机器人腕部结构设计说明书

1、为了提高生产效率，满足一些特定的工作要求，本题设计的关节型机器人的 手腕用于焊接、喷漆等方面。通过合理的设计计算，拟定了手腕的传动路径，选 用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，实现了摆 腕、转腕和提腕的三个自由度的要求。设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造成本。关键词：自由度，关节型机器人，手腕ABSRACTIn order to improve product ion efficie ncy and meet some of the specific requireme nts, desig n of on tology of robot wrist j

2、oints used for weld ing, paint, etc. Through the reas on able desig n calculatio n, the tran smissi on path, choose the wrist, reas on able decorate a dc motor, gear axle and gear axle, desig n and realization of the structure, the pendulum wrist, turn the wrist and wrist three degrees of freedom .I

3、n the desig n of the sta ndard and com mon people, the desig n and manu facturi ng cost.Keywords: freedom, Joint robot, The wrist目录1绪论 错误!未定义书签。1.1选题背景及意义 错误!未定义书签。1.2文献综述（国内外发展和研究现状） 错误!未定义书签。1.3机器人的现状与发展 错误!未定义书签。2手腕结构的确定 错误!未定义书签。3.基本参数的确定4电机的选择错误!未定义书签。3.1提腕电机的选择 错误!未定义书签。3.2摆腕和转腕电机的选择 错误!未定义书签。

4、5总传动比的确定及传动比的分配 错误!未定义书签。4.1各级传动比的计算 错误!未定义书签。4.2传动比的分配 错误!未定义书签。6 齿轮设计 错误!未定义书签。5.1偏转部分齿轮设计5.2摆腕部分齿轮设计5.3转腕部分齿轮设计7轴的设计与校核6.1轴的结构设计6.2轴的校核计算8控制系统设计7.1控制方法的确定7.3 PLC的10图绘制7.4 PLC梯形图设计结论参考文献 致谢1绪论1.1选题背景及其意义本题设计的是关节型机器人腕部结构，主要是整体方案设计和手腕的结 构设计及控制系统设计，此课题来源于实际生产，对于目前手工电弧焊接效率低， 操作环境差，而且对操作员技术熟练成都要求高， 因此采

5、用机器人技术，实现焊 接生产操作的柔性自动化，提高产品质量与劳动生产力，实现生产过程自动化，改善劳动条件。题目要求是：动作范围：手腕回转150 ,摆动90 ,旋转360。各轴最大速度要求：30 /S。额定载荷5kg，最大速度3m/s 0 2、腕部最大负荷:5kg。机器人是近30年发展起来的一种典型的、 机电一体化的、独立的自动化生 产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改善劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。自古以来，人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智 能的机器。特别是在20世纪20年代前后，捷克和美国的一

6、些科幻作家创作了一 批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品，更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。在现实生活中，一些民间工匠根据这些文学描绘，也制造出一些仿人或仿生的机器人。然而在当时的科技条件下，要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”，显然是不可能的。美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手，他首先突破了对机器人的传统观点，提出机 器人并不一定必须像人，但是必须能做一些人的工作。1954年,他依据这一想法 设计制作了世界上第一台机器人实验装置，发表了适用于重复作业的通用性工 业机器人一文，并获得了美国专利。戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与 数控机床的伺

7、服轴联结在一起，预定的机械手动作一经编程输入后，机械等就可 以离开人的辅助而独立运行。这种机器人也可以接受示教而完成各种简单任务。 示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现 出那些位置序列。1.2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）随着全球能源短缺、环境污染以及温室效应等问题的日益突显。 寻找可持续 的能源近年来，工业机器人的应用越来越广泛，种种迹象表明工业自动化时代已 经到来，工业机器人极有可能成为下一个迎来爆发式增长的新兴产业。另一方面, 中国工业机器人产业正处于前所未有的机遇期， 政策红利

