负载460KG的机器人机械本体设计【13张cad图纸+文档全套资料】
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学 号：xxxxxxxxxx 毕业设计说明书GRADUATE DESIGN 设计题目：机器人机械本体设计学生姓名： 专业班级：X机械X班学 院：机械工程学院指导教师：XX 讲 师 2016年06月11日摘 要机器人技术是机电一体化产品，工业机械人现已成为一个领先的研究课题。运用在不同领域，如机械，电子，信息理论，人工智能，生物学和计算机，知识等诸多领域的发展机械接头端的设计，机器人也导致了这些学科的发展。工艺往一个热点手臂运动更多的领域进行合作研究。机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合也促成了这些学科的发展。本文的主要内容是降低了劳动强度，以提高生产效率，机器人可以代替许多重复的手工操作.本文采用在结构设计上的460KG机器人机械本体设计，并完成图纸和零件图总装配图。为机器人模型的要求被分析以估计电机的每个，充分的设得所需要的转矩和功率。完成机器人的程序设计，总体设计，结构设计，运动学模型运动分析，检查，分析机器人模型，设计和生产机器人模型做的过程中强度的关键部件，绘制3D图。关键词：机械臂，结构设计，460KG包装袋机器人，机械臂，电机64AbstractRobotics is mechatronics, robotics become a leading research. Used in different fields, such as machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge, and many other developments in the field of mechanical coupling end design, the robot also led to the development of these disciplines. Robot is a typical mechatronic products, processes more than a movement of arm movement more cooperation in the field of research. Many disciplines mechanics, electronics, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer, but the development of its multi-agency convergence desired combination also led to the development of these disciplines.In this paper, the structural design of 460KG robot body design and complete drawings and part drawings assembly drawing. The robots are for the analysis of each model, is set to be sufficiently torque and power required to estimate the motor. Complete robot program design, general design, structural design, kinematics model motion analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production process of doing robot model intensity, plotted in Fig. 3D.Keywords: arm, structural design, 460KG bags robot arm, the motor目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论11.1 引言11.2 工业机器人研究概况21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 工业机器人的总体结构41.4 主要内容52 总体方案设计62.1 机器人工程概述62.2 工业机器人总体设计方案论述72.3 机器人机械传动原理82.4 机器人总体方案设计92.5 本章小结103 机器人大臂部结构113.1 大臂部结构设计的基本要求113.2 大臂部结构设计123.3 大臂电机及减速器选型123.4 减速器参数的计算133.5承载能力的计算173.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算173.5.2 柔轮疲劳强度的计算174 小臂结构设计224.1 小臂腕部设计224.1.1 手腕偏转驱动计算224.1.2 手腕俯仰驱动计算254.1.3 电动机的设得264.2 小臂部结构设计274.3 小臂电机及减速器选型274.3.1.传动结构形式的设得284.3.2.几何参数的计算294.4 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算294.4.1柔轮齿面的接触强度的计算304.4.2柔轮疲劳强度的计算314.5 轴结构尺寸设计324.6 轴的受力分析及计算334.7 轴承的寿命校核335 机身设计365.1 步进电机选择365.1.1 计算输出轴的转矩365.1.2 确定各轴传动比385.1.3 传动装置的运动和动力参数395.2 齿轮设计与计算415.2.1 高速级齿轮设计与计算415.2.2 低速级齿轮设计与计算465.3 轴的设计与计算495.3.1 输入轴的设计与计算495.3.2 中间轴的设计与计算525.3.3 输出轴的设计与计算555.4 轴承的校核575.4.1 输入轴上轴承寿命计算575.4.2 中间轴上轴承寿命计算595.5 键的选择和校核625.5.1 键的选择625.5.2 键的校核625.6 机身结构的设计625.6.1 机身箱体材料的选择625.6.2 机身的结构设计及制造工艺63总 结64参考文献65致 谢66华北理工大学机械工程学院1 绪论1.1 引言工业机器人是研究的一个热点领域。应用非常广泛。机器人，在一个非常广泛的研究和应用，是非常全面的科学。机器人技术，以形成一个高科技系统，计算机技术，信息融合技术，科学，不仅是传感器技术和人工智能仿生等领域，传感器和实时控制的信息技术，各种基于醉，线性，非线性，到混合系统建模，监测和数字模拟技术复杂机电系统技术的研究。机器人研究的一个重要问题是一个前奏两足步行机器人的研究。而走在技术动作，大多数动物都具有当前系统的腿的适应性一个高度自动化的运动，非常复杂的动力学，环境相当轮，履带式机器人狭窄，不仅是工作表现的空间，你有无可比拟的优势，楼梯，斜坡和不平坦的地形下工作，为了克服障碍，老年人护理康复医学，和国内一般看家你可以申请。更对环境的适应性，它具有更广泛的应用。