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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 I 頁 回形偏交型手腕及斜楔式夾持器的設(shè)計 摘 要 工業(yè)機器人自本世紀 60 年代初問世以來，已有 80 萬余臺用于世界各國的自動化 生產(chǎn)線上，扮演著靈巧自如、不知疲倦“操作者”的角色，替代生產(chǎn)工人出色的完成 極其繁重、復(fù)雜、精密或者充滿著危險的各種各樣的工作。不同用途的工業(yè)機器人正 在工業(yè)生產(chǎn)中起到其它機器無法替代的作用。一般機器人由基座、腰、臂、腕和手五 部分組成。腰和臂控制手的空間位置，腕控制手的空間姿態(tài)，而手則是實現(xiàn)對操作物 體的抓放。本文設(shè)計的是回形偏交手腕與斜鍥式夾持器，根據(jù)設(shè)計要求本文制定了一 個由液壓馬達控制夾爪松開、用彈簧夾緊物體的設(shè)計方案，對手部和腕部進行了結(jié)構(gòu) 設(shè)計，同時對其主要零部件進行了選擇、設(shè)計和計算，內(nèi)容包括電動機的選擇計算， 彈簧的設(shè)計計算，齒輪、帶、軸的設(shè)計和校核，最后對設(shè)計的可行性進行了經(jīng)濟分析， 通過分析計算可以得出結(jié)論，此次設(shè)計基本滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：手腕；工業(yè)機器人；夾持器；操作機 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 II 頁 The wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp slanting design Abstract Since the beginning of 1960s, more than 800000 industrial robots have been used on automatic production lines of many countries all over the world, playing a role dexterous and as a free “operator” who has no sense of tireness. It can also accomplish various works that are very arduous and complicated or even full of danger instead of workers. The different application of industry robots to industrial production is playing an important role of which other machines are unable to take the place. The common robot basically consists of the waist, the arm, the wrist and the hand. Waist and arm control space position, while wrist controls special attitude, and the hand is used to realize grasping or putting objects. The design of this article is the wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp slanting. According to the design requirements a schematic design has been developed with a hydraulic motor controlling the claws from releasing and using the spring to clamp objects, also it has been carried on the structural design to the hand and wrist, simultaneously conducting the choice, the design and the computation to its main spare parts. The contents including the selection of prime movers, design of springs, design and check of gears, belts, and axes. Finally it is proceeding the economic analysis to the feasibility of design proposal. Conclusions can be drawn through the computational analysis and this design can by and large meet the needs of the design request. Key words：wrist；Industrial robot；Gripper；End effector 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 III 頁 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………….…Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………………...Ⅱ 1 緒論……………………………………………………………………………….………..1 1.1 選題的背景、目的和意 義………………………………………………………….….1 1.2 機器人的發(fā)展概況……………………………………………………….…………...1 1.2.1 機器人的定義………………………………………………….………………1 1.2.2 機器人的發(fā)展過程………………………………………….…………………2 1.2.3 國內(nèi)機器人研究狀況……………………………………….…………………4 1.2.4 國外機器人的最新發(fā)展…………………………………………………….…4 1.2.5 機器人目前研究熱點及發(fā)展趨勢…………………………………….………7 1.3 課題的研究內(nèi)容與方法…………………………………………………….………...8 2 工作原理及設(shè)計方案………………………………………………….……………….9 2.1 斜鍥式夾持器工作原理……………………………………………….……………...9 2.2 設(shè)計方案……………………………………………………………….……………...9 2.3 可行性分析…………………………………………………………….…………….10 2.3.1 傳動方案的選擇……………………………………………………….……..10 2.3.2 精定位裝置的設(shè)計構(gòu)想………………………………………….…………..10 2.4 機器人回形偏交型手腕的工作原理……………………………………….……….11 3 設(shè)計計算………………………………………………………………………………...12 3.1 夾持器的計算…………………………………………………………….