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机器人工业机器人【优秀含8张CAD图纸+全套机械人毕业设计】

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关键词：: 机器人工业优秀优良 cad 图纸全套机械人毕业设计

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引言

在加速科技进步中，机械制造业的发展起着关键的作用，其任务是在工业生产中迅速将工艺装备的独立单元变为自动化综合体（自动化工段，生产线和自动化车间），将来甚至实现自动化工厂。这种自动化生产最重要的特点是具有柔性，它能预料到，在节省劳力（或无人）情况下，根据工艺条件调整装配，以适应多种产品生产。

当代柔性自动化生产的建立和广泛应用，取决于作为科技进步的催化剂的机床制造、机器人技术、计算机技术、微电子技术、仪器制造等技术的加速发展。工业机器人是多品种的经常更换产品的生产过程自动化的通用手段。在机械制造中，工业机器人既有效地用于柔性生产系统组成工艺装备的基本工序中，也有效地用于辅助操作中。工业机器人与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性。在柔性生产系统中，工业机器人广泛应用于数控机床、锻压机床、铸造机械和仓储设备上，以完成传送装备和其它操作。工业机器人和基本工艺装备、辅助手段以及控制装置一起形成各种不同形式的机器人技术综合体—柔性生产系统基本结构模块。

随着工业技术和经济的惊人发展，标志着多品种中、小批量生产最新水平的FMS（柔性制造系统），FA（工厂自动化）技术更加引人注目；作为FMS、FA技术重要组成之一的工业机器人技术也将得到迅速发展。应用工业机器人是提高生产过程自动化，改善劳动环境条件，提高产品质量和生产效率手段之一。

本次设计是根据对工业六自由度机器人的总体结构及传动系统的分析和探讨，进行三自由度工业机器人的结构设计。关键在于三轴（臂）的传动系统的设计以及整体的结构设计，避免运动的干涉。但在本次设计中出于公司的要求,我主要负责第一臂与底座的结构设计,在设计中赵勇彪老师给予了很大的指导和帮助，在此谨致谢意。

限于水平，本设计难免有缺点、错误，恳请各位老师批评指正。

第一章概述

1.1工业机器人的含义及技术概述

到目前为止，世界各国对“工业机器人”还没有做出统一的明确定义。通常所说的“工业机器人”是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。而它与“机械手”有一些区别：“工业机器人”多数指程序可变的独立的抓取、搬运工件、操纵工具的装置；“机械手”多数是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置。如自动线、自动机的上、下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。

工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产社备。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上的代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

