平行四邊形雙足步行機器人的設計與研究【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文）任務書
姓名
學號
專業(yè)
設計（論文）題目
平行四邊形雙足步行機器人的設計與研究
題目
性質
□ 設計； □ 論文
題目
來源
□教學；□ 科研；□ 生產； □ 其他
指導教師
職 稱
工作單位
備注
沈海闊
副教授
北京交通大學機電學院
畢業(yè)設計(論文)的內容和要求：
提示：畢業(yè)設計（論文）任務書要求頁數(shù)要求頁數(shù)正反打印，共兩頁，不要超頁數(shù)，不要破壞表格原本基本格式！
本畢業(yè)設計的目標是設計出一種平行四邊形雙足步行機器人。該機器人以平行四邊形四連桿機構為基礎，進行機械設計實現(xiàn)步行動作。
研究內容包括：
（1）功能分析與方案設計；
（2）結構設計與三維造型；
（3）運動仿真；
技術指標與基本要求：
（1）要求理論分析正確；
（2）要求完成所有設計功能；
（3）虛擬樣機要求能夠正常演示。
畢業(yè)設計(論文)主要參考資料：
1． 連桿機構的相關文獻。
2． 北京交通大學碩士學位論文《基于縮放單元的移動機器人理論及實驗研究》，田耀斌
3． 機械設計、加工、裝配的相關書籍、手冊。
畢業(yè)設計(論文)應完成的工作：
（1）需求與功能分析，制定設計規(guī)格，完成設計任務書；
（2）方案設計，進行方案選型與優(yōu)選，完成方案選型報告；
（3）結構設計，完成裝配圖和零件圖；
（4）運動仿真，應用仿真軟件，完成虛擬樣機演示；
進度安排：
2015.1.15-2015.3.8 資料調研
2015.3.9-2015.3.15 開題
2015.3.16-2015.4.10 方案設計，仿真分析，中期審查
2015.4.11-2015.5.25 論文編寫，畢業(yè)答辯
指導教師簽字：
日期： 年 月 日
系意見：
簽字：
系（蓋章）
日期： 年 月 日
注：表中所填內容采用5號字，中文采用宋體、英文采用Times New Roman字體， 表中段落采用1.5倍行距，首行縮進2個字符。每一頁的外框四周均采用雙線條，當?shù)撞砍霈F(xiàn)單線條時，應該修正為雙線條。
畢業(yè)設計(論文)
平行四邊形雙足步行機器人的設計與研究
學 號：
姓 名：
專 業(yè)：
機械設計制造及其自動化
系 別：
機械工程系
指導教師：
XXX
講師
XXX
副教授
二○一五年五月
摘 要
機械工業(yè)是一個國家的重要產業(yè)，機械工業(yè)的發(fā)展無時不刻都在影響著國家經濟的發(fā)展，人類的進步離不開機械工業(yè)的發(fā)展。在全球經濟發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進技術影響的同時，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經成為現(xiàn)實。在新的市場需求的推動下，對平行四邊形雙足步行機器人進行改良和優(yōu)化是當務之急，平行四邊形雙足步行機器人的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。
國內平行四邊形雙足步行機構的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經濟、靈活、多樣等主題保持一致。近期對機器人行業(yè)中平行四邊形步行機構的使用情況進行了調查，發(fā)現(xiàn)在機械行業(yè)中，平行四邊形連桿機構的使用非常普遍。自然而然在機械設備中它們的設計也非常頻繁。傳統(tǒng)的平行四邊形連桿機構結構單一，實現(xiàn)的功能有限，所以設計一個專用的平行四邊形雙足步行機器人勢在必行。
本文運用大學所學的知識，提出了平行四邊形雙足步行機器人的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構建了平行四邊形雙足步行機器人總的指導思想，從而得出了該平行四邊形雙足步行機器人的優(yōu)點是高效，經濟，并且變化靈活，多樣，運行平穩(wěn)的結論。
關鍵詞：機械工業(yè)；結構；平行四邊形雙足步行機器人；結論
ABSTRACT
The environment of global economic development, China industries affected by other countries advanced technology at the same time, foreign enterprises and brand spread to more and more Chinese has become an opportunity. Cap pressing machine in industry through a variety of ways have been working with the relevant technology, and constantly improve their own strength and core competitiveness, and narrow the gap with developed countries. In the new market demand, update the sleeve pressing machine is a pressing matter of the moment. The production of pipe pressing machine equipment manufacturing enterprises to fully tap the potential of the market, vigorously develop the sleeves of large low cost pressing special machinery and equipment, plays a positive role in the evolution of automatic assembly, the assembly of mechanical equipment.
