畢業(yè)設計論文 目錄11摘要本次畢業(yè)設計是關于六足機器人的設計。首先對六足機器人作了簡單的概述；接著分析了各部分元件、零件的選型原則及計算方法；然后根據這些設計準則與計算選型方法按照給定參數要求進行選型設計；接著對所選擇的各主要零部件進行了校核。本次設計由四個主要部件組成：支撐腿升降裝置、支撐腿擺動裝置、支撐輪轉動裝置、主體鋼結構。最后簡單的說明了說明書的安裝與維護。目前，六足機器人正朝著適應復雜地形、應對惡劣天氣、采集多元信號的方向發(fā)展，近年來各種特殊功能機器人。在特種機器人設計方面,目前我國與國外先進水平相比仍有較大差距,國內在設計制造特種機器人過程中存在著很多不足。本次六足機器人設計代表了設計的一般過程, 難免存在各種紕漏、失誤；權當一次難得的實踐過程，希望對今后的選型設計工作有一定的參考和借鑒價值。 關鍵詞：六足機器人；選型設計；主要部件；養(yǎng)護維修。畢業(yè)設計論文 目錄22AbstractThis graduation design is a design of six legged robot. The first of the six legged robot is summarized; then analyzed the selection principle and calculation method of each part of components, parts; then calculated based on these design criteria and abase type design; then check the major components of the selected. Finally, a simple description of theinstallationand maintenance manual.At present, six legged robot is moving to adapt to the development direction of complex terrain, bad weather, acquisition of multiple signals, in recent years a variety of special function of the robot. The design of the six legged robot represents the general process of design, will inevitably exist various flaws, mistakes; when the right to a rare practice process, want to have certain reference and reference value for the selection of the design work in the future.Keyword: :Six legged robot; type selection design ; main parts; maintenance and repair.畢業(yè)設計論文 目錄33目錄摘要 .1Abstract .1目錄 .2一、緒論 .4二、 六足機器人設計概述 .62.1.六足機器人的工作原理 .6三、 六足機器人的設計計算 .83.1 已知原始數據及工作條件 83.2 計算步驟 83.2.1 外形尺寸的確定: 83.3.2 主要阻力計算 .93.3.3 主要特種阻力計算 .103.3.4 附加特種阻力計算 .103.3.5 傾斜阻力計算 .113.4 傳動功率計算 .113.4.1 走行輪功率（ ）計算 .11AP3.5 傳動鏈張力計算 123.6 傳動鏈輪最大扭矩計算 123.7 走行輪及軸 133.7.1 走行輪的作用及類型 .133.7.2 軸的作用及類型 163.7.3 軸與輪的配合結構 213.8 電機的選用 .323.9 減速器的選用 .333.9.1 傳動裝置的傳動比： .333.10 制動裝置 .35畢業(yè)設計論文 目錄443.10.1 制動裝置的作用 353.11 轉向裝置 35四、 電氣及安全保護裝置 .37結論 .38致謝 .39參考文獻 .39畢業(yè)設計論文 緒論55一、緒論六足機器人是連續(xù)運行的設備，在探測、搶險、偵查、負重等領域都有著閃光的表現。在自然界和人類社會中存在一些人類無法到達的地方和可能危及人類生命的特殊場合。如行星表面、災難發(fā)生礦井、防災救援和反恐斗爭等，對這些危險環(huán)境進行不斷地探索和研究，尋求一條解決問題的可行途徑成為科學技術發(fā)展和人類社會進步的需要。地形不規(guī)則和崎嶇不平是這些環(huán)境的共同特點。從而使輪式機器人和履帶式機器人的應用受到限制。以往的研究表明輪式移動方式在相對平坦的地形上行駛時，具有相當的優(yōu)勢運動速度迅速、平穩(wěn)，結構和控制也較簡單，但在不平地面上行駛時，能耗將大大增加，而在松軟地面或嚴重崎嶇不平的地形上，車輪的作用也將嚴重喪失移動效率大大降低。為了改善輪子對松軟地面和不平地面的適應能力，履帶式移動方式應運而生但履帶式機器人在不平地面上的機動性仍然很差行駛時機身晃動嚴重。與輪式、履帶式移動機器人相比在崎嶇不平的路面步行機器人具有獨特優(yōu)越性能在這種背景下多足步行機器人的研究蓬勃發(fā)展起來。而仿生步行機器人的出現更加顯示出步行機器人的優(yōu)勢。