文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目： 一種攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名： 職 稱： 題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實(shí) 驗(yàn) 研 究 ?工 程 設(shè) 計(jì) ?工 程 技 術(shù) 研 究 ?軟 件 開 發(fā)年 12 月 28 日一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985本設(shè)計(jì)要求學(xué)生攀爬機(jī)器機(jī)械部分為設(shè)計(jì)對(duì)象，旨在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鼋鉀Q問題的能力和綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的能力。需要學(xué)生充分運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、 裝 備 設(shè) 計(jì) 制 造 、 制 圖 、 工 藝 、 公 差 與 技 術(shù)測(cè) 量等 機(jī)械專業(yè)知識(shí)進(jìn)行機(jī)器的方案設(shè)計(jì)、零件的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算、工藝卡片編制等。1、查閱文獻(xiàn)資料，進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，了解目前已有的攀爬機(jī)械的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，做好設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。2、根據(jù)給定的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求，提出攀爬機(jī)器的設(shè)計(jì)方案（兩種及兩種以上），進(jìn)行比較后選出最佳方案作為設(shè)計(jì)對(duì)象；3、對(duì)攀爬機(jī)器的各部分結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行具體設(shè)計(jì)、進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算及受力分析，并選擇合適的零件材料；4、運(yùn)用 CAD、CAXA 等 CAD 工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，完成攀爬機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制其零件圖、裝配圖。5、熟悉零件的加工工藝，對(duì)典型零件進(jìn)行加工工藝路線分析；6、總結(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，整理設(shè)計(jì)思路，編寫設(shè)計(jì)說明書。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、設(shè)計(jì)的機(jī)械要能負(fù)重 5kg 攀爬直徑 120-200 內(nèi)的直桿，要求運(yùn)動(dòng)可靠。2、設(shè)計(jì)該攀爬機(jī)器的零部件，制定出主要零部件的工藝規(guī)程，并編制主要零部件的制造工藝；3、采用 CAD 設(shè)計(jì)軟件（如：CAXA、SolidWorks、AutoCAD 等）對(duì)零部件進(jìn)行實(shí)體建模、繪制其二維裝配圖與零件圖。4、編寫設(shè)計(jì)說明書。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作1、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） ，在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中必須包括詳細(xì)的 300-500 個(gè)單詞的英文摘要；對(duì)零件進(jìn)行必要設(shè)計(jì)計(jì)算、對(duì)于有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的零部件，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行選擇或設(shè)計(jì)，編制出主要零件的加工工藝卡，要求符合實(shí)際加工情況，合理選擇零件的加工機(jī)床；2、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文） ，要求排版整齊，無明顯語法、字詞的錯(cuò)誤；3、繪制出所設(shè)計(jì)攀爬機(jī)器的零件圖和裝配圖，要求折算到 A0 圖紙 3 張以文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985上，其中必須包含兩張 A3 以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙，要求圖形繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)，方便讀圖，重要零件的關(guān)鍵尺寸和公差要標(biāo)注完整正確，并配注合理的技術(shù)要求。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1].左健民. 液壓與氣壓傳動(dòng)（第 4 版）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011.[2].濮良貴、紀(jì)名剛等. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.北京:高等教育出版社,2006.[3].甘永立.幾何量公差與檢測(cè)（第七版）.上海:上?？萍即髮W(xué)出版社 ,2005.[4].王運(yùn)炎，葉尚川. 機(jī)械工程材料（第 2 版）. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[5].《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.實(shí)用機(jī)械手冊(cè)（上）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[6].機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)第 4 卷.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[7].機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)第 3 卷.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [8].詹友剛.SolidWorks 2012 機(jī)械設(shè)計(jì)教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2012.[9].HOWELL L L. Compliant mechanisms[M]. New York：Wiley Interscience，2001.[10].KIM C J. A conceptual approach to the computational synthesis of compliant mechanisms[D]. Michigan :University of Michigan，2005.五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件計(jì)算機(jī)一臺(tái)，并裝有 CAD 設(shè)計(jì)軟件（AutoCAD，CAXA，UG，Pro/E 呀Solidworks）等。