【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題以及強(qiáng)度問題，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） 畫轉(zhuǎn)矩圖 (圖 13d) mNT ?? （ 5） 畫計(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