1697_3-DOF工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1697_3-DOF工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),_3,dof,工業(yè),機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文０1 引言在加速科技進(jìn)步中，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵的作用，其任務(wù)是在工業(yè)生產(chǎn)中迅速將工藝裝備的獨(dú)立單元變?yōu)樽詣?dòng)化綜合體（自動(dòng)化工段，生產(chǎn)線和自動(dòng)化車(chē)間） ，將來(lái)甚至實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠。這種自動(dòng)化生產(chǎn)最重要的特點(diǎn)是具有柔性，它能預(yù)料到，在節(jié)省勞力（或無(wú)人）情況下，根據(jù)工藝條件調(diào)整裝配，以適應(yīng)多種產(chǎn)品生產(chǎn)。當(dāng)代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的建立和廣泛應(yīng)用，取決于作為科技進(jìn)步的催化劑的機(jī)床制造、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、儀器制造等技術(shù)的加速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是多品種的經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的通用手段。在機(jī)械制造中，工業(yè)機(jī)器人既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中，也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機(jī)器人與傳統(tǒng)自動(dòng)化手段不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、鍛壓機(jī)床、鑄造機(jī)械和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備上，以完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機(jī)器人和基本工藝裝備、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機(jī)器人技術(shù)綜合體—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模塊。隨著工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的驚人發(fā)展，標(biāo)志著多品種中、小批量生產(chǎn)最新水平的FMS（柔性制造系統(tǒng)） ，F(xiàn)A（工廠自動(dòng)化）技術(shù)更加引人注目；作為 FMS、FA 技術(shù)重要組成之一的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也將得到迅速發(fā)展。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)環(huán)境條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率手段之一。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中許瑛老師給予了很大的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)致謝意。限于水平，本設(shè)計(jì)難免有缺點(diǎn)、錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１1.1 選題的依據(jù)及意義：在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)?！肮I(yè)機(jī)器人” （Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人） 。機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)） 、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 2～3 個(gè)自由度。機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況機(jī)器人工程是近二十多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國(guó)科技界跟蹤國(guó)際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國(guó)家的廣泛重視。目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類(lèi)也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR ） 2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺(tái)，比2004年的97000臺(tái)增長(zhǎng)25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)后的重大突破，2005年也成為近15年來(lái)世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)最多的年份，比上一個(gè)峰值――2000年的99000臺(tái)增長(zhǎng)22000臺(tái)。 資料來(lái)源：World Robotics 2006圖1-1： 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文３據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè)，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺(tái)，比2004年增加8%。其中，有50%來(lái)源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16% ；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。資料來(lái)源：World Robotics 2006圖1-2： 1991-2005年各年全世界運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人總數(shù)就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類(lèi)型來(lái)看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類(lèi)型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺(tái)。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺(tái)。接下來(lái)依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、13000臺(tái)和4500臺(tái)。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量增幅情況。類(lèi) 型地 增區(qū) 幅機(jī)械手 點(diǎn)焊接機(jī)器人 弧焊機(jī)器人 裝配機(jī)器人 分配機(jī)器人亞洲地區(qū) 27% 64% 82% 101% 23%美洲地區(qū) 53% 22% 33% 36% 121%歐洲地區(qū) -6% -27% 6% 1% -23%表 1-1： 2005 年亞、歐、美三大地區(qū)各類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增幅表資料來(lái)源：World Robotics 2006南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文４1.3 論文的主要內(nèi)容：在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。在本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中的要求,主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要部位為第一軸與底座，設(shè)計(jì)一個(gè)第一軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 90°/s,轉(zhuǎn)角范圍為 0~270°。