在机器人的发展，机器人仿真机器人研究，机器人，机器人运动学，机器人零件建模，仿真三维机器人的运动控制装置，以达到在机器人的关键部分，它是全面和这是一个创新性的研究和实用价值。研究人员建议大家决心建立一个有效的控制算法设计机器人的问题，以了解机器人，机器人的动态特性的工作空间的形状和边界的合理的锻炼计划模拟为了赌注，以实现预防或使用可视化和面向对象的计算机，生产经营方式的方法模拟事故的直接经营实体的不必要的损失。提供一个参考设计模拟，机器人本体结构的仿真程序可以在该计算机上运行，功能，以确认该设计的缺点和缺陷的直接效果，用户及时资源识别它可以改进，以避免大量的人力资源的浪费。该“机器人”一词来自捷克“Robota”，意思是“强迫劳动”。 1920年捷克斯洛伐克作家萨佩克写了一个剧本叫“洛桑万能机器人”，他称之为“机器人”机器人万能那些家伙洛桑生产劳动的“罗伯特”，中国翻译，捷克意思是“奴隶” - 萨佩克机器人的位置决定要努力让人类奴隶的压力，他们是人类值得的只有服务。他们没有想到，没有想到，但类似人类的机器，很方便，所以人们摆脱劳动。他告诉他们，他们可以20年生存的知识，那么只生产了。他们想不到的，没有感情，有能力的三个人一个人，生意兴隆的公司。后来，一个很偶然的原因，机器人开始有意识的，他们是难以承受的人统治，人类的奴隶，让机器人给人类，攻击人类的最后彻底毁灭。 “机器人”也为我们的正式名称。机器人技术是最近几十年开发了一个新的学科，它设计了技术和知识和机器人应用。机器人配备了非常广泛的内容，如力学，机械，电子，知识，计算机，人工智能，生物学，系统工程等方面的控制理论的结合。由于机器人五十年代诞生以来，在短短五十年来一直快速的发展。它是通过在第一代处理机器人的研究，实际使用中，和使用了第二代的认识机器人研究和实践的各阶段的，以及研究和其他第三代智能机器人的通过。处理制造了非常重要的一步，它可以有效地防止工件的侵蚀受外界环境，更好的工作生活，同时也提升了工件的外观。目前，在中国，主要是基于手工处理已经完成，对质量水平的处理的影响熟练的技术工人，情绪等因素的影响很大。同时，易挥发的有毒气体对工人的健康有很大的影响的运输过程中。处理过程自动化的实现，具有巨大的社会效益和经济效益。搬运机器人是一个典型的自动化处理设备。使用机器人处理操作，工件涂层均匀，可重复性，高效率，让工人从繁重的工作中解脱出来的环境。在超过20年历史的搬运机器人领域的国际申请。此前使用这种技术的是美国minhit公司，软糖，德国海特尔公司。有时候，流量控制系统自1980年代以来，德国公司在配备有一个集成的吸气阀装置，以防止初次感染H16海特尔第一时间控制的机器人。 McAuto美国公司成功四套开发的软件模块，用于机器人的：布局，uild，COMMAND ADAPT，尤其PLACE模块，用户可以设置交互式图形界面上的机器人的移动路径提供与图形终端运动仿真机器人，其先前已经记录为机器人的离线编程。在1998年，法国学者MontilletD在自动操纵的应用做了一些工作，他使用离线编程，路径枪规划，而枪的态度，枪和基板，和其他参数之间的距离从周围的枪支管制的角落，满足连续治疗运动枪的要求。创新的搬运机器人技术，处理精度比以往，世界熊机器人被广泛使用在发达国家。 90年代以来，在我国的应用和发展机器人技术。的空间703部，625是实验室传热机器人主要用来携带号码的部件的重要和特殊的要求，如低真空下处理的决策。早期的机器人任务程序主要是网络教学的准备，他有很多缺点，因此人们开发了离线编程方法。离线编程的优势在于它的灵活性，安全性好，降低成本。社会的发展是必要的，机器人已经渗透我们的生活，工作和经济，并发挥了重要作用。研究机器人的发展对我国经济发展产生太大影响。近年来，研究和更快的机器人技术的发展已经开发了多种类型的搬运机器人。从我们的角度机器人产品，主要是国外同类产品的模仿的发展来看，还没有形成一个机械臂一个完整的设计方法。：工业机器人，搬运为主料，转移的目的，各种工作为了完成，通过改变动作程序，也有一个再编程的多功能操作装置的工作。外国定义与我们的工业机器人如下的成语相结合的参考定义。工业机器人，独立的主体可以放在任何地方，动作的自由度，程序可以灵活地改变，高度的自动机器的自动化。它可用于汽车漆等涂料关节工业机器人。工业机器人臂与主体的刚性高，相对于人，可以携带重物，可以有一个较快的移动速度，非常高的定位精度，它是自动的各种要执行的操作不，它可以是一个外部信号。它能够代替的人及膨胀和外地人类活动的膨胀的工作，它们是开发一种系统，以便它可以在许多结构性和非结构性环境希望，更多的是很多要明白，你要明白，因此，使用这些功能，人性化的服务，需要内在的人性：假体。系统，这方面的研究，有可能扩大的方向和研究机器人的机械，有丰富的动态;机器人，如智能机器人，可以起到人工智能的重要作用。机器人的外观和应用，从需要对科学和技术的工具的开发和生产的发展，是进步人类社会的生产和。机器人一词最早出现在1920年，捷克作家卡雷尔恰佩克在比赛中发挥的“万能机器人 Rossum的”，这个词指的是机器人“ ROBOTA”指的是库里，男人会由剧作家机描述看起来，特性和功能，是一种体力劳动。在现代科学技术，机器人技术，广泛应用于人类生活和人类发展的领域，模仿人类的步态，其他运动功能的机器人发展的外观，这是人类的梦想你附加。1.2 工业机器人研究概况1.2.1 国外研究现状机器人，主要是各种工业机器人，是指机器人的工业生产中，农业生产流水线上的生产操作过程中进行被分为两类工业机器人，服务机器人的不同应用因为通常，机器人服务机器人将看到的，适当的医疗，卫生，通信，可以为人们提供与引进服务和产品的日常生活的其他方面。机器人现代面向服务的地方为主的国外早期的工业机器人，机器人的发展。根据相关研究，从日本1994年期间1999年，但其研发和制造工业机器人比过去的数量增加了一倍，2008年以来，这种增长的势头是减少，到2012年我们已经超过了显示有你工业机器人是生产服务机器人的数量。另外，据统计，日本的机器人的数量，但是机器人的全球数的20世纪的50以上都配备，在21世纪大减少发生，还介绍了世界不断提高了机器人的重要性，。在2012年的时候，机器人的数量已经大大北美，亚洲提高到机器人日本已经在一定的影响占了机器人的出口量超过40的亚洲控制权。此外，超过2013年的机器人大约45，在服务机器人的比例，在机器人和医疗服务的近25万台，根据2013年有关世界出口总额的调查，这是一家现代化，医疗技术加快发展展示。与此同时，人们的生活与需求质量的提高，即使是各种家用服务机器人，机器人已经出现在该真空吸尘机器人，除草机器人，视觉的人，包括内饰清洗机器人的相对价格，低，在未来的一个大的市场，因为近年来有关服务机器人，外资公司的转移，重点将是发展。目前，是部分发达国家的巨大生活和工业机器人技术发展水平的差距，国家是更为先进的机器人技术。国际机器人市场正处于这个阶段，存在10十亿的工业机器人的最大份额约为8。在2025年，当整个市场规模将达到50十亿的机器人，从原来的300多万台服务机器人，每年1200万台，以引领机器人，增加了美国和日本，机器人的发展方向它代表技术在工程的国际领域的最高水平。 9000来自美国的全球销售台机器人是60。最近美国军方，即使在各种地形的攻击能适应的一面，在运行速度相对应的速度5公里大狗的人可以携带100公里除了开发的机器人，以维持上级系统的稳定性。