【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 點(diǎn)位置。如下圖所示的車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)所示： 圖 7 車輪聯(lián)動(dòng)消除四點(diǎn)機(jī)構(gòu) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 步態(tài)分析 經(jīng)過(guò)使用作圖法作出四桿機(jī)構(gòu)的尺寸與軌跡曲線之后，得到前后腿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。使用的對(duì)角線一直原則，經(jīng)過(guò)作圖法計(jì)算，可以完全證明此次設(shè)計(jì)左前腿與右后腿軌跡完全一致，左后腿與右前腿軌跡完全一致，能夠達(dá)到邁步要求 左前腿右后腿軌跡線： 圖 8 左前腿右后腿步態(tài) 左后腿與右前腿軌跡線： 圖 10左后腿右前腿步態(tài) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案及電機(jī)選擇 經(jīng)過(guò)作圖法設(shè)計(jì)，求得主軸每旋轉(zhuǎn)一周，前后跨距為 875mm,經(jīng)過(guò)計(jì)算選主軸轉(zhuǎn)速為 50r/min,此時(shí)機(jī)器人行走速度可得為： hkm / 5 0V ???? 即可滿足設(shè)計(jì)任務(wù)所需求。主軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 50r/min.，據(jù)此可以選出所需直流減速伺服電機(jī)，經(jīng)查閱資料，選取直流電機(jī) J110SZ(ZYT)PX，減速比為60，輸出軸轉(zhuǎn)速為 3000r/min，功率為 ,能夠滿足需求。因此設(shè)計(jì)的傳動(dòng)路線如下： 直流減速電機(jī) 同步帶輪 主軸 連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)器人腿部 . 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式有承載繩疲勞拉斷、打滑與跳齒、帶齒的過(guò)度磨損。因此同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則是帶在不打滑的情況下具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承載繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下，應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。 確定計(jì)算功率 CP 的確定方法與普通 V帶相同，即 PKP AC ? 式中 AK 為工況系數(shù)（參考機(jī)械設(shè)計(jì)表）取為 ， P為傳遞的名義功率 ， 帶入計(jì)算可得 ? 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 選擇同步帶型號(hào) 根據(jù)計(jì)算功率 CP 和小帶輪轉(zhuǎn)速 1n ，由機(jī)械設(shè)計(jì)參考圖例選擇帶型為 H性。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)同步帶的帶寬系列，有 、 、 、 、 五個(gè)系列，本次設(shè)計(jì)選擇帶寬為 ,圓整為 50mm. 確定帶輪齒數(shù) 1z 、 2z 和帶輪節(jié)圓直徑 1pd 、 2pd 一般取小帶輪齒數(shù) min1zz? （參考機(jī)械設(shè)計(jì)表 813）。當(dāng)帶速和安裝尺寸允許時(shí)， 1z 應(yīng)盡可能選得多些。大輪齒數(shù) 12 izz ? ,并取為整數(shù) 。根據(jù)表上數(shù)據(jù)，22min ?z ，本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為 1:1，取 2721 ??zz . ?? bbpp pzpzdd 2121 ??? bp 為同步帶的基本參數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)表 82 知 bp = 帶入公式計(jì)算得 mmdd pp 11021 ?? 驗(yàn)算帶速 v m ax11100060 vndv p ??? ? 式中個(gè)符號(hào)單位同前。通常， XL、 L 型的 smv 50max ? ； H型的 smv 40max ? ；XH、 XXH 型的 smv 30max ? 。 將各數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算的 smv ? ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足于帶速要求。 確定中心距 a 和同步帶節(jié)線長(zhǎng)度 PL 及齒數(shù) z 按結(jié)構(gòu)要求或按下式初定中心距 0a ： )(2)( 21021 pppp ddadd ???? 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 即 220214 0 ?? a 取 mma 2080 ? 即可 作用在軸上的壓力 V1000PF CQ ? 試中 CP 為皮帶輪傳遞功率 ,單位為 KW， V為帶速 ,單位為 m/s,QF 的單位為 N。代入計(jì)算可得 Q ?. 帶輪的材料可根據(jù)使用要求和傳遞功率的大小采用鋼 、鑄鐵 、粉末冶金或鑄鋁合金；傳遞功率小的高速帶輪的材料可以采用工程塑料和尼龍。 