文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396 或 11970985任務(wù)下達(dá)時(shí)間：2015 年 12 月 28 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開始與完成時(shí)間：2015 年 12 月 28 日至 2016 年 05 月 22 日組織實(shí)施單位：機(jī)械電子工程系教研室主任意見：簽字： 2015 年 12 月 30 日院領(lǐng)導(dǎo)小組意見：簽字： 2015 年 12 月 31 日文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書 ,咨詢 Q 197216396 或 11970985編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：一種攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：職 稱：題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實(shí) 驗(yàn) 研 究 ?工 程 設(shè) 計(jì) ?工 程 技 術(shù) 研 究 ?軟 件 開 發(fā)年 6 月 3 日文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書 ,咨詢 Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 I摘 要在一些工程類建筑中，一些直徑比較小的直桿隨處可見，對(duì)于這些直桿作業(yè)一直存在著一些問題，人為作業(yè)較為困難和危險(xiǎn)。設(shè)計(jì)一個(gè)可攀爬直桿的機(jī)器人，通過該機(jī)器人平臺(tái)搭載一些作業(yè)機(jī)器，對(duì)于解決小直桿的作業(yè)問題具有較大現(xiàn)實(shí)意義。本次設(shè)計(jì)的攀爬機(jī)器人是由眾多簡(jiǎn)易的機(jī)構(gòu)組成，在結(jié)構(gòu)上面比較簡(jiǎn)單，利用我們平時(shí)生活中隨處可見的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等等結(jié)合而成。利用凸輪結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)手爪的夾緊與松開，在驅(qū)動(dòng)源方面只采用一個(gè)輕質(zhì)電機(jī)，避免電機(jī)過多造成結(jié)構(gòu)上的繁瑣和避免重量過重。機(jī)械手的手爪采用的是彈簧夾緊的原理，彈簧提供的力足夠支撐整個(gè)機(jī)器人的自重和負(fù)重。通過彈簧解決了在變直徑桿上攀爬的問題。本文對(duì)曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)和受力分析證明了該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。還通過減速箱的設(shè)計(jì)賦予機(jī)器人一定的攀爬運(yùn)動(dòng)速度。還對(duì)手爪、軸、軸承等部件的受力校核證明該機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上面的穩(wěn)定性。該機(jī)器人還具有一定的負(fù)重能力。可以在機(jī)器人上面搭載一些作業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)多功能作業(yè)。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人通過各機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)工作，工作簡(jiǎn)單可靠。本文還對(duì)輸出軸的尺寸、配合進(jìn)行了說明。對(duì)軸的加工工藝進(jìn)行了工藝規(guī)程制定，分析各工序的制定方法。對(duì)于軸類零件的加工工序有一定的了解與掌握。關(guān)鍵詞：爬桿機(jī)器人；變直徑桿；夾緊；曲柄滑塊文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書 ,咨詢 Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 II文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書 ,咨詢 Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 IIIAbstractIn some of the engineering building, a number of relatively small diameter straight bar everywhere, straight bar for these jobs, there has been some problems, man-made work more difficult and dangerous. Design a robot can climb straight bar, equipped with some of the work machine by the robot platform for solving the problems of small jobs straight bar has a larger significance.The climbing robot designed by many simple bodies, in the above structure is relatively simple, we usually use slider-crank mechanism life everywhere, the cam mechanism, and so a combination. Using the motion characteristics of the cam mechanism to achieve clamping and release the gripper, in terms of the driving source using only a lightweight damping motor to avoid the motor caused by excessive red tape and avoid excessive weight on the structure. Robot gripper uses the principle of a spring clamp, the spring force provided enough to support its own weight and the weight of the whole robot. By spring solves the problem of variable diameter pole climbing.In this paper, the crank-slider motion and stress analysis to prove the stability and reliability of the robot movement. Also gives some climbing robot movement speed by gearbox design. Also force the opponent claw, shafts, bearings and other parts of the check show that the stability of the structure above the robot. The robot also has a certain weight-bearing capacity. Some jobs may be mounted on top of the robot in robot to achieve mufti-functional operations. The robot design work through the linkage mechanism, work is simple and reliable.文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書 ,咨詢 Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 IVThis paper also the size of the output shaft, with the described. Axis machining process were to develop process planning, analysis of the development method in each step. For shaft machining operations have a certain understanding and grasp.According to the axis of the development process card. Reasonable and feasible production process planning.Keywords: pole-climbing robots; variable diameter rod; clamp; crank-slider目 錄1 緒論 .11.1 攀爬直桿機(jī)器人研究目的 .11.2 研究現(xiàn)狀 .11.3 研究?jī)?nèi)容 .22 爬桿機(jī)器人方案設(shè)計(jì) .32.1 方案選擇 .32.2 設(shè)計(jì)方法 .52.2.1 仿生設(shè)計(jì) 52.2.2 夾緊裝置設(shè)計(jì) 62.2.3 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 72.2.4 小結(jié) 73 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .83.1 機(jī)械手爪設(shè)計(jì) .83.1.1 機(jī)械手爪力學(xué)分析 93.