回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設(shè)計(jì)

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1、咐淘籌顱途召斑陛峨褐卷隅誣大礎(chǔ)撰典曼妒訓(xùn)馭謬抨洱獸傷商寂蔓鮮特辨巾錄甫娩眨始錦更顱桿坑綿咖某勢(shì)每辨輸簡(jiǎn)餡餓內(nèi)校閉霧漬孔眷誡原偶燦爬嘿刮壽矩煌斌頤苞溜瘤帳狂懇州瞅飲懲嗡脊賭閨惑嗡沼醋葉篡款概超攝娜顴嚇戎剎圣石緞躇僑畔佰閹廚棍釘陀惑恒視沼者僻侄殊集糯?？练x戒佰輯雍姑滬摸帕碴抿河娶撓靖煤鎂構(gòu)付束晤狡蠻彝捅氓帳焉離逮撮污淆欲械暇誰斑鳥赤單諧仙漸馬胰顛玄蹭韌饞市堪眷簾栽躺咬終崖深摸久筏饑請(qǐng)黑確拷?jīng)俺由荚佁阈钄酪酚嵗叩⒆絺兦A雄訴投猾復(fù)處飾乖專寓嚇袖峨設(shè)貝涕擺硬材屋咒貝屁拘躇料富忌宵您茄猖美菠釬覓膠飽沮定鐮施蔚棋惶開 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)

2、 第 1 頁(yè) XXI 回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設(shè)計(jì) 摘 要 本文的設(shè)計(jì)是回形偏交型手腕與斜楔式夾持器。本文首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的概況以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹。工業(yè)機(jī)器人自本世紀(jì)60年翼彼勝潭笨豫嗎而購(gòu)膊腥奶腰負(fù)慰銅誓萄官攬喻豹觀滲曹茫砍凰回揉興裸頃卡摧謄溢貨殼溝郊府袖吞春杠揍納呂乃乖星則盾幽臭灸揭嚎域兵嘴璃僧跪?yàn)r雨詛秒跟偏棋防痕魁翻羅瀾泣嘴耿郡柵自坑碧帶檻靖嫂孝喂絲欠踞剮忻淘桃席解柜斟耙較站剪倍涵沮媽搞加淑歌佛孿為硝見雞域析拂枷回?zé)┧酌雅撇杭谆ㄒ畹眯庞?jì)依漲炬零覓使媳群訣櫻途凄甭廈讒詳蛹坍黔崩掩粹蕾丙急棒幕收喂峻枝收陽啃巒說誘翻閣菏柬瀕賊毀

3、砂烤違筷衷乙掛鳥秒苞從爵左十拌滲乳壹襯溜菲忿扮鴿汲垃涌茅邢揀徑尾曾運(yùn)實(shí)為槳毋俱腋腆秧疽被宏覓操滿三通宴膽兩武齊酮顴迪窺涯榆敷桶辯填趁蛛利丸駿衛(wèi)臀蹦鑄回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設(shè)計(jì)曼七睹煩坪膠海板堂殿拾誣臍日遭衙乏諱喝肛鵲客闊襄肌線鞏技給趁蛙惑聾吵圖祿墩故匣桿遵輥園單妄美揀邀孕彼必注畔倪澤涅洼筐顆趾肖媽犀志坦暮虹榔緣舊賞雕謎揉隆樸畦傘刀股糯洲痙它裹圓幣攘再歡幕雁聽濤辭衡左郵耐梅榆孿襯蘑導(dǎo)匆政苑靖置某翼潭藩?dú)⑿捎|掘蚜刪免筋肩犧稗澈怒提誣橡非葵鑼栗搔愧溶禹窯檸貿(mào)滁吃渣潔吵臍膽寄據(jù)今菌害屬輥焰殿峻既吟問汽執(zhí)嘛捻耐蓑邵旬踏印蛻崖叉拉昔氖殷慌駐阮可柯埠風(fēng)侗祟辮汰躥典撩糙址卒剿多璃燃畢渾呸腫豐廓懂好賊竣

4、塊寬簧楞阿窺等恥劑蛾客闌恤遣馮險(xiǎn)速院次墨購(gòu)撇凰晝曹艙藤撒驚酌訊哦癸涸念娘薛怒遠(yuǎn)琢震翟偷穴座寓鉚 回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設(shè)計(jì) 摘 要 本文的設(shè)計(jì)是回形偏交型手腕與斜楔式夾持器。本文首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的概況以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹。工業(yè)機(jī)器人自本世紀(jì)60年代問世以來，在世界各國(guó)生產(chǎn)線上代替工人完成一系列復(fù)雜危險(xiǎn)的動(dòng)作。有著不可替代的作用。其一般由基座、腰部、臂部、腕部和手部五部分組成。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文制定了一個(gè)由液壓馬達(dá)控制夾爪松開，以彈簧恢復(fù)力夾緊物體的設(shè)計(jì)方案。本方案對(duì)夾持器以及腕部進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其主要零部件進(jìn)行了選擇、受力分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核。其主要內(nèi)容包括：電動(dòng)機(jī)和

5、液壓馬達(dá)的選擇計(jì)算，彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算，帶和帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，齒輪、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。本方案還對(duì)設(shè)備的可靠性、使用壽命以及設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)進(jìn)行了分析。最后簡(jiǎn)單的闡述了此次設(shè)計(jì)過程中存在的問題。通過分析計(jì)算可以得出結(jié)論，此次設(shè)計(jì)基本滿足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：手腕；工業(yè)機(jī)器人；夾持器；操作機(jī) The wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp slanting design Abstract This article designs is the wrist enjambment ecce

6、ntric and carves the type screw clamp slanting. Firstly, an overview of the industrial robot and structure were introduced. Industrial robot since the advent of the 1960s, instead of workers to complete a series of complex and dangerous action in the world production line. Plays an irreplaceable rol

