并聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要為了提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，滿 足特定的工作要求，本 題設(shè)計(jì) 用于焊接的關(guān)節(jié)型機(jī)器人的手腕和末端執(zhí)行器。根據(jù)機(jī)器人的工作 要求進(jìn)行了機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)。確定機(jī)器人的外形時(shí)，擬定了手腕 的傳動(dòng)路徑，選用直流電動(dòng)機(jī)，合理布置了電機(jī)、軸和齒輪，設(shè)計(jì) 了齒輪和軸的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算。傳動(dòng)中采用了軟軸、 波紋管聯(lián)軸器和行星齒輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了擺腕、轉(zhuǎn)腕和提腕的六個(gè)自 由度的要求。設(shè)計(jì)中大多采用了標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，降低了設(shè)計(jì)和制 造成本。關(guān)鍵詞：自由度；焊接；手腕AbstractIn order to improve the production efficiency and welding qual

2、ity, to meet the specific requirements of the work, the design of this thesis is used for the wrist of welding articulated robot and the end of the actuator. According to the requirements of the robots work, we makeoverall design of the robot. When determining the shape of the robot, drawing up the

3、transmission path of the wrist, selecting of DC motor, arranging the motor, the shaft and the gear reasonable, and checking the strength. The transmission apply to flexible shafting, bellows coupling and planetary gear mechanism, achieving to put the wrist, turn the wrist and raise the wrist to ment

4、ion the requirements of the six degrees of freedom. The designs mainly use standard parts and common pa rts, reducing the costs of design and manufacturing.矚 慫潤 厲釤 瘞睞櫪 廡 賴。Keywords : degree of freedom; welding; wrist目錄摘 要 I 聞 創(chuàng) 溝 燴 鐺 險(xiǎn) 愛 氌 譴 凈 。Abstract I 殘騖樓 諍 錈瀨 濟(jì) 溆塹籟 。第 1 章 前言 11.1 機(jī) 器 人 的 概 念 0釅

5、 錒極 額 閉鎮(zhèn) 檜 豬訣 錐。1.1.1 操作 機(jī) 0彈 貿(mào)攝 爾 霽斃 攬 磚鹵 廡。1.1.2 驅(qū)動(dòng) 單元 21.1.3 控制 裝置 21.1.4 人工 智能 系統(tǒng) 21.2 題目 來 源 1謀 蕎摶 篋 飆鐸 懟 類蔣 薔。1.3 技術(shù) 要 求 1廈 礴懇 蹣 駢時(shí) 盡 繼價(jià) 騷。1.4 本設(shè)計(jì)要解決 的主 要問題及 設(shè)計(jì)總體 思路2 煢 楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈 淚。第 2 章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 42.1 研究現(xiàn)狀 42.1.1 工業(yè) 機(jī)器 人 42.1.2 先進(jìn) 機(jī)器 人 52.2 發(fā)展趨勢(shì) 7第 3 章 總體 方案 設(shè)計(jì) 93.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)類型 的確 定 93.1.1 圓柱 坐標(biāo)

6、 型 93.1.2 直角 坐標(biāo) 型 93.1.3 球坐 標(biāo)型 93.1.4 關(guān)節(jié) 型 93.1.5 平面 關(guān)節(jié) 型 93.2工作空間的確 定 103.3 手腕結(jié)構(gòu)的確 定 113.4 基本參數(shù)的確 定 11第 4 章手腕 的結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì)與計(jì)算 124.1 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方 案的 分析和選 擇 124.2 手腕電機(jī)的選 擇 134.2.1 提腕 電機(jī) 的選擇 13II4.2.2 擺 腕 和轉(zhuǎn) 腕 電 機(jī)的 選 擇 134.3 傳 動(dòng) 比 的 確定 134.3.1 提 腕 總傳 動(dòng) 比 的確 定 134.3.2 轉(zhuǎn) 腕 和擺 腕 傳 動(dòng)比 的 確 定 144.4 傳 動(dòng) 比 的 分配 144.5 齒

7、輪 的 設(shè) 計(jì) 154.5.1 提 腕 部分 齒 輪 設(shè)計(jì) 154.5.2 轉(zhuǎn) 腕 部分 齒 輪 設(shè)計(jì) 224.5.3 擺 腕 部分 齒 輪 設(shè)計(jì) 244.6 軸 的 設(shè) 計(jì) 和校 核 4.6.1 輸 出 軸的 設(shè) 計(jì)4.6.2 傳 動(dòng) 軸的 設(shè) 計(jì)4.6.3 軸 的 強(qiáng)度 校 核25鵝 婭盡 損 鵪 慘 歷 蘢 鴛 賴. 26籟 叢 媽 羥 為 贍 僨 蟶 練 淨(jìng). 26預(yù) 頌 圣 鉉 儐 歲 齦 訝 驊 糴. 29滲 釤 嗆 儼 勻 諤 鱉 調(diào) 硯 錦4.7 夾 持 器 的 設(shè)計(jì) 334.8 殼 體 的 設(shè) 計(jì) 33結(jié) 論 35致 謝 36參考文獻(xiàn)37鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡IIICONTEN