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .103.2.1 曲柄滑塊速度分析 113.3 連桿的受力分析 .113.3 移動(dòng)凸輪的設(shè)計(jì) .123.4 盤形凸輪設(shè)計(jì) .134 減速箱設(shè)計(jì) .144.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .144.2 齒輪設(shè)計(jì) .14文件包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書 ,咨詢 Q 197216396 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 V4.2.1 齒輪類型、材料及強(qiáng)度計(jì)算 154.3 軸的設(shè)計(jì) .264.3.1 聯(lián)軸器的選擇 264.3.2 軸承選擇 274.3.3 確定軸的結(jié)構(gòu)與尺寸 284.3.4 軸的校核 294.4 軸承的校核 .344.4.1 軸承的徑向載荷 344.4.2 軸承的軸向力校核 .354.4.3 軸承的徑向當(dāng)量載荷 355 彈簧的選擇 .376 零件的加工工藝規(guī)程 .396.1 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 396.2 確定零件的裝夾 .396.3 定位基準(zhǔn)的選擇原則 .396.4 加工刀具的選擇 .396.5 機(jī)床選擇 .396.5 主要加工工序安排 .407 結(jié)論 .42致謝 .43參考文獻(xiàn) .44附錄 .45畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共 45 頁1 緒論1.1 攀爬直桿機(jī)器人研究目的機(jī)器人的起源要追溯到 3000 多年前，但是從 60 年代以后機(jī)器人技術(shù)得到飛速的發(fā)展。經(jīng)過 50 來年的研發(fā)和使用，機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入新的時(shí)代了。機(jī)器人在過去只是工業(yè)機(jī)械手，但是現(xiàn)在我們已經(jīng)重新定義，機(jī)械手只是其中機(jī)器人中的一部分了，現(xiàn)在我們所說機(jī)器人是新型的、新一代的，可以協(xié)作的，還有服務(wù)型的機(jī)器人，包括醫(yī)療、服務(wù)、家庭、康復(fù)等等方面可以為人類解決有難度或有危險(xiǎn)的問題。人們的生活越來越好，越來越多的地方城市化率增高，高樓林立，街道四通八達(dá)。我們平常經(jīng)過道路時(shí)可以看到好多樹立的電線桿、電燈桿、廣告牌立柱等等圓柱形直桿。但是由于直桿在室外遇到各種環(huán)境問題或者人為因素，常常需要環(huán)衛(wèi)工人清洗或者相關(guān)人員維修。在清洗一些高空建筑時(shí)如果采用人工清洗具有很大的危險(xiǎn)性。對(duì)于電線桿等直徑比較大的直桿，通過人工攀爬作業(yè)比較方便，也可以采用工程車工作。都但是一些直接比較小的直桿，就像我們?cè)谏钪幸姷降囊恍┭b路燈的直桿，如果通過人工攀爬上去工作比較困難。采用工程車進(jìn)行作業(yè)的話，作業(yè)成本較高，在擁擠狹小的路段作業(yè)比較困難。研發(fā)一些攀爬類的機(jī)器人就變的尤為重要了。爬桿機(jī)器人的研究需要機(jī)械設(shè)計(jì)，電子設(shè)計(jì)，軟件工程、材料科學(xué)、以及仿生學(xué)等一些列基礎(chǔ)學(xué)科融合交匯。需要進(jìn)行線性、非線性模型計(jì)算?？梢岳脗鞲衅鞯刃畔⒖刂?，三維建模分析和仿真運(yùn)動(dòng)。1.2 研究現(xiàn)狀爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)并不是唯一的，不同的設(shè)計(jì)者有著不同的思路，但是總的來說國內(nèi)外的機(jī)器人研究主要在桿上固定方式上面有所不同。Woody 系列機(jī)器人。2005 年在日本愛知博覽會(huì)上展出了林業(yè)機(jī)器人 Woody-1（圖1.1）隨后又于 2009 年開發(fā)出改型后的機(jī)器人 Woody-2（圖 1.2）。對(duì)夾子進(jìn)行了簡(jiǎn)化，移動(dòng)方式也由原來的絲杠驅(qū)動(dòng)線性移動(dòng)變?yōu)槎嚓P(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 。]1[圖 1.1 Woody-1 機(jī)器人 圖 1.2 Woody-2 機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁 共 45 頁雙手爪攀爬機(jī)器人 Shady3D （圖 1.3）,他只有 3 個(gè)自由度可以在一個(gè)空間桁架中]2[攀爬，但是對(duì)桁架要求極高。可以通過兩臺(tái) Shady3D 形成 6 個(gè)自由度從而進(jìn)行桿件過渡。圖 1.3 shady3D 機(jī)器人RiSE(Robots in Scansorial Environments) 是一個(gè)仿生攀爬機(jī)器人（圖 1.4）。設(shè)計(jì)]3[者們參考四條腿的壁虎攀爬機(jī)理和六條腿的嶂螂攀爬機(jī)理，采用模塊化設(shè)計(jì)思想以提高機(jī)器人構(gòu)型的靈活性，將每條腿做成一個(gè)單獨(dú)的模塊，使得 RISE 可以在四腿和六腿行走之間轉(zhuǎn)換 [1]。類似的還有管道爬行機(jī)器人 3DClimber 和并聯(lián)機(jī)器人 CPR 。]4[ [5]圖 1.4 Rise 系列機(jī)器人1.3 研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)直桿內(nèi)爬行的機(jī)器人，類似于 Shady3D 擁有三個(gè)自由度。該機(jī)器人具備負(fù)重 5kg 的能力和在直徑為 120mm 到 200mm 的直桿爬行?？梢再x予該機(jī)器人大約 100mm/s 的攀爬速度。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁 共 45 頁2 爬桿機(jī)器人方案設(shè)計(jì)2.1 方案選擇對(duì)于機(jī)器人行走的工作原理主要有以下幾種：氣動(dòng)蠕動(dòng)式：可以通過機(jī)構(gòu)本的自鎖或者是利用靜摩擦原理。螺旋爬升式：利用滾動(dòng)摩擦的原理來實(shí)現(xiàn)；直線行走式：直接通過克服動(dòng)摩擦來運(yùn)動(dòng)；關(guān)節(jié)式爬行：利用移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；并聯(lián)式爬行：利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。方案1：讓機(jī)器人直接抱緊在直桿上，通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，讓與直桿直接接觸的輪子運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)機(jī)器人上的彈簧的拉伸長度來獲得一定的預(yù)緊力，是的機(jī)器人抱緊直桿。面對(duì)不同的直桿調(diào)節(jié)不同的彈簧尺寸已達(dá)到一定的預(yù)緊力。機(jī)器人的大體設(shè)計(jì)如圖2.1。該方案的機(jī)器人可提供較大的負(fù)載能力，運(yùn)行比較平穩(wěn)，是和一定范圍內(nèi)的直桿，但是該方案不能再一根變直徑桿上連續(xù)工作，在換直徑的直桿工作前要調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力，比較麻煩。