8、、工业转型升级需求释放等机遇叠加，但中国工业机器人产业化发展却不尽如人意， 产业化进程发展缓 慢。工业机器人是生产过程中的关键设备，可用于安装、制造、检测、物流等生产环节，并广泛应用于 汽车及汽车零部件、电气 电子、化工、工程机械、轨道交 通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等 众多行业，应用领域广泛。产业具备加速发展条件，中国工业机器人的规模、分 布、技术、应用是产业加速发展的基础和条件。总体来看，中国工业机器人产业 处于起步期，整体规模较小；受产业发展阶段影响，龙头企业多分布在研发集中 的东北地区；技术投入虽逐年增长，但核心技术尚未产业化；人力替代需求旺盛，

9、 市场应用前景广阔。国际工业机器人协会统计资料显示，20082012年，我国工业机器人平均每 年安装量约15000台，2012年新安装量24800台。工业机器人产业经过20多年发展， 基本实现了从试验、引进到自主开发的转变。中国目前已基本掌握了机器人操作 机的设计制造、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。但我 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差距，主要体现 在：产品可靠性、精确度低于国外产品；机器人应用领域较窄，生产线系统技术 与国外比仍有差距；自主创新不足，诸多技术方面停留在仿制层

10、面，关键零部件 依赖进口，特别是在高性能交流伺服电机和高精密减速器方面的差距尤为明显； 在加工工艺方面，国内厂商的热处理技术较弱，直接影响工业机器人的控制精度。当前，我国的机器人生产品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货 周期长、成本高，而且质量、可靠性都不稳定。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、模块化设计，积极推进 产业化进程。目前，工业机器人产业发展处于内外部机遇叠加的重要发展期，工业转型升级推动装备产业发展、人口增长趋势有利于释放市场容量、 商业模式创 新活跃。同时，工业机器人产业经过初期的技术积累和产品市场规模的不断扩大， 正逐步接近

11、产业化快速发展的临界点。工业机器人是我国制造业转型升级必不可少的高端装备，是我国“十二五”规划 中重点发展的七大战略性新兴产业之一，也是其他新兴产业发展的重要基础。随 着我国产业转型升级的逐步推进，对以工业机器人为代表的智能装备的需求，将 呈爆发式增长。工业机器人产业作为战略性新兴产业，其产业化的快速发展与商业模式的创 新密不可分。工业机器人产业已经具备了基础技术条件， 足以支撑产业化的快速 发展。商业模式的建立有利于加快形成工业机器人产业体系， 改变原有的产业形 态。在信息技术、互联网技术基础上积累的商业模式创新经验， 为工业机器人产 业的发展提供了可资借鉴的良好经验。 机器人的应用，是从特

12、种作业领域，逐渐 向工业装备领域进行大规模市场拓展的，目前在众多领域已呈爆发式增长。同时，中国工业机器人面临巨大挑战。 产业发展缺乏战略层面规划，难以适 应现阶段产业化加速发展的要求；技术创新能力薄弱，关键零部件仍难以走出实 验室实现产业化，缺乏核心竞争力；在国外企业垄断全球市场的格局下， 传统模 仿跟随的发展路径与加速做大总量的现实需求不匹配。产业发展政策与产业发展 阶段不协调。众多国家级重大项目涉及机器人领域， 各地方政府也在大力 投资机 器人产业。但目前工业机器人还没有建立起产业体系， 管理缺失，导致产业规划、 政策研究、标准体系建设等行业重点工作存在缺位。2手腕结构的确定手腕是联接手臂

13、和末端执行器的部件， 处于机器人操作机的最末端，其功能 是在手臂和腰部实现了末端执行器在作业空间的三个坐标位置的基础上， 再由手 腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态坐标，即实现三个自由度。如下图所示，三个电机成三角形分布。图2- 1传动原理图3.基本参数的确定空间结构和手腕结构的确定，那么手腕回转、手腕摆动、和手腕旋转三个姿 态的自由度也得到了实现。表3-2机器人的主要规格参数动作范围手腕回转15030 /s手腕摆动9030 /s手腕旋转36030 /s额定载荷5kg最大速度3m/ s4手腕详细设计说明本课题的机器人将采用直流伺服电动机。因为它具有体积小、转矩大、输出力矩和电流成比例、伺服