底座能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角 （0~270 °）轉(zhuǎn)角范圍控制的 3-DOF 工業(yè)機(jī)器人。第一步，查閱資料，工業(yè)機(jī)器人原理，了解工業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r和生存問(wèn)題。了解 3-DOF 工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)以及在日常生產(chǎn)生活中的用途。根據(jù)其運(yùn)用的場(chǎng)合不同，適當(dāng)選擇合適的方案，以達(dá)到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的。第二步，在對(duì)所選課題有個(gè)初步的了解之后，在確定 3-DOF 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容。第三步，機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)的方案的設(shè)計(jì)、比較與確定，依據(jù)對(duì)選擇的傳動(dòng)方案，查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，從而完成，第一、第二、第三軸的傳動(dòng)選擇。設(shè)計(jì)好了之后，確定出總體的結(jié)構(gòu)及整體方案。第四步，選擇電動(dòng)機(jī)，通過(guò)計(jì)算出第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇合適的電動(dòng)機(jī)，從而進(jìn)行第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算。根據(jù)齒輪軸徑值，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇底座的軸承。第五步，根據(jù)方案，畫(huà)出裝配圖，裝配圖畫(huà)好后，從裝配圖中設(shè)計(jì)選擇第一軸零部件以及完成對(duì)零部件圖的初步繪制。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文５2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析2.1 總體結(jié)構(gòu)的概述目前，世界上已有許多工業(yè)機(jī)器人，其中大部分屬于“示教再現(xiàn)”型。如果將這類(lèi)機(jī)器人稱作第一代，那么，具有一定程度的視覺(jué)、觸覺(jué)、或某種分析、判斷能力的工業(yè)機(jī)器人就屬于第二代了。不少國(guó)家正在積極研制具有觀覺(jué)、觸覺(jué)等功能的工業(yè)機(jī)器人，并取得了不少成果，但是，真正將這些成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的還為數(shù)不多。在實(shí)際生產(chǎn)（如噴漆、焊接、裝配等）中被廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，示教再現(xiàn)型還是較多。一般的機(jī)器人，它由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。機(jī)構(gòu)部分有機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成；傳感器有測(cè)量機(jī)器人自身位置姿態(tài)和速度、加速度的內(nèi)傳感器和了解外部環(huán)境及作業(yè)對(duì)象工作情況的外傳感器；控制器是直接控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置，只要不是自主型移動(dòng)機(jī)器人，它通常放在與機(jī)器人不同的地方，通過(guò)導(dǎo)線連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PTP 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)和 CP 運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過(guò)信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多用于智能機(jī)器人。機(jī)器人具有六自由度，即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動(dòng)、臂的上下擺動(dòng)、手腕的回轉(zhuǎn)、手腕的伸縮和手爪的抓取。當(dāng)然，圖中沒(méi)有表示出控制系統(tǒng)及手爪抓取的那一部分。該六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的情況說(shuō)明如下：首先，由電動(dòng)機(jī) M1 經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且與大臂相連的所有其它手臂、手腕及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而后另一手臂由電動(dòng)機(jī) M2 驅(qū)動(dòng)作左右擺動(dòng)；還有，第三臂由電動(dòng)機(jī)M3 驅(qū)動(dòng)作上下擺動(dòng)；最后，手腕的回轉(zhuǎn)、伸縮及手爪的抓取由其它三個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文０2.2 第一軸（大臂）的結(jié)構(gòu)大臂的結(jié)構(gòu)圖（圖 2-1）及其傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖（圖 2-1）：圖 2-1南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１圖 2-2第一臂，也即大臂，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且所有的斜齒輪都裝在一個(gè)箱體（減速箱）里面。然而，與一般情況不同的是，第三級(jí)斜齒輪直接固定在機(jī)座上，從而使其它的（上級(jí)的斜齒輪）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)又固定在大臂上，所以導(dǎo)致大臂帶著電動(dòng)機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２2.3 第二軸的結(jié)構(gòu)第二軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 2-2）：圖 2-2第二軸，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的左右擺動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了一級(jí)齒輪傳動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)齒輪和軸承右側(cè)的一個(gè)齒輪嚙合，軸承通過(guò)定位銷(xiāo)與第二大臂固定，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪，把動(dòng)力傳給與第二臂固定的軸承，使得第二臂實(shí)現(xiàn)水平線上的前后擺動(dòng)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文３2.4 第三軸的結(jié)構(gòu)第三軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 2-3）：圖 2-3第三軸，該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的上下擺動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)系統(tǒng)采用了一級(jí)齒輪內(nèi)嚙合傳動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)齒輪和第三臂上的一個(gè)大齒輪內(nèi)嚙合，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小齒輪，小齒輪帶動(dòng)第三臂上的大齒輪使得第三臂整個(gè)做上下擺動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)第三臂實(shí)際操作。