多足步行機器人的運動軌跡是一系列離散的足印運動時只需要離散的點接觸地面對環(huán)境的破壞程度也較小可以在可能到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點對崎嶇地形的適應性強。正因為如此多足步行機器人對環(huán)境的破壞程度也較小。輪式和履帶式機器人的則是一條條連續(xù)的轍跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物可以穩(wěn)定支撐機器人的連續(xù)路徑十分有限,這意味著輪式和履帶式機器人在這種地形中已經不適用。多足步行機器人的腿部具有多個自由度使運動的靈活性大大增強。它可以通過調節(jié)腿的長度保持身體水平也可以通過調節(jié)腿的伸展程度調整重心的位置因此不易翻倒穩(wěn)定性更高。當然多足步行機器人也存在一些不足之處。比如為使腿部協(xié)調穩(wěn)定運動從機械結構設計到控制系統(tǒng)算法都比較復雜相比自然界的節(jié)肢動物仿生多足步行機器人的機動性還有很大差距。選擇六足機器人的設計作為畢業(yè)設計的選題，能培養(yǎng)我們獨立解決工程實際問題的能力，通過這次畢業(yè)設計是對所學基本理論和專業(yè)知識的一次綜合運用，也使我們的設計、計算和繪圖能力都得到了全面的訓練。畢業(yè)設計論文 緒論66原始參數：1）工作環(huán)境：崎嶇地面、存在高低不平的砂石路面。2）負載能力：50kg3) 額定功率：500w4)最大移動速度：8m/min5)外形尺寸：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）設計解決的問題：熟悉六足機器人各部分的功能與作用，對主要部件進行選型設計與計算，解決在實際使用中容易出現的問題，并大膽地進行創(chuàng)新設計。畢業(yè)設計論文 六足機器人部件概述772、六足機器人設計概述2.1.六足機器人的工作原理六足機器人其主要部件是支撐腿升降裝置、支撐腿擺動裝置、支撐輪轉動裝置、主體鋼結構等。其外形布置及工作原理如圖 2-1-1 所示。圖 2-1-1 帶式輸送機簡圖1-支撐腿升降裝置 2-支撐腿擺動裝置 3-主體鋼結構 4-支撐輪轉動裝置兩個伺服電動缸作為支撐腿升降裝置的動力源為支撐腿提供升降、步進的動力輸出。兩個伺服缸的后耳環(huán)分別與伺服電動全角度轉臺鉸接，在實現步進運動的同時為機器人提供轉向幫助。支撐輪轉動裝置是由伺服減速機通過鏈輪及鏈條帶動轉輪等組成，此裝置可以實現在平整路面時無需支撐腿做步進動作的情況下實現機器人的平面移動，為整個裝置提高了更好的機動性和合理性。主體鋼結構為普通碳鋼板焊接、加工而成，成本低廉，強度可靠；若應對酸、堿、高溫等情況時酌情采用特殊材質金屬制作，本設計不予考慮。主體的鋼結構的強度足以應付 200kg 以下的負載，在運料及承重方面性能卓越。轉動輪的材質可以選這鋼制滾花或硬質橡膠，視情況而定，本次設計為鋼制滾花。提高傳動裝置的穩(wěn)定性可以從以下方面考慮：畢業(yè)設計論文 六足機器人部件概述88(1).嚴格執(zhí)行圖紙尺寸，配合表面確保潤滑條件；(2).安裝之后反復調試，確保萬無一失，如果存在問題早發(fā)現早解決；(3).養(yǎng)護工作及時、到位，增加使用壽命及年限畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算99三、 六足機器人的設計計算3.1 已知原始數據及工作條件六足機器人的設計計算，應滿足下列原始數據及工作條件資料負載：50kg額定功率：500w最大移動速度：8m/min外形尺寸：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）3.2 計算步驟3.2.1 外形尺寸的確定:由于基礎條件為：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）；確定主體鋼結構外形尺寸為 1000mm 等分十二邊形。3.3 走行輪驅動力3.3.1 計算公式 走行輪上所需圓周驅動力 為機器人所有阻力之和，可用式（3.3-1 ）計算：UF（3.3-1）12UHNSStF???式中 ——主要阻力，N；——附加阻力，N；——特種主要阻力，N；1SF——特種附加阻力，N；2——傾斜阻力，N。St五種阻力中， 、 是所有機器人都有的，其他三類阻力，根據機器人工作類型及工況而HFN定，由設計者選擇。對于普通工況而言，附加阻力 明顯的小于主要阻力，可用簡便的方式進行計算，不會出現N畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1010嚴重錯誤。，則公式變?yōu)橄旅娴男问剑海?.3-2）12UHSStFCF??3.3.2 主要阻力計算機器人的主要阻力 是運行時與地面的摩擦和承載分支及回程所產生阻力的總和?？捎檬紿F（3.4-4 ）計算：（3.4-4）[(2)cos]HROUBGFfLgqq???式中 ——模擬摩擦系數，根據工作條件及制造安裝水平決定，一般可按表查取?！亓铀俣?；——走行輪每米長度旋轉部分重量，kg/m，用式（3.4-5）計算ROq（3.4-5）10Ga?其中 ——承載分支每組走行輪旋轉部分重量，kg；1——走行輪寬度，m；0計算： = =20.25 kg/m10ROGqa?24.3——回程分支托輥間距，m；Ukg215.8?計算： = =5.267 kg/m2RUGqa.3——每米長度負載質量G3.6mIQq??= kg/m5074.1?