焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要介紹了焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的歷程及我國(guó)焊接機(jī)器人技術(shù)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展前景。針對(duì)焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化中涉及到的新型結(jié)構(gòu)本體設(shè)計(jì)、高性能機(jī)器人控制器技術(shù)及免維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合Motomanup-6焊接機(jī)器人，介紹了采用諧波齒輪減速器及交流伺服電機(jī)等精密傳動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)器人小 臂和腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，傳動(dòng)環(huán)節(jié)減少，提高了系統(tǒng)的精度，減少維護(hù)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、 摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾 個(gè)主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上

2、海電動(dòng)工具研究所， 合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用 于上海牌轎車底盤的焊接。我國(guó)到1997年底僅有焊接機(jī)器人500臺(tái)，多為弧焊 和點(diǎn)焊機(jī)器人，而且集中于汽車、摩托車和工程機(jī)械三個(gè)制造行業(yè)，因此我國(guó)焊 接機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)首先擴(kuò)大應(yīng)用數(shù)量和應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)也要盡快建立有我國(guó)自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。關(guān)鍵詞：弧焊焊接機(jī)器人、小臂腕部結(jié)構(gòu)、交流伺服系統(tǒng)I焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractIn troduced a weldi ng robot tech no logy developme nt and the history of Chi na's weld ing robot

3、 tech no logy on the status and developme nt prospects. For weld ing robot invo Ived in the in dustrializati on of the new body structure desig n, high-performa nee robot con troller tech no logy and maintenan ce-free system desig n and other key tech no logies have bee n studied, with Motoma nu p-6

4、 weldi ng robot, in troduced the use of harm onic gear reducer AC servo motor and tran smissi on comp onents such as precisi on robot arm and wrist structural desig n, makes robots become more and more simple structure, reduce the tran smissi on lin ks, in crease the accuracy of the system, reduce m

5、aintenan ce, but also simplified the producti on process, reduc ing The cost of producti on.Chi na's weldi ng robot applicati on mai nly concen trated in the automobile, motorcycle, engineering machinery, railway locomotive, and several other major industries. Motor vehicles are the largest user

6、s of robots welding, but also the first users. Back in the late 1970s, Shanghai electric welding machine tool factory and the Shan ghai In stitute of cooperati on in the developme nt of the Cartesia n coordi nate man ipulator, successfully applied to the Shan ghai seda n chassis weldi ng. China to t

7、he end of 1997 only 500 robot weld ing, spot weld ing and more robots for weld ing, and focus on vehicles, motorcycles and three con structi on mach inery manu facturi ng in dustry, the developme nt of Chin a's weldi ng robot should first expa nd the nu mber of applications and application field

8、. At the same time, as soon as possible the establishme nt of Chin a's in depe ndent in tellectual property rights of the robot manu facturi ng in dustry.Keywords : arc welding robot, small arm and wrist structural design, AC servo system2焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一早1.11.2第二早2.1刖言選題背景 焊接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)

9、計(jì)問(wèn)題的提出' 1.2.1研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 1.2.2研究步驟、方法 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小臂腕及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1焊接機(jī)器人小臂及腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案2.1.2小臂及腕部整體機(jī)構(gòu)的工作原理 72.2電機(jī)的選擇82.3直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)： 92.3.1傳動(dòng)比的選擇 92.3.2漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪幾何計(jì)算 92.4鏈的選擇及鏈輪設(shè)計(jì) 1111122.4.1鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) 2.4.2傳動(dòng)鏈的分類2.4.3鏈的選擇 132.5軸承的分類介紹 142.6小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必要的強(qiáng)度校核 16161728293030322.6.1圓錐齒輪強(qiáng)度校核 2.6.2軸的強(qiáng)度校核 第三章諧波減速器3

10、.1諧波減速器的發(fā)展283.2諧波減速器的應(yīng)用283.3諧波減速器的組成及工作原理 293.3.1柔輪常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式 3.3.2波發(fā)生器常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型 3.3.3諧波減速器的工作原理 3.3.4雙剛輪諧波減速器 3.4諧波齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)333.5諧波減速器產(chǎn)品系列及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 343.6諧波減速器的選擇 353.7諧波減速器的安裝使用與維護(hù)（本此設(shè)計(jì)所需系列） 37第四章經(jīng)濟(jì)性分析 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40聲明 42#焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 前 言機(jī)器人是一種在生產(chǎn)中能靈活完成特定操作，并有多種功能的機(jī)器。機(jī)器人一般由以下幾部分組成：控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行（運(yùn)動(dòng)）裝置，檢測(cè)系 統(tǒng)

11、。機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括：控制電腦和伺服控制器。機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)主要有： 電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)等。機(jī)器人的執(zhí)行（運(yùn)動(dòng)）部分主要指機(jī)器人用于完成任務(wù) 的機(jī)體裝置，主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和末端執(zhí)行器組成。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把驅(qū)動(dòng)器產(chǎn) 生的動(dòng)力傳遞到機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)和動(dòng)作部位，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。常見(jiàn)的傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下幾種：a、齒輪傳動(dòng) b、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)c、皮帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)機(jī)d、 流體傳動(dòng)e、連桿傳動(dòng)：機(jī)器人的檢測(cè)系統(tǒng)是指機(jī)器人身上的各種傳感器。機(jī)器 人最常采用的基本傳感器有：視覺(jué)傳感器、力覺(jué)傳感器、觸覺(jué)傳感器、位移傳感 器、速度傳感器、加速度傳感器等。傳感器是機(jī)器人的感覺(jué)器官機(jī)器人工作時(shí)， 電腦根據(jù)傳感器獲

12、得的信息控制機(jī)器人動(dòng)作。它主要分為內(nèi)部傳感器和外部傳感 器兩大類。工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、具有多功能多自由度的 操作機(jī)，是機(jī)器人家族中最重要的成員，主要由機(jī)械手臂、控制裝置、機(jī)座、能 源裝置和驅(qū)動(dòng)裝置等幾部分構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分為：模仿人類關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)型工業(yè) 機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人。從用途上可分 為：焊接機(jī)器人、機(jī)器加工機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、檢查、測(cè)量機(jī)器 人、移動(dòng)式搬運(yùn)機(jī)器人等等。焊接機(jī)器人主要包括弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人。有 用于大工件焊接的大型焊接機(jī)器人，也有用于小工件焊接的精巧小型焊接機(jī)器 人；有單臺(tái)操作，也有兩臺(tái)以上的組合操作。經(jīng)