………….12 3.1.1 受力分析……………………………………………………….……………..12 3.1.2 夾爪齒輪的計算……………………………………………….……………..12 3.1.3 圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計計算……………………………….……………..16 3.1.4 液壓馬達的選擇…………………………………………….………………..17 3.1.5 齒輪齒條傳動的設(shè)計計算…………………………………….……………..18 3.2 腕的計算…………………………………………………………….……………….22 3.2.1 電機的選擇………………………………………………….………………..22 3.2.2 錐齒輪設(shè)計………………………………………………….………………..25 3.2.3 同步帶和帶輪的設(shè)計……………………………………….………………..30 3.2.4 軸的設(shè)計及校核………………………………………………….…………..32 4 機械設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟分 析……………………………………………..37 4.1 設(shè)備的環(huán)保措施……………………………………………………………………..37 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 IV 頁 4.2 設(shè)備的可靠性………………………………………………………………………..37 4.2.1 設(shè)備的可靠性定義…………………………………………………………...37 4.2.2 可靠度的計算…………………………………………………………….…..37 4.2.3 設(shè)備平均壽命…………………………………………………………….…..37 4.2.4 機械設(shè)備的有效度……………………………………………….…………..38 4.3 設(shè)備的經(jīng)濟評價………………………………………………………….………….39 4.3.1.投資回收期……………………………………………….…………………...39 4.3.2 盈虧平衡分析……………………………………….………………………..40 4.3.3 設(shè)備合理的更新期………………………………….………………………..40 5 結(jié)論及存在的問題……………………………………….……………………………42 5.1 結(jié)論……………………………….………………………………………………….42 5.2 存在的問題……………………………………………….………………………….42 致謝………………………………………………………………………………………….43 參考文獻……………………………………………………………….………………….44 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 V 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 緒論 1.1 選題的背景、目的和意義 現(xiàn) 代 機 器 人 的 研 究 始 于 20 世 紀 中 期 ， 其 技 術(shù) 背 景 是 計 算 機 和 自 動 化 的 發(fā) 展 ， 以 及 原 子 能 的 開 發(fā) 利 用 。 自 1946 年 第 一 臺 數(shù) 字 電 子 計 算 機 問 世 以 來 ， 計 算 機 取 得 了 驚 人 的 進 步 ， 向 高 速 度 、 大 容 量 、 低 價 格 的 方 向 發(fā) 展 。 大 批 量 生 產(chǎn) 的 迫 切 需 求 推 動 了 自 動 化 技 術(shù) 的 進 展 ， 其 結(jié) 果 之 一 便 是 1952 年 數(shù) 控 機 床 的 誕 生 。 與 數(shù) 控 機 床 相 關(guān) 的 控 制 、 機 械 零 件 的 研 究 又 為 機 器 人 的 開 發(fā) 奠 定 了 基 礎(chǔ) 。 另 一 方 面 ， 原 子 能 實 驗 室 的 惡 劣 環(huán) 境 要 求 某 些 操 作 機 械 代 替 人 處 理 放 射 性 物 質(zhì) 。 在 這 一 需 求 背 景 下 ， 美 國 原 子 能 委 員 會 的 阿 爾 貢 研 究 所 于 1947 年 開 發(fā) 了 遙 控 機 械 手 ， 1948 年 又 開 發(fā) 了 機 械 式 的 主 從 機 械 手 。 機器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，也 同時，為社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二 次世界大戰(zhàn)中，各國加強了經(jīng)濟的投入，就加強了本國的經(jīng)濟的發(fā)展。另一方面它也 是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨 著人們這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中， 認識自然過程中，實現(xiàn)人們對不可達世界的認識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程 中的一個客觀需要。而在機械手的設(shè)計計算中包含了機械設(shè)計專業(yè)所學(xué)的大部分專業(yè) 課程內(nèi)容，對以往的學(xué)習(xí)起到了一個很好的鞏固和獲得新知識的作用，對以后的工作 也會有很大的幫助。這也是選擇這個題目的目的。 此課題的研究在現(xiàn)實生活中具有重要的意義。有些工作會對人體造成傷害，比如 噴漆、重物搬運等；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精 密裝配等；有些工作人無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些 工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調(diào)的重復(fù)性勞作等；這些都是 機器人大顯身手的地方。服務(wù)機器人還可以為您治病保健、保潔保安；水下機器人可 以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜；工程機器人可以上山入地、開洞筑路；農(nóng)業(yè)機器人可以 耕耘播種、施肥除蟲；軍用機器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈…… 1.2 機器人的發(fā)展概況 1.2.1 機器人的定義 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 什么是機器人呢? 這個問題是一個非常有意思的一個問題。但人們一般的理解，機 器人是具有一些類似人的功能的機械電子裝置或者叫自動化裝置，它仍然是個機器。 它有三個特點：一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能；感知功能；行走功能；還能 完成各種動作，它還有一個特點是根據(jù)人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點， 就是它可以編程，改變它的工作、動作、工作的對象和工作的一些要求。