——每米長度機身質量，kg/m， =9.2kg/mB Bq畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1111[(2)cos]HROUBGFfLgqq???=0.045×300×9.8×[20.25+5.267+（2×9.2+60.734 ）×cos35°]=1379N 運行阻力系數 f 值應根據表 3-5 選取。取 =0.045。f f表 3-5 阻力系數 f機器人工況 f工作條件和設備質量良好，轉速低，摩擦較小 0.02～0.023工作條件和設備質量一般，轉速較高，摩擦較大 0.025～0.030工作條件惡劣、設備質量較差，摩擦較高，傾斜角大于35°0.035～0.0453.3.3 主要特種阻力計算主要特種阻力 包括走行輪前傾的摩擦阻力 和砂石、草木間的摩擦阻力 兩部分，按式1SFF? glF（3.3-7 ）計算：+ （3.3-7 ）Sl??gl按式（3.3-8）計算：F=500N （3.3-8）0()cosinBGCLq??????3.3.4 附加特種阻力計算附加特種阻力 包括傳動滾子鏈摩擦阻力 和減速機內部摩擦阻力 等部分，按下式計算：2SFrFaF（3.3-9）23Sran???（3.3-10）rFAP?（3.3-11）2aBk?式中 ——走行輪總數；3n畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1212A——走行輪接觸面積， 2m——走行輪與接觸面的壓力，N/ ，一般取為 3 N/P24410~?2m——摩擦系數，一般取為 0.5~0.7；3?查表得：A=0.008m ，取 =10 N/m ，取 =0.6，將數據帶入式 （3.3-12）2p410?23?則 =0.008×10 ×0.6=480 NrF410由式（3.3-10） 則 =3.5×480=1680 N2SF3.3.5 傾斜阻力計算傾斜阻力按下式計算： StF（3.3-13 ）StGFqgH??式中：因為本機器人為水平運輸，所有 H=0=0StG?由式（2.4-2） 12UHSStFCF??=1.12×1379+0+680=4425NU3.4 傳動功率計算3.4.1 走行輪功率（ ）計算AP走行輪功率（ ）按式（3.4-1）計算：A（3.4-1）10UAFP???3.4.2 電動機功率計算電動機功率 ，按式（3.4-2）計算：M（3.4-2 ）'“AP??式中 ——傳動效率，一般在 0.85~0.95 之間選??；畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1313——鏈傳動效率；1?=0.96；——減速器傳動效率，按每級齒輪傳動效率.為 0.98 計算；2二級減速機： =0.98×0.98=0.962?——電壓降系數，一般取 0.90~0.95。'——多電機功率不平衡系數，一般取 ，單驅動時， ?！?“0.9.5??:“1??根據計算出的 值，查電動機型譜，按就大不就小原則選定電動機功率。MP由式（3.5-1） = =412WA1425.60?由式（2.5-2）= 2MP380.98(.9.).950??=464W選電動機型號為伺服減速機 500W，數量 6 臺。3.5 傳動鏈張力計算傳動鏈張力在整個長度上是變化的，影響因素很多，為保證機器人正常運行，傳動鏈張力必須滿足以下兩個條件：（1）在任何負載情況下，作用在傳動鏈上的張力應使得全部圓周力是通過摩擦傳遞到走行輪上，而兩個鏈輪付之間保證不打滑、不脫輪；（2）作用在傳動鏈上的張力應調節(jié)合適。3.6 傳動鏈輪最大扭矩計算單驅動時,鏈輪的最大扭矩 按式（3.6.1）計算：maxM（3.6.1）max20UFDM??式中 D——鏈輪的分度圓直徑（ mm）。 同時驅動時,傳動滾筒的最大扭矩 按式（3.6.2）計算：max（3.6.2）12maxmax()0UF??畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1414分度圓直徑為 71mm,則走行輪的最大扭矩為:=358N12max()UF=0.51KN/m ax9.450.M??3.7 走行輪及軸3.7.1 走行輪的作用及類型要追溯走行輪的歷史也是一件很困難的事，不過在人們發(fā)明了輪子之后，搬運和移動物體變得容易了許多，但輪子只能在直線上運行，對于搬運重大物體時對方向的改變仍然非常困難，后來人們就發(fā)明了帶有轉向結構的輪子，也就是我們所稱的走行輪或萬向輪。走行輪出現給人們搬運特別是移動物體帶來了劃時代的革命，不僅可以輕松搬運，還可以隨任何方向移動，大大提高了效率。到了近代隨著工業(yè)革命的興起，越來越多的設備需要移動，走行輪也就在全世界應用越來越廣泛，各行各業(yè)幾乎離不開走行輪。 到了現代隨著科技的不斷發(fā)展，設備也越來越多功能和高利用率，走行輪就成了不可缺少的部件。走行輪的發(fā)展也就更為專業(yè)化而成為了一個特殊的行業(yè)。走行輪大致分為定向走行輪與非定向走行輪。定向走行輪沒有旋轉結構，不能轉動；萬向走行輪的結構允許 360 度旋轉。走行輪細分超重型走行輪、特重型走行輪、異型走行輪以及剎制走行輪、減震走行輪、可調節(jié)走行輪和輕型走行輪、中型走行輪、重型走行輪等。應用行業(yè)工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療器械以及機械、物流運輸、環(huán)保清潔用品、家具行業(yè)、美容器械、食品機械、五金生產等各行業(yè)。走行輪材質主要分為超級人造膠走行輪、聚氨酯走行輪、塑料走行輪、尼龍走行輪、鋼鐵走行輪、耐高溫走行輪、等。