1.2.2 国内研究现状国内前机器人起步较晚，我国自1980年以来，在体育领域的多臂共同研究和应用。 中国的全国首个机器人的研究示范项目，机器人列第一大国家的研究计划采用该方案“规划纲要”拨巨款在沉阳，内容包罗万象理论和基本组件的机器人平台，它被启动。近10年来，工业机器人，水下工作，军事，组装的全系列特种机器人，教育的产生，已经开发，以一种生殖搬运，点焊，弧焊。这时，回放型机器人教学的技术是成熟的，我们正在推广使用的植物。长春一汽工厂，拥有自己的生产线机器人东风汽车厂开始运作。国家863研究的高科技发展计划开始于1986年3月，它被列入内容智能机器人的发展。现在，我们有一个简单的结构，以便在需要廉价的实用机器人的生产，某些特殊的机器人，以加快中国的国情相结合，注意生产和应用的视图。研究也已开始所有的发展，国内机器人863，如国防科技大学，哈尔滨工业大学，北京理工大学，清华大学，上海交通大学，多年的连续视科技特定自然的中国大学科学基金会下，从而机器人原型。本文从“首届全国研究生机械创新设计大赛”多搬运手臂动作。此时，单臂，多搬运运动通常在车轮的形式是为了实现功能相。事实上，模仿人类行走手臂和腿部的多搬运的动作并不多，但也有六条腿，已经出现四腿臂多搬运运动，但多搬运手臂运动尚不多见。我们的问题，简单地探索设计巧妙的机械设备和简单的控制来模拟人的手臂的多搬运的动作。子功能是：替代大步，摇摇头，摆动手臂，摆臂。1.3 工业机器人的总体结构工业机器人的组成及各部分关系概述：它主要由机械系统（执行系统，牵引系统），探测系统和智能控制系统。1.执行系统：公用部分的执行系统管理部门，机械零件最全面的定义，以必要的各种运动，包括手，手腕，来获得机器人本体。A.末端执行用于执行，并且配置的工作直接涂漆。B.手腕，手和连接元件的臂，具有安排作为任务或工作的端部的方向的改变。C.臂和连接手臂，手腕支撑体时，执行负荷管理块，手的空间位置，臂操作空间的变化满足多个搬运，在基座的任何类型的动力传输。D：机身，多铰接臂基部，支撑辊，由臂部件支承，并具有使所述臂的转动，起重或倾斜运动的任务。2.驱动系统：提供电力的各种组件的系统是活动的，以及供应单元设备。通用机械传动，机械传动和电气，气动，电动。（1）操作系统：驱动控制系统，该系统的根据工作，故障报警或错误的信号的要求执行。（1）检测系统：经由各种传感装置，控制器官运动检测装置，保证作用，如果有的话反馈到控制系统相对于该组的运动的要求。该团队的实践证明，减轻了劳动强度，以取代处理繁重的体力劳动运动，改善工作条件的多，它已被证明，它可以提高劳动生产率和自动化。长期定期处理和工业生产中的，在许多情况下，是一个庞大的片，单调操作，单臂，多关节的动作是有效的。另外，在发展的，高温的广阔的前景，不仅要操纵冷，深海，空间，环境条件，在其他毒性放射性污染，它可以发挥优势。1.4 主要内容1.查阅国内外工业机器人有关文献，了解工业机器人研究及应用状况，掌握一般工业机械人组成结构及关键部件知识，撰写文献综述；2.对题目所述工业机器人机械本体进行方案设计；3.对伺服电机、减速机等部分进行选型计算；4.绘制出工业机器人机械本体的装配图及主要关键零件图；5.撰写说明书，给出机械手文献综述、设计方案、关键部件及零件的理论分析和校核。2 总体方案设计2.1 机器人工程概述机器人是一个技术集成的跨学科，涉及计算机技术和自动化技术的机器，机制，机械，气动，液压技术，检测技术等领域。在科人找出有效解决组合问题综合工程被称为“系统工程”。手臂多运动设计，例如，系统工程，应作为一个综合的方法来系统设计对外关系的系统，并从整个有机联系的手臂运动环境的研究，开发和应用根据系统的内部部分多接头。从复杂机械系统，包括一定的规则的功能系统结合多个子系统，它是一个不可分割的整体。如果你失去了开放的系统，可根据特定的一组。因此，在一个复杂的机械设计，概念启动机器，系统必须具有以下特征：1.机械系统完整的完整性机械系统由几个子系统具有不同的整体性能应具有的特定功能。2.作用的子系统之间的有机联系，包括有机，相互关联的。3.每个目标系统必须具有明确的目标和系统的功能，结构，功能，目标和手段，决策系统的各个子系统结合起来。4.系统对环境的适应是适应环境在某些情况下，我们必须能够适应变化的外部环境中。因此，不仅机器人的设计，但要注意的电机系统的臂构件的整个多零件设计，应根据角度视图的工程系统的角度，它是，功能性要求，子系统的多臂单将取决于多臂动作在多臂机操作中，产品的性能合理之一中，所有的组分的必要的工作。在一般情况下，作为最精密的武器工业，以下内容：在机器的操作中，基，手臂，手腕，包括侧机构，最大输入一个完整的码的任务，是一种多运动臂。一些传输零点动力，控制，驱动系统和传输系统，包括伺服驱动系统，房子的风格，。控制系统中，电子控制单元的操作中，存储功能（版本计算机或其他可编程设备），操作者接口装置（键盘，鼠标等），数据处理装置和各种传感器，脱机向前放大设置，传感器编程接口I / O14和内部及外部传感器设备，（一般或特殊）其他设备通信。特征行业臂多运动是普遍的调整，灵活的臂工业多运动可有效地用于柔性生产系统关键部件的发送处理单元组件或材料或其它柔性制造系统，辅助设备，控制系统，多臂运动，各种不同形式的运动系统的组建多联技术工艺机械行业其他生产部门。生产，如建筑，开采，生产和输送臂移动多是参考系统。2.2 工业机器人总体设计方案论述（1） 确定负载负载的大小主要取决于由于运动的沿的作用力和机器人的机械接口上的多臂的运动的方向。式子里，下臂样式，下臂是，（以重量计）在工件的一预定的速度和加速度的条件，并且处理接缝下的重量或更多的运动，必须包括结果的惯性力的末尾。报告的结果，为项目的参考设计数据表明，可以属于该项目是小负荷。（二）驱动系统由于伺服电机具有良好的控制性能，检查的灵活性，允许速度，位置，环境，体积小，效率高，适用于更为苛刻的运动控制没有影响的精确控制小臂运动多企业等特点，因此，该项目采用的是伺服电机。（三）传动系统动臂多运动，结构紧凑，重量轻，可以是体积小，传动链的惯性，并缩小差距，我们应该考虑和手臂，措施，提高更多的企业家精密运动控制的位置和运动。臂从运动传递机构机械齿轮是常用，蠕虫，效率高，准确，紧凑的，可靠的，滚珠丝杠的传动齿轮，如长寿命，带，链传动，行星齿轮，所述传动齿轮和谐波钢，学习更强大的传输，因为为了掌握大学的优势，这一套已经设计行程。（四）工作范围操作过程中的工业手臂动作的工作范围是多的多臂的运动取决于所述扇区的操作领域和确定的轨迹，用表示的工作空间。形状和有关该结构的工作空间的大小坐标运动的多机器人，其大小和在数量和程度每个臂的自由操纵器公共轴线的长度的变化程度和所设得的轴的每个角的（五）运动速度各关节臂，更健壮的最大行程审查臂，这取决于循环时间，以确定每个操作时间的移动，则是进一步米/秒（）/秒，在每一个单元，每它将被分配考虑到在同一时间，例如，以若干因素，如顺序操作之间各操作顺序的总时间长度，或者可以判断移动速度。表，使它们的操作时间，比较超出操作时间分配运动，考虑到分配过程的请求时，它也是，行程的驱动控制，必须考虑到的尺寸和定位的惯性和精度要求。2.3 机器人机械传动原理机器人的本体结构组成如图：图2.2机器人本体组成本节描述的所有以下列方式的组件和功能。基本单位：基座构件包括底座，齿轮传动件，轴承，步进马达。