《仿生蛇机器人的结构设计》18000字（论文）

仿生蛇机器人的结构设计目录TOC\o"1-2"\h\u21783摘要 110602第一章绪论 2213271.1选题背景及意义 2248181.2国内外研究概况 4220831.3发展前景 769321.4本文研究内容 881951.5本章小结 94609第二章总体方案与传动方案的分析与设计 1022652.1生物蛇身体结构的分析 1041712.2生物蛇运动方式分析 10324372.3总体方案分析与设计 1128542.4关节模块的设计原理 13278972.5传动方案的初步设计 13182992.6本章小结 1414258第三章驱动方式的选择及型号的确定 15104423.1驱动方式的选择 1534503.2电机型号的确定 16327543.3本章小结 1911678第四章齿轮的设计与校核 2085304.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 20277064.2按齿面接触疲劳强度设计 2012544.3按齿根弯曲疲劳强度设计 23195594.4几何尺寸的计算 2621194.5强度校核 2722264.6本章小结 2827066第五章轴的设计与校核 29257195.1轴的设计 2932525.2轴的校核 32135185.3轴上零件的校核 33234215.4本章小结 3317966第六章其他零部件的选取及设计 34304166.1轴承的选取 35112596.2万向节的结构设计 39111886.3蛇身壳体的设计 39126876.4连接部分的选择 40104616.5本章小结 408321参考文献 40摘要仿生学是集生物科学和工程技术于一体的一种综合学科，通过学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制，来改进现有的或创造新的机械和仪器系统等，仿生学在很多领域都取得了丰富的成果。本说明书主要对仿生蛇机器人进行了一些基本的研究。文中对存在于自然界中的生物蛇的身体构造和运动方式进行了研究。通过对生物蛇的身体结构的分析，本次方案采用了关节模块化的设计思想，将该机人分成4个模块，每个模块采用相同的结构，通过联接，最终可组成一个高冗余度的结构体。通过对生物蛇的蜿蜒蠕动爬行的模仿来构成其运动方式，最终呈现的运动轨迹为“s”形。为了顺利的完成这种运动，将两个舵机的放置形式设置成相互垂直，这样可以使得，当一个单元进行水平方向的横摆运动时，另一个也可以进行垂直方向的抬起运动。两个单元之间通过万向节进行连接组合，同时万向节也可以控制转向。本次设计的创新点可以体现在万向节的结构设计上，在结构允许的情况下，尽量使机器人变得更轻、更小，运动更加的智能化。关键词：仿生蛇；结构设计；运动规划；关节模块化；蜿蜒蠕动；万向节第一章绪论1.1选题背景及意义大自然不仅仅赋予人类生命和丰富的自然资源，而且其丰富的生命形态给予了人类无穷无尽的启迪，让人们充分地利用自然和改造自然。这些启迪加上人类的聪明才智使科学技术不断进步，推动人类社会发展。动物的进化过程是个适者生存，劣者淘汰的过程，现存在世的各种动物均有其在某一方面的特殊能力，而得以在进化的过程中保留[1]。从小鸟的展翅飞翔，到形状各异的风筝，还有后来更为先进的飞机。从蝙蝠的夜间疾飞到当今军事和民航上至关重要的雷达系统，都充分体现了研究生物系统对科学技术发展的重大贡献。模仿和探索大自然中生物的运动和功能，理解和获取有利的运动和控制原理，促使了仿生学的出现和发展。仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘学科，它由生命科学和工程技术科学相互渗透、相互结合而成。可以说仿生学的研究对科学技术和社会的发展起着举足轻重的作用。就比如说，人们是通过研究苍蝇后翅的平衡棒的功能才发明了保持飞机和火箭上平衡性的振动陀螺仪；通过研究蝙蝠在捕捉食物的过程发明了雷达；人们还通过研究鸟类的身体构造才发明了飞机等等。仿生系统以其能体现和再现生命特征成为现代研究的重点课题。生命系统的自主运动和适应能力的物理实现不仅能够把人从繁重、危险、单调乏味的工作环境中解脱出来，而且能够代替人在危险场合完成复杂作业。仿生学将生命原理应用到工程系统的研究和设计中，尤其对当今日益发展的机器人学科起到了巨大的推动作用，促进了仿生机器人领域的蓬勃发展。随着科技的不断进步、社会的不断发展以及人们对美好生活的不断追求，越来越多仿生机器人出现在我们的生活中。工业器人、服务机器人、安保机器人等不同类型的机器人开始出现在医疗、生活、安全等方面。与此同时，人工智能技术已经成为了世界各国必争的前沿技术，仿生机器人也被许多国家重视了起来。各个国家机器人的发展跟各个国家的需求紧密相关，就比如说，美国所研发的机器人主要运用在在军用和航天等领域；欧盟国家所研发的机器人主要运用在医疗与服务等领域；日本所研发的机器人主要运用在仿人和娱乐等领域。到目前为止，对于仿生机器人的研究方向大致有两大方向：一类是仿人的功能性机器人。例如：模仿人手部的功能，实现机械手自由识别抓取物品；通过人工智能机器视觉技术模拟人类的大脑功能，已能实现机器人的自主运动及识别功能。另外一类是仿非人类生物的机器人，其难度上并不低于仿人机器人，例如说，实现自由运动的昆虫类机器人、在水里自由游动的鱼类机器人、能够飞翔的鸟类机器人等。从古至今，人们的许多发明都是受到了大自然的启发。但是在一些特定的环境中，这些机器人的适应性依然比不上真正意义上的动物。就比如说，雷达工作的过程跟蝙蝠捕捉食物的过程相比而言，雷达工作可能存在盲区；大型远洋货轮的灵活性和稳定性跟鲸鱼相比而言，就远不如鲸鱼。如果想去掉这些缺点的话，就需要对其进行仿生运动的研究从而来弥补这些不足。不过蛇形机器人也具有其它动物所不具有的运动形式和结构构造，其所具备的适应各种地理和自然环境的各项能力也是动物无法媲美的。在绝大多数人眼中，蛇是一种可怕的动物，甚至有很多人不愿意提及或看到这种动物。从圣经上的关于蛇的描写到中国寓言中农夫和蛇的故事，无不反映出蛇阴险和可怕的一面。当然它本身与众不同的移动方式，也使人们产生恐慌和害怕，从而避而远之。其实蛇是非常有益于人类的动物，它可以消灭老鼠等害虫，而且对于整个生态平衡起着至关重要的作用。当然本文并不是研究生物蛇和人类的关系，而是根据蛇的生理结构和运动特点，设计和研究蛇形机器人的结构和运动，是从仿生学的角度出发研制有利于人类社会的机器人。自然界中蛇类在爬行动物中属于比较庞大的一类，并且分布十分广泛。