性能特點超級人造膠聚氨酯 尼龍 鋼鐵 耐高溫輪畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1515承載（KG）27~502 31~1905 100~1400 181~2040 270~450適用溫度（℃） -43~85 -43~85 -43~85 -43~126 -43~180輪硬度65(±5)A 55(±5)D —— —— ——轉動靈活性優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)轉動寧靜優(yōu) 優(yōu) 一般 差 良地板保護優(yōu) 優(yōu) 一般 差 良無輪印無 無 無 無 無耐沖擊優(yōu) 優(yōu) 良 良 優(yōu)耐磨損優(yōu) 優(yōu) 良 優(yōu) 優(yōu)防水性能優(yōu) 優(yōu) 差 差 優(yōu)防化學品性能優(yōu) 優(yōu) 良 良 優(yōu)安裝高度：指從地面到設備安裝位置之間的垂直距離，走行輪的安裝高度是指與走行輪底板與輪子邊遠最大的垂直距離。支架轉向中心距：指中心垂直線到輪芯中心的水平距離。轉動半徑：指中心垂直線到輪胎外邊緣的水平距離，適當的間距令走行輪能作 360 度轉向。畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1616轉動半徑的合理與否直接影響到走行輪的使用壽命。行駛負荷：走行輪在移動時承重能力也稱動負荷，走行輪的動負荷因工廠的試驗方式不同而有所差別，也因輪子的材料不同而不同，關鍵在于支架的結構和質量是否能夠抗沖擊和震蕩。沖擊負荷：當設備受到承載物沖擊或震動時走行輪的瞬間承重能力。 靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷：走行輪在靜止狀態(tài)下能承受的重量。靜態(tài)負荷一般情況應為行使負荷（動承載）的 5～6 倍，靜態(tài)負荷至少應是沖擊負荷的 2 倍。轉向：硬質、窄小的輪子比軟質、寬的輪子較易轉向。轉動半徑是輪子轉動的一個重要參數，轉動半徑過短會增加轉向難度，過大則會導致輪子晃動及壽命縮短。行駛靈活性：影響走行輪行駛靈活性的因素有支架的結構和支架鋼材的選用、輪子的大小、輪子類型、軸承等，輪子越大行駛靈活性越好，在平穩(wěn)地面上硬質、窄小的輪比平邊軟質的輪子省力，但在不平的地面上軟質的輪子省力，但在不平的地面上軟質的輪子能更好地保護設備并避震！最簡單的發(fā)明往往最重要，走行輪正具備這種特性。同時一個城市的發(fā)達程度高低往往與走行輪使用多少成正相關，像上海、北京、天津、重慶、無錫、成都、西安、武漢、廣州、佛山、東莞、深圳等城市的走行輪使用率就非常高。走行輪的構造由單輪裝在支架上而成，用于安裝在設備下面令其自由移動。走行輪主要分為兩大類：（1）固定走行輪 固定支架配上單輪，只能沿直線移動。（2）活動走行輪 360 度轉向的支架配上單輪，能隨意向任何方向行駛。走行輪的單輪種類繁多，在大小、型號、輪胎面等各不相同。選擇合適的輪子取于以下幾個條件：（1） 使用場地環(huán)境。（2） 產品的載重量（3） 工作環(huán)境中含有化學品、血、油脂、機油、鹽等物質。（4） 各種特殊氣候，如濕度、高溫或嚴寒 （5）抗沖擊、碰撞和行駛寧靜的要求。車輪選擇1、選擇車輪材質：首先考慮使用路面的大小，障礙物、使用場地上殘留物質（如鐵屑、油脂），所處環(huán)境狀況（如高溫、常溫或低溫）及車輪所能承載的重量等不同條件來決定選擇適合的車輪材質。例如：橡膠輪不能耐酸、油脂和化學品，超級聚氨脂輪、高強度聚氨脂輪、尼龍輪、鋼畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1717鐵輪和耐高溫輪則能適用于不同的特殊環(huán)境。2、計算承載重量：為了能夠計算出各種走行輪需要的載重能力，必須知道運輸設備自重、最大荷重和所用單輪和走行輪的數量。一個單輪或走行輪所需的載重能力計算如下：T=(E+Z)/M×N：---T=單輪或走行輪所需承載重量；---E=運輸設備的自重；---Z=最大荷重；---M=所用單輪和走行輪的數量；---N=安全系數（約 1.3—1.5）。3、決定輪徑大?。和ǔ＼囕喼睆接笥菀淄苿樱芍啬芰σ灿笸瑫r也較能保護地面不受損壞，輪徑大小的選擇首先應考慮承載的重量和荷重下搬運車的起動推力來決定。4、車輪材質軟硬的選擇：通常車輪有尼龍輪、超級聚氨脂輪、高強度聚氨脂輪、高強度人造膠輪、鐵輪、打氣輪。超級聚氨脂輪、高強度聚氨脂輪不論在室內室外的地面行駛，都能滿足你的搬運要求；高強度人造膠輪則能適用于酒店、醫(yī)療器械、樓層、木地板、瓷磚地面等要求行走時噪音小寧靜的地面上行駛；尼龍輪、鐵輪適用于地面不平或地面上有鐵屑等物質的場地；而打氣輪則適用于輕荷重及路面軟不平坦的場合。5、轉動靈活性：單輪越大轉動就越省力，滾柱軸承能載較重的負載，轉動時阻力較大：單輪安裝上優(yōu)質的（軸承鋼）滾珠軸承，能承載較重的負荷，轉動更輕便，靈活寧靜。6、溫度狀況：嚴寒和高溫的場合對走行輪的影響很大，聚氨脂輪在零下 45℃下的低溫，轉動靈活自如，耐高溫輪在高溫 275℃下轉動輕便。特別注意：因為 3 點確定一個平面，當所用走行輪數量為多個時，載重量應按 3 個計算。3.7.2 軸的作用及類型軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。