基本作用是支持构件，所述支承构件旋转臂，承受的工作负载的总重量和机器人，所述碱必须具有足够的强度，刚度和负荷能力。此外，该碱也需要一个足够大的安装基础，以确保在工作场所机器人的稳定运行。机器人臂，通常会导致驱动臂运动（例如，液压，气动或一个马达）和一个驱动源（例如，燃料箱，燃料箱，齿轮齿条机构，连杆机构，螺旋机构或凸轮机构等各种运动臂组成的组件的）手臂大臂和小臂。繁荣的成员如下：动臂和齿轮件，驱动电机。在臂构件：臂，驱动轴，皮带，定时等，以手腕运动用步进固定臂的电动机驱动的一端。腕部分：包含列表壳体，传动齿轮和轴，所述机械接口。2.4 机器人总体方案设计机器人的结构形式的机器人形结构，并调整圆柱形结构，球面坐标的结构，该多接头结构4。的结构和它们的相应特征中的每一个，如下所述3。1.直角坐标结构 运动空间直角坐标机器人，它是那么容易落实到闭环位置控制的线性运动，由于如图2-1（一），直角坐标机器人可以达到非常高的位置，实现各有三个其他存在的由垂直的直线运动精度（中号步骤）。然而，直角坐标相对于空间机器人的运动有关的机器人的结构的尺寸，这是比较小的。因此，为了实现恒定的空间运动，大于机器人比其他类型的矩形机器人结构尺寸的组织尺寸坐标。直角坐标机器人的工作区是矩形空间。直角坐标机器人主要用于组装和，直角坐标机器人的业务，它具有悬臂门，三起重机类型的结构。2.圆柱坐标结构如在图2-1（B）中，空间气缸所示，调整直线运动的运动并实现两个旋转运动和机器人。这种机器人的结构相对简单，并且能够在精度一般操作的处理中使用。它的工作空间是圆柱形的空间。3.球坐标结构如图2-1（c）中，该空间的运动是球形坐标机器人组成的直线运动实现两个旋转运动的。这个简单的机器人结构，成本低，精度不高。它将在主要业务的处理中使用。他们的工作空间是球形的空间。4. 结构如在2-1（d）所示，为了实现一个空间移动机器人包括三个旋转运动。多机器人的运动是一个灵活，结构紧凑，占地面积小。规模相对机器人本体，其相对较大的工作空间。这种机器人是广泛焊接，涂装，组装，以及使其它操作被广泛用于在这种类型的机器人的，它是在工业中使用。机器人结构，有水平和垂直两种。(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 图2-1 四种机器人坐标形式根据任务书和具体要求，我们，事实上，最终确定选择（D）。特定的形状和特定的要求机器人数控机布局，设计要求兼顾处理工件到460KG质量能够简化结构，降低只要，由于考虑到会议系统的技术要求的前提下，以改善这种设计的可靠性和具体的成本。大机器人臂的运动范围和更高的定位精度，用一个腰部转动自由度，以及自由设计的悬臂和臂腕音调的转动节距自由前臂，转动自由度的机器人。在本文的臂结构的设计要求的尺寸，因此，需要实现一个大俯仰自由，在该臂的详细设计的旋转臂机构的自由。2.5 本章小结为了确定解决方案，才能做出最终决定，通过设得多种方案，完成设计的机器人系统，本章后面英寸如，以确定机器人的整体设计，机器人，手臂，手腕，端部的腰部，中详细做了的设计的各个部分。3 机器人大臂部结构3.1 大臂部结构设计的基本要求臂部件的主要成分是机器人。它的作用是支持的手，带领他们腾出运动。臂移动类型：任意点的运动的空间范围内的一个手柄部。如果你已经改变了手（方位）合资的态度，以手臂来实现的自由。因此，我们设计成一般臂的基本要求。1.手臂，能力，需要加载刚度好，重量轻它通常是在臂，不仅弯曲（在一个方向上，而不是仅仅弯曲），由反向，由需要设得的高弯曲和横截面形状的抗扭刚度。显然，基本相同的按横截面，钢铁，工程单位重量的面积槽钢的转动惯量，比圆形大得多。因此，在机器人的无缝钢管，不仅提高了在许多情况下导杆，如工字钢，或所述臂的刚度，非常减少臂的重量，中空只更确切地说，被用作支撑槽钢，内置驱动器，因此，清爽使在紧凑，以及传输管道的外观，它可以被放置。2.在臂的速度高时，也有小的惯性在统一的手臂一般，运动，请求启动和力臂端，移动的减速时间开始，否则，冲击和振动，加速度和终止请求之前没有太大的影响为了减少，它已经改变了。为了减小转动惯量，必须采取以下措施。（A）成分，降低臂的重量以移动使用铝等轻质高强度材料。（B）以减少手臂运动部件的总体尺寸（C）减少转弯半径（D）驱动系统中设有缓冲装置（3）的运动的臂应该是灵活的。为了减少摩擦和滑动摩擦的运动部件之间的摩擦力尽可能臂滚动代替。（4）位置精度要高。最困难的转移机器人控制的位置，精度很差，通常是高直角坐标加上设置装置，用于机器人的圆筒形位精度，检测臂上这意味着位置，可以控制一个更好的位置精度。铸件尺寸 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 铜合金 200200 200200500500 500500 58 1012 1520 35 410 1015 46 812 1220 35 68 - 33.5 46 - 35 68 - 在本文中，其它机器人臂的刚度，减少了电机负载的底部接头，减少了臂的重量，以确保它能够提高机器人手臂的动态响应，一方面，薄铝设计合金构件。铸造铸型砂的设计的最小厚度。最小壁厚：具有其铸造合金，分别不同的铸造合金铸造的合适的厚度，“最小厚度可以是”浇铸，取决于类型的尺寸和合金铸件，相同是否，见表4.1所示：表4.1 砂型铸造铸件最小壁厚计（mm）它简单地砂铸造厂的结构设计，一个特殊的铸造工艺，铸造结构对应于每个不同的铸件和特性应根据来设计。在本文中，通过使用铸铝外壳手臂。具体尺寸，请参阅总装图。3.2 大臂部结构设计大臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。3.3 大臂电机及减速器选型假设小臂及腕部绕第二轴的重量：J2=M2L42+M3L52=4600.0972+40.1942=42.5kg.m2旋转开始时的转矩用以下式表达：式子里，T - 旋转开始时转矩 N.mJ - 转动惯量 kg.m2- 角加速度rad/s2使机器人大臂从到需要的用时：则： (3.4)鉴于关于重心的机器人手臂的转动惯量的摩擦转矩轴的各个部分的，开始转动10N.m起动转矩，可以假设2的安全指数，期望的输出的谐波减速器最小转矩为： (3.5)设得谐波减速器：型号：XB3-50-120 （XB3型扁平式谐波减速器）额定输出转矩：20N.m 减速比：i1=120 设谐波减速器的的传递效率为：，步进电机应输出力矩为： (3.6)设得BF反应式步进电机型号：55BF003静转矩：0.686N.m步距角：1.53.4 减速器参数的计算刚轮、柔轮的材料都是锻钢，小齿轮用45的材质，硬度250HBS。 刚轮材料为45钢（调质），硬度220HBS。1.齿数的确定柔轮齿数：刚轮齿数： 已知模数：，则柔轮分度圆直径：钢轮分度圆直径：柔轮齿圈处的厚度：重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将1计算值增加20%，即柔轮筒体壁厚： 为了提高柔轮的刚度，取 轮齿宽度：轮毂凸缘长度：取柔轮筒体长度：轮齿过渡圆角半径：为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取2.啮合参数的计算由于采用压力角的渐开线齿廓，传动的啮合参数请看以下式子。