8、TSAbstract 錯(cuò) 誤 ！ 未定 義 書 簽 。擁 締鳳 襪 備訊 顎 輪爛 薔。chapter 1 錯(cuò) 誤 ！ 未定 義 書 簽 。贓 熱俁 閫 歲匱 閶 鄴鎵 騷。1.1 the concept of the robot 錯(cuò) 誤 ！未 定 義 書簽 。 壇摶 鄉(xiāng)囂懺 蔞 鍥鈴 氈 淚。1.1.1 CaoZuoJi 錯(cuò)誤！未定 義 書簽 。蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。1.1.2 Drive unit 21.1.3 Control device 21.1.4 System of artificial intelligence . 2買 鯛鴯 譖 曇膚 遙 閆擷 凄1. 2 Topic sour

9、ce 錯(cuò) 誤 ！ 未定 義 書 簽 。綾 鏑鯛 駕 櫬鶘 蹤 韋轔 糴。1.3 Technical requirements 錯(cuò)誤！未 定義 書簽 。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂 錦1.4 This design to solve the main problems of the overall thinking and design 錯(cuò) 誤 ！ 未定 義 書 簽 。貓 蠆驢 繪 燈鮒 誅 髏貺 廡。Chapter 2 research situation and development 4 鍬 籟饗 逕 瑣筆 襖 鷗婭 薔2.1 research status 42.1.1 industrial ro

10、bots構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。3.1.1Cylindrical coordinates type . 9凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。3.1.3Spherical coordinates type 9恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。3.1.5Plane joint type 9鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。3.2the determination of work space . 10碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。3.3the determination of wrist structure .11 閿 擻輳 嬪 諫遷 擇 楨秘 騖 。3.4The determination of the basic parameters11

11、氬 嚕 躑 竄 貿(mào) 懇 彈 瀘 頷9 識(shí) 饒鎂 錕of the wrist structure design and calculation12 釷鵒 資贏 車澩。2.1.2 Advanced robot輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。2.2 Development trend 9堯 側(cè)閆 繭 絳闕 絢 勵(lì)蜆 贅。Chapter 3 overall scheme design3.1 The determination of the mechanical structure types 縊灩筧嚌儼淒4.1robot analysis and choose driving scheme12慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長(zhǎng)

12、IVChapter 4 贖孫滅獅贅4.2 The choice of wrist motor 134.2.1 Mention the choice of wrist motor13 4.2.2A wrist and turn wrist motor choice13諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)4.3 Determine the transmission ratio of the錯(cuò) 誤 ！ 未 定 義 書 簽 。4.3.1Mention the transmissionratio of the wrist alwayssure13紂 憂蔣 氳 頑薟 驅(qū) 藥憫 騖

13、鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。4.3.2 Turn wrist and a wrist to determine the transmissionratio 錯(cuò) 誤 ！ 未定 義 書 簽 。穎 芻莖 蛺 餑億 頓 裊賠 瀧。4.4 The transmission ratio of the distribution錯(cuò) 誤 ！未 定 義 書 簽 。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。4.5 Gear design 錯(cuò)誤！未定 義 書簽 。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。4.5.1 Mention wrist part gear design錯(cuò)誤！未 定義 書簽 。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。4.5.2 Turn wrist part

14、 gear design 22賠 荊紳 諮 侖驟 遼 輩襪 錈 。4.5.3 A wrist part gear design 錯(cuò)誤！未定義書簽。塤礙籟饈決 穩(wěn)賽釙冊(cè)庫。4.6 Axis of the design and check錯(cuò) 誤 ！ 未 定 義 書 簽 。 裊 樣 祕(mì) 廬 廂 顫諺鍘羋藺。4.6.1 The design of the output shaft錯(cuò)誤！未定義書簽。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。4.6.2 The design of the 錯(cuò) 誤 ！ 未 定 義 書 簽 。 綻 萬 璉 轆 娛 閬 蟶 鬮 綰 瀧。4.6.3 Axis of intensity 錯(cuò) 誤！未 定

15、義書簽。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺 賻。4.7 Grippers design 334.8 Shell design conclusion thanks And take an examination of the offer 縞馭篩涼。 33 35 36錯(cuò)誤！未定義書簽?，嶀暈R曖惲錕VI第 1 章 前言1.1 機(jī)器 人的 概念機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)較多擬 人動(dòng)作和功能的機(jī)器，而工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器 人。美 國機(jī)器 人工 業(yè)協(xié) 會(huì)提出的 工業(yè) 機(jī)器 人定義為 ：“機(jī)器 人 是一種 可重 復(fù)編程和 多功 能的 ，用 來搬運(yùn)材 料、零件、工 具的 操作 機(jī)”。英