摘要---------------------------------------------------------Ⅰ

引言--------------------------------------------------------------------1

第一章概述-----------------------------------------------------------2

1.1 工业机器人的含义及技术概述 ---------------------------------- 2

1.2 工业机器人的组成 ---------------------------------------- 2

1.3 工业机器人的现状及国内外发展趋势 ---------------------------3

1.4 设计的任务要求-------------------------------------------4

第二章机器人的结构分析-------------------------------------------5

2.1 总体结构的概述-------------------------------------------------5

2.2 第一轴（大臂）的结构---------------------------------------6

2.3 传动方案的确定-------------------------------------------7

第三章设计计算 ----------------------------------------------------9

第四章传动结构的设计计算--------------------------------------11

4.1 第一轴的传动结构设计--------------------------------------------11

4.2轴承的选择--------------------------------------------------26

第五章机器人各零部件的结构设计 -----------------------------28

5.1 转角范围的控制设计---------------------------------------------------------------28

5.2主要零部件的结构设计（第一臂与底座）-------------------------------------29

总结 --------------------------------------------------------30

致谢 ------------------------------------------------------- 31

参考文献 ---------------------------------------------------32

参考文献

【1】孙桓、陈作模主编，机械原理，机械工业出版社， 1995年

【2】濮良贵主编，机械设计，高等教育出版社， 1995年

【3】马香峰等编著，工业机械手的操作机设计，冶金工业出版， 1995年

【4】日本机器人学会编，机器人技术手册，科学出版社， 1996年

【5】付京逊、C·S·G李编，机器人学，中国科学技术出版社， 1989年

【6】张建民主编，工业机器人，北京理工大学出版社， 1987年

【7】[俄]IO·M索尔编，工业机器人图册，机械工业出版社， 1991年

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内容简介：: 江阴职业技术学院毕业设计说明书课题：三轴工业机器人的结构设计子课题 : 机器人的第一臂与底座的设计同课题学生姓名 : 专业数控技术及运用学生姓名徐良班组 04 级数控（ 2）班学号 20040205213 指导教师赵勇彪完成日期 2007.05.18. nts江阴职业技术学院毕业设计说明书引言在加速科技进步中，机械制造业的发展起着关键的作用，其任务是在工业生产中迅速将工艺装备的独立单元变为自动化综合体（自动化工段，生产线和自动化车间），将来甚至实现自动化工厂。这种自动化生产最重要的特点是具有柔性，它能预料到，在节省劳力（或无人）情况下，根据工艺条件调整装配，以适应多种产品生产。当代柔性自动化生产的建立和广泛应用，取决于作为科技进步的催化剂的机床制造、机器人技术、计算机技术、微电子技术、仪器制造等技术的加速发展。工业机器人是多品种的经常更换产品的生产过程自动化的通用手段。在机械制造中，工业机器人既有效地用于柔性生产系统组成工艺装备的基本工序中，也有效地用于辅助操作中。工业机器人与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性。在柔性生产系统中，工业机器人广泛应用于数控机床、锻压机床、铸造机械和仓储设备上，以完成传送装备和其它操作。工业机器人和基本工艺装备、辅助手段以及控制装置一起形成各种不同形式的机器人技术综合体柔性生产系统基本结构模块。随着工业技术和经济的惊人发展，标志着多品种中、小批量生产最新水平的 FMS（柔性制造系统）， FA（工厂自动化）技术更加引人注目；作为 FMS、 FA 技术重要组成之一的工业机器人技术也将得到迅速发展。应用工业机器人是提高生产过程自动化，改善劳动环境条件，提高产品质量和生产效率手段之一。本次设计是根据对工业六自由度机器人的总体结构及传动系统的分析和探讨，进行三自由度工业机器人的结构设计。关键在于三轴（臂）的传动系统的设计以及整体的结构设计，避免运动的干涉。但在本次设计中出于公司的要求 ,我主要负责第一臂与底座的结构设计 ,在设计中赵勇彪老师给予了很大的指导和帮助，在此谨致谢意。限于水平，本设计难免有缺点、错误，恳请各位老师批评指正。 nts第二章机器人的结构分析第一章概述 1.1 工业机器人的含义及技术概述到目前为止，世界各国对“工业机器人”还没有做出统一的明确定义。通常所说的“工业机器人”是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。