AⅡ-V6L焊接机器人结构设计

题 目：A-V6L焊接机器人结构设计系 别： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 日摘 要3Abstract41. 机器人概述61.1焊接机器人国内外应用现状61.2焊接机器人的发展趋势51.2.1国外焊接机器人的发展趋势61.2.2国内焊接机器人的发展趋势61.3 我要研究什么62. 机器人系统结构设计62.1焊接机器人构成及工作原理62.1.1 操作机62.1.2 末端执行器82.1.3 传感器系统82.3 A-V6L主要参数82.4主要功能102.5主要结构尺寸123. 关节设计133.1 大臂设计133.2 机座和腰部设计133.3谐波减速器143.3.1 谐波减速器工作原理143.3.2 谐波减速器的选择153.4 圆柱齿轮传动174. 机器人轴承设计214.1 工业机器人专用轴承结构形式214.2工业机器人专用轴承特点224.2.1薄壁密封四点接触球轴承特点224.2.2 薄壁密封交叉滚子轴承特点224.3 薄壁四点接触琢轴承设计224.3.1 主参数优化设计224.3.2 约束条件234.3.3 关键结构参数设计235.总结25致谢辞27参考文献28附：29摘 要随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良程度直接影响着零件或产品的质量。国内焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远。因此，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。本设计的重点是运用机械原理和机械制造装备设计方法设计焊接机器人的实践和方法。本次设计实践，是在了解焊接机器人在国内外现状的基础上，进而掌握焊接机器人内部结构和工作原理，并对机座和大臂进行结构设计。合理布置了电机和减速器。同时了解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考，为工业设计者提供设计理论和设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。关键字：焊接 机器人AbstractWith the development of science and technology and industry increased the demand for welding technology in the industrial production by increasing the weight of occupation, and the fine degree of welding technology with a direct impact on the quality of parts or products. Although the domestic application of welding robot with a certain scale, but overall demand in China falls far short of welding production. Therefore, the strong research and technology is imperative to promote welding robot.The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment designed practice welding robot and methods. The design practice and understanding of welding robot in the status quo at home and abroad on the basis of the welding robot to grasp the internal structure and working principle of the arm base and the structural design. Rational arrangement of the motor and reducer. Mechanical systems at the