蛇类的运动是一种“无肢运动”，不需要轮子和腿，而且其运动形式可以根据所在自然环境和生存方式的变化做出调整，或婉蜒运动，或蠕动运动、或侧向运动，也可以在水中游动等等。当代机器人的研究领域己经从结构环境下的定点作业向非结构环境下的自主作业发展。机器人被急切需要应用到环境复杂、高度危险和人类无法进入的场合完成作业。除了传统的车型设计方法外，机器人学者把目光转向了生物界，力求从具有各种运动特征的动植物上获得启发，设计新的仿生机器人。蛇形机器人就是在这种条件下孕育而生的。蛇的各种独特的运动特性赋予蛇形机器人以多种功能。蛇形机器人不但能够适应各种复杂地形，能够平均分配自己的体重，还具有自封闭的结构等特点使其吸引了国内外众多机器人学研究人员展开了对蛇形机器人的研究。对蛇形机器人运动控制的研究可以满足一些行业的需求，比如，在军事中的侦查任务的应用；在救援中寻找伤员；在医疗中进入人体进行疾病的诊测；在工业中进行管道的探测；作为在教学等环境为研究数学、力学、控制理论和人工智能等提供实验平台。1.2国内外研究概况蛇形机器人的研究开创了仿生机器人研究的新领域，同时由于蛇形机器人的广泛应用前景，世界上各个国家的机器人爱好者纷纷开始了蛇形机器人的研究。关于蛇形机器人的研究，美国和日本走在前列，此外加拿大、英国、瑞典、澳大利亚等国也都在开展这方面的技术研究。从仿生学的角度，第一代蛇形机器人结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立的蛇的行波运动学模型，并研制的机器蛇样机——SolidSnake，并利用SolidSnake实现了蛇的蠕动、游动、侧移、侧滚、抬头、翻越障碍物等运动形式。SolidSnake利用垂直和水平方向正交的关节来拟和蛇类生物柔软的身体，每两个正交的关节组成一个单元体，每个单元体相当于一个万向节，具有两个方向的自由度，整体形成一个高冗余度的结构体。这样的机构设计使蛇体具有向任何方向弯曲的能力。第二代蛇形机器人SolidSnakeII蛇形机器人充分考虑了蛇类生物的运动特点，从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的运动形式。采用模块化设计思路，每个关节均可很容易进行拆卸。机器蛇的8个关节整体形成一个高冗余度的结构体，很容易模仿实现蛇体的复杂运动形式。为了减少机器蛇的运动中的摩擦阻力，在机器蛇两侧安装有从动轮，实现了蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性。采用轻型耐磨塑料制造蛇形机器人的主要结构，既减轻了蛇体的重量，又降低了加工的成本。SolidSnakeII蛇形机器人设有多项预留位置，如配备局部控制器、位置及力矩侍服器、从动轮锁死装置等配套装置，可实现机器蛇环境识别和自主运动。在机器蛇的头部配置有红外线探测头，可反馈对环境的监视数据。在电路设计上采用485总线联接。上位机为PC机控制，通过对总线的定时轮询来实现随时插拔关节。此设计能方便地实现替换任意关节，能根据不同任务随时拆卸安装新的关节，甚至实现带电插拔，极大的增强了蛇形机器人的可靠性和耐用性。并且，SolidSnakeII搭建了完善的软硬件开发平台，为后续的研究开发奠定了坚实的基础。随着研究的深入展开，蛇形机器人研究与应用一定会有更广阔的天地。上个世纪七十年代，日本东京工业大学的Hi-rose教授就已经开始了蛇形机器人的研究。Hirose教授于1972年研制了第一台蛇形机器人（Mechanistically-MICMAC）。该机器人的总长为2m，具有20个关节，依靠伺服机构来驱动关节左右摆动。为与地面有效地接触，该机器人的腹部安装了脚轮。该机器人的最大速度为40cm/s，只能在平面上运动[2]。继第一台蛇形机器人之后，Hirose教授的研究室又先后研制了一系列的蛇形机器人。ACM-R3是最近的研究成果，ACM-R3机器人采用完全无线控制的方式，每个关节自带电源。而且ACM-R3为三维结构，能够在三维环境中运动和完成复杂的三动作[3,4]。日本的NEC公司的Takanashi研制了刚性关节连接的蛇形机器人，该机器人的机构采用了特殊的关节结构，具有6个管状的连杆，长1.4m，直径42mm，重4.6kg，能够实现三维空间运动，可以应用在危险情况下的勘查和营救工作[5]。美国宇航局(NASA)的SnakeBot。美国宇航局的NASA于1999年开始研究多关节的蛇形机器人，并在2000年推出第一代蛇形机器人，它能上脚手架，进入裂缝，这些特点可以帮助人类寻找化石或者去其他空间探测，去寻找另一个星球上的水。机器人采用相邻正交的串联机构，由一台主机控制。它的每一节都装了一对伺服电机，有两个自由度。每一节还装有应变传感器，可以感知接触到的任何东西，以及地面的状况。根据这些信息，每一节的微处理器可以控制自身做出反应，而无需等待主机发出控制指令，就像真蛇的运动神经一样反应敏捷。该机器人能完成蠕动前进，游动前进，翻越简单障碍物等功能[6]。德国Gavin.HS1-S5。德国人Gavin.H从约1997年开始从事蛇形机器人的研究工作，到目前为止共设计并制作了S1、S2、S3、S4、S5五代蛇形机器人。其研究已经达到相当高的水平，特点是：各个关节形状尺寸不同，高度模拟生物蛇；为二维结构，无法完成三维空间运动；依靠从动轮而不是摩擦运动，运动速度很高，主要运动方式为游动。德国GMD国家实验室的AiS。德国GMD国家实验室也开发出了基于模块式结构和CAN总线的蛇形机器人，其结构为三维关节，每关节有三个电机及六个力矩传感器，六个红外传感器，因此结构相当复杂，直径达20cm左右。其控制方式为：上位机-总线-下位机。目前该机器人具有速度及位置闭环，能翻越简单障碍，具有一定的自主反应能力。此外，还有很多蛇形机器人先后被开发，这里就不一一介绍了。挪威科技工业研究院(SINTEFResearchInstitute)已经设计出一种用于火星表面探测的蛇形机器人，目前正在努力改进。这种机器人形体类似于蛇，并能够像蛇一样穿越几乎所有障碍。在我国，蛇形机器人的研究刚刚起步，但是进步较快。哈尔滨工业大学机器人研究所，上海交通大学等单位首先进行了蛇形机器人仿生方面的一些研究工作。上海交通大学崔显世、颜国正于1999年3月研制了我国第一台微小型仿蛇机器人样机，该机构由一系列刚性连杆连接而成，步进电机控制相邻两刚性连杆之间的夹角，使连杆可以在水平面内摆动，样机底面装有滚动轴承作为被动轮，用以改变纵向和横向摩擦系数之比，其后又相继作了一些相关的理论研究[7]。2002年，国防科技技术大学研制了一个蛇形机器人样机，该样机不但可以实现平面内运动，而且采用密封外皮后，能在水面上实现蜿蜒运动。