【《喷涂机器人的结构计算和控制系统设计》20000字】

喷涂机器人的结构计算和控制系统设计1绪论 61.1选题背景 61.2课题研究目的与意义 61.3发展历程 71.4研究现状 91.4.1国外研究现状 91.4.2国内研究现状 91.5喷涂机器人的性能指标 101.6本文的设计主要内容 112喷涂机器人整体方案设计 112.1喷涂机器人设计参数 112.2坐标系及自由度的选取 122.3手腕结构形式的选择 132.4驱动方式的选择 142.5减速器的选择 152.6机器人材料的选择 152.7本章小结 163喷涂机器人结构确定 163.1机器人机构尺寸参数的确定 163.2机器人腰部关节的设计 193.3机器人回转关节的设计 203.4小臂及四连杆机构的设计 213.5机器人腕部结构的设计 233.6本章小结 234喷涂机器人传动系统设计 244.1伺服电机与减速器的选型计算 244.2谐波减速器设计 294.2.1谐波减速器传动原理 294.2.2刚轮、柔轮、波发生器的设计 304.2.3柔性轴承选择 334.2.4柔轮的疲劳强度与稳定性校核 334.3RV减速器设计 354.3.1RV减速器传动原理 354.3.2RV传动的基本特点 364.3.3传动比分配 364.3.4行星齿轮与太阳轮的设计 374.3.5摆线针轮减速器的设计： 404.4本章小结 465部分重要零件的设计与校核 465.1轴4圆柱齿轮的设计 465.2轴5锥齿轮的设计 505.3轴6第一对锥齿轮的设计 535.4轴6第二对锥齿轮的设计 575.5腕部轴6传动轴的设计与校核 585.6轴6传动轴上的轴承的选择和寿命计算 625.7键的选择与校核 635.8本章小结 646控制系统设计 656.1机器人控制系统需求分析 656.2控制系统总体规划 656.3控制系统硬件选择 666.3.1运动控制器选型 666.3.2工控机选型 666.3.3端子板选型 676.3.4伺服电机驱动器的选型 676.4系统结构总图 676.5伺服驱动器电路设计 686.6本章小结 68总结 69参考文献 691绪论选题背景制造业已然成为我国国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。从十八世纪中期，工业文明时代的到来，我们逐渐的意识到，国家和中华民族的崛起和强大的制造业密不可分。然而，相比世界先进制造业水平，我国的制造业水平却处在一个虽强不够强的尴尬局面，在科研开发能力、产业结构水平、资源利用效率、信息化程度、质量效益等方面存在相当明显的差距。随着我国推出“中国制造2025”，我国制造业正面临着向先进制造业转变，进行先进制造业和参与分工的巨大挑战。推进工业机器人领域的研究，开发和制造生产是我国把握住这一特殊时期的主要方式[1]。近年来，随着我国人口红利逐渐消失，机器代人的发展趋势已是势不可挡。目前，智能科技全面进入各行各业，社会对工业机器人的需求也日渐增长，据估计，到2025年，工业机器人可达700亿人民币的市场规模，可见工业机器人的发展趋势大好，工业机器人产业已形成规模优势。但不可否认的是，我国在工业机器人的零部件及其核心技术方面仍暂时处于落后的地位，核心部件的技术仍掌握在别人手中，因而被迫只能选择进口的方式，购买国外的诸多核心零部件[2]。综上所述，工业机器人的市场需求与发展前景一片大好，作为新时代青年，我们应当把握良机，对工业机器人进行充分分析与深入研究，让工业机器人越来越规模化与智能化，使得人与机器人之间的协调合作、分工配合更加顺畅[3]。课题研究目的与意义生产制造中，由于人们在进行着一些频繁、单一和重复的长时间作业，或者是在某种高危、恶劣的条件下进行作业时，没有办法保证人们的安全与工作效率，所以在实际生产制造中就经常使用工业机器人来代替人们的工作。这样做不但可以提升产品的“质量”和“数量”，而且能够确保人们的生命安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产效率，节省原材料消耗并降低生产成本。因此，开发与制造各种用途的工业机器人是具有很强大的意义的[4]。在各种各样的工业机器人中有一种名叫喷涂机器人的，它可以实现自动喷漆等公能。它主要由计算机和相应的控制系统组成。喷涂机器人绝大部分是使用5自由度或6自由度的关节式结构，其手腕处自由度较大可以很灵活的工作。一些先进的喷涂机器人使用了灵活的机械手腕机构，该手腕机构可以向各个方向旋转并可以向各个方向弯曲。该动作类似于人类的手腕，它可以轻松地延伸到工件内部的一个相对较小的孔中，并且可以喷涂工件的内表面的任意一处[5]。1.3发展历程20世纪20年代，“机器人”这一词汇最早出现在捷克文学家创造的一个剧本《Rossum'sUniversalRobots》（如图2.1《逻撒母的万能机器人》）中，讲的是剧本中的逻撒母公司制造了一批机器人，把它们投放到市场中去解放劳动人民的故事[6]。图2.1《逻撒母的万能机器人》这一想法新奇的剧本很快就得到了大家的广泛关注，随之这个剧本也就变成了“机器人’’这一词的起源。二十世纪六十年代，真正意义上的机器人的出现。两名美国工程师（JosephF.Engilberger）和（GeorgeDevoal）正在考虑是否可以发明一种可以替代汽车行业工人在机械方面和重复方面的机械。对于性工作，如果没有太多话要说，那么两者将分开各自的行动。恩格尔贝格负责设计机器人的“手”，“脚”和“躯干”，德沃尔负责“大脑”和“神经系统”，很快工业机器人“犹泥美特”（Unimate）问世。尽管“Unimet”仅实现一些简单的重复操作，但它显示了工业机械化的光明前景，也开启了机器人技术研究的新纪元[7]。在随后的近十年里，随着时间的推移，工业机器人的发展可谓是突飞猛进，分别在商品化、专业化、模块化这三个方面均有飞速的提升。由于机器人传感器方向的推进，光电管技术、触觉传感器、压力传感器、视觉传感系统、声纳系统等最新科学技术都被应用在了机器人产业[8]，机器人的可操作性也水涨船高被提升了许多。