13、過(guò)四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 在制造 業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造（沖 壓、壓鑄、鍛造等）、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢 測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)2。1.1選題背景隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)， 進(jìn)而推廣到 諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行 業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多， 如無(wú)人偵察機(jī)（飛行器）、警備機(jī)器人、醫(yī)

14、療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用 實(shí)例。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用 于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，焊接機(jī)器人應(yīng)用中最普遍的主要有兩種方式，即點(diǎn)焊和電弧焊。這兩種焊接機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人中所占的大致比例。我們所說(shuō)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。這些焊接機(jī)器人中有的是為某種焊接方式專門設(shè)計(jì)的，而大多數(shù)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是 通用的工業(yè)機(jī)器人裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。在多任務(wù)環(huán)境中，一臺(tái)機(jī)器人甚 至可以完成包括焊接在內(nèi)的抓物、搬運(yùn)、安裝、焊接、卸料等多種任務(wù)，機(jī)器人 可以根據(jù)程序要求

15、和任務(wù)性質(zhì)，自動(dòng)更換機(jī)器人手腕上的工具，完成相應(yīng)的任務(wù)。 因此，從某種意義上來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史就是焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史。工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊開(kāi)始 的。原因在于電阻點(diǎn)焊的過(guò)程相對(duì)比較簡(jiǎn)單， 控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤， 對(duì)機(jī)器人的精度和重復(fù)精度的控制要求比較低。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車裝配生產(chǎn)線上 的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時(shí)又具有柔性焊接的特點(diǎn)，即只要改變程序，就可在同一條生產(chǎn)線上對(duì)不同的車型進(jìn)行裝配焊接。在西方國(guó)家，由于勞動(dòng)力成本的提高為企業(yè)帶來(lái)了不小的壓力，而機(jī)器人價(jià)格指數(shù)的降低又恰巧為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來(lái)了契機(jī)。減少

16、員工與增加機(jī)器人的 設(shè)備投資，在兩者費(fèi)用達(dá)到某一平衡點(diǎn)的時(shí)候， 采用機(jī)器人的利顯然要比采用人 工所帶來(lái)的利大，它一方面可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)又可提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。雖然機(jī)器人一次 性投資比較大，但它的日常維護(hù)和消耗相對(duì)于它的產(chǎn)出遠(yuǎn)比完成同樣任務(wù)所消耗 的人工費(fèi)用小。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還會(huì)大大降低。而機(jī)器人價(jià)格 的降低使一些中小企業(yè)投資購(gòu)買機(jī)器人變得輕而易舉。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。根據(jù) UNEC的統(tǒng)計(jì)，2001年全世界有75萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī) 器人用于工業(yè)制造領(lǐng)域，其中38.9萬(wàn)在日本、19.8萬(wàn)在歐盟、9萬(wàn)在北

17、美，7.3 萬(wàn)在其余國(guó)家。至2004年底全世界在役的工業(yè)機(jī)器人至少有約 100萬(wàn)。我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾個(gè)主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所， 合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用 于上海牌轎車底盤的焊接?！耙黄笔俏覈?guó)最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984 起先后從KUKA公司引進(jìn)了 3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)“紅旗牌”轎車的車身焊 接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986 年成功將焊接機(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的 焊接，并于1988年開(kāi)發(fā)了機(jī)器人車身總焊線。當(dāng)前，焊接機(jī)器人的發(fā)展主要集中于提高智

18、能化水平。通過(guò)在機(jī)器人上安裝 如視覺(jué)、力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等傳感器，使機(jī)器人能根據(jù)工件和環(huán)境的變化，自動(dòng)修正運(yùn) 動(dòng)路徑、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)，使之具有更強(qiáng)的自適應(yīng)能力。另一一方面是開(kāi)發(fā) 功能更多、更強(qiáng)的機(jī)器人離線編程軟件。隨著機(jī)器人在生產(chǎn)中應(yīng)用的增多，離線 編程變得十分必要。當(dāng)前，國(guó)際市場(chǎng)上出售的焊接機(jī)器人離線編程軟件功能還不 多離線編程過(guò)程操作人員需要較多地參與。今后的發(fā)展方向，主要是賦予軟件 更多的自主功能，如具有優(yōu)化避免碰撞的路徑、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)的自主規(guī)劃 的功能，并使焊槍能連續(xù)而穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)，即機(jī)器人的關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)時(shí)盡可能遠(yuǎn)離其 極限位置和奇異空間。焊接機(jī)器人的發(fā)展還需依賴工業(yè)機(jī)器人本身的發(fā)展，這

19、方 面主要是提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的精度和穩(wěn)定性，特別是用于精密激光焊接與切割 的機(jī)器人對(duì)這些性能要求更高。眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的 操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動(dòng)條 件差、煙塵多、熱輻射大、危險(xiǎn)性高的工作。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)使人們自然而然 首先想到用它代替人的手工焊接， 減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可以保證焊接質(zhì) 量和提高焊接效率。 然而，焊接又與其它工業(yè)加工過(guò)程不一樣，比如，電弧焊 過(guò)程中，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻產(chǎn)生變形， 焊縫的軌跡會(huì)因此而發(fā)生 變化。手工焊時(shí)有經(jīng)驗(yàn)的焊工可以根據(jù)眼睛所觀察到的實(shí)際焊縫位置適時(shí)地調(diào)整 焊槍的位置、姿態(tài)