材料使用：1、碳素鋼35、45、50 等優(yōu)質碳素結構鋼因具有較高的綜合力學性能，應用較多，其中以 45 鋼用得最為畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算1818廣泛。為了改善其力學性能，應進行正火或調質處理。不重要或受力較小的軸，則可采用Q235、Q275 等碳素結構鋼。2、合金鋼合金鋼具有較高的力學性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。例如采用滑動軸承的高速軸，常用 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金結構鋼，經滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；汽輪發(fā)電機轉子軸在高溫、高速和重載條件下工作，必須具有良好的高溫力學性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA 等合金結構鋼。軸的毛坯以鍛件優(yōu)先、其次是圓鋼；尺寸較大或結構復雜者可考慮鑄鋼或球墨鑄鐵。例如，用球墨鑄鐵制造曲軸、凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好，對應力集中的敏感性較低、強度較好等優(yōu)點。軸的力學模型是梁、多數要轉動，因此其應力通常是對稱循環(huán)。其可能的失效形式有：疲勞斷裂、過載斷裂、彈性變形過大等。軸上通常要安裝一些帶輪轂的零件，因此大多數軸應作成階梯軸，切削加工量大。結構設計：軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據軸的具體要求進行設計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案，以下是一般軸結構設計原則：1、節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數的截面形狀；2、易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調整；3、采用各種減少應力集中和提高強度的結構措施；4、便于加工制造和保證精度。技術要求1、加工精度畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算19191)尺寸精度 軸類零件的尺寸精度主要指軸的直徑尺寸精度和軸長尺寸精度。按使用要求，主要軸頸直徑尺寸精度通常為 IT6-IT9 級，精密的軸頸也可達 IT5 級。軸長尺寸通常規(guī)定為公稱尺寸，對于階梯軸的各臺階長度按使用要求可相應給定公差。2)幾何精度 軸類零件一般是用兩個軸頸支撐在軸承上，這兩個軸頸稱為支撐軸頸，也是軸的裝配基準。除了尺寸精度外，一般還對支撐軸頸的幾何精度（圓度、圓柱度）提出要求。對于一般精度的軸頸，幾何形狀誤差應限制在直徑公差范圍內，要求高時，應在零件圖樣上另行規(guī)定其允許的公差值。3)相互位置精度 軸類零件中的配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）相對于支撐軸頸間的同軸度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的軸，配合精度對支撐軸頸的徑向圓跳動一般為 0.01-0.03mm，高精度軸為 0.001-0.005mm。此外，相互位置精度還有內外圓柱面的同軸度，軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。2、表面粗糙度根據機械的精密程度，運轉速度的高低，軸類零件表面粗糙度要求也不相同。一般情況下，支撐軸頸的表面粗糙度 Ra 值為 0.63-0.16 μm ；配合軸頸的表面粗糙度 Ra 值為 2.5-0.63 μ m加工工藝1、軸類零件的材料軸類零件材料的選取，主要根據軸的強度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經濟合理。常用的軸類零件材料有 35、45、50 優(yōu)質碳素鋼，以 45 鋼應用最為廣泛。對于受載荷較小或不太重要的軸也可用 Q235、 Q255 等普通碳素鋼。對于受力較大，軸向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金鋼。如 40Cr 合金鋼可用于中等精度，轉速較高的工作場合，該材料經調質處理后具有較好的綜合力學性能；選用 Cr15、65Mn 等合金鋼可用于精度較高，工作條件較差的情況，這些材料經調質和表面淬火后其耐磨性、耐疲勞強度性能都較好；若是在高速、重載條件下工作的軸類零件，選用 20Cr、20CrMnTi 、20Mn2B 等低碳鋼或 38CrMoA1A 滲碳鋼，這些鋼經滲碳淬火或滲氮處理后，不僅有很高的表面硬度，而且其心部強度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗沖擊韌性和耐疲勞強度的性能。球墨鑄鐵、高強度鑄鐵由于鑄造性能好，且具有減振性能，常在制造外形結構復雜的軸中采用。特別是我國研制的稀土——鎂球墨鑄鐵，抗沖擊韌性好，同時還具有減摩、吸振，對應力集中敏感性小等優(yōu)點，已被應用于制造汽車、拖拉機、機床上的重要軸類零件。畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算20202、軸類零件的毛坯軸類零件的毛坯常見的有型材（圓棒料）和鍛件。