【正文】 計(jì) 說 明 書 10 了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 mmd ?來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù) .于是由 : ??z 取 281?z ，那么 2821 ??zz 。3 ??? 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 6 （ 3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩 mNnPT mdd ????? mNiTT d ???????????? ??? mNiTT ?????????? ?? mNiTT ?????????? ?? 輸出轉(zhuǎn)矩： mNTTmNTTmNTT??????????????????339。 ?? （齒輪精度為 7級(jí)） ?? （圓柱滾子軸承） ?? （彈性聯(lián)軸器） 4544321 ??????? ?????? WFvP ???? ? 通過比較，選用博山電機(jī)廠生產(chǎn)的 S661DT1 電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)。 指標(biāo)要求 表 全向移動(dòng)機(jī)器人底盤設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 總體結(jié)構(gòu) 輪式結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)指標(biāo) 自重 50Kg 載重 200Kg 尺寸 mmmmmm 180560600 ?? 機(jī)動(dòng)指標(biāo) 轉(zhuǎn)速 sm/ 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 3 轉(zhuǎn)向能力 全向移動(dòng) 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)功能要求和指標(biāo)要求設(shè)計(jì)傳 動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)路線為：電機(jī) —— 聯(lián)軸器—— 減速裝置 —— 輪子。因而，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)器人技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，目前已成為移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最主要形式。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷開展和人民生活水平的提高，廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人必將成為趨勢(shì)。各國(guó)尤其是西方發(fā)達(dá)國(guó)家正致力于研究、開發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 1 摘 要 隨著移動(dòng)機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)能力有了更高的要 求。進(jìn)入九十年代以來，人們廣泛開展了對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研制和開發(fā)。在我國(guó)的移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用還處于起步階段，上海大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾先后研制成功導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人、導(dǎo)游 機(jī)器人和清掃機(jī)器人。 但是，目前機(jī)器人工作的場(chǎng)所幾乎都是人工建造的平地，并且畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 2 即使有臺(tái)階，只要以車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)再附加幾個(gè)自由度便不難解決。預(yù)計(jì)底盤以 sm/ 的速度移動(dòng)。的時(shí)候傳動(dòng)效率最高，可以達(dá)到 ，這里取 ?? 。2 ??? WPP 39。 4)選擇 齒數(shù) Z1=Z2=24。 4)選擇齒數(shù) Z1=Z2=24。 則：圓整后齒寬 mm152 ?B ，齒寬 mm201 ?B 。 ????? VBA KKKK ⑶確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼 蝸輪相配，故 21160MPa?EZ ⑷確定接觸系數(shù) ?Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 ? ，從 [1]圖 1118得 ??Z 。 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ⑴ 蝸桿 軸向齒距 : mmmP a ???? ? 直徑系數(shù) : ?q 分度圓直徑： mmd 201 ? 齒頂圓直徑 : mmhdd aa 111 ??????? 齒根圓直徑 : ? ? mmhdd ff 111 ????????? 分度圓導(dǎo)程角 : 2539。39。 軸的設(shè)計(jì) 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 1P 轉(zhuǎn)速 1n 和轉(zhuǎn)矩 1T wP ? min/571 rn ? mmNmNT ???? 2 0 0 0 0201 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 22 因已知低速級(jí)齒輪的分度圓直徑為 mmzmd t ???? NdTF t 00022 21 ???? NFF ntr o st a n ?? ?? ， NFF ta ?? ? 圓周力 tF ，徑向力 rF ，軸向力 aF 的方向如 [1]圖 1524。參照工作要求并根據(jù) d Ⅰ Ⅱ =14mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 23 基 本 游 隙 組 、 標(biāo) 準(zhǔn) 精 度 級(jí) 的 單 列 圓 錐 滾 子 軸 承 30202 ， 其 尺 寸 為mmTDd 113515 ????? 。 軸 1 的設(shè)計(jì) 1. 輸出的功率 1P 轉(zhuǎn)速 1n 和轉(zhuǎn)矩 1T wP ? min/571 rn ? mmNmNT ???? 2 0 0 0 0201 因已知低速級(jí)齒輪的分度圓直徑為 mmzmd t 5025222 ???? 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 25 NdTF t 800502020 022 21 ???? NFF ntr os 20t a n800c ost a n ???? ???? NFF ta 0 a n8 0 0t a n ???? ?? 圓周力 tF ，徑向力 rF ，軸向力 aF 的方向如 參考文獻(xiàn) [1]圖 1524。由 參考文獻(xiàn) [1]表 61 查得平鍵截面 mmmmhb 55 ??? ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 10mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 26 輪 轂 與 軸 的 配 合 為 67nh ； 同 樣 半 聯(lián) 軸 器 與 軸 的 連 接 ， 選 擇 用 平 鍵mmmmmm 1033 ?? ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 67kh ，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差 6m 。