国防科大RoboSnake是国内最早报道的蛇形机器人，最初为二维结构，依靠从动轮前进，长约1.5米，重约3Kg。共分十七节。它能在地上或草丛中自主地蜿蜒运动，前进、后退、转弯和加速等都活动自如，最大运动速度可达每分钟二十米。最有趣的是，披上“蛇皮”后，它还能像蛇一样在水中游泳，摆动着的“身躯”激起层层涟漪[8]。中科院沈阳自动化所机器人重点实验室也开始了蛇形机器人的研究，并提出一种新型蛇形机器人结构，可以实现多种适应环境的平面和空间运动形式，并且作了深入的理论研究。沈阳航天航空大学等单位也开始蛇形机器人的相关研究工作[9]。1.3发展前景仿生机器人从诞生、发展，到现在短短几十年的时间里，对其研究取得了一系列的成果，开辟了机器人领域独特的技术发展道路和研究方法，大大开阔了人们的眼界，显示出了广阔的应用前景和极强的生命力。但由于其学科交叉性，发展至今依然存在“形似而神不似”、达不到生物系统的精巧程度、实际应用有限等诸多问题。通过对仿生机器人发展前景分析，随着机器人作业环境的复杂化，要解决机器人面临的问题，必须向自然界学习，从自然界为人类提供的丰富多彩的实例中寻求解决问题的途径，通过对自然界生物的学习、模仿、复制和再造的过程中，发现和发展相关的理论和技术方法，使机器人在功能和技术层次上不断提高。仿生机器人在军事，娱乐和服务等方面的重要性，已经成为21世纪机器人研究的热点。我国仿生研究起步较晚，近30年来在NSFC的大力资助下，经历了跟踪国外研究、模仿国外成果到局部领域齐头并进三个阶段。如北京航空航天大学孙茂教授利用Naiver-Stokes方程数值解和涡动力学理论研究了模型昆虫翼作非定常运动时的气动力特性，解释了昆虫产生高升力的机理，为微型仿生扑翼飞行器的设计提供了理论基础，在国际昆虫扑翼飞行机理研究方面占有一席之地。通过对仿生机器人发展前景分析，仿生机器人研究的前提是对生物本质的深刻认识以及对现有科学技术的充分掌握，研究涉及多学科的交叉融合，其发展趋势应该是将现代机构学和机器人学的新理论、新方法与复杂的生物特性相结合，实现结构仿生、材料仿生、功能仿生、控制仿生和群体仿生的统一，以达到与生物更加近似的性能，适应复杂多变的环境，最终实现宏观和微观相结合的仿生机器人系统，从而实现广阔的应用。自然界的生物在35亿年的物竞天择中，表现出了完美的生物合理性和对自然环境的高度适应性，这为机器人的研究发展提供了新思路、新方法，使得机器人这一学科突破了原有技术的束缚，借大自然之手开辟出仿生机器人这一新的发展道路。随着对仿生机器人研究的不断深入，生物的部分结构特性和功能已经被逐渐揭示，在仿生结构、仿生材料、生物信息感知等仿生机器人的重要领域取得了一定的研究进展，部分研究成果已经逐步在生产生活中开展了试验性应用，其优良的性能显示出了仿生机器人广阔的前景。现有仿生机器人的功能特性仍然与被模仿的生物存在很大差距，究其原因，仿生机器人的研究还存在对生物机理揭示不深，仿生结构、仿生材料、仿生控制、仿生能量等方面都与生物相应特性差距较大等问题，这都限制了仿生机器人的发展。在未来的发展中，应逐步摒弃传统的机器人研究方法，利用多学科优势并从生物性能出发，使得仿生机器人向着结构与生物材料一体化的类生命系统发展，从而在生产生活中发挥重要的作用。以上便是仿生机器人发展前景的所有分析了。1.4本文研究内容本文的研究对象是仿生蛇爬行机器人，具体的研究内容如下:主要研究内容：一是仿生蛇驱动方式比对与选择。仿生蛇的关节结构设计首先应当确定驱动方案，因为只有确定了驱动方案，才能在此基础上进行关节结构的设计。仿生蛇的驱动方案可以有多种形式，例如形状记忆合金SMA驱动、气动人工肌肉驱动、电机驱动等等。此次设计采用电机驱动。二是仿生蛇蠕动结构设计；三是仿生蛇关节衔接与传动结构设计。基本思路：一是广泛了解仿生蛇爬行机器人的知识文献。包括各种仿生蛇爬行机器人的文献，以及对国内外的需求有大致的了解。二是对于仿生蛇爬行机器人结构进行初步构想。三是对所构想的仿生蛇爬行机器人结构进行检验与改进。四是仿生蛇爬行机器人结构设计完成。主要研究方式方法：一是文献分析，通过搜集与本研究相关的文献资料总结创新本方案，在对国内外成功案例的学习分析后，设计本课题机器人。二是计算设计，通过已经学习的相关专业知识对本课题展开创新设计，确定设计总方案，同时计算校核相关关键元件的强度寿命等参数。三是设计图纸，通过前期的计算进行零件图和装配图的设计，通过设计再进行验证看计算是否合理。四是现实应用，从实际出发，兼及现实性与经济性。设计选型主要以标准件为主。1.5本章小结本章首先通过查阅资料，简单的分析了选题背景及意义、国内外研究现状及发展前景等方面，了解到了当下仿生蛇爬行机器人乃至仿生机器人的现状，结合这些对接下来的设计有所帮助。最后大致叙述了一下研究内容，主要是先确定设计方案，再画二维图纸及进行计算校核。第二章总体方案与传动方案的分析与设计2.1生物蛇身体结构的分析蛇是无四肢动物中最庞大的一类，遍布于世界各地，大约有2500多种，分为盲蛇科、蟒蛇科、游蛇科、蝰蛇科等11个蛇科。广泛的地理分布和悠久的进化历史，充分证明了这一种群的适应性和运动的优越性。蛇类具有十分独特的运动方式，它没有足，但靠躯体的摆动可以在地面上快速爬行，蛇类爬行的时速为1.5公里左右。蛇类能做到这一点是与其独特的身体结构密切相关的。虽然蛇类分为很多的种类，但是它们的主要身体结构十分的相似[13]。在长期的进化过程中，蛇类体形的变长是通过它自身脊椎骨数量的增加来实现的，这样可以保持身体的柔性。通常脊椎骨多达200-400枚。蛇的脊椎骨的一端有个球形的突起，而另一端有个球形凹陷，这样每根脊椎骨的突起可以和相邻脊椎骨的凹陷结合形成一个“球铰”。球套关节由一系列的表面形成，产生有限范围的水平和垂直运动。对于大多数蛇，脊骨运动范围为水平10°～20°，垂直2°～3°。虽然关节的活动范围很小，但由于蛇的脊骨数量庞大，通过相邻脊骨间微量变化的叠加就可以实现蛇体构型上的很大调整。另外，蛇的身体周身覆盖有排列规则的鳞片，其中对运动起重要作用的是腹部鳞片。自然界中的蛇借助于腹鳞与地面的作用力向前运动，腹鳞的主要特性是蛇在运动时，其法向摩擦系数大于切向摩擦系数，使得蛇在移动时切向摩擦力很小，提高其运动效率[14]。2.2生物蛇运动方式分析仿生蛇形机器人的结构功能分析来源于自然界中的生物蛇，生物蛇的脊椎骨使得它们可以大幅度地弯曲身体，其主要运动方式有下述几种类型：第一种是直线运动：生物蛇通过腹部肌肉的收缩产生推动力使得蛇身前进，但是该运动方式不具有普遍性，唯有腹鳞与其下方的组织之间比较疏松的蛇类可采取此种运动方式，且行进速度较慢。