畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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1、3-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要:在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中,企業(yè)為提高生產(chǎn)效率,保障產(chǎn)品質(zhì)量,普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度,工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員,逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平,。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平,目前,工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作,工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。 本設(shè)計(jì)介紹了關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的一些基本常識(shí)和原理,包括工業(yè)機(jī)器人的組成、分類、主要技術(shù)性能參數(shù)和工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析,并參考通用型工業(yè)六
2、自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討,進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸(臂)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),避免運(yùn)動(dòng)的干涉,在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)原理,對(duì)第一臂與底座的各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞:三自由度 機(jī)器人 傳動(dòng)原理 控制 目 錄 1 引言 (01) 1. 1 選題的依據(jù)和意義 (02) 1. 2 國(guó)內(nèi)外研究概況 (03
3、) 1. 3 論文主要內(nèi)容 (05) 2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析 (06) 2. 1 總體結(jié)構(gòu)的概述 (06) 2. 2 第一軸(大臂)的結(jié)構(gòu) (07) 2. 3 第二軸結(jié)構(gòu) (09) 2. 4 第三軸結(jié)構(gòu) (10) 2. 5 傳動(dòng)方案的確定 (11) 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 (12) 3. 1 電動(dòng)機(jī)的選擇 (12) 4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 (16) 4. 1 第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (16) 4. 2 軸承的選擇 (31) 4.2.1 斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承 (31) 5 機(jī)器人各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (32) 5. 1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì) (32
4、) 5. 2 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(第一臂與底座) (33) 5.2 .1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu) (33) 5.2 .2 底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (33) 6 總 結(jié) (34) 參考文獻(xiàn) (35) 致 謝 (36) 附錄 A 外文文獻(xiàn)翻譯 附錄 B CAD圖A1總裝配圖與各零件圖 1 引言 在加速科技進(jìn)步中,機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵的作用,其任務(wù)是在工業(yè)生產(chǎn)中迅速將工藝裝備的獨(dú)立單元變?yōu)樽詣?dòng)化綜合體(自動(dòng)化工段,生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間),將來(lái)甚至實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠。這種自動(dòng)化生產(chǎn)最重要的特點(diǎn)是具有柔性,它能預(yù)料到,在節(jié)省勞力(或無(wú)人)情況下,根據(jù)工藝條件調(diào)整
5、裝配,以適應(yīng)多種產(chǎn)品生產(chǎn)。 當(dāng)代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的建立和廣泛應(yīng)用,取決于作為科技進(jìn)步的催化劑的機(jī)床制造、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、儀器制造等技術(shù)的加速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是多品種的經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的通用手段。在機(jī)械制造中,工業(yè)機(jī)器人既有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成工藝裝備的基本工序中,也有效地用于輔助操作中。工業(yè)機(jī)器人與傳統(tǒng)自動(dòng)化手段不同之處,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。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中,工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、鍛壓機(jī)床、鑄造機(jī)械和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備上,以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、輔助手段以及控制裝置一起形成各種不同形式的機(jī)器人技術(shù)綜合
6、體—柔性生產(chǎn)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模塊。 隨著工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的驚人發(fā)展,標(biāo)志著多品種中、小批量生產(chǎn)最新水平的FMS(柔性制造系統(tǒng)),F(xiàn)A(工廠自動(dòng)化)技術(shù)更加引人注目;作為FMS、FA技術(shù)重要組成之一的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也將得到迅速發(fā)展。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化,改善勞動(dòng)環(huán)境條件,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率手段之一。 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討,進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸(臂)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)中許瑛老師給予了很大的指導(dǎo)和幫助,在此謹(jǐn)致謝意。 限于水
7、平,本設(shè)計(jì)難免有缺點(diǎn)、錯(cuò)誤,懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 1.1選題的依據(jù)及意義: 在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?;さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法;程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè),有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用,為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”(Industrial Robot):多數(shù)是指程序可變
