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SMART机器人结构设计【三自由度】【10张CAD图纸】【独家】

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关键词：: smart 机器人结构设计三自由度 cad图纸独家

资源描述：

SMART机器人设计【三自由度】

53页 18600字数+说明书+开题报告+7张CAD图纸

SMART机器人开题报告.doc

SMART机器人设计毕业论文.doc

V带轮.dwg

大臂装配图.dwg

大臂计算.doc

小臂电机.dwg

小臂装配图.dwg

小臂计算.doc

总结构装配图.dwg

结构简图.dwg

腰部装配图.dwg

腰部计算.doc

摘要ⅰ

Abstractⅱ

第一章引言1

1.1题目来源与分析1

1.2研究目的2

1.3国内外发展及研究现状2

1.3.1 国内外焊接机器人技术的发展2

1.3.2 国内外焊接机器人的应用状况2

第二章关节型机器人总体设计4

2.1 确定基本技术参数4

2.1.1 机械结构类型的选择4

2.1.2 额定负载5

2.1.3 操作机的驱动系统设计5

2.1.4 确定关节型机器人手臂的配置形式6

2.2 关节型机器人本体结构设计7

2.2.1 机器人本体结构的传动设计7

2.2.2 所设计机器人本体结构的特点7

第三章关节型机器人腰部结构设计9

3.1 电动机的选择9

3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比10

3.3 轴的设计计算10

3.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算10

3.3.2 轴尺寸的确定11

3.3.3 轴的设计校核11

3.4 齿轮的设计13

3.4.1 选择材料13

3.4.2 压力角的选择13

3.4.3 齿数和模数的选择13

3.4.4 齿宽系数13

3.4.5 确定齿轮的传动精度14

3.4.6 齿轮的校核15

第四章关节型机器人大臂结构设计21

4.1 电动机的选择21

4.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比22

4.3 轴的设计计算22

4.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算22

4.3.2 轴尺寸的确定23

4.3.3 轴的设计校核23

4.4 齿轮的设计25

4.4.1 选择材料25

4.4.2 压力角的选择25

4.4.3 齿数和模数的选择25

4.4.4 齿宽系数25

4.4.5 确定齿轮的传动精度26

4.4.6 齿轮的校核27

第五章关节型机器人小臂结构设计33

5.1 电动机的选择33

5.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比34

5.3 轴的设计计算34

5.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算34

5.3.2 轴尺寸的确定35

5.3.3 轴的设计校核35

5.4 齿轮的设计37

5.4.1 选择材料37

5.4.2 压力角的选择37

5.4.3 齿数和模数的选择37

5.4.4 齿宽系数37

5.4.5 确定齿轮的传动精度38

5.4.6 齿轮的校核39

第六章总结与展望46

参考文献XX

致谢XX

附录XX

摘要

本课题的提出来源于生产实践中。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求,一般工人已难以胜任这一工作;此外,焊接时的火花及烟雾等,对人体造成危害,因而,此此题的提出就有十分重要的意义。

此次设计主要研究设计关节型弧焊机械手的机械本体部分，即由腰部、大臂和小臂组成的3个关节的机械本体的结构设计。设计主要通过腰部的旋转和大、小臂的俯仰来实现机械手的空间3自由度的运动。

在设计过程中主要参照国内外已成功研制的机械手本体部分的设计，依照机械手的设计要求和准则，在此基础上进行改进和优化，使其结构设计合理、简单、紧凑，动作灵活，能够应用于弧焊作业及搬运与装配作业。

关键词：三自由度，弧焊，关节型，工业机器人

smart design of arc welding robot

Abstract

The topics raised from the production practice. Because of the many components of welding precision and speed to the growing demands, the general competence of workers has been difficult this work; In addition, when welding sparks and smoke, causing harm to the human body, thus, the title of this has made very Important significance.

The design of the main joint research and design of arc welding robot mechanical body part, that is, by the waist, the boom and arm composed of three joint body of the mechanical structure design. Design, mainly through the waist and the rotation, the pitching arm manipulator to achieve the space of three degrees of freedom movement.

In the process of designing the main reference at home and abroad have successfully developed the robot body parts of the design, in accordance with the mechanical hand the design requirements and criteria on the basis of this improvement and optimization of its structural design reasonable, simple, compact and flexible action, can be used In arc welding and assembly operations and handling operations.

Key Words：freedom; arc welding; joint type; industrial robots

　　　随着现代科技的迅猛发展，机器人（机械手）技术已广泛应用于人类社会的各个领域。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。机器人（机械手）的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。

　　　我国机器人（机械手）的应用数量增长异常迅猛。专家预测，到2010年拥有量将达到17300台，到2015年，市场容量将达十几万台（套）。其中焊接机器人占据了整个工业机器人总量的40%以上。弧焊技术作为现代焊接技术的重要组成部分，其应用范围几乎涵盖了所有的焊接生产领域。近年来随着市场竞争的日趋激烈，提高焊接生产的生产率、保证产品质量、实现焊接生产的自动化、智能化越来越得到焊接生产企业的重视。

　　　归纳起来采用焊接机器人有下列主要意义：

　　　(1) 稳定和提高焊接质量,保证其均一性。焊接参数采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量稳定。

　　　(2) 产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。

　　　(3) 可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。

　　　(4) 改善了工人的劳动条件。

　　　(5) 提高劳动生产率。正文是作者对研究工作的详细表述。

1.2 研究目的

　　　本课题《SMART型机器人结构设计》来源于生产实践中。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求,一般工人已难以胜任这一工作;此外,焊接时的火花及烟雾等,对人体造成危害,因而,此课题的提出就有十分重要的意义。课题要求设计的机器人具有3个自由度：① 腰关节回转；② 大臂关节俯仰；③ 小臂关节俯仰。其工作指标为腕部最大负载6kg，腰部旋转范围在0-300°之间，大臂和小臂的运动范围在0-300°之间，三个关节的最大线速度为2m/s，工作空间球体半径为1500mm。

　　　目前,国内外使用的工业机器人中,其负载能力的范围很大,最小的额定负载在5N以下,最大可达9000N。负载大小的确定主要是考虑沿机器人各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括机器人末端执行器的重量、抓取工件或作业对象的重量和在规定速度和加速度条件下，产生的惯性力矩。本课题的任务要求是保证手腕部能承受的最大载荷是6kg。

2.1.3操作机的驱动系统设计

　　　关节型机器人本体驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执行机构联成一体，驱动臂杆和载荷完成指定的运动。通常的机器人驱动方式有以下四种:

　　　a.步进电机：可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但是由于采用开环控制，没有误差校正能力，运动精度较差，负载和冲击震动过大时会造成“失步”现象。

　　　b.直流伺服电机：直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低。

　　　c.交流伺服电机：交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修方便，与步进电机相比价格要贵一些。随着可关断晶闸管GTO，大功率晶闸管GTR和场效应管MOSFET等电力电子器件、脉冲调宽技术(PWM)和计算机控制技术的发展，使交流伺服电机在调速性能方面可以与直流电机媲美。采用16位CPU+32位DSP三环(位置、速度、电流)全数字控制，增量式码盘的反馈可达到很高的精度。三倍过载输出扭矩可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。

　　　d.液压伺服马达：液压伺服马达具有较大的功率/体积比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从体积、重量及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。但是，其费用较高，其液压系统经常出现漏油现象。为避免本系统也出现同类问题，在可能的前提下，本系统将尽量避免使用该种驱动方式。

　　　常用的驱动器有电机和液压、气动驱动装置等。其中采用电机驱动是最常用的驱动方式。电极驱动具有精度高，可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人应用要求等特点。所以在这次设计中我选择了直流电机作为驱动器。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。

　　　本课题的机器人将采用直流伺服电动机。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。

2.1.4 确定关节型机器人手臂的配置形式

　　手臂的配置形式反映了机器人操作机的总体布局。根据任务要求,要实现机器人焊接功能,则机器人的工作范围要广,所以我选择了立柱式的配置方式。其特点是占地面积小,工作范围大,机器人手臂可绕立柱回转。