14、性能好、反应快速、功率重量比大，稳定性好等优点。4.1手腕电机的选择提腕电机的选择手腕的最大负荷重量m1 5kg，初估腕部的重量m2 10kg，最大运动速度V=3m/s功率 p FV mgV 15 10 3450W取安全系数为 1.2， p 1.2p 1.2 450 540W考虑到传动损失和摩擦，最终的电机功率 p额=600W。执行机构的最大转速为60 1000V n=D286 r/min经查表按推荐的传动比合理范围i= 8到40 ,电动机转速范围是n=1988到11440r/mi n选择Z型并励直流电动机，技术参数如下表4-1 Z型并励直流电动机技术参数型 号额定电压(V)额定转矩(N/m)

15、额定转速(r/m)参考功率(W)重量(kg)Z200/20-4002002.8620006005.5Z型并励直流电动机，型号为摆腕和转腕电机的选择根据设计要求取相同型号的电机，选择Z200/20-400。4.2传动比的确定总传动比的确定转腕传动比的确定由上面算的n=286。47r/min最后求得总传动比n2000击i总=8取整i总=8n 286.47同理：提腕腕传动比的确定n 2000i 总=16n 150摆腕腕的传动比：n 2000i 总=14n 1434.3传动比的分配a转腕传动比的分配高速级传动比为i12 2,低速级i34 4b提腕传动比的分配高速级传动比为ii2 4,低速级i34 4C

16、摆腕传动比的分配高速级传动比为i122,低速级i3475.齿轮的设计5.1提腕部分齿轮设计A.第一极圆柱齿轮传动齿轮采用45号钢，锻造毛坯，正火处理后齿面硬度 170190HBS齿轮精度 等级为7极。取。a.设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核b.按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度条件的设计表达式人 3 ZhZeZ 2 2KTi u 1dit 3,hd u(4- 1)其中，d 0-8，u 2，Z 0.90，Ze 1898. MPa，Zh 1.8，6 p60 54T19.55 109.55 1011667Nn286.47选择材料的接触疲劳极根应力为：H1lim 58MPa

17、选择材料的接触疲劳极根应力为:F1lim 230MPaH 2lim 560MPaF2lim 210MPa应力循环次数N由下列公式计算可得(4-2)N160! at60 2000 300 8 1694.23 10N2Ni4.23 109292.16 10接触疲劳寿命系数ZN1 1.1,Zn2 1.02弯曲疲劳寿命系数Yn1 Yn21接触疲劳安全系数Sh min1,弯曲疲劳安全系数SFmin 1.5,又Yst 2.0，试选 Kt 1.3。求许用接触应力和许用弯曲应力:H1H1limSH minZN1型1.11638 MPaH2F1F2将有关值代入（d1tH limZ n 2SH min5801.0

18、21591.6MPaF1lim YST y230 2SF min1.51MPa 306.67MPaF2lim YST、/Yn2210 2SF min1.51MPa 280 MPa4一 1)得:2ZhZeZ2KtT1 u 1H221.8 189.8 0.92 1.3 11670 2 1591.60.8mm 245.65mm则V160Z1V1d1tn11001000 60 100020 4.752,m/s10045.65 20004.752m/s0.946m/s动载荷系数Kv 1.0 ；齿间载荷分配系数Ka 1 ,使用系数Ka 1 ；动载荷分布不均匀系数K 1.02 ;则 Kh KaKvK Ka

19、1.01 1.0 1.02 1.0 1.03修正 di / 45.65 厝 41-91mm2.09mmd141.91mmmz120取标准模数m 2mm。c.计算基本尺寸d1mz 22040 mmd2mz 240 80mmZ1Z250 100”am75m m22d.校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数Yfs14.1，Yfs23.8取 Y 0.7校核两齿轮的弯曲强度F12KT1dz/m3Yfs1Y(4 3)4.1 0.7MPaF2110.02 38 MPa 101.97MPa4.1F2所以齿轮完全达到要求。表5- 1齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径dd1 mz, 2 20 40mm d2 mz 2