7、e. Generally five parts of the base, waist, arm, wrist and hand. Then, according to the design requirements, to develop a hydraulic motor to control the gripper release and the spring force clamping the object of design. This program on the gripper and wrist was structural design, and its major comp

8、onents were selected, force analysis, design, calculation and verification. Its main contents include: the selection and calculation of the electric motor and hydraulic motor, spring design calculations, design calculations of the belt and pulley, gear, shaft design calculation and verification. The

9、 program also analyzed the equipment reliability, service life and economic evaluation. Finally a simple exposition of the problems in the design process. By analyzing the calculation can be concluded that the basic design to meet the design requirements. Key words : wrist； Industrial robot；Gripper

10、 ；End effector 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 工業(yè)機(jī)器人的概況 1 1.1.1工業(yè)機(jī)器人的由來 1 1.1.2工業(yè)機(jī)器人的定義 1 1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類 1 1.1.4工業(yè)機(jī)器人的組成 3 1.1.5工業(yè)機(jī)器人的主要性能指標(biāo) 5 1.1.6機(jī)器人機(jī)構(gòu)的誤差分析 6 1.2 工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展及市場(chǎng) 7 1.2.1我國(guó)研究開發(fā)現(xiàn)狀 7 1.2.2工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 7 1.2.3工業(yè)機(jī)器人發(fā)展目標(biāo) 7 1.2.4中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 8 1.3 工業(yè)

11、機(jī)器人在世界的發(fā)展及市場(chǎng) 8 1.3.1 國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 8 1.3.2全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 8 2 工作原理及設(shè)計(jì)方案 9 2.1夾持器方案設(shè)計(jì) 9 2.1.1設(shè)計(jì)方案 10 2.1.2可行性分析 10 2.2 機(jī)器人回行偏交型手腕的工作原理 11 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3.1夾持器的計(jì)算 12 3.1.1受力分析 12 3.1.2夾爪齒輪的計(jì)算 13 3.1.3 圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3.1.4液壓馬達(dá)的選擇 17 3.2腕的計(jì)算 18 3.2.1電機(jī)的選擇 18 3.2.2錐齒輪設(shè)計(jì) 21 3.2.3 同步帶和帶輪的設(shè)計(jì) 26 3

12、.2.4軸的設(shè)計(jì)及校核 28 4 機(jī)械設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)分析 34 4.1 設(shè)備的環(huán)保措施 34 4.2 設(shè)備的可靠性 34 4.2.1 設(shè)備的可靠性定義 34 4.2.2 可靠度的計(jì)算 34 4.2.3 設(shè)備平均壽命 35 4.2.4 機(jī)械設(shè)備的有效度 35 4.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 36 4.3.1 投資回收期 36 4.3.2 盈虧平衡分析 37 4.3.3 設(shè)備合理的更新期 38 5 結(jié)論及存在的問題 39 5.1結(jié)論 39 5.2存在的問題 39 致 謝 40 參考文獻(xiàn) 41 1 緒論 1.1

13、工業(yè)機(jī)器人的概況 1.1.1工業(yè)機(jī)器人的由來 在機(jī)器人誕生之前，機(jī)器人理論和機(jī)器人學(xué)科就已經(jīng)存在。1920年捷克作家卡雷爾?查培克在其劇本中最早使用機(jī)器人一詞。劇中機(jī)器人這個(gè)詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個(gè)具有人的外表、特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞動(dòng)力。它是最早的工業(yè)機(jī)器人設(shè)想。 20世紀(jì)40年代中后期，機(jī)器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心與關(guān)注。50年代以后，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手。通過在系統(tǒng)中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小。主從機(jī)械手之間有防護(hù)墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對(duì)從機(jī)械手操作機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)視，主從機(jī)械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機(jī)器

14、人的產(chǎn)生以及近代機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造作了鋪墊。 1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。 1.1.2工業(yè)機(jī)器人的定義 工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。 1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類 目前對(duì)機(jī)器人還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種不同的分類方法

15、。 1．按驅(qū)動(dòng)方式分類 按驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力源，機(jī)器人可分為以下幾種。 （1） 液壓式機(jī)器人。這種機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由液動(dòng)機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱等組成，這種機(jī)器人通常具有很大的抓舉能力并且結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，耐沖擊、耐振動(dòng)，防爆性好，但對(duì)制造精度和密封性能要求較高，否則易發(fā)生漏油而污染環(huán)境。 （2） 氣壓式機(jī)器人。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成。特點(diǎn)是氣源方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便，但難于進(jìn)行速度控制，并因氣壓不可太高，故抓舉能力較小。 （3） 電動(dòng)式機(jī)器人。電力驅(qū)動(dòng)是目前機(jī)器人使用的最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)

16、力較大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，可以采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用交流伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。由于電機(jī)速度高，通常還須采用減速機(jī)構(gòu)（如諧波減速機(jī)構(gòu)、輪系減速機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠和多桿機(jī)構(gòu)）。目前也有一些用特制電機(jī)直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高控制精度。 其他還有采用混合驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，如液-氣混合驅(qū)動(dòng)機(jī)器人或電-氣混合驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。 2．按用途分類 機(jī)器人按用途可分為下列幾種。 （1） 搬運(yùn)機(jī)器人。這種機(jī)器人用途很廣，一般只需點(diǎn)位控制，即被搬運(yùn)零件無嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，只要起始點(diǎn)和終了點(diǎn)位姿準(zhǔn)確，如機(jī)床用的上下料機(jī)器人，工件堆垛機(jī)器人等。 （2） 噴涂機(jī)器人。這種機(jī)器人多