大型的，外形結構復雜的軸也可采用鑄件。內燃機中的曲軸一般均采用鑄件毛坯。型材毛坯分熱軋或冷拉棒料，均適合于光滑軸或直徑相差不大的階梯軸。鍛件毛坯經加熱鍛打后，金屬內部纖維組織沿表面分布，因而有較高的抗拉、抗彎及抗扭轉強度，一般用于重要的軸。加工方法1、外圓表面的加工方法及加工精度軸類、套類和盤類零件是具有外圓表面的典型零件。外圓表面常用的機械加工方法有車削、磨削和各種光整加工方法。車削加工是外圓表面最經濟有效的加工方法，但就其經濟精度來說，一般適于作為外圓表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圓表面主要精加工方法，特別適用于各種高硬度和淬火后的 零件精加工；光整加工是精加工后進行的超精密加工方法（如滾壓、拋光、研磨等），適用于某些精度和表面質量要求很高的零件。由于各種加工方法所能達到的經濟加工精度、表面粗糙度、生產率和生產成本各不相同，因此必須根據具體情況，選用合理的加工方法，從而加工出滿足零件圖紙上要求的合格零件。序號 加工方法 經濟精度 （公差等級） 經濟粗糙度 Ra 值/ μ m 適用范圍1 粗車 IT13-IT11 50-12.5 適用于淬火鋼以外的各種金屬2 粗車 -半精車 IT10-IT8 6.3-3.23 粗車 -半精車-精車 IT8-IT7 1.6-0.84 粗車 -半精車-精車- 滾壓 IT8-IT7 0.2-0.0255 粗車 -半精車-磨削 IT8-IT7 0.8-0.4 主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不適用于有色金屬6 粗車 -半精車-粗磨- 精磨 IT7-IT6 0.4-0.17 粗車 -半精車-粗磨- 精磨-超精加工（或輪式超精磨） IT5 0.1-0.012（或 Rz 0.1）8 粗車 -半精車-精車- 精細車（金剛車） IT7-IT6 0.4-0.025 主要用于要求較高的有色金屬9 粗車 -半精車-粗磨- 精磨-超精磨（或鏡面磨） IT5 以上 0.025-0.006（或 Rz 0.1） 極高精度的外圓加工畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算212110 粗車 -半精車-粗磨- 精磨- 研磨 IT5 以上 · 012 （或 Rz 0.1）2、外圓表面的車削加工(1)外圓車削的形式軸類零件外圓表面的主要加工方法是車削加工。主要的加工形式有：荒車 自由鍛件和大型鑄件的毛坯，加工余量很大，為了減少毛坯外圓形狀誤差和位置偏差，使后續(xù)工序加工余量均勻，以去除外表面的氧化皮為主的外圓加工，一般切除余量為單面 1-3mm。粗車 中小型鍛、鑄件毛坯一般直接進行粗車。粗車主要切去毛坯大部分余量（一般車出階梯輪廓），在工藝系統(tǒng)剛度容許的情況下，應選用較大的切削用量以提高生產效率。半精車 一般作為中等精度表面的最終加工工序，也可作為磨削和其它加工工序的預加工。對于精度較高的毛坯，可不經粗車，直接半精車。精車 外圓表面加工的最終加工工序和光整加工前的預加工。精細車 高精度、細粗糙度表面的最終加工工序。適用于有色金屬零件的外圓表面加工，但由于有色金屬不宜磨削，所以可采用精細車代替磨削加工。但是，精細車要求機床精度高，剛性好，傳動平穩(wěn)，能微量進給，無爬行現象。車削中采用金剛石或硬質合金刀具，刀具主偏角選大些（ 45 o -90 o ）,刀具的刀尖圓弧半徑小于 0.1-1.0mm， 以減少工藝系統(tǒng)中彈性變形及振動。(2)車削方法的應用1）普通車削 適用于各種批量的軸類零件外圓加工，應用十分廣泛。單件小批量常采用臥室車床完成車削加工；中批、大批生產則采用自動、半自動車床和專用車床完成車削加工。2)數控車削 適用于單件小批和中批生產。應用愈來愈普遍，其主要優(yōu)點為柔性好，更換加工零件時設備調整和準備時間短；加工時輔助時間少，可通過優(yōu)化切削參數和適應控制等提高效率；加工質量好，專用工夾具少，相應生產準備成本低；機床操作技術要求低，不受操作工人的技能、視覺、精神、體力等因素的影響。對于軸類零件，具有以下特征適宜選用數控車削。結構或形狀復雜，普通加工操作難度大，工時長，加工效率低的零件。加工精度一致性要求較高的零件。切削條件多變的零件，如零件由于形狀特點需要切槽，車孔，車螺紋等，加工中要多次改變切削用量。批量不大，但每批品種多變并有一定復雜程度的零件。畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算2222對帶有鍵槽，徑向孔（含螺釘孔）、端面有分布的孔（含螺釘孔）系的軸類零件，如帶法蘭的軸，帶鍵槽或方頭的軸，還可以在車削加工中心上加工，除了能進行普通數控車削外，零件上的各種槽、孔（含螺釘孔）、面等加工表面也可一并能加工完畢。工序高度集中，其加工效率較普通數控車削更高，加工精度也更為穩(wěn)定可靠。（3）外圓表面的磨削加工用磨具以較高的線速度對工件表面進行加工的方法稱為磨削。磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。磨削的工藝范圍很廣，可以劃分為粗磨、精磨、細磨及鏡面磨。磨削加工采用的磨具（或磨料）具有顆粒小，硬度高，耐熱性好等特點，因此可以加工較硬的金屬材料和非金屬材料，如淬硬鋼、硬質合金刀具、陶瓷等；加工過程中同時參與切削運動的顆粒多，能切除極薄極細的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作為一種精加工方法，在生產中得到廣泛的應用。