　　　根据分析,可将机器人的参数列在表2-1中：

　　　表2-1关节型机器人的主要参数

项目技术要求

结构型式关节型

自由度数3

运动范围

300o300o300o

最大速度2m∕s

腕部最大负荷6㎏

驱动方式直流伺服驱动

重复定位精度0.4mm

控制方式PTP∕CP

操作方式示教再现，离线编程

存储容量16～256k

质量操作机1670kg;控制柜640kg

输入∕输出32∕16位

电源3相；380V、50Hz,440V/60Hz,550V/50Hz;14kvA

安装环境0～50℃

2.2 关节型机器人本体结构设计

2.2.1 机器人本体结构的传动设计

　　　机械手的3个传动系统分别实现了腰部与底座的回转以及大臂的俯仰和小臂的俯仰。腰部的回转，大臂和小臂的俯仰都是通过电机带动二级齿轮减速器传动来实现的。

　　　机器人主要由腰部与基座组成的回转基座以及大臂、小臂组成。回转基座是一个铝制的整体铸件。

　　　大臂和小臂的结构形式相似，都由铝制的整体铸件骨架组成。铸件既作臂的承力骨架，又作电机和内部二级减速器以及转轴的支承座。大臂上装有大臂和小臂的驱动电机，电机输出端装有对应的二级减速器组件。大臂和小臂关节都采用了二级圆柱减速器直接驱动。