因轮齿扭矩的因素，使轮齿间隙减小的值为： （扭转弹性模数G=80GPa）式子里，： W0m=0.89810-5Zr2Cnmaxm为了消除在的情况下进入啮合的齿顶干涉，则必须使最大侧隙大于由于齿轮扭转减小的侧隙后，还应保证存在有侧隙值。 式子里，： 径向变形系数：则： 径向变形系数：柔轮的变位系数： 刚轮的变位系数： 验算相对啮入深度： 如果计算找出的，继续计算，设得2。如果出现，为了传递动力，应适当增加值重新计算，使。柔轮齿根圆直径： 式子里，齿顶高系数;径向间隙系数柔轮齿顶圆直径： 式子里，（找到相应表格设出）相对啮入深度和轮齿过渡曲线深度系数之和应符合两个不等式验算公式。即：刚轮齿顶圆直径： 刚轮齿根圆直径： 设出插齿刀齿数，插齿刀变位系数，插齿刀原始齿形压力角，则刚轮和插齿刀的制造啮合角：找到渐开线函数表和三角函数的表格设出那么刚轮和插齿刀的制造中心距：插齿刀的齿顶圆直径：刚轮齿根圆直径：验算刚轮齿根圆和柔轮齿顶圆的径向间隙：即：可见沿波发生器长轴,在刚轮齿根圆与柔轮齿顶圆之间存在径向间隙。 3.凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算滚珠直径： 柔轮齿圈处的内径：那么：轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的轴承内环厚度： 内环滚道深度：式子里的是考虑到外环无滚道而内环滚道加深量。 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 轴承外环外径： 轴承内环内径：为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。则凸轮圆弧半径：式子里，是偏心距：（-刚轮分度圆直径，-柔轮分度圆直径）则凸轮圆弧半径： 凸轮长半轴：凸轮短半轴：3.5承载能力的计算3.5.1 柔轮齿面的接触强度的计算按照在非常靠近柔轮直线的谐波传动齿轮比特性和刚性轮比的齿数多的齿。因此，通过工作表面的齿侧的最大接触应力，主要的负载能力的实际谐波驱动的限制软。因此，谐波传动齿轮齿的软边，应符合下列条件的接触强度。接触力计算公式： -输出转矩-柔轮节圆半径-柔轮轮齿宽-刚轮压力角-接触系数（0.40.9）对于一般双波传动，轮齿宽许用接触应力: 则： 所以满足齿面的接触强度要求。3.5.2 柔轮疲劳强度的计算柔轮材料采用 ,调制硬度229269。计算柔轮在反复弹性变形状态下工作时所产生的交变应力幅和平均应力为:截面处正应力：切应力：由扭矩产生的剪切应力：式子里： 则：验算安全系数：疲劳极限应力：应力安全系数：式子里，抗拉屈服极限： 剪切应力集中系数：达到疲劳强度要求。轴的计算校核画轴的受力分析图，轴的受力图请见下图：已知：作用在刚轮上的圆周力径向力法相力1) 算出垂直面的支撑反力：2) 水平面的支撑反力： 3） F在支撑点产生的反力： 外力F作用方向与传动的布置有关，在具体位置尚未确定前，可按最不利的情况考虑，见（7）的计算4） 绘垂直面的弯矩图： 5) 绘水平面的弯矩图： 6) F产生的弯矩图： a-a截面F力产生的弯矩为： 7) 算出合成弯矩图： 按最坏的状态，把与直接相加MA=+MAF= +41.1=70.1 N.mMA=+MAF= +41.1=62.57 N.m8) 算出轴传递的转矩： N.mm9) 算出危险截面的当量转矩 请见下图，a-a截面最危险，其当量转矩为：如认为轴的扭切应力是脉动循环应变力，设折合系数a=0.6，带入式子得出：10） 算出危险截面处轴的直径轴是45钢材，调质处理，从表格14-1找到并设出B=650Mp,从表格 14-3找到并设出-1b=60Mpa,则：考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大5%，由此得出：d=22.8*1.05=24mm32mm满足条件因a-a处剖面左侧弯矩大，同时作用有转矩，且有键槽，故a-a左侧为危险截面。它的弯曲截面系数是：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭切应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6则当量应力为：，从表格找到并设出45钢，调质处理，抗拉强度极限=640Mpa，则从表格找到并设出轴的许用弯曲应力-1b=60Mpa,-1b,强度满足要求。华北理工大学机械工程学院4 小臂结构设计4.1 小臂腕部设计手腕和手，并支持机械臂连接，改变手的态度。手腕的设计要求如下。结构紧凑，重量轻，动作灵活，平稳，定位精度高，材料强度，高刚度，手臂和的手结构合理，传感器和执行器和设备的合理布局安装。4.1.1 手腕偏转驱动计算腕偏转来实现偏压的变化，通过步进电动机的驱动器，它设置在后臂的下方，并随后通过一个锥齿轮传动接合两个链条驱动滑轮。从步进电动机驱动的手腕力，需要的扭矩偏转计算的第一腕部，并计算马达的输出转矩，它计算与步进电机式的驱动器和链传动伞齿轮的设计参数相关联的尺寸然后，它被确定。1.步进电动机设置腕偏转，摩擦力矩，以克服的工作负载电阻扭矩和手腕的启动的转动惯量。根据转矩的计算公式15： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4） （3.5） （3.6） （3.7） （3.8）式子里， -手腕偏转所需力矩（Nm）；-摩擦阻力矩（Nm）；-负载阻力矩（Nm）；-手腕偏转启动时惯性阻力矩（Nm）；-工件负载对手腕回转轴线的转动惯量（kgm2）；-手腕部分对回转轴线的转动惯量（kgm2）；-手腕偏转角速度（rad/s）；-手腕质量（kg）；-负载质量（kg）；-启动时间（s）；-手腕部分材料密度（kg/m3）；-手腕部分外径和内径（m）；-手腕的长度（m）；-手腕偏转末端的线速度（m/s）。前面已提到：m=460kg，m/s，m，m，m，s，手腕部分采用的材料假定为铸钢，密度kg/m3。把数值代到式子算出： kg r/s kgm2 kgm2 Nm Nm Nm电机在工作中实际要求转矩： Nm （3.9）根据计算得出的手腕偏转所需力矩，结合90系列的五相混合型步进电机的技术数据和矩频特性曲线，如图3.3和图3.4所示,设得90BYG5200B-SAKRML-0301型号的步进电机。图3.3 90BYG步进电机技术数据图3.4 90BYG5200B-SAKRML-0301型步进电机矩频特性曲线2.设计链传动（a） 计算、分配传动比对照电机的数据，所选步进电机工作转矩:4.5 Nm，对应的转速：r/min。由于腕部偏转的角速度r/s，已经算出，所以腕部末端偏转转速r/min，由此推出总的传动比。手腕的偏转是由极确定和驱动滑轮的链条驱动的伞齿轮必须是总比率分配。鉴于滑轮臂的内部空间的大小和结构，设小臂链传动比，大臂链传动比，、（b） 算出传动功率 kW （3.10） 4.1.2 手腕俯仰驱动计算通过将在驱动时，步进电机的相反侧悬臂的底部，手腕节距后两个滑轮链传动来实现。然后将相同的驱动方法和偏转计算手腕，以确定第一和链传动传输参数和步进电机选择顺序的相关尺寸。经过设计计算，手腕俯仰驱动设得与手腕偏转驱动相同的步进电机型号90BYG5200B-SAKRML-0301。链传动参数与相关尺寸计算结果如下：带轮参数：，mm，mm，mm。