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文４2.5 傳動(dòng)方案的確定根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)分析可知，工業(yè)機(jī)器人的三軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。第一軸采用的是齒輪傳動(dòng)，第二軸、第三軸則采用的是擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)。當(dāng)然，參照以上的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析，現(xiàn)擬定如下三種傳動(dòng)方案：方案一：第一軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒）第二軸、第三軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒）方案二：第一軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)第二軸、第三軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)方案三：第一軸：蝸桿蝸輪傳動(dòng)第二軸、第三軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒）方案比較論證首先，已知各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比 u:直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，u≤4；斜齒輪傳動(dòng)，u≤6；蝸桿蝸輪傳動(dòng)，5≤u≤70，常用 15≤u≤50；擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)， 11≤u≤87（單級(jí)）。然后估算各軸的傳動(dòng)比，初選轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的原動(dòng)機(jī)，則 u1=1500/15=100,u2=1500/20=75。三軸傳動(dòng)的確定：蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：1）傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)沖擊和噪聲均很?。?）傳動(dòng)比也較大，結(jié)構(gòu)比較緊湊。而在這里采用此傳動(dòng)，則需要兩級(jí)傳動(dòng)才能滿足要求，蝸桿蝸輪的傳動(dòng)是兩軸交錯(cuò)的，這樣一來(lái)也就增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，且同時(shí)也增加了轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的負(fù)荷；3）由于蝸桿蝸輪嚙合輪齒間相對(duì)滑動(dòng)速度大，使得摩擦損耗大，因而傳動(dòng)效率較低。因此，第一軸采用齒輪傳動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，如采用圓柱直齒輪傳動(dòng)則需要四級(jí)傳動(dòng)，而采用斜齒輪則需要三級(jí)就可以，并且知道在相同的條件下，采用斜齒輪傳動(dòng)比圓柱齒輪傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上尺寸要小得多，由此可知，采用斜齒輪傳動(dòng)。斜齒傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）嚙合性能好；2）重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)；3）結(jié)構(gòu)緊湊，并且在總體結(jié)構(gòu)上也是合理的。總上所述，選擇方案一為最佳。三軸都采用齒輪傳動(dòng)。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文５3 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇第一軸的電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知，第二軸、第三軸的所有重量都是第一軸的負(fù)荷，所以說(shuō)，第一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很大的，必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：如圖 3-1-1，該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線為 ob 線，則在這種情況下，F(xiàn)G213NMOb圖 3-1-1第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Kgm243.)15cos(.980. 223 ??????mJO第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3-1-1）2222 )(1?mdba?22235.08406..0.(184 ???Kgm27.5兩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Kgm27.4.0582.34221 ?????電電電 JJ兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Kgm215.8..0221輪輪輪南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文６減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： Kgm2375.04.152??減J第一軸本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Kgm2.0221??mJ所以，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：375.0415.87.4.53??總Kgm239.150?而轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度 為：?1/s2854.720?????tvV則輸出軸的轉(zhuǎn)矩為 由式（3-1-7）得：MNm19..39.15?總J轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為：Nm7.6.80. ???u電根據(jù)要求 < ，選 P=3KW，n=1000r/min 的 MGMA 型伺服電機(jī)， 為 28.4Nm。電M額 額M南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文７第二軸的電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知，第三軸的所有重量都是第二軸的負(fù)荷，所以說(shuō)，第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是很大的，必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算二軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J2=M/12（a2+b2+c2+d2）+mp2=5.742Kgm2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J2=8.5*0.42=1.366 Kgm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 輪 2=50*0.252=3.125 Kgm2減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J 減=150*0.452=30.375 Kgm2第二軸的總慣量：J 總=5.742+1.36+3.125+30.375=40.602 Kgm2第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J3=34*0.22=1.36Kgm2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J 輪 3=100*0.52=25Kgm2減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J 減+150*0.452=30.375Kgm2總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J 