20、和行走的速度，以適應(yīng)焊縫軌跡的變化。然而機(jī)器人要適應(yīng)這 種變化，必須首先像人一樣要“看”到這種變化， 然后采取相應(yīng)的措施調(diào)整焊槍 的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的實(shí)時(shí)跟蹤。由于電弧焊接過(guò)程中有強(qiáng)烈弧光、電弧 噪音、煙塵、熔滴過(guò)渡不穩(wěn)定引起的焊絲短路、大電流強(qiáng)磁場(chǎng)等復(fù)雜的環(huán)境因素 的存在，機(jī)器人要檢測(cè)和識(shí)別焊縫所需要的信號(hào)特征的提取并不像工業(yè)制造中其 它加工過(guò)程的檢測(cè)那么容易。焊接機(jī)器人的應(yīng)用，不但改善了勞動(dòng)環(huán)境、減輕勞 動(dòng)強(qiáng)度、提高升產(chǎn)效率，更主要原因是焊接機(jī)器人工作的穩(wěn)定性和焊接產(chǎn)品質(zhì)量 的一致性，這對(duì)于保證批量生產(chǎn)的產(chǎn)品焊接質(zhì)量至關(guān)重要。因此，汽車制造業(yè)成為焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要行業(yè)。國(guó)外一些年產(chǎn)

21、 20萬(wàn)輛以上的大型汽車制造廠及 其不見(jiàn)生產(chǎn)廠，一般都有300-400占各種類型的機(jī)器人在生產(chǎn)中服務(wù)。在汽車 行業(yè)的機(jī)器人應(yīng)用中以焊接機(jī)器人和噴涂機(jī)器人為主，其中焊接機(jī)器人占75%以上。國(guó)際上發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的機(jī)器人使用密度非常高，在汽車行業(yè)尤其如此，它 是一般制造業(yè)機(jī)器人使用密度的 510倍。由于我國(guó)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的時(shí)間較 短，無(wú)論是一般制造業(yè)還是汽車制造業(yè)，其機(jī)器人的使用密度都非常低，所擁有 的機(jī)器人數(shù)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平相比都還具有相當(dāng)大的發(fā)展空間。由于機(jī)器人控制速度和精度的提高，尤其是電弧傳感器的開(kāi)發(fā)并在機(jī)器人焊接中得到應(yīng)用，使機(jī)器人電弧焊的焊縫軌跡跟蹤和控制問(wèn)題在一定程度上得到很好

22、解決， 機(jī)器人焊接在汽車制造中的應(yīng)用從原來(lái)比較單一的汽車裝配點(diǎn)焊很快發(fā)展為汽 車零部件和裝配過(guò)程中的電弧焊。 機(jī)器人電弧焊的最大的特點(diǎn)是柔性，即可通過(guò) 編程隨時(shí)改變焊接軌跡和焊接順序，因此最適用于被焊工件品種變化大、焊縫短 而多、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。這正好又符合汽車制造的特點(diǎn)。尤其是現(xiàn)代社會(huì)汽車款 式的更新速度非?？?，采用機(jī)器人裝備的汽車生產(chǎn)線能夠很好地適應(yīng)這種變化。 另外，機(jī)器人電弧焊不僅用于汽車制造業(yè)，更可以用于涉及電弧焊的其它制造業(yè)， 如造船、機(jī)車車輛、鍋爐、重型機(jī)械等等。因此，機(jī)器人電弧焊的應(yīng)用范圍日趨 廣泛，在數(shù)量上大有超過(guò)機(jī)器人點(diǎn)焊之勢(shì)34 01.2焊接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)問(wèn)題的提出1.2.

23、1 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題機(jī)器人主體的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)由腰部、大臂、小臂、腕部等幾部分組成，如圖 1.1 所示。設(shè)計(jì)任務(wù)主要是焊接機(jī)器人小臂和腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 莫托曼焊接機(jī)器人外 形尺寸的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的小臂和腕部結(jié)構(gòu)主要包括：電機(jī)、諧波減速器、圓錐齒輪、鏈輪、 鏈、諧波減速器幾個(gè)部分組成。對(duì)機(jī)器人的電機(jī)進(jìn)行選擇，電機(jī)是機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力源，機(jī)器人最早使用的 電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)，后來(lái)又發(fā)展到直流伺服電機(jī)。焊接機(jī)器人每一個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度 均較低，所以在電機(jī)選擇過(guò)程中功率要求小， 主要考慮電機(jī)的尺寸是否滿足焊接 機(jī)器人外形尺寸的要求。由于焊接機(jī)器人要求速度較低，由電機(jī)轉(zhuǎn)速要經(jīng)過(guò)大減速比的

24、減速器減速后 才能達(dá)到焊接機(jī)器人速度要求，因此減速器選擇減速比范圍較大的。 諧波減速器 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小，傳動(dòng)比范圍大，承載能力高，損耗小，效率高, 齒的磨損小且均勻等許多特點(diǎn)。鏈的選擇及鏈輪的設(shè)計(jì)，鏈傳動(dòng)是屬于具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)， 主要由 主動(dòng)鏈輪、鏈條和從動(dòng)鏈輪組成，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求低，安裝與維修 簡(jiǎn)便，鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損較輕，有較好的緩沖、吸振能力。最后是對(duì)小臂和腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必要的地方，進(jìn)行強(qiáng)度校核。1.2.2研究步驟、方法1、首先確定設(shè)計(jì)課題：焊接機(jī)器人小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)分析;2、通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、圖書(shū)館書(shū)庫(kù)、圖書(shū)館數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)地調(diào)研等等

25、手段查詢相關(guān)資料，了解國(guó)內(nèi)外的研究情況；3、機(jī)器人小臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)；4、焊接機(jī)器人手部的逆運(yùn)算程序及結(jié)果仿真,5、進(jìn)行總體價(jià)格估計(jì)，對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。圖1.1焊接機(jī)器人-6 -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 小臂及腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1焊接機(jī)器人小臂及腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以前我們所接觸到型號(hào)較老的焊接機(jī)器人,所需的電機(jī)由于型號(hào)類型比較少， 體積和重量都比較大，所以安裝的位置大部分都選擇在機(jī)器人的后部和結(jié)構(gòu)腹腔 內(nèi)，但是隨著進(jìn)口品牌的進(jìn)駐,國(guó)外的許多型號(hào)先進(jìn)的電機(jī)被引入，完全可以滿足 現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)中,各種不同的需求。我在設(shè)計(jì)中所選取的電機(jī)是由蘭州電機(jī)廠經(jīng) 德國(guó)西門子公司許可