随之而来的就是，在20世纪60年代末，日本不惜花重金，从美国引进了工业机器人的各种技术方法来开启日本的机器人研究，日本也就开启了研发工业机器人的浪潮。日本政府为解决日本国内青年劳动力短缺的社会问题，大力扶持日本工业机器人产业发展，给予机器人企业大量财政补贴，专门聘请专家对企业进行专业技术指导，通过各种方式、各种渠道宣传、鼓励民间成立机器人公司，并为其提供低息贷款等优惠政策。经过近二十年的大力发展，日本具备了规模庞大的、完整的工业机器人产业链系统，一跃成为“机器人王国”。1972年，随着机器人和人工智能的技术的不断完善不断进步，机器人的王国到来了。1979年，Unimation公司研发出当时最新的PUMA系列的最先进全电动、多中央处理器控制、多关节式工业机器人，及接着是SCARA平面关节型机器人，这一系列机器人被主要用来装配作业，从此第一代的工业机器人拥有了自己的一套完整的先进的智能的科技体系[9]。到了1980年，由于全球的制造业水平都在迅猛推进，机器人这样看似遥不可及的高科技产物也慢慢普及开来。许多的发达国家中，工业机器人早已被应用于各个领域，并且向着系列化、高精度化、轻量化、高速化、智能化的方向上不断向更高层次更高水平发展。美国的通用汽车制造公司，对于机器人的历史具有十分重大的意义，把已经完善并改进的的视觉系统，应用于装配生产线的工业机器人上，自此第二代工业机器人也就浮现于世。第二代工业机器人基本感知功能的，相比于第一代机器人，它不仅提高了生产效率、而且还大大的加强了工件产品的精度，更能保证同一个工业机器人生产的同一批零件的一致性，也大大加强了工业机器人的灵活性不限至于传统作业。1990年，由于人工智能的不断完善，人们想让机器人能够更加智能用一些先进的算法先进的控制方式来使的机器人更加的智能，于是乎，第三代机器人也就慢慢的出来了。1.4研究现状1.4.1国外研究现状喷漆机器人拥有十分久远的历史，甚至可以追溯到二十世纪中期。20世纪中叶，美国的一家公司就开始了使用工业机器人去涂装汽车的外壳。到了1958年之后慢慢的，MorrisMotorsCowley公司就把一条喷涂流水线的作业成功用三台三轴工业机器人完成了。之后就有更多的发达国家加入了用机器人替代人力劳动的行列，并且机器手可以对人工无法到达的内部进行作业。随着时间的推移，时代不断在进步，科技也在不停的创新发展，工业机器人的喷涂技术也得到了完善，相应的喷涂的精度也得到了提高，许多发达国际也就有了一些大厂家，其中有著名的有瑞士和瑞典的ABB和日本的安JIlMOTOMBAN公司，图3.1为ABB公司生产的喷涂机械手。图3.1为ABB公司生产的喷涂机械手1.4.2国内研究现状我国对工业机器人的研究虽然晚于一些发达国家开始于二十世纪七十年代，但是我国政府对机器人的研究十分看重，从一开始就出台了许许多多的政策，鞭策着机器人行业的在我国的发展，早在“七五’’的时候就将工业机器人列入科技攻关重点，开始了重点攻克机器人的零件开发搬运等技术性难题，从1990年开始，我国出台了“863”计划，在此计划的支持下，上海交通大学自主研发出了第一台智能机器人，并将其命名为“精密一号”，自此我国也就开启了第二代工业机器人的研究历程。“八五”“九五”期间我国工业机器人的研究从未停歇，一直在持续上升，创立了一系列产业基地创新型公司等。但是在迎来“十五”之际，铺垫了多年的机器人技术，已经发展的逐渐成熟，但是我们却未能很好地把握住这次机遇，浪费了一次鲤鱼跃龙门式的机会。从二零零九年开始，中国在世界机器人的市场比重越来越大，截止到现在，我国拥有世界机器人市场高达五分之一的比例，坚持“引进来”和“走出去”战略方针，不断的改进创新我国的机器人产业发展，直到二零一二年，我国自护研发了四种新型工业机器人，也就是说我国彻底掌握了第一代工业机器人的技术。近年来，我国河南省洛阳市，黑龙江省哈尔滨市等地区都出台一系列政策去鼓励机器人产业的发展，慢慢的我国的机器人技术已经逐步赶上了世界先进水平，而且还涉及如高端制造业，医疗器械，航空航天等领域。1.5喷涂机器人的性能指标1）关节（Joint）也就是运动副，允许机器人手臂各个零件之间发生相对运动的机构。例如：回转副、移动副、球绞副等。2）连杆（Link）机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。3）刚度（Stiffness）机器人的手臂机身等零件在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征。4）自由度（Degreeoffreedom）指机器人具有的独立坐标轴运动的数目。5）定位精度（Positioningaccuracy）指的是工业机器人的执行端点的实际位置与理想位置之间的差距。6）重复性（Repeatability）或重复精度指的是机器人执行相同的指令时其末端执行器的位置的分散情况。7）工作空间(Workingspace)指的是机器人执行器安装点所能达到的所有空间区域。1.6本文的设计主要内容本文选取一汽大众帕萨特passat车身作为待喷工件，设计一种具有六个自由度的小型喷涂机器人。主要设计内容如下：1.建立喷涂机器人的机构模型，绘制简易工作空间。根据待喷工件尺寸，求出机器人主要机构尺寸。给出机器人的整体设计方案，完成机器人整体机械结构的设计以及六条传动链的设计。传动链的设计包括电机和减速器的选型计算，轴的设计，多对直齿轮以及锥齿轮的设计。最后对部分轴，轴承，键完成强度校核工作。2.参照日本Nabtesco公司RV-C系列减速器以及HarmonicDrive公司CSD系列谐波减速器的结构，设计出小臂的RV减速器以及腕部关节的谐波减速器。2喷涂机器人整体方案设计2.1喷涂机器人设计参数本文设计的喷涂机器人运用于一汽大众帕萨特passat汽车生产线的喷涂作业，使用寿命为12年，每年350天，每天工作16小时。2.2坐标系及自由度的选取对于日常的生产制造来说，3到6个自由度的机器人就完全可以满足人们平日的需要。此次设计的机器人拥有六个自由度，分别是：1.机器人腰部的回转运动2.机器人大臂的俯仰运动3.