總=23.43+1.36+25+30.375=80.165Kg2轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文８M 電=14.17N*M根據(jù)要求 M 電＜M 額，選 P=2.5(KW), n=1000r/min 的 GY2.5 型電動(dòng)機(jī)第三軸的電動(dòng)機(jī)的選擇第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J3=34*0.22=1.36Kgm2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J 輪 3=100*0.52=25Kgm2減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J 減+150*0.452=30.375Kgm2總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J 總=23.43+1.36+25+30.375=80.165Kg2轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上：M 電=1.3m/u=9.45N*m根據(jù)要求 M 電＜M 額，選 P=2.2（KW） ，P=2.2 Y-H2.2 系列 n=800r/min南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文９4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一軸的傳動(dòng)方案已確定，采用三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)的功率為P=3KW，n=1000r/min，則傳動(dòng)比 u=1000/15=66.67。一 、傳動(dòng)比的分配：已知斜齒輪的傳動(dòng)比 u≤6，再根據(jù)傳動(dòng)減速時(shí)前面降得慢，而后面降得快的原則，三級(jí)降速的傳動(dòng)比分配如下： u=2.4 4.87 5.7?二 、各級(jí)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)第一級(jí)斜齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：已知電動(dòng)機(jī)的功率 P=3KW，n=1000r/min，傳動(dòng)比u=2.4，則１．選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 按照傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)要求，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2)考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)械特性表)選得大、小齒輪的材料均為 40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～55HRC。3) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選 7 級(jí)精度(GB10095-88)。4) 選小齒輪齒數(shù) Z1=35，大齒輪齒數(shù) Z2=uZ1=2.4 35=84。?5) 選取螺旋角。初選螺旋角 。??4?２．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≥ mm （4-2-1）td1321)][(2HEdt ZuTK??????1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）.試選 。6.?t（2）.由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。43.2?HZ（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度 圖表，查得 ??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１０， ，則 =82.01???84.02?????6.184.02.1???（4）.計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩N411 10865.203950????nPT m?（5）.由下表 3-2-1（圓柱齒輪齒寬系數(shù) ?d 表）裝置狀況 兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置 兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布 小齒輪作懸臂布置?d 0.9～1.4（1.2～1.9） 0.7～1.15（1.1～1.65）0.4～ 0.6選取齒寬系數(shù) ?d=0.9；(6).由材料的彈性影響系數(shù) 表，查得 =189.8 ；EZEMPa(7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值 52HRC 查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限 = = Mpa；1HLim?2li70(8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 106.4)538(060 ?????hjLnN992 107.42.4?u(9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，查得 ；8.HNK；87.02?HNK(10).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系 S=1,由下式得[ ] = MPa?1H 2.106786.01lim??SKN[ ] = MPa2 9..2liH則取[ ]H=([ ] +[ ] )/2=1012 Mpa1?22).計(jì)算(1).試算小齒輪分度圓直徑 ，由計(jì)算公式（4-2-1）得td1南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１１≥ mmtd1 1548.26)9.1078432(.6.190852.34 ????根據(jù)計(jì)算的結(jié)果及電動(dòng)機(jī)的輸出軸徑，取 =50 mm；td(2).計(jì)算圓周速度m/s618.2065106?????ndt(3).計(jì)算齒寬 及摸數(shù)bntmmm459.1td?mm39.1cos0cs1????ztnt?2..25.ntmh 4.hb(4).計(jì)算縱向重合度 ??498.139.018.318.0?????tgtgzd????（5）計(jì)算載荷系數(shù) K已知使用系數(shù) 。A根據(jù) ，7 級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查498.2??得動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.07；由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)( )表，查得?HK=2.728，由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)( )圖，?H F查得 =2.45。F由齒向載荷分配系數(shù)( 、 ),查得 = =1.2，HAKFHAKF故載荷系數(shù)=1×1.07×1.2×2.728=3.5??FVA?(6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得mm91.64.53031 ???ttKd南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１２(7).計(jì)算模數(shù) nm= mmnm79.1354cos9.6cos1????zd?2. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式 ≥ mm （3-2-2）nm321][cosFSadYzKT??????1) 確定計(jì)算參數(shù)(1) 計(jì)算載荷系數(shù)1 1.07 1.2 2.45=3.2???FaVAK?(2) 根據(jù)縱向重合度 ，從螺旋角影響系數(shù)圖表查498.2?得 =0.88。?Y(3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)31.84cos5331????zv 95.14cos8332???zv(4) 查取齒形系數(shù)由齒形系數(shù) 及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.44； =2.196FaYSaY1Fa2FaY(5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)由齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =1.654； =1.782aFSa1Sa2Sa(6) 由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 680?FE?Mpa。