第二种是弯蜒运动，所有的蛇都能以这种方式向前爬行。爬行时，蛇体在地面上作水平波状弯曲，使弯曲处的后边施力于粗糙的地面上，由地面的反作用力推动蛇体前进，如果把蛇放在平滑的玻璃板上，那它就寸步难行，无法以这种方式爬行了，当然，不必因此为蛇担忧，因为在自然界是不会有像玻璃那样光滑的地面的。第三种是伸缩运动：首先将蛇身的后半部分保持静止状态，前半部分移动至可作为支撑点的某处，然后借着该支撑力收缩后半部分，如此循环往复完成伸缩运动。与伸缩运动相反，这种运动方式适用于光滑地面或是洞穴等较为狭窄的空间中。第四种是侧向运动：这是生活在沙漠中的蛇惯用的运动方式，蛇身的前进方向与蛇头的方向保持一致，前进时只有小部分身体与地面接触，利用腹部与沙子之间产生的摩擦力作为推动力，在沙漠上留下的痕迹为相互平行的“J”形痕迹。2.3总体方案分析与设计通过对上述几种运动方式的分析与比较，本文决定采用的运动方式为蜿蜒运动。根据生物蛇的身体构造特点，蛇形机器人的结构设计采用了将关节模块化的设计思想，该机器人使用数个相同的关节模块，经过连接，最终可组成一个高冗余度的结构体。为节省图纸空间，本方案只采用4个关节模块相连接作为总结构，总体结构的三维图及思路如下所示。总方案图蛇形机器人由关节模块、连接部分、从动轮3部分组成。关节模块属于转向部分，也是本次毕业设计最为关键的部分；连接部分是用来保证蛇形机器人的长度，本次设计共使用了4段关节模块，通过3个连接部分的连接使其成为一个整体；从动轮的设计是为了减少蛇身壳体与地面之间的摩擦，使蛇形机器人可以顺利前行，采用一对从动轮则是为了保持整体的平衡，防止机器人因结构设计的不对称而导致自身载荷分布不均，影响其运动效果。关节模块的三维图及结构设计如下：关节模块的设计图关节模块主要由驱动单元、传动单元、万向节、蛇身壳体及固定板5部分组成，关节模块设计为两个自由度，每个模块配备两个驱动单元，两个传动单元，一个万向节，两个蛇身壳体以及四个固定板。每个驱动单元控制一个旋转自由度，两个驱动单元按照其输出轴的方向垂直放置，使其控制不同的运动方向。当水平驱动单元开始驱动时，仿生蛇爬行机器人实现左右摆动；当垂直驱动单元开始驱动时，仿生蛇爬行机器人实现上下摆动。传动单元采用齿轮传动的方式，齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。本次设计使用最常用的渐开线齿轮传动。齿轮传动的主要特点有：（1）效率高。在常用的机械传动中，以齿轮的传动效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99％。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高1％，也有很大的经济意义。（2）结构紧凑。在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。（3）工作可靠、寿命长。设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。（4）传动比稳定。传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也是由于具有这一特点，且传动效率最高可达0.99；传动精度也高，可以保证准确的传动比，实现平稳传动[10]。万向节通过传动单元实现两个驱动单元的连接，从而实现关节模块的转向运动，并且通过万向节可以实现两种传动互不干扰。蛇身壳体设计为有一定厚度的空心圆柱壳样式，为方便驱动单元的安装与固定，一侧底面与壳体设计成一体，另一侧则设计为可拆卸的活动面。固定板则是成对存在，用来支撑齿轮的传动轴和万向节的光轴，通过螺柱连接固定在与壳体一体的底面上。2.4关节模块的设计原理两个按照其输出轴的垂直方向放置的驱动单元均按照一定角度进行转动，一个控制水平方向的摆动，另一个控制垂直方向的抬起运动。由于通过万向节的两根光轴分别由固定在两个蛇身壳体上的固定板支撑，万向节自身已被完全约束，无法实现自身的转动。而万向节通过两个传动单元连接了两个运动方向互相垂直的驱动单元，就相当于人身上的关节处，因此，当两个驱动单元的输出轴发生转动的时候，实际上是关节模块的其他组成部分与万向节发生了相对转动，即蛇形机器人的关节处产生了相对转动。为了便于理解，将关节模块的三维图去掉蛇身壳体后展示其效果，如下图：去掉蛇身壳体后的效果图2.5传动方案的初步设计减速齿轮组采用两级减速，设计为三个齿轮相啮合，每级传动比均为3，位置结构如图所示，驱动单元通过输出轴与小齿轮的配合实现小齿轮的转动，固定在传动轴上的大齿轮左侧与小齿轮啮合，右侧则是与固定在万向节基体上的扇形齿轮啮合，从而实现驱动单元与减速齿轮组之间的扭矩的传递。齿轮布置图2.6本章小结本章首先对生物蛇的身体结构和及其运动形式进行了简单分析，了解到生物蛇的运动方式大致可以分为四种，直线、蜿蜒、伸缩、侧向。通过从生物蛇的骨骼结构角度出发进行了一系列的分析，抽象出了一种关节模块的结构形式。经过不同驱动方式的比对，分析了利弊之后，确定选用电机作为驱动器方式，而后进行了仿生蛇爬行机器人的身体关节设计以及每个驱动单元如何放置。本章的最后对仿生蛇爬行机器人的传动方案进行了初步的设计，并确定了每级的传动比。第三章驱动方式的选择及型号的确定3.1驱动方式的选择目前，驱动方式主要有气动式，液压式和电机式这三种，优缺点如下表所示。表1三种驱动方式的优缺点优点缺点气动式精确度高，反应迅速，可在较短时间内达到所需的压力和速度，且可以实现无极调速。工作介质为空气，气源方便且不会对环境造成污染。远距离输送时可减少能量损失。位置控制和速度控制的精度不高，通常是两个极限位置使用。由于压力级不高，总的输出力也不大。噪声大，效率低。液压式体积小，质量轻，因此惯性力小，不会产生大的冲击。可无极调速，实现速度、位置的精确控制。传动功率大，低速、平稳。安装成本高。液压元件及管道易渗漏，会污染环境，需处理好密封问题。电机式控制性能好，灵活性较强，可实现速度、位置的精确控制。适用性较强，不受环境温度等因素影响且不会对环境造成影响。安装方便，维护检修也方便。易受电源电压、频率变化的影响。推力较小，若使用大推力，成本高。基于上述表格，选择电机式的驱动单元。电机驱动有以下几种方式：（1）电机控制杆驱动器：电机固定在一个关节上，通过引入一个中间杆件使电机轴转动驱动另一个关节，显然结构比较复杂。（2）电机锥形齿轮驱动器：这种驱动方式是一对锥齿轮分别固定在相邻的关节上，电机转动时，通过锥形齿轮传动，使得相邻单元间产生相对转动。这种结构的缺点在于小模数锥形齿轮的设计和加工难度较高，而且成本也较高。