20、 40 80mm齿顶咼haha ha m 12 2mm齿根高hfhf (ha c )m (1 0.25) 2 2.5mm齿全冋hh ha hf 2 2.5 4.25mm齿顶圆直径daida1 d120 44mm da2 d2 2ha 84mm齿根圆直径d f idf1 d1 2hf 43.75mm df2 d2 2hf 75mm基圆直径d bidb1 d1 cos36.95mm db2 d2 cos74.9mm齿距Pp m 3.14 2.57.85mm齿厚ss m/23.925mm齿槽宽ee m/23.925mm中心距aa (d1 d2)/ 2 75mm顶隙cc c m 0.25 2.50.6

21、25mm由于小齿轮分度圆直径较小，考虑到结构，小齿轮将做成齿轮轴。B.第二极圆柱齿轮传动齿轮采用45号钢，调质处理后齿面硬度180190HBS齿轮精度等级为7 极。取乙20,则z 4 20 80.在上面已经算出模数m=2,所以第二级齿轮的参数如下：表52齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径dd1 mz,2 20 40mm d2 mz22 80 160mm齿顶高haha ha m 1 2 2mm齿根高hfhf (ha c )m (1 0.25) 2 2.5mm齿全冋hh ha hf2 2.5 4.5mm齿顶圆直径da1da1 d1 2ha 44mm da2 d2 2ha 164mm齿根圆直径d

22、f 1d f1 d1 2hf 33.75mm df2 d2 2hf 158.75mm基圆直径db1db1 d1 cos37.56mm db2 d2 cos150.24mm齿距Pp m 3.14 26.28mm齿厚ss m/ 2 3.14mm齿槽宽ee m/ 2 3.14mm中心距aa (d1 d2) /2100mm顶隙cc c m 0.25 20.5mma.设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。b. 按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度的设计表达式dit2ZhZeh0.854KT12R (10.5 R)U(4 4)其中,0.8 , u 5 ,Ze189.8、MPa,Zh1

23、.8 ,6 P9.55 10 - n选择材料的接触疲劳极根应力为:Ti9.55106 2亦 9550 N?mm应力循环次数N由下式计算可得H 2lim 560MPaF2lim 210MPaN160n 1at(4-5)60 20003008 16Hum 580 MPa选择材料的接触疲劳极根应力为:F1iim 230MPa4.23 109N2Ni9皿 0.846109接触疲劳寿命系数 Zni 1.1, Zn2 1.02弯曲疲劳寿命系数Yni Yn21接触疲劳安全系数SHmin1,弯曲疲劳安全系数Sf min 1.5,又Yst 2.0，试选 Kt 1.3。求许用接触应力和许用弯曲应力:H1H1lim

24、 ,ZN1SH min型1.11638MPaH2H lim -ZN2SH min型 1.021591.6MPaF1F1lim Yst 7Yn230 2F2将有关值代入（SF min1.51MPa 306.67MPaF2lim YST、/Yn2210 2Sf min1.51MPa 280 MPa4 4)得:d1tf ZhZe4KT1h0.85 r(10.5 r)2u3 1.8 189.8591.64 1.3 9550 2 mm 0.85 0.3(1 0.5 0.3)2 243.3mm43.3 20004.53m/s60 100060 1000zv10020 4.53,m/ s1000.96m/s

25、动载荷系数Kv 1.0 ;使用系数Ka1 ;齿向载荷分布不均匀系数K 1.02 ;齿间载荷分配系数取Ka1，则 Kh KAKvK Ka 1.01 1.0 1.02 1.0 1.03修正d1讥39.1mmm 型mm 1.95mm Z120取标准模数m 2mmc. 计算基本尺寸d1 mz 2 20 40mmd2 mz22 100200mm240 2002120mmd. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数Yfsi4.1，Yfs23.8取 Y 0.7校核两齿轮的弯曲强度(4-6)4KTMsir(1 0.5 R)2Zi2m3 . 1 u2仁倔一药504.1Mpa0.8(1 0.5 0.8)2 202 23