(7) 由彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.86， =0.87；1FNK2FN(8) 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，由下式得417.714 MPa?SFENF11][?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１３422.571 MPa ?SKFENF22][?(9) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較FSaY][=1][FSaY?097.74.652??=2][FSa09.57.48296小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算≥ mmnm 93.07.6.1359.0)4(cos82.3224 ?????對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =2mm。nm4.幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距 a mm64.12cos2)8435(cos2)(1 ???????nmz將中心距圓整為 =122.5 mma2) 按圓整后的中心距修正螺旋角??????? 729.135.2)843(arcos2)(rcos1zn?因 值改變不大,故參數(shù) 等不必修正。HZK、、 ???3) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑mm06.729.13cos51?????nmzdmm4..842n南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１４4) 計(jì)算齒輪寬度mm854.60.7291???db?圓整后取 B2=65 mm；B1=70 mm。第二級(jí)的傳動(dòng)條件：電機(jī)的功率為 P=4.5KW，n=416.7r/min，傳動(dòng)比 u=4.87，具體設(shè)計(jì)計(jì)算如下：１．選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)1) 械特性表)選得大、小齒輪的材料均為 40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～55HRC。2) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故初選 7 級(jí)精度(GB10095-88)。3) 選小齒輪齒數(shù) Z1=24，大齒輪齒數(shù) Z2=uZ1=4.87 24=117。?4) 選取螺旋角。初選螺旋角 。??4?２．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-1）進(jìn)行計(jì)算。1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）.試選 。6.1?tK（2）.由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。43.2?HZ（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度 圖表，查得 ??， ，則 =7801???87.02???? 65.187.0.21?（4）.計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩N411 069.7.41395??nPT?m?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１５（5）.由表（圓柱齒輪齒寬系數(shù) ?d 表）選取齒寬系數(shù) ?d=0.9；(6).由材料的彈性影響系數(shù) 表，查得 =189.8 ；EZEMPa(7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值 52HRC 查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限 = = Mpa；1HLim?2li70(8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 18.)538(7.4606 ?????hjLnN92 108.u(9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，查得 ；.01HNK；.02?HNK(10).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系 S=1,由下式得[ ] = MPa?1H105378.01lim??SKN[ ] = MPa?2H 6.2979.02lim??SKN則取[ ]H=([ ] +[ ] )/2=1017.5 Mpa1H2).計(jì)算(1).試算小齒輪分度圓直徑 ，由計(jì)算公式得td1≥ mmtd1 92.3)5.07843.2(856.19023 24 ????(2).計(jì)算圓周速度m/s18.106492.3106????ndt(3).計(jì)算齒寬 及摸數(shù)bntmmm3.29.391td?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１６mm31.24cos9.3cos1 ????zdmtnt?.1.52.nth 894.hb(4).計(jì)算縱向重合度 ??73.49.0318.318.0?????tgtgzd????(5).計(jì)算載荷系數(shù) K已知使用系數(shù) 。A根據(jù) ，7 級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查得18.0??動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.05；由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)( )表，查得 =1.41，由彎?HK?HK曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)( )圖，查得 =1.37。?FF由齒向載荷分配系數(shù)( 、 ),查得 = =1.2，故載荷系數(shù)HAKFHAF=1×1.07×1.2×1.41=1.78??V?(6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得mm13.46.78150331 ???ttKd(7).計(jì)算模數(shù) nm= mmnm39.24cos.cos1???zd?3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-2）來(lái)計(jì)算：1) 確定計(jì)算參數(shù)（1） 計(jì)算載荷系數(shù)1 1.07 1.2 1.37=1.726???FaVAK?（2） 根據(jù)縱向重合度 ，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。73.? ?Y南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１７（3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)27.614cos331????zv08.332zv（4） 取齒形系數(shù)由齒形系數(shù) 及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592； =2.158FaYSaY1Fa2FaY（5） 取應(yīng)力校正系數(shù)由齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =1.596； =1.792aFSa1Sa2Sa（6） 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 680?FE?Mpa。（7） 由彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.87， =0.9；1FNK2FN（8） 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，由下式得422.571 MPa?SFENF11][?437.143 MPa ?KENF22][?（9） 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較FSaY][?=1][SaF098.571.4269??=2][FSaY?.3.8小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算≥ mmnm 257.1098.65.1249.0)4(cos876.13 2?????