SMART机器人结构设计（全套含CAD图纸）
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第一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。11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,1GJ2,根据平行轴定理可得绕小臂关节轴的转动惯量为3GJ分别为20KG、30KG、50KG,、分别为重心到第一关节1L23L轴的距离，其值分别为300MM、300MM、1000MM，在式（31）中故可忽略不计。所以绕第一关节轴的转动惯量为2030502302545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式中T旋转开始的转矩NMW角加速度RAD/S使机械手主轴从W0到W102/S所需时间为T1S则W545102/1809697NM1J1TW0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100NM电动机的功率可按下式估算式中PM电动机功率W；MLP负载力矩NM；LP负载转速RAD/S；传动装置的效率，初步估算取097095087；3系数1525为经验数据，取25255143NMMP87051估算PM后就可选取电机，使其额定功率PR满足下式RM选择Y8014三相异步电动机表11Y8014三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Y801405513901507612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813AI60572139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1II开式分布，由展开式曲线查得65，则30/6546。1I2I13553I608113轴的设计计算131轴转速、转矩和输入功率计算A各轴转速I轴1390/2695R/MIN1N轴695/651069R/MIN2N轴1069/462324R/MIN3轴2324/13551715R/MIN4B各轴输入功率轴139009613344W1P0轴1334409809612554W21轴12554096115746W3298轴11574609610458W4P30C各轴输入扭矩轴9550955013344/69518336NM1T1N轴9550955012554/106911215NM22P轴95509550115746/232147625NM3T3N轴9550955010458/171558236NM44P132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30MPA，由许用应力确定的系数为A115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DA1151429MM3NP369541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50MM133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13344KW转矩18336NMM所设计的轴是实心轴材料牌号45调质硬度HB230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1429MM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42MM24MM16MM30MM6MM34MM30MM50MM7MM34MM17MM30MM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34MM61MM2259N100200NMM6118N0NMM0NMM30MM118MM1500N0NMM2200N0NMM620650NMM轴所受支撑的信息直径距左端距离24MM21MM50MM79MM四、支反力计算距左端距离水平支反力RH1垂直支反力RV121MM3378N343728N距左端距离水平支反力RH2垂直支反力RV279MM540N267826N五、内力X/MMD/MMM1/NMMM2/NMM21240061341927725214017149795010384565103845651183010210211830102102六、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M100000NMM扭矩T620650NMM截面的计算工作应力5029MPA许用疲劳应力180MPA79MM处弯曲应力校核通过14齿轮的设计141选择材料选择齿轮材料为34CRNI3MO经调质硬度HBS可达269341142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，压力角可取20143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1625,II轴上齿轮齿数25，大齿轮齿数115，模M取2。3Z4144齿宽系数D查表可知，取齿宽系06根据公式30MM2BD1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2B510MM12以补偿加工装配误差。轴上小齿轮35,与之啮合的大齿轴上大齿轮齿宽301B2BII轴上齿轮齿宽55，与之啮合的小齿轮齿宽452145确定齿轮传动的精度根据GB100951988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32第一级啮合齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径DD1MZ122550MMD2MZ221625MM200MM齿顶高HAHHAM122MMA齿根高HFHHACM1025225MMF齿全高HHHAHF22545MM齿顶圆直径DA1DA1D12HA54MMDA2D22HA329MM齿根圆直径DF1DF1D12HF45MMDF2D22HF320MM基圆直径DB1DB1D1COS4698MMDB2D2COS30534MM齿距PPM3142628MM齿厚SSM/2314MM齿槽宽EEM/2314MM中心距AAD1D2/21875MM顶隙