1.電動(dòng)機(jī)，2.減速箱，3.皮帶，4.彈簧，5.車輪圖 2.1 爬桿機(jī)器人方案 1方案 2：在開始作業(yè)前，將機(jī)器人安裝到直桿上，通過調(diào)節(jié)機(jī)器人上的螺母使機(jī)器人對(duì)直桿有一定的預(yù)緊力，與方案 1 的彈簧提供預(yù)緊力不同，直接通過機(jī)器人的收緊力來保證機(jī)器人正常工作。當(dāng)機(jī)器人在直桿上固定以后，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供力讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，面對(duì)不同的直桿需要在安裝的時(shí)候調(diào)節(jié)好機(jī)器人直接上的不同連接孔。機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 45 頁的大體設(shè)計(jì)如圖 2.2 所示該方案的機(jī)器人同樣可以提供較大的負(fù)載能力，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是該方案不能再一根變直徑桿上運(yùn)動(dòng)，每次變換桿時(shí)要調(diào)節(jié)連接孔，操作上比較麻煩。1.螺釘 2.車輪 3.減速箱 4.電機(jī) 5.直桿圖 2.2 爬桿機(jī)器人方案 2方案 3：將機(jī)器人安裝在直桿上，下手抓通過彈簧夾緊直桿，上手抓松開，電機(jī)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)凸輪將上手抓頂起，上手抓夾緊，下手抓松開并上升從而達(dá)到機(jī)器人的爬行功能。通過彈簧收縮力提供預(yù)緊力使手抓收縮，電機(jī)提供動(dòng)力。在變直徑的情況下彈簧力改變以確保爬桿機(jī)器人的正常作業(yè)。大體方案設(shè)計(jì)如圖 2.3 所示該方案所能提供負(fù)載有限，但針對(duì)本次設(shè)計(jì)要求該機(jī)器人滿足負(fù)載 5kg 的技術(shù)要求，并且能在一根變直徑桿上作業(yè)，通過彈簧的拉力可以適應(yīng) 120~200mm 的直徑桿，滿足本次設(shè)計(jì)的所有技術(shù)要求。小結(jié)：通過比較以上列出的三個(gè)設(shè)計(jì)方案，本次設(shè)計(jì)的方案采用方案三。該方案滿足本次設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)緊湊可靠性高。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 共 45 頁1.機(jī)械手爪 2.移動(dòng)凸輪 3.連桿 4.彈簧 5.盤形凸輪 6.導(dǎo)桿圖 2.3 爬桿機(jī)器人方案 32.2 設(shè)計(jì)方法2.2.1 仿生設(shè)計(jì)說道爬桿運(yùn)動(dòng)我們首先能聯(lián)想到生活中的許多動(dòng)物的爬樹姿態(tài)，例如我們?nèi)ス珗@參觀總能看到猴子爬在樹上（如圖 2.4），還有在電線維修和安裝電表時(shí)我們能看到工人穿上腳扣（圖 2.5），然后通過雙手向上爬行，腳扣向下傾斜形成自鎖，腳扣上面的橡膠跟電線桿用較大的摩擦系數(shù)。還有我們?cè)谏钪谐３Ｄ芸吹降囊环N昆蟲尺蛾（圖2.6）。在爬行時(shí)，它先使腹足和尾足抓住樹枝，在通過身體向上運(yùn)動(dòng)，然后用前足抓緊樹枝，松開腹足和尾足，向前或向上運(yùn)動(dòng)。有這幾個(gè)生活中的事例我能可以運(yùn)用到我們爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中。圖 2.3 猴子爬樹 圖 2.5 工人攀爬電線桿 圖 2.6 尺蛾我們可以通過仿生學(xué)的靈感來設(shè)計(jì)我們機(jī)器人的爬行運(yùn)動(dòng)方案。方案 1：我們可以參考機(jī)床中絲杠的運(yùn)動(dòng)原理，在下手爪固定時(shí)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)使上手爪通過絲杠上升，到達(dá)固定位置后下手抓松開，通過傳動(dòng)使的下手抓上升，到一定位置后下手抓固定完成一次運(yùn)動(dòng)。方案 2：在機(jī)械結(jié)構(gòu)中有一種很常見的機(jī)構(gòu)-- 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在下手爪固定時(shí)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)是的滑塊到達(dá)最大行程處，上手抓固定、下手抓松開，通過驅(qū)動(dòng)力是連桿帶動(dòng)下手抓上升。再重復(fù)動(dòng)作即可達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的運(yùn)動(dòng)?？偨Y(jié)：方案 1 的運(yùn)動(dòng)過程較為穩(wěn)定，但是結(jié)構(gòu)重量較重，材料價(jià)格比較貴。方案2 的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性一般，但是結(jié)構(gòu)重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方案設(shè)計(jì)比較實(shí)惠。所以選擇方案2 的設(shè)計(jì)（圖 2.7）。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 45 頁圖 2.7 運(yùn)動(dòng)周期圖2.2.2 夾緊裝置設(shè)計(jì)對(duì)于手爪的夾緊方案的設(shè)計(jì)我們同樣可以參照我們生活中的一些實(shí)例來進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如我們平時(shí)用火鉗之類的帶手爪的工具時(shí)我們是如何夾緊物件的。我們可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖 2.8），該機(jī)構(gòu)雖然能實(shí)現(xiàn)加緊功能，但是如果是在變直桿上面工作，直桿直徑變化使得較大會(huì)無法夾緊直桿從而失去工作能力。我們可以通過參考我們生活中一些帶彈簧的鉗子（圖 2.9）將彈簧上的壓簧變成拉簧，通過拉簧產(chǎn)生的拉力作用使得手爪夾緊直桿，大體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖 2.10 所示。圖 2.8 連桿驅(qū)動(dòng)手爪 圖 2.9 鉗子圖 2.10 夾緊裝置大體結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 45 頁2.2.3 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)根據(jù)以上的設(shè)計(jì)方案結(jié)果我們可以得出本次設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分布：狀態(tài) 1：:在初始狀態(tài)是，機(jī)器人的下機(jī)械手爪夾緊直桿，同時(shí)上機(jī)械手爪在彈簧作用下松開。狀態(tài) 2：電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過減速箱連接帶動(dòng)曲柄以及和曲柄一起固定在下手爪處的兩個(gè)盤形凸輪機(jī)構(gòu)順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，盤形凸輪推動(dòng)下機(jī)械臂想外擺動(dòng)，機(jī)械手爪向外松開。當(dāng)盤形凸輪轉(zhuǎn)過小半徑的圓弧后，下方的手爪松開；同時(shí)移動(dòng)凸輪向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)上方手爪夾緊直桿。狀態(tài) 3：電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)器人的上機(jī)械手夾緊，而下機(jī)械手此刻處于松開狀態(tài)，機(jī)器人下半部分被運(yùn)動(dòng)到極限位置，即上升到最高位置。