8、(編)的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置(國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人)。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能,工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì),但功能較少,適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人,而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。 而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手,而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件(或工具)的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作,改變被抓
9、持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式,稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣,其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2~3個(gè)自由度。 機(jī)械手的種類,按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手;按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種;按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況 機(jī)器人工程是近二十多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自
10、動(dòng)控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果,是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一,也是我國(guó)科技界跟蹤國(guó)際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平,是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征,正受到許多國(guó)家的廣泛重視。 目前,工業(yè)機(jī)器人的定義,世界各國(guó)尚未統(tǒng)一,分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給工業(yè)機(jī)器人下的定義:工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置,可以通過(guò)改變動(dòng)作程序,來(lái)完成各種工作,主要用于搬運(yùn)材料,傳遞工件。 據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟(IFR)2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示,2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺(tái),比20
11、04年的97000臺(tái)增長(zhǎng)25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)后的重大突破,2005年也成為近15年來(lái)世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺(tái)數(shù)最多的年份,比上一個(gè)峰值――2000年的99000臺(tái)增長(zhǎng)22000臺(tái)。 資料來(lái)源:World Robotics 2006 圖1-1: 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù) 據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)局預(yù)測(cè),截至2005年底,全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺(tái),比2004年增加8%。其中,有50%來(lái)源于亞洲地區(qū);歐洲和美洲分別占1/3和16%;而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。
12、 資料來(lái)源:World Robotics 2006 圖1-2: 1991-2005年各年全世界運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人總數(shù) 就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來(lái)看,機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類型的工業(yè)機(jī)器人,約達(dá)到43500臺(tái)。其中,亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%;美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%;雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降,但其產(chǎn)量仍接近14000臺(tái)。接下來(lái)依次是:點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人,其產(chǎn)量分別約為20500臺(tái)、17500臺(tái)、13000臺(tái)和4500臺(tái)。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類
13、型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量增幅情況。 類 型 機(jī)械手 點(diǎn)焊接機(jī)器人 弧焊機(jī)器人 裝配機(jī)器人 分配機(jī)器人 地 增 區(qū) 幅 亞洲地區(qū) 27% 64% 82% 101% 23% 美洲地區(qū) 53% 22% 33% 36% 121% 歐洲地區(qū) -6% -27% 6% 1% -23% 表1-1: 2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增幅表 資料來(lái)源:World Robotics 2006 1.3 論文的主要內(nèi)容: 在工業(yè)上,自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用,如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),機(jī)器人等。在本次設(shè)計(jì)是根
14、據(jù)對(duì)工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的分析和探討,進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵在于三軸(臂)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),避免運(yùn)動(dòng)的干涉。在本次設(shè)計(jì)中的要求,主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要部位為第一軸與底座,設(shè)計(jì)一個(gè)第一軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為90°/s,轉(zhuǎn)角范圍為0~270°。底座能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角 (0~270°)轉(zhuǎn)角范圍控制的 3-DOF工業(yè)機(jī)器人。 第一步,查閱資料,工業(yè)機(jī)器人原理,了解工業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r和生存問(wèn)題。了解3-DOF工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)以及在日常生產(chǎn)生活中的用途。根據(jù)其運(yùn)用的場(chǎng)合不同,適當(dāng)選擇合適的方案,以達(dá)到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠的
