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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 XXX 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。第二章 机器人的结构分析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 0270 底 座：能够实现第一臂转角(0-270 度)转角范围控制 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。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第二章 机器人的结构分析图 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，u4；斜齿轮传动，u6；蜗杆蜗轮传动，5u70，常用 15u50；摆线针轮行星齿轮传动， 11u87（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1187，二级传动比为 1217569，三级传动比可达 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1/22/3，重量约减轻 1/21/3 以上；3）效率较高。一般效率为 0.920.94，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。 第二章 机器人的结构分析第三章 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，FG213NMOb图 3-1-1第三臂的转动惯量：Kgm243.)15cos(.980. 223 mJO第二轴的转动惯量：（3-1-1）2222 )(1mdcba 235.084)06.1.0.84 Kgm27.5两电动机的转动惯量：Kgm27.4.058.342221 电电电 JJ两个行星轮系的转动惯量：Kgm215.8.0221轮轮轮减速箱的转动惯量： Kgm2375.04.152减J第一轴本身的转动惯量：Kgm2.221m所以，总的转动惯量为：375.0415.87.04.53总JKgm29.10而转动角加速度 为：1/s2854.72tvV则输出轴的转矩为 由式（3-1-7）得：MNm19.39.150总J转换到电动机上的转矩为：Nm7.6.8. u电根据要求 ，选 P=3KW，n=1000r/min 的 MGMA 型伺服电机， 为 28.4Nm。电M额 额M第三章 设计计算第四章 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 u6，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 。4按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即 mm （4-2-1）td1321)(2HEdt ZuTK1) 确定公式内的各计算值（1）.试选 。6.1t（2）.由区域系数分布图，选取区域系数 。43.2HZ（3）.由标准圆柱齿传动的端面重合度 图表，查得 ， ，则 =80184.02 6.18.0.21 （4）.计小齿轮传递转矩N411 10865.203950nPT m（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 0.91.4（1.21.9） 0.71.15（1.11.65） 0.40.6选取齿宽系数 d=0.9；(6).由材料的弹性影响系数 表，查得 =189.8 ；EZEMPa(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 = = Mpa；1HLim2li70(8).计算应力循环次数 91 106.4)538(060 hjLnN992 107.42.4u(9).由接触疲劳寿命系数图表，查得 ；8.HNK；87.02HNK(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 = MPa1H 2.106786.01limSKN = MPa2 9.2liH则取 H=( + )/2=1012 Mpa122).计算(1).试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式（4-2-1）得td1 mmtd1 1548.26)9.078432(.6.90852.134 根据计算的结果及电动机的输出轴径，取 =50 mm；td1第四章 传动结构的设计计算(2).计算圆周速度m/s618.2065106ndt(3).计算齿宽 及摸数bntmmm459.1tdmm39.1cos0cs1ztnt2.25.ntmh 4.hb(4).计算纵向重合度 98.21359.018.318.0tgtgzd（5）计算载荷系数 K已知使用系数 。A根据 ，7 级精度，由动载荷系数值分布图，查498.2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( )表，查得HK=2.728，由弯曲强度计算的齿向载荷分布系数( )图，H F查得 =2.45。FK由齿向载荷分配系数( 、 ),查得 = =1.2，HAKFHAKF故载荷系数=11.071.22.728=3.5FVA(6).按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得mm91.64.53031 ttKd(7).计算模数 nm= mmn 79.135cos9.64cos1z2. 按齿根弯曲强度设计 由式 mm （3-2-2）nm321cosFSadYzKT1) 确定计算参数(1) 计算载荷系数1 1.07 1.2 2.45=3.2FaVAK(2) 根据纵向重合度 ，从螺旋角影响系数图表查498.2得 =0.88。Y(3) 计算当量齿数31.84cos5331zv 95.14cos8332zv(4) 查取齿形系数由齿形系数 及应力校正系数 表查得 =2.44； =2.196FaYSaY1Fa2FaY(5) 查取应力校正系数由齿形系数 应力校正系数 表查得 =1.654； =1.782aFSa1Sa2Sa(6) 由齿轮的弯曲疲劳强度极限图,查得 680FEMpa。