吸盘机械手设计（关节型）5轴机械手【五轴】【含三维SW及仿真】【含8张CAD图纸+文档全套】
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商 丘 工学院2015-JXLW专业代码-编号本科毕业论文（设计） 吸盘机械手的设计 学 院小三号黑体居中（下同）专 业学 号学生姓名指导教师提交日期年 月 日诚信承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业论文（设计）作者签名：年月日摘要机械手技术是机电一体化产品，吸盘抓设得机械手成为一个领先的研究课题，目前应用在不同领域，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，机械手也导致了这些学科的发展。关节型机械手是一种典型的机电一体化产品，工艺多关节运动的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治疗也促成了这些学科的发展。本文采用在结构设计上的关节型机械手，并完成图纸和零件图总装配图。为机械手模型的要求被分析以估计的每个关节，充分的选择电机所需要的转矩和功率。完成关节型机械手的程序设计，总体设计，结构设计，运动学模型操盘分析，检查，分析机械手模型，设计和生产机械手模型做的过程中强度的关键部件，绘制2D图，3D图，完整的运动仿真。关键词：机械臂，结构设计，吸盘关节机械手，电机5AbstractRobot technology is a mechanical and electrical integration products, sucker crawling robot into a leading research, the current application 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. Articulated robot is a typical mechatronic products, a hot process more articulation arm movement more areas of collaborative research. Many disciplines mechanics, electronics, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer, but the development of its multi-agency convergence desired combination therapy also led to the development of these disciplines.In this paper, the structural design of the articulated robot and complete drawings and part drawings assembly drawing. To require the robot model is analyzed to estimate each joint, full selection of the desired motor torque and power. Complete articulated robot programming, design, structural design, kinematics model Trader analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production of the robot model the process of doing strength drawn 2D drawings, 3D maps, complete Motion Simulation.Key Words： arm, structural design, mechanical hand sucker joints, motor目 录1 绪论11.1引言11.2 吸盘关节机械手研究概况21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.3 吸盘关节机械手的总体结构32 总体方案设计52.1 吸盘关节机械手工程概述52.2 工业吸盘关节机械手总体设计方案论述52.3 吸盘关节机械手机械传动原理62.4 吸盘关节机械手总体方案设计73 机械手大臂部结构103.1 大臂部结构设计的基本要求103.2 大臂部结构设计113.3 大臂电机及传动齿轮选型114 小臂结构设计154.1 腕部设计154.1.1 手腕偏转驱动计算154.1.2 电动机的选择214.2 小臂部结构设计234.3 小臂电机选型234.4 传动选择234.5 轴结构尺寸设计274.6 轴的受力分析及计算284.7 轴承的寿命校核284.9 轴的强度校核294.10 各轴键、键槽的选择及其校核305 机身设计315.1 步进电机选择315.1.1 计算输出轴的转矩315.1.2 确定各轴传动比335.1.3 传动装置的运动和动力参数335.2 齿轮设计与计算355.2.1 高速级齿轮设计与计算355.2.2 低速级齿轮设计与计算395.3 轴的设计与计算425.3.1 输入轴的设计与计算425.3.2 中间轴的设计与计算445.3.3 输出轴的设计与计算465.4 轴承的校核485.4.1 输入轴上轴承寿命计算485.4.2 中间轴上轴承寿命计算495.4.3 输出轴上轴承寿命计算505.5 键的选择和校核515.5.1 键的选择515.5.2 键的校核515.6 机身结构的设计525.6.1 机身箱体材料的选择525.6.2 机身的结构设计及制造工艺52总结与展望53致 谢54参考文献551 绪论1 绪论1.1引言 关节型机器人是联合研究的一个典型的机电一体化产品，热工艺衔接手臂运动更多的领域。许多学科机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机，但多机构收敛所需组合疗法的发展也带动了这些学科的发展。多臂多关节手臂运动的共同领导。1959年世界上第一个多关节工业多关节手臂运动的诞生，创造发展臂的新时代。科学技术的发展和多关节的快速发展行动研究部门的应用。加藤一郎，日本早稻田大学手臂关节和更多的世界知名专家，教授说。顺便说一下，自动化程度高，动力系统复杂“的一个很大的特点，多关节手臂运动必须有工作。”伟大的发明家爱迪生曾经说过：“上帝造人的腿是最美丽的杰作。”该系统需要一个丰富的动态环境中是非常低的，无论在地面和非结构化地形的适应性良好的环境状态。