16、國和日本機(jī)器人協(xié)會(huì)也采用了類似的定義。我國的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T12643-90 將工 業(yè)機(jī) 器人 定義 為：“ 機(jī)器 人是 一種 能自 動(dòng) 定位 控 制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、 零件 或操 持工 具， 用以 完成 各 種作 業(yè)”。而 將操 作 機(jī) 定 義為 ：“具 有 和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī) 械裝 置”。鎦詩 涇艷損樓紲鯗餳類。機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使機(jī)器人 進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。1.1.1 操 作 機(jī)操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有和人手臂相似的動(dòng)作 功能。通常由下列部分組成：（ 1）末

17、端 執(zhí)行 器又 稱手 部 是機(jī)器人 直 接執(zhí) 行工 作的 裝置 ，并 可 設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機(jī)器人直接與工作對(duì)象接觸 以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。（ 2）手 腕 是 支承 和調(diào) 整末 端執(zhí)行器 姿態(tài) 的 部件，主 要 用 來確 定 和改 變末端執(zhí) 行器 的方 位和 擴(kuò)大 手臂 的動(dòng) 作范 圍，一 般 有 23 個(gè) 回 轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。有些專用機(jī)器人可以沒有手腕 而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。（ 3）手 臂 它 由機(jī) 器人 的動(dòng) 力關(guān)節(jié)和 連接 桿 件等 構(gòu)成 ，是 用于 支 承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時(shí)包括

18、肘關(guān)節(jié)和肩 關(guān)節(jié)，即手臂與手臂間。手臂與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴(kuò)大了末 端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運(yùn)動(dòng)范圍。峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺。（ 4 ）機(jī) 座 有 時(shí) 稱 為 立 柱 ，是 工 業(yè) 機(jī) 器 人 機(jī) 構(gòu) 中 相 對(duì) 固 定 并 承 受相應(yīng) 的力的基 礎(chǔ)部 件?？?分固定式 和移 動(dòng)式 兩類。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。1.1.2 驅(qū) 動(dòng)單 元它是由驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)單元等組成的部件，是用來為操作機(jī)各部 件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。1.1.3 控 制裝 置它是由人對(duì)機(jī)器人的啟動(dòng)、停機(jī)及示教進(jìn)行操作的一種裝置， 它指揮機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作。1.1.4 人 工智 能系 統(tǒng)它由兩部分組成，一部分是感覺系統(tǒng)，另一部

19、分為決策規(guī)劃 智能系統(tǒng)。1. 2 題目來源本題設(shè)計(jì)的是關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)，主要是整體方案設(shè)計(jì)和 手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件設(shè)計(jì)。此課題來源于生產(chǎn)實(shí)際。對(duì)于目前 手工電弧焊接效率低，操作環(huán)境差，而且對(duì)操作員技術(shù)熟練程度要 求高，因此采用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)操作的柔性自動(dòng)化，提 高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率、實(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改 善勞動(dòng)條件。則 鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。1.3 技術(shù) 要求根據(jù)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求；1）工作 可靠 ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單；2）裝卸 方便 ，便 于維 修、調(diào)整 ；3）盡量使用通用件，以便降低制造成本1.4 本設(shè) 計(jì)要 解決的 主要 問題 及設(shè)計(jì) 總體 思路本設(shè)計(jì)要解決的問題有以下三個(gè)：

20、（1）手 腕處于手臂末端，需減輕手臂的載荷，力 求手腕部件的結(jié) 構(gòu)緊湊，減少重量和體積；（ 2）提高 手腕 動(dòng)作的精 確性；（ 3）六個(gè) 自由 度的實(shí)現(xiàn) 。針對(duì)上述問題有了以下設(shè)計(jì)思路：（1）腕 部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離傳動(dòng)，將 3 個(gè)驅(qū)動(dòng)器安置在小 臂的后端。（2）提 高傳動(dòng)的剛度，盡 量減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的 反轉(zhuǎn)誤差，對(duì)于分離傳動(dòng)采用傳動(dòng)軸。（ 3）驅(qū) 動(dòng) 電機(jī) 1 經(jīng)傳動(dòng) 軸驅(qū) 動(dòng)一 對(duì)圓 柱齒輪和 一對(duì)圓錐 齒 輪帶 動(dòng) 手腕 在小臂殼 體上 作偏 擺運(yùn) 動(dòng)。電機(jī) 2 經(jīng)傳 動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一 對(duì)圓 柱齒 輪 和一 對(duì)圓錐齒 輪傳 動(dòng)， 實(shí)現(xiàn) 手腕的上 下擺 動(dòng)。 電機(jī) 3 經(jīng) 傳