大臂装配图.gif

小臂装配图.gif

腰部装配图.gif

总结构装配图.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告题目SMART机器人系部机电系专业机械工程及自动化学生姓名学号指导教师职称毕设地点2009年03 月15 日1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写15002000字左右的文献综述：工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。 20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是以穿孔卡、穿孔带或磁带等信息载体，输入已编好的程序。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。 SMART 6.50R型机器人是意大利COMAU公司制造的通用关节型工业机器人，直流伺服驱动，可进行在线编程和离线编程，控制方式为PTP和CP两种，工作空间大，可广泛用于点焊，弧焊，搬运，装配，喷涂等作业，目前已大量应用于欧美等地。 SMART 6.50R型机器人由腕部，小臂，大臂和腰部四大部分组成，产用空间关节型布置方式。 SMART 6.50R型机器人腰关节，大臂关节和小臂关节均由直流伺服电机通过齿形带，齿轮，齿轮减速箱进行驱动。这种传动方案的优点是：（1）传动刚度大，可传递很大的功率和扭矩。（2）便于维修，检查和调整传动间隙。SMART 6.50R型机器人腕关节为3R机构，具有3个自由度。腕关节的三个驱动电机均集中布置在小臂后端，在其三个自由度的运动传动过程中，均产用了谐波减速器。这种传动方案的优点是：（1）腕部尺寸较小，重量较轻。（2）便于姿态调整。（3）有利于小臂自身重力平衡。（4）有利于迅速制动，保证安全。结构设计特点（1）整机产用6R结构，通用性强。（2） 6个关节根据不同要求产用不同的传动方式，具有一定的特点。（3）腰部和大臂均产用U型框架结构，具有较大的刚度。（4）大臂产用较先进的气动平衡装置。（5）在腕部机械接口处，配置有工具安全法兰，以防过载。参考文献：（1）(苏)尤列维奇著. 机器人和机械手控制系统M, 北京：新时代出版社, 1985（2）天津大学工业机械手设计基础编写组编, 工业机械手设计基础M, 天津：天津科学技术出版社, 1980（3）陆祥生,杨秀莲编. 机械手M. 北京：中国铁道出版社, 1985（4）王承义著. 机械手及其应用M. 北京：机械工业出版社, 1981（5）林瑞麟, 郭新跃, 蒋少茵. 机械人的动态特性试验研究J. 华侨大学学报(自然科学版) , 1995, 16 (4) （6）熊有伦.机器人技术基础M.武汉：华中科技大学出版社.1995（7）熊世和. 机电系统的计算机控制技术M. 成都: 成都电子科技出版社, 1993 2. 毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：毕业设计的任务： 1）弄懂小臂，大臂，腰部的传动；2）熟悉工作原理；3）用途和优缺点；4)设计Smart机械人的机械本体部分，要求能够进行3自由度运动（转台旋转、大、小臂俯仰），其结构设计合理、简单、紧凑，动作要灵活，能够应用于弧焊作业及搬运与装配作业。拟产用的方法： 1）研究四大组成部分的工作原理和传动特点；2）用CAD软件画出装配图和原理图。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）：指导教师签字：年月日上级审查意见：负责人签字：年月日毕业设计（论文）报告纸毕业设计题目SMART型机器人结构设计学生姓名学号学院机电工程系专业机械工程及自动化班级指导教师SMART型机器人结构设计摘要本课题的提出来源于生产实践中。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求,一般工人已难以胜任这一工作;此外,焊接时的火花及烟雾等,对人体造成危害,因而,此此题的提出就有十分重要的意义。此次设计主要研究设计关节型弧焊机械手的机械本体部分，即由腰部、大臂和小臂组成的3个关节的机械本体的结构设计。设计主要通过腰部的旋转和大、小臂的俯仰来实现机械手的空间3自由度的运动。在设计过程中主要参照国内外已成功研制的机械手本体部分的设计，依照机械手的设计要求和准则，在此基础上进行改进和优化，使其结构设计合理、简单、紧凑，动作灵活，能够应用于弧焊作业及搬运与装配作业。关键词：三自由度，弧焊，关节型，工业机器人 smart design of arc welding robotAbstractThe topics raised from the production practice. Because of the many components of welding precision and speed to the growing demands, the general competence of workers has been difficult this work; In addition, when welding sparks and smoke, causing harm to the human body, thus, the title of this has made very Important significance. The design of the main joint research and design of arc welding robot mechanical body part, that is, by the waist, the boom and arm composed of three joint body of the mechanical structure design. Design, mainly through the waist and the rotation, the pitching arm manipulator to achieve the space of three degrees of freedom movement. In the process of designing the main reference at home and abroad have successfully developed the robot body parts of the design, in accordance with the mechanical hand the design requirements and criteria on the basis of this improvement and optimization of its structural design reasonable, simple, compact and flexible action, can be used In arc welding and assembly operations and handling operations. Key Words：freedom; arc welding; joint type; industrial robots目录摘要Abstract第一章引言11.1题目来源与分析11.2研究目的21.3国内外发展及研究现状21.3.1 国内外焊接机器人技术的发展21.3.2 国内外焊接机器人的应用状况2第二章关节型机器人总体设计42.1 确定基本技术参数42.1.1 机械结构类型的选择42.1.2 额定负载52.1.3 操作机的驱动系统设计52.1.4 确定关节型机器人手臂的配置形式62.2 关节型机器人本体结构设计72.2.1 机器人本体结构的传动设计72.2.2 所设计机器人本体结构的特点7第三章关节型机器人腰部结构设计93.1 电动机的选择93.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比103.3 轴的设计计算103.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算103.3.2 轴尺寸的确定113.3.3 轴的设计校核11 3.4 齿轮的设计133.4.1 选择材料133.4.2 压力角的选择133.4.3 齿数和模数的选择133.4.4 齿宽系数133.4.5 确定齿轮的传动精度143.4.6 齿轮的校核15第四章关节型机器人大臂结构设计214.1 电动机的选择214.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比224.3 轴的设计计算224.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算224.3.2 轴尺寸的确定234.3.3 轴的设计校核23 4.4 齿轮的设计254.4.1 选择材料254.4.2 压力角的选择254.4.3 齿数和模数的选择254.4.4 齿宽系数254.4.5 确定齿轮的传动精度264.4.6 齿轮的校核27第五章关节型机器人小臂结构设计335.1 电动机的选择335.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动比345.3 轴的设计计算345.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算345.3.2 轴尺寸的确定355.3.3 轴的设计校核35 5.4 齿轮的设计375.4.1 选择材料375.4.2 压力角的选择375.4.3 齿数和模数的选择375.4.4 齿宽系数375.4.5 确定齿轮的传动精度385.4.6 齿轮的校核39第六章总结与展望46参考文献XX致谢XX附录XX- 46 - 第一章引言1.1 题目来源与分析随着现代科技的迅猛发展，机器人（机械手）技术已广泛应用于人类社会的各个领域。在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具。应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。机器人（机械手）的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。我国机器人（机械手）的应用数量增长异常迅猛。专家预测，到2010年拥有量将达到17300台，到2015年，市场容量将达十几万台（套）。其中焊接机器人占据了整个工业机器人总量的40%以上。弧焊技术作为现代焊接技术的重要组成部分，其应用范围几乎涵盖了所有的焊接生产领域。近年来随着市场竞争的日趋激烈，提高焊接生产的生产率、保证产品质量、实现焊接生产的自动化、智能化越来越得到焊接生产企业的重视。归纳起来采用焊接机器人有下列主要意义：(1) 稳定和提高焊接质量,保证其均一性。焊接参数采用机器人焊接时对于每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量稳定。(2) 产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。(3) 可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不同工件的生产。