为了扩展功能和多连杆式机器人的应用程序打开无限的发展前景广阔。关节型机器人研究的原因和目的，主要表现在以下几个方面：开发组织，让他们在结构性和非结构性的工作，许多圈子，而不是个人或扩展和人类活动的更新的领域;希望有更多的人有一个内在的理解和认识，并使用这些功能对个人服务，如假肢。在这个领域和丰富的研究体系，其研究手臂运动更加危险机的详细动态，多关节手臂运动可以是一个聪明的举动，如果多关节臂在人工智能领域中发挥重要的作用。多关节手臂运动世界上唯一的格式定义是不一样的。联合国训练研究所与更多的公司最近标准化的手臂运动带来用他的胳膊国际多关节运动的美的定义：操作臂允许您更改程序中通用的多联合演习可编程操作系统，操作完成各种各样的工作，特别是对物料输送，传动部件。参照国际定义，并结合定义中国多臂化合物如下：多关节机器人是一个独立的动作，更自由和灵活性，以改变该程序，它可以被放置在任何地方，自动化程度高的机器的自动化。汽车油漆或其他涂料行业更关节关节E可用。更硬的臂关节臂高相比与其他可能的应重的东西迅速，准确度是非常高的，可以基于外部信号，各种自动化系统。运动处理多关节臂是计算机自动可编程控制装置的控制之下。多关节机械手用于提高产品的质量和工作的生产率，生产过程的自动化，改善了工作条件和降低了劳动强度的有效手段。诞生和多关节手臂运动的发展，虽然只有30岁，但已经应用到国民经济的许多部门，民间的技术，应用，具有广阔的发展前景，显示出强大的生命力1-2。1.2 吸盘关节机械手研究概况1.2.1 国外研究现状人类和动物的运动原理的第一个系统研究是迈布里奇发明了照相机跟单，即设定的触发相机的电源，并在1877年他成功地参加了四足和连续运行的许多照片。后来，这种方法使用的相机是用来研究人体运动Demeny。从1930年到1950年，苏联也伯恩斯坦从深入人类和动物研究的生物动力机制的角度看，并提出的议案非常形象化的描述。真正研究机构运动多关节全面，系统于1960年推出至今，联合多月的手臂比较完整的理论体系只有形成，并在一些国家，如日本，美国和“苏联已成功开发出可以是静态或动态的，多臂枢轴原型。在这一节中，我们介绍了1960年至1985年期间，臂多关节实地达到的运动的最重要的进展的团队。在20世纪60年代和70年代，武装多关节运动控制理论产生三种类型的控制方法是非常重要的，这限制了国家控制，控制参考模型和控制算法。这三种控制的方法对所有类型的吸盘关节机械手都是适用的。国家控制是通过在1961年提出的模型的参考检查于1975年由美国法恩斯沃思南斯拉夫托莫维奇限制，该算法是由著名的胳膊南斯拉夫研究所米哈伊尔罗多关节运动学专家鲍宾控制Vukobratovic博士1969 - 1972年的教堂中扣除。有这三种类型的控制方法之间的内在关系。有限状态控制实质上是一个控制参考模型，并且该控制算法是这种情况1的中心。在搜索步态，苏联Bessonov和Umnov定义“最佳步态”，Kugushev和Jaro-shevskij定义自由的步伐。这两种步态不仅能适应，而且要适应胳膊多条腿多企业的动向。在这些中，对于自由路径的步骤的条件的规那么。如果地形是非常粗糙的，所以运动臂多关节，下一步应放在哪里脚不能基于对步骤序列来加以考虑，但应通过步骤以便攀登者去步骤通过一些优化标准来确定哪个是所谓的自由速度。稳定性研究手臂动作的多关节，美国Hemami，该提议的稳定性和系统的控制的简化模型作为振荡器，反转（倒立摆），它可以被解释为在换能器存在的问题的向前运动。此外，减少了控制的考虑，Hemami，谁也研究手臂运动的多关节“减少型”问题的复杂性进行了研究。此前我们指出了系统的Vukobratovic还人形能量分析，但它的力量是有限的关节和随时间的整个系统的变化，并没有太多涉及这个问题的最佳功耗的出口。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一个有用的结论，即平滑的姿态，类人型系统所消耗的功率就越少。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。 1986年，国家启动了“规划纲要”的研究多动关节臂，中国的高科技“863”水平运动臂包括于1987年。目前联合研发，中国移动手臂多企业的研究和开发应用单位主要与高校和科研院所。初步调查多关节型机器人技术的主要目的是更先进的技术来跟踪国际风险手臂的运动，然后设得得了一些成绩。1986年哈尔滨工业大学，他开始研究最为关节臂，脚静手臂运动HIT-I和110厘米高，体重70千克多的企业，率先成功开发进度有10个自由度，以到达地面上的线，左，右，以及运动，上下楼梯，45厘米左右10秒/步，速度成功研制的HIT和HIT-II-III，重量为42千克，长度103厘米，它是12个自由度，以实现一个步骤每秒24厘米，2.3分速度。 HI目前正在开发第四乐章的下一个多关节臂，身体52度的自由，这是一个伟大的运动和速度的平衡三臂，多关节运动3-7。在1988年春国防科技大学成功具有六个自由度的平面双足运动臂多关节KDW-1，可以向前，向后和上下楼梯，每秒40厘米，四步开发的最大速度，在1989年今年的步伐，我们开发了一种空间KDW-II，具有10个自由度，最高的69厘米，重13公斤，包括更多的来回，上下楼梯和周围的近静态和动态稳定性。 1990年两纵缝互联网KDW-II，在KDW-开发的，有12个自由度，并添加函数曲线，以获得完整的测试环境。 1995年在步骤20厘米0.8秒22厘米，13度的最大角度动态的步伐。 2000年KDW-III中国的第一个人形的手臂的“排头兵”的成功结束的发展的基础上，在一个不确定的环境下微小的变化动态每秒，两步周期，1.4男，为20 kg的多关节的动作，有头，眼睛，颈部，身体，手臂，脚，和一定程度的语言功能8-13中。此外，清华大学正在开发一个人形的手臂培育更多升学衔接THBIP-I，高七米，体重130千克，32自由度的支持清华大学985项目，该项目是。南京航空航天大学有八个自由度机械手关节间隙静态函数13,14的发展。本文从“首届全国研究生机械创新设计大赛”多关节手臂动作。此时，单臂，多关节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关节的动作并不多，但也有六条腿，已经出现四腿臂多关节运动，但多关节手臂运动尚不多见。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关节的动作。子功能是：替代大步，摇摇头，摆动手臂，摆臂。1.3 吸盘关节机械手的总体结构关节型机器人和部分整体关系的概述：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，来获得身体。1.末端执行用于执行，并且配置的工作直接涂漆。