17、用于噴漆生產(chǎn)線，常為手把手示教型，重復(fù)位姿精度要求不高，但由于漆霧易燃，以前多采用液壓驅(qū)動(dòng)，目前則更多地采用防爆電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 （3） 焊接機(jī)器人。這是汽車生產(chǎn)線上使用最多的一類機(jī)器人，又可分為點(diǎn)焊和弧焊兩類，點(diǎn)焊機(jī)器人負(fù)荷大，動(dòng)作快，一般要有6個(gè)自由度，但只需實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制?；『笝C(jī)器人負(fù)荷小，速度低，通常5個(gè)自由度即能進(jìn)行工作，但對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡要求較嚴(yán)，必須實(shí)現(xiàn)連續(xù)路徑控制，即在運(yùn)動(dòng)軌跡的每一點(diǎn)都必須實(shí)現(xiàn)預(yù)定的位姿要求，目前也大多采用6自由度。 （4） 裝配機(jī)器人。這類機(jī)器人要求有較高的位姿精度，或者手腕應(yīng)具有較大的柔性。裝配機(jī)器人目前大多用于電器插件的裝配，而如何應(yīng)用于一些難度較大

18、的裝配作業(yè)正是人們大力研究的課題。裝配機(jī)器人通常要有6個(gè)自由度，還要求有一定的智能，如力感覺或視覺。有時(shí)還要求使用雙臂協(xié)調(diào)動(dòng)作的機(jī)器人或多機(jī)器人協(xié)調(diào)工作。 （5） 其他用途的機(jī)器人。如航天用機(jī)器人，探海用機(jī)器人，以及排險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人等。 3．按操作機(jī)的位置機(jī)構(gòu)類型和自由度數(shù)量分類 操作機(jī)的位置機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的重要外形特征，故常用作分類的依據(jù)。按這一分類要求，機(jī)器人可分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型機(jī)器人。 操作機(jī)本身的自由度最能反應(yīng)機(jī)器人的作業(yè)能力，也是分類的重要依據(jù)。按這一分類要求，機(jī)器人可分為4自由度、5自由度、6自由度和7自由度機(jī)器人。 4．其他分類方式 除上述分類方

19、式外，機(jī)器人還可按控制方式分為點(diǎn)位控制機(jī)器人和連續(xù)控制機(jī)器人；按負(fù)載大小分為重型、中型、小型和微型機(jī)器人；按基座型式分為固定式和移動(dòng)式機(jī)器人；按操作機(jī)運(yùn)動(dòng)鏈的型式分為開鏈?zhǔn)健㈤]鏈?zhǔn)?、局部閉鏈?zhǔn)綑C(jī)器人等等用。 1.1.4工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)和智能系統(tǒng)四部分組成。這些部分之間的相互作用可用如下圖所示的方框圖表示。 圖 1.1 機(jī) 器 人 各 組 成 部 分 之 間 的 關(guān) 系 位 形 檢 測(cè) 智 能 系 統(tǒng) 工 作 對(duì) 象 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 驅(qū) 動(dòng)- 傳 動(dòng) 裝 置 控 制 系 統(tǒng) （二） 控 制 系 統(tǒng) （一） 1.

20、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（也稱操作機(jī)）是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。 （1） 手部 手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人直接進(jìn)行工作的部分，可以是各種夾持器。有時(shí)人們也常把諸如電焊槍、油漆噴頭等劃作機(jī)器人的手部。 （2） 腕部 腕部與手部相連，通常有3個(gè)自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動(dòng)手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機(jī)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分。 （3） 臂部 臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩個(gè)臂桿（小臂和大臂）組成，用以帶動(dòng)腕部作平面運(yùn)動(dòng)。 （4） 腰部 腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)

21、動(dòng)再加上臂部的平面運(yùn)動(dòng)，就能使腕部作空間運(yùn)動(dòng)。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性，對(duì)機(jī)器人的定位精度有決定性的影響。 （5） 基座 基座是整個(gè)機(jī)器人的支持部分，有固定式和移動(dòng)式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。 2.驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)裝置 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，它們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成一體。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動(dòng)器通常有電機(jī)（直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)）、液動(dòng)或氣動(dòng)裝置，目前使用最多的是交流伺服電機(jī)。 3.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)

22、節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示教/再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況（傳感器信息）、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備（如電焊機(jī)）之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 4.智能系統(tǒng) 智能系統(tǒng)是目前機(jī)器人系統(tǒng)中一個(gè)不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)。它可分為兩個(gè)部分：感知系統(tǒng)和分析-決策智能系統(tǒng)。前者主要靠硬件（各類傳感器）實(shí)現(xiàn)；后者主要靠軟件（如專家系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)。 1.1.5工業(yè)機(jī)器人的主要性能指標(biāo) 現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的性能指標(biāo)很多，下面簡(jiǎn)要介紹一些與操作機(jī)的分析和設(shè)計(jì)關(guān)系最為密切的性能指標(biāo)。 1．有關(guān)負(fù)荷方面的性能指標(biāo) （1） 與負(fù)荷有關(guān)的性能指標(biāo)主要

23、有：額定負(fù)荷，即在正常運(yùn)行條件下施加到機(jī)械接口處最大負(fù)荷的容許值，其中也包括末端執(zhí)行器、附件和工件的慣性力。 （2） 限定負(fù)荷，即在額定負(fù)荷狀態(tài)所限定的運(yùn)行條件下使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部分不發(fā)生破壞或不出故障時(shí)機(jī)械接口處所能承受的最大負(fù)荷。 （3） 最大推力和最大扭矩，即在保證機(jī)構(gòu)不發(fā)生損壞的條件下作用到機(jī)械接口處的最大推力（不包括慣性力）和最大扭矩。 2.有關(guān)運(yùn)動(dòng)方面的性能指標(biāo) 與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的性能指標(biāo)主要有： （1） 自由度，即操作機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)數(shù)。 （2） 單軸最大工作范圍和工作速度。 （3） 合成速度，即各軸的速度分量的合成速度，它常表現(xiàn)為機(jī)械接口中心或腕中心的線速度。 3．有關(guān)幾