(4) 改善了工人的劳动条件。(5) 提高劳动生产率。正文是作者对研究工作的详细表述。1.2 研究目的本课题SMART型机器人结构设计来源于生产实践中。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越高的要求,一般工人已难以胜任这一工作;此外,焊接时的火花及烟雾等,对人体造成危害,因而,此课题的提出就有十分重要的意义。课题要求设计的机器人具有3个自由度：腰关节回转；大臂关节俯仰；小臂关节俯仰。其工作指标为腕部最大负载6kg，腰部旋转范围在0-300之间，大臂和小臂的运动范围在0-300之间，三个关节的最大线速度为2m/s，工作空间球体半径为1500mm。此次设计主要研究设计关节型弧焊机械手的机械本体部分，即由腰部、大臂和小臂组成的3个关节的机械本体的结构设计。设计主要通过腰部的旋转和大、小臂的俯仰来实现机械手的空间3自由度的运动。在设计过程中主要参照国内外已成功研制的机械手本体部分的设计，依照机械手的设计要求和准则，在此基础上进行改进和优化，使其结构设计合理、简单、紧凑，动作灵活，能够应用于弧焊作业及搬运与装配作业。1.3 国内外发展及研究现状1.3.1 国内外焊接机器人技术的发展我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代。早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。1.3.2 国内外焊接机器人的应用状况国际上80年代是焊接机器人在生产中应用发展最快的10年。我国工厂从90年代开始，应用焊接机器人的步伐也显著加快。进入21世纪由于国外汽车巨头的不断涌入，汽车行业迅猛发展，我国汽车行业的机器人安装台数迅速增加。目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三种。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。国产机器人主要是沈阳新松机器人公司产品。（一）目前国内外应用较多的焊接机器人系统有如下几种形式：1. 焊接机器人工作站（单元）通过变位机与机器人协调运动实现焊接。2. 焊接机器人生产线焊接机器人生产线比较简单的是把多台工作站（单元）用工件输送线连接起来组成一条生产线。3. 焊接柔性生产线（FMS-W）。柔性线也是由多个站组成，不同的是被焊工件都装卡在统一形式的托盘上，而托盘可以与线上任何一个站的变位机相配合并被自动卡紧。这样每一个站无需作任何调整就可以焊接不同的工件。（二）目前焊接机器人的结构形式焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。机器人结构包含手臂、手腕、手抓、和行走机构等部分，它实现机器人的运动机能，完成规定的各种操作。操作臂通常是由一系列连杆通过关节顺次相连的开链式。工业机器人常用的两种关节是旋转关节和移动关节。机器人的运动是由手臂和手腕的运动组合而成的。通常手臂部分有3个关节，用以改变手腕参考点的位置成为定位机构；手腕部分也有3个关节，通常这3个关节轴线相交，用来改变末端件（如手爪）的姿态，称为定向机构，整个操作臂可以看成是定位机构连接定向机构。目前世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节式机器人，绝大部分有6个轴。其中， 1、2、3轴可将末端工具送到不同的空间位置，而4、5、6轴解决工具姿态的不同要求。机器人手臂的前3个关节顺次连接的3个连杆，形成定位机构。3个关节的种类决定了操作臂工作空间的形式。通常分为直角坐标式机器人，圆柱坐标式机器人，球（极）坐标式机器人，SCARA机器人和关节式机器人五种形式。第二章关节型机器人总体设计2.1 确定基本技术参数2.1.1 机械结构类型的选择为实现总体机构在空间的位置提供的3个自由度，可以有不同的运动组合，根据本课题可以将其设计成以下五种方案：a.圆柱坐标型这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统，工作空间图形为圆柱型。它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。b.直角坐标型直角坐标型工业机器人，其运动部分由三个相互垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移动距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较差。c.球坐标型又称极坐标型，它由两个转动和一个直线移动所组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一个球形，它可以作上下俯仰运动并能够抓取地面上或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构复杂。d.关节型关节型又称回转坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰摆动，小臂作俯仰摆动。其特点使工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取靠进机座的物体。 e.平面关节型采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后、左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间的轨迹图形，它的纵截面为矩形的同转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体横截面的大小、形状。在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。对以上五种方案进行比较：方案一不能够完全实现本课题所要求的动作；方案二体积大，灵活性差；方案三结构复杂；方案五无法实现本课题的动作。结合本课题综合考虑决定采用方案四：关节型机器人。此方案所占空间少，工作空间范围大，动作灵活，工艺操作精度高。2.1.2 额定负载目前,国内外使用的工业机器人中,其负载能力的范围很大,最小的额定负载在5N以下,最大可达9000N。负载大小的确定主要是考虑沿机器人各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中应包括机器人末端执行器的重量、抓取工件或作业对象的重量和在规定速度和加速度条件下，产生的惯性力矩。本课题的任务要求是保证手腕部能承受的最大载荷是6kg。2.1.3操作机的驱动系统设计关节型机器人本体驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执行机构联成一体，驱动臂杆和载荷完成指定的运动。通常的机器人驱动方式有以下四种: a.步进电机：可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但是由于采用开环控制，没有误差校正能力，运动精度较差，负载和冲击震动过大时会造成“失步”现象。 b.直流伺服电机：直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低。c.交流伺服电机：交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修方便，与步进电机相比价格要贵一些。随着可关断晶闸管GTO，大功率晶闸管GTR和场效应管MOSFET等电力电子器件、脉冲调宽技术(PWM)和计算机控制技术的发展，使交流伺服电机在调速性能方面可以与直流电机媲美。采用16位CPU+32位DSP三环(位置、速度、电流)全数字控制，增量式码盘的反馈可达到很高的精度。三倍过载输出扭矩可以实现很大的启动功率，提供很高的响应速度。d.液压伺服马达：液压伺服马达具有较大的功率/体积比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从体积、重量及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。但是，其费用较高，其液压系统经常出现漏油现象。为避免本系统也出现同类问题，在可能的前提下，本系统将尽量避免使用该种驱动方式。常用的驱动器有电机和液压、气动驱动装置等。其中采用电机驱动是最常用的驱动方式。电极驱动具有精度高，可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人应用要求等特点。所以在这次设计中我选择了直流电机作为驱动器。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。本课题的机器人将采用直流伺服电动机。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。2.1.4 确定关节型机器人手臂的配置形式手臂的配置形式反映了机器人操作机的总体布局。根据任务要求,要实现机器人焊接功能,则机器人的工作范围要广,所以我选择了立柱式的配置方式。其特点是占地面积小,工作范围大,机器人手臂可绕立柱回转。根据分析,可将机器人的参数列在表2-1中：表2-1关节型机器人的主要参数项目技术要求结构型式关节型自由度数3运动范围300300300最大速度2ms腕部最大负荷6驱动方式直流伺服驱动重复定位精度0.4mm控制方式PTPCP操作方式示教再现，离线编程存储容量16256k质量操作机1670kg;控制柜640kg输入输出3216位电源3相；380V、50Hz,440V/60Hz,550V/50Hz;14kvA安装环境0502.2 关节型机器人本体结构设计2.2.1 机器人本体结构的传动设计机械手的3个传动系统分别实现了腰部与底座的回转以及大臂的俯仰和小臂的俯仰。腰部的回转，大臂和小臂的俯仰都是通过电机带动二级齿轮减速器传动来实现的。机器人主要由腰部与基座组成的回转基座以及大臂、小臂组成。回转基座是一个铝制的整体铸件。大臂和小臂的结构形式相似，都由铝制的整体铸件骨架组成。铸件既作臂的承力骨架，又作电机和内部二级减速器以及转轴的支承座。大臂上装有大臂和小臂的驱动电机，电机输出端装有对应的二级减速器组件。大臂和小臂关节都采用了二级圆柱减速器直接驱动。2.2.2 所设计机器人本体结构的特点所设计的机器人本体结构特点如下：a.腰部回转由V带轮和二级减速器传动组成。在结构布置上，电机、二级减速器均固定在基座上。这样布局对装修、润滑方便，但增大了腰部回转的转动惯量。大臂和小臂的传动原理相同，均采用电机，二级减速器和关节轴线同轴的传动方式。这样结构简单，传动路线最短。 b.底座铸件结构形状简单，既用作内部大齿轮的安装固定与主轴的支承座，又兼作承力骨架，传递集中载荷。这样不仅节省材料，减少加工量，又使整体质量减轻。腰部及大小臂机构同样采用结构简单的铸件。 c. 腰关节和大、小臂关节处结构密度大，多余空隙比较少，结构紧凑。这样使总的尺寸减少，质量减少。d. 工作范围大，适应性广。PT-600型，它的工作空间几乎是他的长臂所能达到的全球空间。再加以腕部的配合使它工作时位姿的适应性强。e. 机器人手臂材料的选择：机器人手臂的材料应根据手臂的工作状况来选择。根据设计要求，机器人手臂要完成各种运动。因此，对材料的一个要求是作为运动的部件，它应是轻型材料。