狀態(tài) 4：電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人下部的盤形凸輪轉(zhuǎn)過最大半徑的圓弧后，下機(jī)械手爪開始收縮，并夾緊；同時(shí)移動(dòng)凸輪向上運(yùn)動(dòng)走過空行程，在凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，上機(jī)械手爪開始松開。狀態(tài) 5：電機(jī)持續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于此時(shí)下方手爪夾緊直桿，而上方手爪處于松開，電動(dòng)機(jī)通過曲柄產(chǎn)生的推力使得機(jī)器人的上半部分向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲柄和連桿拉直共線即滑塊可到達(dá)的最大行程是，機(jī)器人上半部分上升到極限位置。機(jī)器人從狀態(tài) 1 運(yùn)行到狀態(tài) 5 可完成一次爬行。2.2.4 小結(jié)本文設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人攀爬的是 120~200mm 的變直徑桿，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人仿照人爬樹的原理，其結(jié)構(gòu)組成包括夾持機(jī)構(gòu)，由上下機(jī)械手爪組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)桿的抱緊，通過上、下機(jī)械手爪的交替夾緊來實(shí)現(xiàn)爬桿機(jī)器人的支點(diǎn)定位和蠕動(dòng)；移動(dòng)機(jī)構(gòu)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組成；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，整個(gè)機(jī)器人只采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，既減輕了重量，又滿足了運(yùn)動(dòng)要求。整個(gè)爬桿機(jī)機(jī)器人長度為 260mm 左右，寬的尺寸為 150mm作業(yè)，高度為 430mm 作業(yè)，整個(gè)機(jī)器人的重量不超過 3kg，整個(gè)爬桿機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要通過 2 根長為 430mm 的鋁管連接在一起。機(jī)械手跟套筒固定在兩根管上。下機(jī)械手固定，上機(jī)械手爪可以上下移動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)主要有在上機(jī)械手爪的移動(dòng)凸輪和一個(gè)在下機(jī)械手爪的兩個(gè)并聯(lián)的盤形凸輪構(gòu)成。兩種凸輪和上下機(jī)械手的裝置通過曲柄滑塊裝置連接起來，是的各個(gè)機(jī)構(gòu)能夠正常運(yùn)作并形成一個(gè)整體，上部的擺桿機(jī)構(gòu)在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下可以沿導(dǎo)桿上下移動(dòng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 45 頁3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手爪設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人采用的是上下兩個(gè)手爪的機(jī)械設(shè)計(jì)，屬于雙手抓攀爬機(jī)器人的一種。雙手爪攀爬機(jī)器人是指一類結(jié)構(gòu)上由多自由度本體和首尾攀附裝置組成的，通過兩手爪交替固定并配合本體屈伸或扭擺等運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)自身整體移動(dòng)的特種攀爬機(jī)器人 。在本次的設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求攀爬直徑 120-200mm 內(nèi)的直桿。在接觸部分我們]7[采用橡膠增大摩擦力。在將一個(gè)圓形塊焊接到橡膠邊上（圖 3.1），機(jī)械手跟橡膠塊相連，利用橡膠塊增大整個(gè)機(jī)械手爪的和所要攀爬直桿的摩擦力，增加整個(gè)機(jī)器人可靠性。圖 3.1 機(jī)械手爪橡膠塊在根據(jù)直桿的大小我們可以大體設(shè)計(jì)出手爪的外形和尺寸（圖 3.2）。根據(jù)電機(jī)的大致尺寸設(shè)定旋轉(zhuǎn)中心跟直桿中心水平距離為 67mm，垂直距離為 129mm，橡膠塊的厚度為 5mm，機(jī)械手爪的連接臂繞導(dǎo)桿的擺動(dòng)角度范圍在 7.8°以內(nèi)?？紤]到安裝機(jī)器人的問題，所以機(jī)械手抓的擺動(dòng)角度大概在 10°左右。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 45 頁圖 3.2 機(jī)械手爪設(shè)計(jì)尺寸圖機(jī)械手爪的厚度取 10mm。重量大概是 0.2kg?？偟拈L度大約為 260mm。采用鋁合金2014。彈性模量 E=70GPa。手爪的大體三維形狀如圖 3.3 所示。圖 3.3 機(jī)械手爪三維圖3.1.1 機(jī)械手爪力學(xué)分析機(jī)器人的關(guān)鍵部分如機(jī)械連接臂，對(duì)機(jī)器人的爬行具有很重要作用，在機(jī)器人爬行過程中，當(dāng)機(jī)械手夾緊時(shí)，此時(shí)受力最大，機(jī)械臂變形最大，因此需對(duì)機(jī)械臂的變形繞度進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)機(jī)械手一端夾緊的時(shí)候我們可以吧整個(gè)手臂看成一個(gè)懸臂梁，截面可以看成一個(gè)矩形截面來計(jì)算。一根軸如果在受力的時(shí)候變彎了，我們把這樣的軸叫做撓曲軸（圖 3.4）所示，我們可以校核垂直于梁的位移量來確保梁的穩(wěn)定性，也就是要計(jì)算撓度值。圖 3.4 撓曲軸撓度方程： （3-1）EIFL3???其中： （3-2）12abx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 45 頁符號(hào)意義：——矩形截面對(duì) X 軸的慣性矩；a ——長（cm）；b ——寬(cm)；橫截面經(jīng)過簡(jiǎn)化可以看成近似為長方形的彎曲桿。長桿幾何參數(shù)可簡(jiǎn)化為：L=240mm；B=10mm ；H=10mm；長桿材料參數(shù)：彈性模量 E=70GPa；泊松比 V=0.3；當(dāng)爬桿機(jī)器人開始工作的時(shí)候，特別是在上機(jī)械手爪夾緊直桿時(shí)，此時(shí)下機(jī)械手爪是處于松開狀態(tài)的，在這個(gè)時(shí)候上機(jī)械手爪所受到的力最大，變形也是最大的。因?yàn)槲覀儍蓚€(gè)機(jī)械手爪是通過兩個(gè)大圓桿作為固定點(diǎn)的，所以我們可以忽略掉在Y 軸上面的變形，只計(jì)算在 X 上面的變形。機(jī)械手臂可看成一根長為 240mm 的懸臂梁，根據(jù)我們下面的計(jì)算我們可以知道每只機(jī)械手連接臂末端的最大載荷為 F=54N，應(yīng)用材料力學(xué)公式求端點(diǎn)處的繞度：（3-3）mEIFL230.1.07324.531??????由此可看出機(jī)械手連接臂在處于懸臂狀態(tài)時(shí)，當(dāng)連接臂末端承受最大載荷 F=54N時(shí)，最大繞度值為 =2mm，可以忽略不計(jì)。3.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由平面四桿機(jī)構(gòu)演變而來。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人向上攀爬的功能就是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)提供動(dòng)能帶動(dòng)跟輸出軸相連的曲柄，通過曲柄滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)合上下機(jī)械手的松開與夾緊運(yùn)動(dòng)。因此曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)決定著機(jī)器人的功能能否實(shí)現(xiàn)。