21、動(dòng) 軸和 兩 對(duì)圓 錐齒輪帶 動(dòng)軸 回轉(zhuǎn) ，實(shí) 現(xiàn)手 腕上 機(jī)械接口 的回 轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。 脹鏝彈奧 秘孫戶孿釔賻。第 2 章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r2.1 研究 現(xiàn)狀從機(jī)器人誕生到二十世紀(jì) 80 年代初，機(jī) 器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng) 期緩慢的發(fā)展過程。到 90 年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)技 術(shù)等的快 速發(fā) 展，機(jī) 器人技術(shù)也 得到了 飛 速發(fā)展1。除 了工業(yè) 機(jī) 器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有 了長(zhǎng)足的進(jìn)展。下面將按工業(yè)機(jī)器人和先進(jìn)機(jī)器人兩條技術(shù)發(fā)展路 線分 述機(jī)器人 的最 新進(jìn) 展情 況2。鰓躋峽禱紉誦幫廢 掃減。2.1.1 工 業(yè)機(jī) 器人工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

22、是以機(jī)械、電機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等學(xué) 科領(lǐng)域的技術(shù)為基礎(chǔ)融合而成的一種系統(tǒng)技術(shù) 3。（1）機(jī) 器人操作 機(jī)：通過有限 元分 析、 模態(tài) 分析及 仿真 設(shè)計(jì)等 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國 KUKA 公司 為代 表的 機(jī)器人公 司，已將 機(jī)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(jī)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(jī) 器人 的性能。此外 采用 先進(jìn) 的 RV 減 速器 及交 流 伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。（2）并聯(lián)機(jī)器人：采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精 度測(cè)量及加工，這是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將

23、來實(shí)現(xiàn)機(jī) 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(jìn)一步提高，已 由過去控制標(biāo) 準(zhǔn)的 6 軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制 21 軸甚至 27 軸，并且實(shí)現(xiàn)了 軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)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(shí)現(xiàn)實(shí)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(jī)器人 系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上 物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)

24、性 能和 對(duì)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(jī)器 人控制器 已實(shí) 現(xiàn)了 與 Canbus 、 Profibus 總線及 一些網(wǎng)絡(luò) 的聯(lián) 接， 使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器 人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過去機(jī)器人系統(tǒng)的可 靠性 MTBF 一般為幾 千小

25、 時(shí)， 而現(xiàn)在已 達(dá)到 5 萬小時(shí)， 幾乎可以 滿 足任 何場(chǎng)合的 需求 4。稟虛 嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。2.1.2 先 進(jìn)機(jī) 器人近年來，人類的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)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(cè)、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(dòng)化和機(jī)器人化的要求。這 些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定 性，因 而對(duì)機(jī)器人的要求更高，需 要機(jī)器人具有行走功能，對(duì) 外 感 知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展 方向 5。（1） 水下 機(jī)器 人：美國的 AUSS 、俄羅斯的 MT-88 、法國 的 EPAVLARD 等

26、水下機(jī)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(hù)、以及大壩檢查等方面，形 成了 有纜水下 機(jī)器 人（ remote operated vehicle ） 和無 纜水 下 機(jī)器 人 （ autonomous under water vehicle ） 兩 大 類 。（2）空 間機(jī)器人：空 間機(jī)器人一直是先進(jìn)機(jī)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(jī) 器 人 。如 美 國 NASA 的空間機(jī)器人 Sojanor 等。Sljanor 是一輛自主移動(dòng)車，重量為 11.5kg ， 尺寸 63048m

27、m ，有 6 個(gè)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(jī) 器人：國 外的 研究 主要 集中在 機(jī)構(gòu) 靈巧 ，動(dòng) 作 準(zhǔn)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(dòng)機(jī)器人。已完成的典型系統(tǒng)，如美國 ORML 基于 機(jī)器 人的 放射性儲(chǔ) 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(cè)與故障 診斷 系統(tǒng) ，德國 的 C7 靈巧手 等（4）地 下機(jī)器人：地 下機(jī)器人主要包括采掘機(jī)器人和地下管道 檢修機(jī)器人兩大類。主要研究?jī)?nèi)容為：機(jī)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)。

28、目前日、美、德等發(fā) 達(dá)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(jī) 器人，各種采機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)正在研制中。（5）醫(yī)用機(jī)器人： 醫(yī)用機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容包括： 醫(yī)療外 科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機(jī)器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場(chǎng) 感外 科手術(shù)等 。美 國已 開展 臨場(chǎng)感外 科（ telepresence surgery ）的 研 究，用于戰(zhàn)場(chǎng)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(jì)劃、袖珍機(jī)器人 （ biomed ） 計(jì) 劃 以 及 用 于 外 科 手 術(shù) 的 機(jī) 電 手 術(shù) 工 具 等 項(xiàng) 目 的 研 究 ， 并