南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１８對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =1.5 mmnm4.幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距 mm987.104cos25.)7(cos2)(1 ???????nmza將中心距圓整為 =108.52) 按圓整后的中心距修正螺旋角??????? 93.125.082)74(arcos2)(arcos1zn?因 值改變不大,故參數(shù) 等不必修正。HZK、、 ???2） 大小齒輪的分度圓直徑mm937.6.12cos531?????nmzdmm0.8.42n4) 計(jì)算齒輪寬度mm243.97.361???db?圓整后取 B2=35 mm；B1=40 mm。第三級(jí)的傳動(dòng)條件：電動(dòng)機(jī)的功率為 P=0.9KW，n=85.565，傳動(dòng)比 u=5.7，設(shè)計(jì)計(jì)算如下：１．選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 考慮減速設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)械特性表)選得大、小齒輪的材料均為 40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為 48～55HRC。2) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故 初選 7 級(jí)精度(GB10095-88)。3) 選小齒輪齒數(shù) Z1=24，大齒輪齒數(shù) Z2=uZ1=5.7 24=137。?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文１９4) 選取螺旋角。初選螺旋角 。??14?２．按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-1）計(jì)算：1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值（1）.試選 。6.1?tK（2）.由區(qū)域系數(shù)分布圖，選取區(qū)域系數(shù) 。43.2?HZ（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度 圖表，查得 ??， ，則 =78.01???8.02??? 6.18.07.21?（4）.計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩N5121 .356.8973995 ???nPT?m?（5）.由下表（圓柱齒輪齒寬系數(shù) ?d 表）選取齒寬系數(shù) ?d=0.8；（6）.由材料的彈性影響系數(shù) 表，查得 =189.8 ；EZEMPa（7）.齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表，按齒面硬度中間值 52HRC查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限 = = Mpa；1HLim?2li70（8）.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 81 1.3)58(56.806 ?????hjLnN72 104.7.3u（9）.由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，查得 ； 9.1HNK；.02?HNK（10）.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系 S=1,由下式得[ ] = MPa?1H105379.01lim??SKN[ ] = MPa?2H .8793.02lim??SKN南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２０則取[ ]H=([ ] +[ ] )/2=1070.6 Mpa?1H?22).計(jì)算(1).試算小齒輪分度圓直徑 ，由計(jì)算公式（3-2-1）得td1≥ mmtd1 958.4)6.078432(.56.180323 2????(2).計(jì)算圓周速度m/s246.0160.89.4160????ndt(3).計(jì)算齒寬 及摸數(shù)bntmmm9.4358.1td?mm2.21coscos1 ????ztnt?9.4.52.ntmh 79.8hb(4).計(jì)算縱向重合度 ??23.18.031.318.0?????tgtgzd????(5).計(jì)算載荷系數(shù) K已知使用系數(shù) 。A根據(jù) ，7 級(jí)精度，由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖，查246.0??得動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.04；由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)( )表，查得 =1.2877，?HK?HK由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)( )圖，查得 =1.27。?FKF由齒向載荷分配系數(shù)( 、 ),查得 = =1.2，故載荷系數(shù)HAHA=1×1.04×1.2×1.2877=1.61??FVAK?(6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得mm072.56.1958.4331 ??ttd(7).計(jì)算模數(shù) nm南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２１= mmnm27.241cos07.5cos1????zd?3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式 ≥ mmn321][cosFSadYzKT??????1) 確定計(jì)算參數(shù)(1)計(jì)算載荷系數(shù)1 1.04 1.2 1.27=1.585???FaVAK?(2) 根據(jù)縱向重合度 ，從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。523.? ?Y(3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)7.614cos331????zv9.332zv(4)查取齒形系數(shù)由齒形系數(shù) 及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592； =2.14FaYSaY1Fa2FaY(5)查取應(yīng)力校正系數(shù)由齒形系數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =1.596； =1.83aFSa1Sa2Sa(6)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 MPa6802?FE?(7)由彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.88， =0.91；1FNK2N(8)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，由下式得427.43 MPa?SFENF11][?442.0 MPa ?KENF22][?(9)計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較FSaY][?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２２=1][FSaY?097.43.27569??=2][Sa8.小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算≥ mmnm 12.097.6.1248.0)4(cos53.13 2?????對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =2.5 mmnm4.幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算中心距 mm41.2071cos25.)34(cos2)(1 ???????nmza將中心距圓整為 =207 mm2) 按圓整后的中心距修正螺旋角??????? 536.1207.)34(arcos2)(arcos1zn?因 值改變不大,故參數(shù) 等不必修正。HZK、、 ???3) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑mm715.63.1cos241?????nmzdmm8..72n4) 計(jì)算齒輪寬度mm372.4915.601???db?