26、，按其技術(shù)制造的各種型號(hào)的電機(jī)，電機(jī)的功率從幾十瓦到 上千瓦，尺寸從幾十毫米到上百毫米，可以滿足不同領(lǐng)域的不用需求，所以在機(jī) 器人小臂及腕部的設(shè)計(jì)中，選擇了適合的電機(jī)，安裝在了關(guān)節(jié)的附近，可以更好 的實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中，機(jī)器人的傳動(dòng)。避免了使用以前體積和重量都很大的電機(jī)， 減化了設(shè)計(jì)的過(guò)程，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為合理。我們所設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人是關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)， 每一部分都采取關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，有六個(gè)不 同的自由度，每一關(guān)節(jié)都裝置有角度零位及正負(fù)方向限位開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)任務(wù)主要是焊接機(jī)器人小臂和腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，已知實(shí)驗(yàn)室莫托曼焊接 機(jī)器人外形尺寸的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。第一種小臂和腕部設(shè)計(jì)方案：小臂 和腕部部分共有三個(gè)自由度

27、，小臂的旋轉(zhuǎn)、腕部的仰擺、腕部的旋轉(zhuǎn)。小臂旋轉(zhuǎn) 處結(jié)構(gòu)采用交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速直接驅(qū)動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)，腕部仰擺采用交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由與之嚙合的圓錐齒輪帶動(dòng)套在 軸上的腕部旋轉(zhuǎn)，腕部的旋轉(zhuǎn)直接由交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)，與小臂旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)類似，如圖2.1所示。1.電機(jī)2.諧波減速器3.圓錐齒輪4.諧波減速器5.電機(jī)圖2.1設(shè)計(jì)方案一焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二種小臂和腕部設(shè)計(jì)方案：手腕的仰擺采用交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減 速，帶動(dòng)圓錐齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)鏈輪、鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)安裝了手腕的軸旋轉(zhuǎn)，使腕 部與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到腕部的仰擺。此方案中小臂旋轉(zhuǎn)和腕部旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)與

28、 設(shè)計(jì)方案一中相同，如圖2.2所示。1電機(jī)2.諧波減速器3.圓錐齒輪4.齒輪5.鏈條6.諧波減速器7.電機(jī)圖2.2設(shè)計(jì)方案對(duì)兩種方案進(jìn)行比較后得知：第一種方案的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要的零部件少，圓錐齒輪傳動(dòng)精確，從腕部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器交流伺服電機(jī)到腕部仰擺處距離大，需要設(shè)計(jì)一根細(xì)長(zhǎng)軸，造成小臂外殼材料的浪費(fèi)，而且直接嚙合的圓錐齒輪會(huì)影響到 腕部仰擺的角度范圍。第二種方案是在第一種方案的基礎(chǔ)上，在圓錐齒輪傳動(dòng)后 增加了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但在腕部旋轉(zhuǎn)處可以為手腕留出一定的空間，保證腕 部仰擺的角度范圍。所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理和經(jīng)濟(jì)的兩方面綜合考慮，選擇第二種方案來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)。2.1.2 小臂及腕部整體機(jī)構(gòu)的工

29、作原理大部分機(jī)器人腕關(guān)節(jié)是由伺服電機(jī)帶動(dòng)諧波減速器直接驅(qū)動(dòng)的。這時(shí)由于腕關(guān)節(jié)中的每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸都是直接由各作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的，因而腕關(guān)節(jié)的各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸都彼此獨(dú)立，于是腕關(guān)節(jié)的姿態(tài)、方位控制就變得比較容易解決。腕關(guān)節(jié)能完成擺 動(dòng)、附仰、轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),如圖2.3所示,小臂連接一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,使其手部實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。 接著再與轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，使其手部實(shí)現(xiàn)附仰。然后,再與轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，實(shí)現(xiàn)手部的 轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)手部擺動(dòng)的具體結(jié)構(gòu)。如該圖所示，電機(jī)2與剛輪5固連在小臂1上， 擺動(dòng)軸6與轉(zhuǎn)動(dòng)的小臂7相固連;實(shí)現(xiàn)手部俯仰的具體結(jié)構(gòu)又如該圖所示，電機(jī) 8 與擺動(dòng)的小臂7相固連，經(jīng)諧波減速器9、圓錐齒輪10,運(yùn)動(dòng)改變方向。輸出軸 11在附仰的小

30、臂12上轉(zhuǎn)動(dòng)。1.機(jī)器人小臂；2.電機(jī);3.發(fā)生器;4.柔輪;5.剛輪;6.傳動(dòng)軸;7.擺動(dòng)小臂；8.電機(jī)；9.諧波減速器；10.圓錐齒輪；11.俯仰軸；12.俯仰小臂；13.剛輪;14.柔輪;15.柔輪 （二柔輪固連）；16.剛輪;17.發(fā)生器;18.電機(jī);19.轉(zhuǎn)動(dòng)小臂。圖2.3小臂及腕關(guān)節(jié)傳動(dòng)示意圖如果輸出軸11與附仰的小臂12傳動(dòng)距離太遠(yuǎn)，可用齒形鏈傳動(dòng)來(lái)加長(zhǎng)距離； 實(shí)現(xiàn)手部轉(zhuǎn)動(dòng)具體結(jié)構(gòu)再如該圖所示，電機(jī) 18與轉(zhuǎn)動(dòng)的小臂19（即手部）及復(fù)波 式諧波減速器的剛輪16相固連，另一剛輪13（剛輪13與16是分離的）與附仰的小 臂12相固連。當(dāng)電機(jī)18軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，復(fù)波式諧波減速器的發(fā)生器15轉(zhuǎn)