机器人的小臂的俯仰运动4.机器人腕部关节的3个不同的回转的运动。工业机器人的各种坐标系中常用的有以下4种不同的形式：（一）圆柱坐标式（二）直角坐标式（三）关节式（四）极坐标式图2-1工业机器人的结构图选择机器人的坐标系有很多种不同的方式。比如由工作场合等来确定采用何种坐标系。对于一般的情况下来说，只需要6个自由度就可以满足喷涂机器人执行器末端的位置的精度要求。其中的3个自由度可以控制末端执行器的空间位置，第一部分为腰部的回转运动，第二部分为大臂的俯仰运动，第三部分为小臂的俯仰运动，第四部分为腕部的回转运动，第五第六部分为腕部的剩余回转运动。此次设计的机器人采用了上述中比较容易控制的关节式结构来实现预期的工作目的。2.3机器人腕部机构选择机器人腕部的结构有四种能够实现不同公能的形式，分别为：BBR型腕部结构、RBR型腕部结构、RRR型腕部结构以及BRR型腕部结构[23,24]。如下图所示，B字母代表的是各个关节的俯仰结构，也就是腕部相邻的两个部件之间的相对转动；R字母表示的是各个关节的回转结构，它和B之间不同之处为他是绕着某一轴线可以进行三百六十度的旋转。RRR型的结构的腕部的末端具有操作空间较大的优势，但是这种腕部设计结构较为复杂比较适合喷涂机器人的工作环境；BBR型的腕部结构设计将两个俯仰结构换为了回转结构，因此这种结构需要较大的尺寸；RBR型的腕部结构设计则结构尺寸不需要那么大。对于这个机器人来讲旋转结构会比移动结构的工作空间大的多。图2-2腕部结构示意图因为喷涂机器人的工作环境不仅需要喷涂工件的外表面，还需要喷涂工件的内表面，有时甚至需要将执行器深入工件内部进行喷涂，所以其工作环境极其复杂，此次选择RRR型腕部结构来进行设计，可以满足喷涂机器人的需求，而且因为这种腕部结构比较紧凑，尺寸较小，还大大的节省了材料的指出。2.4机器人的驱动方式选择机器人一般情况下有3种以下不同的驱动方式：（1）液力驱动式液力驱动是大负载机器人的首选，液力驱动可以承受很大的负载可以产生很大的力来进行工作，但是同时它也带来了一些缺点，需要制造精密以防止漏油等情况发生，而且造价高昂成本很高，同时对工作环境也有比较严格的要求。（2）气力驱动式用压缩空气来获取压力来驱动机器人。气源有很多，整体结构比液力驱动式要简单得多，从而价格也就很低成本也就下来了，作用速度相较于电力驱动较快。但是由于可以压缩空气，机器人不能保证平稳的气压来平稳运行，并且空气源的压力由于不能很好的保持稳定，所以这种驱动方式适和负载相对较小的情况。（3）电力驱动式这种方式的机器人的动力来源是电力驱动器。将扭矩传递给减速器再传递给机器人的执行机构。这种电力驱动方式不仅环保几乎没有污染，而且比较便于控制，还有成本低廉运行精度高平稳可靠等一系列优点电动机的主要类型是步进电动机以及AC和DC伺服电动机。步进电机拥有许许多多的优点，其中最重要的一点就是在电脉冲信号的控制下可以进行随意的速率改变，但是同时因为便于调节速度也带来了一些缺点，会导致它的运动精度不是很高相比较其他的电机，甚至有可能会引起我们最不愿意看到的失速现象。直流伺服电机就与且他的电动机都不同了，它是由电信号来进行控制的，比如控制电流控制电压等。而且这种电动机对信号的响应很快。同时这种电动机的缺点就是他有别的电动机所没有的电刷，而且电刷及其容易损坏还有可能形成电火花。交流伺服电机可谓是机器人中最常用的电动机了，因为它具有直流的所有优点的同时还放弃了电刷。此次设计的六轴喷涂机器人全部都选交流伺服电机，牌子是Motoman。2.5机器人的减速器选择（1）谐波减速器谐波减速器是一种很常见的减速器，在多轴机器人中被广泛采用与针摆减速器RV减速器一样。目前世界上64%的谐波减速器均用于机器人。谐波减速器为什么被设计师这么青睐，以下为其原因：1.谐波减速器具有很小的体积和很小的重量；2.谐波减速器具有较高的传动效率和较长的使用寿命；3.谐波减速器具有很大的传动比；4.谐波减速器具有很小的噪音且没有冲击，在运动精度高的同时传动还十分平稳；5.谐波减速器具有很强的负载承受能力。因为喷涂机器人的腕部结构比较复杂且尺寸空间也不是很大，此次在轴5轴六的减速器选择谐波减速器。而且因为考虑传动精度，传动效率，工作平稳度等因素，此次设计选择杯式柔轮谐波减速器。2）RV减速器RV减速器分别由两种不同的部分构成：1.摆线轮变速器2.渐开线齿轮变速器。该传输模式具有很小的尺寸的同时也就降低了机构的重量可以缩小成本。RV减速器也与谐波减速器一样被广泛应用于精密仪器中。此次的设计中，机器人的轴一，轴二，轴三，周四全部都采用帝人生产的RV减速器。2.6机器人材料的选择对于机器人来说首当其冲的是在琳琅满目的材料中去选择最合适的那一种了，由于机器人的工作运行需要极高的精准度，所以更要在各种各样的材料中选择出最适合这个机器人的材料。而且在机器人工作运行时，对于机器人的运动速度运动位移和位置准确度等都有较高的要求，因此，在选择材料时要遵循以下的几种特点：（1）在给机器人选择材料时，一定要选择强度特别高的材料，因为首先机器人可能需要承担的负载特别大，其次机器人的大臂底座那需要承担整个机器人的重量，而且要求机器人需要运行的平稳.（2）在给机器人选择材料时，一定要选择弹性模量特别大的材料，因为首先机器人要保证正常情况下的平稳运行就一定不能有过多的弹性变形，一旦变形了就会产生很大的误差，这是我们平时最不愿意看到的情形了。（3）在给机器人选择材料时，一定要选择重量比较轻的材料，因为机器人本身就有可能需要承受很大的负载，一旦机器人本身选择材料比较重的话，就会给机器人带来更大的压力，就会损失很多能量。（4）在给机器人选择材料时，一定要选择阻尼比较大的材料，因为机器人有可能会被频繁的制动，在这种情况下，如果机器人本身选择的材料阻尼比较小的话，就会使得机器人的工作运行精度不能达到预期的效果，发生机器人不能够按照预期的那样平稳运行。（5）在给机器人选择材料时，一定要选择价格比较低的材料，因为一切的服务设计都要考虑到成本预算的实际问题，尽量选取价格有低廉，成本不高又可以达到预期效果实现预期功能的材料。