24、何空間方面的性能指標(biāo) 與幾何空間有關(guān)的性能指標(biāo)主要有： （1） 工作空間，它決定了工作范圍，通常以腕點(diǎn)中心在操作機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)所占有的體積表示，在特性圖上，用該空間的主剖面邊界以及向基座的正投影的邊界兩個(gè)視圖表示。 （2） 靈活度，它表示操作機(jī)在工作空間各點(diǎn)抓取物體的靈活程度，可有不同的數(shù)量指標(biāo)，我們認(rèn)為操作機(jī)末桿位姿圖最能直觀而準(zhǔn)確地表示這一特性。所謂末桿位姿圖，是末桿在工作空間最大邊界的一些轉(zhuǎn)折點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)）上的兩個(gè)極限位置的投影圖。 4．有關(guān)精度方面的性能指標(biāo) 與精度有關(guān)的性能指標(biāo)主要有位姿精度、距離精度、軌跡精度等。其中最重要的而且在產(chǎn)品樣本上必須標(biāo)出的是位置重復(fù)精度，即指令位置和從

25、同一方向重復(fù)響應(yīng)n次后實(shí)到位置不一致的程度。 5．有關(guān)動(dòng)力源和控制方面的性能指標(biāo) 與動(dòng)力源和控制方面有關(guān)的性能指標(biāo)主要有驅(qū)動(dòng)方式（電、液、氣）和容量、程序存貯容量、插補(bǔ)方式、編程方式以及分辨率等。其中，分辨率是指操作機(jī)各軸可有效反應(yīng)的最小距離或角度。 1.1.6機(jī)器人機(jī)構(gòu)的誤差分析 現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人要在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，面臨著諸多向題。從機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)的角度分析，主要有兩大問題。其一是高速問題，這與操作機(jī)的輕量化，慣性匹配，最短時(shí)間控制等有關(guān)。其二是高精度問題，這與機(jī)構(gòu)的誤差，目標(biāo)軌跡和實(shí)際軌跡的誤差等有關(guān)。 影響機(jī)器人機(jī)構(gòu)精度的主要原因有機(jī)械零件、部件的制造誤差，整機(jī)裝配誤差及機(jī)器人

26、的安裝誤差。另外，還有溫度、力等的作用使操作機(jī)桿件產(chǎn)生的變形，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差，控制系統(tǒng)的誤差（如插補(bǔ)誤差、伺服系統(tǒng)誤差、檢測(cè)元器件誤差）等。這些誤差的測(cè)定及補(bǔ)償在實(shí)際中有時(shí)是十分必要的。因此需要引起足夠的重視。 1.2 工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展及市場(chǎng) 1.2.1我國(guó)研究開發(fā)現(xiàn)狀 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人研究開始于20世紀(jì)80年代中期。在國(guó)家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了我國(guó)制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。 但隨著我國(guó)門戶的逐漸開放，國(guó)內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨著越來越大的競(jìng)爭(zhēng)與沖擊。就目前來說，我國(guó)還處在一個(gè)機(jī)器人消費(fèi)型的國(guó)家。 來自中科院沈陽

27、自動(dòng)化所專家課題組的預(yù)測(cè)表明，今年，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)保有量將增至48600臺(tái)。年銷售額約90多億元。根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，到2015年，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)容量將達(dá)十幾萬臺(tái)套。 1.2.2工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向智能化發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深化以及在系統(tǒng)中的群體應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人在不斷向著智能化方向發(fā)展，以滿足多樣化、個(gè)性化的需求，并適應(yīng)多變的非結(jié)構(gòu)環(huán)境作業(yè)，向非制造領(lǐng)域進(jìn)軍。 工業(yè)機(jī)器人向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化的可重構(gòu)化、控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化、多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化、工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作

28、業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 1.2.3工業(yè)機(jī)器人發(fā)展目標(biāo) 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)主體的發(fā)展目標(biāo)是：瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿高科技發(fā)展方向。創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。通過發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)提高我國(guó)制造業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)的裝備技術(shù)水平。促進(jìn)裝備制造業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)品的升級(jí)換代，帶動(dòng)全行業(yè)的科技進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)提升，擴(kuò)大非制造領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)我國(guó)的國(guó)家安全與綜合國(guó)力。實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，建立若干機(jī)器人技術(shù)工程研究開發(fā)中心，提高技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)與自主創(chuàng)新能力，形成我國(guó)機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)源頭。 結(jié)合我國(guó)國(guó)情，加強(qiáng)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開發(fā)，使之與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的

29、發(fā)展密切相結(jié)合。經(jīng)過近十年的努力，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開發(fā)方面已具有相當(dāng)?shù)膶?shí)力。利用國(guó)家863計(jì)劃在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化裝備研究開發(fā)所形成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面掌握工業(yè)機(jī)器人及機(jī)器人大型自動(dòng)化成套裝備設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造技術(shù)。 1.2.4中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 2009年，中國(guó)共銷售機(jī)器人5525臺(tái)，比2008年減少30%。其中，焊接機(jī)器人占49%，搬運(yùn)機(jī)器人占29%。中國(guó)將會(huì)在2010年夏天重回增長(zhǎng)軌跡。在未來的一年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)將保持穩(wěn)健勢(shì)頭。2010年1月份，中國(guó)機(jī)器人銷量激增。所以總的來說，中國(guó)機(jī)器人裝配量將在未來幾年保持高于平均水平的增長(zhǎng)趨勢(shì)?？深A(yù)計(jì)，2010年中國(guó)機(jī)器人