15、目的。 第二步,在對(duì)所選課題有個(gè)初步的了解之后,在確定3-DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容。 第三步,機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì),進(jìn)行系統(tǒng)的方案的設(shè)計(jì)、比較與確定,依據(jù)對(duì)選擇的傳動(dòng)方案,查閱相關(guān)參考文獻(xiàn),從而完成,第一、第二、第三軸的傳動(dòng)選擇。設(shè)計(jì)好了之后,確定出總體的結(jié)構(gòu)及整體方案。 第四步,選擇電動(dòng)機(jī),通過(guò)計(jì)算出第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,選擇合適的電動(dòng)機(jī),從而進(jìn)行第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算。根據(jù)齒輪軸徑值,查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),選擇底座的軸承。 第五步,根據(jù)方案,畫出裝配圖,裝配圖畫好后,從裝配圖中設(shè)計(jì)選擇第一軸零部件以及完成對(duì)零部件圖的初步繪制。
16、 2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析 2.1總體結(jié)構(gòu)的概述 目前,世界上已有許多工業(yè)機(jī)器人,其中大部分屬于“示教再現(xiàn)”型。如果將這類機(jī)器人稱作第一代,那么,具有一定程度的視覺、觸覺、或某種分析、判斷能力的工業(yè)機(jī)器人就屬于第二代了。不少國(guó)家正在積極研制具有觀覺、觸覺等功能的工業(yè)機(jī)器人,并取得了不少成果,但是,真正將這些成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的還為數(shù)不多。在實(shí)際生產(chǎn)(如噴漆、焊接、裝配等)中被廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人,示教再現(xiàn)型還是較多。 此畢業(yè)設(shè)計(jì)已通過(guò)答辯,詳細(xì)計(jì)算,完整說(shuō)明書和全套設(shè)計(jì)圖紙 請(qǐng)聯(lián)系扣扣: 叁貳伍柒捌肆壹陸零肆,玖玖捌柒貳壹捌肆 一般的機(jī)器人,它由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器
17、組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。機(jī)構(gòu)部分有機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成;傳感器有測(cè)量機(jī)器人自身位置姿態(tài)和速度、加速度的內(nèi)傳感器和了解外部環(huán)境及作業(yè)對(duì)象工作情況的外傳感器;控制器是直接控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置,只要不是自主型移動(dòng)機(jī)器人,它通常放在與機(jī)器人不同的地方,通過(guò)導(dǎo)線連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中,有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PTP運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)和CP運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過(guò)信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連,多用于智能機(jī)器人。 機(jī)器人具有六自由度,即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動(dòng)、臂的上下擺動(dòng)、手腕的回轉(zhuǎn)、手腕的伸縮和手爪的抓取。當(dāng)然,圖中沒有表示出控制系統(tǒng)及手爪抓取的那一部分。該六自
18、由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的情況說(shuō)明如下:首先,由電動(dòng)機(jī)M1經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),且與大臂相連的所有其它手臂、手腕及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);而后另一手臂由電動(dòng)機(jī)M2驅(qū)動(dòng)作左右擺動(dòng);還有,第三臂由電動(dòng)機(jī)M3驅(qū)動(dòng)作上下擺動(dòng);最后,手腕的回轉(zhuǎn)、伸縮及手爪的抓取由其它三個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2.2第一軸(大臂)的結(jié)構(gòu) 大臂的結(jié)構(gòu)圖(圖2-1)及其傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖(圖2-1): 圖2-1 圖2-2 第一臂,也即大臂,該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)
19、化設(shè)計(jì)要求,整個(gè)減速系統(tǒng)采用了三級(jí)斜齒輪傳動(dòng),且所有的斜齒輪都裝在一個(gè)箱體(減速箱)里面。然而,與一般情況不同的是,第三級(jí)斜齒輪直接固定在機(jī)座上,從而使其它的(上級(jí)的斜齒輪)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)繞著它轉(zhuǎn)動(dòng),且電動(dòng)機(jī)又固定在大臂上,所以導(dǎo)致大臂帶著電動(dòng)機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2.3 第二軸的結(jié)構(gòu) 第二軸的結(jié)構(gòu)圖(圖2-2): 圖2-2 第二軸,該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的左右擺動(dòng),整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求,整個(gè)減速系統(tǒng)采用了一級(jí)齒輪傳動(dòng)。由電動(dòng)
20、機(jī)上的一個(gè)齒輪和軸承右側(cè)的一個(gè)齒輪嚙合,軸承通過(guò)定位銷與第二大臂固定,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪,把動(dòng)力傳給與第二臂固定的軸承,使得第二臂實(shí)現(xiàn)水平線上的前后擺動(dòng)。 2.4第三軸的結(jié)構(gòu) 第三軸的結(jié)構(gòu)圖(圖2-3): 圖2-3 第三軸,該手臂實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的上下擺動(dòng),整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求,整個(gè)系統(tǒng)采用了一級(jí)齒輪內(nèi)嚙合傳動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)上的一個(gè)齒輪和第三臂上的一個(gè)大齒輪內(nèi)嚙合,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小齒輪,小齒輪帶動(dòng)第三臂上的大齒輪使得第三臂整個(gè)做上下擺動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)第三臂實(shí)際操作。 2.5 傳動(dòng)方