CCCM025205MM表33第二级啮合齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径DD1MZ122550MMD2MZ22115230MM齿顶高HAHHAM122MMA齿根高HFHHACM1025225MMF齿全高HHHAHF22545MM齿顶圆直径DA1DA1D12HA54MMDA2D22HA234MM齿根圆直径DF1DF1D12HF45MMDF2D22HF225MM基圆直径DB1DB1D1COS4698MMDB2D2COS21601MM齿距PPM3142628MM齿厚SSM/2314MM齿槽宽EEM/2314MM中心距AAD1D2/2140MM顶隙CCCM025205MM渐开线圆柱齿轮传动设计报告一、设计信息设计者NAME束瑜杰设计单位COMP114设计日期DATE2009429设计时间TIME135617二、设计参数传递功率P13344KW传递转矩T1833NM齿轮1转速N1695R/MIN齿轮2转速N21069R/MIN传动比I650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H10000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QML齿轮1材料及热处理MET134CRNI3MO齿轮1硬度取值范围HBSP1269341齿轮1硬度HBS1305齿轮1材料类别METN10齿轮1极限应力类别METTYPE15齿轮2材料及热处理MET234CRNI3MO齿轮2硬度取值范围HBSP2269341齿轮2硬度HBS2305齿轮2材料类别METN20齿轮2极限应力类别METTYPE25五、齿轮精度齿轮1第组精度JD117齿轮1第组精度JD127齿轮1第组精度JD137齿轮1齿厚上偏差JDU1F齿轮1齿厚下偏差JDD1L齿轮2第组精度JD217齿轮2第组精度JD227齿轮2第组精度JD237齿轮2齿厚上偏差JDU2F齿轮2齿厚下偏差JDD2L六、齿轮基本参数模数法面模数MN2MM端面模数MT200000MM螺旋角0000000度基圆柱螺旋角B00000000度齿轮1齿数Z125齿轮1变位系数X1000齿轮1齿宽B12500MM齿轮1齿宽系数D10500齿轮2齿数Z2163齿轮2变位系数X2000齿轮2齿宽B22000MM齿轮2齿宽系数D20061总变位系数XSUM0000标准中心距A018800000MM实际中心距A18800000MM中心距变动系数YT000000齿高变动系数YT000000齿数比U652000端面重合度175464纵向重合度000000总重合度175464齿轮1分度圆直径D15000000MM齿轮1齿顶圆直径DA15400000MM齿轮1齿根圆直径DF14500000MM齿轮1基圆直径DB14698463MM齿轮1齿顶高HA1200000MM齿轮1齿根高HF1250000MM齿轮1全齿高H1450000MM齿轮1齿顶压力角AT129531394度齿轮2分度圆直径D232600000MM齿轮2齿顶圆直径DA233000000MM齿轮2齿根圆直径DF232100000MM齿轮2基圆直径DB230633980MM齿轮2齿顶高HA2200000MM齿轮2齿根高HF2250000MM齿轮2全齿高H2450000MM齿轮2齿顶压力角AT221828281度齿轮1分度圆弦齿厚SH1313953MM齿轮1分度圆弦齿高HH1204933MM齿轮1固定弦齿厚SCH1277410MM齿轮1固定弦齿高HCH1149511MM齿轮1公法线跨齿数K13齿轮1公法线长度WK11546093MM齿轮2分度圆弦齿厚SH2314154MM齿轮2分度圆弦齿高HH2200757MM齿轮2固定弦齿厚SCH2277410MM齿轮2固定弦齿高HCH2149511MM齿轮2公法线跨齿数K219齿轮2公法线长度WK211379467MM齿顶高系数HA100顶隙系数C025压力角20度端面齿顶高系数HAT100000端面顶隙系数CT025000端面压力角T200000000度端面啮合角T200000001度七、检查项目参数齿轮1齿距累积公差FP1004046齿轮1齿圈径向跳动公差FR1003366齿轮1公法线长度变动公差FW1002803齿轮1齿距极限偏差FPT1001459齿轮1齿形公差FF1001063齿轮1一齿切向综合公差FI1001513齿轮1一齿径向综合公差FI1002071齿轮1齿向公差F1001255齿轮1切向综合公差FI1005109齿轮1径向综合公差FI1004712齿轮1基节极限偏差FPB1001371齿轮1螺旋线波度公差FF1001513齿轮1轴向齿距极限偏差FPX1001255齿轮1齿向公差FB1001255齿轮1X方向轴向平行度公差FX1001255齿轮1Y方向轴向平行度公差FY1000627齿轮1齿厚上偏差EUP1005836齿轮1齿厚下偏差EDN1023346齿轮2齿距累积公差FP2008933齿轮2齿圈径向跳动公差FR2005519齿轮2公法线长度变动公差FW2004143齿轮2齿距极限偏差FPT2001706齿轮2齿形公差FF2001408齿轮2一齿切向综合公差FI2001868齿轮2一齿径向综合公差FI2002414齿轮2齿向公差F2000630齿轮2切向综合公差FI2010341齿轮2径向综合公差FI2007726齿轮2基节极限偏差FPB2001603齿轮2螺旋线波度公差FF2001868齿轮2轴向齿距极限偏差FPX2000630齿轮2齿向公差FB2000630齿轮2X方向轴向平行度公差FX2000630齿轮2Y方向轴向平行度公差FY2000315齿轮2齿厚上偏差EUP2006825齿轮2齿厚下偏差EDN2027300中心距极限偏差FA003201八、强度校核数据齿轮1接触强度极限应力HLIM15944MPA齿轮1抗弯疲劳基本值FE14656MPA齿轮1接触疲劳强度许用值H17341MPA齿轮1弯曲疲劳强度许用值F18314MPA齿轮2接触强度极限应力HLIM25944MPA齿轮2抗弯疲劳基本值FE24656MPA齿轮2接触疲劳强度许用值H27341MPA齿轮2弯曲疲劳强度许用值F28314MPA接触强度用安全系数SHMIN100弯曲强度用安全系数SFMIN140接触强度计算应力H5223MPA接触疲劳强度校核HH满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力F11113MPA齿轮2弯曲疲劳强度计算应力F21017
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