26、.1 52F2YfSZ FS21MPaF121 3.8MPa 19MPa4.1F2所以齿轮完全达到要求。表5-3齿轮的几何尺寸符号公式分度圆直径dd1 m2 20 40mm d2 mz22 100 200mm齿顶咼haha ha m 12 2mm齿根高hfhf(ha c )m (1 0.2) 2 1.6mm齿顶圆直径dada1 d1 2ha cos 44mm da2 d? 2ha cos 202mm齿根圆直径dfd f1 d1 2hf cos37mm d f2 d2 2hf cos 197mm齿顶角atan a ha / R 0.01959齿根角ftan f hf / R 0.0235分度圆锥

27、角sinmz/2R 0.196顶锥角aaa 10.3根锥角fff10锥距RR mz/ 2si n102mm齿宽bb 0.2 0.35) R 20.4mm由于小齿轮的分度圆直径较小，所以作成齿轮轴5.2提腕腕部分齿轮设计第一极圆柱齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质处理后齿面硬度180190HBS 齿轮精度等级为7极。取z, 20,则z2 2 20 40。a.设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核b.按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度条件的设计表达式L2d3広乙2KT1 u 1(4- 1)d1t,hd u其中，d08，U 2，Z 0.90，ZE189.8 MPa，Zh 1.8，

28、P=mgV=10*10*3=300w/s n=150r/s0 310612100N ?mm1506 PT19.55 1069.55n选择材料的接触疲劳极根应力为：H 1lim58MPaH 2lim 560MPa选择材料的接触疲劳极根应力为:F1 lim 230MPaF2lim 210MPa应力循环次数N由下列公式计算可得60口 at(4-2)60 20003008 16N2N14.231092.1610接触疲劳寿命系数ZN1 1.1,ZN 21.02弯曲疲劳寿命系数丫N1丫N2接触疲劳安全系数Sh min1,弯曲疲劳安全系数SFmin 1.5,又Yst 2.0，试选 Kt 1.3求许用接触应力

29、和许用弯曲应力:H1580Zn21.02591.6MPaSHmin1F1lim Yst2302Yn11MPa 306.67MPaSF min1.5H1lim ,ZniSH min580 1.11638MPaH2F1F2lim YstSF minYN21MPa280MPaF2210 21.5将有关值代入（41）得:d1tZhZeZH222KtT1 u 11.8 189.8 0.9591.622 1.3 12100 2 1mm0.8 245.45mm则V1d1tn160 100045.65 200060 10004.552m/sZ1V1100处/5 0.936m/s1001.02 ;动载荷系数Kv

30、 1.0 ;使用系数Ka 1 ;动载荷分布不均匀系数K齿间载荷分配系数 Ka 1，则 KhK AKvK Ka 1.01 1.0 1.02 1.0 1.03修正d140.41mm2mmd1 40.41mmmZ120取标准模数m 2mmc.计算基本尺寸d1 mz 2 2040m md2 mz2 80160m m40 160100m md.校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数Yfsi4.1 , Yfs23.8取 Y 0.7校核两齿轮的弯曲强度F12KT123 dZi mYfsiY(4-3)2 1.03 121000.8 202 2.534.1 0.7MPaF1YFS2YFS1111.02MPaF1110

31、.02 3.8 MPa 103.97MPa4.1F2所以齿轮完全达到要求。表5-4齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径dd1 mzj 2 20 40mm d? mz22 80 160mm齿顶咼haha ha m 1 2 2mm齿根高hfhf (ha c )m (1 0.25) 2 2.5mm齿全冋hh ha hf2 2.5 4.5mm齿顶圆直径da1da1 d1 2ha 44mm da2 d? 2ha 164mm齿根圆直径d f 1d f1 d1 2hf 33.75mm df2 d2 2hf 158.75mm基圆直径db1db1 d1 cos37.56mm db2 d? cos 150.24m

32、m齿距pp m 3.14 26.28mm齿厚ss m/ 2 3.14mm齿槽宽ee m/ 2 3.14mm中心距aa (d1 d2) /2100mm顶隙cc c m 0.25 20.5mm第二级传动使用圆柱齿轮传动，齿轮采用 45号钢，调质处理后齿面硬度 180190HBS齿轮精度等级为7极。取Z1 20,则z? 4 20 80。经计算齿轮满 足要求。表5-5齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径dd1 mz12 20 40mm d2 mz22 80 160mm齿顶咼haha ha m 1 2 2mm齿根高hfhf (ha c)m (1 0.25) 2 2.5mm齿全冋hh ha hf2 2.5

