三軸工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書正文

種的經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過程自動化的通用。在機(jī)械制造中，工業(yè)機(jī)器人既有效地用統(tǒng)自動化不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機(jī)器人和基本工藝裝備、輔助以及控制裝置一起形成隨著工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的驚人發(fā)展標(biāo)志著多種中小批量生產(chǎn)水平的F（性制造系統(tǒng)（工廠自動化FSA技術(shù)重要組成之一的率之一。計,在設(shè)計中老師給予了很大的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)致謝意。第一章、現(xiàn)抓取搬運(yùn)工件或工具的自動化裝置而它“機(jī)械手有一些區(qū)別“工業(yè)機(jī)器人”多數(shù)指程序可變的獨(dú)立的抓取、搬運(yùn)工件工具的裝置“機(jī)械手”多數(shù)是指附屬于主、種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三完成各種作業(yè)的機(jī)電自動化生 的機(jī)械部件，包括：手部、腕部、，還有機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。 單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10.3萬降至97年的6.5萬。、機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)器、檢測、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)控制向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來機(jī)器人。當(dāng)代機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出進(jìn)入實(shí)用化階段。發(fā)射到火星上的“”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用80年代“七五”計劃科技攻堅開始起步，在國家的支持下，通13030條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得廣泛應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝200臺，約占全球已安裝為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙第一軸：轉(zhuǎn)動角速度為90s0～270底座：能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角(0-270度)第二章機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動機(jī)驅(qū)動電路、PTPCP據(jù)的裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多如圖2-1，該機(jī)器人具有六自由度，即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動、臂的上下擺動、手M1回轉(zhuǎn)運(yùn)動，且與大臂相連的所有其它、腕及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動；后另一由電動機(jī)M2直接驅(qū)動作左右擺動還有第三臂由電動機(jī)M3直接驅(qū)動作上擺動；最后，手腕的回轉(zhuǎn)、伸縮及手爪的抓取由其它三個電動機(jī)驅(qū)動。第一軸（大臂）的結(jié)大臂的結(jié)構(gòu)圖（2-1）及其傳動原理簡圖（2-2-2-2.2方案一：第一軸：齒輪傳動（直齒或斜齒1500r/min的原動機(jī)，則u1=1500/15=100,星齒輪傳動。擺線針輪行星齒輪傳動有如下優(yōu)點(diǎn)：1）11～87，二級傳動比為121～7569，三級傳動比可達(dá)446571；2）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。如將量約減輕1/2～1/3以上；3）效率較高。一般效率為0.92～0.94，最高可達(dá)0.97；4）傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較。第三章計3.1電動機(jī)的選第一軸的電動機(jī)的選，F(xiàn)b MON3-1-如圖3-1-1，該軸的轉(zhuǎn)動軸與第二軸的轉(zhuǎn)動軸不同，F(xiàn)b MON3-1- J m20.809.5(15cos15)2

J2

m(a2b2c2d2)m

（3-1-44.8(0.220.120.1220.062)44.8

J J電

J電

輪 輪

減 1500.452減

1Jm22500.2521

J總23.45.742202.7228.12540而轉(zhuǎn)動角加速度

v

2

M由式（3-1-7）MJ總150.3927.8541181.179

0.31181.17917.71MMP=3KW，n=1000r/minMGMAM28.4Nm第四動第一軸的傳動結(jié)構(gòu)第一軸的傳動方案已確定，采用三級斜齒輪傳動，且電動機(jī)的功率為P=3KWn=1000r/min，u=1000/15=66.67?！?、傳動比的分配：已知斜齒輪的傳動比u≤6，再根據(jù)傳動時前面降得慢，而 u=2.44.875.7第一級斜齒輪的傳動設(shè)計計算已知電動機(jī)的功率P=3KWn=1000r/min傳動比則械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～7(GB10095-88)選小齒輪齒數(shù)Z1=35，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=2.435=841432Kt32Ktd u1ZHZE()2