而另一方面，手臂在运动过程中往往会产生振动，这将大大降低它的运动精度。因此，在选择材料时，需要对质量、刚度、阻尼进行综合考虑，以便有效地提高手臂的动态性能。机器人手臂材料首先应是结构材料。手臂承受载荷时，不应有变形和断裂。从力学角度看，即要具有一定的强度。手臂材料应选择高强度材料，如钢、铸铁、合金钢等。机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料做手臂。在我们的设计中为减轻机器人本体的重量选用铸铝材料。第三章关节型机器人腰部结构设计通过总体分析后,确定了机器人的结构。所设计的腰关节部分采用二级齿轮减速传动。3.1 电动机的选择设两臂和腕部水平展开时对于腰部关节的主轴的转动惯量为,根据平行轴定理可得绕腰部关节轴的转动惯量为:=+ （3-1）、，分别为15kg、30kg、50kg,、分别为重心到第一关节轴的距离，其值分别为1000mm、1000mm、900mm，在式（3-1）中、故、可忽略不计。所以绕第一关节轴的转动惯量为：=+ =15+30+50*0.9 =85.5因为绕第一关节的转动惯量是最大的，所以其他的转动惯量就不要计算了。设主轴速度为78/s，则旋转开始时的转矩可表示如下：T=JW式中： T 旋转开始的转矩 N mw 角加速度 rad /s使机械手主轴从w=0到w=78 /s所需时间为： t=1s 则：=*w=*=85.5*78/180*116.337Nm若考虑绕机械手手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为120 N m电动机的功率可按下式估算(1.52.5)式中： Pm电动机功率W ；MLP负载力矩 N m ；LP负载转速 rad / s ；传动装置的效率，初步估算取0.97*0.95=0.87；系数1.52.5为经验数据，取2.5 2.5*465.6 Nm估算 Pm后就可选取电机，使其额定功率 Pr满足下式选择SZ系列直流伺服马达 130SZ13C表3-1 130SZ13C直流电动机伺服马达技术数据型号力矩（mNm）转矩（r/min）功率(w)电压(v)电流(A)130SZ13C191225005001605.003.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动通过电机的主轴转速和腰部旋转的做大角速度可求得大概的总传动比 =198.3取V带轮传动的传动比=3，二级圆柱齿轮减速器传动比=30，按展开式分布，由展开式曲线查得=6.5，则=30/6.5=4.6。=2.23.3轴的设计计算3.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算 a.各轴转速I轴 =2500/3=833.3r/min轴 =833.3/6.5=128.2r/min轴 =128.2/4.6=27.87r/min轴 =27.87/2.2=12.67r/minb.各轴输入功率轴 =2500*0.96=2400W轴 =2400*0.98*0.96=2257.92W轴 =2257.92*0.96=2081.77W轴 =2081.77*0.96=1880.97Wc.各轴输入扭矩轴 =9550*=9550*2.4/833.3=27.5 N m轴 =9550*=9550*2.25792/128.2=168.2 N m轴 =9550*=9550*2.08177/27.87=713.34 N m轴 =9550*=9550*1.88097/12.67=1417.78 N m3.3.2 轴尺寸的确定两实心轴的材料均选用45号钢，查表知轴的许用扭剪应力t = 30MPa，由许用应力确定的系数为A=115第一根轴设计及校核按扭转强度条件计算由材料力学可知，轴受扭矩时的强度条件为dA=115=16.36mm输出轴的最小轴颈处取24mm同理：轴取最小轴颈为32mm轴取最小轴颈为53mm轴腰部主轴取最小轴颈为65mm3.3.3 轴的设计校核一、轴的总体设计信息如下：轴的编号：001轴的名称：阶梯轴轴的转向方式：双向旋转轴的工作情况：无腐蚀条件轴的转速：833.3r/min 功率:2.4kW 转矩：27500Nmm所设计的轴是实心轴材料牌号：45 调质硬度(HB)：230 抗拉强度：650MPa 屈服点：360MPa 弯曲疲劳极限：270MPa 扭转疲劳极限：155MPa 许用静应力：260MPa 许用疲劳应力：180Mpa二、确定轴的最小直径如下：所设计的轴是实心轴 A值为：115 许用剪应力范围：3040Mpa最小直径的理论计算值：16.36mm 满足设计的最小轴径：24mm三、轴的结构造型如下：轴各段直径长度：长度直径 42mm 24mm 16mm 30mm 6mm 34mm 30mm 50mm 7mm 34mm 17mm 30mm 轴的总长度：118mm 轴的段数：6轴段的载荷信息：直径距左端距离垂直面剪力垂直面弯矩水平面剪力水平面弯矩轴向扭矩34mm61mm-2259N -100200Nmm-6118N0Nmm0Nmm30mm 118mm1500N0Nmm2200N0Nmm620650Nmm 轴所受支撑的信息：直径距左端距离 24mm 21mm 50mm 79mm四、支反力计算距左端距离水平支反力Rh1 垂直支反力Rv1 21mm 3378N 3437.28N 距左端距离水平支反力Rh2 垂直支反力Rv2 79mm 540N -2678.26N 五、内力 x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 21 24 0 0 61 34 192772.52 140171.49 79 50 103845.65 103845.65 118 30 1.02 1.02 118 30 1.02 1.02六、弯曲应力校核如下：危险截面的x坐标：79mm 直径：50mm 危险截面的弯矩M：100000Nmm 扭矩T：620650Nmm 截面的计算工作应力：50.29MPa 许用疲劳应力：180MPa79mm处弯曲应力校核通过3.4齿轮的设计3.4.1 选择材料选择齿轮材料为 34CrNi3Mo 经调质硬度 HBS 可达 269-3413.4.2 压力角a 的选择由机械原理知识可知,增大压力角,能使轮齿的齿厚和节点处的齿廓曲率半径增大,可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角a 可取 203.4.3 齿数和模数的选择对软齿面的闭式齿轮传动,其承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度圆直径有关,即与齿数和模数的积有关。因此在满足弯曲疲劳强度的前提下宜选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度,改善传动的平稳性外,还因模数的减小而降低齿高,从而减小金属的切削量,减少滑动速度,减少磨损,提高抗胶合能力。I 轴上齿轮齿数 z1 取 25,大齿轮齿数 z2 取 162.5, II轴上齿轮齿数=25，大齿轮齿数=115，模m取 2。3.4.4 齿宽系数查表可知，取齿宽系=0.6根据公式 =30mm计算结果圆整为 5 的整数倍,作为小齿轮的齿宽,大齿轮齿宽取 =+(510)mm以补偿加工装配误差。I轴上小齿轮=35, 与之啮合的大齿轴上大齿轮齿宽=30II轴上齿轮齿宽=55，与之啮合的小齿轮齿宽=453.4.5 确定齿轮传动的精度根据 GB10095-1988 规定,齿轮精度等级分为 12 级,1 级最高,12 级最低, 常用 69 级。本设计选用 7 级精度的齿轮。表3-2一级啮合齿轮的几何尺寸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表3-3二级啮合齿轮的几何尺寸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3.4.6 齿轮的校核一、设计信息设计者 Name=束瑜杰设计单位 Comp=114 设计日期 Date=2009-4-27 设计时间 Time=19:00:39二、设计参数传递功率 P=2.25792(kW) 传递转矩 T=25.87(Nm) 齿轮1转速 n1=833.3(r/min) 齿轮2转速 n2=128.2(r/min) 传动比 i=6.50原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=均匀平稳预定寿命 H=10000(小时)三、布置与结构结构形式 ConS=开式齿轮1布置形式 ConS1=悬臂布置齿轮2布置形式 ConS2=对称布置四、材料及热处理齿面啮合类型 GFace=软齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269341齿轮1硬度 HBS1=305齿轮1材料类别 MetN1=0齿轮1极限应力类别 MetType1=5齿轮2材料及热处理 Met2=34CrNi3Mo齿轮2硬度取值范围 HBSP2=269341齿轮2硬度 HBS2=305齿轮2材料类别 MetN2=0齿轮2极限应力类别 MetType2=5五、齿轮精度齿轮1第组精度 JD11=7齿轮1第组精度 JD12=7齿轮1第组精度 JD13=7齿轮1齿厚上偏差 JDU1=F齿轮1齿厚下偏差 JDD1=L齿轮2第组精度 JD21=7齿轮2第组精度 JD22=7齿轮2第组精度 JD23=7齿轮2齿厚上偏差 JDU2=F齿轮2齿厚下偏差 JDD2=L六、齿轮基本参数模数(法面模数) Mn=2(mm)端面模数 Mt=2.00000(mm)螺旋角 =0.00000(度)基圆柱螺旋角 b=0.0000000(度)齿轮1齿数 Z1=25齿轮1变位系数 X1=0.00齿轮1齿宽 B1=25.000(mm)齿轮1齿宽系数 d1=0.500齿轮2齿数 Z2=163齿轮2变位系数 X2=0.00齿轮2齿宽 B2=25.000(mm)齿轮2齿宽系数 d2=0.077总变位系数 Xsum=0.000标准中心距 A0=188.00000(mm)实际中心距 A=188.00000(mm)中心距变动系数 yt=0.00000齿高变动系数 yt=0.00000齿数比 U=6.52000端面重合度 =1.75464纵向重合度 =0.00000总重合度 =1.75464齿轮1分度圆直径 d1=50.00000(mm)齿轮1齿顶圆直径 da1=54.00000(mm)齿轮1齿根圆直径 df1=45.00000(mm)齿轮1基圆直径 db1=46.98463(mm)齿轮1齿顶高 ha1=2.00000(mm)齿轮1齿根高 hf1=2.50000(mm)齿轮1全齿高 h1=4.50000(mm)齿轮1齿顶压力角 at1=29.531394(度)齿轮2分度圆直径 d2=326.00000(mm)齿轮2齿顶圆直径 da2=330.00000(mm)齿轮2齿根圆直径 df2=321.00000(mm)齿轮2基圆直径 db2=306.33980(mm)齿轮2齿顶高 ha2=2.00000(mm)齿轮2齿根高 hf2=2.50000(mm)齿轮2全齿高 h2=4.50000(mm)齿轮2齿顶压力角 at2=21.828281(度)齿轮1分度圆弦齿厚 sh1=3.13953(mm)齿轮1分度圆弦齿高 hh1=2.04933(mm)齿轮1固定弦齿厚 sch1=2.77410(mm)齿轮1固定弦齿高 hch1=1.49511(mm)齿轮1公法线跨齿数 K1=3齿轮1公法线长度 