2.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。3.臂和连接基团的手的手臂，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关节，在基座的任何类型的动力传输。4：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。（3）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。（4）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。实践证明，该小组可以设得代繁重的体力劳动的多关节运动，显著减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化。经常处理和工业生产在长期内往往体积庞大件，单调的操作，单臂，多联合演习是有效的。此外，它可在高温，低温，深水，宇宙，环境条件和其他有毒放射性污染进行操作，同时也表现出优势，具有广阔的发展前景4-8。2 总体方案设计2 总体方案设计2.1 吸盘关节机械手工程概述吸盘关节机械手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。在科人得到有效解决组合问题综合工程被称为“系统工程”。手臂多关节运动设计，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，包括一定的规那么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。所以，在设计机器人时，不仅要注意关节运动系统的部件的整个多部件设计臂应根据视工程系统的角度来看，这设得决于一个单一的多关节臂的动作的功能要求，子系统，多臂关节，合理，产品的性能，需要在多关节臂的动作的作业的所有组件。一般来说，最复杂的行业手臂关节如下：在操作机器，是最大的，单臂多关节的运动来完成的任务，其中包括基地，手臂，手腕，副作用机构。传输系统，其中包括几个传输零点电源，控制，驱动系统和伺服驱动系统。所述控制系统包括电子控制装置的操作，记忆功能（计算机或其它版本控制装置可编程），操作员接口装置（键盘，学习盒等），数据处理装置和各种传感器，放大离线传输，传感器编程接口设备通信的I / O 14内部和外部传感器和其他设备（一般或特别。特征行业臂多关节运动是普遍的调整，灵活的臂工业多关节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（例如，机床，锻压，吸附，装配等生产设备），辅助设备，控制系统，多关节臂运动，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关节是参考系统。2.2 工业吸盘关节机械手总体设计方案论述（一）确定负载目前，国内工业用运动的多关节臂，负载能力，最小额定负载5N或更小范围很大，最多的为9000N。这篇文章5公斤载荷。负载的大小主要设得决于由于运动的沿的作用力和夫妇的机械接口上的多关节臂的运动的方向。其中下臂应该包括端部执行器的更关节运动（重量），和工件的重量或处理对象接缝预定速度和加速度的条件下，产生的惯性力等。该项目的数据参考设计初步估算表明，这一项目可能属于一个小负荷。（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）传动系统动臂多关节运动可以紧凑，重量轻，惯性小，传动链条应考虑采设得措施缩小差距，提高手臂多的移动和位置创业精密运动控制。臂传递机构机械运动多关节通常使用齿轮，蜗杆，滚珠丝杠，皮带，链条传动，行星齿轮，传动齿轮和谐波钢等，由于传动齿轮具有效率高，准确，结构紧凑，工作可靠，寿命长等优点，与大学学习和掌握更扎实的传输，所以这个设计选择的旅行。（四）工作范围操作过程中的工业手臂动作的工作范围是多关节的多关节臂的运动设得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吸盘关节机械手，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选择的关节轴的每个角的（五）运动速度每个铰接机械臂更坚定的臂的最大行程，按照循环时间来确定每个操作的时间的运动后，可以进一步确定每个动作的速度，单位为米/秒（）/ s的，时间每个运动分配考虑在顺序地或同时地等进行许多因素，如每个操作序列之间的周期的总时间长度。表做他们的操作时间，操作时间分配之外的运动进行比较，以考虑分配请求有关的过程，它也必须考虑惯性的行程的大小和驱动和控制，定位和精度要求。2.3 吸盘关节机械手机械传动原理该吸盘关节机械手的本体结构组成请见图2.1图2.1 吸盘关节机械手本体组成各部分部件的作用：基座：基座构件包括底座，齿轮，轴承，步进电机。的基本作用是一个构件，支撑构件和支撑所述枢转臂，支撑比基片的多关节臂的运动和行李的工作压力的重量必须具有足够的强度，刚度和承载能力。此外，图书馆还需要绰绰有余了实质性的安装基础，以确保输送臂在工作场所和稳定运行联合决议。通过正相分量关节型机器人手臂（例如，一个气缸，气缸，齿轮齿条机构，连杆机构，一个凸轮机构，并且螺旋机构等）和用于移动所述臂多于一个铰链臂（例如一个驱动源，液压或气动臂诱导固定移动协作等），以实现不同的臂运动手臂大臂以及小臂组成。其中所述臂是一棵树，加速度分量和驱动马达的构件上形成。由臂，驱动轴和同步带等部件臂构件。手腕壳体，传动齿轮和轴，从现有的机械连接的手腕部。2.4 吸盘关节机械手总体方案设计在关节工业用机器人的结构的形式，其主要由以下四个：构造直角坐标，圆柱坐标，球面坐标的结构，铰接结构为四。每个结构和相关功能列举如下3所述。（1）直角坐标吸盘关节机械手直角坐标关节机器人手臂空间坐标多关节运动是实现线性运动的三个相互垂直的方向，请见图2-2（a）在该直线运动的位置控制是容易实现，笛卡尔坐标臂关节运动往往是一个高的位置精度要获得（微米）。对于多关节臂的在这方面的尺寸移动结构相对直角坐标，所述一个臂的空间多关节运动，是比较小的。为了获得运动的一定的自由，该结构在垂直于多关节臂的尺寸坐标多关节臂比其它结构的大小。工件笛卡尔坐标移动多关节臂矩形空间。笛卡尔臂运动最常见的是主要用于收集和处理交易，笛卡尔坐标在三个悬臂龙门式结构的多关节臂的运动。（2）圆柱形的坐标吸盘关节机械手空间运动臂圆柱坐标实现线性和多关节运动的旋转运动，请见图2-2（b）中。此多臂关节运动是相对简单的，精度，通常可以在处理中使用。他的工作空间是一个圆柱形空间。（3）球坐标吸盘关节机械手多运动空间球面坐标关节可动臂通过两个旋转运动和直线运动，如2-1（C）来获得。