（3）电机直接驱动：这种驱动方式是将电机安装于两个单元之间的连接处，机壳和转子分别连接在不同的关节上，当电机轴转动时，即可使得相邻关节发生相对转动[14]。这种方案在结构上不复杂，而且加工也较为容易，因此本文采用电机直接驱动这种驱动方案。3.2电机型号的确定根据总体方案，选用的电机需满足以下要求：（1）电动机的灵敏性较高，可实现对速度、位置的精确控制，可以保证机器蛇以一定的角度转动。（2）输出功率较大，启动转矩大，转动惯量小，适用于中小型机器人。（3）体积、质量小，轴向尺寸短，可以较好地把握机器蛇的整体尺寸大小。目前市场上所常见的电机大致分为三种：步进电机、伺服电机以及舵机，下面是对三种电机的区别进行分析，从而来判断最终选择的电机类型。首先，这三种电机不属于并列关系。因为步进电机和伺服电机是可以在功能上进行对比的；而舵机指的是伺服电机在航模、小型机器人等领域下常用的一个特殊版本，一般来说比较轻量、小型、简化和廉价，并附带减速机构。而步进电机和伺服电机本质上的最大区别在于，一个是开环控制，一个是闭环控制。步进电机接收的是电脉冲信号，根据信号数量转过相应的步距角。转动的角度就是步距角，是步进电机的固有属性。假如步距角是15°，表示每接收一个脉冲电机就转过15°。所谓开环，就是只管控制，不管反馈。步进电机接收脉冲后转动，但不保证一定能转到。比如脉冲频率过高或者负载较大，就会造成失步。所以说使用步进电机的场合，要么不需要位置反馈，要么在其他设备上进行位置反馈。比如模型小车的车轮、光驱的光头、摄像机云台，以及各种行业机械设备等。步进电机一般如图所示：图图是步进电机的内部结构：图步进电机与普通直流交流电机的原理均不同，步进转动靠的是定子线圈绕组不同相位的电流以及定子和转子上齿槽产生的转矩。而伺服电机则是闭环控制，即通过传感器实时反馈电机的运行状态，由控制芯片进行实时调节。一般工业用的伺服电机都是三环控制，即电流环、速度环、位置环，分别能反馈电机运行的角加速度、角速度和旋转位置。芯片通过三者的反馈控制电机各相的驱动电流，实现电机的速度和位置都准确按照预定运行。伺服电机能保证只要负载在额定范围内，就能达到很高的精度，具体精度首先受制于编码器的码盘，与控制算法也有很大关系。与步进电机原理结构不同的是，伺服电机由于把控制电路放到了电机之外，里面的电机部分就是标准的直流电机或交流感应电机。一般情况下电机的原始扭矩是不够用的，往往需要配合减速机进行工作，可以使用减速齿轮组或行星减速器。伺服电机常用于需要高精度定位的领域，比如机床、工业机械臂、机器人等。常见的伺服电机如图所示图内部结构（空心杯无刷直流电机）如图所示图而舵机则是国人起的俗称，因为航模爱好者们最初用它控制船舵、飞机舵面而得名。伺服电机的英文是servomotor，有人简称为servo。从结构来分析，舵机包括一个小型直流电机，加上传感器、控制芯片、减速齿轮组，装进一体化外壳。能够通过输入信号（一般是PWM信号，也有的是数字信号）控制旋转角度。由于是简化版，原本伺服电机的三环控制被简化成了一环，即只检测位置环。廉价的方案就是一个电位器，通过电阻来检测，高级的方案则会用到霍尔传感器，或者光栅编码器。给模型用的舵机很多干脆就是塑料外壳加塑料齿轮组。比如著名的廉价舵机SG90，俗称9g舵机（因为重量是9g）：图随着消费级小型机器人在近两年的热潮，小型轻量的舵机一下子成了最合适的关节元件。但机器人关节对性能的要求远高于船舵，而作为商业产品也比DIY玩家对舵机质量要求高得多。舵机的优势在于结构紧凑、使用方便、价格便宜，但位置精度、负载能力及维持位置的能力有限，适合对控制性能要求不高、体积要求小的场合。基于以上几点理由，选择S9204舵机(图)，性能参数如下。图S9204舵机表舵机的性能参数型号FUTABA-S9204电压4.8V~6V空载速度堵转扭矩9.5KG/CM尺寸重量53g主齿25T舵机布局：为实现万向节的结构要求，舵机输出轴以相互垂直的形式放置。3.3本章小结本章首先通过分析不同的驱动方式（气动式、液压式、电机式），从而选择电机式作为机器人的驱动方式。再从电机驱动的三种方式中确定了电机直接驱动这种驱动方案。最后通过对步进电机、伺服电机以及舵机的优缺点和适用范围的分析对比，最终选择FUTABA公司的舵机S9204作为本次设计的驱动电机。第四章齿轮的设计与校核4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按照传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取20°查表10-6[10]可得，齿轮选用7级精度材料选择，查表10-1[10]可得小齿轮：40Cr（调制），齿面硬度280HBS大齿轮：45钢（调制），齿面硬度240HBS扇形齿轮：45钢（调制），齿面硬度200HBS（4）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=uz1=3×24=72，扇形齿轮齿数z3=uz2=3×72=2164.2按齿面接触疲劳强度设计（1）由式10-11[10]试算小齿轮分度圆直径，即确定式中各参数值1.试选KHt=1.32.计算小齿轮传递的转矩:3.查表10-7[10]选取齿宽系数：4.查图10-20[10]得区域系数:5.查表10-5[10]得材料的弹性影响系数:6.由式10-9[10]计算接触疲劳强度用重合度系数。7.计算接触疲劳许用力[σH]由图10-25d[10]查得小齿轮、大齿轮和扇形齿轮的接触疲劳极限分别为由式10-15[10]计算应力循环次数：由图10-23[10]查取接触疲劳寿命系数取失效概率为1%，安全系数s=1，由式10-14[10]得取[σH]1、[σH]2、[σH]3中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即试算小齿轮分度圆直径调整小齿轮分度圆直径计算实际载荷系数前的数据准备1.圆周速度v2.齿宽b2）计算实际载荷系数KH1.由表10-2[10]查得使用系数KA=12.根据v=0.0355m/s，7级精度,由图10-8[10]查得动载系数KV=1.013.齿轮的圆周力查表10-3[10]得齿间载荷分配系数KHα=1.24.由表10-4[10]用插值法查得7级精度、小齿轮处于悬臂布置时，得齿向载荷分布系数KHβ=1.181，由此，得到实际载荷系数3）由式10-12[10]得按实际载荷系数算得的分度圆直径及相应的齿轮模数4.3按齿根弯曲疲劳强度设计由式10-7[10]试算模数，即确定公式中的各参考值1.