它是人造的 機器或機械電子裝置，所以這個機器人仍然是個機器。但是目前還沒有一個統(tǒng)一的有 關(guān)機器人定義，一般來說我們認為機器人是計算機控制的可以編程的目前能夠完成某 種工作或可以移動的自動化機械，這是美國工程師協(xié)會定的一個定義，但日本和其他 國家也對機器人有不同的看法，他們認為從完整的更為深遠的機器人定義來看，應(yīng)該 更強調(diào)機器人智能，所以人們又提出來機器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、 情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機器。那么這給機器人提出來更高層次的要求， 那么比方說機器人在這里邊可以代替人進行焊接，焊接的環(huán)境是非常復(fù)雜的，可以搬 運，它在生產(chǎn)線中搬運玻璃和各種各樣的一些零件的搬運的工作，還可以在生產(chǎn)線中 碼垛等等，這都是把人從繁重的體力勞動中解放出來的一個例子。 1.2.2 機器人的發(fā)展過程 1920 年，有一個捷克斯洛伐克的一個作家叫卡佩克，他寫了一本科幻小說，叫 《羅薩姆的機器人萬能公司》。這本小說中他構(gòu)思了一個和幻想了一個機器人，它的 名字叫羅伯特，也就是我們英文中的 Robot，它可以不吃飯，它能夠不知疲勞的，不知 疲倦地進行工作。在 1920 年前后，大家也知道是在第一次世界大戰(zhàn)以后，是各國工業(yè) 發(fā)展比較迅速的時期，我們看到電影《摩登時代》，卓別林主演的人變成了機器人， 在生產(chǎn)線中天天的進行勞動。人們在這種煩躁的體力勞動中就幻想有一種能代替人完 成這樣工作的想像、一種需要，這個小說在 1924 年和 1927 年的時候被紛紛傳到了日 本、法國和歐洲國家，還變成了一種當時的木偶劇和一些話劇，所以這樣的一個機器 人的名詞就向全世界鋪展開來，當時人們還認為是一個科幻小說，還沒有把它跟我們 日常的學(xué)習(xí)工作和生產(chǎn)結(jié)合起來。但通過這樣一個小說，一個羅伯特這樣一個名詞， 它體現(xiàn)了人類長期的一種愿望，這種愿望就是創(chuàng)造出一種機器，能夠代替人進行各種 工作。這種想法是機器人產(chǎn)生的一種客觀的要求，那么真正機器人的發(fā)展是在 1947 年， 美國橡樹嶺國家實驗室在研究核燃料的時候，大家知道核燃料，它有 X 射線對人體是 有傷害的，必須有一臺機器來完成像搬運和核燃料的處理這樣的工作。在 1947 年產(chǎn)生 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 了世界上第一臺主從遙控的機器人，那么 1947 年以后大家知道，是計算機電子技術(shù)發(fā) 展比較迅速的時期，因此各國已經(jīng)開始利用當時的一些現(xiàn)代的技術(shù)，進行了機器人研 究。那么在 1962 年美國研制成功 PUMA 通用示教再現(xiàn)型機器人，那么這就標志著機 器人走向成熟，應(yīng)該說第一臺可用的機器人在 1947 年產(chǎn)生，真正意義的機器人在 1962 年產(chǎn)生。那么相繼不久，在英國等國家，也相繼研究出一些機器人，那么到了 20 世紀 60 年代末，日本人將它的國民經(jīng)濟的汽車工業(yè)與機器人進行結(jié)合，它購買了美國的專 利，在日本進行了再次開發(fā)和生產(chǎn)機器人。到 20 世紀 70 年代的時候，日本已經(jīng)將這 種示教再現(xiàn)型的機器人進行了工業(yè)化，出現(xiàn)了很多公司，現(xiàn)在的像 ABB，MOTOMAN ，還有安川公司，還有很多機器人公司像 OTC 等等公司。它們都 是已經(jīng)將機器人進行了工業(yè)化，進行了批量生產(chǎn)，而且成功的用于了汽車工業(yè)，使機 器人正式的走向應(yīng)用。在 20 世紀 70 年代到 20 世紀 80 年代初期，工業(yè)機器人變成產(chǎn) 品以后，得到全世界的普遍應(yīng)用以后，那么很多研究機構(gòu)開始研究第二代具有感知功 能的機器人，出現(xiàn)了瑞典的 ABB 公司，德國的 KUKA 機器人公司，日本幾家公司和 日本的 FUNAC 公司，都在工業(yè)機器人方面都有很大的作為，同時我們也看到機器人 的應(yīng)用在不斷拓寬，它已經(jīng)從工業(yè)上的一些應(yīng)用，擴展到了服務(wù)行業(yè)，擴展了它的作 業(yè)空間，向海洋空間和服務(wù)醫(yī)療等等行業(yè)的使用。 總結(jié)一下，我們認為，機器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(xí)慣于把機 器人分成三類，一種是第一代機器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機器人，它是通過一個計 算機，來控制一個多自由度的一個機械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀 取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機器人可以重復(fù)的根據(jù)人當時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出 這種動作，比方說汽車的點焊機器人，它只要把這個點焊的過程示教完以后，它總是 重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存 在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實際上這種從第一代機器人，也就存在它 這種缺陷，因此，在 20 世紀 70 年代后期，人們開始研究第二代機器人，叫帶感覺的 機器人，這種帶感覺的機器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、 視覺、聽覺和人進行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機器人抓一個物體的時 候，它實際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、 大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。那 么第三代機器人，也是我們機器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運動，感知思維和 人機通訊的這種功能和機能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能 的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機器人實際上并沒有存在，而只是隨著我 們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。