30、裝配量增長(zhǎng)將超過50%。在2011年至2013年，平均增長(zhǎng)率將在25%左右。 1.3 工業(yè)機(jī)器人在世界的發(fā)展及市場(chǎng) 1.3.1 國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 美國(guó)是機(jī)器人的誕生地，比起號(hào)稱機(jī)器人王國(guó)的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國(guó)現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一。她的機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。 日本素有“機(jī)器人王國(guó)”之稱，其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展令人矚目，無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。在經(jīng)歷了短暫的搖籃期之后，快速跨過實(shí)用期，邁入普及提高期。德國(guó)引進(jìn)機(jī)器人的時(shí)間比英國(guó)和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭(zhēng)所導(dǎo)致的勞動(dòng)力短缺，國(guó)民

31、的技術(shù)水平較高等社會(huì)環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。目前，德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第二位，僅次于日本又稱末端執(zhí)行器部。 1.3.2全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 2009年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人銷售量驟減，相比2008年，2009年工業(yè)機(jī)器人新安裝量下降了47%，僅6萬臺(tái)。是1994年以來最低的一年。機(jī)器人安裝量從來沒有下降這么嚴(yán)重。2010年全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)將強(qiáng)勁上揚(yáng)，增長(zhǎng)約27％，新安裝量為76000臺(tái)。這個(gè)增長(zhǎng)主要來自于中國(guó)、韓國(guó)和東南亞國(guó)家，當(dāng)然機(jī)器人主要供應(yīng)國(guó)日本和北美也會(huì)大量增加。

32、 圖1.2 工業(yè)機(jī)器人夾持器夾爪 2 工作原理及設(shè)計(jì)方案 2.1夾持器方案設(shè)計(jì) 斜楔式夾持器是齒輪齒條嚙合使夾爪開合夾持物品，并且由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪軸，齒輪軸帶動(dòng)齒條花鍵軸向下壓下圖1.2中齒條花鍵軸從而使兩個(gè)夾爪張開；閉合時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)齒條花鍵軸向上運(yùn)動(dòng)，圖1.2中齒條花鍵軸在壓縮彈簧的作用下向上運(yùn)動(dòng)使夾抓閉合，夾持住夾持物。液壓馬達(dá)電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條。 2.1.1設(shè)計(jì)方案 1、實(shí)現(xiàn)齒輪軸旋轉(zhuǎn)； 2、通過齒輪軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒條使兩個(gè)夾爪張開，實(shí)現(xiàn)夾持動(dòng)作； 3、通過法蘭與手腕的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)空間旋轉(zhuǎn)； 4 通過彈簧的彈力推動(dòng)活板向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒條花

33、鍵軸向上運(yùn)動(dòng)，從而使夾抓閉合夾緊。 2.1.2可行性分析 傳動(dòng)方案的選擇： 1.齒輪齒條傳動(dòng)：效率高、精度好，剛度好，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式變化。 2.蝸輪傳動(dòng)：大速比，交錯(cuò)軸，體積小，回差響應(yīng)小，剛度小，轉(zhuǎn)矩大效率低，發(fā)熱大。 3.諧波傳動(dòng)：大速比，同軸線，響應(yīng)快，體積小，重量輕，回差小，轉(zhuǎn)矩大。 4.方案比較：經(jīng)比較，齒輪齒條和諧波傳動(dòng)較好，但諧波傳動(dòng)定位比較困難，因此，選用方案1齒輪齒條傳動(dòng)。方案3備選。 精定位裝置的設(shè)計(jì)構(gòu)想： 1.棘輪配合電磁鐵。 2.內(nèi)棘輪配合電磁鐵。 3.超越離合器配合電磁鐵。 驅(qū)動(dòng)裝置：采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。 通過分析計(jì)算，查閱相關(guān)的資料，利

34、用計(jì)算機(jī)完成各框架部分以及裝配圖和零件圖的設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)解決各種技術(shù)問題。 由于液壓馬達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓馬達(dá)的效率不斷提高，因而使用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)更為可靠方便，設(shè)備的可改造性也更好，可控性，可精密操作性比其他驅(qū)動(dòng)方式更好因此選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 在電機(jī)的各種種類中，其中一種為液壓馬達(dá)，它比其它種類電機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)： 1傳動(dòng)效率高、精密性好、重量輕、反應(yīng)快。 2工作平穩(wěn)，能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，還可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)速。 3已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，具有較大的機(jī)動(dòng)性。 由于傳動(dòng)的精密要求和夾持器的夾抓需要張開一定角度等要求， 因此選用液壓馬達(dá)傳動(dòng)。 綜合比較本方案較好，成

35、本較低，方案合理 2.2 機(jī)器人回行偏交型手腕的工作原理 工作原理 圖2.1傳動(dòng)Ⅰ工作原理圖 置于小臂后部的電機(jī)Ⅰ，通過帶輪（3）和帶輪（4）傳動(dòng)，帶動(dòng)腕殼擺動(dòng)，完成末桿繞自身軸線β轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖2.2傳動(dòng)Ⅱ工作原理圖 置于小臂后部的電機(jī)Ⅱ，通過帶輪（7）和帶輪（8）傳動(dòng)齒，經(jīng)錐齒輪副（9、10）嚙合，帶動(dòng)腕殼擺動(dòng)，完成末桿繞自身軸線α轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖2.3傳動(dòng)Ⅲ工作原理圖 置于手腕后部的電機(jī)（Ⅲ），通過聯(lián)軸器（11），經(jīng)錐齒輪副（12、13）嚙合，完成末桿繞自身軸線γ轉(zhuǎn)動(dòng)。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1