21、案的確定 根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)分析可知,工業(yè)機(jī)器人的三軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。第一軸采用的是齒輪傳動(dòng),第二軸、第三軸則采用的是擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)。當(dāng)然,參照以上的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析,現(xiàn)擬定如下三種傳動(dòng)方案: 方案一:第一軸:齒輪傳動(dòng)(直齒或斜齒) 第二軸、第三軸:齒輪傳動(dòng)(直齒或斜齒) 方案二:第一軸:蝸桿蝸輪傳動(dòng) 第二軸、第三軸:蝸桿蝸輪傳動(dòng) 方案三:第一軸:蝸桿蝸輪傳動(dòng) 第二軸、第三軸:齒輪傳動(dòng)(直齒或斜齒) 方案比較論證 首先,已知各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比u:直齒圓柱齒輪傳動(dòng),u≤4;斜齒輪傳動(dòng),u≤6;蝸桿蝸輪傳
22、動(dòng),5≤u≤70,常用15≤u≤50;擺線針輪行星齒輪傳動(dòng), 11≤u≤87(單級(jí))。然后估算各軸的傳動(dòng)比,初選轉(zhuǎn)速為1500r/min的原動(dòng)機(jī),則u1=1500/15=100, u2=1500/20=75。 三軸傳動(dòng)的確定:蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特點(diǎn):1)傳動(dòng)平穩(wěn),振動(dòng)沖擊和噪聲均很??;2)傳動(dòng)比也較大,結(jié)構(gòu)比較緊湊。而在這里采用此傳動(dòng),則需要兩級(jí)傳動(dòng)才能滿足要求,蝸桿蝸輪的傳動(dòng)是兩軸交錯(cuò)的,這樣一來(lái)也就增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,且同時(shí)也增加了轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的負(fù)荷;3)由于蝸桿蝸輪嚙合輪齒間相對(duì)滑動(dòng)速度大,使得摩擦損耗大,因而傳動(dòng)效率較低。因此,第一軸采用齒輪傳動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求,如采用圓柱直齒輪傳動(dòng)則
23、需要四級(jí)傳動(dòng),而采用斜齒輪則需要三級(jí)就可以,并且知道在相同的條件下,采用斜齒輪傳動(dòng)比圓柱齒輪傳動(dòng),在結(jié)構(gòu)上尺寸要小得多,由此可知,采用斜齒輪傳動(dòng)。斜齒傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn):1)嚙合性能好;2)重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn);3)結(jié)構(gòu)緊湊,并且在總體結(jié)構(gòu)上也是合理的。 總上所述,選擇方案一為最佳。三軸都采用齒輪傳動(dòng)。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 第一軸的電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知,第二軸、第三軸的所有重量都是第一軸的負(fù)荷,所以說(shuō),第一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很大的,必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
24、進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算第一軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 如圖3-1-1,該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同,該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線為ob線,則在這種情況下, 圖3-1-1 第二軸的電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知,第三軸的所有重量都是第二軸的負(fù)荷,所以說(shuō),第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是很大的,必須計(jì)算各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,計(jì)算出最終動(dòng)力源軸上所需要的最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,再根據(jù)動(dòng)力源軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)。下面計(jì)算二軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J2=M/12(a2+b2+c2+d2)+mp2=5.742Kgm2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:
25、 J2=8.5*0.42=1.366 Kgm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J輪2=50*0.252=3.125 Kgm2 減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J減=150*0.452=30.375 Kgm2 第二軸的總慣量: J總=5.742+1.36+3.125+30.375 =40.602 Kgm2 第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J3=34*0.22=1.36Kgm2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J輪3=100*0.52=25Kgm2 減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J減+150*0.452=30.375Kgm2 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
26、 J總=23.43+1.36+25+30.375 =80.165Kg2 轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為: M電=14.17N*M 根據(jù)要求M電<M額,選P=2.5(KW), n=1000r/min的GY2.5型電動(dòng)機(jī) 第三軸的電動(dòng)機(jī)的選擇 第三臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J3=34*0.22=1.36Kgm2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J輪3=100*0.52=25Kgm2 減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J減+150*0.452=30.375Kgm2 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: J總=23.43+1.36+25+30.375
27、 =80.165Kg2 轉(zhuǎn)換到電動(dòng)機(jī)上: M電=1.3m/u=9.45N*m 根據(jù)要求M電<M額,選P=2.2(KW),P=2.2 Y-H2.2系列 n=800r/min 4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一軸的傳動(dòng)方案已確定,采用三級(jí)斜齒輪傳動(dòng),且電動(dòng)機(jī)的功率為P=3KW,n=1000r/min,則傳動(dòng)比u=1000/15=66.67。 一 、傳動(dòng)比的分配:已知斜齒輪的傳動(dòng)比u≤6,再根據(jù)傳動(dòng)減速時(shí)前面降得慢,而后面降得快的原則,三級(jí)降速的傳動(dòng)比分配如下:
28、 u=2.44.875.7 二 、各級(jí)的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 第一級(jí)斜齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算:已知電動(dòng)機(jī)的功率P=3KW,n=1000r/min,傳動(dòng)比u=2.4,則 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 按照傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)要求,選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2) 考慮減速設(shè)計(jì)的要求,故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī)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48~55HRC。 3) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火,輪齒的變形不大,不需磨削,故初選7級(jí)精度(GB10095-88)。 4) 選小齒輪齒數(shù)Z1=35,大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=2