这个简单的手臂的动作的多关节结构，成本低，但精度不高。主要用于加工。他们的工作空间是一个球形的空间。（4）联合多关节型机器人的结构三个多关节的旋转运动的空间铰链臂运动的要求，以便获得，例如，2-2（d）请见图手臂关节联合行动灵活，结构紧凑，占地面积小。多关节臂相对于所述相对较大的工作空间的主体尺寸。这样的多关节臂的运动被广泛应用于工业，如吸附，涂装,装配等行为被广泛用于这种类型的多关节型机器人的。多关节机器人铰接结构是由两种格式的水平和垂直关节表示。(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 关节型图2.2 四种吸盘关节机械手坐标形式根据任务书和具体要求，我们选择（四）普通型。具体地，对于这样的设计，因为在考虑设计要求，考虑到使用的操作的具体要求的工艺设计的具体形式，对系统的要求，并作为符合尽可能质量工件以简化结构，成本也降低并提高了可靠性。多结臂的运动，并且定位的精确度更高，设计的多关节运动到臂的运动的臂范围需要六个自由度，这是一个程度的腰，臂的旋转自由度和臂的俯仰臂自由和手腕自由旋转和旋转度字段的自由度。本文档中的得到大关节臂，该结构设计臂的大小将因此该臂机构自由转动地音调的详图。多关节机器人的特征在于，相对大尺寸的工作，灵活性和通用性，更为结构紧凑，可以从事基础对象的附近。合作机构提出使用和包括以下的技术参考技术要求：（1）设计的多关节型机器人系统中执行，旨在满足重多臂关节运动系统的操作期间是同时满足技术结构，经济等方面的要求短，效率高，速度和多功能性，柔韧性等性能要求。 （2）装配图，零件图按照机械设计，尺寸，公差，几何公差的国家标准，标签严格绘制有合理的技术要求，规格。简单不同端部（3），并进行所述机器人手臂与联接的端部。 （4）写的论文要求的明确描述，书写规范。553 机械手大臂部结构设计3 机械手大臂部结构设计3.1 大臂部结构设计的基本要求臂部部件是是吸盘关节型机器人的主要部位。它的作用是支持的手，领着他们以腾出空间给运动。手臂运动的目的：手柄部分的运动的空间范围内的一点。如果你喜欢的手的位置（方位）一起变化，臂以实现自由。因此，它通常是在该臂的设计基本要求：（1）应手臂负载能力，刚性好，重量轻通常是通过弯曲臂（弯曲而不是在一个唯一的方向），但也反向，应选择较高的弯曲和横截面形状的抗扭刚度。当然，在每单位重量的横截面面积和基本相同的，钢铁，工程字槽钢和转动惯量是较圆大得多。这样，吸盘吸杯关节机器人无缝钢管常被用作导杆，具有工字钢或频道为载体，这样不仅增大了臂的刚性，而且还大大减少了臂的重量和中空内部的驱动装置也可以安排和传输管道，从而结构紧凑，外观整洁。（2）臂速度较高，惰性少在一般情况下，臂的匀速运动的要求，但力矩臂的开始和结束时，在运动中的变化，以减少之前的延迟时间的加速和终止要求的效果不是太大，因为否那么的冲击和振动。以减少转动惯量，应采设得以下措施：（A）在所述臂运动部件，使用铝等的高强度的轻质材料的重量的减小;（B）的搅拌装置的臂的整体尺寸（C）的旋转半径的减小（D）的驱动器设置有一个缓冲系统装置（3）上肢运动必须要有灵活性。以减少尽可能移动臂的部分，而不是与滚动摩擦滑动摩擦之间的摩擦。（4）更高的定位精度。一般情况下，高矩形和圆柱坐标吸盘多关节型机器人的位置精度;铰接吸盘多关节型机器人的位置最难以掌握，因此，准确度弱，再加上调节装置与检测在手臂上的位置是指，在更好的位置控制精度可以。在这份文件中，设计薄的铝构件，一方面，该机器人臂的刚性，另一方面可以降低臂的重量，使发动机负荷的基本关节，并增加了机器人手臂的动态响应。使用铸造砂型铸造最小壁厚。最小壁厚每个人都有自己的铸造合金适当的厚度，多铸件可投一个“最小厚度”剧组是不一样的，这设得决于铸造合金的尺寸和类型，见表3.1：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 表3.1 砂型铸造铸件最小壁厚计（mm）这些都只是一个型砂铸件结构设计，特殊铸造法，浇铸结构必须根据设计相应的每个的各种成型方法和特性。在本文中，采用铸铝外壳热潮。具体见图。3.2 大臂部结构设计大臂壳体用铸铝材质，方形结构，质量轻，强度大。3.3 大臂电机及传动齿轮选型假好小臂及腕部绕第二关节轴的重量：M2=2Kg， M3=4KgJ2=M2L42+M3L52 =10.0972+40.1942=0.16kg.m2大臂速度是10r/min ，那么旋转开始时的转矩见所列式子：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使机械手大臂从到历经时长是：那么， (3.4)鉴于惯性和摩擦力矩可以假定10N.m中心轴的不同部分的机器人臂，在开始旋转起动扭矩，为2的安全系数，谐波驱动齿轮最低期望的输出转矩的： (3.5)选择假设出传动齿轮的的传递效率是：，步进电机输出力矩应该是： (3.6)所以选得BF反应式步进电机，型号及部分参数如下:型号：55BF003静转矩：0.686N.m步距角：1.5轴的计算校核绘出轴的受力分析图，轴的受力分析图请见下方：图3.1 轴的受力分析图前面我们已经提到，作用在刚轮上的圆周力式子是径向力法相力1) 列式算出垂直面的支撑反力：2) 列式算出水平面的支撑反力： 3） 算出水平面的支撑反力，式子如下： 4） 算出垂直面的弯矩图尺寸，式子如下： 5) 算出水平面的弯矩图尺寸，式子如下： 6) 算出F产生的弯矩图尺寸，式子如下： a-a截面F力产生的弯矩为： 7) 算出合成弯矩图尺寸，式子如下： 考虑最不利的情况，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，式子如下： N.mm9) 算出危险截面的当量转矩，式子如下： 请见下方，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，设得折合系数a=0.6，带入上式可设得并算出：10） 计算危险截面处轴的直径轴用的是45#材质，调质，从相关引用书目找到表格设出B=650Mp,从相关引用书目找到表格设出-1b=60Mpa,那么，考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大5%，所以得出，d=22.8*1.05=24mm32mm满足要求。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。它的弯曲截面系数式子列得如下：它的抗扭截面系数式子列得如下：弯曲应力为：它的扭切应力式子列得如下：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，因此设出折合系数a为0.6，那么当量应力式子列出为：从表格找到抗拉强度极限=640Mpa，那么可从表格找出轴的许用弯曲应力-1b为60Mpa,-1b,强度满足要求。