根据上述所描述的的在选取机器人材料时需要注意的特点，此次设计选取了下表所示的一些材料，2.7小结此次设计在参考了一系列机器人的设计和一些相关的资料后，确定了大体上机器人的结构特点。首先确定了机器人的腕部结构采用比较灵活，体积比较小的RRR型的结构，其次选择了更加环保更加便于控制的交流伺服电动机来进行提供动力源，还确定了在轴5轴6的传动链中使用谐波减速器剩下的均使用RV减速器，最后在综合考虑机器人工况，环境，预期功能等条件下确定了机器人材料的选择。3喷涂机器人的结构确定3.1机器人的机构尺寸参数确定在设计确定喷涂机器人的结构尺寸时，首要确定的是喷涂机器人的大臂的长度也就是决定喷涂机器人工作范围半径的第一个重要零件长度，其次就是确定喷涂机器人的小臂的长度和腰部长度也就是基座高度，它们和大臂两个俯仰结构和一个回转结构配合共同确定喷涂机器人末端执行器的高度，半径等工作范围。本次设计选取一汽大众帕萨特passat的车外壳尺寸作为计算引例，其各个尺寸如下：轴距长度为2716毫米，长度为4721毫米，宽度为1813毫米，高度为1540毫米。图3-1简易的示意模型图3-2Y平面情况的工作范围此次设计建立了上图的简单示意图模型，完全忽略了喷涂机器人的腕部结构，只保留了上述三个重要尺寸来简单表示喷涂机器人的末端执行器所能达到的工作范围。先忽略机器人在其他的平面的工作范围，目前只看ZOX面。将这个面旋转就可以得到机器人的实际工作区域。我们将机器人的执行部件视为一个没有尺寸的点P（X,Y,Z）,也就是说P点所能到达的位置即机器人能够工作的全部区域。点P的坐标位置由以下公式来进行计算：上面的公式中，L0是腰部的长度，L1，L2分别是大小臂的长度；φ0为周一的旋转角位移也会就是腰部的转角，X轴的正方向就是φ0的零点位，Z轴为轴一的旋转中心；φ1为轴二的旋转角位移也就是大臂的转角，Z轴的正方向就是φ1的零点位，大臂的旋转中心是Y轴，逆正顺负；φ2为轴三的旋转角位移也就是小臂的转角，X轴的正方向就是φ2正如图二所示，图中的的封闭图形所围成的区域就是末端执行器所能到达的工作区域。其中，曲线P1P2为φ2=φ2min时，φ1由φ1min变化到φ1max的曲线；曲线P2P3为φ1=φ1max时，φ2由φ2max变化到φ2min的曲线；曲线P3P4为φ2=不妨假设其中一些值为下式所表达的：最后算得的结果为：根据上文已经建立好的简易模型，机器人的末端执行器在ZOX平面的所能到达的区域应将待喷涂工件的截面包含在其中。由于我们是以一汽大众的帕萨特passat的外形尺寸，得到每个点的坐标值如下：PPP将上述的每个坐标值带入下列的公式，可以计算出此次设计的主要参数：φ1maxφ2max=−58.1︒L1=1517mm将上述数据圆整后得：φ1maxφ2maxL1=1500mm3.2机器人腰部关节的设计在设计喷涂机器人时最基础的部分肯定就是它腰部的回转运动了，在设计腰部回转关节时需要遵循以下原则：（1）首先机器人要有一个基座来使机器人站立在地面上，而腰部机构就是机器人的腰部与基座之间有一个回转副，使得机器人可以绕Z轴进行三百六十度的旋转，又因为机器人的整个重量基本都由腰部和基座来承担，所以在设计腰部关节时，一定要将基座与腰部之间的接触面设计的足够大，才能保证喷涂机器人能够安全平稳的运行工作。(2）腰部既然是一个回转运动，那么就必须有轴承来进行辅助，而腰部有些承受了整个机器人的重量，所以在选择轴承时一定要选择能够承受较大载荷的轴承。3）因为腰部的回转运动也是轴一的回转运动是后面几根轴运动的基础，所以要保证腰部的运动具有较高的传动精度。（4）既然有回转运动那么必不可少的就是提供动力的驱动装置了，同时还需要配备适合的减速装置。此次设计的腰部结构，对于基座的材料我们选用的是铸钢来进行加工，铸钢的强度和刚度都非常的高，足以满足我们的设计需求。此次设计选用交流伺服电机来提供动力，将动力传递给RV减速器在传递给机器人的来实现到达预期位置的效果。底座此次设计为高321毫米底座圆的半径长度为420毫米。下图为腰部的三维视图。图3-3腰部回转关节三维图3.3机器人的大臂结构设计机器人的末端执行器的位置是由腰部回转关节和大小臂的俯仰运动共同决定的，在设计大臂的结构时需要注意以下几个关键点：（1）喷涂机器人的工作空间的半径能够有多大基本上是由喷涂机器人的大小臂共同决定的，所以在设计大小臂时要考虑喷涂机器人的实际工作范围。（2）设计师在设机器人的时候不止要考虑机器人的急切部分还应该考虑到机械部分要由一些算法进行控制，所以在设计大小臂时要尽量将关节的轴线平行。（3）为了进一步的能够提高精准度和成本，在设计的时候应该尽量选用轻型材质的材料。（4）设计师在设计喷涂机器人的大小臂时，应当尽可能地将大小臂设计的质量平衡，这样可以进一步减小交流伺服电机的负载，例如我们可以选择四连杆形式的大小臂。此次的喷涂机器人选取的是回转机构，且手臂结构是将其放置在驱动的臂座上。由交流伺服电动机提供动力源，将转矩传递给RV减速器最后达到预期目的。此次设计的机器人的大臂的长度为一千二百毫米，大臂的结构选用的是空心矩形。下图为大臂的三位简图：图3-5大臂的三维图3.4小臂及四连杆机构的设计此次设计的小臂由四连杆机构带动实现俯仰运动，因为不仅可以将带动小臂运动的交流伺服电机放置在驱动的臂座上面，如此一来可以减少大臂的所承受的弯矩。小臂是由减速器提供的转矩带动连杆传递过来，完成俯仰运动，如下图所示：图3-6连杆示意图图3-7四连杆机构示意图喷涂机器人的小臂是由小臂座左侧的三个交流私服电动机输入转矩到减速箱中三对不同轴的齿轮上，减速箱和小臂由一组螺钉来进行连接固定，三根轴分别是轴四轴五轴六，这三根轴的轴心重合，由每根轴之间的轴承来进行连接，最外侧的套筒轴控制机器人小臂的旋转，里面的两根轴控制手腕内部齿轮传动来控制腕部的运动。图3-8小臂示意图3.5机器人腕部结构的设计喷涂机器人的末端执行器最终是处在哪一个位置处于哪一个角度最终还是由喷涂机器人的腕部决定的，在设计腕部结构时要注意以下原则：（1）为了使得喷涂机器人能够按照设计的预期完成工作任务，在设计喷涂机器的腕部结构时大多数选择2个以上的自由度。