精密机械设计基础课程设计-六自由度多关节坐标测量仪.doc
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1、哈尔滨工业大学课程设计说明书(论文)Harbin Institute of Technology课程设计说明书(论文)课程名称: 精密机械设计基础课程设计 设计题目: 六自由度多关节坐标测量仪 院 系: 班 级: 设 计 者: 学 号: 指导教师: 叶东 设计时间: 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名: 院 (系):至 2011年 01月 13日 课程设计题目:六自由度多关节坐标测量仪机械结构设计 已知技术参数和设计要求:l 空间测量范围:2400mml 分辨力:0.01mml 点坐标重复精度:0.04mml 长度测量不确定度(2):0.08mml 测量臂直径:80mml 测杆
2、及测头长度:150mml 具有力平衡装置l 传感器数据线不能暴露在仪器外面,须从内部“走线”l 整台仪器轻便、灵活 工作量:l 计算关键零件的结构尺寸,并验证其强度及刚度l 完成测量仪的总装配图(1号图纸1张)l 完成关键零件图(3号/4号图纸4张)l 课程设计说明书1份(8000字) 工作计划安排: 11.01.01 上课,安排课程设计内容,准备制图工具(尺、图板等)11.01.0201.03 总体设计,理论计算,绘制草图,检查进展情况11.01.0401.08 绘制总装配图,进度检查,检查总装配图11.01.0901.11 关键零件图设计,并检查11.01.1201.12 编写课程设计说明
3、书11.01.13 答辩,最终检查(所有图纸、设计说明书) 同组设计者及分工 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见: 教研室主任签字_ 年 月 日目录1. 概述1 1.1设计背景1 1.2技术参数和设计要求22. 总体设计23. 关节结构设计3 3.1轴径选择3 3.1.1轴2受力分析3 3.1.2轴2弯曲挠度分析3 3.1.3其余轴径选择4 3.2轴承选择4 3.3轴壳尺寸的确定44. 关键结构件设计4 4.1关节联接结构设计4 4.1.1轴臂联接机构5 4.2力平衡机构设计5 4.3测头机械结构设计75. 装配要求76. 总结7 6.1结论7 6.2存在问题8 6.2.1螺钉的相关画
4、法8 6.2.2编码器杯盖的有关问题8 6.3心得体会8参考文献81.概述1.1设计背景1.概述1.1设计背景坐标测量仪是近几十年来迅速发展起来的新型精密测量仪器,它用途广泛,可用于多种制造业的各种零件形体几何参数测量。本次课程设计的任务就是模仿FARO公司的SpaceArm产品,进行六自由度关节式坐标测量仪机械结构设计。FARO公司的产品相比其他公司在测量臂外增加了外壳,可以减少与外界接触而引起的热变形,减少灰尘的影响,同时外形看起来更加美观、小巧,但从测量范围上看要小一些,在1200mm-3600mm。其产品外观图如图1-1-1所示。图1-1-1 FARO公司的SpaceArm产品外观图六
5、自由度多关节坐标测量仪是由多杆件通过旋转关节串联而成的空间开放式连杆机构,具有有以下特点:运动学模型比较复杂;结构简单;测量范围大;可对表面进行测量。可以通过采用D-H方法对坐标测量仪进行建模,建立测量系统运动学模型。测头末端位姿是各关节变量的非线性函数,简记为如下函数形式:1.2技术参数和设计要求:(1)空间测量范围:2400mm(2)分辨力:0.01mm(3)点坐标重复精度:0.04mm(4)长度测量不确定度(2):0.08mm(5)测量臂直径:80mm(6)测杆及测头长度:150mm(7)具有力平衡装置(8)传感器数据线不能暴露在仪器外面,须从内部“走线”整台仪器轻便、灵活2.总体设计参
6、考FARO公司的产品外形图、老师给的样图及设计任务书的要求,可知,总体结构示意图为:总体设计原则为:在满足测量范围和精度的情况下,尽量使整个结构外形较小,灵活且轻便简单。(1) 测量臂:由于测量范围要求2400mm,可确定+=1200mm,为使它的结构简单,减小成本,取=600mm,含轴部分估为120mm,按实心铝计算,测头初扰动力F按5kg计算,查询钢弹性模量E=200GN/。其直径要求小于50mm。(2) 联接件:在轴的联结部分设计符合要求的U型爪。(3) 布线:由于要在内部走线,所以所有的轴都采用空心的,且在相联的轴之间设计走线用的孔。(4) 传感器:传感器为外购件,使用时应将它的外壳与
7、轴的外壳相联,它的轴与轴相联。在与外壳相联时采用簧片,与轴相联时采用紧定螺钉。(5) 轴承:由于要求转动灵活,故选择滚动轴承;又由于它受到轴向力,所以用相心角接触球轴承。采用背靠背形式,以减小最大的轴向力。(6) 扭簧:为使臂在不使用时不至直接下垂,且减小使用时加在臂上的力,是整个仪器更加灵活,设计一个扭簧,最佳工作转角定为30和130。(7) 螺钉:在满足强度要求的情况下,尽量使螺钉小多采用沉头和内六角螺钉。3.关节结构设计 关节部件是整个测量仪的关键,它是一个旋转轴系统,由轴、轴承、外壳、光电编码器、连轴结、其他连接件组成。其中轴采用空心轴,便于电气线路穿过。3.1轴径选择: 为使轴有一定
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