Wk1=15.46093(mm)齿轮2分度圆弦齿厚 sh2=3.14154(mm)齿轮2分度圆弦齿高 hh2=2.00757(mm)齿轮2固定弦齿厚 sch2=2.77410(mm)齿轮2固定弦齿高 hch2=1.49511(mm)齿轮2公法线跨齿数 K2=19齿轮2公法线长度 Wk2=113.79467(mm)齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20(度)端面齿顶高系数 ha*t=1.00000端面顶隙系数 c*t=0.25000端面压力角 *t=20.0000000(度)端面啮合角 t=20.0000001(度)七、检查项目参数齿轮1齿距累积公差 Fp1=0.04046齿轮1齿圈径向跳动公差 Fr1=0.03366齿轮1公法线长度变动公差 Fw1=0.02803齿轮1齿距极限偏差 fpt()1=0.01459齿轮1齿形公差 ff1=0.01063齿轮1一齿切向综合公差 fi1=0.01513齿轮1一齿径向综合公差 fi1=0.02071齿轮1齿向公差 F1=0.01255齿轮1切向综合公差 Fi1=0.05109齿轮1径向综合公差 Fi1=0.04712齿轮1基节极限偏差 fpb()1=0.01371齿轮1螺旋线波度公差 ff1=0.01513齿轮1轴向齿距极限偏差 Fpx()1=0.01255齿轮1齿向公差 Fb1=0.01255齿轮1x方向轴向平行度公差 fx1=0.01255齿轮1y方向轴向平行度公差 fy1=0.00627齿轮1齿厚上偏差 Eup1=-0.05836齿轮1齿厚下偏差 Edn1=-0.23346齿轮2齿距累积公差 Fp2=0.08933齿轮2齿圈径向跳动公差 Fr2=0.05519齿轮2公法线长度变动公差 Fw2=0.04143齿轮2齿距极限偏差 fpt()2=0.01706齿轮2齿形公差 ff2=0.01408齿轮2一齿切向综合公差 fi2=0.01868齿轮2一齿径向综合公差 fi2=0.02414齿轮2齿向公差 F2=0.00630齿轮2切向综合公差 Fi2=0.10341齿轮2径向综合公差 Fi2=0.07726齿轮2基节极限偏差 fpb()2=0.01603齿轮2螺旋线波度公差 ff2=0.01868齿轮2轴向齿距极限偏差 Fpx()2=0.00630齿轮2齿向公差 Fb2=0.00630齿轮2x方向轴向平行度公差 fx2=0.00630齿轮2y方向轴向平行度公差 fy2=0.00315齿轮2齿厚上偏差 Eup2=-0.06825齿轮2齿厚下偏差 Edn2=-0.27300中心距极限偏差 fa()=0.03201八、强度校核数据齿轮1接触强度极限应力 Hlim1=594.4(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值 FE1=465.6(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 H1=0.0(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F1=0.0(MPa)齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=594.4(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE2=465.6(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H2=0.0(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F2=0.0(MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.00弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=0.0(MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=0.0(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=0.0(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足九、强度校核相关系数齿形做特殊处理 Zps=特殊处理齿面经表面硬化 Zas=不硬化齿形 Zp=一般润滑油粘度 V50=120(mm2/s)有一定量点馈 Us=不允许小齿轮齿面粗糙度 Z1R=Rz6m(Ra1m)载荷类型 Wtype=静载荷齿根表面粗糙度 ZFR=Rz16m(Ra2.6m)刀具基本轮廓尺寸圆周力 Ft=0(N)齿轮线速度 V=(m/s)使用系数 Ka=1.100动载系数 Kv=0齿向载荷分布系数 KH=0综合变形对载荷分布的影响 Ks=安装精度对载荷分布的影响 Km=齿间载荷分布系数 KH=0节点区域系数 Zh=0材料的弹性系数 ZE=0接触强度重合度系数 Z=接触强度螺旋角系数 Z=重合、螺旋角系数 Z=0接触疲劳寿命系数 Zn=0润滑油膜影响系数 Zlvr=0工作硬化系数 Zw=0接触强度尺寸系数 Zx=0齿向载荷分布系数 KF=0齿间载荷分布系数 KF=0抗弯强度重合度系数 Y=0抗弯强度螺旋角系数 Y=0抗弯强度重合、螺旋角系数 Y=0寿命系数 Yn=0齿根圆角敏感系数 Ydr=0齿根表面状况系数 Yrr=0尺寸系数 Yx=0齿轮1复合齿形系数 Yfs1=0 齿轮1应力校正系数 Ysa1=0齿轮2复合齿形系数 Yfs2=0齿轮2应力校正系数 Ysa2=0 第四章关节型机器人大臂结构设计通过总体分析后,确定了机器人的结构。所设计的大臂关节部分采用二级齿轮减速传动。4.1 电动机的选择设腰部，小臂和腕部水平展开时对于大臂关节的主轴的转动惯量,根据平行轴定理可得绕大臂关节轴的转动惯量为:=+ （4-1）、分别为20kg、15kg、50kg,、分别为重心到第一关节轴的距离，其值分别为500mm、1000mm、1000mm，在式（3-1）中、故、可忽略不计。所以绕第一关节轴的转动惯量为：=+ =20+15+50 =70因为绕第一关节的转动惯量是最大的，所以其他的转动惯量就不要计算了。设主轴速度为102/s，则旋转开始时的转矩可表示如下：T=JW式中： T 旋转开始的转矩 N mw 角加速度 rad /s使机械手主轴从w=0到w=80 /s所需时间为： t=1s 则：=*w=*=70*80/180*97.69Nm若考虑绕机械手手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为100 N m电动机的功率可按下式估算(1.52.5)式中： Pm电动机功率W ；MLP负载力矩 N m ；LP负载转速 rad / s ；传动装置的效率，初步估算取0.97*0.95=0.87；系数1.52.5为经验数据，取2.5 2.5*397 Nm估算 Pm后就可选取电机，使其额定功率 Pr满足下式选择SZ系列直流伺服马达 130SZ13C表4-1 130SZ13C直流电动机伺服马达技术数据型号力矩（mNm）转矩（r/min）功率(w)电压(v)电流(A)130SZ13C191225005001605.004.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动通过电机的主轴转速和腰部旋转的做大角速度可求得大概的总传动比 =189.4取V带轮传动的传动比=3，二级圆柱齿轮减速器传动比=30，按展开式分布，由展开式曲线查得=6.5，则=30/6.5=4.6。=2.14.3轴的设计计算4.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算 a.各轴转速I轴 =2500/3=833.3r/min轴 =833.3/6.5=128.2r/min轴 =128.2/4.6=27.87r/min轴 =27.87/2.1=13.27r/minb.各轴输入功率轴 =2500*0.96=2400W轴 =2400*0.98*0.96=2257.92W轴 =2257.92*0.96=2081.77W轴 =2081.77*0.96=1880.97Wc.各轴输入扭矩轴 =9550*=9550*2.4/833.3=27.5 N m轴 =9550*=9550*2.25792/128.2=168.2 N m轴 =9550*=9550*2.08177/27.87=713.34 N m轴 =9550*=9550*1.88097/13.27=1353.67 N m4.3.2 轴尺寸的确定两实心轴的材料均选用45号钢，查表知轴的许用扭剪应力t = 30MPa，由许用应力确定的系数为A=115第一根轴设计及校核按扭转强度条件计算由材料力学可知，轴受扭矩时的强度条件为dA=115=16.36mm因为轴是齿轮轴,所以可以将轴的轴径加工的大一点,以满足齿轮啮合时强度的要求。输出轴的最小轴颈处取24mm同理：轴取最小轴颈为30mm轴取最小轴颈为50mm轴腰部主轴取最小轴颈为60mm4.3.3 轴的设计校核一、轴的总体设计信息如下：轴的编号：001轴的名称：阶梯轴轴的转向方式：双向旋转轴的工作情况：无腐蚀条件轴的转速：833.3r/min 功率:2.4kW 转矩：27500Nmm所设计的轴是实心轴材料牌号：45 调质硬度(HB)：230 抗拉强度：650MPa 屈服点：360MPa 弯曲疲劳极限：270MPa 扭转疲劳极限：155MPa 许用静应力：260MPa 许用疲劳应力：180Mpa二、确定轴的最小直径如下：所设计的轴是实心轴 A值为：115 许用剪应力范围：3040Mpa最小直径的理论计算值：16.36mm 满足设计的最小轴径：24mm三、轴的结构造型如下：轴各段直径长度：长度直径 42mm 24mm 16mm 30mm 6mm 34mm 30mm 50mm 7mm 34mm 17mm 30mm 轴的总长度：118mm 轴的段数：6轴段的载荷信息：直径距左端距离垂直面剪力垂直面弯矩水平面剪力水平面弯矩轴向扭矩34mm61mm-2259N -100200Nmm-6118N0Nmm0Nmm30mm 118mm1500N0Nmm2200N0Nmm620650Nmm 轴所受支撑的信息：直径距左端距离 24mm 21mm 50mm 79mm四、支反力计算距左端距离水平支反力Rh1 垂直支反力Rv1 21mm 3378N 3437.28N 距左端距离水平支反力Rh2 垂直支反力Rv2 79mm 540N -2678.26N 五、内力 x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 21 24 0 0 61 34 192772.52 140171.49 79 50 103845.65 103845.65 118 30 1.02 1.02 118 30 1.02 1.02六、弯曲应力校核如下：危险截面的x坐标：79mm 直径：50mm 危险截面的弯矩M：100000Nmm 扭矩T：620650Nmm 截面的计算工作应力：50.29MPa 许用疲劳应力：180MPa79mm处弯曲应力校核通过4.4齿轮的设计4.4.1 选择材料选择齿轮材料为 34CrNi3Mo 经调质硬度 HBS 可达 269-3414.4.2 压力角的选择由机械原理知识可知,增大压力角,能使轮齿的齿厚和节点处的齿廓曲率半径增大,可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角a 可取 204.4.3 齿数和模数的选择对软齿面的闭式齿轮传动,其承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度圆直径有关,即与齿数和模数的积有关。