33、 4.5mm齿顶圆直径da1da1 d1 2ha 44mm da2 d2 20164mm齿根圆直径d f1df1 d1 2hf 33.75mm df 2 d2 2hf 158.75mm基圆直径db1db1 d1cos37.56mm db2 d2 cos150.24mm齿距pp m 3.14 26.28mm齿厚ss m/23.14mm齿槽宽ee m/23.14mm中心距aa (d1 d2)/ 2100mm顶隙cc c m 0.25 20.5mm5.3摆腕腕部分齿轮设计第一极圆柱齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质处理后齿面硬度180190HBS 齿轮精度等级为7极。取乙20,则z 2 20 40。经

34、计算齿轮满足要求。小齿 轮作成齿轮轴。a. 设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核b. 按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度条件的设计表达式dJ ZhZeZd1t们 h22KT1 u 1d u其中，d 0-8, u 2 ,Z 0.90 , Ze189.8jMPa , Zh 1.8 ,P=mgV=10*10*3=300w/s n=150r/s6 pT19.55 109.55n选择材料的接触疲劳极根应力为：6 0 31012100N ?mm150H 1lim 58MPaH 2lim 560MPa选择材料的接触疲劳极根应力为:F1lim 230MPaF2lim 210MPa应力循

35、环次数N由下列公式计算可得60 20003008 16(4-2)N160qat4.23 109N2N194.23 102.16 109接触疲劳寿命系数ZN11.1,Zn2 1.02弯曲疲劳寿命系数YN1YN2接触疲劳安全系数SH min1,弯曲疲劳安全系数SFmin1.5,又Yst2.0，试选 Kt 1.3求许用接触应力和许用弯曲应力:H1HUJjmZN1 580 1.1638 MPaSH min1H lim -580 ,z N 21.02591.6MPaSHmin1F 1lim 丫ST2302Yn11MPa 306.67MPaSf min1.5H2F1F2lim YstSF minYN21M

36、Pa280 MPaF2210 21.5将有关值代入（41）得:ditZhZeZH21.8 189.8 0.9591.622KtT1 u 1d u22 1.3 12100 2 1mm0.8 245.45mm则V160 100045.65 200060 10004.552m/s100处/s 0.936m/s100修正d145.6540.41mmK 1.02 ；1.03动载荷系数Kv 1.0 ;使用系数Ka 1 ;动载荷分布不均匀系数 齿间载荷分配系数Ka 1，则Kh KAKvK Ka 1.01 1.0 1.02 1.02mmd1 40.41mmmz120取标准模数m 2mmc. 计算基本尺寸d1

37、mz 2 2040m md2 mz2 80160m m240 1602100m md. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数Yfs14.1，Yfs23.8取 Y 0.7校核两齿轮的弯曲强度F12KT1dZm3Yfs1Y4.1 0.7MPaYFS2YFS13 8F2110.02 MPa 103.97MPa4.1所以齿轮完全达到要求。表5-6齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径dd12 20 40mmd2 mz2 2 40 80mm齿顶咼haha ha m 12 2mm齿根高hfhf(ha c )m (1 0.2) 2 2.5mm齿全冋hh ha hf2 2.5 4.5mm齿顶圆直径da1da1 d1

38、 2ha 44mm da2 d2 2ha 84mm齿根圆直径d f 1df1 d1 2hf 35mm df2 d2 2hf 75mm基圆直径d b1db1 d1 cos37.56mm db2 d? cos75.17mm齿距Ppm 3.14 26.28mm齿厚ss m/ 23.14mm齿槽宽ee m/ 23.14mm中心距aa (d1 d2)/2 60mm顶隙cc c m 0.25 20.5mm第二极圆锥齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质处理后齿面硬度180190HBS 齿轮精度等级为7极。取乙20,则Z27 20 140。经计算齿轮满足要求。小齿轮作成齿轮轴。a. 设计准则按齿面接触疲劳强度设计