29、已取得一些卓有成效的結(jié)果。（6）建筑機(jī) 器人：日 本已 研制 出 20 多 種建筑機(jī)器 人。如高 層 建筑抹灰機(jī)器人、預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、地面拋光 機(jī)器人、擦 玻璃機(jī)器人等，并 已實(shí)際應(yīng)用。美國卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、 麻省理工學(xué)院等都在進(jìn)行管道挖掘和埋設(shè)機(jī)器人、內(nèi)墻安裝機(jī)器人 等型號(hào)的研制、并開展了傳感器、移動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)自動(dòng)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(jī)器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二 代軍用智能機(jī)器人。其特點(diǎn)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(chǎng)上具有看、嗅和觸摸能力，能夠自動(dòng) 跟蹤地形和選擇道路，并且具

30、有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)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(yùn)動(dòng) 偵 察車（ DARDS ），德 國 MV4 爆炸物 處理機(jī)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(jī)器人等各種用途的軍用機(jī)器人?？梢灶A(yù)見，在 21 世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類生活 的各個(gè)領(lǐng)域，成 為人類良好的助手和親密的伙伴6。 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋 錟。2.2 發(fā)展 趨勢(shì)目前國際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的 研究 ，并朝著智 能化 和多 樣化 方

31、 向發(fā) 展。主 要研 究?jī)?nèi)容集 中在以下 8 個(gè)方面7：（1）工 業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探 索新的高強(qiáng)度 輕質(zhì) 材料，進(jìn) 一步 提高 負(fù)載 .自 重比，同 時(shí)機(jī)構(gòu)向 著模塊化 、 可重 構(gòu) 方向發(fā)展。（2）機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人 機(jī)界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制 器的 標(biāo)準(zhǔn)化和 網(wǎng)絡(luò)化，以及 基于 PC 機(jī) 網(wǎng)絡(luò) 式控 制器 已成 為 研究 熱 點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的 實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。（3）多 傳感系統(tǒng) ：為 進(jìn)一步提 高機(jī) 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。

32、其研究熱點(diǎn)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(shí)用化。（ 4 ）機(jī) 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(jī) 器人遙控 及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器 人半 自主和自主 技術(shù)，多機(jī) 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(jī)器人遙 控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。（6）虛 擬機(jī)器人 技術(shù)：基 于多 傳感 器、 多媒 體和虛 擬現(xiàn) 實(shí)以及 臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。（7）多 智能體 （ multi-agen

33、t ）調(diào)控 制技 術(shù)： 這是 目前 機(jī) 器人 研 究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通 信與磋商機(jī)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(jìn)行研究。（ 8） 微 型 和 微 小 機(jī) 器 人 技 術(shù) （ micro/miniature robotics ） : 這 是 機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)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(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革 命， 并且對(duì)社會(huì) 進(jìn)步和人 類活 動(dòng)的 各 個(gè)方 面產(chǎn) 生不可估量的 影響 ， 微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)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

34、面。我國對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。徐衛(wèi)平和張玉茹對(duì)六自由度微動(dòng) 機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位 移分析并 為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依 據(jù)。還有 劉辛 軍、高峰和汪勁松研究了微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，建立了并聯(lián) 六自由度微動(dòng)機(jī)器人的空間模型，并分析了該微動(dòng)機(jī)器人的空間模 型，并分析了該微動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸與各向同性、剛度等性能指 標(biāo)的關(guān)系得到了一系列性能圖譜，從各圖譜中可以看出各項(xiàng)性能指 標(biāo)在空間模型設(shè)計(jì)參數(shù)空間中的分布規(guī)律，這有助于設(shè)計(jì)者根據(jù)性 能指標(biāo)來設(shè)計(jì)該微動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸，是探討微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè) 計(jì)的 有效分析 工具 9。溈氣 嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。第 3 章 總體方案設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 類型的 確定為實(shí)現(xiàn)總

35、 體機(jī)構(gòu)在 空間的位置提供的 6 個(gè)自由度， 可以 有不 同 的運(yùn)動(dòng)組合，根 據(jù)本課題可以將其設(shè)計(jì)成以下五種方案10：鋇嵐縣緱虜 榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。3.1.1 圓 柱坐 標(biāo)型 這種運(yùn)動(dòng)形式是通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成 的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱型。它與直角坐標(biāo)型比較，在相 同的工作空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。懨俠劑鈍觸樂 鷴燼觶騮。3.1.2 直 角坐 標(biāo)型 直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分由三個(gè)相互垂直的直線移 動(dòng)組成，其工作空間圖形為長(zhǎng)方體。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可 在各坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算， 定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間

36、體積大、靈活性較差。謾飽 兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別瀘。3.1.3 球 坐標(biāo) 型 又稱極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)所組成，即一個(gè) 回轉(zhuǎn)，一 個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其 工作空間圖形為一個(gè)球形， 它可以作上下俯仰運(yùn)動(dòng)并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有 結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。咼鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺。3.1.4 關(guān) 節(jié)型 關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似， 其前三個(gè)關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這 種機(jī)器人一般由立柱和大小臂組成， 立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰擺動(dòng)，小臂作俯仰擺動(dòng)。其特點(diǎn)使工作空 間范圍大，動(dòng)作靈活，