试选KFt=1.32.由式10-5[10]计算弯曲疲劳强度用重合度系数由图10-17[10]查得齿形系数由图10-18[10]查得应力修正系数由图10-24c[10]查得小齿轮、大齿轮和扇形齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为由图10-22[10]查得弯曲疲劳寿命系数取弯曲疲劳安全系数s=1.4，由式10-14[10]得因为扇形齿轮的大于大齿轮大于小齿轮，所以取2）试算模数（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备1.圆周速度v齿宽b宽高比b/h2）计算实际载荷系数KF1.根据v=0.030m/s，7级精度，由图10-8[10]查得动载系数KV=1.012.由查表10-3[10]得齿间载荷分配系数KFɑ=1.23.由表10-4[10]用插值法查得KHβ=1.181，结合b/h=4.26，查图10-13[10]得KFβ=1.25，则载荷系数为3）由式10-13[10]，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数对比计算结果，由齿面疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数0.484mm并就近圆整为标准值。查表10-1[11]得将模数圆整为标准值1mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=11.009mm，算出小齿轮齿数z1=d1/m=11.009/1=11.009。取z1=15，则大齿轮齿数z2=3×15=45，取z2=46，z1与z2互为质数。扇形齿轮齿数z3=3×46=138，取z3=139，z1与z3互为质数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.4几何尺寸的计算为保证齿宽及节省材料，一般将小齿轮加宽5~10mmb1=b+（5~10）=6+（5~10）=11~16mm取b1=12mm，b2=7mm，b3=7mm4.5强度校核齿面接触疲劳强度校核代入式10-10[10]得齿面接触疲劳强度满足要求，并且齿面接触应力比标准齿轮有所下降齿轮弯曲疲劳强度校核代入式10-6[10]得齿根弯曲疲劳强度满足要求，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮和扇形齿轮4.6本章小结本章主要对仿生蛇爬行机器人的结构设计中的齿轮部分进行了设计计算和校核。本次设计用到的齿轮为三个齿轮啮合，分别是小齿轮、大齿轮和扇形齿轮。小齿轮跟电机相连作为主动件。接下来就需要对每个齿轮进行逐一校核，先预选三个齿轮的齿数，以此来试算小齿轮分度圆直径。通过调整小齿轮分度圆直径，从而试算齿轮模数。再通过调整齿轮模数，进而算的齿轮模数的最终值，计算结果进行圆整后得到最终齿轮模数。然后就可以计算出三个齿轮的各项参数。最后经过齿轮的齿面接触疲劳强度校核以及齿根弯曲疲劳强度校核，得出三个齿轮满足要求，从而完成齿轮的相关计算校核。第五章轴的设计与校核5.1轴的设计（1）选择轴的材料选用45钢（调质处理），查表15-1[10]得（2）初步确定轴端直径按扭转强度计算最小直径，由式15-2[10]得，（3）根据轴向定位及固定得要求确定各段轴径及长度轴的结构图1）在最小轴径处安装轴承初选法兰轴承F系列，代号为F689，内径d=9mm，外径D=17mm，法兰直径D1=19mm，宽度b=5mm，法兰宽度c=1.1mm，内径d与轴的配合选择基孔制H7最小轴段应装轴承、套筒，外端有倒角，轴肩处应多预留1~2mm，故取l12=17.5mm2）2~3之间轴段安装齿轮，齿轮轮毂取l=14mm，则该轴段l23取l23=13mm3）查表1-29[12]得5）右端轴段装法兰轴承F689ZZ，用轴肩固定，取l56=11.5mm（4）轴径及长度汇总表轴径及长度汇总表轴径名称全轴1-22-33-44-55-6长度l/mm8817.51324411.5直径d/mm——91215129（5）计算支承反力、弯矩及扭矩1）水平方向的支承反力垂直方向的支承反力2）弯矩3）总弯矩4）计算扭矩5）受力简图及弯矩图5.2轴的校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。取折合系数，许用弯曲应力5.3轴上零件的校核齿轮与轴的周向定位选用平键，初选平键，对键进行强度校核。由式6-1[10]得普通平键的连接强度为：5.4本章小结本章主要对仿生蛇爬行机器人的结构设计中的传动轴部分进行了设计计算和校核。本次设计用到的传动轴一个单元由两根，每根轴上都安装大齿轮、法兰轴承、平键以及套杯等等，所以设计轴的时候要把轴设计成多个轴段的阶梯状，方便轴上零件的安装和拆卸。当弄清楚每个轴段需要安装什么零件之后，首先算出轴的最小直径，在其上面安装轴承，再进行分析计算，确定每个轴段的直径及长度，从而确定传动轴的总长。长度、直径设计完以后再来计算轴上的支承反力、扭矩及弯矩，从而画出弯矩图。接下来对轴的危险截面进行校核，最终校核满足要求。最后是对轴上安装的平键进行设计校核，最终校核结果也满足要求。第六章其他零部件的选取及设计6.1轴承的选取相关轴承的分类（1）滑动轴承：滑动轴承不分内外圈也没有滚动体，一般是由\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"耐磨材料制成。常用于低速，轻载及加注润滑油及维护困难的机械转动部位。（2）关节轴承：关节轴承的滑动接触表面为球面，主要适用于摆动运动、倾斜运动和旋转运动。（3）滚动轴承：滚动轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"向心轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力轴承。其中\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"径向接触轴承为公称接触角为0的向心轴承，\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"向心角接触轴承为公称接触角大于0到45的向心轴承。\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"轴向接触轴承为公称接触角为90的推力轴承，推力角接触轴承为公称接触角大于45但小于90的推力轴承。