31、動(dòng)，柔輪14和15（柔輪14和15相固連）轉(zhuǎn)動(dòng)，由于受到與附仰的小臂12相固接的剛輪13傳動(dòng)的干擾，剛輪16運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)小臂19（手部）也運(yùn)動(dòng)。由上分析可知,當(dāng)伺服電 機(jī)2、& 18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)小臂19（手部）就可以獲得擺動(dòng)、附仰、轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。2.2電機(jī)的選擇在本次設(shè)計(jì)中，我所設(shè)計(jì)部分所采取的電機(jī)是1FT5系列交流伺服電機(jī)。它包括電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子和一個(gè)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的無(wú)刷反饋系統(tǒng)。采用稀 土電磁材料（釤鉆合金）形成轉(zhuǎn)子中的激磁磁場(chǎng)。高質(zhì)量材料的應(yīng)用帶來(lái)以下優(yōu) 占：八、（1）高功率密度，長(zhǎng)度短和重量輕（2）轉(zhuǎn)子慣性?。?）抗退磁性高（4）扭矩的溫度穩(wěn)定性高（5）電流一扭矩關(guān)系在很大

32、范圍內(nèi)為線性1FT5 電機(jī)的連續(xù)扭矩和過(guò)載力幾乎在整個(gè)扭矩范圍內(nèi)為常數(shù)，采用相應(yīng)的 6SC61晶體管脈寬調(diào)制變頻器。它的過(guò)載能力可適應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)需求和驅(qū)動(dòng) 裝置的總慣性矩。仆T5系列交流伺服電機(jī)的靜扭矩范圍從 0.15到90Nm額定轉(zhuǎn)速?gòu)?200到 6000r/min，為了適應(yīng)不同的安裝條件，這種電機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩種不同的 結(jié)構(gòu)形式。在標(biāo)準(zhǔn)型和短型電機(jī)沒(méi)有風(fēng)冷，防護(hù)等級(jí)為 1P64.采用正溫度系數(shù)的熱敏電 阻作為過(guò)熱保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)元件。對(duì)于有個(gè)別需求的，可以加風(fēng)冷裝置，以獲得較大 的扭矩。1FT5系列交流伺服電機(jī)可與諧波齒輪箱連接成為一個(gè)緊湊的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)裝置， 可以獲得較高的齒輪傳動(dòng)降速比。

33、且質(zhì)量平衡，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)小，輸出軸 的軸承能承受徑向和軸向載荷，潤(rùn)滑脂能維持200000工作或五年以內(nèi)，外形尺寸小，重量輕的多重特點(diǎn)。小臂及腕部所用的三個(gè)電機(jī)型號(hào)選擇如下：小臂旋轉(zhuǎn)處選用仆T5042-0AF01， 功率為400W 轉(zhuǎn)速3000rpm 手腕仰俯所用電機(jī)選用1FT5034-0AF01，功率為200w 轉(zhuǎn)速3000rpm手腕旋轉(zhuǎn)所用電機(jī)選用 仆T5070-0AF01 （此款電機(jī)為 仆T5系列交流伺服電 機(jī)中的短型電機(jī)，體積小，適合放在手腕處），功率為50w 轉(zhuǎn)速3000rpm2.3直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)2.3.1 傳動(dòng)比選擇因?yàn)槭滞蟛扛┭鯞軸允許的最大轉(zhuǎn)速為5.85rad/s電機(jī)轉(zhuǎn)速

34、為3000rpm，經(jīng) 諧波減速器XB3 50以80的減速比減速后，速度已經(jīng)滿足B軸轉(zhuǎn)速要求，所以 在齒輪傳動(dòng)處選擇較小的傳動(dòng)比，i = 1.5。2.3.2 漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪幾何計(jì)算表2.1漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪幾何計(jì)算名稱代號(hào)小齒輪大齒輪分度圓直徑dd1 = 40 d2 = 1.5X 40= 60齒數(shù)Z乙=20 Z2= 30大端模數(shù)mm = di/Zi d2/Z2 2節(jié)錐角 arcta n( Z2/Zi)=33.732 90 33.7 56.7錐距RR d2sin 31=d2/2sin 32=36.05齒高bb=R=0.3X 36.05=10.8周節(jié)P P=nm=6.28變位系數(shù)XX1= X2=

35、0.461 (Z1/Z2)2 0.26齒頂咼hafaha1=m(1 + X1)=2.52 ha2=m(1 X1)=1.48齒根高h(yuǎn)fhf1=m(1.2 X1)=1.88 hf2=m(1.2 + X1)=2.92齒頂間隙e e=0.2m=0.4齒根角OfOf1=arctan (hfi/R) =2.98Of2=arctan (hf2/R) =4.63齒頂角AOaOa1=arctan (haR) =3.99Oa2=arctan (ha/R) =2.35（正常收縮齒）齒頂圓錐角3 a3 a 1= 31 + Oa1=37.73 a2= 32 + Oa2=58.65（正常收縮齒）齒根圓錐角軒3f1= 31

36、 Of1=30.723f2= 31 Of2=51.67齒頂圓直徑dada1 =d1 + 2ha1cos 31 =44.2 da2=d2 + 2ha2cos 32=61.6節(jié)錐頂點(diǎn)到輪AkAk1=d2/2 ha1sin 31=28.6 Ak2=d1/2 ha2sin 32=18.8冠距離Ak大端分度圓弧nSS2=P S1=6.28-3.51=2.77齒厚S1=m ( 2 +2x1tana +xu)=3.51分度圓弦齒厚S2 2S1=1(1 S1 /6d1 )=3.52 2S2=S2(1 S2 /6d2 )=2.8分度圓齒咼HaHa1 =ha+ S1COS 31/4d1=2.58Ha2 =ha+

37、geos 3?/4d2=1.5由于小齒輪總體尺寸很小，所以將圓錐齒輪中的小齒輪直接設(shè)計(jì)成齒輪軸, 以滿足齒輪的強(qiáng)度要求，大齒輪則通過(guò)鍵與軸連接固定。2.4鏈的選擇及鏈輪設(shè)計(jì)2.4.1鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)鏈傳動(dòng)是一種應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。它是由鏈條和主、從動(dòng)鏈輪所組成。 鏈輪上制有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間擾性的嚙合傳動(dòng)。 與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈 傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；又因鏈 條不需要象帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；在同樣使用條件 下，鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫及速度較低的情