為了保證帶與帶輪輪齒的正確嚙合，兩者的節(jié)距和齒形角應(yīng)相等。工作是為了防止同步帶輪側(cè)面脫落，在帶輪不同側(cè)面各裝單擋圈或者軸肩定位。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 5 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸組件的總體布置 對(duì)于機(jī)器中的一般轉(zhuǎn)軸，主要應(yīng)滿足強(qiáng)度和機(jī)構(gòu)的要求；對(duì)于剛度要求高的軸，主要應(yīng)滿足剛度的要求；對(duì)于一些高速機(jī)械的軸（如高速磨床主軸、汽輪機(jī)主軸等），要考慮滿足振動(dòng) 穩(wěn)定性的要求。 在轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)中，其特點(diǎn)是不能首先通過(guò)精確計(jì)算確定軸的截面尺寸。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)，收彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用，而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件相互位置有關(guān)，所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無(wú)法求出軸所受的彎矩。因此轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí)，開(kāi)始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗(yàn)公式估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗(yàn)算。 主軸組件通常由主軸，箱體，軸承和安裝在主軸上的皮帶輪及附件組成。經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)四足步行機(jī)器的工作特點(diǎn)和載荷分析，主軸組件的布置及機(jī)構(gòu)形式可初步定為： 圖 11 主軸組件的布置圖 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 四足步行機(jī)器的主軸在工作中主要受到的是扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲應(yīng)力，同時(shí)受到中等程度得沖擊載荷，對(duì)材料的要求既要有較高的強(qiáng)度，又要有高的塑性，武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 同時(shí)還應(yīng)有相當(dāng)高的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度。軸頸安裝軸承和皮帶輪處還要有一定的表面硬度，防止更換軸承和帶輪是主軸受到磨損。 主軸兩端與外面曲柄桿件以固定鉸鏈連接，軸端打出螺紋孔用軸端擋圈固定住曲柄。另外在主軸設(shè)計(jì)和制造中，應(yīng)根據(jù)工藝條件提高主軸表面粗糙度，這樣可以提高主軸的耐磨性，提高尺寸的穩(wěn)定性，提高主軸的接觸剛度，還可以提高主軸的疲勞強(qiáng)度。 主軸的材料 和熱處理 選擇軸的材料應(yīng)該考慮下列因素： 、剛度及耐磨性； 方法； ； ； 。 本次設(shè)計(jì)的主軸主要是受到扭轉(zhuǎn)載荷，無(wú)特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45 剛。主軸的加工工序可設(shè)定為： 下料 —— 打中心孔 —— 粗車 —— 調(diào)質(zhì)處理 —— 精車 —— 圓磨 初估軸徑 零件在軸上的布置方案確定后，可初步估算軸所需的最小直徑 mind （通常是軸端段），進(jìn)而初步確定階梯軸各段的直徑、長(zhǎng)度和配合類型。軸 徑的初步估算常用如下兩種方法： 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸徑； 按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑。 根據(jù)我所需要的功率和相關(guān)數(shù)據(jù)，初步的定出軸端段的軸徑為 mm18? 。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)圖 10確定的軸上主要零件的布置圖和軸的初步估算定出的軸徑，進(jìn)行軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (1)軸上零件的軸向定位 同步帶輪的一段靠軸肩定位，另一端靠套筒定位，裝拆、傳力均較方便；兩端軸承常用統(tǒng)一尺寸，以便于加工、安裝和維修；為便于裝拆軸承，軸承處武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 軸肩不宜太高（其高度的最大值可從 軸承標(biāo)準(zhǔn)中查得）。軸承一端使用套筒定位，另外一端使用套杯進(jìn)行定位。 （ 2）軸上零件的周向定位 帶輪與軸、軸端與曲柄端的周向定位均采用平鍵連接。根據(jù)軸的直徑由有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得帶輪處鍵為 C 型平鍵 mmmmhb 66 ??? ,軸端和曲柄連接處使用普通平鍵 A型 mmmmhb 66 ??? ，配合均為 67kH ；滾動(dòng)軸承內(nèi)圈有軸的配合采 用基孔制，軸的尺寸公差為 6k 。 （ 3）確定各段軸徑和長(zhǎng)φ20k6φ22+0.018+0.0022X5 6 61 3 64 02 06 65 2+0.041+0.028φ18 40 φ202 0+0.041+0.028φ1888 66 65 2 圖 12主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 定位軸肩高度按機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)表格選取，非定位軸肩一般取 1~，所以對(duì)于所有的軸徑，從軸端向右取mmmmmmmmmmmmmm 18202240222021 ??????? ? ??? ??? ??? ??? ??? ?? 對(duì)于軸長(zhǎng)，取決于零件的寬度及它們的相對(duì)位置。 從左端起，平鍵的長(zhǎng)度為 20mm,外端曲柄厚度為 30mm,并且考慮到箱體厚度 33mm 以及箱體外墊片等因素，此段軸長(zhǎng) 定為 52mm。 按從左到右的順序來(lái)看， mm20? 段的軸上裝軸承，角接觸球軸承 70000型，寬度為 14mm,此段軸長(zhǎng)為 14mm。 第三段軸為 mm22? ，此段軸裝皮帶輪。皮帶輪寬度為 有擋圈定位，再加上一段套筒的長(zhǎng)度為 16mm，此段軸長(zhǎng)為 70mm。 第四段軸為 mm40? ，主 要是考慮到箱體的寬度問(wèn)題以及強(qiáng)度問(wèn)題，此段軸的長(zhǎng)度為 344mm。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 第五段是一段過(guò)渡軸，考慮到整個(gè)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，定位 20mm。 第六段、七段分別于左側(cè)的第二段、第一段相對(duì)應(yīng)，長(zhǎng)度分別為 14mm 和52mm。 （ 4）考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性 考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端于右端均制成 ??452 倒角；兩端裝軸承處為磨削加工，留有砂輪越程槽；為便于加工，帶輪、兩端的鍵槽布置在同一母線上，并取同一截面尺寸。 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 先作出軸的收力計(jì)算 簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）如圖 13a 示，取集中載荷作用于帶輪及軸承的重點(diǎn)。 （ 1）帶輪上作用力的大小 轉(zhuǎn)矩 先計(jì)算傳遞到帶輪的功率 1P ,直流電機(jī)的功率為 KWP ? ,而皮帶輪傳遞效率為 ?? ，由公式知： KWKWPP ???? ? 帶輪直徑為轉(zhuǎn)速為 min501 rn ? 由公式計(jì)算得 mNmNnPT ???????? 31131 圓周力 帶輪dTFt 12? 式中 1T 為上步計(jì)算得到的轉(zhuǎn)矩， 帶輪d 為帶輪的節(jié)圓 直徑為 110mm。帶入得到 ?tF 帶輪傳動(dòng)沒(méi)有徑向力和軸向力。 （ 2） 求軸承的支反力 如圖上所示， ?1l AC=52 mm, ?2l BC=. 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 水平面上的支反力 NNll lFF tA 2 ?????? NNNFFF AtB ????? (3)畫(huà)彎矩圖 (圖 13b、 c) 截面 C 處的彎矩 mNmNlFM AC ??????? ? 31 垂直面上彎矩為零。故最終彎矩為 mNM C ?? （ 4） 畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖 (圖 13d) mNT ?? （ 5） 畫(huà)計(jì)算彎矩圖 (圖 13e) 因單項(xiàng)回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈 動(dòng)循環(huán)，? ?? ?1b0b?? ? ?－＝ ，則截面 C處的當(dāng)量彎矩為 mNTMM CvC ???? )( 212 ? a ) 受 力 簡(jiǎn) 圖A C B DT 1 F t 15 2 1 9 2 . 7b ) 水 平 面 的 受 力 和 彎 矩 圖c ) 合 成 彎 矩 圖d ) 轉(zhuǎn) 矩 圖e ) 計(jì) 算 彎 矩 圖F aF t 1F b3 3 . 4 2 N m3 3 . 4 2 N mT 1 = 4 4 . 8 9 N m4 2 . 9 2 N mα T 1 = 2 6 . 9 3 N m 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 圖 13 軸的強(qiáng)度計(jì)算 （ 6） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 截面 C 當(dāng)量彎矩最大，故截面 C為可能危險(xiǎn)截面。已知mNMM vCC ??? ，查有關(guān)表格知， ? ? MPab 601 ??? ? ? abaacCc MPMPMPdMWM 13 33 ???? ???? ??? 所以其強(qiáng)度足夠。 6 箱體設(shè)計(jì) 四足步行機(jī)器的主要主體和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都在箱體內(nèi)部安裝。內(nèi)部有直流減速電機(jī)，各傳動(dòng)軸等機(jī)構(gòu)，是保證運(yùn)行平穩(wěn)的重要零件。 箱體在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用范圍十分廣泛，箱體起著支承并包容