4 小臂结构设计4 小臂结构设计4.1 腕部设计腕部能够连接机械手的臂和手，和连接与手的姿势的支持。手腕的设计要求是：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，手臂的结构合理，手的关节，传感器和执行器和设备的合理配置安装。按自由工业机器人，可分为自由手腕腕腕两个自由度和三个自由度的手腕中的一个程度。不是所有的手腕必须根据用于实际使用的工业机器人的性能要求有三个自由度，但确定的。研究设计涂装机器人手腕具有两个转动自由度和一个摆动的主题。二度腕关节的自由度，并且可以由一个的R形成一个结乙BR执行关节或关节一起由两个B BB联合执行的，但不能由两个RR腕关节的形状具有两个自由度，因为两个关节o重复的功能是实际上，只打行动自由的一个程度。对于手腕俯仰和偏航设计要求，达到对BB型脉冲，参见图3.1。作为国内步进电机产品的研究和开发，在这一阶段不能达到直接驱动关节的制造技术的限制，为了减小臂的整体重量，腕采设得间接距离步进电机驱动后，其上的悬臂连接到所述下盘到主体确认，然后通过两个链传动，直链传动旋转臂和另一条链滑轮驱动的伞齿轮从动轴上的脉冲为此旋转的锥齿轮，即使当手腕的手腕摆动附加旋转产生，但可通过步进电动机的干扰来控制。4.1.1 手腕偏转驱动计算腕偏转是由一个步进电机驱动设置在后臂的底部，二链驱动滑轮，然后通过以实现偏压改变方向的角度齿轮传动。是需要的弯曲手腕，然后计算电机的输出转矩的步进电动机的脉冲的驱动力，在第一扭矩，步进电机的类型被确定为驱动器和链传动伞齿轮的设计参数并计算相关尺寸。（1）设定步进电机手腕偏转摩擦力矩，克服了工件负载阻力矩的惯性和脉冲启动。转矩的式子如下15： （4.1） （4.2） （4.3） （4.4） （4.5） （4.6） （4.7） （4.8）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）。前面已经提出过，kg，m/s，m，m，m，s，手腕处的材质先设定是铸钢，密度kg/m3。数据放式子里， kg r/s kgm2 kgm2 Nm Nm Nm因为腕部传动是通过两级带轮和一级锥齿轮实现的，因此从相关引用书目找出15设得并算出：弹性联轴器传动效率；滚子链传动效率；滚动轴承传动效率（一对）；锥齿轮传动效率；传动的装置的总效率。电机在工作中实际要求转矩 Nm （4.9）据弯曲手腕所需要的计算扭矩，与90系列五相混合式步进电机技术数据和矩频特性曲线相结合，请见图4.1和图4.2,具体设得90BYG5200B-SAKRML-0301型号的步进电机。图4.1 90BYG步进电机技术数据图4.2 90BYG5200B-SAKRML-0301型步进电机矩频特性曲线（2）设计链传动（a） 计算、分配传动比根据步进电机型号及其对应的矩频特性曲线，步进电机工作转矩是4.5 Nm，转速是转每分钟。因为腕部偏转的角速度r/s，已经通过计算得出，所以腕部末端偏转转速式子是r/min，推断出总的传动比式子是。已确定的手腕偏转传动方式是通过两级带轮链条传动和一级锥齿轮传动，需将总传动比进行分配。综合考虑带轮的尺寸和手臂内部结构空间，设得小臂链传动比，大臂链传动比，锥齿轮传动比，。（3）设计锥齿轮传动根据吸盘机械手的工作要求，将腕部最末端的传动设计成标准直齿圆锥齿轮传动，考虑到可能圆锥小齿轮齿根圆到键槽底部的距离，所以将圆锥小齿轮与轴设计成一体，圆锥大齿轮单独设计，材料选用45钢。由于选用的是闭式硬齿面齿轮，齿轮齿面磨损和弯曲疲劳折断是主要的失效形式，因此设计这类齿轮传动时按弯曲疲劳强度进行设计计算，宜选设得较小的齿数，可设得172015。（a）估算齿轮主要参数及尺寸齿数,：齿数比，所以选择,那么。齿宽系数：，设得。齿宽系数不宜设得过大，避免引起小端齿顶过薄，齿根圆角半径过小，应力集中过大。根据手册16，按齿面接触疲劳强度计算小齿轮大端分度圆直径和大端模数： （4.10） 式子里， 齿轮传递的扭矩； 工况系数；动载系数； 齿宽系数； 试验齿轮的接触疲劳极限应力；查手册16得到，,MPa。由于 Nm，,。将数据代入得到小齿轮大端分度圆直径mm。大端模数，根据标准分度圆模数，设得。圆锥齿轮主要尺寸计算16： （4.11） （4.12） （4.30） （4.13） （4.14） （4.15） （4.16） 式子里，大端分度圆直径； 、节锥角； 锥距； 中点分度圆直径； 当量齿数； 平均模数。 齿宽，设得mm。数据放式子里，mm mm mm mm mm 根据大、小臂两级链轮的减速，锥齿轮传动中主动轮转速r/min。中点分度圆上的圆周力N。（b）按齿面接触疲劳强度进行校核计算接触用单位齿宽上的载荷 MPa （4.17） 查16手册，齿向载荷分布系数，=1.2。计算接触疲劳应力 MPa （4.18） 计算齿轮的接触疲劳极限应力 （4.19）式子里， 寿命系数；润滑剂系数；齿面光洁度系数；速度系数；工作硬化系数；尺寸系数。查手册16得到，。所以，MPa。计算接触安全系数，安全系数较高。所以，接触疲劳强度满足，参数合理。（c）按齿根弯曲疲劳强度的校核计算弯曲用单位齿宽上的载荷MPa变位系数设得，那么。应力集中校正系数由及可找到表格得，由及可找到表格得。齿形系数由，据及可找到表格得，由及可找到表格得，而，所以：，。弯曲计算应力根据公式： （4.20） （4.21） 数据放式子里，MPa MPa设得安全系数查16手册，得弯曲疲劳寿命系数，。查16手册，得弯曲疲劳极限为MPa，MPa。许用应力： （4.22） （4.23）数据放式子里，MPa MPa因此、，弯曲疲劳强度满足，参数合理17。4.1.2 电动机的选择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关节轴的转动惯量为: （4.24） 、分别为10kg(负载2kg)、5kg、12kg。、分别为重心到第一关节轴的距离，其值分别为185mm、800mm、1500mm，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： （4.25） = =同理可得小臂及腕部绕第二关节轴的转动惯量: = =式子里，-小臂重心距第二关节轴的水平距离 。- 腕部重心距第二关节轴的水平距离 。那么旋转开始时的转矩见所列式子 （4.26）式子里，-旋转开始的转矩 -角加速度 使机械手主轴从到/s所需时间为:那么， 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，那么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 （4.27）式子里， -电动机功率 ； -负载力矩 ； -负载转速 ； -传动装置的效率，初步估算设得0.9； 系数1.52.5为经验数据，设得1.5估算后就可选设得电机，使其额定功率满足下式 （4.28）选择QZD-08串励直流电动机表4-2 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，质量较轻，强度大。