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡跟曲柄的回轉(zhuǎn)中心在同一條直線上，叫做對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄 r 越小，連桿 l 越大時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳力特性比較好?？紤]到電機(jī)的寬度和盤形凸輪的長度，一般工程中曲柄和連桿長度比為 1/4。可以先選取曲柄的長度為60mm，再選取連桿的長度為 240mm，因?yàn)橥馆喴彩怯虚L度的，所以還要加上凸輪的長度，總的長度大約為 260mm。因?yàn)槭菍?duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以 e=0。xI畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 45 頁3.2.1 曲柄滑塊速度分析圖3.9 運(yùn)轉(zhuǎn)周期圖因?yàn)榍龅氖菆A周運(yùn)動(dòng)，所以設(shè)曲柄的轉(zhuǎn)速為 r/min。曲柄堯軌跡旋轉(zhuǎn)一周所?用的時(shí)間為：（3-4）rs60t?由圖 12 的周期圖我們可以看出當(dāng)曲柄堯軌跡轉(zhuǎn)一圈后，爬桿機(jī)器人向上爬行了2r。也就是 120mm?？梢郧蟪鰴C(jī)器人的向上移動(dòng)速度：（3-5）s/m2??因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的機(jī)器人的要求對(duì)爬行速度沒有明確的要求，所以我們?cè)O(shè)定機(jī)器人的向上移動(dòng)速度為 100mm/s 所以 應(yīng)該保持在 50r/min 左右。3.3 連桿的受力分析圖 3.10 受力圖建立曲柄跟滑塊的受力方程，得出力 與力 p 的關(guān)系： c? （3-6）??os畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁 共 45 頁將曲柄最外處看成一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)向心力幾三角函數(shù)關(guān)系可得力 和 關(guān)系：rpc（3-7）??rcpp????os聯(lián)立兩個(gè)式子： （3-8）/曲柄端點(diǎn)處轉(zhuǎn)矩 T： （3-9）T?根據(jù)受力圖可知： （3-???sincp10）將式（3-24）、（3-25）代入式（3-26），可得 ? ? （3-11）??rpT???cos/sin則可推導(dǎo)出作用在滑塊上的壓力 p，即 （3-12）rP?si/c在實(shí)際工程中曲柄和連桿長度上面你的關(guān)系都有 4rL,所以 r《L，則 角可以取?0。 （3-13）)in/(T?有下面的減速箱的計(jì)算我們已經(jīng)可以知道了連桿所受到的轉(zhuǎn)矩 T=8980N·mm,曲柄的長度為 60mm。所以我們可以帶入上面求得的方程： ?si60/89P根據(jù)所設(shè)計(jì)的移動(dòng)凸輪的角度我們可知，當(dāng) 時(shí)，滑塊所承受的力為 233N，??4遠(yuǎn)大于彈簧的拉力 54N，所以可以保證曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的可靠性。3.3 移動(dòng)凸輪的設(shè)計(jì)在本次爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中，移動(dòng)凸輪就是相當(dāng)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)當(dāng)中的滑塊，通過凸輪推出的距離來實(shí)現(xiàn)上機(jī)械手的松開。上機(jī)械手從導(dǎo)柱中心到推桿的距離為106mm，可擺動(dòng)的角度大約為 10°，為了保證機(jī)械手的安裝，每邊機(jī)械手的可擺動(dòng)距離為 20mm 以上，通過三維模型建模測(cè)定，可設(shè)定移動(dòng)凸輪的下底面長度為 60mm，凸輪的上下面長度為 40mm。其余的凸輪尺寸如圖 13 所示。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁 共 45 頁圖 3.11 移動(dòng)凸輪尺寸圖3.4 盤形凸輪設(shè)計(jì)盤形凸輪在我們的工程實(shí)踐中常常用到，本次設(shè)計(jì)中所要求得機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢酝ㄟ^凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。我們通過凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡（圖 14-1）。來確定下機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng)過程。當(dāng)推桿接觸到凸輪的小輪廓時(shí)，下機(jī)械手爪處于夾緊狀態(tài)，當(dāng)經(jīng)過推程時(shí)下機(jī)械手爪慢慢張開，到達(dá)最大輪廓時(shí)處于停歇狀態(tài)，此時(shí)機(jī)械手爪松開。再經(jīng)過回程，機(jī)械手爪重新夾緊，此后一直重復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖 3.12 盤形凸輪運(yùn)動(dòng)過程由于機(jī)械手只有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以將凸輪做成等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過三維建模的尺寸觀察，凸輪的小半徑取 20mm，大半徑取 42mm 即可滿足機(jī)械手 120mm 到 200mm 的擺動(dòng)要求。圖 3.14 盤形凸輪尺寸圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 14 頁 共 45 頁4 減速箱設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇在現(xiàn)代的機(jī)器人設(shè)計(jì)當(dāng)中，電動(dòng)機(jī)時(shí)不可缺少的一部分。怎么樣選擇合適的電動(dòng)機(jī)也很重要。對(duì)于本次所要設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人，我們主要考慮的是電機(jī)的結(jié)構(gòu)大小，所能提供的轉(zhuǎn)速和功率要滿足機(jī)器人的爬行速度和力矩。對(duì)比現(xiàn)在市面上的電機(jī)選擇，我們可以選擇廈門Jscc所生產(chǎn)的電機(jī)，通過比較發(fā)現(xiàn)阻尼電機(jī)的結(jié)構(gòu)比其他電機(jī)的結(jié)構(gòu)更小，而且該公司的電機(jī)都是采用鋁制，在重量上都比較輕盈。這對(duì)我們的爬桿機(jī)器人所要的重量都相吻合。所以我們選擇用jscc的電機(jī)。通過該公司的產(chǎn)品列表我們選擇型號(hào)為60YR25DV11的阻尼電機(jī)。該電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如表1所示：表1 電機(jī)參數(shù)齒輪軸圓軸 輸出功率W電壓V頻率HZ電流A額定轉(zhuǎn)速r/min啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩mN*m額定轉(zhuǎn)矩mN*m運(yùn)行電容60YR25GV1160YR25DV1150 110 50 0.48 710 145 210 6 /2?50V由于我們的減速箱是自己設(shè)置的，所以我們采用的是圓軸式。通過我們查該公司給出來的資料我們可以得出電機(jī)的尺寸（圖4.1）。重量為1.6kg，大致為60mmx60mmx98mm。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為710r/min。圖4.1 電機(jī)的尺寸參數(shù)4.2 齒輪設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，我們采用圓錐圓柱二級(jí)減速的設(shè)計(jì)方案。電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過上面電畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 15 頁 共 45 頁機(jī)的選擇可以知道為710r/min,功率為25w，爬桿機(jī)器人的向上爬行速度為100mm/s，曲柄的轉(zhuǎn)速為50r/min。