（2）由于机器人在工作运行时会涉及到各种各样的工况，为了避免机器人与待加工物件间发生干涉现象，在设计喷涂机器的腕部结构时应尽量减小腕部尺寸使其尽量紧凑。（3）由于铝合金的强度和刚度都比较大，且完全满足喷涂机器人腕部的需求，所以在设计喷涂机器的腕部结构时可以选用铝合金。此次设计的喷涂机器人选取的是RRR型的腕部结构，所以此次设计的喷涂机器人手腕有三个自由度，将最后的轴五轴六的减速器安置在腕部。且最后的轴五轴六都可以进行三百六十度的旋转，轴五的转矩传递给斜齿轮之后传递到谐波减速器中，谐波减速器再输出带动外部机构旋转。轴六进入腕部后传递转矩给2对锥齿轮后传递给谐波减速器，最后由谐波减速器输出给执行机构。图3-9手腕示意图3.6小结此次设计先根据一汽大众帕萨特passat的外形尺寸，建模后计算出了喷涂机器人腰部和大小臂的尺寸长度，还有底座的高度以及大小臂的最大转角和最小转角，对喷涂机器人进行了整体机构的设计。最后确定了底座的结构，大、小臂的结构还有四连杆机构等。4喷涂机器人传动系统设计4.1减速器与伺服电机的选型计算1）轴6电动机与减速器的选择由老师给定的已知条件可知，轴六的运动速度是六十转每分钟。假设电动机的最大转速是三千转每分钟，如此就可以计算出减速比是五十。此次设计中轴六的传动是由伺服电机传动到一对直齿轮，之后再经过轴传动给两对斜齿轮。末端为谐波减速器输出。为了方便之后的计算，此次设计将三对齿轮的传动比全部设为一，如此一来谐波减速器的传动比就只能是五十了。初步选择了Japan和睦公司的CSD-4的减速器。刚好这一类型的减速器满足此次设计的需求为五十，而且这种类型的减速器结构紧凑适合喷涂机器人的腕部结构，同时这种类型的减速器的输出扭矩为4.8，符合此次设计的条件。由老师给出的条件可知轴六转动惯量：J不妨设启动时间是0.1秒，如此可以计算出启动时的角加速度：ε同时可以计算出惯性力矩：T功率P的值可以由下式计算得出：P先初步选择日本的安川SHAGIO-10A的交流伺服电动机，这种交流伺服电动机的额定输出功率有0.1千瓦，这种交流伺服电动机的额定扭矩有0.318牛米，这种交流伺服电动机的额定转速有3000转每秒，这种交流伺服电动机的旋转惯性动量的值为：J这种交流伺服电动机可以最后给减速器的输出端提供的转矩可以由下式得出：0.318×50=15.9N2）轴5电动机的选型与减速器的设计由老师给定的已知条件可知，轴六的运动角速度是三百四十度每秒。，假设电动机的最大转速是三千转每分钟，如此就可以计算出减速比是五十三。。此次设计中轴五的传动是由伺服电机传动到一对直齿轮，之后再经过轴传动给一对斜齿轮。末端为谐波减速器输出。为了方便之后的计算，此次设计将两对齿轮的传动比全部设为一，如此一来谐波减速器的传动比就只能是五十三了。由老师给出的条件可知轴五转动惯量：J不妨设启动时间是0.1秒，如此可以计算出启动时的角加速度：ε同时可以计算出惯性力矩：T功率P的值可以由下式计算得出:先初步选择日本的安川SHAGIO-C2A的交流伺服电动机，这种交流伺服电动机的额定输出功率有0.2千瓦，这种交流伺服电动机的额定扭矩有0.477牛米，这种交流伺服电动机的额定转速有3000转每秒，这种交流伺服电动机的旋转惯性动量的值为：这种交流伺服电动机可以最后给减速器的输出端提供的转矩可以由下式得出：0.477×53=25.281满足此次设计的条件。3）轴4电动机的选型与减速器的设计由老师给定的已知条件可知，轴四的运动角速度是一百八十度每秒。，假设电动机的最大转速是三千转每分钟，如此就可以计算出减速比是一百整。。此次设计中轴五的传动是由伺服电机传动到末端谐波减速器输出。由老师给出的条件可知轴四的转动惯量：不妨设启动时间是0.1秒，如此可以计算出启动时的角加速度：同时可以计算出惯性力矩：功率P的值可以由下式计算得出:先初步选择日本的安川SHAGIO-01A的交流伺服电动机，这种交流伺服电动机的额定输出功率有0.1千瓦，这种交流伺服电动机的额定扭矩有0.318牛米，这种交流伺服电动机的额定转速有3000转每秒，这种交流伺服电动机的旋转惯性动量的值为：这种交流伺服电动机可以最后给减速器的输出端提供的转矩可以由下式得出：0.318×100=31.8满足此次设计的条件。4）轴3电动机的选型与减速器的设计由老师给定的已知条件可知，轴三的运动角速度是二百二十二度每秒。，假设电动机的最大转速是三千转每分钟，如此就可以计算出减速比是八十一。。此次设计中轴五的传动是由伺服电机传动到末端RV减速器输出。减速器的传动比为81，由老师给出的条件可知轴三的惯性力矩：功率P的值可以由下式计算得出:先初步选择日本的安川SHAGIO-06A的交流伺服电动机，这种交流伺服电动机的额定输出功率有0.6千瓦，这种交流伺服电动机的额定扭矩有1.91牛米，这种交流伺服电动机的额定转速有3000转每秒，这种交流伺服电动机的旋转惯性动量的值为：这种交流伺服电动机可以最后给减速器的输出端提供的转矩可以由下式得出：1.91×81=154.7满足此次设计的条件。减速器选择了刚好传动比为81的RV-40E型号RV减速器，且这种型号的减速器的最大转矩是353牛米，这种减速器的输入最大功率是2.76千瓦，完全可以满足此次设计的需求。5）轴2电动机的选型与减速器的设计由老师给定的已知条件可知，轴二的运动角速度是二百二十二度每秒。，假设电动机的最大转速是三千转每分钟，如此就可以计算出减速比是八十一。。此次设计中轴二的传动是由伺服电机传动到末端RV减速器输出。减速器的传动比为81，由老师给出的条件可知轴二的惯性力矩：功率P的值可以由下式计算得出:先初步选择日本的安川SHAGIO-08A的交流伺服电动机，这种交流伺服电动机的额定输出功率有0.75千瓦，这种交流伺服电动机的额定扭矩有2.57牛米，这种交流伺服电动机的额定转速有3000转每秒，这种交流伺服电动机的旋转惯性动量的值为：这种交流伺服电动机可以最后给减速器的输出端提供的转矩可以由下式得出：2.57×81=208.17满足此次设计的条件。