從三代機器人 發(fā)展過程中，從另一個方面，我們對機器人從應(yīng)用的角度進行了分類，比如說工業(yè)機 器人，它包括點焊、弧焊、噴漆、搬運、碼垛，在工業(yè)現(xiàn)場中工作的這種機器人，我 們統(tǒng)稱為工業(yè)機器人，那么從不同的應(yīng)用中，到水下去作業(yè)的叫水下機器人，到空間 作業(yè)的叫空間機器人，同時又存在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)，對醫(yī)療機器人叫醫(yī)用機器人， 還包括娛樂機器人，建筑和居室上用的機器人，所以從應(yīng)用分類，它包括從行業(yè)、應(yīng) 用角度，也可以進行這樣簡單的分類。 1.2.3 國內(nèi)機器人研究狀況 由于我們國家存在很多其他的各種因素、問題。我們國家在機器人的研究，在 20 世紀 70 年代后期，當時我們在國家北京舉辦一個日本的工業(yè)自動化產(chǎn)品展覽會，在這 個會上有兩個產(chǎn)品，一個是數(shù)控機床，一個是工業(yè)機器人，這個時候，我們國家的許 多學(xué)者，看到了這樣一個方向，開始進行了機器人的研究，但是這時候研究，基本上 還局限于理論的探討階段，那么真正進行機器人研究的時候，是在七五、八五、九五、 十五將近這二十年的發(fā)展，發(fā)展最迅速的時候，是在 1986 年我們國家成立了 863 計劃 是高技術(shù)發(fā)展計劃，就將機器人技術(shù)作為一個重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個 億的資金開始進行了機器人研究，使得我們國家在機器人這一領(lǐng)域得到很快地、迅速 地發(fā)展。目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機械部的北京自動化所，像哈爾濱 工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動化所等等的一些單 位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國 家在高校里邊，有很多單位從事機器人研究，很多研究生和博士生都在從事機器人方 面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機器人，水下機器人，空間機 器人，核工業(yè)的機器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達國家 相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒 有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機器人方面， 我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删汀?1.2.4 國外機器人的最新發(fā)展 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 工業(yè)機器人 （1）機器人操作機：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用， 機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計。以德國 KUKA 公司為代表的機器人公司，已將機器 人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材 料的應(yīng)用，大大提高了機器人的性能。此外采用先進的 RV 減速器及交流伺服電機， 使機器人操作機幾乎成為免維護系統(tǒng)。 （2）并聯(lián)機器人：采用并聯(lián)機構(gòu)，利用機器人技術(shù)，實現(xiàn)高精度測量及加工，這是機 器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實現(xiàn)機器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。意大 利 COMAU 公司，日本 FANUC 等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。 （3）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進一步提高，已由過去控制標準的 6 軸機器人發(fā)展到 現(xiàn)在能夠控制 21 軸甚至 27 軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機界面更加友 好，基于圖形操作的界面也已問世。編程方式仍以示教編程為主，但在某些領(lǐng)域的離 線編程已實現(xiàn)實用化。 （4）傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用， 并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大 提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。日本 KAWASAKI、YASKAWA、FANUC 和瑞典 ABB、德國 KUKA、REIS 等公司皆推出 了此類產(chǎn)品。 （5）網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本 YASKAWA 和德國 KUKA 公司的最新機器人控制器已實現(xiàn) 了與 Canbus、Profibus 總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機器人由過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化 應(yīng)用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設(shè)備向標準化設(shè)備發(fā)展。 （6）可靠性：由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機器人系統(tǒng)的 可靠性有了很大提高。過去機器人系統(tǒng)的可靠性 MTBF 一般為幾千小時，而現(xiàn)在已達 到 5 萬小時，幾冬天可以滿足任何場合的需求。 先進機器人 近年來，人類的活動領(lǐng)域不斷擴大，機器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展。 像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自 動化和機器人化的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化 和不確定性，因而對機器人的要求更高，需要機器人具有行走功能，對外感知能力以 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 及局部的自主規(guī)劃能力等，是機器人技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。 （1）水下機器人：美國的 AUSS、俄羅斯的 MT-88、法國的 EPAVLARD 等水下機器 人已用于海洋石油開采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護、 以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機器人（remote operated vehicle）和無纜水下機 器人（autonomous under water vehicle）兩大類。 （2）空間機器人：空間機器人一直是先進機器人的重要研究領(lǐng)域。目前美、俄、加拿 大等國已研制出各種空間機器人。如美國 NASA 的空間機器人 Sojanor 等。Sljanor 是 一輛自主移動車，重量為 11.5kg，尺寸 630~48mm，有 6 個車輪，它在火星上的成功 應(yīng)用，引起了全球的廣泛關(guān)注。 （3）核工業(yè)用機器人：國外的研究主要集中在機構(gòu)靈巧，動作準確可靠、反應(yīng)快、重 量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動機器人。已 完成的典型系統(tǒng)，如美國 ORML 基于機器人的放射性儲罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂操 作器，加拿來大研制成功的輻射監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，德國的 C7 靈巧手等 （4）地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩在類。主 要研究內(nèi)容為：機械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技 術(shù)。目前日、美、德等發(fā)達國家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修 用的機器人，各種采機器人及自動化系統(tǒng)正在研制中。 （5）醫(yī)用機器人：醫(yī)用機器人的主要研究內(nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機 器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場感外科手術(shù)等。美國已開展臨場感外科 （telepresence surgery）的研究，用于戰(zhàn)場模擬、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)等。法、英、意、 德等國家聯(lián)合開展了圖像引導(dǎo)型矯形外科（telematics）計劃、袖珍機器人（biomed ） 計劃以及用于外科手術(shù)的機電手術(shù)工具等項目的研究，并已取得一些卓有成效的結(jié)果。 （6）建筑機器人：日本已研制出 20 多種建筑機器人。如高層建筑抹灰機器人、預(yù)制 件安裝機器人、室內(nèi)裝修機器人、地面拋光機器人、擦玻璃機器人等，并已實際應(yīng)有 和。美國卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在進行管道挖掘和埋設(shè)機器人、內(nèi)墻 安裝機器人等型號的研制、并開展了傳感器、移動技術(shù)和系統(tǒng)自動化施工方法等基礎(chǔ) 研究。英、德、法等國也在開展這方面的研究。 （7）軍用機器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二代軍用智能機器人。其 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 特點是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場上具有看、 嗅和角摸能力，能夠自動跟蹤地形和選擇道路，并且具有自動搜索、識別和消滅敵方 目標的功能。如美國的 Navplab 自主導(dǎo)航車、SSV 半自主地面戰(zhàn)車，法國的自主式快 速運動偵察車（DARDS ） ，德國 MV4 爆炸物處理機器人等。目前美國 ORNL 正在研制 和開發(fā) Abrams 坦克、愛國者導(dǎo)彈裝電池用機器人等各種用途的軍用機器人。 可以預(yù)見，在 21 世紀各種先進的機器人系統(tǒng)將會進入人類生活的各個領(lǐng)域，成為人類 良好的助手和親密的伙伴。 1.2.5 機器人目前研究熱點及發(fā)展趨勢 目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能 化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內(nèi)容集中在以下 10 個方面： （1）工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高 負載/自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 （2）機器人控制技術(shù)：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、 圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于 PC 機網(wǎng)絡(luò)式 控制器已成為研究熱點。編程技術(shù)除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程 的實用化將成為研究重點。 （3）多傳感系統(tǒng)：為進一步提高機器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題 解決的關(guān)鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平 穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。 （4）機器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 （5）機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)，多機器人和操作者之間的協(xié) 調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯 示進行遙控等。 （6）虛擬機器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術(shù)，實現(xiàn)機器 人的虛擬遙操作和人機交互。 （7）多智能體（multi-agent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機器人研究的一個嶄新領(lǐng)域。主 要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和 規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。 （8）微型和微小機器人技術(shù)（micro/miniature robotics）：這是機器人研究的一個新的 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。過去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進展將會 引起機器人技術(shù)的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產(chǎn)生不可估量的 影響，微小型機器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、控制方法、傳感技 術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。 （9）軟機器人技術(shù)（soft robotics）:主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器 人設(shè)計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術(shù)要 求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機 器人對人是友好的。 （10）仿人和仿生技術(shù)：這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一 些基礎(chǔ)研究。 1.3 課題的研究內(nèi)容與方法 本次課題主要是研究回形偏交型手腕和電驅(qū)斜楔式夾持機構(gòu)的設(shè)計。為了了解機 械手的構(gòu)造與工作原理，在老師的帶領(lǐng)下，我和組員一起來到沈陽新松機器人股份有 限公司進行參觀和學(xué)習(xí)，實地考察了該廠生產(chǎn)的機器人產(chǎn)品，并了解到該產(chǎn)品的多功 能用途在日常生產(chǎn)中的應(yīng)用。經(jīng)過查閱相關(guān)資料結(jié)合實際生產(chǎn)中的現(xiàn)有機構(gòu)進行初步 設(shè)計，并對各部分的尺寸進行初步選取，然后進行強度計算。經(jīng)過理論設(shè)計合格后， 再經(jīng)實際檢驗可行后，才可投入使用。 具體內(nèi)容與方法： 1）了解機器人手腕及夾持器的工作原理及結(jié)構(gòu)，參閱相關(guān)資料，制定出設(shè)計方 案并完成外文資料翻譯； 2）根據(jù)給定的參數(shù)進行分析計算，完成電機的選擇及傳動零件的設(shè)計計算； 3）主要零部件的設(shè)計及驗算（彈簧、夾爪齒輪、錐齒輪、軸、帶輪等） ； 4）其它如系統(tǒng)潤滑、環(huán)保與經(jīng)濟性分析等； 5）繪制工程圖紙：總裝配圖 1 張、部件裝配圖 2 張、零件圖 3-4 張； 6）編制、打印設(shè)計說明書和圖紙。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 2 工作原理及設(shè)計方案 2.1 斜鍥式夾持器工作原理 圖2.1 工業(yè)機器人夾持機構(gòu) 斜鍥式夾持器通過圓弧齒輪與齒條嚙合使夾抓開合夾持物品。擺動液壓馬達驅(qū) 動齒輪軸轉(zhuǎn)動，齒輪軸帶動齒條花鍵軸向下運動，如上圖 2.1，齒條花鍵軸向下運 動時壓縮彈簧并通過圓弧齒輪與齒條嚙合使兩個夾爪張開；閉合時，馬達帶動齒條 花鍵軸向上運動，圖 2.1 中齒條花鍵軸在壓縮彈簧的作用下向上運動使夾抓閉合， 夾持住物體，所需的夾持力是預(yù)先給壓縮彈簧施加的預(yù)緊力。液壓馬達電機驅(qū)動齒 輪齒條：（見圖 2.1） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 2.2 設(shè)計方案 1、實現(xiàn)齒輪軸旋轉(zhuǎn)； 2、通過齒輪軸旋轉(zhuǎn)帶動齒條使兩個夾爪張開，實現(xiàn)夾持動作； 3、通過法蘭與手腕的聯(lián)接，實現(xiàn)空間旋轉(zhuǎn)； 4、通過電機的反轉(zhuǎn)，帶動齒條花鍵軸向上運動，而彈力推動活板上的彈簧也恢復(fù) 到預(yù)緊狀態(tài)，從而使夾抓閉合夾緊。 2.3 可行性分析 2.3.1 傳動方案的選擇 1、齒輪齒條傳動：效率高、精度好，剛度好，可實現(xiàn)運動方式變化； 2、蝸輪傳動：大速比，交錯軸，體積小，回差響應(yīng)小，剛度小，轉(zhuǎn)矩大效率低， 發(fā)熱大，常需用價格較貴的青銅材料，制造精度要求高； 3、諧波傳動：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較好，但諧波傳動定位比較困難， 因此，選用方案 1 齒輪齒條傳動。方案 3 備選。 2.3.2 精定位裝置的設(shè)計構(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)動方式：采用交流電動機驅(qū)動方式。 通過分析計算，查閱相關(guān)的資料，利用計算機完成各框架部分以及裝配圖和 零件圖的設(shè)計，通過實驗解決各種技術(shù)問題。 由于液壓馬達技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓馬達的效率不斷提高，因而使用液壓馬 達驅(qū)動更為可靠方便，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) 動方式更好因此選用液壓馬達驅(qū)動。 在電機的各種種類中，其中一種為液壓馬達，它比其它種類電機相比有以下 優(yōu)點： 1、傳動效率高、精密性好、重量輕、反應(yīng)快； 2、工作平穩(wěn)，能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，還可以在運行過程中進行調(diào)速； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 3、已實現(xiàn)標準化、系列化和通用化，具有較大的機動性。 由于傳動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 壓馬達傳動。 綜合比較本方案較好，成本較低，方案合理。 2.4 機器人回形偏交型手腕的工作原理 機構(gòu)簡圖及工作原理 圖 2.2 工作原理圖 （1）置于小臂后部的電機Ⅰ，通過同步帶 1 傳動，帶動腕殼轉(zhuǎn)動，完成末桿繞自身 軸線 β 轉(zhuǎn)動。 （2）置于小臂后部的電機Ⅱ，通過同步帶 2 傳動，經(jīng)錐齒輪副 3、4 嚙合，帶動腕殼 轉(zhuǎn)動，完成末桿繞自身軸線 α 轉(zhuǎn)動。 （3）置于手腕后部的電機Ⅲ，通過聯(lián)軸器 5，經(jīng)錐齒輪副 6、7 嚙合，完成末桿繞自 身軸線 γ 轉(zhuǎn)動。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 3 設(shè)計計算 3.1 夾持器的計算 3.1.1 受力分析 已知夾持物圓柱體半徑 =50mm，高度 =51mmRh 則被夾持物體的重量 G= N6.308.91.705.. 322 ??????g 查得 = ，根據(jù)夾持力計算公式f??136.0 P＞ ??2Qf （3.1） 即有 ＞ =42.5N，取 =50NPN21??36.0?21N? 在豎直方向有 sin =1oo24sin 綜上可解得： 9..8?， 則每個夾爪受力 = 39.8NF?o2o1cs3N3cs ∴夾爪齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩 = × =39.8×118=4696.4N.mmTL 3.1.2 夾爪齒輪的計算 設(shè)齒條速度 =0.1vsm 初選齒輪的齒數(shù) =21z 初選齒輪為 7 級精度的直齒圓柱齒輪；材料選用 40Cr 調(diào)質(zhì)鋼，硬度為 280HBS； 齒條材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 按齒面接觸強度設(shè)計：o1 由文獻[3]設(shè)計計算公式（10-9a）進行試算，即 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 ?? 