same time understand the robot kinematics and motion control school. Welding robot for industrial design and provide a theoretical reference, reference and data reference design for industrial designers design theory and practice of the reference design. The robot has a rigid, and the location of high precision, smooth running characteristics.Keywords: welding robot1. 机器人概述1.1焊接机器人国内外应用现状 焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。截止 年，全世界在役工业机器人约为 万台，其中日本装备的工业机器人总量达到了 万台以上，成为“机器人王国”，其次是美国和德国；在亚洲，日本、韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量居世界前三位。近几年，全球机器人的数量在迅速增加，仅 年就达 万台。 我国自上世纪 年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过 ， 焊接机器人的增长率超过了60%；2004年国产工业机器人数量突破1400台，进口机器人数量超过9000台，其中绝大多数应用于焊接领域；2005年我国新增机器人数量超过了5000台，但仅占亚洲新增数量的 ，远小于韩国所占的 5，更远小于日本所占的 69 。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。 当前焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。一方面，随着技术的发展，焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动力成本不断上升，我国由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量和增强企业竞争力，这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨。1.2焊接机器人的发展趋势1.2.1国外焊接机器人的发展趋势 机器人涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成。因此它的发展与上述学科发展密切相关。机器人在制造业的应用范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向发展。机器人应用从传统制造业向非制造业转变，向以人为中心的个人化和微小型方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。总趋势是从狭义的机器人概念向广义的机器人技术（RT）概念转移；从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术（RT）的内涵已变为“灵活应用机器人技术的、具有实在动作功能的智能化系统。”目前，工业机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和智能化等方面。1.2.2国内焊接机器人的发展趋势我国近几年机器人自动化生产线已经不断出现，并给用户带来显著效益。随着我国工业企业自动化水平的不断提高，机器人自动化线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求此类自动化线就达300多条，产值约为60多亿元人民币。预计在2005年左右需求此类自动化生产线达到600条。据初步测算，“十一五”期间汽车制造业的需求市场容量将达到800多亿元人民币。 我国现有主要生产工业机器人厂家其生产规模较小，这与当前市场需求有较大差距。1.3 我要研究什么 基于现状，我要设计的是A-V6L(加长规格)型机器人。掌握机器人的基本结构，重点研究A-V6L(加长规格)型焊接机器人的机座、腰部和大臂的传动结构及轴承设计。