减速器选择了刚好传动比为81的RV-40E型号RV减速器，且这种型号的减速器的最大转矩是353牛米，这种减速器的输入最大功率是2.76千瓦，完全可以满足此次设计的需求。6）轴1电动机的选型与减速器的设计由老师给定的已知条件可知，轴一的运动角速度是一百七十八度每秒。，假设电动机的最大转速是三千转每分钟，如此就可以计算出减速比是一百零一。。此次设计中轴一的传动是由伺服电机传动到末端RV减速器输出。减速器的传动比为101，由老师给出的条件可知轴一的惯性力矩：功率P的值可以由下式计算得出:先初步选择日本的安川SHAGIO-10A的交流伺服电动机，这种交流伺服电动机的额定输出功率有1千瓦，这种交流伺服电动机的额定扭矩有3.18牛米，这种交流伺服电动机的额定转速有3000转每秒。这种交流伺服电动机可以最后给减速器的输出端提供的转矩可以由下式得出：3.18×110=349.8满足此次设计的条件。减速器选择了刚好传动比为101的RV-80E型号RV减速器，且这种型号的减速器的最大转矩是672牛米，这种减速器的输入最大功率是2.76千瓦，完全可以满足此次设计的需求。下表为电机和减速器的具体选型表：4.2谐波减速器设计4.2.1谐波减速器传动原理谐波减速器是在各类机器人中都比较常见，而且谐波减速器的减速比一般都非常大，运行时还无噪音运行平稳。是由柔性齿轮刚性齿轮和波形发生器还有其他一部分部件构成，刚性齿轮是固定不做运动的，波发生器作为主动轮来输入转矩，柔性齿轮作为输出端输出转矩。谐波减速器能够实现大减速比的减速是因为它的的钢轮齿数与柔轮齿数一样，刚性齿轮与柔性齿轮之间相差了一个波数。上面的公式中代表的是柔轮齿数，代表的是钢轮齿数，代表的是波数。当谐波减速器的刚性齿轮固定时，波发生器和电动机的输出轴相连，柔性齿轮输出时，谐波减速器的减速比为：图4-1谐波减速器结构图图4-2谐波减速器传动原理图4.2.2刚轮、柔轮、波发生器的设计此次设计的刚性齿轮是固定不做运动的，波发生器作为主动轮来输入转矩，柔性齿轮作为输出端输出转矩。1）柔轮此次的设计中采取的是钟形柔轮，杯型柔轮，环形柔轮中的杯型，此次设计中柔性齿轮的材料选择为40CrNiMoA。结构示意图如下。图4-3柔轮图2）刚轮此次设计的谐波减速器选用带有凸缘的刚性齿轮结构。虽然这种谐波减速器在加工时比较复杂，但是它比较好安装且定位十分灵活。钢轮的材料选择为45钢，调质处理。此次设计的刚性齿轮的结构如下图：图4-4刚轮图3）波发生器一般情况下，使用的最多的是凸轮式波发生器和双滚轮波发生器这两种发生器，他们的结构简图如下：图4-5凸轮式图4-6双滚轮凸轮式波发生器不仅刚度比别的波发生器要高一些，而且凸轮式波发生器的负载承受能力也很高。凸轮式波发生器的设计参数有转速三千转每分钟，传动比为五十三，转矩零点三一八牛米。由下面的式子可以算出谐波减速器的输出转矩：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮筒体直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮齿数：由下面的式子可以算出谐波减速器的齿轮的模数：由于谐波减速器要与腕部的斜齿轮金和配合，而减速器的尺寸又有点小，所以可以适当的增加模数到0.75来满足配合关系。由下面的式子可以算出谐波减速器的钢轮与柔轮的齿数差：由下面的式子可以算出谐波减速器的钢轮齿数:由下面的式子可以算出谐波减速器的波发生器最大变形:由下面的式子可以算出谐波减速器的齿根下的柔轮的壁厚：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮齿根圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮变位系数：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮全齿高：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮齿顶圆的直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮齿分度圆齿厚：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮分度圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的柔轮基圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮分度圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮基圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮最小齿根圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮齿顶圆直径：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮齿顶圆压力角：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮变位系数：由下面的式子可以算出谐波减速器的刚轮分度圆齿厚：柔轮轴承的内径，柔轮轴承的下面的式子可以算出谐波减速器的波发生器长半轴：下面的式子可以算出谐波减速器的波发生器短半轴：下面的式子可以算出谐波减速器的输入端功率：4.2.3柔性轴承选择4.2.4柔轮的疲劳强度与稳定性校核由下式可以计算得出柔轮的周向正应力：由下式可以计算得出柔轮的变形切向正应力：由下式可以计算得出柔轮的扭转形成的切应力：，由下式可以计算得出柔轮的正应力安全系数：由下式可以计算得出柔轮的剪应力安全系数：由下式可以计算得出柔轮的复合状态下的疲劳安全系数：由下式可以计算得出柔轮的筒体壁厚为：由下式可以计算得出柔轮的筒体的外径为：由下式可以计算得出柔轮的筒体的扭转切应力为：设超载系数为2.5，则此时最大切应力为；钢制柔轮的不失稳切应力为：由上式的计算结果可知，，这说明此次设计的稳定性足够。