With the development of science and technology, interdisciplinary mutual infiltration, mutual exchanges between the various industry, extensive use of new structure, new materials, new technology, the sleeve pressing machine is large, efficient,
Recently, the use of machinery industry, bearing and shaft sleeve shaft were investigated, found that the shaft, bearings and bushings in the machinery industry is one of the key parts. Come very naturally in the assembly of the installation is also very simple. In the installation if the use of artificial pressure with not only the labor intensity is too large and the size of each other is not easy to ensure the shaft, bearing and shaft sleeve, so the design of a special press be imperative. Graduation project this time is a tube axial compressive loading machine. This paper introduces the theoretical calculation to design sleeve pressing machine structure, working principle and main parts of the strength check and the advantages of the sleeve, pressing machine is efficient, economical, and high safety, stable operation.
The overall plan is: the relative position of two axle sleeve on the plane, the motor reducer to provide power through belt drives the screw rod to rotate, and drives the head movement, a nut, a rotary motion of the linear motion of press. Block type safety clutch overload protection with teeth, pressure distribution in the corresponding position of the pipe after drilling through the drilling template.
Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom目 錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
目 錄 iii
1緒論 1
1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2平行四邊形雙足步行機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 雙足步行機器人的研究趨勢 3
1.4 Solidworks設計基礎 4
1.4.1 草圖繪制 5
1.4.2 基準特征，參考幾何體的創(chuàng)建 6
1.4.3 拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建 7
1.4.4 工程圖的設計 10
1.4.5 裝配設計 11
2 平行四邊形雙足步行機器人總體結構的設計 12
2.1 平行四邊形雙足步行機器人的總體方案圖 12
2.2 平行四邊形雙足步行機器人的步態(tài)規(guī)劃 13
3 機械傳動部分的設計計算 13
3.1電機的選型計算 13
3.2轉動軸的設計計算 13
3.3軸承的選型計算 14
4 各主要零部件強度的校核 14
4.1轉動軸強度的校核與計算 15
4.2軸承強度的校核計算 15
結 論 16
致 謝 17
參考文獻 18
附錄 一 32
附錄 二 35
iii
1緒論
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
由于機械工程的知識總量已經遠遠超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術的進步和整個塊的技術，提高外部條件變化的適應能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產量，提高勞動生產率，提高生產的經濟效益為目標，并研制和發(fā)展新的機械產品。在未來，新產品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經濟目標和任務。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務?，F(xiàn)代機械工程機械和機械設備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經開始加強，并部分代替人腦科學，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。