通过这次毕业设计，我熟练学习了CAD制图软件的使用，并能进一步解决设计中遇到的问题，除明确了机器人关节的结构设计外，还掌握了一些尺寸、形位公差标注的技巧。2. 机器人系统结构设计2.1焊接机器人构成及工作原理 现代广泛应用的焊接机器人是属于第一代工业机器人，它的的基本工作原理是示教在现。从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。2.1.1 操作机 操作机由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成，其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。1. 机座机座结构设计要求：l 要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时的稳定性。l 机座承受机器人全部重力和工作载荷，应保证足够的强度、刚度和承载能力。l 机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动精度影响最大。因此机座与手臂的联接要有可靠的定位基准面，要有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构。2. 手臂 工业机器人的臂部一般具有23个自由度。臂部的总重量较大，受力一般较复杂，在运动时，直接受腕部、手部和工件的静、动载荷，尤其是高速运动时，将产生较大的惯性力（或惯性力矩），引起冲击，影响定位的精确性。臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况，因此臂部设计时一般要注意：l 刚度要求较高l 导向性好l 重量要轻l 运动要平稳、定位精度要高3. 手腕工业机器人的腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。手腕的设计要求有：l 由于手腕处于手臂末端，为减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减小其质量和体积。为此腕部机构的驱动装置多采用分离传动，将驱动器安装在手臂的后端。l 手腕部件的自由度越多，各关节角的运动范围就越大，其动作的灵活性也就越高，机器人对作业的适应能力也就越强。但增加手腕自由度，会使手腕结构复杂，运动控制难度加大。因此，设计时，不应盲目增加手腕的自由度数。l 为提高手腕动作的精确性。应提高传动的刚度，应尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差。l 对手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械档块，以防止关节超限造成事故。2.1.2 末端执行器工业机器人的手部也叫末端执行器，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。工业机器人手部的特点如下：l 手部与手腕相连处可拆卸。手部与手腕有机械接口，也可能有电、气、液接头，当工业机器人作业对象不同时，可以方便的拆卸和更换手部。l 手部是工业机器人的末端执行器。它可以像首那样的具有手指，也可以是不具备手指的手，可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。l 手部的通用性比较差。工业机器人的手部通常是专用的装置，比如：一种手爪往往只能抓握一种或几种形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。l 手部是一个独立的部件。2.1.3 传感器系统要机器人与人一样有效的完成工作，对外界状况进行判断的感觉功能是必不可少的。因此传感器系统是也很重要。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉，能够检测出对象更细微的状态。选择机器人的传感器完全取决于机器人的工作需要和应用特点，对机器人感觉系统的要求是选择机器人传感器的基本依据。机器人对传感器的一般性能要求如下：l 精度高、重复性好。机器人能否准确无误的正常工作，往往取决于所用的传感器的测量精度。l 稳定性和可靠性好。保证机器人能够长期稳定可靠的工作，尽可能避免在工作中出现故障。