4.3RV减速器设计4.3.1RV减速器传动原理RV减速器的传递主要是由是由摆线针轮，渐开线齿轮传动这两部分组成。RV减速器的尺寸较小被广泛应用于机器人领域等高端精密仪器中。且传动比很大，深受国内外设计师喜爱。传动简图如下。1.太阳轮2.行星轮3.偏心轴4.摆线轮5.针齿6.输出轴7.针齿壳图4-7RV减速器的传动简图RV减速器的传动比可以由下式计算得出：上式中，在式中代表的是：中心轮齿数；在式中代表的是：行星轮齿数；在式中代表的是：针轮齿数。4.3.2传动比分配RV减速器主要是由行星轮，圆柱齿轮两部分减速器组成，将RV减速器的传动简图再简化一次就可得到下图。图4-8RV传动的结构简图RV减速器的传动比可以由下式计算得出：当刚轮固定时，输出盘6输出时：将上面三个式子联立可得到总传动比为：在上式中代表的是：渐开线中心轮齿数；在上式中代表的是：渐开线行星轮齿数；在上式中代表的是：摆线轮齿数；在上式中代表的是：针轮齿数由设计参数传动比50作以下分配：4.3.3行星齿轮与太阳轮的设计a.行星齿轮与太阳轮的零件材料的选择和热处理的选择：行星齿轮选择40Cr作为他的材料，并进行调制处理，处理后行星齿轮的硬度为220～250HBW；中心齿轮：选择40Cr作为他的材料，并进行调制处理，处理后太阳齿轮的硬度为240～280HBW；b.行星齿轮与太阳轮的齿轮齿数的确定c.行星齿轮与太阳轮模数的确定根据齿根弯曲强度设计可以得出以下计算公式来计算模数确定公式内的各计算数值查表可得齿轮的弯曲疲劳强度和弯曲疲劳寿命系数为：由以下公式可以计算出弯曲疲劳许用应力并取弯曲疲劳应力安全系数为：S=1.4下面确定载荷系数中各值并计算载荷系数查得：使用系数的值为动载系数齿间分布系数齿向分布系数故载荷系数：查取齿形系数查得：查取应力校正系数查得：计算并比较大小计算行星轮传递的转矩设计计算考虑到机器人的机构问题，所以取模数为1.5。可由以下公式计算出行星轮的分度圆直径：行星轮的齿宽：校核齿面接触疲劳强度可以由以下公式计算得出齿面接触应力其中:在式中表示的意思为：材料弹性系数在式中表示的意思为：节点区域系数在式中表示的意思为：载荷系数在式中表示的意思为：行星轮间载荷分配不均匀系数在式中表示的意思为：行星轮分度愿直径在式中表示的意思为：行星轮传递的转矩在式中表示的意思为：齿宽在式中表示的意思为：齿数比查得：材料弹性系数节点区域系数可以由下面的公式计算得出：载荷系数的值为K载荷分配不均匀系数的值为则：2）许用接触应力的值为查得：尺寸系数工作硬化系数接触疲劳强度极限安全系数S=1.05寿命系数将上述所查得的数据带入可计算出许用接触应力：由于：接触疲劳强度计算满足此次设计的要求。齿轮几何尺寸的设计计算分度圆的直径d可以由以下公式计算得出dd齿顶圆直径可以由以下公式计算得出ℎ齿根圆直径和齿根高可以由下式计算得出：ℎ齿宽可由下式计算得出：&中心距a可以由以下公式计算得出a4.3.4摆线针轮减速器的设计：4.3.4.1摆线轮、针轮、柱销的设计原理针轮和柱销：GCR15摆线轮:GCr15siMn,热处理后硬度：58～62HRC针齿壳材料选择为HT200，时效处理。（1）摆线轮与针轮的设计摆线轮与针齿的接触强度可以由以下公式计算得出：其中在式中表示的是：摆线轮与针齿啮合的作用力；＝2.06105MPa；在式中表示的是：当量弹性模量，在式中表示的是：摆线轮宽度，bc=(0.1∼0.15)，在式中表示的是：当量曲率半径。2）针齿抗弯曲强度及刚度校核针齿销的弯曲应力和针齿销的转角可以由以下公式计算得出：支点处的转角，针齿销的弯曲应力可以由以下公式计算得出：其中：在式中表示的是：针齿上作用的最大压力；L在式中表示的是：针齿销的跨度（mm）；在式中表示的是：针齿销的直径；在式中表示的是：针齿销许用弯曲应力；在式中表示的是：许用转角。3）柱销强度计算柱销的弯曲应力可以由以下公式计算得出：其中：在式中表示的是：间隔环的厚度；B在式中表示的是：转臂轴承宽度；在式中表示的是：安装和制造误差对柱销载荷影响系数，一般情况下取＝1.35～1.5。4.3.4.2摆线轮、针齿、柱销的计算设计计算如下：4.3.4.3润滑与密封此次设计中润滑方式采用脂润滑，使用的是日本的Nabtesco公司所生产的润滑脂，可以在电动机的那侧的通孔中封入一部分，标准更换时间为20000hour。4.4小结本章主要给六个自由度选取了交流伺服电机，还完成了谐波减速器和RV减速器的计算设计。5部分重要零件的设计与校核5.1轴4圆柱齿轮的设计设计齿轮为圆柱斜齿轮；原动机为电动机；传递功率PⅠ；小齿轮转速nⅠ=；；每年工作350天，每天工作16小时，预期寿命10年，单向运输，轻度振动。1)为轴四选择齿轮精度，并为其选择材料及许用应力由于转速并不是很高，所以选用8级精度小齿轮：40Cr调质大齿轮：45钢调质接触疲劳许用应力[σH]由式（10-12）[25]接触疲劳寿命系数KHN：KHN1＝0.87，KHN2＝0.89应力循环次数N＝1.008×1010N2=N1/i1=1.008×1010/2＝5..04×109查图10-19[25]得KSH指的是：接触强度最小安全系数：所以在此次设计中取1则&[σH]＝（[σH]1+[σH]2）/2＝（522+489.5）/2=505N/mm2弯曲疲劳许用应力[σF]，由式（10-12）[25]弯曲疲劳强度极限σFE,查图10-20c[25]：σ弯曲疲劳寿命系数KFN,查图10-18[25]：KSFmin：SFmin指的是：弯曲强度最小安全系数，在此次设计中取值为1.4则&（2)按齿面接触疲劳强度设计由式（10-21）[25]计算小齿轮分度圆直径d1t齿宽系数d＝0.6，查表10-7[25]，按小齿轮做悬臂布置。