32)(12.HEdtt ZuTK???? （3.2） （1）確定公式內(nèi)各計算參數(shù)數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) =1.3tK 2）由于懸臂布置，則取 =0.4d? 3）齒條齒輪傳動，所以 1??u 4）由文獻[3]表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8EZ21Mpa 5）由文獻[3]圖 10-21d 接 MQ 級質(zhì)量要求查得齒輪的觸疲勞強度極限 Mpa；齒條的接觸疲勞強度極限 580Mpa7501lim?H? ?lim2Hδ 6）取圓弧齒輪與齒條的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) = =1N280.? 7）由文獻[3]圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 1.21HNK 8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（10-12）得 ??Mpa825701.lim11 ???SKHNH? （3.3） ??pa638501.2lim2 ???SHNH? （2）計算 1）試算圓弧齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值td??H?32)(12.Edtt ZuTK??? =2.32 3 2)638.9(4.0?? =25.65mm 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 2）計算齒寬 b = = td?m26.105.40?? （3.4） 3）計算齒寬與齒高之比 hb/ 模數(shù) mm 2.165.2/??zdmtt （3.5） 齒高 mm 7...?th （3.6） =10.26/2.75=3.73hb/ 4）計算載荷系數(shù) a）由于工作機運動平穩(wěn)，則使用系數(shù) 1?AK b）據(jù) =0.1m/s、7 級精度，由文獻 [3]圖 10-8 查得動載系數(shù)v 1?VK c）直齒輪，有 = =1?HKF d）由文獻[3]表 10-4 用插值法查得 7 級精度、圓弧齒輪相對支承懸臂 布置時， =1.154；由 =3.73， =1.154 查圖 10-13 得?Hhb/?HK =1.14?F 則 154..1??????HVAK （3.7） 5）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a） =24.65mm 33 .1/54.6.2/??ttd （3.8） 6）計算模數(shù) mm17.265.4?zdm 按齒根彎曲強度設(shè)計o2 由文獻[3]公式 10-（5）得彎曲強度的設(shè)計公式為 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 ??332][FSadYzKTm??? （3.9） （1）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值 1）載荷系數(shù) 14..1??????FVAK 2）由文獻[3]圖 10-20c 材料按 MQ 級質(zhì)量要求查得圓弧齒輪的彎曲疲勞 強度極限 ，齒條的彎曲強度極限Mpa6201limF? Mpa5702limF? 3）按文獻[3]圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 8.1?NK 4）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得 Mpa3.51.6208][1lim1 ???SKFNF? （3.10） pa325.1708][2lim2 ???SFNF? 5）由查文獻[3]表 10-5 取齒形系數(shù) ，6.1FaY06.2?Fa 齒輪應(yīng)力校正系數(shù) ，6.1Sa972S 6）計算齒輪、齒條的 并加以比較??F? ??0126.3.57621??FSaY? （3.11） ，齒條的數(shù)值大。??01256.397.622??FSa （2）設(shè)計計算： 2][FSadYzKTm??? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 mm 320156.4.0691???9.? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強度計算m 的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面解除m 疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 0.91mm 并就近圓整為標準值 =1.0mm，按接觸強度算得的分度圓直徑 =24.65mm，算出圓弧d 齒輪齒數(shù) = 25z65.240.1?md? 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強 度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費 幾何尺寸計算o3 （1）計算分度圓直徑 =25×1.0=25mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，取 =52mm， =2.0mm，則zmd? dm =26z （2）計算齒輪寬度 = =0.4×52=20.8mmbd? （3）齒條幾何尺寸計算 模數(shù) =2.0mm，壓力角 α= ，齒頂高 ，齒根高mo20m2a?hm5.2f?h 3.1.3 圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計計算 （1）圓弧齒輪受的圓周力 N6.18054.69??dTFt 每個彈簧的預(yù)緊力 3..1802t （2）選材：該彈簧在一般載荷條件下工作，選用第Ⅲ類碳素彈簧鋼絲 C 級 （3） 選旋繞比 =6,根據(jù)文獻[3]式（16-4）算得C 曲度系數(shù) = K25.16.04???C （3.12） （4） 根據(jù)螺柱尺寸初選彈簧中徑 =20mm，則 = Ddm3.?CD 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 （3.13） 查文獻[3]表 16-3 得 ??Mpa805.Mpa160BB?????， 則 （5）試算彈簧絲直徑，由文獻[3]式（16-3）可得 ???KCFdmax'.? （3.14）1）夾爪夾持物體時，取彈簧圈數(shù) =20，查表 16-2 得n =81000Mpa，則由G 文獻[3]式（16-5）算得 彈簧壓縮量： m57.13.81026931 ???GdnFC? （3.15） 2）夾爪完全張開時，彈簧的壓縮量 2.7360o2?d?? 則 m8..75.12max ???? 