37、通用性強(qiáng)、能 抓取靠進(jìn)機(jī)座的物體。 瑩諧齷 8蘄賞組靄縐嚴(yán)減。3.1.5 平 面關(guān) 節(jié)型采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、 左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，其工作空間的軌跡圖形， 它的縱截面為矩形的同轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動(dòng)關(guān)節(jié)的行程長(zhǎng)，兩回 轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體橫截面的大小、形狀。在水平方向有 柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用 于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。 對(duì)以上五種方案進(jìn)行比較：方案一不能夠完全實(shí)現(xiàn)本課題所要求的 動(dòng)作；方案二體積大，靈活性差；方案三結(jié)構(gòu)復(fù)雜；方案五無法實(shí) 現(xiàn)本課題的動(dòng)作。結(jié)合本課題綜

38、合考慮決定采用方案四：關(guān)節(jié)型機(jī) 器人。此方案所占空間少，工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，工藝操作 精度 高11。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。3.2 工作 空間 的確定根據(jù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)確定工作空間。工作空間是指機(jī)器人 正常工作運(yùn)行時(shí)，手腕參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)器人 的主要技術(shù)參數(shù)。此機(jī)器人的工作空間為 1500mm ，如圖 3-1 所示。 風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。圖 3-1 機(jī) 器 人 的 機(jī) 座 坐 標(biāo) 系3.3 手腕 結(jié)構(gòu) 的確定手腕是聯(lián)接手臂和末端執(zhí)行器的部件，處于機(jī)器人操作機(jī)的最 末端，其功能是在手臂和腰部實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個(gè) 坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)上，再由手腕來實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在

39、作業(yè)空間的三個(gè) 姿態(tài) 坐標(biāo)，即 實(shí)現(xiàn) 六個(gè) 自由 度如圖 3-2 所 示。 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。10圖 3-2 傳 動(dòng) 原 理 圖 考慮到結(jié)構(gòu)，電機(jī)將成三角形布置。3.4 基本 參數(shù) 的確定空間結(jié)構(gòu)和手腕結(jié)構(gòu)的確定，那么手腕回轉(zhuǎn)、手腕擺動(dòng)、和手 腕旋 轉(zhuǎn)三個(gè)姿 態(tài)的 自由 度也 得到了實(shí) 現(xiàn)主 要技 術(shù)參 數(shù)如 表 3-1 所 示。 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。表 3-1機(jī)器人的主要規(guī)格參數(shù)動(dòng)作范圍手腕回轉(zhuǎn)手腕擺動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)1209036030/s30/s30/s額定載荷4kg最大速度2m/s第 4 章 手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 機(jī)器 人驅(qū) 動(dòng)方案 的分 析和 選擇通常的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下四種1

40、2:（1）步進(jìn)電機(jī)：可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性 能好，而 且成本低廉；通 常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制。 但是由于采用開環(huán)控制，沒有誤差校正能力，運(yùn)動(dòng)精度較差，負(fù)載 和沖 擊震動(dòng)過 大時(shí) 會(huì)造 成“ 失步”現(xiàn) 象。 攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。（2）直 流伺服電 機(jī)：直流伺服 電機(jī) 具有 良好的調(diào)速 特性，較大 的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。 其安裝維修方便，成本低。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。（3）交流伺服電機(jī)：交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，使用 維修 方便，與 步 進(jìn)電 機(jī)相比價(jià) 格 要貴一些 。隨著 可關(guān)斷晶 閘管 GTO ， 大功 率晶閘管 GT

41、R 和場(chǎng)效 應(yīng)管 MOSFET 等 電力電子 器 件、脈 沖調(diào) 寬 技術(shù)（PWM ）和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使交流伺服電機(jī)在調(diào)速性11 能方面可以與直流電機(jī)媲美。采用 16 位 CPU+32 位 DSP 三環(huán)(位置、 速度、電流)全數(shù)字控制，增量式碼盤的反饋可達(dá)到很高的精度。 三倍過載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動(dòng)功率，提 供很高的響應(yīng)速度。 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。(4) 液 壓伺服馬 達(dá)：液 壓 伺服 馬達(dá)具有 較大 的功 率/體積 比，運(yùn) 動(dòng)比較平穩(wěn)，定位精度較高，負(fù)載能力也比較大，能夠抓住重負(fù)載 而不產(chǎn)生滑動(dòng)，從體積、重量及要求的驅(qū)動(dòng)功率這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)考 慮，不失為一個(gè)合適的選擇方案。但是，

42、其費(fèi)用較高，其液壓系統(tǒng) 經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類問題，在可能的前提 下，本系統(tǒng)將盡量避免使用該種驅(qū)動(dòng)方式。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人將采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。因 為它具有體積小、 轉(zhuǎn)矩大、輸出力矩和電流成比例、伺服性能好、反應(yīng)快速、功率重 量比大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。4.2 手腕 電機(jī) 的選擇4.2.1 提 腕電 機(jī)的 選擇手腕的最大負(fù)荷重量 m1 4kg，初估腕部的重量 m2 4kg，最大 運(yùn)動(dòng) 速度 v=2m/s功 率 p = fv = mgv =8102=160W 取安全系 數(shù)為 1.2， p=1.2 160=192W考慮到傳 動(dòng)損 失和 摩擦，