所以輸出軸的輸出轉(zhuǎn)速為50r/min。二級(jí)減速器的方案如圖4.2所示。圖 4.2 二級(jí)減速器方案圖①確定傳動(dòng)比因?yàn)橐阎妮敵鲛D(zhuǎn)速為 ，輸入的轉(zhuǎn)速 ， ，min/r50?r/min710?15??出入總所以確定總傳動(dòng)比為 15。通過查機(jī)械手冊(cè)可以知道錐齒輪間的傳動(dòng)比為 ；我3~2錐i們?nèi)?斜齒輪間的傳動(dòng)比為 ；我們?nèi)?。3?錐i 6~3斜i 5斜i通過查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們可以確定每?jī)蓚€(gè)兩件間的傳動(dòng)效率：；因?yàn)槭情]式減速箱， ； ； 。985.0軸?9.0?錐?7.斜 9.0?聯(lián)?那么我們可以算出總的傳動(dòng)效率為： 。89.023?斜錐聯(lián)軸總②各軸轉(zhuǎn)速r/min710?=2/i.3634r5③各軸轉(zhuǎn)矩：= =0.672N m1T軸 190nP錐聯(lián)電 ???= =1.908N m2軸 25軸錐軸= =9N m3T軸 390nP聯(lián)斜入 ???4.2.1 齒輪類型、材料及強(qiáng)度計(jì)算圓錐齒輪設(shè)計(jì)：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 16 頁 共 45 頁對(duì)于傳動(dòng)方式我們選擇直齒錐齒輪齒輪傳動(dòng)，同時(shí)我們選取壓力角取為 20°，因?yàn)閳A錐圓柱齒輪減速器在我們生活中比較常見，運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高，通過我們查閱課本《機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）》 里面的表 10-6 故選用 8 級(jí)精度。]8[材料的選擇：因?yàn)楸敬蔚脑O(shè)計(jì)減速箱是運(yùn)用在爬桿機(jī)器人身上，所以對(duì)材料的重量有特殊的要求，不能直接選用鋼材。通過對(duì)于一些新型材料的了解。我們將齒輪輪芯的材料定為聚苯醚（又稱 PPO）。這種材料具有剛性大、耐熱性高、耐磨、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)。齒面的材料繼續(xù)用鋼材。小齒輪的材料我們可以選用調(diào)質(zhì)處理后的 40Cr 鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到 280HBS,大齒輪的材料選用調(diào)質(zhì)處理后的 45 鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到 240HBS。我們可以預(yù)選一個(gè)小齒輪齒數(shù)，先取小齒輪 ，因?yàn)殄F齒傳動(dòng)比定為 3，所17?Z以大齒輪齒數(shù) 5127312??uZ1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度：因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的減速器是屬于閉式的，所以計(jì)算齒輪的強(qiáng)度主要通過齒面的接觸疲勞強(qiáng)度來校核計(jì)算。（1）分度圓計(jì)算公式為：（4-1）3 2211 )][()5.0(4HERHtt ZuTKd?????數(shù)的值： ①先試選定載荷系數(shù)的值： .?Ht在上面我們已經(jīng)算出了小齒輪的轉(zhuǎn)矩： m672N1?T②可選取齒寬系數(shù) 1R?③通過查課本《機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）》 [8]圖 10-20 查得區(qū)域系數(shù) 5.2?HZ④通過查文獻(xiàn)[8]表 10-5 查得彈性影響系數(shù)為：18.9aEMPZ?⑤計(jì)算齒輪所接觸得疲勞強(qiáng)度所允許的許用應(yīng)力 H?通過查詢文獻(xiàn)[8]的圖 10-25d 可以得到接觸疲勞極限的值：小齒輪 ，大齒輪 。MPaH601lim??aH502lim??應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算：= = =3.067 （4-2）1NhjLn)138(671??90（4-3）992 02.0.3?通過查文獻(xiàn)[8]中的圖 10-23 可以得到接觸疲勞壽命系數(shù)的值： ，90.1?HNK。可以取失效概率為 1％，S=1。計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：95.02?HNK畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 17 頁 共 45 頁（4-4）MPaSKHNH521609.][1lim1 ????（4-5）3.][2lili2因?yàn)槭窃S用應(yīng)力，所以應(yīng)該取計(jì)算出來的較小值。 PaH5][2??（2）分度圓直徑：（4-6）3 2211 )][()5.0(4HERHtt ZuTKd??????試算直徑為： mt1??圓周速度 v： =12.08mm).(Rtmd（4-7）sn/45.016782106?????③通過查文獻(xiàn)[8]表10-2可定使用系數(shù) AK④通過圓周速度查文獻(xiàn)[8]中圖10-8得 2.V⑤齒間載荷分配系數(shù)因?yàn)辇X輪精度低，所以取 1??H⑥查文獻(xiàn)[8]表 10-2，因?yàn)樾↓X輪懸臂，所以取齒向載荷分布系數(shù) 875.1??HK⑦可以計(jì)算出我們所需要的實(shí)際載荷系數(shù) 25.????HVAHK（3）計(jì)算小齒輪的分度圓，（4-8）m.12536.51892.31 ????????td通過實(shí)際的載荷系數(shù)來更正分度圓直徑：（4-9）14.25.89.1331 ???ttKd齒輪模數(shù)為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 18 頁 共 45 頁（4-10）85.0174?zdm2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：模數(shù)的計(jì)算公式：（4-11）321][)5.0(4FSaRR YuZKT??????(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值?通過查文獻(xiàn)[8]中的圖10-24可以得到彎曲疲勞強(qiáng)度極限值，小齒輪值為，大齒輪的值為 。MPaF501lim?? MPaF382lim???彎曲疲勞壽命系數(shù)，③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取安全系數(shù)S=1.4，（4-12）MPaSKFENF14.307][11??（4-13）FEF29.][22④可以算出載荷系數(shù) 2.31（系數(shù)的選擇方法和上面相同）????FVAK⑤節(jié)圓錐角（4-14）01435.18arctn?u?（4-15）1026.79?⑥可以的到當(dāng)量齒數(shù)（4-16）92.17435.8cosZ01V1 ???8.6.022V⑦通過查文獻(xiàn)[8]中的圖 10-17 可以得到齒形系數(shù)： ， 。91.2?FaY35.2Fa⑧通過查文獻(xiàn)[8]中的圖10-18可以得到應(yīng)力校正系數(shù) ， 5s 84?sY6.01N9.02FN畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 19 頁 共 45 頁⑨計(jì)算兩個(gè)齒輪的 ][FSaY?= =0.0145 （4-17）1][FSa4.3075*92= =0.016 （4-18）2][FSaY?9.8?因?yàn)榇簖X輪的值比較大，所以參照大齒輪的數(shù)值。(2)模數(shù)計(jì)算1.50 （4-18）?????32016.17)5.01(364m根據(jù)實(shí)際中的模數(shù)值可以選取m=1.5， =17 1Z(3)幾何尺寸計(jì)算?計(jì)算大端分度圓直徑?