而它与“机械手”有一些区别：“工业机器人”多数指程序可变的独立的抓取、搬运工件、操纵工具的装置；“机械手”多数是指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装置。如自动线、自动机的上、下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。工业机器人由操作机 (机械本体 )、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产社备。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上的代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.2 工业机器人的组成工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。如图 1-1 所示。目前，具有人工智能系统的工业机器人即智能机器人还处于研究实验阶段。而应用于生产实际的多数是那些具有执行系统、驱动系统和控制系统的工业机器人。 1执行系统执行系统是工业机器人完成握取工件（或工具）实现所需的各种运动的机械部件，包括：手部、腕部、臂部，还有机身和行走机构。 2驱动系统驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也不同。驱动系统的传动方式有四种：液压式、气压式、电气式、机nts江阴职业技术学院毕业设计说明书械式。 3控制系统控制系统是工业机器人或机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作、并检测其正确与否。一般常见的为电气与电子回路控制，计算机控制系统也不断增多。就其控制方式，可分为分散控制与集中控制两种类型。若以控制的运动轨迹来分，有两种：点位控制和连续轨迹控制。 1.3 工业机器人的现状及国内外发展趋势工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备，它对稳定提高产品品质、提高生产效率和改善劳动条件起着十分重要的作用。工业机器人技术的发展必将对社会经济和生产力发展产生更加深远的影响。所以，国内外工业机器人的发展十分迅速。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1工业机器人的性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作与维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从 91 年的 10.3 万美元降至 97 年的 6.5 万美元。 2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速器、检测系统三为一体；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问世。 3工业机器人系统控制向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 6当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7机器人化机械开始兴起。从 94 年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置nts第二章机器人的结构分析已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从 80 年代“七五”计划科技攻坚开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻坚，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有 130 多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线（站）上获得广泛应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步比较晚，应用领域窄，生产线技术系统与国外比还有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“ 863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人， 6000 米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种。在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在二十一世纪立于世界先进行列之中。 1.4 设计的任务要求本次设计是针对三轴工业机器人的结构设计。主要设计要求如下：第一轴：转动角速度为 90 /s，转角范围为 0 270 底座：能够实现第一臂转角 (0-270 度 )转角范围控制 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书第二章机器人的结构分析 2.1总体结构的概述目前，世界上已有许多工业机器人，其中大部分属于“示教再现”型。如果将这类机器人称作第一代，那么，具有一定程度的视觉、触觉、或某种分析、判断能力的工业机器人就属于第二代了。不少国家正在积极研制具有观觉、触觉等功能的工业机器人，并取得了不少成果，但是，真正将这些成果应用于生产实际的还为数不多。在实际生产（如喷漆、焊接、装配等）中被广泛应用的工业机器人，示教再现型还是较多。一般的机器人，它由机器人的机构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分构成。