l 抗干扰能力强。工业机器人的工作环境往往比较恶劣，其所用的传感器应能承受一定的电磁干扰、振动、能在高温、高压、高污染环境中正常工作。l 质量轻、体积小、安装方便。2.3 A-V6L主要参数 A-V6L主要参数：（本体的动作范围/规格）项目规格名称NV6L构造垂直多关节轴数6Kg最大可载能力0.08mm位置重复精度AC伺服马达驱动系统5000W驱动容量位置数据反馈绝对值编码器动作范围J1170（50）J2-155+100J3-170+260J4180J5-50+230J6360最大速度J13.40rad/s195/s 3.05rad/s175/sJ23.49rad/s200/sJ33.49rad/s200/sJ47.33rad/s420/sJ57.33rad/s420/sJ610.82rad/s620/s允许扭矩J411.8NmJ59.8NmJ65.9Nm允许惯性矩J40.30KgJ50.25KgJ60.06Kg机器人动作范围横截面面积7.57*340周围温度、湿度0-45、20-80%RH本体重量280Kg第3轴可载能力20Kg安装方法地面、侧挂、吊装原点复元不需要本体颜色臂：白色，基座：蓝色2.4主要功能 采用焊接机器人的目的有很多方面，甚至在不同时期有不同的主要目的，但无论是什么目的，最终都是要从中获得好的经济效益。各企业应按本厂的情况来考虑采用焊接机器人的主要目的。根据国内外的经验，实现焊接生产过程自动化的目的归纳起来大体上有如下几个方面。A 提高焊接生产效率 采用气体保护焊的机器人焊接可比采用手工半自动气体保护焊的效率高出2-4倍，也可能比采用焊接专机的效率高。但必须明确，并不是凡是用了机器人效率必然会提高很多。是否能提高效率，提高多少，取决于如下多方面的因素：1. 燃弧时间与总周期时间之比（燃弧率）2. 焊缝的尺寸和长度3. 焊接中工件需要变位的次数4. 起焊前需要寻位和焊接中需要电弧跟踪的焊缝数量5. 可选择的焊接参数的范围B保持焊接参数一致及提高焊接质量稳定性焊接时参数的稳定一致与焊接质量的稳定一致有着很密切的联系。采用焊接机器人，焊接参数是由机器人控制柜来控制的，因此焊出的全部焊缝的尺寸都能满足工艺规程的要求，而手工焊经常会焊出尺寸过大或不足的焊缝。C使焊接生产实现柔性自动化机器人与其它机械化自动化设备相比的最大特点在于它能够重新编程以适应不同工件的生产。若机器人控制柜的存储单元有足够的容量就可以储备多套程序供调用。D改善劳动安全卫生条件国家对劳动环境的要求越来越高，而焊接本身（包括电弧焊、点焊、等离子弧焊和切割、激光焊接和切割等）又是一种有强光、热辐射、飞溅和有害烟尘危害的、劳动环境比较差的工作。改善焊接车间的劳动环境是一件需要不断努力的事。另外，焊接机器人工作站都设置防护围栏和安装安全保护设施，而且重型工件的变位都是由变位机自动进行的，不需要操作人员介入，使劳动安全更有保障。从长远来看，由于劳动环境的改善，使劳动者更健康，工作效率更高，减少伤病，降低医疗费用，其间接经济效益是应该充分认识和估量的。E增强生产管理的计划性和可预见性由于机器人是一种可重复编程的自动化机器，每一工作周期的时间是一定的。无论天气有多热，工作时间有多长，工件预热温度有多高，焊接机器人的生产节拍是始终一成不变的。所以采用焊接机器人后，生产计划比较好安排，产量也容易准确预计，再也用不着象以往用手工焊时那样，每到月底要加班加点抢进度了。机器人焊接的这一优点，对小批量、多品种生产的计划安排是非常有利的。F可准确预算材料的消耗量和生产成本焊接机器人的燃弧率可高达85%以上，还能够采用较高的送丝速度（较大的焊接电流）进行焊接，焊丝的消耗速度较手工半自动焊快。由于焊接参数是由机器控制，无论是焊丝消耗量、气体消耗量还是每天导电嘴的更换次数等都能够较准确预测，从而能更有效地控制生产成本。另一方面，工厂可以根据焊丝的消耗速度来决定是采用盘装焊丝还是桶装焊丝。如果一盘焊丝只能用三个小时，每班要更换两次焊丝盘，每换一次焊丝盘一般需要20min左右的时间在换焊丝盘上，这时机器，每天就要花40min人不能工作，生产效率会受影响。在这种情况下，应该尽可能采用的桶装焊丝，而且桶装焊丝的价格比盘装焊丝便宜一些。可见，机器人不仅焊接效率高，而且使材料消耗可以准确预测，还能用桶装焊丝来降低消耗材料的成本。可是，这一优点往往被忽视。2.5主要结构尺寸 根据A-V6L型焊接机器人的主要参数，进行设计如下尺寸：图 2-1 主要结构尺寸图2-2 工作范围3. 