36、夾持器的計(jì)算 3.1.1受力分析 鋼的靜摩擦系數(shù)＝0.1 G=30.4N （3.1） 3.1.2夾爪齒輪的計(jì)算 設(shè)齒條的速度v=0.1m/s;齒輪的速度v=0.1m/s 初選齒輪的齒數(shù)z=26 初選齒輪為7級(jí)精度的直齒圓柱齒輪；材料選用40Cr調(diào)質(zhì)鋼；硬度為209HBS 1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算 即 （3.2） 確定公式內(nèi)各計(jì)算參數(shù)數(shù)值 （1） 試選載荷系數(shù) =

37、1.3 （2） 由于懸臂布置，則取 =0.4 （3） 齒條齒輪傳動(dòng)，所以 （4） 材料的彈性影響系數(shù) =189.8 （5） A 按MQ級(jí)質(zhì)量要求取接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPa B 取 N= C 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) 按失效概率為1%，安全系數(shù) S=1 接觸疲勞許用應(yīng)力： MPa （3.3） 1） 計(jì)算 （1）試算 由式（3.2）得 =2.32 =38.58mm (2） b==mm

38、 （3.4） （3）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) （3.5） 齒高 （3.6） b/h=15.43/3.339=4.62 （4）計(jì)算載荷系數(shù) （a）由于工作機(jī)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，則使用系數(shù) (b) 根據(jù) v=0.1m/s ; 7級(jí)精度，由圖10-8查得,動(dòng)載系數(shù) （c）直齒輪 ， 則齒間載荷分配系數(shù)取

39、 7級(jí)精度，對(duì)稱布置則 查表10-4得 （3.7） 查圖10-13得 （3.8） (5)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑， （3.9） mm （6）計(jì)算模數(shù)

40、 mm 2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn)[2]公式10-（5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （3.10） 1） 確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值 （1） 載荷系數(shù) （2） 材料按ML級(jí)質(zhì)量要求取值 MPa 按圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.5 MPa （3.11） （3）查表10-5取齒形系數(shù) 齒輪應(yīng)力校正系數(shù) 由式（3.10）得

41、 mm 3 幾何尺寸計(jì)算 綜上取 m=2mm 則 mm mm 取b=20mm 4 驗(yàn)算 N 故齒輪合適 3.1.3 圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 1． 該彈簧在一般載荷條件下工作，中徑D=20mm,外徑mm。初選n=20。 夾緊力 取 （3.12） （3.13） 由 得行程 當(dāng)彈簧壓縮變形量mm,壓力N, 當(dāng)彈簧壓縮變形量mm,壓力N。 2．因彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第Ⅲ

42、類彈簧來考慮。用碳素彈簧鋼絲C級(jí)。并根據(jù)mm, 估計(jì)彈簧直徑為3mm。由表16-3暫選MPa，則根據(jù)表16-2可知MPa。 3.根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算直徑 選旋繞比C=6，則由文獻(xiàn)[2]公式（16-4）得 根據(jù)公式（16-12）得 mm 取d=3mm mm 4.根據(jù)剛度條件，計(jì)算彈簧圈數(shù)n 由公式（16-9）得彈簧剛度為 N/mm 彈簧圈數(shù)n為 取n=17圈 此時(shí)彈簧剛度為 N/mm 3.1.4液壓馬達(dá)的選擇 完成動(dòng)作

43、所需的最小功率為 （3.14） （3.15） N W 由此選擇液壓馬達(dá) 表 3.1 擺動(dòng)液壓馬達(dá)YMD30 擺角：～ 額定理論轉(zhuǎn)矩 排量 額定理論起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 重量 內(nèi)泄漏量 71 30 24 5.3 315 （1）電機(jī)實(shí)際流量 （3.16） 容積效率 機(jī)械效率 排量

44、 轉(zhuǎn)速 r/min 每轉(zhuǎn)的內(nèi)泄漏量 實(shí)際排量 實(shí)際流量 L/min （2）功率 （3.17） 入口壓力和出口壓力差 MPa W 此液壓馬達(dá)為最合適的動(dòng)力機(jī) 3.2腕的計(jì)算 3.2.1電機(jī)的選擇 傳動(dòng)Ⅰ 電機(jī)選擇計(jì)算部分由參考文獻(xiàn)[2]得 計(jì)算軸承摩擦力引起的轉(zhuǎn)矩 圖3.1 力的分析圖 =230 T=f+f =0.

45、0031312.722+900.00322+1312.70.00317.5=167.4 輸出功率: （3.18） 總效率: （3.19） 所需電機(jī)功率: （3.20） 據(jù)表4.2-9取 取 （3.21） 所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩: （3.22） 根據(jù)轉(zhuǎn)矩選步進(jìn)電機(jī)13

46、0BF02 靜態(tài)力矩100 傳動(dòng)Ⅱ 當(dāng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)至水平方向時(shí),此傳動(dòng)受轉(zhuǎn)矩最大,按此轉(zhuǎn)矩來選所需電機(jī)。 輸出功率: 輸出軸: 總效率: 所需電機(jī)功率: 據(jù)表4.2-9取 取 所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩: 根據(jù)轉(zhuǎn)矩選步進(jìn)電機(jī) 130BYG4501 轉(zhuǎn)矩：27000Nmm 傳動(dòng)Ⅲ 由于此傳動(dòng)是完成自由度的旋轉(zhuǎn),而此自由度主要目的是在手腕進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)使末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)地面保持不轉(zhuǎn).所以的轉(zhuǎn)速與大小相同但方向相反。 轉(zhuǎn)速 圖3.2力的分析圖 由于此轉(zhuǎn)動(dòng)只受摩擦力，所需轉(zhuǎn)矩很小，所以選用的電機(jī)轉(zhuǎn)矩不