机构部分有机械手和移动机构两部分组成；传感器有测量机器人自身位置姿态和速度、加速度的内传感器和了解外部环境及作业对象工作情况的外传感器；控制器是直接控制机器人运动的装置，只要不是自主型移动机器人，它通常放在与机器人不同的地方，通过导线连接。在工业机器人的控制装置中，有电动机驱动电路、 PTP运动目标点和 CP运动轨迹数据的记忆装置和定位控制电路等。信息处理装置通过信息传输装置与机器人本体相连，多用于智能机器人。如图 2-1，该机器人具有六自由度，即大臂的回转、臂的左右摆动、臂的上下摆动、手腕的回转、手腕的伸缩和手爪的抓取。当然，图中没有表示出控制系统及手爪抓取的那一部分。该六自由度机器人运动的情况说明如下：首先，由电动机 M1 经过传动系统带动大臂的回转运动，且与大臂相连的所有其它手臂、手腕及机械构件也随大臂一起作回转运动；而后另一手臂由电动机 M2直接驱动作左右摆动；还有，第三臂由电动机 M3直接驱动作上下摆动；最后，手腕的回转、伸缩及手爪的抓取由其它三个电动机驱动。 nts第二章机器人的结构分析 2.2 第一轴（大臂）的结构大臂的结构图（图 2-1）及其传动原理简图（图 2-1）：图 2-1 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书图 2-2 第一臂，也即大臂，该手臂实现工业机器人的回转运动，整个系统由伺服电动机驱动。为了实现传动的设计要求以及结构的最优化设计要求，整个减速系统采用了三级斜齿轮传动，且所有的斜齿轮都装在一个箱体（减速箱）里面。然而，与一般情况不同的是，第三级斜齿轮直接固定在机座上，从而使其它的（上级的斜齿轮）传动机构绕着它转动，且电动机又固定在大臂上，所以导致大臂带着电动机、减速箱一起作回转运动。 2.2 传动方案的确定根据工业机器人的总体结构分析可知，工业机器人的三轴的传动结构并不复杂。第一轴采用的是齿轮传动，第二轴、第三轴则采用的是摆线针轮行星齿轮传动。当然，参照以上的传动结构分析，现拟定如下三种传动方案：方案一：第一轴：齿轮传动（直齿或斜齿）第二轴、第三轴：摆线针轮行星齿轮传动方案二：第一轴：蜗杆蜗轮传动第二轴、第三轴：蜗杆蜗轮传动方案三：第一轴：蜗杆蜗轮传动第二轴、第三轴：摆线针轮行星齿轮传动方案比较论证首先，已知各种传动的传动比 u:直齿圆柱齿轮传动， u 4；斜齿轮传动， u 6；蜗杆蜗轮传动， 5 u 70，常用 15 u 50；摆线针轮行星齿轮传动， 11 u 87（单级）。然后估算各轴的传动比，初选转速为 1500r/min 的原动机，则 u1=1500/15=100, u2=1500/20=75。第一轴传动的确定：蜗杆蜗轮传动的特点： 1）传动平稳，振动冲击和噪声均很小；2）传动比也较大，结构比较紧凑。而在这里采用此传动，则需要两级传动才能满足要求，蜗杆蜗轮的传动是两轴交错的，这样一来也就增加了结构的复杂性，且同时也增加了转动nts第二章机器人的结构分析时的负荷； 3）由于蜗杆蜗轮啮合轮齿间相对滑动速度大，使得摩擦损耗大，因而传动效率较低。因此，第一轴采用齿轮传动。要实现设计要求，如采用圆柱直齿轮传动则需要四级传动，而采用斜齿轮则需要三级就可以，并且知道在相同的条件下，采用斜齿轮传动比圆柱齿轮传动，在结构上尺寸要小得多，由此可知，采用斜齿轮传动。斜齿传动有如下优点： 1）啮合性能好； 2）重合度大，传动平稳； 3）结构紧凑，并且在总体结构上也是合理的。第二轴传动的确定：由各传动系统的传动比可知，第二轴的传动应该采用摆线针轮行星齿轮传动。摆线针轮行星齿轮传动有如下优点： 1）传动比大。一级传动比为 11 87，二级传动比为 121 7569，三级传动比可达 446571； 2）结构紧凑、体积小、重量轻。如将摆线针轮行星减速器与同功率的两级普通圆柱齿轮减速器相比，体积可减小 1/2 2/3，重量约减轻 1/2 1/3以上； 3）效率较高。一般效率为 0.92 0.94，最高可达 0.97； 4）传动平稳，过载能力较大，承受冲击和振动的性能较好； 5）工作可靠，寿命长。但是这种传动结构复杂，加工制造较困难。总上所述，选择方案一为最佳。第一轴采用三级斜齿轮传动，第二、第三轴采用摆线针轮行星齿轮传动。 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书第三章设计计算 3.1电动机的选择第一轴的电动机的选择根据设计方案可知，第二轴、第三轴的所有重量都是第一轴的负荷，所以说，第一轴的转动惯量是很大的，必须计算各零部件的转动惯量，计算出最终动力源轴上所需要的最大的转动惯量，再根据动力源轴上的转动惯量进行选择电动机。下面计算第一轴上的转动惯量：如图 3-1-1，该轴的转动轴与第二轴的转动轴不同，该转动轴的轴线为 ob 线，则在这种情况下， FG 2G 1G 3 NMOb图 3-1-1 第三臂的转动惯量： 43.23)15co s15(5.980.0 223 mJJ O Kgm2 第二轴的转动惯量： 222222 )(12 mdcbamJ （ 3-1-1） 22222 35.08.44)06.012.01.02.0(12 8.44 742.5 Kgm2 两电动机的转动惯量： 72.24.05.82.034 2221 电电电 JJJKgm2 两个行星轮系的转动惯量： 125.2825.0505.0100 221 轮轮轮 JJJKgm2 减速箱的转动惯量： nts第三章设计计算 3 7 5.3045.01 5 0 2 减JKgm2 第一轴本身的转动惯量： 4025.02 5 0 221 mJ Kgm2 所以，总的转动惯量为： 3 7 5.30401 2 5.2872.2207 4 2.54.23 总J392.150 Kgm2 而转动角加速度为： 854.72.02 tvtV1/s2 则输出轴的转矩为 M 由式（ 3-1-7）得： 179.1 1 8 1854.7392.150 总JMNm 转换到电动机上的转矩为： 71.1767.66 179.1 1 813.03.1 u MM 电Nm 根据要求电M额M，选 P=3KW， n=1000r/min的 MGMA型伺服电机，额M为 28.4Nm。 