大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機械制造。在過去，各種機械離不開人類的操作和控制，反應速度和運算精度的進化是非常緩慢的大腦和神經系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進，計算機科學和機械工程進展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機械工程。在第十九世紀，機械工程的知識總量仍然是有限的，大學在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀成為一門獨立的學科。在第二十世紀，隨著機械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機械工程專業(yè)，有分支機構。在第二十世紀中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結束時達到的峰值。由于機械工程的知識總量已經遠遠從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術交流，縮小范圍，新技術的進步和整個塊的技術，外部條件變化的適應能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學，自然科學和工程技術，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。
1.2平行四邊形雙足步行機器人的發(fā)展現(xiàn)狀
20 世紀 60 年代，四足步行機器人的研究工作開始起步。隨著計算機技術和機器人 控制技術的研究和應用， 到了 20 世紀 80 年代， 現(xiàn)代四足步行機器人的研制工作進入了 廣泛開展階段。 世界上第一臺真正意義的四組步行機器人是由 Frank 和 McGhee 于 1977 年制作的。 該機器人具有較好的步態(tài)運動穩(wěn)定性， 但缺點是， 該機器人的關節(jié)是由邏輯電路組成的 狀態(tài)機控制的，因此機器人的運動受限制，只能呈現(xiàn)固定的運動形式。 20 世紀 80， 90 年代最具代表性的四足步行機器人是日本 Shigeo Hirose 實驗室研制 的 TITAN 系列。1981~1984 年 Hirose 教授研制成功腳步裝有傳感和信號處理系統(tǒng)的 TITAN-III。它的腳底步由形狀記憶合金組成，可自動檢測與地面接觸的狀態(tài)。姿態(tài)傳 感器和姿態(tài)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感信息做出的控制決策，實現(xiàn)在不平整地面的自適應步行。 TITAN-VI 機器人采用新型的直動性腿機構，避免了上樓梯過程中兩腿的干涉，并采用 兩級變速驅動機構，對腿的支撐相和擺動相分別進行驅動。 2000-2003 年，日本電氣通信大學的木村浩等人研制成功了具有寵物狗外形的機器 人 Tekken-IV,它的每個關節(jié)安裝了一個光電碼盤，陀螺儀，傾角計和觸覺傳感器。系統(tǒng) 控制是由基于 CPG 的控制器通過反射機制來完成的。Tekken-IV 能夠實線不規(guī)則地面 的自適應動態(tài)步行， 顯示了生物激勵控制對未知的不規(guī)則地面有自適應能力的優(yōu)點。 它 的另一特點是利用了激光和 CCD 攝像機導航，可以辨別和避讓前方存在的障礙，能夠 在封閉回廊中實現(xiàn)無碰撞快速行走。 目前最具代表性的四組步行機器人是美國 Boston dynamics 實驗室研制的 BigDog,它能以不同的步態(tài)在惡劣的地形上攀爬，可以負載高達 52KG 的重量，爬升斜坡可達 35°。其腿關節(jié)類似動物腿關節(jié)，安裝有吸收震動部件和能量循環(huán)部件。同時，腿部連 有很多傳感器，其運動通過伺服電機控制。該機器人機動性和反應能力都很強，平衡能 力極佳。但由于汽油發(fā)電機需攜帶油箱，故工作時受環(huán)境影響大，可靠性差。另外，當 機器人行走時引擎會發(fā)出怪異的噪音。 國內四足機器人研制工作從 20 世紀 80 年代起步，取得一定成果的有上海交通大 學、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學等。 上海交通大學機器人研究所于 1991 年開展了 JTUWM 系列四足步行機器人的研究。 1996 年該研究所研制成功了JTUWM-III， 該機器人采用開式鏈腿機構， 每個腿有 3 個自 由度，具有結構簡單，外形輕巧，體積小，質量輕等特點。它采用力和位置混合控制， 腳底裝有 PVDF 測力傳感器，利用人工神經網絡和模糊算法相結合，實線了對角動態(tài)行 走。但行走速度極慢，極限步速僅為 1.7KM/h,另外其負重能力有限，故在實際作業(yè)時 實用性較差。 清華大學所研制的一款四足步行機器人，它采用開環(huán)關節(jié)連桿機構作為步進機構， 通過模擬動物的運動機理，實現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運動，可以自主應付復雜的地形條件， 完成上下坡行走，越障等功能。不足之處是腿運動時的協(xié)調控制比較復雜，而且承載能 力較小。 綜上所述，美國，日本的研究最具代表性，其技術水平已經較為先進，實用化程度 也在不斷提高。國內四足步行機器的研究起步比較晚，在上個世紀 90 年代以后才逐漸 有了成果，但研究水平距世界先進水平還有差距。 四足步行機器人的研究趨勢：
（1） 實現(xiàn)腿機構的高能，高效性；
（2） 輪，足運動相結合；
（3）步行機器人微型化；
（3） 增強四足步行機器人的負載能力；
（5）機器人仿生的進一步深化；
1.3雙足步行機器人的研究趨勢