由于強力磨削的發(fā)展，也可直接將毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，從而獲得了較高的生產率。3.7.3 軸與輪的配合結構其結構示意圖如圖 3.7.3 所示：畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算23231.走行輪支撐座 2.帶立式座外球面軸承 3.軸 4.螺栓 5.平墊 6.彈簧墊 7.鏈輪圖：3.7.3軸的計算及校核：軸的強度計算的步驟為：一、軸的強度計算1、按扭轉強度條件初步估算軸的直徑 機器的運動簡圖確定后，各軸傳遞的 P 和 n 為已知，在軸的結構具體化之前，只能計算出軸所傳遞的扭矩，而所受的彎矩是未知的。這時只能按扭矩初步估算軸的直徑，作為軸受轉矩作用段最細處的直徑 dmin，一般是軸端直徑。 根據扭轉強度條件確定的最小直徑為： （mm ） 式中：P 為軸所傳遞的功率（KW）n 為軸的轉速（r/min）Ao 為計算系數 若計算的軸段有鍵槽，則會削弱軸的強度，此時應將計算所得的直徑適當增大，若有一個鍵槽，將 dmin 增大 5％，若同一剖面有兩個鍵槽，則增大 10％。以 dmin 為基礎，考慮軸上零件的裝拆、定位、軸的加工、整體布局、作出軸的結構設計。在軸的結構具體化之后進行以下計算。2、按彎扭合成強度計算軸的直徑l）繪出軸的結構圖2）繪出軸的空間受力圖 3）繪出軸的水平面的彎矩圖 4）繪出軸的垂直面的彎矩圖5）繪出軸的合成彎矩圖 6）繪出軸的扭矩圖7）繪出軸的計算彎矩圖8）按第三強度理論計算當量彎矩：畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算2424式中：α 為將扭矩折合為當量彎矩的折合系數，按扭切應力的循環(huán)特性取值:a）扭切應力理論上為靜應力時，取 α=0.3。b）考慮到運轉不均勻、振動、啟動、停車等影響因素，假定為脈動循環(huán)應力 ，取 α=0.59。c）對于經常正、反轉的軸，把扭剪應力視為對稱循環(huán)應力，取 α=1（因為在彎矩作用下，轉軸產生的彎曲應力屬于對稱循環(huán)應力）。9）校核危險斷面的當量彎曲應力（計算應力）：式中：W 為抗扭截面摸量（mm3）。為對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力， 查表 1。如計算應力超出許用值，應增大軸危險斷面的直徑。如計算應力比許用值小很多，一般不改小軸的直徑。因為軸的直徑還受結構因素的影響。一般的轉軸，強度計算到此為止。對于重要的轉軸還應按疲勞強度進行精確校核。此外，對于瞬時過載很大或應力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸，還應按峰尖載荷校核其靜強度，以免產生過量的塑性變形。二、按疲勞強度精確校核按當量彎矩計算軸的強度中沒有考慮軸的應力集中、軸徑尺寸和表面品質等因素對軸的疲勞強度的影響，因此，對于重要的軸，還需要進行軸危險截面處的疲勞安全系數的精確計算，評定軸的安全裕度。即建立軸在危險截面的安全系數的校核條件。 安全系數條件為： 1.3~1.5 用于材料均勻，載荷與應力計算精確時； 畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算25251.5~1.8 用于材料不夠均勻，載荷與應力計算精確度較低時； 1.8~2.5 用于材料均勻性及載荷與應力計算精確度很低時或軸徑＞200mm 時。 三、按靜強度條件進行校核靜強度校核的目的在于評定軸對塑性變形的抵抗能力。這對那些瞬時過載很大，或應力循環(huán)的不對稱性較為嚴重的的軸是很有必要的。軸的靜強度是根據軸上作用的最大瞬時載荷來校核的。靜強度校核時的強度條件是：式中： ——危險截面靜強度的計算安全系數；——按屈服強度的設計安全系數；＝1.2~1.4，用于高塑性材料（ ≤0.6）制成的鋼軸；＝1.4~1.8，用于中等塑性材料（ ＝0.6~0.8）制成的鋼軸；＝1.8~2，用于低塑性材料制成的鋼軸；＝2~3，用于鑄造軸；——只考慮安全彎曲時的安全系數；——只考慮安全扭轉時的安全系數；式中： 、 ——材料的抗彎和抗扭屈服極限，MPa；其中 ＝(0.55~0.62) ；Mmax、Tmax——軸的危險截面上所受的最大彎矩和最大扭矩，N.mm；Famax——軸的危險截面上所受的最大軸向力，N；A——軸的危險截面的面積， m ；W、WT——分別為危險截面的抗彎和抗扭截面系數，m 。 畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算2626四、軸的設計用表材料牌號毛坯直徑（mm）硬度(HBS)抗拉強度極限 σb屈服強度極限 σs許用彎曲應力[ σ -1]備注≤100 400~420 225Q235A 100~250375~390 21540用于不重要及受載荷不大的軸≤10170~217590 295100~300 162~217 570 285 5545≤200 217~255 640 355 60 應用最廣泛40Cr≤100100~300241~28673568554049070用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸40CrNi≤100100~300270~300240~27090078573557075用于很重要的軸38SiMnMo≤100100~300229~286217~26973568559054070用于重要的軸，性能近于 