29、.435=84。 5) 選取螺旋角。初選螺旋角。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,即 ≥mm (4-2-1) 1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 (1).試選。 (2).由區(qū)域系數(shù)分布圖,選取區(qū)域系數(shù) 。 (3).由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表,查得 , ,則 = (4).計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N (5).由下表3-2-1(圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d表) 裝置狀況 兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置 兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布 小齒輪作懸臂布置 ?d 0.9~1.4(1.2~1.9) 0.7~1.15(1.1~1.65) 0.4~
30、0.6 選取齒寬系數(shù)?d=0.9; (6).由材料的彈性影響系數(shù)表,查得=189.8 ; (7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表,按齒面硬度中間值52HRC查 得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限==Mpa; (8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表,查得; ; (10).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系S=1,由下式得 []= MPa []= MPa 則取[]H=([]+[])
31、/2=1012 Mpa 2).計(jì)算 (1).試算小齒輪分度圓直徑,由計(jì)算公式(4-2-1)得 ≥ mm 根據(jù)計(jì)算的結(jié)果及電動(dòng)機(jī)的輸出軸徑,取=50 mm; (2).計(jì)算圓周速度 m/s (3).計(jì)算齒寬及摸數(shù) mm mm (4).計(jì)算縱向重合度 (5)計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù)
32、。 根據(jù),7級(jí)精度,由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖,查 得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.07; 由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表,查得 =2.728,由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖, 查得 =2.45。 由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得==1.2, 故載荷系數(shù) =1×1.07×1.2×2.728=3.5 (6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式得 mm (7).計(jì)算模數(shù) = mm 2. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式≥
33、 mm (3-2-2) 1) 確定計(jì)算參數(shù) (1) 計(jì)算載荷系數(shù) 11.071.22.45=3.2 (2) 根據(jù)縱向重合度,從螺旋角影響系數(shù)圖表查 得=0.88。 (3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (4) 查取齒形系數(shù) 由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.44;=2.196 (5) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.654;=1.782 (6) 由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 Mpa。 (7) 由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.86,=0.87; (8) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲
34、勞安全系數(shù)S=1.4,由下式得 417.714 MPa 422.571 MPa (9) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = = 小齒輪的數(shù)值大。 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 ≥ mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =2mm。 4.幾何尺寸計(jì)算 1) 計(jì)算中心距a mm 將中心距圓整為=122.5 mm 2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。 3
35、) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑 mm mm 4) 計(jì)算齒輪寬度 mm 圓整后取 B2=65 mm;B1=70 mm。 第二級(jí)的傳動(dòng)條件:電機(jī)的功率為P=4.5KW,n=416.7r/min,傳動(dòng)比u=4.87,具體設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 考慮減速設(shè)計(jì)的要求,故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其機(jī) 1) 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48~55HRC。 2) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火,輪齒的變形不大,不需磨削,故初選7級(jí)精度(
36、GB10095-88)。 3) 選小齒輪齒數(shù)Z1=24,大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=4.8724=117。 4) 選取螺旋角。初選螺旋角。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(3-2-1)進(jìn)行計(jì)算。 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 (1).試選。 (2).由區(qū)域系數(shù)分布圖,選取區(qū)域系數(shù) 。 (3).由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表,查得 , ,則 = (4).計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N (5).由表(圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d表) 選取齒寬系數(shù)?d=0.9; (6).由材料的彈性影響系數(shù)表,查得=189.8 ; (7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表,按齒
37、面硬度中間值52HRC查 得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限==Mpa; (8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表,查得; ; (10).計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系S=1,由下式得 []= MPa []= MPa 則取[]H=([]+[])/2=1017.5 Mpa 2).計(jì)算 (1).試算小齒輪分度圓直徑,由計(jì)算公式得 ≥ mm (2).計(jì)算圓周速度