4.3 小臂电机选型吸盘关节型机器人手臂二度转动自由度小平面的，如果轴承光滑，比运行相对小的所需的静态力矩。因为转矩臂伸的一条直线的惯性最大力矩，使生产在旋转时，步进电机罐的缺点的开始。参见图3-1，提供了手臂和手腕，分别围绕各自的轴线转动惯量JG1、JG2、JG3，根据平行轴定理可得绕第一关节轴的转动惯量为：J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22+JG3+M3L32 （4.29）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，故可忽略不计，以绕第一关节轴的转动惯量为：J1= M1L12+M2L22+M3L32 (4.30)=40.1432+10.4452+40.5422=1.46kg.m2同理可得小臂及腕部绕第二关节轴的转动惯量：M2=2Kg，L4=97mm；M3=4Kg，L5=194mm。J2=M2L42+M3L52 (4.31)=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，那么同步带应输出转矩为： (4.32)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，那么旋转开始时的启动转矩可假定为10N.m，设得安全系数为2，那么谐波传动齿轮所需输出的最小转矩为： (4.33)4.4 传动选择（1）设计锥齿轮传动根据吸盘机械手的工作要求，将腕部最末端的传动设计成标准直齿圆锥齿轮传动，考虑到可能圆锥小齿轮齿根圆到键槽底部的距离，所以将圆锥小齿轮与轴设计成一体，圆锥大齿轮单独设计，材料选用45钢。由于选用的是闭式硬齿面齿轮，齿轮齿面磨损和弯曲疲劳折断是主要的失效形式，因此设计这类齿轮传动时按弯曲疲劳强度进行设计计算，宜选设得较小的齿数，可设得172015。（a）估算齿轮主要参数及尺寸齿数,：齿数比，所以选择,那么。齿宽系数：，设得。齿宽系数不宜设得过大，避免引起小端齿顶过薄，齿根圆角半径过小，应力集中过大。根据手册16，按齿面接触疲劳强度计算小齿轮大端分度圆直径和大端模数： （4.34） 式子里， 齿轮传递的扭矩； 工况系数；动载系数； 齿宽系数； 试验齿轮的接触疲劳极限应力；查手册16得到，,MPa。由于 Nm，,。将数据代入得到小齿轮大端分度圆直径mm。大端模数，根据标准分度圆模数，设得。圆锥齿轮主要尺寸计算16： （4.35） （4.36） （4.37） （4.38） （4.39） （4.40） （4.41） 式子里，大端分度圆直径； 、节锥角； 锥距； 中点分度圆直径； 当量齿数； 平均模数。 齿宽，设得mm。数据放式子里，mm mm mm mm mm 根据大、小臂两级链轮的减速，锥齿轮传动中主动轮转速r/min。中点分度圆上的圆周力N。（b）按齿面接触疲劳强度进行校核计算接触用单位齿宽上的载荷 MPa （4.42） 查16手册，齿向载荷分布系数，=1.2。计算接触疲劳应力 MPa （4.43） 计算齿轮的接触疲劳极限应力 （4.44）式子里， 寿命系数；润滑剂系数；齿面光洁度系数；速度系数；工作硬化系数；尺寸系数。查手册16得到，。所以，MPa。计算接触安全系数，安全系数较高。所以，接触疲劳强度满足，参数合理。（c）按齿根弯曲疲劳强度的校核计算弯曲用单位齿宽上的载荷MPa变位系数设得，那么。应力集中校正系数由及可找到表格得，由及可找到表格得。齿形系数由，据及可找到表格得，由及可找到表格得，而，所以：，。弯曲计算应力根据公式： （4.45） （4.46） 数据放式子里，MPa MPa设得安全系数查16手册，得弯曲疲劳寿命系数，。查16手册，得弯曲疲劳极限为MPa，MPa。许用应力： （4.47） （4.48）数据放式子里，MPa MPa因此、，弯曲疲劳强度满足，参数合理17。4.5 轴结构尺寸设计考虑到轴的载荷较大，材料选用45,热处理调质处理,设得材料系数 所以,有该轴的最小轴径为: 考虑到键槽的影响，所以dmin设得值为17MM,具体结构如下：图4.3 轴的结构图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4.4 轴的受力分析图由上图知： 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见下表:表4-1 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端由手册查出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，最终选用轴承6014。4.9 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）、校核由手册查材料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。图4.5 轴的强度校核图4.10 各轴键、键槽的选择及其校核齿轮联轴器连接的主要结果是静态的，所以才挤压力检查。发动机选择键和验证：滑轮的关键：根据轴的直径和长度选择的轴皮带轮重要B8X7，键长50 GB / T1096材质节点分别为：45号钢（键），40Cr钢（如）（1）就在键：根据轴径和所选择的键B14X9GB/ T1096毂的轴向长度在十字架上的材质分别为：的r（集线器），（键）45钢的r（AS）在这种情况下，主链路是合格的。（2）键的输出轴：根据轴径和耦合到所选择的关键16x10的轴向长度，密钥长度100，GB / T1096物质，这些化合物分别为：45号钢（离合器），45号钢（关键），45（轴）最低的粘结强度，因此检查额定电压，检查手册得 该键联结合格.5 机身设计5 机身设计机身系统部件的结构设计：（1） 支撑架的设计承载臂的程度的部件的重量的主要支撑框架，左臂是固定地连接孔弹簧秤设计，设计合适的臂驱动马达支架。考虑旋转体，底盘的合理设计，当与被连接到旋转轴的偏心力，利用两侧滚销连接用螺钉的。于由承载盘的设计来确定的，以便旋转更加平衡。为了减轻重量，该材料ZL401。（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。车身系统，主要参照主要设计计算“机械设计”，已被设计为设计计算和检查传动系统中的每个成员14。