39、，再按齿根弯曲疲劳强度校核b. 按齿面接触疲劳强度设计齿面接触疲劳强度的设计表达式d1t 3 ZHZE4KT12h0.85 r(1 0.5 r)2u其中，d 0-8, u 5,P=mgv 5 10 3 150 w/s n=143r/min6 P T19.55 1069.55n选择材料的接触疲劳极根应力为：0 151069 5 50N ?mm143H 1lim 58MPaH 2lim 560MPa选择材料的接触疲劳极根应力为:F1lim 230MPaF2lim 210MPa应力循环次数N由下式计算可得60 20003008 16(4-5)N160n 1at4.23 109N2N14.23 109

40、0.846109接触疲劳寿命系数ZN11-1,Zn2 1.02弯曲疲劳寿命系数YN1YN2接触疲劳安全系数SH min1,弯曲疲劳安全系数SFmin1.5,又Yst2.0，试选 Kt 1.3。求许用接触应力和许用弯曲应力:H1H1lim ,ZN1SH min型1.11638MPaH2H lim ，ZN2SH min塑 1.021591.6MPaF1F1lim Yst yYn1230 2F2将有关值代入（SF min1.51MPa 306.67MPaF2lim YST vYn2210 2SF min1.51MPa 280 MPa4 4)得:dit23 ZhZe4KTi；h0.85 r(10.5

41、r)2u3 1.8 189.8591.643.3mm24 1.3 95500.85 0.3(1 0.5 0.3)2mm2亠也3 20004.53m/s60 100060 1000ZiVi10020 4.53,m/ s1000.96m/s动载荷系数Kv 1.0 ;使用系数Ka1 ;齿向载荷分布不均匀系数K 1.02 ;齿间载荷分配系数取Ka修正di43.31，贝U Kh KAKvK Ka39.immV i.3i.0i i.0 i.02 i.0 i.03m 色型mm i.95mm 乙 20取标准模数m 2mmc. 计算基本尺寸di mz 2 20 40mmd2 mz2 140280 mmZiZ24

42、02802160mmd. 校核齿根弯曲疲劳强度复合齿形系数Yfsi4.1 , Yfs23.8取 Y 0.7校核两齿轮的弯曲强度(4-6)4KTfsi_r(1 0.5 R)2Zi2m3 i u2_J1.035504.1_Mpa0.8(1 0.5 0.8)2 202 23 i 52F2YfS2Fi2iMPaFi4.1F2所以齿轮完全达到要求。表5 7齿轮的几何尺寸名称符号公式分度圆直径dd1 mzj 2 20 40mm d2 mz22 140 280mm齿顶咼haha ha m 12 2mm齿根高hfhf(ha c )m (1 0.2) 2 1.6mm齿顶圆直径dada1 d1 2ha cos 4

43、4mm da2 d2 2ha cos 282mm齿根圆直径dfd f1 d1 2hf cos 37mm df2 d2 2hf cos277mm齿顶角atan a ha / R 0.01959齿根角ftan f hf / R 0.0235分度圆锥角sinmz/2R 0.196顶锥角aaa103根锥角fff10锥距RR mz/2si n102mm齿宽bb (0.2 0.35)R20.4mm6轴的设计和校核轴的结构决定于受力情况、轴上零件的布置和固定方式、轴承的类型和尺寸、 轴的毛坯，制造和装配工艺、以及运输、安装等条件。轴的结构，应使轴受力合 理，避免或减轻应力集中，有良好的工艺性，并使轴上零件定位可靠、装配方便。 对于要求刚度大的轴，还应该从结构上考虑减少轴的变形。6.1摆腕输入轴的设计a:轴的材料为45号刚，调制处理。(1)求输入功率，转速和转矩。根据电机的基本参数可以知道p1=0.6kwn1=2000r/min T仁95500000.6 2000 2860N/mm2初步确定轴的最小直径。取心陀于是得dmp=H2嗔辭亦根据联轴器的型号选轴的最小直径是 12mmb:各段轴径和长度的确定初估轴径后，就可按照轴上零件的安装顺序从 dmin处开始逐段确定轴径，上面计算的