38、況下工作。與齒 輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)(中 心距離最大可達(dá)十多米)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便得多。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是： 在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比； 磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng) 用。鏈傳動(dòng)主要在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其他不宜采用齒輪傳動(dòng) 的場(chǎng)合。例如：在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)上大為簡(jiǎn)化，而且使用方便可靠。 鏈傳動(dòng)還可用于低速重型及極為惡劣的工作條件下，例如掘土機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，雖受到土塊、泥漿及瞬時(shí)過(guò)載等影響，但仍能很好的工作。按用途不同，鏈可分為：傳動(dòng)鏈

39、、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用 在運(yùn)輸和起重機(jī)械中，而在一般機(jī)械傳動(dòng)中，常用的是傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)鏈傳遞的功率一般在100kW以下，鏈速一般不超過(guò)15m/s，推薦使用 的最大傳動(dòng)比imax=8.傳動(dòng)鏈有短節(jié)距精密滾子鏈(簡(jiǎn)稱滾子鏈)、齒形鏈等類 型。其中滾子鏈?zhǔn)褂米顝V，齒形鏈?zhǔn)褂幂^少。1 與齒輪傳動(dòng)比較：(1) 鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求低，安裝與維修簡(jiǎn)便。(2 )鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損較輕。通常鏈輪由較多的齒同時(shí)與 鏈條嚙合，接觸位置接近結(jié)根，而且齒槽圓弧半徑大，齒根應(yīng)力集中小，所以 鏈輪齒承載能力較大，齒面磨損也比齒輪輕。(3) 鏈傳動(dòng)有較好的緩沖、吸振能力。(4) 鏈傳動(dòng)中心距

40、適應(yīng)范圍大，特別在中心距較大或在多軸傳動(dòng)中，鏈傳 動(dòng)易于布置、安裝、調(diào)節(jié)。(5 )在鏈條上安裝適當(dāng)?shù)母郊梢詫?shí)現(xiàn)輸送功能。但在要求中心距小，瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)比大、轉(zhuǎn)速高、噪聲小時(shí)，鏈傳動(dòng)的使用性能不如齒輪傳 動(dòng)。2 與帶傳動(dòng)比較：(1) 鏈傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高。(2) 鏈條對(duì)軸的作用力小。(3) 鏈傳動(dòng)的尺寸較緊湊，在傳遞功率相同的情況下，鏈條傳動(dòng)比常用的 膠帶要窄些，鏈輪直徑也比帶輪直徑要小，所以機(jī)構(gòu)尺寸比帶傳動(dòng)緊湊。(4) 鏈條拆裝方便。(5) 鏈傳動(dòng)能在較大的傳動(dòng)比和較大的中心距下工作。(6) 鏈傳動(dòng)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。(7) 鏈條的磨損伸長(zhǎng)比較緩慢。(8) 鏈傳動(dòng)在可燃?xì)怏w下

41、工作安全可靠，因?yàn)椴灰装l(fā)生摩擦生電現(xiàn)象，不 會(huì)引起燃燒。但是在要求噪聲小，不準(zhǔn)有潤(rùn)滑油，中心距大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度很高的情 況下，鏈傳動(dòng)的使用性能不如帶傳動(dòng)。綜上所述，在手腕仰擺處選用鏈傳動(dòng)。242 傳動(dòng)鏈的分類傳動(dòng)鏈按傳遞方式分摩擦傳動(dòng)與嚙合傳動(dòng)兩大類，按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分傳動(dòng)用短節(jié) 距滾子鏈、傳動(dòng)用雙節(jié)距滾子鏈、傳動(dòng)用套筒鏈、重載傳動(dòng)用彎板滾子鏈、傳動(dòng) 用齒形鏈、銷合鏈和無(wú)級(jí)變速鏈等。1. 傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈及套筒鏈傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈及套筒鏈節(jié)距從 4.7625 (03C114.30mm(72B , 橫跨A系列和B系列的單排、雙排以及多排，是應(yīng)用最為廣泛的鏈條。根據(jù)不同 用途，配上各種附件，也可作

42、為輸送鏈用。用在發(fā)動(dòng)機(jī)里，又派生出摩托車傳動(dòng) 鏈、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)用鏈、以及石油鉆機(jī)傳動(dòng)鏈等產(chǎn)品系列。2. 傳動(dòng)用雙節(jié)距滾子鏈雙節(jié)距滾子鏈?zhǔn)嵌坦?jié)距滾子鏈派生出來(lái)的一種輕型鏈條(節(jié)距增大一倍，滾子套筒銷軸都不變)。傳動(dòng)用雙節(jié)距滾子鏈鏈板多為形，應(yīng)用在中小載荷、中 低速和中心距較大的傳動(dòng)裝置中。 隨著鏈傳動(dòng)的推廣，傳動(dòng)用雙節(jié)距滾子鏈派生 出了一些特殊場(chǎng)合用鏈條，如不銹鋼鏈、高耐磨鏈、工程塑料鏈等。節(jié)距從25.4 101.60mm不等，傳動(dòng)鏈加上不同的附件可作為輸送鏈用，并且這種傳動(dòng)鏈正越 來(lái)越多地被運(yùn)用在輸送設(shè)備上。3. 重載傳動(dòng)用彎板滾子鏈及銷合鏈重載傳動(dòng)用彎板滾子鏈適用于低速重載、有沖擊傳動(dòng)工況，鏈

43、板為彎鏈板，易于拆裝，無(wú)內(nèi)外節(jié)之分。由于這種鏈條工作于重載工況下，多為大節(jié)距鏈。國(guó) 內(nèi)這種鏈條節(jié)距在63.5103.20之間。銷合鏈鏈節(jié)由可鍛鑄鐵鑄成并用銷軸連 接起來(lái)，沒(méi)有內(nèi)外鏈節(jié)之分，易于拆裝。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，銷合鏈?zhǔn)窃?期使用較為廣泛的一種傳動(dòng)鏈。加上特殊附件，也可作輸送鏈用。適用于中低速、 重低載荷以及工作環(huán)境比較臟污的工況。由于鑄件疲勞壽命較短，這種鏈條逐漸地被重載彎板滾子鏈取代。4. 傳動(dòng)用齒形鏈傳動(dòng)用齒形鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有套筒和滾子，只有銷軸和鏈板。用于高速、低 噪聲等工況，按導(dǎo)向形式分內(nèi)導(dǎo)式和外導(dǎo)式，按接觸方式分內(nèi)接觸式和外接觸式 兩種。節(jié)距從6.3538.1mm片數(shù)從