（4-2-（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動的端面重合度10.82

20.84

=120.820.84（4）.1T95501

9550

2.865

N（5）.3-2-1（圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d裝置狀兩支承相對小齒輪作對稱布兩支承相對小齒輪作對稱小齒輪作懸臂布選取齒寬系數(shù)由材料的彈性影響系數(shù)ZE表，查得ZE 得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim1=Hlim2=1170Mpa； 01Lh60N2

u

2.4由接觸疲勞系數(shù)圖表，查得KHN10.86KHN20.871%，S=1,[[

=KHN1H =KHN2HH

0.86117010.8711701

則取[]H=([H1+[H2)/2=10122).試算小齒輪分度圓直徑d1t，由計算公式（4-2-1）

≥d

21.6根據(jù)計算的結(jié)果及電動機(jī)的輸出軸徑，取d1t=50 60

601000

計算齒寬b及摸數(shù)bd

d1tcos

50cos14 h2.25mnt2.251.39計算縱向重合度

bh0.318dz1tg0.3180.935tg14（5）

KA1根據(jù)2.498，7得動載荷系數(shù)KV=1.07；KHKH=2.728，KF查得KF=2.45KHAKFAKHAKFA

KKAKVKFKF3Kd13K

5033.51.6 計算模數(shù)nm=d1cos64.91cos14 n 2KTYcos2KTYcos231zYFad FKKAKVKFa

（3-2-11.071.2根據(jù)縱向重合度

2.498得Y=0.88

cos3

cos3

zv

cos3

cos3

由齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YFa1=2.44；YFa2由齒形系數(shù)YF

應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YSa1=1.654；YSa2

FE1FE2Mpa由彎曲疲勞系數(shù)KFN1=0.86，KFN2S=1.4，

KFN1S

KFN2S

YFa1YSa1=2.441.654 YFa2YSa2=2.1961.782[]F

2）32323.22.8651040.880.9352

mn=2mm計算中心距a(z1z2

(3584)2 2將中心距圓整為a=122.5arccos(z1z2

13

值改變不大,故參數(shù)、K、ZHd1d2

z2

352 842

bdd10.9

圓整后取B2=65mm；B1=70mm考 設(shè)計的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其40Cr7(GB10095-88)選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=4.8724=11714。由設(shè)計計算公式（3-2-1）（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動的端面重合度10.78

20.87

=120.780.87（4）.T9550P955030.97

Nn1 n1（5）.由表（圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d）選取齒寬系數(shù)?d=0.9；由材料的彈性影響系數(shù)ZE表，查得ZE 得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim1=Hlim2=1170Mpa；N1601Lh60N2

u1.8

4.873.7由接觸疲勞系數(shù)圖表，查得KHN10.88KHN20.91%，S=1,[[

=KHN1H =KHN2HH

0.88117010.911701

則取[]H=([]H1+[]H2 2).試算小齒輪分度圓直徑d1t321.6321.66.691045.872.433189.80.9 ()

32.922 60

601000

計算齒寬b及摸數(shù)bd

0.932.922

d1tcos

h2.25mnt2.251.331計算縱向重合度

bh0.318dz1tg0.3180.924tg14

KA1根據(jù)0.718，7動載荷系數(shù)KV=1.05；KH)表，查得KH=1.41KF)圖，查得KF=1.37KHAKFAKHAKFA=1.2，KKAKVKFKF331.783Kd13K

50

計算模數(shù)nm=d1cos34.113cos14 n 根據(jù)設(shè)計計算公式（3-2-2）KKAKVKFa

11.071.2根據(jù)縱向重合度

1.713

Y=0.8zv

cos3 cos3

cos3cos3

由齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YFa1

YFa2由齒形系數(shù)YF

應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YSa1=1.596；YSa2齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得FE1FE2Mpa由彎曲疲勞系數(shù)KFN1=0.87，KFN2S=1.4，