38、 m/s (3).計(jì)算齒寬及摸數(shù) mm mm (4).計(jì)算縱向重合度 (5).計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù) 。 根據(jù),7級(jí)精度,由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖,查得 動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.05; 由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表,查得 =1.41,由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖,查得 =1.37。 由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得==1.2,故載荷系數(shù)
39、 =1×1.07×1.2×1.41=1.78 (6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式 得 mm (7).計(jì)算模數(shù) = mm 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式(3-2-2)來(lái)計(jì)算: 1) 確定計(jì)算參數(shù) (1) 計(jì)算載荷系數(shù) 11.071.21.37=1.726 (2) 根據(jù)縱向重合度,從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。 (3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (4) 取齒形系數(shù) 由齒形系數(shù)
40、及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592; =2.158 (5) 取應(yīng)力校正系數(shù) 由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.596;=1.792 (6) 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得 Mpa。 (7) 由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.87,=0.9; (8) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由下式得 422.571 MPa 437.143 MPa (9) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = = 小齒輪的數(shù)值大。 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 ≥ mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞
41、強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =1.5 mm 4.幾何尺寸計(jì)算 1) 計(jì)算中心距 mm 將中心距圓整為=108.5 2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。 2) 大小齒輪的分度圓直徑 mm mm 4) 計(jì)算齒輪寬度 mm 圓整后取 B2=35 mm;B1=40 mm。 第三級(jí)的傳動(dòng)條件:電動(dòng)機(jī)的功率為P=0.9KW,n=85.565,傳動(dòng)比u
42、=5.7,設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 考慮減速設(shè)計(jì)的要求,故大、小齒輪都選用硬齒面。由查 表(常用齒輪材料及其機(jī)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48~55HRC。 2) 選用精度等級(jí)。 因采用表面淬火,輪齒的變形不大,不需磨削,故 初選7級(jí)精度(GB10095-88)。 3) 選小齒輪齒數(shù)Z1=24,大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=5.724=137。 4) 選取螺旋角。初選螺旋角。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(3-2-1)計(jì)算: 1) 確定公式內(nèi)
43、的各計(jì)算值 (1).試選。 (2).由區(qū)域系數(shù)分布圖,選取區(qū)域系數(shù) 。 (3).由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度圖表,查得 , ,則 = (4).計(jì)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N (5).由下表(圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d表) 選取齒寬系數(shù)?d=0.8; (6).由材料的彈性影響系數(shù)表,查得=189.8 ; (7).齒輪接觸疲勞強(qiáng)度圖表,按齒面硬度中間值52HRC 查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限==Mpa; (8).計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (9).由接觸疲勞壽命系數(shù)圖表,查得; ; (10).計(jì)
44、算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系S=1,由下式得 []= MPa []= MPa 則取[]H=([] +[])/2=1070.6 Mpa 2).計(jì)算 (1).試算小齒輪分度圓直徑,由計(jì)算公式(3-2-1)得 ≥ mm (2).計(jì)算圓周速度 m/s (3).計(jì)算齒寬及摸數(shù) mm mm
45、 (4).計(jì)算縱向重合度 (5).計(jì)算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù) 。 根據(jù),7級(jí)精度,由動(dòng)載荷系數(shù)值分布圖,查 得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.04; 由接觸強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)()表,查得 =1.2877,由彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)()圖,查得 =1.27。 由齒向載荷分配系數(shù)(、),查得==1.2,故載荷系數(shù) =1×1.04×1.2×1.2877=1.61 (6).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式得
46、 mm (7).計(jì)算模數(shù) = mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式≥ mm 1) 確定計(jì)算參數(shù) (1)計(jì)算載荷系數(shù) 11.041.21.27=1.585 (2) 根據(jù)縱向重合度,從螺旋角影響系數(shù)圖表查得 =0.8。 (3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) (4)查取齒形系數(shù) 由齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表查得 =2.592; =2.14 (5)查取應(yīng)力校正系數(shù) 由齒形系數(shù)應(yīng)力校正系數(shù)表查得 =1.596;=1.83 (6)由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查
47、得 MPa (7)由彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.88,=0.91; (8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由下式得 427.43 MPa 442.0 MPa (9)計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 = = 小齒輪的數(shù)值大。 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 ≥ mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù)小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法向模數(shù),根據(jù)滿足彎曲強(qiáng)度及接觸疲勞強(qiáng)度,最后取 =2.5 mm 4.幾何尺寸計(jì)算 1) 計(jì)算中心距 mm 將中心距圓