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书第四章传动结构的设计计算 4.1 第一轴的传动结构设计第一轴的传动方案已确定，采用三级斜齿轮传动，且电动机的功率为 P=3KW，n=1000r/min，则传动比 u=1000/15=66.67。一、传动比的分配：已知斜齿轮的传动比 u 6，再根据传动减速时前面降得慢，而后面降得快的原则，三级降速的传动比分配如下： u=2.4 4.87 5.7 二、各级的传动设计第一级斜齿轮的传动设计计算：已知电动机的功率 P=3KW， n=1000r/min，传动比u=2.4，则选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1) 按照传动方案的设计要求，选用斜齿圆柱齿轮传动。 2) 考虑减速设计的要求，故大、小齿轮都选用硬齿面。由查表 (常用齿轮材料及其机械特性表 )选得大、小齿轮的材料均为 40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为 4855HRC。 3) 选用精度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故初选 7 级精度(GB10095-88)。 4) 选小齿轮齿数 Z1=35，大齿轮齿数 Z2=uZ1=2.4 35=84。 5) 选取螺旋角。初选螺旋角 14 。按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即 td13 21 )(12HEHdt ZZuuTK mm （ 4-2-1） 1) 确定公式内的各计算值（ 1） .试选 6.1tK。（ 2） .由区域系数分布图，选取区域系数 433.2HZ 。（ 3） .由标准圆柱齿传动的端面重合度图表，查得 82.01 ， 84.02 ，则 = 66.184.082.021 nts第四章传动结构的设计计算（ 4） .计小齿轮传递转矩 411108 6 5.21 0 0 039 5 5 09 5 5 0 nPT N mm （ 5） .由下表 3-2-1（圆柱齿轮齿宽系数 d表）装置状况两支承相对小齿轮作对称布置两支承相对小齿轮作对称布小齿轮作悬臂布置 d 0.9 1.4（ 1.2 1.9） 0.7 1.15（ 1.1 1.65） 0.4 0.6 选取齿宽系数 d=0.9； (6).由材料的弹性影响系数 EZ 表，查得 EZ =189.8 MPa ； (7).齿轮接触疲劳强度图表，按齿面硬度中间值 52HRC查得大、小的接触疲劳强度极限1HLim= 2limH =1170 Mpa； (8).计算应力循环次数 911 106 0 1.4)153 0 082(11 0 0 06060 hjLnN9912 109 1 7.14.2106 0 1.4 uNN (9).由接触疲劳寿命系数图表，查得 86.01 HNK； 87.02 HNK ； (10).计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系 S=1,由下式得 1H = 2.1 0 0 61 1 1 7 086.01l i m1 SK HHN MPa 2H = 9.10171 117087.02l i m2 SK HHN MPa 则取 H=( 1H + 2H )/2=1012 Mpa 2).计算 (1).试算小齿轮分度圆直径td1，由计算公式（ 4-2-1）得 td1 1548.26)9.10178.189433.2(4.24.366.19.010865.26.123 24 d mm 根据计算的结果及电动机的输出轴径，取td1=50 mm； nts江阴职业技术学院毕业设计说明书 (2).计算圆周速度 618.21 0 0 060 1 0 0 0501 0 0 060 11 nd tm/s (3).计算齿宽 b 及摸数ntm 45509.01 td db mm 39.13514co s50co s11 zdm tnt mm 12.339.125.225.2 ntmh4.14hb (4).计算纵向重合度498.214359.0318.0318.0 1 tgtgzd （ 5）计算载荷系数 K 已知使用系数 1AK 。根据 498.2 ， 7级精度，由动载荷系数值分布图，查得动载荷系数 KV=1.07；由接触强度计算用的齿向载荷分布系数 (HK)表，查得 HK=2.728，由弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 (FK)图，查得 FK=2.45。由齿向载荷分配系数 ( HAK 、 FAK ),查得 HAK = FAK =1.2，故载荷系数 FFVA KKKKK =1 1.07 1.2 2.728=3.5 (6).按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得 91.646.15.350 3311 tt KKddmm (7).计算模数nm nm= 7 9 9.13514co s91.64co s11 zd mm 2. 按齿根弯曲强度设计 nts第四章传动结构的设计计算由式nm3 2121co s2FSaFadYYzYKT mm （ 3-2-2） 1) 确定计算参数 (1) 计算载荷系数 FFaVA KKKKK1 1.07 1.2 2.45=3.2 (2) 根据纵向重合度 498.2，从螺旋角影响系数图表查得Y=0.88。 (3) 计算当量齿数 31.3814co s35co s 3311 zzv95.9114co s84co s 3322 zzv(4) 查取齿形系数由齿形系数FaY及应力校正系数SaY 表查得 1FaY=2.44；2FaY=2.196 (5) 查取应力校正系数由齿形系数aFY应力校正系数SaY表查得 1SaY=1.654；2SaY=1.782 (6) 由齿轮的弯曲疲劳强度极限图 ,查得 68021 FEFE Mpa。 (7) 由弯曲疲劳寿命系数1FNK=0.86，2FNK=0.87； (8) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由下式得 SK FEFNF 111 417.714 MPa SK FEFNF 222 422.571 MPa (9) 计算大、小齿轮的FSaFaYY 并加以比较 111FSaFaYY= 00 97.071 4.41 7 65 4.144.2 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书 222FSaFa YY= 00 94.057 1.42 2 78 2.119 6.2 小齿轮的数值大。 2）设计计算 nm 93.00097.066.1359.0)14( c os88.010865.22.323224 mm 对比计算结果 ,由齿面接触疲劳强度计算的法向模数小于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数 ,根据满足弯曲强度及接触疲劳强度 ,最后取 nm=2mm。 4.几何尺寸计算 1) 计算中心距 a 64.1 2 214co s2 2)8435(co s2)( 21 nmzza mm 将中心距圆整为 a =122.5 mm 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 729.135.1222 2)8435(a r c c o s2 )(a r c c o s 21 a mzz n因值改变不大 ,故参数HZK 、等不必修正。 3) 计算大小齿轮的分度圆直径 06.727 2 9.13c o s 235c o s11 nmzd mm 94.1 7 27 2 9.13co s 284co s22 nmzd mm 4) 计算齿轮宽度 8 5 4.6406.729.01 db dmm 圆整后取 B2=65 mm； B1=70 mm。第二级的传动条件：电机的功率为 P=4.5KW， n=416.7r/min，传动比 u=4.87，具体设计计算如下：选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1) 考虑减速设计的要求，故大、小齿轮都选用硬齿面。由查表 (常用齿轮材料及其机nts第四章传动结构的设计计算械特性表 )选得大、小齿轮的材料均为 40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48 55HRC。 2) 选用精度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故初选 7级精度(GB10095-88)。 3) 选小齿轮齿数 Z1=24，大齿轮齿数 Z2=uZ1=4.87 24=117。 4) 选取螺旋角。初选螺旋角 14 。按齿面接触强度设计由设计计算公式（ 3-2-1）进行计算。 1）确定公式内的各计算值（ 1） .试选 6.1tK。（ 2） .由区域系数分布图，选取区域系数 433.2HZ 。（ 3） .由标准圆柱齿传动的端面重合度图表，查得 78.01 ， 87.02 ，则 = 65.187.078.021 （ 4） .计小齿轮传递转矩 4111069.67.416 97.039 5 5 09 5 5 0 nPT N mm （ 5） .由表（圆柱齿轮齿宽系数 d表）选取齿宽系数 d=0.9； (6).由材料的弹性影响系数 EZ 表，查得 EZ =189.8 MPa ； (7).齿轮接触疲劳强度图表，按齿面硬度中间值 52HRC查得大、小的接触疲劳强度极限1HLim= 2limH =1170 Mpa； (8).计算应力循环次数 911 108.1)153 0 082(17.4 1 66060 hjLnN8912 107.387.4108.1 uNN (9).由接触疲劳寿命系数图表，查得 88.01 HNK； 9.02 HNK ； nts江阴职业技术学院毕业设计说明书 (10).计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系 S=1,由下式得 1H = 10531 117088.01l im1 SK HHN MPa 2H = 6.1029111709.02l i m2 SK HHN MPa 则取 H=( 1H + 2H )/2=1017.5 Mpa 2).计算 (1).试算小齿轮分度圆直径td1，由计算公式得 td1 922.32)5.10178.189433.2(87.487.565.19.01069.66.123 24 mm (2).计算圆周速度 718.0100060 7.416922.32100060 11 nd tm/s (3).计算齿宽 b 及摸数ntm 63.299 2 2.329.01 td db mm 3 3 1.12414co s9 2 2.32co s11 zdm tnt mm 12.33 3 1.125.225.2 ntmh894.9hb (4).计算纵向重合度7 1 3.114249.03 1 8.03 1 8.0 1 tgtgzd (5).计算载荷系数 K 已知使用系数 1AK 。根据 718.0 ， 7级精度，由动载荷系数值分布图，查得动载荷系数 KV=1.05；由接触强度计算用的齿向载荷分布系数 (HK)表，查得 HK=1.41，由弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 (FK)图，查得 FK=1.37。 nts第四章传动结构的设计计算由齿向载荷分配系数 ( HAK 、 FAK ),查得 HAK = FAK =1.2，故载荷系数 FFVA KKKKK =1 1.07 1.2 1.41=1.78 (6).按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得 113.346.178.150 3311 tt KKddmm (7).计算模数nm nm= 379.12414co s113.34co s11 zd mm 3. 按齿根弯曲强度设计根据设计计算公式（ 3-2-2）来计算： 1) 确定计算参数（ 1）计算载荷系数 FFaVA KKKKK1 1.07 1.2 1.37=1.726 （ 2）根据纵向重合度 713.1，从螺旋角影响系数图表查得 Y=0.8。