3.33 0.54 188 WFBS13 45 3.8 0.47 189 WFBS1428050 4.46 0.4 1810 WFBS14.5 50 5.21 0.2 111 WFBS1625056 5.95 0.2 1.2當(dāng)盤繞代號(hào)為 WFBS6 規(guī)格的補(bǔ)償鏈時(shí)，由于盤繞第一層時(shí)機(jī)械手所要求的運(yùn)動(dòng)距離最大，我們按照第一層的盤繞軌跡從而計(jì)算數(shù)據(jù)，從而選取相應(yīng)的伺服電機(jī)。堆鏈軌跡如圖所示，其中堆鏈高 H=0.8m、外圈最大直徑 D≦2.5m、內(nèi)圈最小半徑R=0.25m，平板小車長(zhǎng) 8m、寬 2.5m、高 0.4m。我們對(duì)盤繞過程中產(chǎn)生的扭力經(jīng)過多次的測(cè)量與驗(yàn)證，當(dāng)盤繞最大擠出速度的代號(hào)為 WFBS6 的補(bǔ)償鏈時(shí)，工作時(shí)所需要克服的扭力為 F=3200N。所以工作時(shí)所需要的功率為 0.35kwp??=????1000=傳動(dòng)裝置的總效率為 0.97 x 0.99 x 0.97=0.93??總 =??減 ·??軸 承 ·??齒輪 =電機(jī)所需要的功率為 p= =0.35/0.93=0.38kwp??/??總所以我們要選擇的電機(jī)的 P 額定 ≥0.38kw，綜合電機(jī)的品牌和及型號(hào)。選用三菱伺服電機(jī) HF-KN43J-S100，該電機(jī)的額定功率為 0.4kw>0.38kw,電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min第 32 頁(yè) 共 30 頁(yè)圖 5-1：伺服電機(jī) HF-KN43J-S1005.2 減速機(jī)的選用減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，本身并不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力，其作用是利用齒輪大小不同和速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到自己所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)，在目前傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，減速機(jī)的應(yīng)用特別廣泛。他把電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)或其他高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)輸入軸上齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，大小齒輪的齒數(shù)之比便為傳動(dòng)比，減速器的種類繁多，按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星齒輪減速器，按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速器，按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器，按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。在這里，我們選用行星齒輪減速機(jī)，行星齒輪減速機(jī)傳動(dòng)與圓柱齒輪減速機(jī)傳動(dòng)相比較，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它的最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪減速機(jī)傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的增速器和變速裝置。行星齒輪減速機(jī)傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下。1、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)由于采用了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的性力相互平衡。同軸減速機(jī)同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。2、傳動(dòng)比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪減速機(jī)傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí)，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。而且，它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。第 33 頁(yè) 共 30 頁(yè)3、行星齒輪減速機(jī)體積小、質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大由于行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流和各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。再由于在中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個(gè)行星輪來共同分擔(dān)載荷，從而使得每個(gè)齒輪所承受的負(fù)荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。同軸減速機(jī)此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。一般，行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的1/2～1/5?( 即在承受相同的載荷條件下)。4、行星齒輪減速機(jī)傳動(dòng)效率高由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，即它具有數(shù)個(gè)勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用。在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達(dá) 0.97~0.99。圖 5-2：行星齒輪減速器 PLF60-10由于我們所要求的的減速器的傳動(dòng)比為 10，再加上電機(jī)的參數(shù)，綜合考慮，最后選用 PLF60-10 行星齒輪減速器，他的主要參數(shù)如下額定功率 0.4kw減速比 10輸入轉(zhuǎn)速 3000rpm許用扭矩 15第 34 頁(yè) 共 30 頁(yè)安裝機(jī)構(gòu)形式 立式齒面硬度 硬齒面各方面的參數(shù)與整體的設(shè)計(jì)要求相契合。5.3 電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間的連接伺服電機(jī)與減速機(jī)主要通過兩種方式進(jìn)行連接1. 抱緊的方式伺服電機(jī)的輸出軸伸入到減速機(jī)里面，伺服電機(jī)與減速機(jī)通過法蘭連接。減速機(jī)內(nèi)有一個(gè)可以變形的抱箍，操作減速機(jī)上的鎖緊螺絲，就可以讓抱箍把伺服電機(jī)的軸抱緊。2. 通過外置聯(lián)軸器的方式進(jìn)行連接這種連接方式采用了外置聯(lián)軸器，所以需要伺服電及帶鍵槽。外置聯(lián)軸器還可以采用柔性聯(lián)軸器(軟軸)——軟軸驅(qū)動(dòng)功率一般不超過 5.5KW，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 20000 轉(zhuǎn)/分鐘。在這里，我們選用第一種連接方式。6.本設(shè)計(jì)小結(jié)本設(shè)計(jì)所研制的電梯平衡補(bǔ)償鏈盤繞機(jī)器人端部機(jī)械手及導(dǎo)鏈環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化高精度盤繞。無需人工校準(zhǔn)盤繞，避免了來自擠出機(jī)的熱成型后的高溫補(bǔ)償鏈的 PVC等復(fù)合材料所釋放的有害氣體，對(duì)校準(zhǔn)盤繞工人健康的損害，保護(hù)了職業(yè)健康；提高了盤繞精度，保證了自然冷卻定型后的補(bǔ)償鏈產(chǎn)品具有良好的平直性品質(zhì)，提高了高速電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性、舒適性和安全性；盤繞速度可達(dá)人工盤繞速度的 3 至 4 倍（盤繞不同規(guī)格品種的補(bǔ)償鏈，可達(dá)到人工盤繞速度的倍數(shù)不同），大大提高了產(chǎn)生效率，為電梯及電梯配件產(chǎn)業(yè)集群的技術(shù)進(jìn)步和核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升提供了良好的技術(shù)支撐。7.畢業(yè)設(shè)計(jì)心得體會(huì)畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，花費(fèi)了將近半學(xué)期的時(shí)間來完成此畢業(yè)設(shè)計(jì)，整個(gè)過程可謂是身心與體力的雙重考驗(yàn)，有過煎熬，抓狂，但當(dāng)一切結(jié)束的時(shí)候，又有一種成就感和滿足感。第 35 頁(yè) 共 30 頁(yè)大學(xué)期間，我們也做過幾次課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)可謂是那幾次課程設(shè)計(jì)的升級(jí)版，對(duì)設(shè)計(jì)能力，繪圖能力，軟件應(yīng)用，知識(shí)理論以及與實(shí)踐相結(jié)合的能力做