机器人头部摆动机构的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 机器人 足球比赛是一个多智能体系统的典型问题。多智能体系统就是一个分布式人工智能系统，这种系统要完成的任务是出各智能体协同完成的。在这里一个智能体是指能独立地进行决策和知识处理的系统。 机器人足球比赛的设想首先由加拿大不列颠哥伦比亚大学的 授在 1992 年的报告 中提出的。举办机器人足球比赛的目的在于，通过提供一个标准任务，促使研究人员利用各种技术 ，获得更好的解决方案，从而有效的促进相关科研领域的发展。机器人足球系统涉及的领域很多，包括：智能机器人系统、多智能体系统、实时图像处理与模式识别、智能结构设计、实时规划和推理、移动机器人技术、机器传动与驱动控制、传感器与数据融合和无线通讯等。通过机器人足球比赛这一活动，为科研人员的研究活动提供标准的实验平台，在此平台的基础上，各种人工智能和机器人学等领域的研究成果可以得到检验，进而促进各学科的发展。 在世界上比较有影响的赛事主要有两个，一个是由国际人工智能协会组织的机器人世界杯足球赛 一 个是由国际机器人足球联合会 (织的微型机器人世界杯足球赛 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of is a to is to an of 1an at in a 1992 . of by a a of a of a of of n. to to a On of a of as be of in in is by of is by up 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 1. 设计概述 .计总体要求 .始数据 .构运动简图 . 设计内容 .杆机构的设计 .动机的选择 .配传动比 .轮蜗杆的设计 .轴的设计 .连接的选择与校核计算 .滑油和联轴器的选择 . 四杆机构的设计 .轴输入转矩 . . . . 按齿面接触疲劳强度设计 . 按齿根弯曲强度设计 .何尺寸计算 . 齿轮轴设计计算 . 选择轴的材料，确定许用应力 .文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 .高速轴上的功率 P、转数 .0. 蜗杆轴的设计 .2. 润滑油选择 .4. 设计小结 .文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 机器人头部摆动机构 计总体要求 满足使用要求，实现来 回摆动。 满足经济性要求 力求整机的布局紧凑合理 工业性要求简单而实用 满足有关的技术标准 始数据 工作输入功率 构摆动周期为 T=10s，摆动幅度120。 构运动简图 图 1 动件） 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 该机构通过齿轮啮合达到减速的目的，然后由涡轮蜗杆实现转动的方向改变的目的，由四连杆机构组成双摇杆机构实现机构头的摆动。此方案的优点是涡轮蜗杆机构的传递准确性搞，连杆机构制造简单成本低，齿轮传动平稳。 1. 四杆机构的设计 2. 电动机的选择 3. 分配传动比 4. 蜗轮蜗杆的设计 5. 大小的齿轮设计 6. 各轴的设计 7. 键连接的选择与校核计算 8. 润滑油和联轴器的选择 图 2 要使该四杆机构组成双摇杆机构， 速器所带动的原动件） 减速器放在 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 根据机构大小等综合因素，我们取 连杆 060 ，综合以上条件并作图得出 00 2D+00+20=220 D=160+92=252 满足杆长条件！ 故满足曲柄存在条件。 电 动机类型选择 按工作要求和工作条件，选用一般用途的卧式封闭型（ 列三相异步电动机。 工作机所需功率 电动机的输出功率dP 传动装置总效率 = 1 3 2 3 4 由机械设计课程设计查得：单头蜗杆 1 ；轴承 2 （三对）；联轴器3 ； 7级精度齿轮传动 4 则 320 . 9 8 0 . 7 5 0 . 9 9 0 . 9 5 0 . 6 5 7 3 故P 据表 1 方案 型号 额定功率 同步转速 满载转速 质量 1 000 960 84 2 500 1440 68 表 1 由表中数据可知两个方案均可行，但方案 1的总传动比较小，传动装置结构尺寸较小，并且节约能量。