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸的計(jì)算，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別做出水平面上的彎矩HM 和垂直面上的彎矩 VM ，然后按下式計(jì)算總彎矩并做出 M。參照工作要求并根據(jù) mmd ? ，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的 單列圓錐滾子軸承 30202，其尺寸為mmTDd 113515 ????? 。根據(jù) [1]式 155 及上列的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 ?? ，軸的計(jì)算應(yīng)力 ? ? MP aw TMca ??? ?? 已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由 [1]表 151 查得 ? ? MPa601 ?? ，因此 ? ?1?? ?ca ，故安全。Unigraphics NX 針對(duì)用戶的 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì) 和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。 (3)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副：在本文中只選用了一種運(yùn)動(dòng)副形式。還 利用較簡(jiǎn)單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。 圖 軸 2 的有限元分析 按設(shè)計(jì)要求，選用材料為 45 鋼，蝸桿軸受到的的應(yīng)力為 。 圖 渦輪的有限元分析 按設(shè)計(jì)要求，選用材料為 ZCuSn10P1，蝸桿軸受到的的應(yīng)力為 。 圖 圓柱直齒輪的有限元分析 按設(shè)計(jì)要求，選用材料為 45 鋼，蝸桿軸受到的的應(yīng)力為 。 基于 SolidWorks 的有限元分析 有限元分析功能實(shí)現(xiàn)的一般步驟為： （ 1）建立幾何模型； （ 2）定義材料屬性； （ 3）定義邊界條件 (約束和載荷 )； （ 4）劃分網(wǎng)格； （ 5）求解； （ 6）查看和評(píng)估結(jié)果； 圖 蝸桿軸的有限元分析 按設(shè)計(jì)要求，選用材料為 45 鋼，蝸桿軸受到的的應(yīng)力為 。雙擊已創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)副，點(diǎn)擊駕 駛員選項(xiàng)，選擇恒定驅(qū)動(dòng)，設(shè)置速度。 UG 的功能可以對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的裝配分析工作、運(yùn)動(dòng)合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大量運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。參照工作要求并根據(jù) mmd ? ，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0基 本 游 隙 組 、 標(biāo) 準(zhǔn) 精 度 級(jí) 的 單 列 圓 錐 滾 子 軸 承 30202 ， 其 尺 寸 為mmTDd 113515 ????? 。 （ 4）確定軸上圓角和倒角尺寸，參考文獻(xiàn) [1]表 152，取軸端倒角 ??451 。 查 [1]公式（ 152）初步估算軸的最小直徑。 故 mmd 15? 。 現(xiàn)將計(jì)算出的截面處的相關(guān)值求得如下 mmmmmmLL 75552032 ???? NFLL LF tNH 5532 31 ?????? NFLL LF tNH 2032 22 ?????? NLLDFLFFarNV 223231 ????????? NFFF NVrNV 8 0 012 ????? mmNLFM NHH ????? 1 1 7 3 8 621 mmNLFM NVV ????? 5 7 3 8 6211 mmNLFM NVV ????? mmNMMM VH ?????? 3 0 5 95 7 3 21 1 7 3 4 222 121 mmNMMM VH ?????? 1 7 5 77 3 71 1 7 3 4 222 222 表 低速軸設(shè)計(jì)受力參數(shù) 載 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 NFNH ? ， NFNH ? NFNV ? ， NFNV ? 彎矩 M mmNM H ?? 11734 mmNM V ?? 57321 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 27 mmNM V ?? 7372 總彎矩 mmNM ?? , mmNM ?? 扭矩 T mmNT ?? 202020 進(jìn)行校 核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。 （ 4）確定軸上圓角和倒角尺寸，查 [1]表 152，取軸端倒角 ??451 。半聯(lián)軸器的孔徑 d Ⅰ mm14? ，故取 d Ⅰ Ⅱ =14mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 mmL 18? ，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 mmL 161? 。 精度等級(jí)公差和表面粗糙度確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從(GB/T100891988)圓柱蝸桿，蝸輪精度中選擇 8級(jí)精度，側(cè)隙種類為 f，標(biāo)注為8f(GB/T100891988)，各加工表面粗糙度 Ra值表 所示 ： 表 各加工表面粗糙度 Ra值 加工表面 精度 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 21 7 8 9 蝸桿渦輪 ~ ~ ~ 齒頂圓 ~ 軸孔 ~ 與軸肩相配端面 ~ 其他加工表面 ~ 熱平衡計(jì)算 (1)估算散熱面積 A maA ??????????????? (2)驗(yàn)算油的工作溫度 it 室溫 0t ：通常取 ?20 。?? 查 [1]表 118中查得由 ZCuSn10P1制造蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力 ? ? MPaF 5639。HHNH ?? ⑹計(jì)算中心距 : ? ? mmZZKTaHE 2 4 6 01 7 4 0 22 ???????????????????? ? ? 取中心距 a=50 , i=20，故從 [1]表 112 中取模數(shù) m=，蝸桿分度圓直徑 d1=20mm。 表 錐齒輪傳動(dòng)尺寸 名稱 計(jì)算公式 計(jì)算值 法面模數(shù) nm 2 mm 錐角 21?? ??4545 齒數(shù) 21zz 25 25 傳動(dòng)比 1i 1 分度圓直徑 21dd 50mm 50mm 齒頂圓直徑 2a2a21a11a c o sh2dd c o sh2dd ???? ?? 齒根圓直徑 2f2f21f11f c o sh2dd c o sh2dd ???? ?? 錐距 2221 zz2ms in2 mz ??? ?R 齒寬 21BB 20mm 15mm 分度圓齒厚 2ms ?? 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 根據(jù) GB/T100851988 的推薦，采用漸開式蝸桿 (ZI) 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大， 速度只是中等，故蝸桿采用 45 鋼；因希望效率畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 17 高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45 55HRC，蝸輪用鑄錫