計(jì)算節(jié)錐頂距（4-19）40.3m12R??ud③大端齒頂圓直徑（4-20）（4-21）齒寬： （4-22）取主要設(shè)計(jì)結(jié)論表 3 錐齒輪參數(shù)表齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 壓力角α分錐角δ齒寬 b 材料 等級(jí)小齒輪 17 1.5 20° 18.435° 14 40Cr（調(diào)質(zhì)） 8大齒輪 51 1.5 20° 71.565° 14 45 鋼（調(diào)質(zhì)）85.211?z762m4.1Rb???b1421? m35.28.cos5cos 011 ????mda 47627622 ?畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 20 頁 共 45 頁圖 4.3 小錐齒輪三維圖 圖 4.4 大錐齒輪三維圖圓柱齒輪設(shè)計(jì)：通過上面我們已經(jīng)求出每根軸的轉(zhuǎn)速，圓柱小齒輪所在軸的轉(zhuǎn)速為 236.7r/min，大齒輪所在的軸的轉(zhuǎn)速 47.3r/min,兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比 i=5。齒輪的材料選擇跟上面錐齒輪的選擇一樣，將齒輪輪芯的材料定為聚苯醚。齒緣的材料繼續(xù)用鋼材。小齒輪的材料我們可以選用調(diào)質(zhì)處理后的 40Cr 鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到 280HBS,大齒輪的材料選用調(diào)質(zhì)處理后的 45 鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到240HBS。我們可以預(yù)選一個(gè)小齒輪齒數(shù)，先取小齒輪 ，因?yàn)殄F齒傳動(dòng)比定為 5，所173?Z以大齒輪齒數(shù) 851734??uZ1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度：因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的減速器是屬于閉式的，所以計(jì)算齒輪的強(qiáng)度主要通過齒面的接觸疲勞強(qiáng)度來校核計(jì)算。該校核的計(jì)算公式為：（4-23）3 22)][()5.01(4HERHtt ZuTKd?????（1）我們要先確定公式中每個(gè)參數(shù)的值：?先試選定載荷系數(shù)的值： .?Ht?在上面我們已經(jīng)算出了小齒輪的轉(zhuǎn)矩： 89.12TmN??可選取齒寬系數(shù) ，螺旋角1.R??4?④通過查課本《機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）》 [8]圖 10-20 查得區(qū)域系數(shù) 43.2?HZ⑤通過查文獻(xiàn)[8]表 10-5 查得彈性影響系數(shù)為： 18.9aEMPZ?⑥通過查詢文獻(xiàn)[8]的圖 10-25d 可以得到接觸疲勞極限的值小齒輪 ，大齒輪 。MPaH603lim??aH504lim?⑦應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 21 頁 共 45 頁9160267.31(8015).470hNnjL?????982.542.3u?通過查文獻(xiàn)[8]中的圖 10-23 可以得到接觸疲勞壽命系數(shù)的值：，97.01HNK9.02?HN計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力（4-24）??1lim.658LMPaS???（4-25）2li094.H a?因?yàn)槭窃S用應(yīng)力，所以應(yīng)該取計(jì)算出來的較小值。 PH5.][2??⑧由 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù) 。?????? ????134Z ?Z（4-25）???????????? 56.2014cos20tanrcostanrct（4-26）?????????8.3r333 ??antat hz（4-27）?????6.2cos2cosr444?antatz（4-28）??? ?53.1tttatn4433 ???? ???? tatzz（4-29）.1n7.?????????d（4-30）????50.69.43.5.4134????????? ?Z由 可得螺旋角系數(shù)：??cos（4-31）.053.1cos?????Z（2）分度圓直徑：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 22 頁 共 45 頁（4-32）32E11 ][2.Hdt ZuKTd????= mm9.13]5.4889.5.3 2????計(jì)算圓周速度 v（4-33）0.7m/s160.160????nlt?計(jì)算齒寬（4-34）dbt 9.33??計(jì)算齒寬與齒高比 b/h模數(shù)： （4-35）8.017cos9.31????zdmtt齒高： .m25th（4-36）7.8193/?b④齒輪的圓周力（4-37）NdTFtt 349.1023?（4-38）mbKtA /1/8.4513 ???(3)計(jì)算載荷系數(shù)查得 通過查文獻(xiàn)[8]表10-2可定使用系數(shù) 1?AK通過圓周速度查文獻(xiàn)[8]中圖10-8得 0.V齒間載荷分配系數(shù)取 2.1??H查文獻(xiàn)[8]表 10-4，取齒向載荷分布系數(shù)（4-39）由 b/h=7.72, 查得所以 2.??FH 42.103.)6.0(8.5. 2?????bKd??4H81?FK.????畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 23 頁 共 45 頁(4) 校正后的分度圓直徑：=14.95mm (4-40)335.18649.??ttKd(5) 計(jì)算模數(shù)=0.85174cos.cos1?zm?2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：模數(shù)的計(jì)算公式：（4-41）??323cos????????FsadFtnt YzYTK????(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值①載荷系數(shù) .1?Ft②由式 ，計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù) 。vY??7502??Y（4-42）?????????? 140.3562.0cos14tanrcostanrctb??（4-43）3s22vb??（4-44）71.06.5.0750???vY??由式 ，可得計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù) 。???12???Y ?Y，83.0124.0???③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)S=1.4（4-45）MPaSKFENF4.21][33?544?④通過查文獻(xiàn)[8]中的圖 10-17 可以得到齒形系數(shù) ⑤通過查文獻(xiàn)[8]中的圖 10-18 可以得到應(yīng)力校正系數(shù) ⑥計(jì)算兩個(gè)齒輪的 ][FSaY?19.2,6.Y4Fa3?Fa7855SSY畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 24 頁 共 45 頁當(dāng)量齒數(shù) ， ，194cos733????zv 9314cos85334???zv（4-46）??12.6580.6FaSY??（4-47）2.1942FaS?因?yàn)榇簖X輪的值比較大，所以參照大齒輪的數(shù)值。（2）模數(shù)計(jì)算=0.41（4-48）30136.718965.2??m①圓周速度 v（4-49）m814cos.033????zdnt（4-50）s/.062.7160v2???②齒寬（4-51）mdb8.1.3???③齒高 h 及寬高比 b（4-52）????mchntan 925.0.25.02????6789.?b可以算出載荷系數(shù) （系數(shù)的選擇方法和上面相同）1???FVAFK（4-53）46.0/3Ftmtn因?yàn)檎麄€(gè)減速箱的尺寸不一過大，所以模數(shù)的選擇要盡量取小可以選取 m=0.8，按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的分度圓 d 來計(jì)算小齒圓系數(shù)。 ，198.0/cos9.13???z。 互為質(zhì)數(shù)，取95134??z43z與 964?z(3)幾何尺寸計(jì)算中心距： （4-54）????mman4.71cos2.cos243 ?????