圓整后取 B2=49 mm；B1=55 mm。4. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２３1） 估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑 nr=(0.4～0.5) =40～50mmpr2） 擇軸承型號(hào)尺寸經(jīng)查表選用 502310E C=105000 N C0=71000 N D1=97 mm d=50mm b=27 mm da=60 mm Da=89.6 mm a=5 mm3） 名義徑向載荷 RR= 67108.8.54335.031.1 ????cpCcpPCzrKTzrT=5776.698 N4） 當(dāng)量動(dòng)載荷 PP= =1.3 5776.698=7509.71 NRfF?—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般取 =1.2～1.5。Ff5） 軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 nn= + =1000+ =1015r/minHun67106） 軸承壽命 hLh531063106 8.)7.59()( ????PCnh因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命 ≥15000 h ,所以滿足要求。h4. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算1）估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑 =(0.4～0.5) =52～65mmnrnrpr2）擇軸承型號(hào)尺寸經(jīng)查表選用 502313 C=114600 N C0=85200 N D1=121.5 mm d=65mm b=33mm da=77mm Da=114.6mm a=7 mm3）名義徑向載荷 RR= 501378.0945.031.1 ????cpCcpPCzrKTzrT南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２４=12830.82 N4）當(dāng)量載荷 PP= =1.3 12830.82=16680.1 NRfF?5）軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 nn= + =1000+ =1020r/minHnu5011） 承的壽命 hLh5.241).1680(20)(6013131 ???PCn因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命 ≥15000 h ,所以滿足要求。h5. 針齒銷(xiāo)彎曲強(qiáng)度計(jì)算1）針齒結(jié)構(gòu)尺寸mm1905.4205..05. ?????????CbLmm52.312c（ ）?cbmm7521921???L2) 最大彎矩Nmm 107259013785.0422.11 ???????LzrKTMcpVax3) 許用彎曲應(yīng)力MPaFP?4) 校核彎曲應(yīng)力MPa72.10.1.033???zpWaxFdM因?yàn)?＞[ ]，所以滿足要求。F?P4.2 軸承的選擇南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２５4.2.1 斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承根據(jù)齒輪軸徑值，差滾動(dòng)軸樣本或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，第二軸上選用圓錐混子軸承7204，C=15500N；第三軸上選用圓錐云子軸承 7205，C=19520N。5 機(jī)器人各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在某種意義上講，控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用，工業(yè)機(jī)器人的手部、腕部、臂部、行走機(jī)構(gòu)等的動(dòng)作以及與相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序、動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。按設(shè)計(jì)要求要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角范圍，可以直接由控制系統(tǒng)來(lái)完成，控制動(dòng)作的位置或動(dòng)作的時(shí)間，從而控制轉(zhuǎn)角。這里用擋塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)角范圍。第一軸的控制轉(zhuǎn)角（0～270 ）的擋塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖 5-1?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２６底 座轉(zhuǎn) 臂 突 出 的擋 塊o圖 5-1 5.2 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第一臂與底座）5.2.1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)：如圖 5-2，具體尺寸見(jiàn)附圖（零件圖） 。5.2.2 底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：如圖 5-3圖 5-2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２７圖 5-3總 結(jié)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)工業(yè)機(jī)器人有了感性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展也有所了解。根據(jù)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)狀及近幾年的動(dòng)態(tài)，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況，機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)在開(kāi)展智能機(jī)器人、機(jī)器人化及其相當(dāng)技術(shù)的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文２８開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。經(jīng)過(guò)努力，我國(guó)已研制了許多示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人以及噴涂、焊接裝配等機(jī)器人。而國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展更迅速，機(jī)器人化機(jī)械已經(jīng)興起。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展；通過(guò)設(shè)計(jì)，使我掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；學(xué)會(huì)從機(jī)器功能的要求出發(fā)，合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類(lèi)型，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算零件的工作能力，確定它的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問(wèn)題，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。當(dāng)然在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也碰到了許多問(wèn)題。在老師的指導(dǎo)和一些同學(xué)的幫助下，我也盡自己的努力去克服困難，最后順利地完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。由于本人缺乏經(jīng)驗(yàn)及水平有限，設(shè)計(jì)仍存在一些問(wèn)題，如機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析以及缺少機(jī)器人的動(dòng)作模擬仿真，望老師給予指正。參考文獻(xiàn)1.孫桓 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