40CrNi38CrMoAlA≤6060~100293~32193083578568575用于要求高耐磨性，高畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算2727100~160277~302241~277785 590 強度且熱處理（氮化）變形很小的軸20Cr≤60滲碳56~62HRC64039060用于要求強度及韌性均較高的軸3Cr13 ≤100 ≥241 835 635 75用于腐蝕條件下的軸≤100 5301Cr18Ni9Ti100~200≤192490195 45用于高低溫及腐蝕條件下的軸QT600-3 190~270600 370QT800-2 245~335800 480用于制造復雜外形的軸表 2 零件倒角 C 與圓角半徑 R 的推薦值直徑 d 6~10 10~18 18~30 30~50 50~8080~120120~180C 或 R0.50.60.8 1.01.21.62.0 2.5 3.0表 3 軸常用幾種材料的[ ]和 A0 值軸的材料 Q235 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi 畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算2828[ ] 12～20 12～25 20～30 30～40 40～52 A0 160～135 148～125 135～118 118～107 107～98 輪的計算與校核1.軸的材料選取選取 45 鋼，調制處理，參數如下:硬度為 HBS＝ 220抗拉強度極限 σB＝650MPa屈服強度極限 σs＝360MPa彎曲疲勞極限 σ－1＝270MPa剪切疲勞極限 τ－1＝155MPa許用彎應力[σ －1]=60MPa 2.初步估計軸的最小直徑軸上的轉速 功率 由以上機械裝置的運動和動力參數計算部分可知?n2P2=47.7 ； =6.25 取 =1152mi/rkwAO58.4?32inpAdo??7.42561m輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處的直徑 .為了使所選的軸的直徑 與聯軸器的Id? Id?孔徑相適應，故需要同時選取聯軸器型號。聯軸器的計算轉矩 ，查表 14-1，考慮到轉矩變化小，故取 .則2TKAca? 51?AK＝ =1906800 按照計算轉矩 應小于聯軸器公稱轉矩的條件。2TAca?.13075.?mN?caT查機械設計手冊（軟件版）R2.0 ，選 HL5 型彈性套柱銷連軸器，半聯軸器孔的直徑 ，mdI60長度 L＝ 142mm，半聯軸器與軸配合的轂孔長度 。故取 ＝60mmL107?Id?3.擬定軸的裝配方案4. 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算2929（1）選取 d =60mm, 。因 I-II 軸右端需要制出一個??I mlI107＝?定位軸肩，故取 I＝（2）初選滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，，故選用深溝球軸承，參照工作要求， 由軸知其工作要求并根據 dⅡ–Ⅲ＝70mm，選取單列圓錐滾子軸承33015 型,由機械設計手冊(軟件版 )R2.0 查得軸承參數：軸承直徑：d＝75mm ； 軸承寬度：B＝31mm，D=115mm 所以， mdVII75??（3）右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。取 33215 型軸承的定位軸肩高度 h=2mm,因此，取 mdVI79??（4）取做成齒輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑 ＝85mm；ⅤⅣ ?齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位，齒輪的寬度為 64mm,取 mlVI62??（5）軸承端蓋的總寬度為 20mm。根據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與帶輪右端面間的距離 l ＝30mm， 故取 mlI05＝?（6）因為低速軸要和高速軸相配合，其兩個齒輪應該相重合，所以取 =42mm.lⅣⅢ -=32 mmlⅥⅤ -(7）軸上零件的周向定位。齒輪、帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯接（詳細選擇過程見后面的鍵選擇）。（8）確定軸上的圓角和倒角尺寸取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R＝1.2mm取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R＝1.2mm畢業(yè)設計論文 六足機器人的設計計算30304.計算過程1.根據軸上的結構圖作出軸的計算簡圖。確定軸承的支點位置大致在軸承寬度中間。故 mL157＝ mL652?3?因此作為簡支梁的支點跨距 .120532 m＝＋＝＋計算支反力 作用在低速軸上的 = =6220NdTFt2?4017.?=2263.8N?tanr?水平面方向 ΣMB＝0,故065124＝???tNHFNH3694＝=0, ?Nt 285123 ???垂直面方向 ΣMB＝0，故,65124???rNVFNV164ΣF＝0, Nr 037.823.843 ???