48、整為=207 mm 2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 因值改變不大,故參數(shù)等不必修正。 3) 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑 mm mm 4) 計(jì)算齒輪寬度 mm 圓整后取 B2=49 mm;B1=55 mm。 4. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 1) 估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑 =(0.4~0.5) =40~50mm 2) 擇軸承型號(hào)尺寸 經(jīng)查表選用502310E C=105000 N C0=71000 N D1=97 mm
49、d=50mm b=27 mm da=60 mm Da=89.6 mm a=5 mm 3) 名義徑向載荷 R R= =5776.698 N 4) 當(dāng)量動(dòng)載荷 P P==1.35776.698=7509.71 N —?jiǎng)虞d荷系數(shù),一般取 =1.2~1.5。 5) 軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 n n=+=1000+=1015r/min 6) 軸承壽命 h 因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命≥15000 h ,所以滿足要求。 4. 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 1)估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑
50、 =(0.4~0.5) =52~65mm 2)擇軸承型號(hào)尺寸 經(jīng)查表選用502313 C=114600 N C0=85200 N D1=121.5 mm d=65mm b=33mm da=77mm Da=114.6mm a=7 mm 3)名義徑向載荷 R R= =12830.82 N 4)當(dāng)量載荷 P P==1.312830.82=16680.1 N 5)軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速 n n=+=1000+=1020r/min 1) 承的壽命
51、 h 因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命≥15000 h ,所以滿足要求。 5. 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算 1)針齒結(jié)構(gòu)尺寸 mm mm () mm 2) 最大彎矩 Nmm 3) 許用彎曲應(yīng)力 MPa 4) 校核彎曲應(yīng)力 MPa 因?yàn)椋綶],所以滿足要求。 4.2軸承的選擇 4.2.1斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸承 根據(jù)齒輪軸徑值,差滾動(dòng)軸樣本或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得,第二軸上選用圓錐混子軸承7204,C=15500N;第三軸上選用圓錐云子軸承7205,C=19520N。
52、 5 機(jī)器人各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 轉(zhuǎn)角范圍的控制設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分,在某種意義上講,控制系統(tǒng)起著與人腦相似的作用,工業(yè)機(jī)器人的手部、腕部、臂部、行走機(jī)構(gòu)等的動(dòng)作以及與相關(guān)機(jī)械的協(xié)調(diào)動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主要控制內(nèi)容有動(dòng)作的順序、動(dòng)作的位置與路徑、動(dòng)作的時(shí)間。 按設(shè)計(jì)要求要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角范圍,可以直接由控制系統(tǒng)來(lái)完成,控制動(dòng)作的位置或動(dòng)作的時(shí)間,從而控制轉(zhuǎn)角。這里用擋塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)角范圍。第一軸的控制轉(zhuǎn)角(0~270)的擋塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-1 圖5-1
53、 5.2主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(第一臂與底座) 5.2.1 第一軸轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu):如圖5-2,具體尺寸見附圖(零件圖)。 5.2.2底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):如圖5-3 圖5-2 圖5-3 總 結(jié) 通過(guò)這次設(shè)
54、計(jì),使我對(duì)工業(yè)機(jī)器人有了感性的認(rèn)識(shí),同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展也有所了解。根據(jù)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)狀及近幾年的動(dòng)態(tài),結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況,機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)在開展智能機(jī)器人、機(jī)器人化及其相當(dāng)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用。經(jīng)過(guò)努力,我國(guó)已研制了許多示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人以及噴涂、焊接裝配等機(jī)器人。而國(guó)外,工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展更迅速,機(jī)器人化機(jī)械已經(jīng)興起。 通過(guò)這次設(shè)計(jì),使我綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際知識(shí),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際知識(shí),培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力,并使所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展;通過(guò)設(shè)計(jì),使我掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律,樹立正確的設(shè)計(jì)思想,培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力;
55、學(xué)會(huì)從機(jī)器功能的要求出發(fā),合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型,制定設(shè)計(jì)方案,正確計(jì)算零件的工作能力,確定它的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料,并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問(wèn)題,培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。 當(dāng)然在設(shè)計(jì)過(guò)程中,也碰到了許多問(wèn)題。在老師的指導(dǎo)和一些同學(xué)的幫助下,我也盡自己的努力去克服困難,最后順利地完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。由于本人缺乏經(jīng)驗(yàn)及水平有限,設(shè)計(jì)仍存在一些問(wèn)題,如機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析以及缺少機(jī)器人的動(dòng)作模擬仿真,望老師給予指正。 參考文獻(xiàn) 1.孫桓 等主編.機(jī)械原理(第六版) .高等教育出版社,2001 2.馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì).
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