5.1 步进电机选择5.1.1 计算输出轴的转矩 （5.1） （5.2） （5.3） （5.4） （5.5） （5.6）-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 大小臂的位置关系请见图5.1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，代到式子里（5.5）设得并算出：=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，代到式子里（5.5）设得并算出：=6.67kgmm计算相关机身设计数值得出：kg代到式子里（5.6）设得并算出：=5.75kgm代入（5.2）得到=44.86Nm 带入（5.1）得到=49.85Nm= =6.86Nm选择二级圆柱齿轮传动齿轮i=9 （5.7）=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里（5.7）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，设得：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5.2，高速轴轴（输入轴）、轴（中间轴）、轴低速轴（输出轴）。图5.2 传动示意简图各轴转速式子： （5.8） （5.9） =1.6rad/s=15.3r/min代到式子里（5.8）、式（5.9）设得并算出：45.9r/min，137.7r/min转矩计算 （5.10）49.85Nm代到式子里（5.7）设得并算出：17.7Nm同理得到：=17.7Nm=6.27Nm=6.66Nm一些步进电机技术参如表3.1。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请见图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请见图5.4。图5.4 步进电机外形简图根据前面计算，选择以上厂家的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16。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、材料与齿数根据前面已经知道的数据，设出直齿圆柱齿轮传动。由资料14（下同）表10-1小齿轮选45Cr(调质)，表面硬度为280HBS,大齿轮也用同样的材质，表面硬度为240HBS。选择7级精度，（2） 按齿面接触疲劳强度计算从式子（10-9a）试算小齿轮分度圆直径，得出： （5.11）-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-接触疲劳许用应力设定上式中各参数如下：先设载荷系数=1.3，小齿轮传递的扭矩是 =6.27Nm找到表格10-7，设出齿宽系数为1；找到表格10-6，设出弹性影响系数=189.8，找出图10-，设得小齿轮接触疲劳强度极限是MPa；大齿轮接触疲劳强度极限是MPa。计算应力循环: （5.12）-输入轴转速-工作时间137.7r/min=10000h双向转动，设得=2代到式子里（5.12）设得并算出： =1.65108次=4.96108次 找出图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S=1，那么=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 （5.13）模数0.91mm齿高=2.04mm代到式子里（5.13）设得并算出： =10.67计算载荷系数 （5.14）找出图10-8，由v=0.17m/s，7级精度，设得并算出：=1.0找到表格10-4，设得并算出：1.2找到表格10-2，设得并算出：=1.25找到表格10-3，设得并算出：=1.30找出图10-13，设得并算出：=1.28以上代到式子里（5.14）设得并算出： 1.95 按实际载荷系数修正 24.87mm （5.15）计算模数m：1.04mm按弯曲强度设计从式子（10-5 ） （5.16）-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-找出并设得小齿轮弯曲疲劳强度极限=500MPa；大齿轮弯曲强度极限=380MPa；从图设得弯曲疲劳寿命系数=0.93，=0.97计算载荷系数=1.92计算弯曲疲劳需用应力，设得弯曲疲劳安全系数S=1.4，设得并算出：=332.1MPa=263.3MPa查设得齿形系数，从表格10-5设得并算出：=2.65；=2.226查设得应力校正系数，从表格10-5查设得并算出：=1.58；=1.764=0.013=0.015大齿轮对应数值大，将以上数值代入设得并算出：0.86具体的弯曲强度的容量约为唯一的决策，并依赖于的齿轮直径的齿面的接触疲劳强度的承载能力，主齿轮方法M组的大小，由疲劳强度可能弯曲计算比较结果设置是m为0.86，并设得圆整为标准值m为1，前面计算得为24.87mm,得小齿轮的齿数：24.8725=75几何尺寸计算：分度圆直径 （5.17)将模数、齿数代到式子里（5.17）设得并算出：25mm；75mm中心距 （5.18）将，代到式子里（5.18）设得并算出： 50mm齿轮宽度 （5.19）从式子（5.19）设得并算出：=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1.选齿轮类型：根据前面已经知道的数据，选用直齿圆柱齿轮传动。2.精度等级从表格10-1小齿轮和大齿轮的材质都设为40Cr（调质），硬度不一样，分别是280HBS和240HBS。3.设定材料与齿数，选择7级精度，（2）按齿面接触疲劳强度计算先设载荷系数：=1.3小齿轮传递的扭矩为：=17.7Nm找到表格10-7，高出齿宽发为1=1找到表格10-6，得弹性影响系数=189.8；找出图10-，找出并设得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。