带轮尺寸：mm mm mm mm mm mm mm mm mm4.1.3 电动机的设得设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为JG1、JG2、JG3，根据平行轴定理可得绕第一轴的转动惯量为: （3-1） 、分别为460KG(包括负载2kg)、5kg、12kg。、分别为重心到第一轴的距离，数值分别是185mm、800mm、1500mm，在式（3-1）中、故、可忽略不计。所以绕第一轴的转动惯量为： （3-2） = =同理可得小臂及腕部绕第二轴的转动惯量: = =式子里，-小臂重心距第二轴的水平距离 。- 腕部重心距第二轴的水平距离 。则旋转开始时的转矩用以下式表达： （3-3）式子里，-旋转开始的转矩 -角加速度 使机器人主轴从到/s所需时间为:则： 若考虑绕机器人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 电动机的功率可按下式估算 （3-4）式子里， -电动机功率 ； -负载力矩 ； -负载转速 ； -传动装置的效率，初步估算取0.9； 系数1.52.5为经验数据，取1.5估算后就可设出电机，使其额定功率满足下式 （3-5）设得QZD-08串励直流电动机表3-1 QZD-08串励直流电动机技术数据功率（W）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）滤磁方式绝缘等级工作制（min）8002446.21750串励B604.2 小臂部结构设计小臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。4.3 小臂电机及减速器选型如果轴承是光滑的，这两个自由度多机器人臂，静转矩小面旋转需要相对小的转动。扭矩臂，因为直线的惯性最大力矩拉伸，这样你就可以在旋转的开始产生步进电机的缺陷。 ，如图3-1所示提供武器和手腕各惯性中心轴的转动惯量分别为JG1、JG2、JG3，根据平行轴定理可得绕第一轴的转动惯量为：J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22+JG3+M3L32 （3.1）式子里，：M1，M2，M3分别为负载2Kg，手臂1Kg，腕部4Kg；L1，L2，L3分别其长度。JG1M1L12、JG2M2L22、JG3M3L32，忽略不计，以绕第一轴的转动惯量为：J1= M1L12+M2L22+M3L32 (3.2)=40.1432+10.4452+40.5422=1.46kg.m2同理可得小臂及腕部绕第二轴的转动惯量：M2=2Kg，L4=97mm；M3=4Kg，L5=194mm。J2=M2L42+M3L52 (3.3)=10.0972+40.1942=0.16kg.m2设小臂转速，角速度从0加到所需加速时间，则同步带应输出转矩为： (3.7)鉴于围绕旋转惯性摩擦转矩轴的机器人手臂的重心的各个部分的，扭矩可以假定在起动时，开始旋转10N.m，系数的值过于牢固地配置2你是，输出所需的谐波减速器最小扭矩： (3.5)设得谐波减速器：型号：XB3-50-100额定输出转矩：20N.m 减速比：i1=100 设谐波减速器的的传递效率为：，步进电机应输出力矩为： (3.6)设得BF反应式步进电机型号：55BF003静转矩：0.686N.m步距角：1.54.3.1.传动结构形式的设得波减速器是电气传动减速。需要驱动大结构简单高效率好普及高中的支撑力。因此，设计的结构是固定的波发生器活性，柔性车轮被选择，以形成一个更适合的驱动刚轮。为了便于使用标准工具进行加工柔轮的刚性轮，齿廓渐开线专案压力角。 4.3.2.几何参数的计算齿数的确定柔轮齿数：刚轮齿数： 已知模数：，则柔轮分度圆直径：钢轮分度圆直径：柔轮齿圈处的厚度：重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将1计算值增加20%，即柔轮筒体壁厚： 为了提高柔轮的刚度，取 轮齿宽度：轮毂凸缘长度：取柔轮筒体长度：轮齿过渡圆角半径：为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取由于采用压力角的渐开线齿廓，传动的啮合参数可按考虑到构件柔度的计算公式，即按如下公式进行计算。4.4 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算滚珠直径： 柔轮齿圈处的内径：则：轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的轴承内环厚度： 内环滚道深度：式中的是考虑到外环无滚道而内环滚道加深量。 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 轴承外环外径： 轴承内环内径：为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。则凸轮圆弧半径：式子里，是偏心距：（-刚轮分度圆直径，-柔轮分度圆直径）则凸轮圆弧半径： 凸轮长半轴：凸轮短半轴：4.4.1柔轮齿面的接触强度的计算按照在非常靠近柔轮直线的谐波传动齿轮比特性和刚性轮比的齿数多的齿。因此，通过工作表面的齿侧的最大接触应力，主要的负载能力的实际谐波驱动的限制软。因此，谐波传动齿轮齿的软边，应符合下列条件的接触强度。接触力计算公式： -输出转矩-柔轮节圆半径-柔轮轮齿宽-刚轮压力角-接触系数（0.40.9）对于一般双波传动，轮齿宽许用接触应力 则： 所以满足齿面的接触强度要求。4.4.2柔轮疲劳强度的计算一个交变载荷，重复滑动接触和柔轮与摩擦牙齿表面接收：您其特征在于该谐波齿轮驱动齿的工作。为了能够在一个灵活的车轮操作周期的弹性变形下，除了穿满足，另外，它必须是灵活的，以计算出车轮的疲劳强度。柔轮材质是 调制硬度229269。计算柔轮在反复弹性变形状态下工作时所产生的交变应力幅和平均应力为：截面处正应力：切应力：由扭矩产生的剪切应力：式子里，： 则：验算安全系数：疲劳极限应力：应力安全系数：式子里，抗拉屈服极限： 剪切应力集中系数：达到疲劳强度要求。4.5 轴结构尺寸设计考虑到轴的载荷较大，材质设定45,热处理调质处理,取材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: 考虑到键槽的影响，所以dmin取值为17MM,具体结构如下：4.6 轴的受力分析及计算轴的受力模型简化(见图7)及受力计算图 轴的受力分析知： 4.7轴承的寿命校核鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装.预设轴承寿命为3年即12480h.校核步骤及计算结果请见下方表格:表1 轴承寿命校核步骤及计算结果计算步骤及内容计算结果6014A端B端从相关书本找出出Cr、C0r及e、Y值Cr=98.5kNC0r=86.0kNe=0.68计算比值Fa/FrFaA /FrA e确定X、Y值XA=1 YA =0 查载荷系数fP1.2计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=5796.24 PB=6759.14计算轴承寿命763399h大于12480h由计算结果可见轴承6014AC、6007均合格，最终设定轴承6014。