3）計算 ，由式（16-6）得FN80.32068..383maxa ???nCGd ∴ ，圓整得?? m7.65.1.16.1ax??K‘ d=3mm （6）根據(jù)變形條件計算彈簧工作圈數(shù) ，由式（16-6）得n ,圓整取 =2002.18.30268.83max ???CFGdn? n （7）計算彈簧相關(guān)尺寸： 中徑 = =6×3=18mmDd 內(nèi)徑 m2138153-821 ?????dD， 外 徑 節(jié)距 =0.4 =0.4×18=7.2mmp 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 自由長度 m15032.7020 ?????dnpH 螺旋角 ，在 5 ～ 之間 ?? o36.8.arctnarct??Do9 （8）在最大載荷作用下，彈簧各圈之間要保留一定的 ，并且在自由狀態(tài)下，彈1? 簧個圈之間應(yīng)有適當?shù)拈g距 ：? = =7.2-3=4.2mm?dp? 由 得1max?n? 0.2m6.1208.34.7max1 ????n? 3.1.4 液壓馬達的選擇 完成動作所需的最小功率為 vFpt? （3.16） 此時夾爪完全張開，每個彈簧的壓縮力： =302.80NmaxF 則齒輪齒條傳動的圓周力： N6.058.322axt ??? ∴ W.1.605tvFp 電機所需要的功率 聯(lián)承齒齒電 ?2 ????????p ∴ W52.13096.8.09.568.022 ????????????????聯(lián)承齒齒電 ?pp 因為傳遞功率小，轉(zhuǎn)速低，且能實現(xiàn)花鍵齒條軸的上下往復(fù)運動，所以根據(jù) 文獻[4]選擺動液壓馬達為驅(qū)動裝置如下： 表 3.1 擺動液壓馬達 YMD30 擺角：0 ～270o 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 額定理論轉(zhuǎn)矩 m.N/排量 1r.L/?額定理論起動轉(zhuǎn)矩 N.m/重量 kg/內(nèi)泄漏量 1mL.in/? 71 30 24 5.3 315 （1） 由文獻[5]式（3-27）得 301????Vnq （3.17） 已知容積效率 ，排量 ，轉(zhuǎn)速 r/min97.0?rml/3160?n ∴ 1.86L/min??????30.61Vnq （2） 由文獻[5]式（3-29）得功率 = PpVn? （3.18） 入口壓力和出口壓力差 Mpa14??p ∴ =PW206314???pVn 此液壓馬達滿足條件。 3.1.5 齒輪齒條傳動的設(shè)計計算 初選齒輪的齒數(shù) =24z 初選齒輪為 7 級精度的直齒圓柱齒輪；材料選用 40Cr 調(diào)質(zhì)鋼，硬度為 280HBS； 齒條材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 按齒面接觸強度設(shè)計o1 由文獻[3]設(shè)計計算公式（10-9a）進行試算，即 ??32)(12.HEdtt ZuTK???? （1）確定公式內(nèi)各計算參數(shù)數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) =1.3t 2）計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 m.N1396605.1.9105.936 ??????npT （3.19） 3）由表 10-7，兩支承相對齒輪做對稱布置，則取 =1.0d? 4）齒條齒輪傳動，所以 1??u 5）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8EZ21Mpa 6）由圖 10-21d 接 MQ 級質(zhì)量要求查得齒輪的觸疲勞強度極限 Mpa；齒條的接觸疲勞強度極限 580Mpa7501lim?H? ?lim2Hδ 7）取圓弧齒輪與齒條的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) = =1N280.? 8）由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 1HNK 9）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) =1，由式（10-12 ）得S??Mpa825701.lim11 ???SKHNH?63.2li2 （2）計算 1）試算圓弧齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值td??Hδ??32)(12.HEdtt ZuTK???? =2.32 3 2)638.9(0.196?? =24.01mm 2）計算圓周速度 v = v sm075.160.24160?????ndt （3.20） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 3）計算齒寬 b = =td?m01.24.01?? 4）計算齒寬與齒高之比 h/ 模數(shù) mm../zmtt 齒高 mm，∴ =24.01/2.25=10.67250125.???th hb/ 5）計算載荷系數(shù) a）由于工作機運動平穩(wěn)，則使用系數(shù) 1?AK b）據(jù) =0.075m/s、7 級精度，由圖 10-8 查得動載系數(shù)v 1?VK c）直齒輪，有 = =1?HKF d）由表 10-4 用插值法查得 7 級精度、圓弧齒輪相對支承對稱布置時， =1.309；由 =10.67， =1.309 查圖 10-13 得?Hhb/?HK =1.29F 則 309.1.1??????HVAK 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a） =24.07mm 33 ./09..24/ttd 7）計算模數(shù) mm.17.?zm 按齒根彎曲強度設(shè)計o2 由文獻[3]設(shè)計計算公式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式： 32][FSadYzKT??? （1）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值 1）載荷系數(shù) 29.1.1??????FVA 2）由圖 10-20c 材料按 MQ 級質(zhì)量要求查得圓弧齒輪的彎曲疲勞強度極 限 ，齒條的彎曲強度極限Mpa6201limF? Mpa5702limF? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 3）按圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 85.021?FNK 4）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) =1.4，由式（10-12）得SMpa3.51.6208][1lim1 ???KFNF?.7][2li2SFF 5）查表 10-5 取齒形系數(shù) ，651?FaY06.2Fa 齒輪應(yīng)力校正系數(shù) ，8.S971S 6）計算齒輪、齒條的 并加以比較??Fa???019.3.58621??FSaY? ，齒條的數(shù)值大。256.72FSa （2）設(shè)計計算 mm 32][FSadYzKTm???320156.40.1396???82.? 對比計算結(jié)果，由吃面接觸疲勞強度計算的模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強度m 計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) 的大小主要取決于彎曲強度所決定的