43、最終的 電機(jī) 功率 p額200W 。 選擇 Z 型 并勵(lì) 直流電動(dòng) 機(jī)， 技術(shù) 參數(shù) 如表 4-1 所示 。4.2.2 擺 腕和 轉(zhuǎn)腕 電機(jī) 的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求取相同型號(hào)的電機(jī)，選擇 Z 型并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)型 號(hào) 為 200/20-400 。表 4-1 Z 型 并 勵(lì) 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 技 術(shù) 參 數(shù)型 額定電壓 額定轉(zhuǎn)矩 額定 轉(zhuǎn)速 參考功率 重量號(hào)( V )(N/m) (r/m) (W) (kg)12Z200/20 200-4001 2000 400 5.54.3傳動(dòng) 比的 確定4.3.1 提 腕總 傳動(dòng) 比的 確定V2先根據(jù)下 式求 角速 度： =V 2 20 r/s R 0.1再求

44、實(shí)際轉(zhuǎn)速 ： n 60 60 20 191.1r/min 22角速 度 r/s；V 運(yùn)動(dòng) 速度，m/s；R 機(jī)械 接口到轉(zhuǎn) 動(dòng)軸 的距離， m； n轉(zhuǎn)速 ， r/min 。最后求得總傳動(dòng)比：ni 總1 n2000191.110.4取整 i總1=104.3.2 轉(zhuǎn) 腕和 擺腕 傳動(dòng) 比的確定用同樣的方法，可求得：轉(zhuǎn)腕 總傳動(dòng)比 i總2 20：擺腕 總傳動(dòng)比 i總3 10：4.4 傳動(dòng) 比的 分配傳 動(dòng) 比 分 配 時(shí) 要 充 分 考 慮 到 各 級(jí) 傳 動(dòng) 的 合 理 性 ，以 及 齒 輪 的 結(jié) 構(gòu)13 尺寸，要做到結(jié)構(gòu)合理13。1. 提腕 傳動(dòng)比分 配 提腕總的傳動(dòng)比 i總1 =10 ，該

45、傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一極傳動(dòng)為圓柱 齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 i11=2，第二極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 i125。 緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。2. 轉(zhuǎn)腕 傳動(dòng)比分 配轉(zhuǎn)腕總的傳動(dòng)比 i總220，該傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一極傳動(dòng)為圓 錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比i215，第二極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 i22 4。 騅憑 鈳銘僥 張 礫陣 軫藹 。3. 擺腕 傳動(dòng)比分 配擺腕總的傳動(dòng)比 i總310，該傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一極傳動(dòng)為圓 柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比i312，第二極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 i32 5。 癘騏鏨農(nóng)剎 貯獄顥幗騮。4.5 齒輪 的設(shè) 計(jì)按照上述傳動(dòng)比配對(duì)各齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.5.1 提 腕部 分齒 輪設(shè)

46、 計(jì)1. 第 一 極 圓 柱 齒 輪 傳 動(dòng)2. 齒輪設(shè)計(jì)齒輪采用 45 號(hào)鋼，鍛造毛坯，正火處理后齒面硬度 170190HBS ，齒輪精度等級(jí)為 7 極。取 z1 20，則z2 2 20 40。鏃鋝 過潤啟婭澗駱讕瀘。(1)設(shè) 計(jì)準(zhǔn) 則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 (2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)表達(dá)式： 其中：d1tZHZEZ H 2KT1 u 1dud 0.8； u 2 ； Z 0.90ZE 189.8 MPa（ 4-1 ）； ZH 1.8 。6 P 6 0.2T1 9.55 1069.55 106 9550N mm1 n 200選擇材料的

47、接觸疲勞極根應(yīng)力為：H1lim580 MPaH2lim 560 MPa選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：F1lim 230MPa F2lim 210MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下列公式計(jì)算可得：N1 60 n1 at4-2）60 2000 300 8 164.23 109N 2 N14.23 10992.16 109u2接觸 疲勞壽命 系數(shù) ZN1 1.1, ZN2 1.02彎曲疲勞壽命系數(shù) YN1 YN2 1接觸 疲勞安全 系數(shù) SHmin 1，彎曲 疲勞安全 系數(shù) SFmin 1.5，又 YST 2.0 ，試 選 K t 1.3 。求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：15H1H1SHminH1lim