四、轴的强度校核经分析知C、D两处为可能的危险截面， 现来校核这两处的强度：1.、合成弯矩2.、扭矩T图（3）、当量弯矩（4）、校核从相关书本找出，材料45的强度参数：C截面当量弯曲应力：由计算结果可见C截面安全。设定为检查各轴键，键槽减速器关键环节中的静态链接，这仅仅是为了挤压应力检查。首先，电机在关键的设置和检查：键在滑轮：轴的直径和长度被选择在键B8X7轴滑轮，根据键长50 GB / T1096，材料是通过以下方式联合：45钢（键），40Cr钢（轴）在刚轮1.关键：在轴直径和轮毂的选择键B14X9GB / T1096的轴线方向按照长度接头的材料如下。 20CR系统（集线器），45号钢（键），系统的20Cr（轴）在这种情况下，关键环节资格。2.在输出轴的关键：根据在所选择的关键16X10联接器的轴的直径和轴向长度，密钥长度100，GB / T1096下列材料是这样的结：45钢（耦合），45号钢（键），45（轴）房子的风格，最小的粘结强度，因为许用应力检查，从相关书本其该键联结合格.5 机身设计系统组件的机身结构设计:1.在支撑框架的设计主支承框架承载臂的大小的各部分的重量，左臂被设计的固定孔的平衡弹簧连接，然后设计电动机支承托架的驱动右臂。合理的设计，并在考虑连接到支撑框架的旋转轴的偏心力，使用连接在相对侧用螺钉固定定位销的旋转。随着越来越多的旋转平衡，已经设计了一个支撑盘是固定的。做出了ZL401材料的选择。2.机座的设计轴承保持器不会在相应于处理一个位置放置在轴的中间的其他特殊要求。机身系统，主要指的是主要设计计算“机械设计”，中相应的问题。5.1 步进电机选择5.1.1 计算输出轴的转矩 （3.1） （3.2） （3.3） （3.4） （3.5） （3.6）-惯性力矩 -摩擦力矩 -输出轴转动角速度 -大臂转动惯量-小臂转动惯量-机身自身转动惯量-启动时间=0.5s=0.8m/s=0.5m 1.6 rad/s 当大小臂的位置关系如图3.1所示位置时，大小臂处于动作可以达到的极限位置，此时需要的数值最大。图5-1 大小臂处于极限位置由同组成员计算出的大臂质量及相关大臂相对中心线oa的垂直距离得出： =400mm，=30kg，代到式子（3.5）得：=1.6kgm由同组组员算出的小臂质量及相关小臂相对oa线的垂直距离得出：=1000mm，m=20kg，代到式子（3.5）得：=6.67kgmm计算相关机身设计数值得出：kg代到式子（3.6）得：=5.75kgm代入（3.2）得到=44.86Nm 带入（3.1）得到=49.85Nm= =6.86Nm选择二级圆柱齿轮减速器i=9 （3.7）=0.99 -联轴器传动效率=0.96 -齿轮传动效率=0.98 -轴承传动效率代到式子（3.7）得到：0.8075.1.2 确定各轴传动比总传动比=9 ，根据推荐的传动副传动比合理范围，取：高速级传动比=3 ，低速级传动比=3 5.1.3 传动装置的运动和动力参数从图3.2，各轴由高速至低速依次设计为轴（输入轴）、轴（中间轴）、轴（输出轴）。图5-2 传动示意简图各轴转速 （3.8） （3.9） =1.6rad/s=15.3r/min代到式子（3.8）、式（3.9）得：45.9r/min，137.7r/min转矩计算 （3.10）49.85Nm代到式子（3.7）得：17.7Nm同理得到：=17.7Nm=6.27Nm=6.66Nm一些步进电机技术参如表5-1。表5-1 步进电机产品系列及技术参数型号相数步距角(DEG.)电压(V)电流(A)静转矩(N.m)空载运行频率(KHZ)转动惯量(Kg.cm2)备注86BYG250AN20.9/1.81103.62.4150.5686BYG250BN20.9/1.811045.0151.286BYG250CN20.9/1.811057.0154.2886BYG250CN型步进电机的运行矩频特性曲线如图5-3。图5-3 运行矩频特性由计算得到所需：=6.86Nm，137.7r/min该电机可以满足要求。 86BYG250CN型步进电机的外型简图如图5-4。图5-4 步进电机外形简图根据前面计算，选择北京和利时电机电器厂的86BYG250CN型步进电机。由电机输出轴尺寸选择TL2型弹性套柱销联轴器，主从动端均选用型轴孔。5.2 齿轮设计与计算5.2.1 高速级齿轮设计与计算1. 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数因前面已提到，设定直齿圆柱齿轮传动。从相关书本（下同）表格10-1小齿轮材料设定45Cr(调质)，表面硬度为280HBS,大齿轮材料设定45钢（调质），表面硬度为240HBS。设得7级精度，2. 基于齿面接触的疲劳强度按式子（10-9a）试算小齿轮分度圆直径，即： （3.11）-载荷系数-输入轴承受扭矩-齿宽系数-重合度系数-弹性影响系数-接触疲劳许用应力确定上式中各参数：预设载荷系数=1.3，小齿轮传递的扭矩为 =6.27Nm找到表格10-7，设定齿宽系数=1；找到表格10-6，设定弹性影响系数=189.8MPa，找到图10-21d，找到并设出小齿轮接触疲劳强度极限为MPa；大齿轮接触疲劳强度极限为MPa。计算应力循环: （3.12）-输入轴转速-工作时间137.7r/min=10000h双向转动，取=2代到式子（3.12）得： =1.65108次=4.96108次 找到图10-19，得接触疲劳寿命系数1.15，1.26；计算接触疲劳许用应力：设得安全系数值是S=1，则=690MPa， =693MPa计算设计公式中代入中较小值，得21.74mm计算小齿轮分度圆圆周速度0.17m/s计算齿宽b=21.74mm计算齿宽与齿高之比： b/h （3.13）模数0.91mm齿高=2.04mm代到式子（3.13）得： =10.67计算载荷系数 （3.14）找到图10-8，由v=0.17m/s，7级精度，得：=1.0找到表格10-4，得：1.2找到表格10-2，得：=1.25找到表格10-3，得：=1.30找到图10-13，得：=1.28以上代到式子（3.14）得： 1.95 按实际载荷系数修正 24.87mm （3.15）计算模数m：1.04mm按弯曲强度设计由公式（10-5 ） （3.16）-弯曲疲劳寿命系数-弯曲疲劳需用应力-齿形系数-应力校正系数从图10-20c找到并设出小齿轮弯曲疲劳强度极限=500MPa；大齿轮弯曲强度极限=380MPa；从图10-18，弯曲疲劳寿命系数=0.93，=0.97计算载荷系数=1.92计算弯曲疲劳需用应力，设弯曲疲劳安全系数S=1.4，得：=332.1MPa=263.3MPa设齿形系数，从表格10-5得：=2.65；=2.226设应力校正系数，从表格10-5找到并设出：=1.58；=1.764=0.013=0.015大齿轮对应数值大，将以上数值代入得：0.86因为这取决于大小主要决定了弯曲强度承载的齿轮系数米能，其结果，齿面的接触疲劳强度和承载能力进行比较，因为关于齿轮，弯曲疲劳强度计算的直径然后，取M =0.86，并已四舍五入为M = 1的标准值，前面计算得=24.87mm,得小齿轮的齿数：24.8725=75几何尺寸计算：分度圆直径 （3.17)把数据代到式子（3.17）得：25mm；75mm中心距 （3.18）将，代到式子（3.18）得： 50mm齿轮宽度 （3.19）从式子（3.19）得：=25mm；=30mm5.2.2 低速级齿轮设计与计算1. 