KFN1S

KFN2S

YFa1YSa1=2.5921.596 YFa2YSa2=2.1581.792[]F

321.726321.7266.691040.80.9242

1.257

mn

a(z1z2

(24117)1.5108.9872將中心距圓整為aarccos(z1z2

arccos(24117)22值改變不大,故參數(shù)、K、ZH d1

35

d2

z2

84

bdd10.936.937 圓整后取B2=35mm；B1=40mm第三級的傳動條件：電動機(jī)的功率為P=0.9KW，n=85.565，傳動比u=5.7，設(shè)計計算考慮設(shè)計的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由48～55HRC。選用精度等級。因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故7(GB10095-88)。選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=5.724=13714。由設(shè)計計算公式（3-2-1）（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動的端面重合度10.78

20.88

=120.780.88（4）.1T95501

9550

0.37

N（5）.由下表（圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d）選取齒寬系數(shù)?d=0.8；（6）.由材料的彈性影響系數(shù)ZE表，查得ZE （7）.查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim1=Hlim2=1170（8）.N1601Lh60N2

u3.7

5.7（9）.由接觸疲勞系數(shù)圖表，查得KHN10.9KHN20.93（10）.1%，S=1,[

=KHN1H

0.911701

[

=KHN2HH

0.9311701

則取[]H=([]H1+[]H2 2).試算小齒輪分度圓直徑d1t，由計算公式（3-2-1）321.6321.63.151050.8 60

60

計算齒寬b及摸數(shù)bd

0.854958.43

d1tcos

54.958

bh計算縱向重合度0.318dz1tg0.3180.824tg14

KA1根據(jù)0.246，7得動載荷系數(shù)KV=1.04；KH

KH=1.2877KF)圖，查得KF=1.27KHAKFAKHAKFA=1.2，KKAKVKFKF331.613Kd13K

54.958

計算模數(shù)nm=d1cos55.072cos14 n 2KTYcos2KTYcos231zYFad FKKAKVKFa

11.041.2根據(jù)縱向重合度

1.523

Y=0.8zv

cos3 cos3

cos3cos3

由齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YFa1

YFa2由齒形系數(shù)YF

應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YSa1=1.596；YSa2由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得FE1FE2(7)由彎曲疲勞系數(shù)KFN1=0.88，KFN2=0.91；S=1.4，

KFN1S

KFN2S

(9)

YFa1YSa1=2.5921.596

YFa2YSa2=2.141.83[]F

2）33 0.8242

2.009

mn=2.5a(z1z2

(24137)2.5 2將中心距圓整為a=207arccos(z1z2

arccos(24137)2.52值改變不大,故參數(shù)、K、ZHd1d2

z2

24137

bdd10.861.715 圓整后取B2=49mm；B1=55mm4.估計擺線輪內(nèi)孔半徑rn=(0.4～0.5)rp經(jīng)查表選用 C=105000 C0=71000D1=97mm b=27mm da=60mm 3）名義徑向載荷RR=1.3TCzP

K1rp

K1rp

當(dāng)量動載荷P=fFR=1.3 fF—動載荷系數(shù)，一般取fF=1.2～1.5軸承相對轉(zhuǎn)速n=n+nH=1000+1000 軸承Lh

(C)103

h60

Lh≥15000h估計擺線輪內(nèi)孔半徑

rn

rp經(jīng)查表選用 C=114600 C0=85200 D1=121.5 da=77mmDa=114.6mm a=7mm3）名義徑向載荷R

K1r K1rp當(dāng)量載荷

P=fFR=1.3 軸承相對轉(zhuǎn)速n=n+nH=1000+1000 承的Lh

(C)103

h60

Lh≥15000h L21.5bc （bbc332013LL1L21952

L1L2

K1rp FP

MWax

0.1d

因?yàn)镕＞[FP斜齒輪傳動軸上的軸

295503795.17

FrFttgn/cos297.93

194.27

0.65Pf(XFrYFa