因此在满足弯曲疲劳强度的前提下宜选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度,改善传动的平稳性外,还因模数的减小而降低齿高,从而减小金属的切削量,减少滑动速度,减少磨损,提高抗胶合能力。I 轴上齿轮齿数 z1 取 25,大齿轮齿数 z2 取 162.5, II轴上齿轮齿数=25，大齿轮齿数=115，模m取 2。4.4.4 齿宽系数查表可知，取齿宽系=0.6根据公式 =30mm计算结果圆整为 5 的整数倍,作为小齿轮的齿宽,大齿轮齿宽取 =+(510)mm以补偿加工装配误差。I轴上小齿轮=35, 与之啮合的大齿轴上大齿轮齿宽=30II轴上齿轮齿宽=55，与之啮合的小齿轮齿宽=454.4.5 确定齿轮传动的精度根据 GB10095-1988 规定,齿轮精度等级分为 12 级,1 级最高,12 级最低, 常用 69 级。本设计选用 7 级精度的齿轮。表4-2一级啮合齿轮的几何尺寸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表4-3二级啮合齿轮的几何尺寸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4.4.6 齿轮的校核一、设计信息设计者 Name=束瑜杰设计单位 Comp=114 设计日期 Date=2009-5-1 设计时间 Time=10:40:46二、设计参数传递功率 P=2.4(kW) 传递转矩 T=27.50(Nm) 齿轮1转速 n1=833.3(r/min) 齿轮2转速 n2=128.2(r/min) 传动比 i=6.50原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=均匀平稳预定寿命 H=10000(小时)三、布置与结构结构形式 ConS=开式齿轮1布置形式 ConS1=悬臂布置齿轮2布置形式 ConS2=对称布置四、材料及热处理齿面啮合类型 GFace=软齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269341齿轮1硬度 HBS1=305齿轮1材料类别 MetN1=0齿轮1极限应力类别 MetType1=5齿轮2材料及热处理 Met2=34CrNi3Mo齿轮2硬度取值范围 HBSP2=269341齿轮2硬度 HBS2=305齿轮2材料类别 MetN2=0齿轮2极限应力类别 MetType2=5五、齿轮精度齿轮1第组精度 JD11=7齿轮1第组精度 JD12=7齿轮1第组精度 JD13=7齿轮1齿厚上偏差 JDU1=F齿轮1齿厚下偏差 JDD1=L齿轮2第组精度 JD21=7齿轮2第组精度 JD22=7齿轮2第组精度 JD23=7齿轮2齿厚上偏差 JDU2=F齿轮2齿厚下偏差 JDD2=L六、齿轮基本参数模数(法面模数) Mn=2(mm)端面模数 Mt=2.00000(mm)螺旋角 =0.000000(度)基圆柱螺旋角 b=0.0000000(度)齿轮1齿数 Z1=25齿轮1变位系数 X1=0.00齿轮1齿宽 B1=25.00(mm)齿轮1齿宽系数 d1=0.500齿轮2齿数 Z2=163齿轮2变位系数 X2=0.00齿轮2齿宽 B2=20.00(mm)齿轮2齿宽系数 d2=0.061总变位系数 Xsum=0.000标准中心距 A0=188.00000(mm)实际中心距 A=188.00000(mm)中心距变动系数 yt=0.00000齿高变动系数 yt=0.00000齿数比 U=6.52000端面重合度 =1.75464纵向重合度 =0.00000总重合度 =1.75464齿轮1分度圆直径 d1=50.00000(mm)齿轮1齿顶圆直径 da1=54.00000(mm)齿轮1齿根圆直径 df1=45.00000(mm)齿轮1基圆直径 db1=46.98463(mm)齿轮1齿顶高 ha1=2.00000(mm)齿轮1齿根高 hf1=2.50000(mm)齿轮1全齿高 h1=4.50000(mm)齿轮1齿顶压力角 at1=29.531394(度)齿轮2分度圆直径 d2=326.00000(mm)齿轮2齿顶圆直径 da2=330.00000(mm)齿轮2齿根圆直径 df2=321.00000(mm)齿轮2基圆直径 db2=306.33980(mm)齿轮2齿顶高 ha2=2.00000(mm)齿轮2齿根高 hf2=2.50000(mm)齿轮2全齿高 h2=4.50000(mm)齿轮2齿顶压力角 at2=21.828281(度)齿轮1分度圆弦齿厚 sh1=3.13953(mm)齿轮1分度圆弦齿高 hh1=2.04933(mm)齿轮1固定弦齿厚 sch1=2.77410(mm)齿轮1固定弦齿高 hch1=1.49511(mm)齿轮1公法线跨齿数 K1=3齿轮1公法线长度 Wk1=15.46093(mm)齿轮2分度圆弦齿厚 sh2=3.14154(mm)齿轮2分度圆弦齿高 hh2=2.00757(mm)齿轮2固定弦齿厚 sch2=2.77410(mm)齿轮2固定弦齿高 hch2=1.49511(mm)齿轮2公法线跨齿数 K2=19齿轮2公法线长度 Wk2=113.79467(mm)齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20(度)端面齿顶高系数 ha*t=1.00000端面顶隙系数 c*t=0.25000端面压力角 *t=20.0000000(度)端面啮合角 t=20.0000001(度)七、检查项目参数齿轮1齿距累积公差 Fp1=0.04046齿轮1齿圈径向跳动公差 Fr1=0.03366齿轮1公法线长度变动公差 Fw1=0.02803齿轮1齿距极限偏差 fpt()1=0.01459齿轮1齿形公差 ff1=0.01063齿轮1一齿切向综合公差 fi1=0.01513齿轮1一齿径向综合公差 fi1=0.02071齿轮1齿向公差 F1=0.01255齿轮1切向综合公差 Fi1=0.05109齿轮1径向综合公差 Fi1=0.04712齿轮1基节极限偏差 fpb()1=0.01371齿轮1螺旋线波度公差 ff1=0.01513齿轮1轴向齿距极限偏差 Fpx()1=0.01255齿轮1齿向公差 Fb1=0.01255齿轮1x方向轴向平行度公差 fx1=0.01255齿轮1y方向轴向平行度公差 fy1=0.00627齿轮1齿厚上偏差 Eup1=-0.05836齿轮1齿厚下偏差 Edn1=-0.23346齿轮2齿距累积公差 Fp2=0.08933齿轮2齿圈径向跳动公差 Fr2=0.05519齿轮2公法线长度变动公差 Fw2=0.04143齿轮2齿距极限偏差 fpt()2=0.01706齿轮2齿形公差 ff2=0.01408齿轮2一齿切向综合公差 fi2=0.01868齿轮2一齿径向综合公差 fi2=0.02414齿轮2齿向公差 F2=0.00630齿轮2切向综合公差 Fi2=0.10341齿轮2径向综合公差 Fi2=0.07726齿轮2基节极限偏差 fpb()2=0.01603齿轮2螺旋线波度公差 ff2=0.01868齿轮2轴向齿距极限偏差 Fpx()2=0.00630齿轮2齿向公差 Fb2=0.00630齿轮2x方向轴向平行度公差 fx2=0.00630齿轮2y方向轴向平行度公差 fy2=0.00315齿轮2齿厚上偏差 Eup2=-0.06825齿轮2齿厚下偏差 Edn2=-0.27300中心距极限偏差 fa()=0.03201八、强度校核数据齿轮1接触强度极限应力 Hlim1=594.4(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值 FE1=465.6(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 H1=734.1(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F1=831.4(MPa)齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=594.4(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE2=465.6(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H2=734.1(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F2=831.4(MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.00弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=625.1(MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=159.4(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=145.7(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足九、强度校核相关系数齿形做特殊处理 Zps=特殊处理齿面经表面硬化 Zas=不硬化齿形 Zp=一般润滑油粘度 V50=120(mm2/s)有一定量点馈 Us=不允许小齿轮齿面粗糙度 Z1R=Rz6m(Ra1m)载荷类型 Wtype=静强度齿根表面粗糙度 ZFR=Rz16m (Ra2.6m)刀具基本轮廓尺寸圆周力 Ft=1100.000(N)齿轮线速度 V=2.182(m/s)使用系数 Ka=1.100动载系数 Kv=1.249齿向载荷分布系数 KH=1.000综合变形对载荷分布的影响 Ks=1.000安装精度对载荷分布的影响 Km=0.000齿间载荷分布系数 KH=1.336节点区域系数 Zh=2.495材料的弹性系数 ZE=189.800接触强度重合度系数 Z=0.865接触强度螺旋角系数 Z=1.000重合、螺旋角系数 Z=0.865接触疲劳寿命系数 Zn=1.30000润滑油膜影响系数 Zlvr=0.95000工作硬化系数 Zw=1.00000接触强度尺寸系数 Zx=1.00000齿向载荷分布系数 KF=1.000齿间载荷分布系数 KF=1.477抗弯强度重合度系数 Y=0.677抗弯强度螺旋角系数 Y=1.000抗弯强度重合、螺旋角系数 Y=0.677寿命系数 Yn=2.50000齿根圆角敏感系数 Ydr=1.00000齿根表面状况系数 Yrr=1.00000尺寸系数 Yx=1.00000齿轮1复合齿形系数 Yfs1=4.22020齿轮1应力校正系数 Ysa1=1.58584齿轮2复合齿形系数 Yfs2=3.85703齿轮2应力校正系数 Ysa2=1.77976第五章关节型机器人小臂结构设计通过总体分析后,确定了机器人的结构。所设计的小臂关节部分采用二级齿轮减速传动。