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数（a） 因前面已提到，设定直齿圆柱齿轮传动。 （b）从表格10-1小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS。（c）设得7级精度，2.基于齿面接触的疲劳强度预设载荷系数：=1.3小齿轮传递的扭矩为：=17.7Nm找到表格10-7，选齿宽系数=1找到表格10-6，得弹性影响系数=189.8；找到图10-21d，找到并设出小齿轮接触疲劳强度极限为MPa；大齿轮接触疲劳强度极限为MPa。计算应力循环系数=5.5108次=1.84107次 找到图10-19，得接触疲劳寿命系数1.26，1.31；计算接触疲劳许用应力：设得安全系数值是S=1，则：=756MPa， =720.5MPa计算设计公式中代入中较小值，得：29.85mm计算小齿轮分度圆圆周速度0.072m/s计算齿宽b=29.85mm计算齿宽与齿高之比b/h模数1.24mm齿高=2.8mm =10.67计算载荷系数找到图10-8，由v=0.07m/s，7级精度，得：=1.0找到表格10-4，得：1.2找到表格10-2，得：=1.25找到表格10-3，得：=1.30找到图10-13，得：=1.28所以载荷系数1.95按实际载荷系数修正34.17mm计算模数m1.42mm按弯曲强度设计由式（10-5）得：从图10-20c找到并设出小齿轮弯曲疲劳强度极限=500MPa；大齿轮弯曲强度极限=380MPa；从图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.93，=0.97计算弯曲疲劳需用应力设弯曲疲劳安全系数S=1.4，得：=332.1MPa=263.3MPa计算载荷系数=1.92设出齿形系数。从表格10-5得：=2.65；=2.226设出应力校正系数从表格10-5找到并设出：=1.58；=1.764=0.013=0.015大齿轮对应数值大将以上数值代入得：0.86因为这大小主要决定了弯曲强度承载能力的大小，通过齿面的接触疲劳强度和承载能力进行比较，关于齿轮，弯曲疲劳强度计算后，取M =1.21，并采取圆形到标准值m= 1.5，前面计算得=29.85mm,得小齿轮的齿数24.6725=75几何尺寸计算分度圆直径37.5mm；112.5mm中心距=75mm齿轮宽度=37.5mm；=42.5mm5.3 轴的设计与计算5.3.1 输入轴的设计与计算1. 算出输入轴上的功率、转速、扭矩0.456kW137.7r/min6.27Nm2. 预设轴直径 （3.20）设出轴是45钢材质，调质处理，找到表格11-3，取，并将数据代到式子（3.20）得： =17mm （3） 轴的结构设计输入轴的最小直径与先前计算齿轮直径相差很少，所以做成齿轮轴。轴的结构尺寸如图5-5。图5-5 输入轴结构尺寸简图4.算出轴上支反力与弯矩水平方向： ； （3.21）垂直方向： ； （3.22） 对锥齿轮： , （3.23） 对直齿轮： ， （3.24） 将输入轴参数代到式子（3.24）得：538.2N,138.5N501.6N,182.6N代入得：408.6N,867.2N 514.8N ,558.9N作出输入轴水平方向及垂直方向的弯矩图5-6： 图5-6 输入轴的受力分析图 从输入轴的结构图和受力情况分析得到截面II是输入轴的危险截面，计算结果如表3.4。表5-3 截面处的弯矩载荷水平面H垂直面V支反力408.6N867.2N514.8N558.9N弯矩44.8Nm 0.7Nm 总弯矩44.8Nm 扭矩6.27Nm10)11) 按弯扭合成应力校核轴的强度 （3.25）式子里，-轴的计算应力 -轴受得弯矩 -轴所受的扭矩 -轴的抗弯截面系数 （3.26）校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强度，取1，将各数值代到式子（3.25）、（3.26）得：7.66MPa轴的材料为45钢，找到表格11-1，。因此，故安全。5.3.2 中间轴的设计与计算（1） 求输入轴上的功率、转速、扭矩0.429kW45.9r/min17.7Nm（2） 初估轴直径选取轴的材料为45钢，调质处理，找到表格11-3，取，得：25mm（3） 轴的结构设计中间轴的直径与小齿轮分度圆直径相差很少，所以做成锥齿轮轴。轴的结构尺寸如图5-7。图5-7 中间轴结构尺寸简图（4） 求轴上支反力与弯矩水平方向： ； （3.27）垂直方向： ； （3.28） 对直齿轮：，将输入轴参数代入得：472N,171.8N944N,343.6N代入得：35.8N,436.2N13N,158.7N作出中间轴水平方向及垂直方向的弯矩图： 图5-8 中间轴的受力分析图 从轴的结构图和受力情况分析得到截面II是轴的危险截面，计算结果如表5-4。表5-4 截面处的弯矩载荷水平面H垂直面V支反力35.8N436.2N13N158.7N弯矩31.7Nm11.51Nm总弯矩33.7Nm扭矩17.7Nm（5） 按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强度2.01MPa轴的材料为45钢，找到表格11-1，60MPa。因此，故安全。5.3.3 输出轴的设计与计算（1） 求输出轴上的功率、转速、扭矩0.404kW15.3r/min49.85Nm（2） 初估轴直径选取轴的材料为45钢，调质处理，找到表格11-3，取，得：33mm（3） 轴的结构设计轴的结构尺寸如图5-9，输出轴的直径与齿轮直径相差很少，所以做成锥齿轮轴。图5-9 输出轴结构尺寸简图（4） 求轴上支反力与弯矩水平方向： ； （3.29）垂直方向： ； （3.30） 对直齿轮：，将输入轴参数代入得：886.2N,322.6N代入得：1364.4N,478.1N 496.6N,174N作出输出轴水平方向及垂直方向的弯矩图5-10：图5-10 输出轴的受力分析图 从轴的结构图和受力情况分析得到轴的危险截面，计算结果如表5-5。表5-5 截面处的弯矩载荷水平面H垂直面V支反力1364.4N478.1N496.68N174N弯矩33.5Nm12.2Nm总弯矩35.7Nm扭矩49.85Nm（5） 按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强度35MPa轴的材料为45钢，找到表格11-1，60MPa。因此，故安全。5.4 轴承的校核5.4.1 输入轴上轴承寿命计算找到相关引用书本表格13-3找出轴承的预期寿命为从图3.5了解到，轴上轴承处尺寸是17mm，因要承受来自其它部件的重量，所以设得圆锥滚子轴承30203，e=0.35，=1.7， 1， Cr=20.8kN、Cor=21.8kN。算出每个轴上的力就自然得到强度。轴上所受的支反力： 657.2N 1031.5N （3.31） 193.3N， 303.2N （3.32）式子里，-径向支反力-轴向支反力193.3N，303.2N193.3N，303.2N ，
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