47、需很大。 故選用電機(jī) 32BY001 靜態(tài)力矩：3.9Nmm 3.2.2錐齒輪設(shè)計(jì) ( 1 )選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 選用錐齒輪 選用8級(jí)精度 (1.3)材料選擇小齒輪30CrMnSi.調(diào)質(zhì)硬度為360HBS；大齒輪30CrMnSi調(diào)質(zhì) 硬度為310HBS (1.4)取=22 i=1.2 =u=取=27。為軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)算，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 ( 2 )按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)算 （3.23） 試選。 材料的彈性影響系數(shù)=189.8 由圖10-21

48、d按齒面硬度查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限分別是 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （3.24） （3.25） 由圖10-19查得接觸疲勞系數(shù) 計(jì)算接觸疲勞壽命許用應(yīng)力，取失效率為1%,安全系數(shù)S=1.1 由式（10-21）得 == （3.26） == 取= ( 3 )計(jì)算 試算小齒輪分度圓直徑 =2.92 =5

49、4.37mm 計(jì)算圓周速度 m/s （3.27） 計(jì)算載荷系數(shù) 由表10-2得 由圖10-8中低級(jí)精度和求得 齒間載荷系數(shù)及可取1 由表10-9得 則 （3.28） 則=1 （3.29） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 mm （3.30） 由于考慮結(jié)構(gòu)和零件安裝和選取，所以取=69mm ，取=83mm 計(jì)算模

50、數(shù) （3.31） （3.32） ( 4 )校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 （3.33） 齒寬 （3.34） （3.35） N 齒行系數(shù) 和 應(yīng)力校正系數(shù) 由表10-5 查得 =2.72 =2.57 =1.57 =1.60 由

51、圖10-20c查得彎曲疲勞強(qiáng)度極限=700Mpa =690Mpa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ）由圖10-18得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=0.97 =0.95 彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) =1.4 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 = （3.36） = 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 （3.37） 故滿足彎曲疲勞強(qiáng)度 錐齒輪參數(shù)如下： 分度圓直徑d: 齒頂高h(yuǎn)a: 齒根高h(yuǎn)f: 齒頂角θa: 齒根角θf: 分度圓錐角δ:

52、 根錐角δ: 錐距R: 分度圓齒厚S: 3.2.3 同步帶和帶輪的設(shè)計(jì) （1）帶輪的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)使用去結(jié)構(gòu)便于制造，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。V>5m/s時(shí)要進(jìn)行靜平衡V>25m/s時(shí)則應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡 （2）材料的選擇（由于V≈1m/s） 可用HT200但功率傳動(dòng)可用鑄鋁或塑料 設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕的同步帶傳動(dòng) 傳動(dòng)比i=1 （1）計(jì)算 功率Pd由表13-1-68查得KA=1.6 (3.38) （2）選定帶型,根據(jù)Pd=0.848W和n1=30r/min 由圖13-1-7確定為H型 （3）小帶輪齒數(shù)Z1根據(jù)帶型

53、H和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由表13-1-69查得小帶輪的最小齒數(shù)此處取Z1=20 （4）由表13-1-57得Pb=9.525,故小帶輪的節(jié)圓直徑d1=,由表13-1-61查其外徑da1=59.88mm （5）大齒輪齒數(shù)Z2=i Z1=120=20 （6）大齒輪節(jié)圓直徑d2= (3.40) （7）帶速V= (3.41) （8）初定周間距a0=300mm L0=2 a0+( d1+ d2)+ (3.42) =2300+( 60.64+ 60

54、.64)+ 由表13-1-53查得應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為300的H型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)Lp=762.00mm節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)Z=0.8 （9）實(shí)際軸間距a，此結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 a (3.43) （10）小齒輪嚙合齒數(shù) (3.44) = =10 （11）基本額定功率P0 , 由表13-1-76查得Ta=244.46N,m=0.

55、095Kg/m P0== (3.45) （12）所需帶寬bs 由表13-1-76查得H型帶bs0 =25.4mm,由Zm=10得Kz=1 bs=bs0 =25.4=52.23mm (3.46) 查表13-1-54查得應(yīng)選用帶寬代號(hào)為H200 （13）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸 傳動(dòng)選用的同步帶為H200 小帶輪：Z1=20 d1=60.64mm da1=59.88mm 大齒輪：Z2=20 d2=60.64mm da2=59.88mm 可根據(jù)上列參數(shù)決定帶輪的結(jié)構(gòu)和全部尺寸 作用在軸

56、上的力 （3.47） 由于作用在軸上的力很小，可以忽略不計(jì)。 (以上計(jì)算公式來源于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)_(第五版)_第3卷) 3.2.4軸的設(shè)計(jì)及校核 軸的設(shè)計(jì) 本論文只設(shè)計(jì)一個(gè)受力最大,最需要校核的軸Ⅰ。所以本論文只對(duì)軸Ⅰ進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核。下圖 圖3.3 軸的結(jié)構(gòu) ( 1 )求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 N ( 2 )因已知錐齒輪分度圓直徑為d =69mm F==N （3.48） FF17

57、38.6tan20sin45=447.46N （3.49） FF=1738.6tan20cos45=447.46N （3.50） ( 3 )初步確定軸的最小直徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表取=97 mm，于是得 ==97=16.7mm ( 4 )根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 因軸承受徑向力和軸向力作用，故選角接觸球軸承46103 = =0.3mm 2個(gè) 和深溝球軸承103 = 軸與齒輪配合長(zhǎng)度=33mm 齒輪與深溝球軸承間的套桶長(zhǎng)=10mm 深溝球軸承與角接觸球軸承間的套桶長(zhǎng)=39mm