算出应力循环系数=5.5108次=1.84107次 找出图10-19，设出接触疲劳寿命系数1.26，1.31；计算接触疲劳许用应力：设得安全系数S=1，那么，=756MPa， =720.5MPa计算设计公式中代入中较小值，设得并算出：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计算载荷系数找出图10-8，从v=0.07m/s，7级精度，设得并算出：=1.0找到表格10-4，设得并算出：1.2找到表格10-2，设得并算出：=1.25找到表格10-3，设得并算出：=1.30找出图10-13，设得并算出：=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按弯曲强度设计从式子（10-5）设得并算出：从图10-找出并设得小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳强度极限分别是=500MPa和380MPa；从图设得弯曲疲劳寿命系数=0.93，=0.97计算弯曲疲劳需用应力设得弯曲疲劳安全系数S=1.4，设得并算出：=332.1MPa=263.3MPa计算载荷系数=1.92查设得齿形系数。从表格10-5设得并算出：=2.65；=2.226查设得应力校正系数从表格10-5查设得并算出：=1.58；=1.764=0.013=0.015大齿轮对应数值大将以上数值代入设得并算出：0.86自的主要组的齿轮系数微米大小是依赖于弯曲进位判定能力强度，m和比较结果，仅具有齿轮直径容量和疲劳强度齿的接触，因此计算通过弯曲疲劳强度1.21设置得，和被设置为舍入到标准值，以得到小齿轮的齿数是计算D1之前1.5米，这将是一个29.85毫米，小齿轮齿数式子是：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/min6.27Nm（2） 预设轴直径 （5.20）选设得因轴材质45#，调质处理，找到表格11-3，设得，并将数据代到式子里（5.20）设得并算出： =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。轴的结构尺寸请见图3.5。图5.5 输入轴结构尺寸简图（4） 算了轴上支反力与弯矩水平方向式子为： ； （5.21）垂直方向式子为： ； （5.22） 对锥齿轮式子为： , （5.23） 对直齿轮式子为： ， （5.24） 将输入轴参数代到式子里（5.24）设得并算出：538.2N,138.5N501.6N,182.6N代入设得并算出：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3.6： 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5.2 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) 按弯扭合成应力校核轴的强度 （5.25）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 （5.26）校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强度，设得1，将各数值代到式子里（5.25）、（5.26）设得并算出：7.66MPa因轴材质45#，找到表格11-1，。因此，所以验证安全。5.3.2 中间轴的设计与计算（1） 算出输入轴上的功率、转速、扭矩0.429kW45.9r/min17.7Nm（2） 预设轴直径选设得因轴材质45#，调质处理，找到表格11-3，设得，设得并算出：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。轴的结构尺寸请见图3.7。图5.7 中间轴结构尺寸简图（4） 算出轴上支反力与弯矩水平方向式子是： ； （5.27）垂直方向式子是： ； （5.28） 对直齿轮式子是：，将输入轴参数代入设得并算出：472N,171.8N944N,343.6N代入设得并算出：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5.3。表5.3 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因轴材质45#，找到表格11-1，60MPa。因此，所以验证安全。5.3.3 输出轴的设计与计算 （1） 算出输出轴上的功率、转速、扭矩0.404kW15.3r/min49.85Nm（2） 预设轴直径选设得因轴材质45#，调质处理，找到表格11-3，设得，设得并算出：33mm（3）轴的结构设计轴的结构尺寸请见图3.9，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） 算出轴上支反力与弯矩水平方向式子是： ； （5.29）垂直方向式子是： ； （5.30） 对直齿轮式子是：，将输入轴参数代入设得并算出：886.2N,322.6N代入设得并算出：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3.10：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5.4。表5.4 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因轴材质45#，找到表格11-1，60MPa。因此，所以验证安全。5.4 轴承的校核5.4.1 输入轴上轴承寿命计算从相关引用书目中表格13-3得到轴承的预期寿命为从图3.5可知轴上安装轴承处直径为17mm，考虑其它因素，我选圆锥滚子轴承30203，e=0.35，=1.7， 1， Cr=20.8kN、Cor=21.8kN。算出各力就可以算出强度。轴上所受的支反力式子是： 657.2N 1031.5N （5.31） 193.3N， 303.2N （5.32）式子里，-径向支反力-轴向支反力193.3N，303.2N193.3N，303.2N ，找到表格13-5设得并算出：0.4， ，找到表格13-5设得并算出：1，0找到表格13-6载荷系数=1.2，将以上代到式子里（5.33）、（5.34），轴承当量动载荷为 750.5N （5.33） 1237.8N （5.34）从式子（13-15） （5.35）式子里，-轴承所在轴的转速-温度系数-额定动载荷-轴承所在轴的传动功率计算轴承寿命。 137.7r/min=25000N10/3找到表格13-7，温度系数=1代到式子里（5.35）设得并算出：h，满足使用要求。5.4.2 中间轴上轴承寿命计算（1） 从图3.7可知轴上安装轴承处直径为25mm，因一些因素影响，由此选择圆锥滚子轴承3007105，e=0.37，=1.6， 0.9， Cr=32kN，Cor=37kN。算出各力就可以算出强度。轴上所受的支反力：38.1N，464.2N11.9N，145.1N， 考虑其轴上零件重量得到，50 N；61.9N，145.1N；61.9N，=145.1N ，找到表格13-5得0.4，1.6 ，找到表格13-5得1，0找到表格13-6
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