44、547片不等。5. 無(wú)級(jí)變速鏈無(wú)級(jí)變速鏈包括滑片鏈、擺銷鏈、滾柱鏈、套環(huán)鏈等四個(gè)種類，其中以滑片 式無(wú)級(jí)變速鏈?zhǔn)褂幂^為廣泛，應(yīng)用在各種型式的鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速器內(nèi)。擺銷式無(wú)級(jí) 變速鏈主要應(yīng)用在國(guó)外一些轎車鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速器及其他精密、大功率、高速機(jī)械上。無(wú)級(jí)變速鏈由于其高強(qiáng)度、低噪音、耐磨損、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)級(jí)變速的 應(yīng)用中正越來(lái)越多地?cái)U(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。2.4.3 鏈的選擇本次設(shè)計(jì)中，所選的傳動(dòng)鏈?zhǔn)驱X形傳動(dòng)鏈，齒形鏈上設(shè)有導(dǎo)板，可以防止鏈 條在工作時(shí)發(fā)生側(cè)向竄動(dòng)，導(dǎo)板有內(nèi)導(dǎo)板和外導(dǎo)板兩種。內(nèi)導(dǎo)板可以較為精確的 把鏈定位于適當(dāng)?shù)奈恢茫詫?dǎo)向性好，工作可靠，適用于高速及重載傳動(dòng)，外 導(dǎo)板齒形鏈，沒(méi)有開(kāi)導(dǎo)向槽

45、，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，導(dǎo)向性差，外導(dǎo)板容易在銷軸連結(jié)處出 現(xiàn)松動(dòng)。齒形鏈按鉸接結(jié)構(gòu)不同可分為：圓銷式、軸瓦式和滾柱式三種，如圖2.4-P-I卜 P *血 P 1ara龍at柱朮圖2.4齒形鏈的分類圓銷式齒形鏈，鉸鏈承壓面積小，壓力大，磨損嚴(yán)重，所以不采用，軸瓦式 齒形鏈承壓面積大，壓力小，但因?yàn)檩S瓦與銷軸表面是滑動(dòng)摩擦，所以磨損也較 為嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)比較還是選用滾柱式齒形鏈，它的載荷沿全鏈均勻分布，以滾動(dòng)摩 擦代替滑動(dòng)摩擦，所以顯著地減小了有害阻力。根據(jù)手冊(cè)查閱，選擇GB10855-89型內(nèi)導(dǎo)式滾柱式齒形鏈，基本參數(shù)和主要 要求尺寸，選擇鏈的型號(hào)為 CL06單排，節(jié)距p= 9.525o2.5軸承的分類介紹1

46、. 深溝球軸承最具代表性的滾動(dòng)軸承，用途廣泛，可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷，適 用于高速旋轉(zhuǎn)及要求低噪聲、低振動(dòng)的場(chǎng)合，帶鋼板防塵蓋或橡膠密封圈的密 封型軸承內(nèi)預(yù)先充填了適量的潤(rùn)滑脂夕卜圈帶止動(dòng)環(huán)或凸緣的軸承，即容易軸向 定位，又便于外殼內(nèi)的安裝 最大負(fù)荷型軸承的尺寸與標(biāo)準(zhǔn)軸承相同，但內(nèi)、外 圈有一處裝填槽，增加了裝球數(shù)，提高了額定負(fù)荷。2. 角接觸球軸承套圈與球之間有接觸角，標(biāo)準(zhǔn)的接觸角為15°、30°和40° ，接觸角越大軸向 負(fù)荷能力也越大，接觸角越小則越有利于高速旋轉(zhuǎn)，單列軸承可承受徑向負(fù)荷 與單向軸向負(fù)荷，角接觸球軸承適用于高速及高精度旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)上為背面

47、組合 的兩個(gè)單列角接觸球軸承共用內(nèi)圈與外圈，可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷， 無(wú)裝填槽軸承也有密封型。3. 四點(diǎn)接觸球軸承可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷，單個(gè)軸承可代替正面組合或背面組合的角接 觸球軸承，適用于承受純軸向負(fù)荷或軸向負(fù)荷成份較大的合成負(fù)荷，該類軸承 承受任何方向的軸向負(fù)荷時(shí)都能形成其中的一個(gè)接觸角（a），因此套圈與球總在任一接觸線上的兩面三刀點(diǎn)接觸，主要適用的保持架：銅合金切制保持架.4. 調(diào)心球軸承由于外圈滾道面呈球面，具有調(diào)心性能，因此可自動(dòng)調(diào)整因軸或外殼的撓曲或不 同心引起的軸心不正，圓錐孔軸承通過(guò)使用緊固件可方便地安裝在軸上.5. 圓柱滾子軸承圓柱滾子與滾道呈線接觸，徑向負(fù)荷

48、能力大，即適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù) 荷，大多用于機(jī)床主軸 主要適用的保持架：鋼板沖壓保持架（Z 形）、銅合金切 制保持架、銷式保持架、合成樹(shù)脂成形保持架。6. 圓錐滾子軸承該類軸承裝有圓臺(tái)形滾子，滾子由內(nèi)圈大擋邊引導(dǎo)，設(shè)計(jì)上使得內(nèi)圈滾道 面、外圈滾道面以及滾子滾動(dòng)面的各圓錐面的頂點(diǎn)相交于軸承中心線上的一點(diǎn)， 單列軸承可承受徑向負(fù)荷與單向軸向負(fù)荷， 雙列軸承可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向 負(fù)荷，適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷。7. 調(diào)心滾子軸承該類軸承在球面滾道外圈與雙滾道內(nèi)圈之間裝有球面滾子，按內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，分為R RH RHA和SR四種型式,由于外圈滾道的圓弧中心與軸承中心一致， 具有調(diào)心性能，因此

