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上下料机械手的设计和计算过程案例

1.1电机选型的相关参数的计算

1.1.1计算相关参数

(1)如果传动负载沿直线移动(由滚珠丝杠),则有

负载额定功率：

负载加速功率：

负载力矩(折算到电机轴):

负载GD2(折算到电机轴):

起动时间：

制动时间：

(2)若传动负载作回转运动负载额定功率：

负载加速功率：

负载力矩(折算到电机轴):

(3-1)

(3-2)

(3-3)

(3-4)

(3-5)

(3-6)

(3-7)

(3-8)

(3-9)

负载GD(折算到电机轴):

起动时间：

制动时间：

(3-10)

(3-11)

(3-12)

式中，Po--为额定功率，KW;

Pa--为加速功率，KW;

N?--负载轴回转速度，r/min;

NM--为电机轴回转速度，r/min;

V?--为负载的速度，m/min;

η--为减速机效率；

μ--为摩擦系数；

T--为负载转矩(负载轴),N·m;

Tp--为电机起动最大转矩，N·m;

TL--为负载转矩(折算到电机轴上),N·m;

GD2--为负载的GD2,N·m2;

GD2--为负载的GD2(折算到电机轴上),N·m2;

GD2---为负载的GD2,N·m2;

在此设计中，由于步进电机是以驱动腰部为动力的回转，其传动方式为第二类。以下是具体的计算。

由于腰部回转仅有摩擦力矩，而在旋转圆周方向上没有其它转矩时，回转轴线具有；

Ti=Ff·R=Gf··R(3-13)

式中，f--为滚动轴承摩擦系数，取0.005;

G--为机械手本身与负载的重量之和，取100KG;

R--为回转轴上传动大齿轮分度圆半径，R=240mm;

代入数据，计算得Ti=0.12N·m;

同时，腰部回转速度定为N?=5r/min;传动比定位1/120;

且，GD?=mgD2代入数据得：GD?=10.45667N·m2。

将其代入上(3-7)-(3-13)式，得：

P?=1.3227W;Pa=0.0068W;

启动时间ta=0.002962s≈3ms

制动时间ta≈3ms

折算到电机轴上的负载转矩为：TL=0.0010523N·m。

1.1.2电机的选型

基于上述的计算结果，并综合各种因素，最终选定了由北京和利时电机技术有限公司(原北京四通电机公司)所拥有的步进电机，其型号如下：

110BYG550B-SAKRMA-0301或110BYG550B-SAKRMT-0301,或110BYG550B-BAKRMT-0301,其具有高扭矩、低振动、综合性能良好的特点，其主要参数见表3-1。

表3-1所选电机相关参数

型号

数

步距角

态电流

电阻

相电感

持转矩

人位转矩

人

N载启动频率伴步方式

N

m

m

量

转动惯量

110BYG550B-SAK

RMA-0301

0.36/0.72

(

.7

1

0.0

(

.5

.5

6

.4

9

700

110BYG550B-SAK

RMT-0301

0.36/0.72

(

.7

1

0.0

(

.5

.5

6

.4

9

700

110BYG550B-BAK

RMT-0301

0.36/0.72

.7

1

0.0

.5

.5

6

.4

9

700

其中，110BYG550B-SAKRMA-0301步进电机的矩频率特性曲线及有关技术参数，并对其性能进行了分析。该系统采用升频升压的驱动方式，采用0.36°的步距。实际的步距角度为电动机实际的步距角度的1/120(从理论上讲)精确度非常高，可以完全满足机械手的定位精度。

1.2液压驱动装置的设计与计算

1.2.1液压系统的基本设计

液压执行元件一般由液压缸和液压马达组成，液压缸完成直线运动，而液压马达完成旋转。它们的特性和应用范围在表3-2中有所体现。

表3-2液压执行元件的特性及应用范围

名称

特点

适用场合

柱塞缸

结构简单

单向工作，靠重力或其它外力返回

双活塞杆液压缸

双向对称

双向工作的往复场合

摆动缸

单叶片式小于360双叶片式小于180

小于360的摆动小于180的摆动

单活塞杆液压缸

有效工作面积大双向不对称

往返不对称的直线运动、差动连接可实现快进

叶片马达

体积小、转动惯量小

高速低转矩、动作灵敏的回转运动

齿轮马达

结构简单、价格便宜

高转速、低转矩的回转运动

轴向柱塞马达

运动平稳、转矩大、