本論文主要研究運用SolidWorks對平行四邊形雙足步行機器人進行設計。在設計過程中，了解平行四邊形步行機構的結構特征和三維軟件的使用要領。當今社會，雙足步行機器人的研究趨勢主要分為以下幾個方面：
（1） 實現(xiàn)腿機構的高能，高效性；
（2）輪，足運動相結合；
（3）步行機器人微型化；
（4）增強雙足步行機器人的負載能力；
（5）機器人仿生的進一步深化；
1.4 Solidworks設計基礎
1.4.1草圖繪制
掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用陣列、實體轉換等草圖繪制工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。
1.4.2 基準特征-參考幾何體的創(chuàng)建
清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運用各種建立基準點的方法；靈活運用各種建立基準軸方法；靈活運用各種建立基準面的方法；靈活運用坐標系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應用各種參考幾何體。
1.4.3拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建模
靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實體。
1.4.4工程圖設計
靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。
1.4.5裝配設計
靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術；靈活運用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細表的方法。
2 平行四邊形雙足步行機器人總體結構的設計
2.1 平行四邊形雙足步行機器人的總體方案圖
本次設計的平行四邊形雙足步行機器人采取的方案是：采用碳鋼板通過螺紋連接的方式來制作主體，通過主體里面的直流電機帶動T型腿的擺動從而來實現(xiàn)機器人的步行功能，該機器人為雙足，通過連桿機構分別將兩條T型腿相連，通過控制系統(tǒng)的控制從而來實現(xiàn)機器人的步行功能，該機器人控制靈活，運行平穩(wěn)。其具體方案布局圖如下：
2.2 平行四邊形雙足步行機器人的步態(tài)規(guī)劃
平行四邊形雙足步行機器人由兩個“T”形足組成，通過電機帶動足的旋轉，從而實現(xiàn)兩個足的輪流著地，其中該機器人的前進是靠底部的驅動電機通過驅動這個平行四邊形連桿機構來實現(xiàn)的。
根據(jù)兩足的著地狀態(tài)，一個周期可分為五個狀態(tài)：
1）、初始時：兩足著地 。
2）、右足邁步，從初始時刻開始，電機帶動右足壓向地面，左足充當機架。在反作用力的情況下，左邊部分被抬起。當電機轉過最高點時，左邊部分抬至最高點，電機帶動下，向前邁步。
3）、右足落地，兩足同時著地。
4）、左足邁步，和過程2一樣。
5）、左足落地，回到狀態(tài)。
3 機械傳動的設計計算
3.1 電機的選型計算
已知整個平行四邊形雙足步行機器人的總重量150KG,其他重量50KG，我們取總重量為200Kg，移動速度為1~2r/min。即：
具體的電機設計計算如下:
1、確定運行時間
本次設計加速時間
負載速度（m/min）
有速度可知每秒上升50mm，
電機轉速
3.負載轉矩
式中：
4.電機轉矩
啟動轉矩
必須轉矩
S為安全系數(shù)，這里取1.0。
根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機型號為160BL-A，此電機廠家為機電產品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下：
根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.2KW，額定轉矩為7.62N.m，最大轉矩為9N.m，額定轉速為 3000r/min。電機大致圖如下：
外形尺寸110x150，電機輸出軸徑為12mm。
3.2轉動軸的設計計算
軸是組成精密機械的重要零件之一。一切作為回轉運動的零件，都必須在軸上才能傳遞運動和動力。在本課題所使用的軸，承受的負荷比較小，尺寸也比較小，制造精度高，要求材料具有足夠高的機械強度和良好的加工性能。因此，選用材料45#，傳動軸最大外圓直徑15，熱處理為對軸進行調質處理。
此轉軸大致圖形如下：
3.3軸承的選型計算
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預計壽命16×365×8=48720小時；
（1）已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N；
初先兩軸承為深溝球軸承6205型。
根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；
(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N；
(3)計算當量載荷
P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取f?P=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
(4)軸承壽命計算
∵P1=P2故取P=750.3N；?
∵深溝球軸承 ε=3；?
4 各主要零部件強度的校核
4.1轉動軸強度的校核與計算
1、軸的特點:? 軸是組成機械的主要零件之二。一切作回轉運動的傳動零件，都必須裝在軸上刁‘能進行運動及.力的傳遞，同時它又通過軸承和機架
聯(lián)接，由此形成·個以軸為基準的組合體一軸系部件。?
2、軸的種類
1、根據(jù)承受載荷的不同分為:?