49、可自動(dòng)調(diào)整因軸或外殼的撓曲或不同心引起的軸心不正， 可承受徑向負(fù)荷與雙向軸向負(fù)荷。 特別是徑向負(fù)荷能力大，適用于承受重負(fù)荷與 沖擊負(fù)荷。8. 推力球軸承由帶滾道的墊圈形滾道圈與球和保持架組件構(gòu)成，與軸配合的滾道圈稱做軸圈， 與外殼配合的滾道圈稱做座圈。雙向軸承則將中圈秘軸配合，單向軸承可承受單 向軸向負(fù)荷，雙向軸承可承受雙向軸向負(fù)荷（二者均不能承受徑向負(fù)荷）9. 推力圓柱滾子軸承由墊圈形滾道圈（軸圈、座圈）與圓柱滾子和保持架組件構(gòu)成。圓柱滾子采用凸 面加工，因此滾子與滾道面之間的壓力分布均勻，可承受單向軸向負(fù)荷，軸向負(fù) 荷能力大，軸向剛性也強(qiáng)。10. 推力滾針軸承分離型軸承由滾道圈與滾針和保持

50、架組件構(gòu)成，可與沖壓加工的薄型滾道圈（W） 或切制加工的厚型滾道圈（WS任意組合,非分離型軸承是由經(jīng)精密沖壓加工的 滾道圈與滾針和保持架組件構(gòu)成的整體型軸承，可承受單向軸向負(fù)荷，該類軸 承占用空間小，有利于機(jī)械的緊湊設(shè)計(jì)，大多僅采用滾針和保持架組件，而把軸及外殼的安裝面作為滾道面使用。11. 推力圓錐滾子軸承該類軸承裝有圓臺(tái)形滾子（大端為球面），滾子由滾道圈（軸圈、座圈）擋邊準(zhǔn) 確引導(dǎo)設(shè)計(jì)上使得軸圈和座圈滾道面以及滾子滾動(dòng)面的各圓錐面的頂點(diǎn)相交于 軸承中心線上的一點(diǎn)，單向軸承可承受單向軸向負(fù)荷，雙向軸承可承受雙向軸 向負(fù)荷，雙向軸承將中圈與軸配合，但由于采用間隙配合，因此必須用軸套等 使中圈軸

51、向定位 主要適用的保持架：銅合金切制保持架。12. 推力調(diào)心滾子軸承該類軸承中球面滾子傾斜排列，由于座圈滾道面呈球面，具有調(diào)心性能，因此可允許軸有若干傾斜，軸向負(fù)荷能力非常大， 在承受軸向負(fù)荷的同時(shí)還可承受若干 徑向負(fù)荷，使用時(shí)一般采用油潤(rùn)滑。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采用了深溝球滾子軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承。2.6小臂腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必要的強(qiáng)度校核2.6 .1圓錐齒輪強(qiáng)度校核1、 齒輪材料及熱處理：大小齒輪材料均為45鋼正火表面硬度均為 HB180 2202、 許用應(yīng)力：查表得（THiim= 490 MpCFlim = 175Mp應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：Ni = 60ni jLh其中m為電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，經(jīng)諧

52、波減速器減速后為62.5取2班制8h 300天，貝UM =60 X62.5 X2X8 X300 = 1.8 X107NiN2= Nu=1.8x107/1.5=1.2x107查表接觸疲勞壽命系數(shù)Zn和彎曲疲勞壽命Yn分別為：Zn = 1.0, Yn = 1.0 求得許用應(yīng)力為hlim升=490Sh1升=升沁=175 X1 =134.6Sf1.33、齒輪齒數(shù)和齒寬系數(shù)？r乙二20Z2 = 30 = i XZ1取?R = 0.34、小齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩T1T1 = 9550衛(wèi)=nm= 9550X200 X0=50.937.55、載荷系數(shù)K查表得Ka = 18 級(jí)精度 Kv =1.25，取 K a =1

53、，K 直=1 ,K =KaKvK aK 直=1.256齒根彎角強(qiáng)度校驗(yàn)齒形系數(shù)YFa'=53.7°=56.3°當(dāng)量齒數(shù) Zv1 = J = 24.04cos'由表得查得：YFa1 = 2.65應(yīng)力修正系數(shù)查表得Ysa1 =1.58Zv2 =- =72.1cos 'YFa2 =2.24Ysa2 =1.75齒根彎曲強(qiáng)度校驗(yàn):4kYFa1Ysa1升1223）2R（1- 0.5?r）乙 m , u +1=0.64 < 升1=0.64 X-2.24 X1.752.65 X1.58=0.6 < aF 因此所設(shè)計(jì)的圓錐齒輪滿足強(qiáng)度要求9102.6.2

54、軸的強(qiáng)度校核1 、圓錐齒輪軸的強(qiáng)度校核(1) .結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已知軸傳遞的功率P=0.2KW,轉(zhuǎn)速為37.5r/min,根據(jù)軸的受力分析選取圓錐滾 子軸承，為便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑d1=47mm,圓錐齒輪分度圓直徑d1 = 40。材料為45鋼。結(jié)構(gòu)如圖2.5:-18 -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2.5圓錐齒輪軸-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(2) .按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算一、圓錐齒輪受力分析及計(jì)算扭矩P029550=9550 乂 = 50.9Nmnm37.5切向力Ft=2T1d ml2X50.90.04=25

55、45N-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)F '二 Fttan a = 2545xtan20°=925.2N（壓力角 a = 20°）徑向力Fr1 = F 'cos &二 769.7N-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軸向力Fa1 = F cin 各=513.3N法向力Fn = = 2708.3Ncos a-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-# -焊接機(jī)器人腕小臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算彎矩扭矩圖由于軸承為圓錐滾子軸承，在受力分析時(shí)將軸簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁, 豎直方向受力分析如圖2.6 (a) 分別計(jì)算Fb和 FcFr =