按滚动体的形状可分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"球轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚子轴承。滚子轴承按滚子种类分为：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"圆柱滚子轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚针轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"圆锥滚子轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"调心滚子轴承。按其工作时能否调心分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"调心轴承,能适应两滚道轴心线间的角偏差及角运动的轴承和非调心轴承(\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"刚性轴承)。按\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚动体的列数分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"单列轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"双列轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"多列轴承。按其部件（套圈）能否分离分为可分离轴承和不可分离轴承。按其结构形状(如有无装填槽,有无内、外圈以及套圈的形状,挡边的结构,甚至有无保持架等)还可以分为多种结构类型。按其外径尺寸大小分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"微型轴承（<26mm)、小型轴承（28-55mm）、中小型轴承（60-115）、中大型轴承（120-190mm）、大型轴承（200-430mm）和特大型轴承（>440mm）。按应用领域分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"电机轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"轧机轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"主轴承等。按材料分为\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"陶瓷轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"塑料轴承等。（4）深沟球轴承：深沟球轴承是最具代表性的\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚动轴承。与尺寸相同的其它类型轴承相比，该类轴承摩擦系数小，极限转速高，结构简单，制造成本低，精度高，无需经常维护，而且尺寸范围大、形式多，是应用最广的一类轴承。它主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。当其仅承受径向载荷时，接触角为零。深沟球轴承装在轴上后，在轴承的轴向游隙范围内，可限制轴或外壳两个方向的轴向位移，因此可在双向作轴向定位。当深沟球轴承具有较大的径向游隙时，具有\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷。在\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"轴向载荷很大的高速运转工况下，深沟球轴承比\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力球轴承更有优越性。此外，该类轴承还具有一定的调心能力，当相对于外壳孔倾斜2′～10′时，仍能正常工作，但对轴承寿命有一定影响。（5）角接触球轴承：一般习惯上称为36、46型轴承为代表的六类轴承，角接触一般为15°、25°、45°等。（6）调心球轴承：调心球轴承是二条滚道的内圈和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚道为球面的\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"外圈之间，装配有圆球状滚珠的轴承。外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。在轴、外壳出现挠曲时，可以自动调整，不增加轴承负担。\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"调心滚子轴承可以承受径向负荷及二个方向的轴向负荷。调心球轴承径向负荷能力大，适用于有重负荷、冲击负荷的情况。内圈内径是锥孔的轴承，可直接安装。或使用紧定套、拆卸筒安装在圆柱轴上。保持架使用钢板冲压保持架、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"聚酰胺成形.调心球轴承适用于承受重载荷与冲击载荷、精密仪表、低噪音\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"电\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"机、汽车、摩托车、冶金、轧机、矿山、石油、造纸、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"水泥、榨糖等行业及一般机械等。（7）推力球轴承：推力球轴承分为单向和双向两种。它们只能承受轴向载荷，绝不能承受任何径向载荷。\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力轴承分紧圈和活圈两部分。紧圈与轴套紧，活圈支承在轴承座上。