(7) 由弯曲疲劳寿命系数 =0.86， =0.87；1FNK2FN(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417.714 MPaSFENF11422.571 MPa KFEF22(9) 计算大、小齿轮的 并加以比较FSaY=1FSaY097.74.652第四章 传动结构的设计计算=2FSaY094.571.48296小齿轮的数值大。2）设计计算 mmnm 93.07.6.1359.0)4(cos82.3224 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 =2mm。nm4.几何尺寸计算1) 计算中心距 a mm64.12cos2)8435(cos2)(1 nmz将中心距圆整为 =122.5 mma2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 729.135.2)843(arcos2)(arcos1mzn因 值改变不大,故参数 等不必修正。HZK、 3) 计算大小齿轮的分度圆直径mm06.729.13cos51nmzdmm4.842n4) 计算齿轮宽度mm85.60.7291db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 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。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 。4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 。43.2HZ（3）.由标准圆柱齿传动的端面重合度 图表，查得 ， ，则 =780187.02 65.187.0.21（4）.计小齿轮传递转矩N411 69.7.41395nPTm（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 表，查得 =189.8 ；EZEMPa(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 = = Mpa；1HLim2li70(8).计算应力循环次数 91 18.)53082(7.4606 hjLnN92 18.u(9).由接触疲劳寿命系数图表，查得 ；.01HNK；9.02HNK第四章 传动结构的设计计算(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 = MPa1H105378.01limSKN = MPa2 6.299.2liH则取 H=( + )/2=1017.5 Mpa1H22).计算(1).试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式得td1 mmtd1 92.3)5.07843.2(856.19023 24 (2).计算圆周速度m/s18.106492.3106ndt(3).计算齿宽 及摸数bntmmm3.29.391tdmm1.4coscos1 ztnt2.31.25.ntmh 894.hb(4).计算纵向重合度 713.9.08.318.0tgtgzd(5).计算载荷系数 K已知使用系数 。A根据 ，7 级精度，由动载荷系数值分布图，查得18.0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( )表，查得 =1.41，由弯曲强HKHK度计算的齿向载荷分布系数( )图，查得 =1.37。FF 由齿向载荷分配系数( 、 ),查得 = =1.2，故载荷系数HAKFHAKF=11.071.21.41=1.78FVA(6).按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得mm13.46.78150331 ttKd(7).计算模数 nm= mmn 379.124cos3.cos1z3. 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1 1.07 1.2 1.37=1.726FaVAK（2） 根据纵向重合度 ，从螺旋角影响系数图表查得 =0.8。73. Y（3） 计算当量齿数27.614cos331zv08.332zv（4） 取齿形系数由齿形系数 及应力校正系数 表查得 =2.592； =2.158FaYSaY1Fa2FaY（5） 取应力校正系数由齿形系数 应力校正系数 表查得 =1.596； =1.792aFSa1Sa2Sa（6） 齿轮的弯曲疲劳强度极限图,查得 680FEMpa。（7） 由弯曲疲劳寿命系数 =0.87， =0.9；1FNK2FN（8） 计算弯曲疲劳许用应力第四章 传动结构的设计计算取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由下式得422.571 MPaSKFENF11437.143 MPa FEF22（9） 计算大、小齿轮的 并加以比较FSaY=1FSa098.571.4269=2FSaY.3.8小齿轮的数值大。2）设计计算 mmnm 257.1098.65.1249.0)4(cos876.123 2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 =1.5 mmnm4.几何尺寸计算1) 计算中心距 mm987.104cos25.)7(cos2)(1 nmza将中心距圆整为 =108.52) 按圆整后的中心距修正螺旋角 93.125.082)74(arcos2)(arcos1mzn因 值改变不大,故参数 等不必修正。HZK、 2） 大小齿轮的分度圆直径mm937.6.12cos531nmzd mm063.189.2cos542nmzd4) 计算齿轮宽度mm4.7.3601bd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 4855HRC。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 。4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 。43.2HZ（3）.由标准圆柱齿传动的端面重合度 图表，查得 ， ，则 =78018.026.18.07.21（4）.计小齿轮传递转矩N5121 .356.8903995 nPTm（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 表，查得 =189.8 ；EZEMPa第四章 传动结构的设计计算（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 = = Mpa；1HLim2li70（8）.