48、ZN1580 1.1 638MPa1H2 Hlim ZN2SHmin580 1.02 591.6MPa1F1limYSTSFminYN1230 2 1MPa 306.67MPa1.5F2F2limYSTSFminYN2210 2 1MPa 280MPa1.5將有 關(guān)值代入 （4-1） 得：d1tZHZEZ2 2K tT1 u 1H2du591.60.81.8 189.8 0.9 2 2 1.3 9550 2 1241.3mm則：d1tn1v1 60 100041.3 2000 4.32m /s60 1000z1v110020 4.32 m/s 0.86m/s100動(dòng)載荷系數(shù) Kv 1.0；使用

49、系數(shù) KA 1；動(dòng)載荷分布不均勻系數(shù)K 1.02；齒間載荷分配系數(shù) K1，則：KH K AKvK Ka 1.01 1.0 1.02 1.0 1.03修 正 d1m d138.120mm 1.9mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m 2mm16（ 3 ） 計(jì) 算 公 稱 尺 寸d1 mz1 2 20 40mmd2 mz2 2 40 80mm z1 z2 40 80a m 60mm22b d d1 0.8 40 32mm取b1 32mm ； b2 22mm（ 4 ） 校 核 齒 根 彎 曲 疲 勞 強(qiáng) 度復(fù)合齒形系數(shù) YFS1 4.1， YFS2 3.8 取 Y 0.7 校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度：F24-3）F12KT1

50、 YFS1YF1 2 3 YFS1Y dz12m3 2 1.03 95502 1.03 295530 4.1 0.7M P0.8 202 23110.02MPa F1F2 F1 YFS2 110.02 3.8 MPa 101.97MPaF2 F1 YFS14.1所以齒輪完全達(dá)到要求。表 4-2 齒 輪 的 幾 何 尺 寸名稱符號(hào)公式分度圓直徑dd1 mz1 2 20 40mm d2 mz2 2 40 80mm齒頂高h(yuǎn)aha ha m 1 2 2mm17齒根高h(yuǎn)fhf (ha c )m(1 0.25) 2 2.5mm齒全高h(yuǎn) h ha hf 2 2.5 4.5mm齒頂圓直徑da1da1 d1 2

51、ha 44mm齒根圓直徑df1基圓直徑db1齒 距p齒 厚s齒 槽寬e中 心距a頂 隙cda2 d2 2ha 84mm d f1 d1 2hf 35mm df 2 d2 2hf 75mm db1 d1 cos 37.56mm db2 d2 cos 75.17mm p m 3.14 2 6.28mm s m/2 3.14mm e m/2 3.14mm a (d1 d2)/2 60mm c c m 0.25 2 0.5mm由于小齒輪分度圓直徑較小，考慮到結(jié)構(gòu)，小齒輪將做成齒輪軸。2. 第二 極圓錐齒 輪傳動(dòng)齒 輪 采 用 45 號(hào) 鋼 ， 調(diào) 質(zhì) 處 理 后 齒 面 硬 度 180190HBS ，

52、 齒 輪 精 度等級(jí)為 7 極。取 z1 20，則z2 5 20 100。（ 1 ） 設(shè) 計(jì) 準(zhǔn) 則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 15。（ 2 ） 按 齒 面 接 觸 疲 勞 強(qiáng) 度 設(shè) 計(jì) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)表達(dá)式18d1tZHZHE4KT120.85 R (1 0.5 R )2u4-4)其中，d 0.8， u 5； ZE 189.8 MPa ， ZH 1.8 ，6 P 6 0.2T1 9.55 1069.55 106 9550N mm1 n 200選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：H1lim 580 MPaH2lim 560 MPa選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：F1li

53、m 230MPa F2lim 210MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下式計(jì)算可得N1 60n1at60 2000 300 8 164-5)則：N2N14.23 1094.23 109590.846 109接觸 疲勞壽命 系數(shù) ZN1 1.1, ZN2 1.02 彎曲疲勞壽命系數(shù) YN1 YN2 1 接觸疲勞安全系數(shù) SHmin 1，彎曲疲勞安全系數(shù) SFmin 1.5,又YST 2.0， 試 選 K t 1.3 。求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：19H1limSHminZN1580 1.1 638MPa1H2 Hlim ZN2SHmin580 1.02 591.6MPa1F1F1limYST YN1

54、SFmin230 2 1MPa 306.67MPa1.5F2FS2limYST YN2SFmin210 21.51MPa 280MPa將有 關(guān)值代入 （4-4） 得：4KT10.85 R(1 0.5 R )2u21.8 189.8 2 591.64 1.3 955020.85 0.3(1 0.5 0.3)2 2mm則：v1d1tn143.3 2000 4.53m / s1 60 1000 60 100043.3mmz1v1100動(dòng)載 荷系 數(shù) Kv 1.0；使 用 系 數(shù) KA 120 4.53m/s 0.96m/s100齒向載荷分布不均勻系數(shù)K 1.02；齒間 載荷 分配 系數(shù)取 Ka 1，則：KH K AKvK Ka 1.01 1.0 1.02 1.0 1.033修 正 d1 d1t43.31.31.0339.1mm表 4-3 齒