因此选择方案 1，选定电动机的型号为 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 电动机转速 r=960r/头周期 T=10s 总传动比为 i 总 =2 r/60 / 2 /T=160 减速器采用二级减速，第一级采用蜗轮蜗杆传动，传动比为 62，第二级采用直齿圆柱齿轮传动，传动比为 60r/ （蜗杆轴） 60/62= （蜗轮轴） r/ （齿轮轴） d 2 3= （蜗杆轴） 1 1 = （蜗轮轴） 2 4 2= （齿轮轴） 轴输入转矩 由公式 9550 p/ 得 ， 550 1=9550 60= N m （蜗杆轴） 550 2=9550 N m （蜗轮轴） 550 3=9550 = 4011 N m （齿轮轴） 将以上算得的运动及动力参数列表如下： 轴号 功率 P/矩T/( ) 转速n/ 1r 轴 60 轴 轴 011 6 表 2 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 蜗杆的传动类型 根据 10085用渐开式蜗杆 (考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆采用 45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555轮用铸锡磷青铜 属模铸造 在蜗轮上的转矩，即 按 Z=1，估取效率 = 确定作用在蜗轮上的转矩 即 按 Z=1，估取效率 = 确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 ，由书上 (机械设计 )，选取使用系数 于转速不高，冲不大，可取载荷 K=1 确定弹性影响系数 选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗轮相配，故 60 确定接触系数 假设蜗杆分度圆直径 d1/a= 确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜蜗轮，金属模铸造，蜗杆螺旋面齿面硬度 45表 11 H =268力循环次数 N=60 1 32 (10 250 2 8 11520000 107/11520000)1/8=命系数 H= H =268计算中心距 根据公式： a E H)21/3 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 a (160 1/3=实际数据验算，取中心距 a=i=62，故从表 11取模数 m=2 分度圆直径 时， d1/a= （ 1）蜗杆 轴向齿距 径系数 q=10，齿顶圆直径 8.4 齿根圆直径 度圆导程角 =5 4248o ；蜗杆轴向齿厚 2） 蜗轮 2，变为系数 轮分度圆直径： d2=m 62=100 轮喉圆直径： 26+2 2 (=105.6 轮齿根圆直径： 62 8 轮咽喉母圆半径： 60-(1/2)256=32 f=( f 当量齿数 2/1/()3=据 得齿形系数 ，螺旋角系数 40。 =。 =用弯曲应力 f= f 表 11 f =56 命系数 106/11520000)1/9= f=56 f=(100 2) f f，符合要求。 =( + ) =； v= 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 0 1000 960/60 1000 =m/s 从表 11 v=入式中得 =于原估计值，因式不用重算。 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从 100891988圆柱蜗杆，蜗轮精度中选择 8级精度，侧隙种类为 f，标注为 8f 10089后由有关手册查得要求公差项目以及表面粗糙度。 1）机器为一般工作机器，速度不高，故 取齿轮等级精度为 7级。 2）材料选择。 初选大小齿轮的材料均为 45钢 ,经调质处理 ,硬度为 210 3）选小齿轮齿数 4，大齿轮齿数 4 63。 按齿面接触疲劳强度设计 由 设计计算公式（ 10 T1(u+1) H2)1/3 1确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数 ） 小齿轮传递的转矩 550 2=9550 N m （蜗轮轴） 3)由课本表 10 齿款系数 d=1 4)由课本表 10E= 5)由课本图 10 1=600齿轮的接触疲劳强度极限 =550 6） 由课本 式 10L 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 00 4801( 8 300 8)=0 8 L1/i 齿 =08/0 8 7）由图课本 10）计算解除疲劳许用应力。 取失效概率为 1%， 安全系数 S= H1= =600/558 H2= =550/539 2计算 1） 试算小齿轮分度圆直径 入 H较小的值 u+1) H2)1/3 =104 （ ） 5392) 1/3 =)计算圆周速度 v。 v= 60 1000） = 60 1000） =s 因为 m/s，故取级精度合适。 3）计算齿宽 b。 b= 4） 计算齿宽与齿高之比 b/h。 模数： m t =1=4=高： h=t =b/h=） 计算载荷系数。 