小轮齿数zl＝23，在推荐值20～40中选大轮齿数z2＝47U值得是齿数比u=指的是螺旋角在此次设计中初选=14小齿轮转矩T1T初选载荷系数可以由以下公式计算得出：Kt=1.6材料的弹性影响系数ZE＝189.8区域系数ZH＝2.433端面总重合度=1+2=0.76+0.85圆周速度v可以由以下公式计算得出：v=πd1tn1/60000=π×10.66×3000/60000=1.67m/s齿宽b可以由以下公式计算得出：b=dd1t=0.6×12.50=7.50mm齿轮模数mnt齿宽高之比可以由以下公式计算得出：b/h=b/2.25＝12.36轴向重合度可以由以下公式计算得出：=0.318dz1tan=0.318×0.6×23×tan14=1.094KA—使用系数KA=1.25Kv—动载系数Kv=1.03Kα—齿间载荷分配系数KHα=KFα=1.4Kβ—齿向载荷分布系数KHβ＝1.007由b/h和KHβ载荷系数可以由以下公式计算得出：KK=校正小齿轮分度圆直径d1由式（10-10a）[25]=13.04mm所需模数mnmn=d1cos/z1＝13.04×cos14/23=0.55mm3)按齿根弯曲疲劳强度设计由（10-06）[24]设计齿轮模数=0.55Y指的是：螺旋角影响系数可以由以下公式计算得出：Y载荷系数KK=当量齿数zv&齿形系数YFa和应力校正系数YSa可以由以下公式计算得出：&计算大、小齿轮的可以由以下公式计算得出：YFaYSa/[F]&（大齿轮数值大）=0.365mm取，即可满足弯曲强度。4)几何尺寸计算(1)标准中心距可以由以下公式计算得出：aa=mn(z1+z2)/2cos=3×(23+47)/2cos14=108mm(2)修正螺旋角可以由以下公式计算得出：cos=mn(z1+z2)/2a=3×(23+47)/(2108)=1332’10”因值改变不大，、K、ZH等参数不必修正。(3)分度圆直径可以由以下公式计算得出：dd1＝mnz1/cos=3×23/cos1332’10”＝70.9mmd2＝mnz2/cos=3×47/cos1332’10”＝145.0mm(4)齿宽b可以由以下公式计算得出：b=dd1大、小齿轮齿宽B&B(5)齿根圆直径可以由以下公式计算得出：df&（6）齿根圆直径可以由以下公式计算得出：dada1=d1+2ha=70.9+3×1×2=76.9mmda2=d2+2ha=145.0+3×1×2=151.0mm5）高速级齿轮几何参数5.2轴5锥齿轮的设计由之前的说明可知，，，传动比，假设每年工作300天，且需要工作八年，同时需要平稳运行，两班制。1.此次设计选用直尺圆锥齿轮进行传动，因为运动要求不是很高所以选择八级精度不变位，材料上选择大齿轮使用45钢，可以得到硬度为二百四十的HBS的大齿轮，小齿轮选用40Cr，调制后可得到硬度为二百八的HBS的小齿轮。

z1=29,则z2=u⋅z1=1×29=29z1=29,则z2=u⋅z1=1×29=29，取29。2.按齿面接触疲劳强度设计公式：≥1．确定以上公式中各个因素应取得值（1）材料弹性影响系数。（2）齿轮1和齿轮2接触疲劳强度极限分别为和。（3）计算应力循环次数小齿轮的应力循环次数：大齿轮的应力循环次数：（4）查得大齿轮和小齿轮的接触疲劳寿命系数分别为（5）计算大齿轮和小齿轮的接触疲劳许用应力分别为（6）试选，查得所以（7）（8）（2）计算齿轮参数值（1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得≥（2）圆周速度v可以由以下公式计算得出（3）载荷系数可以由以下公式计算得出根据，8级精度，查得，所以。（4）校正分度圆直径：（5）技术模数可以由以下公式计算得出3.按齿根弯曲疲劳强度设计 公式：m≥（1）查表得齿轮1和齿轮2的弯曲疲劳强度极限分别为，。2）查得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力弯曲疲劳安全系数S取1.4，4）载荷系数K=1.975）节圆锥角6）当量齿数可以由以下公式计算得出7）查取大齿轮和小齿轮的齿形系数分别为8）查取大齿轮和小齿轮的应力校正系数分别为9）计算大小齿轮的,并加以比较。齿轮2的数值大。4.模数计算可以由以下公式计算得出 m≥综合轴径考虑，取得，，5.几何尺寸计算1）大端分度圆直径可以由以下公式计算得出2）计算节锥顶距可以由以下公式计算得出3）节圆锥角可以由以下公式计算得出4）大端齿顶圆直径可以由以下公式计算得出5）齿宽可以由以下公式计算得出5.3轴6第一对锥齿轮的设计由已知可得，，，传动比，假设每年工作300天，且需要工作八年，同时需要平稳运行，两班制。1.此次设计选用直尺圆锥齿轮进行传动，因为运动要求不是很高所以选择八级精度不变位，材料上选择大齿轮使用45钢，可以得到硬度为二百四十的HBS的大齿轮，小齿轮选用40Cr，调制后可得到硬度为二百八的HBS的小齿轮。齿轮1齿数，取17。2.按齿面接触疲劳强度设计由以下公式： ≥（1）确定公式内的各计算值1）材料弹性影响系数。2）齿轮1和齿轮2，。3）计算应力循环次数小齿轮应力循环次数为：大齿轮应力循环次数为：4）查得大齿轮和小齿轮的接触疲劳寿命系数分别为5）计算大齿轮和小齿轮的接触疲劳许用应力分别为6）试选，查得所以7）8）(2)模数可以由以下公式计算得出1）试算小齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得≥2）圆周速度v可以由以下公式计算得出3）载荷系数可以由以下公式计算得出根据，8级精度，查得，所以。4）校正分度圆直径5）模数3.按齿根弯曲疲劳强度设计 可由以下公式：m≥(1)确定公式内的各计算值1）查表得齿轮1和齿轮2的弯曲疲劳强度极限分别为，。2）查得大齿轮和小齿轮的弯曲疲劳寿命系数分别为3）计算大齿轮和小齿轮的弯曲疲劳许用应力分别为弯曲疲劳安全系数S取1.44）载荷系数K=1.975）节圆锥角6）当量齿数可由以下公式计算得出7）查取齿形系数8）查取应力校正系数9）计算大小齿轮的,并加以比较。大齿轮的数值大。(2)模数可由以下公式计算得出 m≥综合轴径考虑，取得，，4.几何尺寸计算1）计算大端分度圆直径2）计算节锥顶距可由以下公式计算得出3）节圆锥角可由以下公式计算得出4）大端齿顶圆直径可由以下公式计算得出5)齿宽可由以下公式计算得出5.4轴6第二对锥齿轮的设计由腕部结构知，轴6两