（ 3）计算当量齿数 27.2614co s24co s 3311 zzv08.1 2 814co s1 1 7co s 3322 zzv（ 4）取齿形系数由齿形系数FaY及应力校正系数SaY 表查得 1FaY=2.592； 2FaY=2.158 （ 5）取应力校正系数由齿形系数aFY应力校正系数SaY表查得 1SaY=1.596；2SaY=1.792 （ 6）齿轮的弯曲疲劳强度极限图 ,查得 68021 FEFE Mpa。（ 7）由弯曲疲劳寿命系数1FNK=0.87，2FNK=0.9；（ 8）计算弯曲疲劳许用应力 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由下式得 SK FEFNF 111 422.571 MPa SK FEFNF 222 437.143 MPa （ 9）计算大、小齿轮的FSaFaYY 并加以比较 111FSaFaYY= 00 98.057 1.42 2 59 6.159 2.2 222FSaFa YY= 00 89.014 3.43 7 79 2.115 8.2 小齿轮的数值大。 2）设计计算 nm 257.10098.065.1249.0)14( c os8.01069.6726.123224 mm 对比计算结果 ,由齿面接触疲劳强度计算的法向模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数 ,根据满足弯曲强度及接触疲劳强度 ,最后取 nm=1.5 mm 4.几何尺寸计算 1) 计算中心距 9 8 7.1 0 814co s2 5.1)1 1 724(co s2)( 21 nmzza mm 将中心距圆整为 a =108.5 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 93.125.1082 2)11724(a r c c o s2 )(a r c c o s 21 a mzz n因值改变不大 ,故参数HZK 、等不必修正。 2）大小齿轮的分度圆直径 9 3 7.3693.12c o s 5.135c o s11 nmzd mm nts第四章传动结构的设计计算 0 6 3.1 8 093.12co s 5.184co s22 nmzd mm 4) 计算齿轮宽度 2 4 3 3.339 3 7.369.01 db dmm 圆整后取 B2=35 mm； B1=40 mm。第三级的传动条件：电动机的功率为 P=0.9KW， n=85.565，传动比 u=5.7，设计计算如下：选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1)考虑减速设计的要求，故大、小齿轮都选用硬齿面。由查表 (常用齿轮材料及其机械特性表 )选得大、小齿轮的材料均为 40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55HRC。 2) 选用精度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故初选 7级精度 (GB10095-88)。 3)选小齿轮齿数 Z1=24，大齿轮齿数 Z2=uZ1=5.7 24=137。 4)选取螺旋角。初选螺旋角 14 。按齿面接触强度设计由设计计算公式（ 3-2-1）计算： 1) 确定公式内的各计算值（ 1） .试选 6.1tK。（ 2） .由区域系数分布图，选取区域系数 433.2HZ 。（ 3） .由标准圆柱齿传动的端面重合度图表，查得 78.01 ， 88.02 ，则 = 66.188.078.021 （ 4） .计小齿轮传递转矩 51211 1015.35 6 5.85 97.097.039 5 5 09 5 5 0 nPT N mm （ 5） .由下表（圆柱齿轮齿宽系数 d表）选取齿宽系数 d=0.8；（ 6） .由材料的弹性影响系数 EZ 表，查得 EZ =189.8 MPa ； nts江阴职业技术学院毕业设计说明书（ 7） .齿轮接触疲劳强度图表，按齿面硬度中间值 52HRC 查得大、小的接触疲劳强度极限1HLim= 2limH =1170 Mpa；（ 8） .计算应力循环次数 811 107.3)153 0 082(15 6 5.856060 hjLnN7812 1048.67.5107.3 uNN （ 9） .由接触疲劳寿命系数图表，查得 9.01 HNK； 93.02 HNK ；（ 10） .计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系 S=1,由下式得 1H = 1053111709.01lim1 SK HHN MPa 2H = 1.1 0 8 81 1 1 7 093.02l i m2 SK HHN MPa 则取 H=( 1H + 2H )/2=1070.6 Mpa 2).计算 (1).试算小齿轮分度圆直径td1，由计算公式（ 3-2-1）得 td1 958.54)6.10708.189433.2(7.57.666.18.01015.36.123 25 mm (2).计算圆周速度 246.0100060 565.85958.54100060 11 nd tm/s (3).计算齿宽 b 及摸数ntm 9 6 6.439 5 8.548.01 td db mm 22.22414co s9 5 8.54co s11 zdm tnt mm 9 9 9.422.225.225.2 ntmh79.8hb (4).计算纵向重合度nts第四章传动结构的设计计算 5 2 3.114248.03 1 8.03 1 8.0 1 tgtgzd (5).计算载荷系数 K 已知使用系数 1AK 。根据 246.0 ， 7级精度，由动载荷系数值分布图，查得动载荷系数 KV=1.04；由接触强度计算用的齿向载荷分布系数 (HK)表，查得 HK=1.2877，由弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 (FK)图，查得 FK=1.27。