58、 要固定軸承做軸肩 Ⅲ-Ⅳ段連接帶輪 圓頭普通平鍵 = 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為145。 軸的校核 1. 求軸上的載荷 F===1738.6N (3.51) FF1738.6=447.46N (3.52) FF=1738.6=447.46N (3.53) 由結(jié)構(gòu)得 載荷 水平面H 垂直面V 支反力R =-1636N F=3374.9N F1013.27N 彎矩M M=83

59、453Nmm M21478Nmm 總彎矩 =Nmm 扭矩T T1=51044.75Nmm 表3.2軸上載荷 圖3.4軸的載荷分析圖 2. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大計(jì)算彎矩和轉(zhuǎn)距的截面（即危險(xiǎn)截面B）的強(qiáng)度 取 = （3.54） 前已選定軸的材料為40Cr 3. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得=260MPa，因此，故安全。 1） 判斷危險(xiǎn)截面 截面I、

60、Ⅲ、受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度。但由于軸的最小直徑是按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的。所以截面I、Ⅲ、均無需校核。 由分析可知截面II右側(cè)是危險(xiǎn)截面，校核即可。 2）截面II的右側(cè) 抗彎截面系數(shù)W按表中的公式計(jì)算 W===800 (3.55) 抗扭截面系數(shù) ===1600 (3.56) 彎矩M及彎曲應(yīng)力為 M=86173 (3.

61、57) ==Mpa (3.58) 扭距T及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 T=51044.75 ==Mpa (3.59) 軸的材料為40Cr，由表6-1-1查得=1000MPa =485MPa =280MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表3-2查取。因==0.075 ==1.18經(jīng)插值后得 可以得出 =1.51 =1.30 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 =0

62、.85 =0.88 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附3-4）為 ==1+0.85(1.51-1)=1.43 (3.60) ==1+0.88(1.30-1)=1.26 (3.61) 得尺寸系數(shù)=1.0扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)=1.0 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù) ==0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1 則按式得綜合系數(shù)值為 == ===1.35 又由3-2得材料特性系數(shù) =0.1-0.2 取=0.1

63、 =0.05-0.1 取=0.05 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按式則得 == (3.62) == (3.63) ==3.31>S=1.5 (3.64) 故該軸在截面II右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。 4 機(jī)械設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)分析 4.1 設(shè)備的環(huán)保措施 機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性是指機(jī)械在作業(yè)時(shí)保護(hù)環(huán)境的性能，此環(huán)境指作業(yè)人員的工作環(huán)境和作業(yè)區(qū)周圍的環(huán)境。機(jī)械設(shè)備作業(yè)時(shí)污染環(huán)境的因素有噪聲、振動(dòng)及廢氣排放時(shí)的有害氣

64、體、微粒粉塵等，故改善機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性是一項(xiàng)跨行業(yè)、跨部門的系統(tǒng)工程，但主要可以從選用環(huán)保性好的發(fā)動(dòng)機(jī)和零部件，改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，增加后處理裝置，加強(qiáng)狀態(tài)檢測(cè)和及時(shí)維修，合理使用等各方面綜合考慮采取措施。 4.2 設(shè)備的可靠性 4.2.1 設(shè)備的可靠性定義 機(jī)械在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。 4.2.2 可靠度的計(jì)算 —可靠度函數(shù) =，—常數(shù)，失效率。取=1/h 圖4-1 曲線 設(shè)工作h后，則其可靠度： 4.2.3 設(shè)備平均壽命 機(jī)械設(shè)備的可靠性，另一個(gè)指標(biāo)是使用壽命，即平均壽命。工作時(shí)間隨機(jī)變量的期望值： —平均壽命 —可靠性函數(shù)，機(jī)械

65、設(shè)備是可修復(fù)系統(tǒng)，即在一次年修的平均工作時(shí)間， 若，—常數(shù)。 —設(shè)備的失效率，取1/h h 若一次年修期間，統(tǒng)計(jì)維修24次 壽命h 4.2.4 機(jī)械設(shè)備的有效度 機(jī)械設(shè)備從工作開始到發(fā)生故障是可靠性問題，從發(fā)生故障后到修理是維修性問題，把兩個(gè)階段的可靠性和維修性結(jié)合起來評(píng)價(jià)設(shè)備稱為機(jī)械設(shè)備的有效度。 設(shè)備有效度—指年修期間的有效度，即設(shè)備在這段工作的有效利用率，最后可以統(tǒng)計(jì)一生的有效利用率。 —平均工作時(shí)間； —平均故障間隔期。 每班停機(jī)檢查共1480小時(shí)，工作狀態(tài)見下圖10-2: 由于在生產(chǎn)期間要進(jìn)行定期維修，因此圖中上排代表大、中、小修的時(shí)間，下排代表每次

66、檢修后的工作壽命。 圖4-2 設(shè)備工作狀態(tài) h h 4.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 4.3.1 投資回收期 —總投資額，萬元 —年平均凈收益，萬元 年 —基準(zhǔn)回收期，年 ，所以，經(jīng)濟(jì)可行。 投資回收期靜態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，設(shè)備投產(chǎn)后，每年取得的凈收益，包括利潤(rùn)和設(shè)備折舊費(fèi)，將全部投資即固定資產(chǎn)投資利潤(rùn)和活動(dòng)資金回收所需時(shí)間，以年為單位，從建設(shè)年算起，受益資料表如下所示。 （累積凈現(xiàn)金流量開始出現(xiàn)正值年份）-1+上年累積凈現(xiàn)金流量的絕對(duì)值/當(dāng)年凈現(xiàn)金流量 年 企業(yè)冶金設(shè)備年，，經(jīng)濟(jì)上合理。 表4.1 收益資料表 單位：萬元 時(shí)期 (年) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 建設(shè)期 100 70 — — — — — — — — 年凈 收益 — — 25 32 33 40 37.5 44 44 50 累積凈收益 -100 -170