5.1 电动机的选择设腰部，大臂和腕部水平展开时对于小臂关节的主轴的转动惯量为,根据平行轴定理可得绕小臂关节轴的转动惯量为:=+ （5-1）、，分别为20kg、30kg、50kg,、分别为重到第一关节轴的距离，其值分别为300mm、300mm、1000mm，在式（3-1）中、故、可忽略不计。所以绕第一关节轴的转动惯量为：=+ =20+30+50 =54.5因为绕第一关节的转动惯量是最大的，所以其他的转动惯量就不要计算了。设主轴速度为102/s，则旋转开始时的转矩可表示如下：T=JW式中： T 旋转开始的转矩 N mw 角加速度 rad /s使机械手主轴从w=0到w=102 /s所需时间为： t=1s 则：=*w=*=54.5*102/180*96.97Nm若考虑绕机械手手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为100 N m电动机的功率可按下式估算(1.52.5)式中： Pm电动机功率W ；MLP负载力矩 N m ；LP负载转速 rad / s ；传动装置的效率，初步估算取0.97*0.95=0.87；系数1.52.5为经验数据，取2.5 2.5*514.3 Nm估算 Pm后就可选取电机，使其额定功率 Pr满足下式选择Y801-4三相异步电动机表5-1 Y801-4三相异步电动机技术数据电动机型号额定功率（KW）转速r/min电流A功率因素Y801-40.551390 1.50.765.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传动通过电机的主轴转速和腰部旋转的做大角速度可求得大概的总传动比 =81.3取V带轮传动的传动比=2，二级圆柱齿轮减速器传动比=30，按展开式分布，由展开式曲线查得=6.5，则=30/6.5=4.6。=1.3555.3轴的设计计算5.3.1 轴转速、转矩和输入功率计算 a.各轴转速I轴 =1390/2=695r/min轴 =695/6.5=106.9r/min轴 =106.9/4.6=23.24r/min轴 =23.24/1.355=17.15r/minb.各轴输入功率轴 =1390*0.96=1334.4W轴 =1334.4*0.98*0.96=1255.4W轴 =1255.4*0.96=1157.46W轴 =1157.46*0.96=1045.8Wc.各轴输入扭矩轴 =9550*=9550*1.3344/695=18.336 N m轴 =9550*=9550*1.2554/106.9=112.15 N m轴 =9550*=9550*1.15746/23.21=476.25 N m轴 =9550*=9550*1.0458/17.15=582.36 N m5.3.2 轴尺寸的确定两实心轴的材料均选用45号钢，查表知轴的许用扭剪应力t = 30MPa，由许用应力确定的系数为A=115第一根轴设计及校核按扭转强度条件计算由材料力学可知，轴受扭矩时的强度条件为dA=115=14.29mm因为轴是齿轮轴,所以可以将轴的轴径加工的大一点,以满足齿轮啮合时强度的要求。输出轴的最小轴颈处取24mm同理：轴取最小轴颈为28mm轴取最小轴颈为45mm轴腰部主轴取最小轴颈为50mm5.3.3 轴的设计校核轴的设计过程如下：一、轴的总体设计信息如下：轴的编号：001 轴的名称：圆形截面阶梯轴轴的转向方式：双向旋转轴的工作情况：淡水,无应力集中轴的转速：695r/min 功率:1.3344kW 转矩：18336Nmm 所设计的轴是实心轴材料牌号：45调质硬度(HB)：230 抗拉强度：650MPa 屈服点：360MPa 弯曲疲劳极限：270MPa 扭转疲劳极限：155MPa 许用静应力：260MPa 许用疲劳应力：180MPa 二、确定轴的最小直径如下：所设计的轴是实心轴 A值为：115 许用剪应力范围：3040MPa 最小直径的理论计算值：14.29mm 满足设计的最小轴径：24mm 三、轴的结构造型如下：轴各段直径长度：长度直径 42mm 24mm 16mm 30mm 6mm 34mm 30mm 50mm 7mm 34mm 17mm 30mm 轴的总长度：118mm 轴的段数：6 轴段的载荷信息：直径距左端距离垂直面剪力垂直面弯矩水平面剪力水平面弯矩轴向扭矩34mm61mm-2259N -100200Nmm-6118N0Nmm0Nmm30mm 118mm1500N0Nmm2200N0Nmm620650Nmm 轴所受支撑的信息：直径距左端距离 24mm 21mm 50mm 79mm 四、支反力计算距左端距离水平支反力Rh1 垂直支反力Rv1 21mm 3378N 3437.28N 距左端距离水平支反力Rh2 垂直支反力Rv2 79mm 540N -2678.26N 五、内力 x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 21 24 0 0 61 34 192772.52 140171.49 79 50 103845.65 103845.65 118 30 1.02 1.02 118 30 1.02 1.02六、弯曲应力校核如下：危险截面的x坐标：79mm 直径：50mm 危险截面的弯矩M：100000Nmm 扭矩T：620650Nmm 截面的计算工作应力：50.29MPa 许用疲劳应力：180MPa 79mm处弯曲应力校核通过5.4齿轮的设计5.4.1 选择材料选择齿轮材料为 34CrNi3Mo 经调质硬度 HBS 可达 269-3415.4.2 压力角的选择由机械原理知识可知,增大压力角,能使轮齿的齿厚和节点处的齿廓曲率半径增大,可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角a 可取 205.4.3 齿数和模数的选择对软齿面的闭式齿轮传动,其承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度圆直径有关,即与齿数和模数的积有关。因此在满足弯曲疲劳强度的前提下宜选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度,改善传动的平稳性外,还因模数的减小而降低齿高,从而减小金属的切削量,减少滑动速度,减少磨损,提高抗胶合能力。轴上齿轮齿数 z1 取 25,大齿轮齿数 z2 取 162.5, II轴上齿轮齿数=25，大齿轮齿数=115，模m取 2。5.4.4 齿宽系数查表可知，取齿宽系=0.6根据公式 =30mm计算结果圆整为 5 的整数倍,作为小齿轮的齿宽,大齿轮齿宽取 =+(510)mm以补偿加工装配误差。I轴上小齿轮=35, 与之啮合的大齿轴上大齿轮齿宽=30II轴上齿轮齿宽=55，与之啮合的小齿轮齿宽=455.4.5 确定齿轮传动的精度根据 GB10095-1988 规定,齿轮精度等级分为 12 级,1 级最高,12 级最低, 常用 69 级。本设计选用 7 级精度的齿轮。表5-2一级啮合齿轮的几何尺寸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表5-3二级啮合齿轮的几何尺寸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5.4.6 齿轮的校核一、设计信息设计者 Name=束瑜杰设计单位 Comp=114 设计日期 Date=2009-4-29 设计时间 Time=13:56:17二、设计参数传递功率 P=1.3344(kW) 传递转矩 T=18.33(Nm) 齿轮1转速 n1=695(r/min) 齿轮2转速 n2=106.9(r/min) 传动比 i=6.50原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=均匀平稳预定寿命 H=10000(小时)三、布置与结构结构形式 ConS=开式齿轮1布置形式 ConS1=悬臂布置齿轮2布置形式 ConS2=对称布置四、材料及热处理齿面啮合类型 GFace=软齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269341齿轮1硬度 HBS1=305齿轮1材料类别 MetN1=0齿轮1极限应力类别 MetType1=5齿轮2材料及热处理 Met2=34CrNi3Mo齿轮2硬度取值范围 HBSP2=269341齿轮2硬度 HBS2=305齿轮2材料类别 MetN2=0齿轮2极限应力类别 MetType2=5五、齿轮精度齿轮1第组精度 JD11=7齿轮1第组精度 JD12=7齿轮1第组精度 JD13=7齿轮1齿厚上偏差 JDU1=F齿轮1齿厚下偏差 JDD1=L齿轮2第组精度 JD21=7齿轮2第组精度 JD22=7齿轮2第组精度 JD23=7齿轮2齿厚上偏差 JDU2=F齿轮2齿厚下偏差 JDD2=L六、齿轮基本参数模数(法面模数) Mn=2(mm)端面模数 Mt=2.00000(mm)螺旋角 =0.000000(度)基圆柱螺旋角 b=0.0000000(度)齿轮1齿数 Z1=25齿轮1变位系数 X1=0.00齿轮1齿宽 B1=25.00(mm)齿轮1齿宽系数 d1=0.500齿轮2齿数 Z2=163齿轮2变位系数 X2=0.00齿轮2齿宽 B2=20.00(mm)齿轮2齿宽系数 d2=0.061总变位系数 Xsum=0.000标准中心距 A0=188.00000(mm)实际中心距 A=188.00000(mm)中心距变动系数 yt=0.00000齿高变动系数 yt=0.00000齿数比 U=6.52000端面重合度 =1.75464纵向重合度 =0.00000总重合度 =1.75464齿轮1分度圆直径 d1=50.00000(mm)齿轮1齿顶圆直径 da1=54.00000(mm)齿轮1齿根圆直径 df1=45.00000(mm)齿轮1基圆直径 db1=46.98463(mm)齿轮1齿顶高 ha1=2.00000(mm)齿轮1齿根高 hf1=2.50000(mm)齿轮1全齿高 h1=4.50000(mm)齿轮1齿顶压力角 at1=29.531394(度)齿轮2分度圆直径 d2=326.00000(mm)齿轮2齿顶圆直径 da2=330.00000(mm)齿轮2齿根圆直径 df2=321.00000(mm)齿轮2基圆直径 db2=306.33980(mm)齿轮2齿顶高 ha2=2.00000(mm)齿轮2齿根高 hf2=2.50000(mm)齿轮2全齿高 h2=4.50000(mm)齿轮2齿顶压力角 at2=21.828281(度)齿轮1分度圆弦齿厚 sh1=3.13953(mm)齿轮1分度圆弦齿高 hh1=2.04933(mm)齿轮1固定弦齿厚 sch1=2.77410(mm)齿轮1固定弦齿高 hch1=1.49511(mm)齿轮1公法线跨齿数 K1=3齿轮1公法线长度 Wk1=15.46093(mm)齿轮2分度圆弦齿厚 sh2=3.14154(mm)齿轮2分度圆弦齿高 hh2=2.00757(mm)齿轮2固定弦齿厚 sch2=2.77410(mm)齿轮2固定弦齿高 hch2=1.49511(mm)齿轮2公法线跨齿数 K2=19齿轮2公法线长度 Wk2=113.79467(mm)齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20(度)端面齿顶高系数 ha*t=1.00000端面顶隙系数 c*t=0.25000端面压力角 *t=20.0000000(度)端面啮合

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