由齿向载荷分配系数 ( HAK 、 FAK ),查得 HAK = FAK =1.2，故载荷系数 FFVA KKKKK =1 1.04 1.2 1.2877=1.61 (6).按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得 072.556.161.1958.54 3311 tt KKddmm (7).计算模数nm nm= 227.22414co s072.55co s11 zd mm 3.按齿根弯曲强度设计由式nm3 2121co s2FSaFadYYzYKT mm 1) 确定计算参数 (1)计算载荷系数 FFaVA KKKKK1 1.04 1.2 1.27=1.585 (2) 根据纵向重合度 523.1，从螺旋角影响系数图表查得 Y=0.8。 (3)计算当量齿数 27.2614co s24co s 3311 zzv97.1 4 914co s1 3 7co s 3322 zzv(4)查取齿形系数 nts江阴职业技术学院毕业设计说明书由齿形系数FaY及应力校正系数SaY 表查得 1FaY=2.592； 2FaY=2.14 (5)查取应力校正系数由齿形系数aFY应力校正系数SaY表查得 1SaY=1.596；2SaY=1.83 (6)由齿轮的弯曲疲劳强度极限图 ,查得 68021 FEFE MPa (7)由弯曲疲劳寿命系数1FNK=0.88，2FNK=0.91； (8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由下式得 SK FEFNF 111 427.43 MPa SK FEFNF 222 442.0 MPa (9)计算大、小齿轮的FSaFaYY 并加以比较 111FSaFaYY= 00 97.043.42 7 59 6.159 2.2 222FSaFa YY= 00 89.044 2 83.114.2 小齿轮的数值大。 2）设计计算 nm 121.20097.066.1248.0)14( c os8.01015.3585.123225 mm 对比计算结果 ,由齿面接触疲劳强度计算的法向模数小于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数 ,根据满足弯曲强度及接触疲劳强度 ,最后取 nm=2.5 mm 4.几何尺寸计算 1) 计算中心距 411.20714co s2 5.2)13724(co s2)( 21 nmzza mm 将中心距圆整为 a =207 mm 2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 nts第四章传动结构的设计计算 536.132072 5.2)13724(a r c c o s2 )(a r c c o s 21 a mzz n因值改变不大 ,故参数HZK 、等不必修正。 3) 计算大小齿轮的分度圆直径 7 1 5.615 3 6.13co s 5.224co s11 nmzd mm 785.352536.13co s 5.2137co s22 nmzd mm 4) 计算齿轮宽度 3 7 2.497 1 5.618.01 db dmm 圆整后取 B2=49 mm； B1=55 mm。 4. 转臂轴承的选择计算 1）估计摆线轮内孔半径 nrnr=(0.4 0.5) pr=40 50mm 2）择轴承型号尺寸经查表选用 502310E C=105000 N C0=71000 N D1=97 mm d=50mm b=27 mm da=60 mm Da=89.6 mm a=5 mm 3）名义径向载荷 R R= 6710068.0681.541 31355.03.155.03.13.111 cppCcpPC zrK zTzrK zT=5776.698 N 4）当量动载荷 P P= RfF =1.3 5776.698=7509.71 N Ff 动载荷系数，一般取 Ff =1.2 1.5。 5）轴承相对转速 n n= Hn +unH=1000+671000=1015r/min 6）轴承寿命 hLnts江阴职业技术学院毕业设计说明书 531063106 1008.1)71.7 5 0 91 0 5 0 0 0(1 0 1 560 10)(6010 PCnL hh 因为所求得的轴承寿命hL 15000 h ,所以满足要求。 4. 转臂轴承的选择计算 1）估计摆线轮内孔半径 nrnr=(0.4 0.5) pr=52 65mm 2）择轴承型号尺寸经查表选用 502313 C=114600 N C0=85200 N D1=121.5 mm d=65mm b=33mm da=77mm Da=114.6mm a=7 mm 3）名义径向载荷 R R=50130785.051179 540055.03.155.03.13.111 cppCcpPC zrK zTzrK zT=12830.82 N 4）当量载荷 P P= RfF =1.3 12830.82=16680.1 N 5）轴承相对转速 n n= Hn +unH=1000+501000=1020r/min 1）承的寿命 hL5.2 4 1 5 5)1.1 6 6 8 01 1 4 6 0 0(1 0 2 060 10)(6010 31063106 PCnL hh 因为所求得的轴承寿命hL 15000 h ,所以满足要求。 5. 针齿销弯曲强度计算 1）针齿结构尺寸 19105.04205.05.05.01 CbL mm 52105.0413205.15.05.12 cbL mm （ 132033 cbb） 71521921 LLL mm nts第四章传动结构的设计计算 2) 最大弯矩 1077271 521950130785.0 17954002.22.2 211 LLLzrK TMcpVM a xNmm 3) 许用弯曲应力 150FP MPa 4) 校核弯曲应力 72.10

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