套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"轴承钢制造，\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"淬火后\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"表面硬度应达到HRC60～65。保持架多用软钢冲压制成，也可以采用\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"铜合金夹布胶木或塑料等制造。（8）双向推力角接触球轴承：推力角接触球轴承接触角一般为60°常用的推力角接触球轴承一般为双向推力角接触球轴承，主要用于\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"精密机床主轴，一般与双列圆柱滚子轴承一起配合使用，可承受双向轴向载荷，具有精度高，刚性好，\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"温升低，转速高，装拆方便等优点。（9）\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力滚子轴承包括\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力圆柱滚子轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力圆锥滚子轴承、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力滚针轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力调心滚子轴承。（10）滚针轴承：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚针轴承装有细而长的滚子（滚子长度为直径的3~10倍，直径一般不大于5mm），因此径向结构紧凑，其内径尺寸和载荷能力与其他类型轴承相同时，外径最小，特别适用于径向安装尺寸受限制的支承结构.滚针轴承根据使用场合不同，可选用无内圈的轴承或\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚针和保持架组件，此时与轴承相配的轴颈表面和外壳孔表面直接作为轴承的内、外滚动表面，为保证载荷能力和运转性能与有套圈轴承相同，轴或外壳孔滚道表面的硬度，加工精度和表面质量应与\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"轴承套圈.用途\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"组合滚针轴承是由向心滚针轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"推力轴承部件组合的轴承单元，其结构紧凑体积小，旋转精度高，可在承受很高径向负荷的同时承受一定的轴向负荷。并且产品结构形式多样、适应性广、易于安装。组合滚针轴承广泛用于\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"机床、\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"冶金机械、纺织机械和\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"印刷机械等各种机械设备，并可使机械系统设计的十分紧凑灵巧。（11）外球面球轴承：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"外球面球轴承的\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"外圈外径表面为球面，可以起到调心的作用。（12）调心滚子轴承：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"调心滚子轴承有两列对称型球面滚子，主要承受\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷，但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差，当轴受力弯曲或安装不同心时轴承仍可正常使用，调心性随轴承尺寸系列不同而异，一般所允许的调心角度为1~2.5°，该类型轴承的负荷能力较大，除能承受径向负荷外轴承还能承受双向作用的轴向负荷，具有较好的抗冲击能力，一般来说调心滚子轴承所允许的工作转速较低。适用于重载或振动载荷下工作。（13）法兰轴承：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"法兰轴承外轮上带有凸缘法兰。特点是能简化主机结构，缩小主机尺寸，使轴承更容易定位。最大特点是将法兰与轴承结为一体。当轴的一端没有连接件，需要固定在平面如板、墙壁上时，法兰轴承就体现出其优势。在超小孔径的微型轴承中，可分为ZZ钢板轴承防尘盖系列、RS橡胶轴承密封圈系列、特富龙轴承密封圈系列、法兰盘系列、不锈钢系列、陶瓷球系列等。微型球轴承具有广泛的用途。适用于高速回转、低摩擦扭矩、低振动、低噪音要求的产品。法兰轴承主要用途：法兰轴承适用于各类工业设备、小型回转电机、办公器械、微型电机软驱动器、压力转子、齿科牙钻、硬盘马达、步进电机、录像机磁鼓,玩具模型、风扇、滑轮、滚轮、传动设备、娱乐设备、机器人、医疗器械、办公器械、检测仪器、减速，变速装置、电机光学，映像器械、读卡器，机电、精密机械、电动工具和玩具等等。（14）带座轴承：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"向心轴承与座组合在一起的一种组件，在与轴承轴心线平行的支撑表面上有个安装螺钉的底板。（15）组合轴承：一套轴承内同时由上述两种以上轴承结构形式组合而成的\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚动轴承。如\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"滚针和推力圆柱滚子组合轴承、滚针和推力球组合轴承、滚针和角接触球组合轴承等。（16）直线轴承：\t"/item/%E8%BD%B4%E6%89%BF/_blank"直线轴承分为金属直线轴承和\t"/item/%E8%BD%B4%