1)轉軸:定義既能承受彎矩又承受扭矩的軸
2)心軸:定義:只承受彎矩而不承受扭矩的軸
3)傳送軸:定義:只承受扭矩而不承受彎矩的軸z、根據(jù)軸的外形，可以將直軸分為光軸和階梯軸
3、根據(jù)軸內部狀況，又可以將直軸分為實心軸和空。
4、軸的設計重點
1、軸的設計
W軸的工作能力設計。
主要進行軸的強度設計、剛度設計，對于轉速較高的軸還要進行振動穩(wěn)定性的計算。
軸的結構設計。
根據(jù)軸的功能，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機
器中的支撐要求，同時應具有良好的工藝性。
一般的設計步驟為:
選擇材料，初估軸徑，結構設計，強度校核，必要時要進行剛度校核和穩(wěn)定性計算。
2、軸的材料
軸是主要的支承件，常采用機械性能較好的材料。常用材料包括:?碳素鋼:該類材料對應力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料常用牌號有:30、35、40、45、50。采用優(yōu)質碳鋼時，一般應進行熱處理以改善其性能。.力較小或不重要的軸，也可以選用X235,Q255?等普通碳鋼。合金鋼:對于要求重載、高溫、結構尺寸小、重量輕等使用場合的軸，可以選用合金綱合金鋼具有史好的機械性能和熱處理性能，但對應力集中較敏感，價格也較高。設計中尤其要汁意從結構上減小應力集中，并提高其表面質量。
鑄鐵:對于形狀比較復雜的軸，可以選用球鑄鐵和高強度。
鑄鐵。它們具有較好的加工性和吸振性，經濟性好且.力集中不敏感，但鑄造質量不易保證。
3、軸的結構設計
根據(jù)軸在工作中的作用，軸的結構取決于:軸在機器中的安裝位置和形式，軸上零件的類型和尺寸，載荷的性質、大小、方向和分布狀況，軸的加工工藝等多個因素。合理的結構設計應滿足:軸上零件布置合理，從而軸受力合理有利于提高強度和剛度;軸和軸上零件必須有準確的工作位置;軸上零件裝拆調整方便;軸具有良好的加工工。
藝性;節(jié)省材料等。
1).軸的組成
軸的毛坯一般采用圓鋼、鍛造或焊接獲得，由于鑄造品質不易保證，較少選用鑄造毛坯。軸主要由三部分組成。軸上被支承，安裝軸承的部分稱為軸頸;? 支承軸上零件，安裝輪毅的部分稱為軸頭;聯(lián)結軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸上安裝滾動軸承時，直徑尺寸必須按滾動軸承的國標尺寸選擇，尺寸公差和表面粗糙度須按規(guī)定選擇;軸頭的尺寸要參考輪毅的尺寸進行選擇，軸身尺寸確定時應盡量使軸頸與軸頭的過渡合理，避免截面尺寸變化過大，同時具有較好的工藝性。
.結構一設計步驟設計中常采用以下的設計步驟:?
1、分析所設計軸的工作狀況，擬定軸上零件的裝配方案和軸在機器中的安裝情況。
2、根據(jù)已知的軸上近似載荷，初估軸的直徑或根據(jù)經驗確定軸的某徑向尺寸。
3、根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時對軸的表面要求等確定軸的徑向(直徑)尺寸。
4、根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結構和形式確定軸的軸向尺寸。
5、考慮加工和裝配的工藝性，使軸的結構更合理。
3)零件在軸上的安保證軸上零件可靠工作，需要在工作過程中有準確的位置，即零件在軸上必須有準確的定位和固定。零件在軸上的準確位置包括軸向和周向兩個方面W零件在軸上的軸向定位和固定常見的軸向定位和固定的方法采用軸肩、各種擋圈、套筒、圓螺母、錐端軸頭等的多種組合結構。
軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩種。利用軸肩定位結構簡單、可靠，但軸的直徑加大，軸肩處出現(xiàn)應力集中;軸肩過多也不利于加工。因此，定位軸肩多在不致過多地增加軸的階梯數(shù)和軸向力較大的清況下使用，定位軸肩的高度一般取3-6mm,滾動軸承定位軸肩的高度需按照滾動軸承的安裝尺寸確定。非定位軸肩多是為了裝配合理方便和徑向尺寸過度時采用，軸肩高度無嚴格限制，一般取為1-2r}}?套筒定位可以避免軸肩定位引起的軸徑增大和應力集中，但受到套筒長度和與軸的配合因素的影響，不宜用在使套筒過長和高速旋轉的場合。
擋圈的種類較多，且多為標準件，設計中需按照各種擋圈的用途和l國標來選用。
4.軸的結構工藝性
(1)從裝配來考慮:應合理的設計非定位軸肩，使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不必要的配合;為了裝配方便，軸端應設計45。的倒角;在裝鍵的軸段，應使鍵槽靠近軸與輪毅先接觸的直徑變化處，便于在安裝時零件上的鍵槽與軸上的鍵容易對準采用過盈配合時，為了便于裝配，直徑變化可用錐面過渡等。
(2)從加工來考慮:當軸的某段須磨削加工或有螺紋時，須設計砂輪越
程槽或退刀槽根據(jù)表面安裝零件的配合需要，合理確定表面粗糙度和加工方法
為改善軸的抗疲勞強度，減小軸徑變化處的應力集中，應適當增大其過渡圓角徑，但同時要保證零件的可靠定位，過渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸。
軸的設計時應考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構、強度和剛度。其中對于軸的強度校核尤為重要，通過校核來確定軸的設計是否能達到使用要求，最終實現(xiàn)產品的完整設計。由此看來合理的進行軸的強度校核成為軸設計的主要內容，同時也是評定軸的設計成敗得先決條件。校核結果如不滿足承載要求時，強度校核是對材料或設備的力學性能進行檢測并調節(jié)的一種方式，并且這種方式以不破壞材料或設備性能為一前提。
2.2軸的強度校核計:? 進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。對于傳動軸應按扭轉強度條件計算。
4.2軸承強度的校核計算
（1）滾動軸承的選擇
滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。
（2）壽命驗算
軸承所受支反力合力
N （4.1）
對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
由文獻[2]表得， ，
N （4.2）
按軸承B的受力大小驗算
h （4.3）
h=年
經審核后，此軸承合格。
18
北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文）
結論
在最近的一段時間的畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是平行四邊形雙足步行機器人的設計，通過初期的定題，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
致 謝
直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算，查找各類平行四邊形雙足步行機器人的相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家
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附錄 一
機械工程的內容
機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產各種產品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。
? 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，主要有：
建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。
? 研究、設計和發(fā)展新的機械產品，不斷改進現(xiàn)有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。
機械產品的生產，包括：生產設施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產計劃的制訂和生產調度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產品質量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產。銷售對象遍及全部產業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經營特別復雜，企業(yè)的生產管理、規(guī)劃和經營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。
? 機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。
機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。
研究機械產品在制造過程中，尤其是在使用中所產生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。
機械工程分類
機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產業(yè)可分為農業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經過幾個工作性質不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。
這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。