关节设计3.1 大臂设计 大臂的材料采用铝合金材料，方形结构，臂厚5mm左右。内部结构设计如图（图3-1）所示：图3-1 机器人大臂3.2 机座和腰部设计 机座和腰部的材料采用铝合金材料，方形结构，臂厚5mm左右。内部结构设计如图（图3-2）所示：图3-2 机器人机座和腰部3.3谐波减速器3.3.1 谐波减速器工作原理 图3-3 谐波齿轮减速器 谐波传动是利用一个构件的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。谐波传动通常由三个基本构件(俗称三大件)组成(如图3-3所示)，包括一个有内齿的刚轮，一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆形、外圈带有滚动轴承的波发生器。柔轮的外齿少于刚轮的内齿。在波发生器转动时，相应于长轴方向的柔轮外齿正好完全啮入刚轮的内齿；在短轴方向，则外齿全脱开内齿。当刚轮固定，波发生器转动时，柔轮的外齿将依次啮入和啮出刚轮的内齿，柔轮齿圈上的任一点的径向位移将呈近似于余弦波形的变化，所以这种传动称作谐波传动。可以看出，由于，故当波发生器转过一周(360。)时柔轮相对于刚轮则反方向转过周()。如果波发生器与主动轴(如电机)相联，柔轮与从动轴相连，在刚轮固定时，就可得到减速比为i-的减速传动，由于很小(通常为2，4)，故i反大，一般为50一300，减速效果可与少齿行星专动相媲美。3.3.2 谐波减速器的选择 1谐波传动的技术数据 商品化的谐波传动装置有两种类型，即三大件和由三大件装配而成的减速器。对操作机来说，最常选用的是三大件，然后根据结构配置于各转动关节，这样可以构造出结构十分紧凑的传动系统。对三大件来说(对减速器也适用)通常有两种技术数据：运动、力和精度方面的数据和尺寸方面的数据，这些数据都可在有关产品样本中查得，或向厂家索取。下面简要介绍几个与谐波传动有关的技术数据。 图3-4 转矩、转速与时间关系曲线 a.转矩-时间 b.转速-时间 (1)平均负载转矩、平均转速和当量转矩。对经常处于起动、等连相减速运动的机器人操作机来说，其典型的转短时间相速度时间关系曲线如图3-4所示，的计算如下： (2)飞轮力矩和刚性。对操作扒来说，这两项技术数据非常重要，因为操作机的关节运动经常处于加减速的动态运动过程中。产品目录通常给出入轴(波发生器)处的GD值。如果需要计算，可取波发生器的GD值，因为柔轮速度很慢，其影响可以忽略不计。 (3)回差。回差又称空回，它不仅影响操作机的位置精度，而且对控制的过渡过程也有很大影响。回差应尽可能小一些，但过小会影响效率，同时价格也大大提高，一般回差取3一1，对于后三关节，也可取6一3。 2、谐波传动的选择 谐波传动的选择分以下几个步骤：(1)确定结构形式(杯形柔轮还是环形柔轮)和速比。(2)绘制拉矩时问，转速时间曲线图，并计算丁v、Mh 7”(3)在满足i o海i，7v。71，”v。)nv的条件下根据样万确定型号(其中人丁vh nvo为样本值)。(4)校核丁M即在n r条件下7m7”(其中7m是样本中对应A的扭矩)。 若产品样：本末给出7v。，nv。，可用7。r事7”来选择谐波传动型号。3.4 圆柱齿轮传动考虑到焊接机器人腰部传动的传动比比较小，对腰部传动的要求较低，我选择齿轮传动。同时，焊接机器人的精度要求不高，故齿轮精度等选用7级。选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数z1=40则大齿轮齿数a. 设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度条件的设计表达式 （41） 其中，小齿轮传递的转矩： 试选载荷系数 Kt=1.4选择材料的接触疲劳极根应力为： 应力循环次数N由下列公式计算可得 （4-2） 则 接触疲劳寿命系数,接触疲劳安全系数求许用接触应力:将有关值代入（41）得：则圆周速度： 齿宽：b =mm 模数：齿高：由此查得：根据v=1.3m/s,7 级精度，查得： 动载荷系数；直齿轮 使用系数；动载荷分布不均匀系数则修正 取标准模数。c.计算基本尺寸取 d. 校核齿根弯曲疲劳强度选择材料的弯曲疲劳极限应力为： 弯曲疲劳寿命系数 取弯曲安全系数 S=1.4求许用弯曲应力:载荷系数：齿形系数， 查应力校正系数： 校核两齿轮的弯曲强度 （43） 所以齿轮完全达到要求。