计算应力循环次数 81 1.3)58(56.806 hjLnN72 104.7.3u（9）.由接触疲劳寿命系数图表，查得 ； 9.1HNK；.02HNK（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 = MPa1H105379.01limSKN = MPa2 .8.2liH则取 H=( + )/2=1070.6 Mpa1H22).计算(1).试算小齿轮分度圆直径 ，由计算公式（3-2-1）得td1 mmtd1 958.4)6.078432(.56.180323 2(2).计算圆周速度m/s246.0160.89.4160ndt(3).计算齿宽 及摸数bntmmm9.4358.1tdmm2.21coscos1 ztnt9.4.52.ntmh 79.8hb(4).计算纵向重合度 523.1428.031.318.0tgtgzd(5).计算载荷系数 K已知使用系数 。A根据 ，7 级精度，由动载荷系数值分布图，查246.0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( )表，查得 =1.2877，由弯HKHK曲强度计算的齿向载荷分布系数( )图，查得 =1.27。FF由齿向载荷分配系数( 、 ),查得 = =1.2，故载荷系数HAKHA=11.041.21.2877=1.61FVA(6).按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得mm072.56.1958.4331 ttd(7).计算模数 nm= mmn 27.24cos07.cos1z3.按齿根弯曲强度设计由式 mmnm321cosFSadYzKT1) 确定计算参数(1)计算载荷系数1 1.04 1.2 1.27=1.585FaVAK(2) 根据纵向重合度 ，从螺旋角影响系数图表查得 =0.8。523. Y(3)计算当量齿数27.614cos331zv9.332zv(4)查取齿形系数第四章 传动结构的设计计算由齿形系数 及应力校正系数 表查得 =2.592； =2.14FaYSaY1Fa2FaY(5)查取应力校正系数由齿形系数 应力校正系数 表查得 =1.596； =1.83aFSa1Sa2Sa(6)由齿轮的弯曲疲劳强度极限图,查得 MPa680FE(7)由弯曲疲劳寿命系数 =0.88， =0.91；1FNK2FN(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427.43 MPaSFENF11442.0 MPa KFEF22(9)计算大、小齿轮的 并加以比较FSaY=1FSa097.43.27569=2FSaY8.小齿轮的数值大。2）设计计算 mmnm 12.097.6.1248.0)4(cos53.13 2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 =2.5 mmnm4.几何尺寸计算1) 计算中心距 mm41.2071cos25.)34(cos2)(1 nmza将中心距圆整为 =207 mm2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 536.1207.)34(arcos2)(arcos1mzn因 值改变不大,故参数 等不必修正。HZK、 3) 计算大小齿轮的分度圆直径mm715.63.1cos241nmzdmm8.72n4) 计算齿轮宽度mm372.4915.6801db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 nr=(0.40.5) =4050mmpr2）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 mm3）名义径向载荷 RR= 67108.8.54335.031.1 cpCcpPCzrKTzrT=5776.698 N4）当量动载荷 PP= =1.3 5776.698=7509.71 NRfF动载荷系数，一般取 =1.21.5。Ff Ff5）轴承相对转速 nn= + =1000+ =1015r/minHun67106）轴承寿命 hL第四章 传动结构的设计计算h531063106 8.)7.59()( PCnLh因为所求得的轴承寿命 15000 h ,所以满足要求。hL4. 转臂轴承的选择计算1）估计摆线轮内孔半径 =(0.40.5) =5265mmnrnrpr2）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 mm3）名义径向载荷 RR= 501378.0945.031.1 cpCcpPCzrKTzrT=12830.82 N4）当量载荷 PP= =1.3 12830.82=16680.1 NRfF5）轴承相对转速 nn= + =1000+ =1020r/minHnu5011）承的寿命 hLh5.241).1680(20)(6013131 PCnh因为所求得的轴承寿命 15000 h ,所以满足要求。hL5. 针齿销弯曲强度计算1）针齿结构尺寸mm1905.4205.05. CbLmm52.312c（ ）cbmm7521921L 2) 最大弯矩Nmm 107259013785.0422.11 LzrKTMcpVax3) 许用弯曲应力MPa5FP4) 校核弯曲应力MPa72.10.1.033zpWaxFdM因为 ，所以满足要求。FP4.2 轴承的选择4.2.1 斜齿轮传动轴上的轴承1.根据齿轮轴径值，查滚动轴承样本或机械设计手册得，第二轴上选用圆锥滚子轴承 7204，C=15500N；第三轴上选用圆锥滚子轴承 7205，C=19520N，则校核寿命如下：第二轴的从动齿轮受力大小为：切向力为： N17.9506.7231dTFt径向力为： 729.3cos/0.cos/tgtgnrN9.7轴向力为： N.14231.795ttFa根据 ，则轴承的名义载荷 P 为：6.02.3.29714era（4-3-1）)(arYXfP式中， -载荷系数， -径向动载荷系数， -轴向动载荷系数，所以， f YN15.6742.197.3294.0(51P则轴承的寿命为：第四章 传动结构的设计计算h631063106 82.)5.74(.)( PCnLh因为，这里轴承的预期寿命为 =15000h，而 ，故所选的轴承可满足寿命要hLhL求。第三轴的从动齿轮受力为：切向力为： N75.104937.6.5021dTFt径向力为： 93.2
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