根据 v=s， 8级精度，由课本图 10v= 直齿轮， 课本表 10A=1 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 由课本表 10级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， K= b/h=0载荷系数 K=1 1 )按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由课本式（ 10 ) 1/3= (1/3=36)计算 模数 m： m=d1/6/24=按齿根弯曲强度设计 由课本式（ 10弯曲强度的设计公式 m 2 ) 1/3 1 确定公式内的各计算数值 1）由课本图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 00齿轮的 弯曲疲劳强度极限 80）由课本图 10)计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=课本式（ 10 F1= =500/ F2= =380/66)计算载荷系数 K K=1 1 )取齿形系数。 由课本表 10） 查取应力校正系数 由课本表 10 ） 计算大、小齿轮的 F F1= F2=66=齿轮的数值大 8)设计计算 m 2 64520 (1 242) 1/3=文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数 m 的大小重要取决于弯曲强度的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值 m=2接触强度的的分度圆直径出小齿轮的齿数 z1=d1/m=20 大齿轮的齿数 20= 取 2 这样设计出的齿轮传动，既满 足了齿面接触疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 （ 1）计算分度圆直径 0 2=40 2 2=104 2）计算中心距 a=（ （ 40+104） /2= 3）计算齿轮宽度 b= d 36=36 6 0 综上可知，齿轮的设计参数如下： 小齿轮分度圆直径： 0齿轮分度圆： 04心距 a=齿轮齿宽： 6齿轮齿宽： 1数 m=2 1）两轴上的功率 P、转数 由前面的计算已知： r/011000N kw 5.5 r/I= 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 2）求作用在齿轮上的力 因已知低速大齿轮的分度圆直径为 04 393770/104=已知高速小齿轮的分度圆直径为 0TI/ 64520 /40=）初步确定轴的最小直径 先按课本式（ 15步估算轴的最小直径。选取的材料为 45钢，调制处理。根据课本表 15 12，于是得 1/3=112 （ 1/3=1/3=112 （ 80） 1/3=（ 1） 选择轴的材料 选轴的材料为 45 号钢，调质处理。查 课本 表 15 B=640 s=355许用弯曲应力 60 2） 轴上零件的周向定位 单级 减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。 大 齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器 靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位 。 （ 3）、确定各段轴的直径 根据轴各段的直径确定原则，轴段 1 处为轴的最小直径， 将估算轴 d=40为外伸端直径 联轴器相配 ；轴段 2 要考虑联轴器的定位和安装密封圈的需要，故5三安装轴承，故 0段 4 用于安装齿轮， 为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径 5齿轮左端用用套筒固定 ,右端用轴环定位 ,轴环直径 还应满足右侧轴承的安装要求 ,根据选定轴承型号确定 ；轴段 6 应与段 3 同样的直径为 0 （ 4） 、 轴承的选择 初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，故选用圆锥滚子轴承。参照工作要买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 求，由轴承产品目录中初步取 0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承 6210，其尺寸 d D B=509020轴承宽度 B=20,最小 安装尺寸 D=57,故轴环直径 取7(5）确定轴各段长度 为保证大齿轮的固定的可靠性，取轴 段 4 的长度应该稍微短于齿轮的宽度，故0据轴环宽度可取轴段 5 长度 0轴承内圈宽度 B=20体内壁至轴承端面距离为 10取取 2为两轴承相对齿轮对称，取轴段10+32)=42保证联轴器不与轴承箱体和轴承端盖的尺寸冲突而去定轴段 2的长度， 查取 0据联轴器轴孔选长度 4全轴长为 L=84+50+22+20=163 6） 、两轴承之间的跨距 L 因为圆锥滚子轴承的支反力作用点在轴承宽度的中点，故两轴承之间的跨距 L=(50+22+20+42117 定许用应力 选轴的材料为 45 号钢，调质处理。查 课本 表 15 B=640 s=355许用弯曲应力 60为 考虑键槽的影响以系列标准，取 d=22下图为的简图： 图 3 （ 1） 确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置。 小 齿轮 直径较小 ， 可做成齿轮轴。 