名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙齿轮的几何尺寸4. 机器人轴承设计球轴承是机器人和机械手机构中最常用的轴承。它能承受径向和轴向载荷，摩擦较小。因此工业机器人又有自己特殊的轴承。其中，采用四点接触式设计以及高精度加工工业的机器人专用轴承已经问世，这种轴承比同等轴径的常规中系列四点接触轴承轻25倍。它的内圈(或外圈)由两个半圈精确拼配而成，而其整体外围(或内圈)的沟曲率半径较小，使钢球与内、外圈在四个“点”上接触，既加大了径向负荷能力，又能以紧凑的尺寸承受很的两个方向的轴向负荷，并且有很好的两个方向的轴向限位能力，因为它的轴向游隙相对较小，而其接触角(一般取为35)又较大。4.1 工业机器人专用轴承结构形式工业机器人专用薄壁四点接触球轴承通常有带密封圈和不带密封圈的结构形式(见图5-1)。其主要由内圈、外围、保持架、钢球或非接触式密封圈组成。内、外圈均为整体结构，钢球与内、外因沟道呈四点接触，保持架为冠形插入式结构。适合安装在工业机器人的腕部、肘部等关节部位。薄壁交叉滚子轴承通常有满滚子结构和带冲压保持架或隔离件的结构形式。为便于装配，交叉滚子轴承外因或内圈采用双半结构，用螺钉连接，内、外因滚道与轴承轴线呈45角，滚道之间交替放置互成90的圆柱滚子，滚子直径一般应大于滚子长度，可承受径向载荷及两个方向的轴向载荷以及倾覆力矩，相当于两套接触角45的角接触轴承背靠背安装的组配。特别适合安装在工业机器人的腰部、肩部等关节部位。 图5-1 薄壁四点接触球轴承4.2工业机器人专用轴承特点4.2.1薄壁密封四点接触球轴承特点 (1)外径与内径之比较小，滚动体直径小，数量多，与相同内径的标准轴承相比，其重量约为标准轴承的5，横截面积约为标准轴承的20。 (2)定截面轴承：薄壁四点接触球轴承系列，轴承横截面尺寸相同，不随内、外径的变化而改变。 (3)能承受径向载荷、双向推力载荷和倾覆力矩，相当于两套背对背安装的角接触球轴承，但其宽度只相当于一套角接触球轴承的宽度。4.2.2 薄壁密封交叉滚子轴承特点 (1)滚子与滚道的接触形式为线接触，与球轴承相比，其载荷容量较大，一般是相同尺寸球轴承额定载荷的5-15倍，因此承载能力强，工作可靠性高，寿命较长。 (2)滚子直径相对较大、有效接触长度适当增加，因此，滚子在外载荷作用下，轴承的轴向和径向刚性均较高。 (3)采用大直径、小截面，可以节省径向和轴向空间，有利于主机结构的紧凑化，能简化主机结构。(4)采用双半外圈结构，通过修磨或研磨两个半外圈接合面，即可达到预定的游隙，调整游隙非常方便。4.3 薄壁四点接触琢轴承设计4.3.1 主参数优化设计轴承主参数的确定是设计过程中的重要环节，薄壁四点接触球轴承主参数(钢球直径、钢球数量Z、球组节圆直径的选取，应在保证轴承使用性能如最大刚性、最小摩擦力矩等要求的前提下，使轴承的寿命最长。工业机器人轴承主要失效形式是接触疲劳失效或精度丧失，因此，薄壁四点接触球轴承仍以最长接触疲劳寿命，也就是最大额定动载荷为设计目标函数，即Maxf(c)maxC max13f(icos)ZDw (1)式中：i为钢球列数，四点接触球轴承钢球列数虽为1，但由于在承受径向载荷时，钢球与内、外围沟道四点接触，在此取i2；30。 由于其沟曲率半径系数不符合GB/T63912003规定，系数按下式计算式中：095；DwcosD；30；水为内圈沟曲率半径系数；为外圈沟曲率半径系数；4.3.2 约束条件(1)球径约束 由于轴承横截面尺寸相同，故=0.25（2） 球数约束 由于轴承套圈壁较薄，轴承填球角还可适当取大一点。 (3)球组节圆直径约束 轴承属于薄壁轴承，球组节圆直径取为轴承内径d和外径D的平均值，不适宜外移。 根据轴承设计目标函数和约束条件，采用网格法，通过计算机优化程序，完成轴承主参数：钢球直径、球数和球组节圆直径的确定。4.3.3 关键结构参数设计 根据薄壁密封四点接触球轴承在机器人中的使用状况和长寿命、高刚性、低摩擦的使用要求，在设计中不仅要考虑尽可能大的额定动载荷，同时针对薄壁轴承横截面较小的特点，要精心选择每个结构参数的最佳值，以改善轴承零件接触应力分布，达到有利于润滑油膜形成的最佳接触状态，提高轴承的使用寿命。（1）内、外套圈沟道曲率半径系数的确定 内、外套圈沟道曲率半径系数的大小直接影响轴承的载荷容量、寿命、刚性以及摩擦力矩等性能参数。例如沟曲率半径系数增大，摩擦力矩减小，载荷容量减小，寿命缩短；沟曲率半径系数减小则相反。