機械工程的發(fā)展歷程
人類成為“現(xiàn)代人”的標志就是制造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現(xiàn)代機械，經歷了漫長的過程。
幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風。
15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產開始成為社會的中心問題。
18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產業(yè)。
機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產的主要技術因素。
動力是發(fā)展生產的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。
在英國，紡織、磨粉等產業(yè)越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下，18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用于煤礦。
1765年，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用很不方便。
19世紀末，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發(fā)揮作用。
發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現(xiàn)了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。
19世紀后期發(fā)明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱、并可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用于鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機、噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一。
工業(yè)革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。
機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發(fā)展，保證了各產業(yè)發(fā)展生產所需的機械裝備的供應。
社會經濟的發(fā)展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產方法的形成，如零件互換性生產、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等。
簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產，在古代就已出現(xiàn)。在機械工程中，互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產方法”。
20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想象的高度。
20世紀中、后期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數(shù)控機床、加工中心、成組技術等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近于大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發(fā)明人薩弗里、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創(chuàng)立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發(fā)展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關于齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之后方有理論闡述。
手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連桿機構的運動，并進而能按需要綜合出新的機構。
機械工程的工作對象是動態(tài)的機械，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見；實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。
與以靜態(tài)結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏于保守，結果制成的機械笨重而龐大，成本高，生產率低，能量消耗很大。
從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數(shù)學方法的發(fā)展，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現(xiàn)各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。20世紀后半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用，使得對復雜的機械及其零。構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對于掌握有充分的實踐或實驗資料的
機械或其元件，已經可以運用統(tǒng)計技術，按照要求的可靠度，科學地進行機械設計。
機械工程的發(fā)展展望
機械工程以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經濟的目標任務。
機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。
人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。
人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。
人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。
19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。
由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現(xiàn)和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。
綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。
綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。
附錄 二
The content of mechanical engineering
Mechanical engineering services and multi-faceted, who use machinery, tools, and energy and material production department of mechanical engineering, need the service. The summary mentions, modern machinery engineering has five services: development and provide energy conversion, and provide for mechanical manufacturing all kinds of products and machinery, provide various services in the machinery, the development and provide family and personal life, the development and the application of the machines provide various mechanical weapons.
Regardless of what a field service to the working content of mechanical engineering.The establishment and development of mechanical engineering construction and theoretical basis. For example, research force and motion and fluid mechanics, engineering mechanics, Metallic and non-metallic materials to study the performance, and its application in engineering materials, The heat conduction, research and co
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