两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位 。小齿轮的两端设置轴肩给挡油环定位。 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 (2)确定轴各段的直径 轴段 1 的直径为轴的最小直径，故选定 D1=2段 2 要考虑到密封圈的安装需要，选择 0段 3 为安装轴承，为便于安装应取 2，且与轴承内径标准系列相符，取 5中选择轴承型号为 6207，其尺寸为：d D T=357217安装尺寸为 42轴段 4 在小齿轮两侧对称设置的两轴肩处直径为 0取 2段 5安装轴承，应与段 3同样的直径，故选 5 3）、确定个轴段的长度 轴段 4 考虑到给挡油环定位，根据草图，可设计 3虑箱体内壁到轴承端面的距离和轴承的型号，可设计轴段 5 长度： 0同理，轴段 3安装轴承，故轴段 3 长度 0虑到轴承盖螺钉的装拆空间，取 0据安装的带轮的需要，取 5 全轴长为 L 总 =65+50+30+83+30=258 4）、两轴承之间的跨距 L=83+30+30265)按弯矩复合强度计算 因为该轴两轴承对称，所以： B= L/2=126/2=63高速轴上的功率 P、转数 1)绘制轴受力简图（如图 a） 2）绘制垂直面弯矩图（如图 b） 轴承支反力： = =两边对称，知截面 面 A =63=m m 截面 B =63=4)绘制合弯矩图（如图 d） （ 5)绘制扭矩图（如图 e） 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 转矩： T=（ PI/10 6= 4520 N(6)绘制当量弯矩图（如图 f） 转矩产生的 扭转 切应 力按脉动循环变化，取 = 面 T) 21/2 =64520)21/2=7)校核危险截面 T) 21/2/W = 353 = 60前已选定轴的材料为 45钢，调制处理，由课本表 15 60 故 该轴强度足够。 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图四 1） 根据公式 d C (P1/ (60) 1/3=2=M 这根是高速轴，所以选择 弹性套柱销联轴器。因为蜗杆分度圆直径为 80，齿根圆为 每个台阶差高度为 3算，第一段轴径初选 40虑到安全因素，即选择轴孔直径为 62 长为 112 际情况轴长要略短一些，买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 所以实际取 110 根据密封圈确定第二 段轴径，根据第一段轴径 20 取第二段轴径为 24 第三段轴上安装圆锥滚子轴承，根据设计手册，蜗杆轴一般用 03 系列的，所以由轴承标准件取得内径为 20 第四段是轴肩，要求直径放大 610，取直径为 24 足条件。 第五段和第七段的尺寸，根据蜗杆齿根圆确定。 已知齿根圆为 旁轴径则比其缩小少许，故取整 24 第六段为蜗杆齿，蜗杆齿顶圆 度圆 根圆 第八段同（ 5），取 24 第九段为轴承同，取 18 由上述“”得第一段轴长为 110 第六段蜗杆齿长度为公式 a) 变位系数 b) 取（ 11+ m 与 (10.5+m 较大值，得 23 c) 箱体主视图内壁距离为 256+22=278承座外端面距离外箱壁 4毫米，因为是内伸入式轴承座，又必须保证内部斜面与蜗轮距离大约在一个箱壁厚度左右，故取外端面距离内伸最深处 55留 3 毫米的油润滑间隙，则涡轮齿两侧到各段轴承各有 54间。两轴肩各取 10用值，各加溅油盘 10 寸正好吻合。所以，蜗轮杆两侧距离两轴肩 34轴肩外侧各加 的轴承和 10油盘，圆整后得 44 第二段为伸出端盖，圆整后为 40 轴端倒角皆为 452 ，参考书上表 15轴肩处的圆角半径和倒角。 总轴长 186 1) 联接轴与联轴器的键 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 (1) 键的类型和尺寸 单圆头普通平键 ( 键的基本尺寸为 b. h L=18 11 125 配合轴的直径为 d=63 2) 校核键联接的强度 键 ,轴和轮彀的材料都是钢 ,由表 6 20100 取其平均值 10 键的工作长度 l=12516 与轮彀的接触长度 k=10=5 式 6 p=2103/ 868630/5 116 63= p 可见键的强度合格 . 2) 联接轴与齿轮的键 (1) 键的类型和尺寸 圆头普通平键 ( 键的基本尺寸为 . b. h L=22 14 80 配合轴的直径为 d=80 2) 校核键联接的强度 键 ,轴和轮 彀的材料都是钢 ,由表 6 20100 取其平均值 10 键的工作长度 l=809 与轮彀的接触长度 k=14=7 式 6 p=2103/ 868630/7 69 80= p 可见键的强度合格 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 1) 齿轮的润滑 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用 损耗系统用油