因此沟曲率半径系数选取应根据使用性能要求而定，如低速重载时，套圈取较低的曲率半径系数：0505-051，052-0525；轴承要求高速时，曲率半径系数内圈大、外圈小，053-057，051-054。对工业机器人用蒲壁四点接触球轴承其主要要求摩擦力矩低，灵活性好，故内、外圈的沟曲率半径系数选取较大，取055。（2）套圈沟道位置 由于薄壁四点接触球轴承内、外圈采用整仍结构，而且截面积只有相同内径标准轴承的20，所以保持架径向壁厚取值有限，如果按通用轴承那样，沟道位置设计在轴承宽度中心，轴承形成别称结构，保持架兜孔底部强度将受到影响，同时密封圈的安装位置也将受到限制，因此，为保证轴承保持架具有足够的强度和密封圈有足够的安装空间，沟位置采取对两侧端面不对称的设计。（3）挡边高度的确定 工业机器人用四点接触球轴承处于工作状态时，除承受一定的径向载荷外，还承受一定的轴晾载荷。在承受轴向载荷时，钢球与滚道之间将形成接触椭圆，若铀向载荷过大，可能造成钢球与内、外圈挡边边缘接触或挡边与滚道之间的接触椭圆被截断，产生应力集中，使轴承套圈发生疲安磨损，早期失效。因此，挡边高设计时，需根据郭承承受轴向载荷大小，利用Hertz接触应力理论推算出轴承套团最小挡边高度，从而计算出套圈挡边直径。实际设计时考虑到四点接触球轴承承载面积较小，套圈壁较薄，在满足使用要求前提下挡边高系数取值要比深沟球轴承小。（4）保持架设计 保持架的作用是等距离地分隔滚动体，引导滚动体的运动，减少摩擦，改善润滑等。设计时，应使其兜孔形状有利于轴承的润滑、降低摩擦力矩的同时又具有足够的强度以便于加工和装配。根据这些要求，工业机器人用四点接触球轴承保持架可以选用尼龙66加25玻璃纤维的塑料冠形保持架或车制黄铜实体保持架。目前国内工业机器人用轴承批量较小，采用较多的还是车制黄铜实体保持架。由于轴承的内外圈为整体结构，并且截面空间有限，为了增加保持架的强度，同时考虑到轴承球数较多，便于装配，保持架设计时，采取两个或三个球兜孔不带锁量，一个球兜孔留有锁量的特殊冠形保持架结构。（5） 密封结构设计工业机器人正在向小型化、轻量化、精密化发展，因此工业机器人用轴承的润滑最好采用带密封结构的润滑方式进行脂润滑。轴承的密封性能是衡量密封轴承的重要指标之一，密封轴承的早期破坏，往往是轴承密封不好，污染物进入轴承使润滑脂逐渐失效所致。因此设计密封轴承时，密封配合副要安全可靠，同时要考虑到轴承的具体工作要求和轴承的具体结构形式。针对工业机器人轴承壁薄的特点，外因密封槽和密封圈唇部的配合，设计时采用轴向定位，侧向压缩的定位配合形式，这种方法可以避免由于外圈密封唇压缩量过大，使外因变形过大，外因椭圆度超差，而且具有装配压力小，装配容易等特点。轴承内圈与密封唇的配合方式一般有两种，内圈密封唇与内圈挡边接触的接触式密封和内圈密封唇与内圈挡边不接触的非接触式密封。接触式密封相对于非接触式密封防尘漏脂效果要好，但其摩擦力矩较大，温升较高，考虑到摩擦力矩较大，对机器人主机有不利影响，设计时一般采用非接触式密封结构。另外由于轴承套圈壁很薄，加工密封槽时，轴承内、外圈易变形，所以内圈挡边采用无槽结构，但要严格控制密封间隙。5.总结 经过了一个学期的努力，通过调研、翻阅书籍、差机器人行业标准、草图力学和结构分析这一系列的过程，让我们明白了毕业设计的真谛。大学三年，我们学的课程很多，接触的范围也比较广，但更多层面上都是那种雨过地皮湿，停留在表层的了解。而这次毕业设计则是各科的综合和实践。无论是机械制图、机械原理、机械设计还是互换性、机械制造基础等专业科，无不为本次设计打下了坚实的基础，让我们学会了一种资源的整合。 在本次毕业设计的过程中，我主要从以下几个方面来设计A-V6L焊接机器人的结构：1.国内外焊接机器人的现状及发展趋势2.焊接机器人构成及工作原理3. 焊接机器人分类、功能4. A-V6L焊接机器人的主要参数和结构尺寸5. 机器人的动力选择6. 大臂设计7. 机座和腰部设计8.谐波减速器的原理和选择9. 圆柱齿轮传动10. 机器人专用轴承设计11.器人机械系统运动学及运动控制 由于本次设计的工作量大，我们只是在二维草绘的基础上熟练掌握焊接机器人的结构设计和传动原理，虽然这个过程极其复杂，但又是一个享受的环节，我们小组上下齐心一致，一起探讨、一起研究、一起解决问题、一起进步，一起享受这个过程给我们带来的酸甜苦辣咸也是通过这次毕业设计，让我深深地喜欢上了机器人的设计，由于时间的原因，我们只