【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)效率 ～＝n1 ， 行星減速器與滾珠絲桿幅連接所用的聯(lián)軸器傳遞效率為 ~＝n 2 ， 滾珠絲桿幅傳遞效率為 ~＝n 3 ，滾動(dòng)軸承傳遞效率為 ~＝n 4 ，減速器共有滾動(dòng)軸承兩對(duì)。 則機(jī)構(gòu)總效率為： 0 . 9 0 3～0 . 8 0 0＝ 0 . 9 9 )～0 . 9 5 ) ( 0 . 9 8～0 . 9 9 ) ( 0 . 9 0～0 . 9 9 ) ( 0 . 9 7～( 0 . 9 7＝nnnn＝n 4321 ??? 則電機(jī)所需功率為 WnPwPd 3~ 8?? 選擇電機(jī)型號(hào) 電機(jī)采用定位精度高、性能良好的西門(mén)子伺服電機(jī)。查《西門(mén)子伺服電機(jī)手冊(cè)》， 選擇編號(hào)為 1FT60626AC7 的 1FT6 伺服電機(jī)。其參數(shù)如下： 表 1 電機(jī)參數(shù) 額定轉(zhuǎn)速 ne （ rmp） 軸高 SH （ mm） 額定功率（ kw） 額定轉(zhuǎn)矩 Me 額定電流 Ie （ A） 相對(duì)數(shù) 2020 63 3 所得 電機(jī)轉(zhuǎn)矩 mNNmnPT ed . 0 0 5 5 09 5 5 0 30 ??????? ?， （ 21） 說(shuō)明 符合要求 。 減速器的設(shè)計(jì) 的選擇 減速器是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的 速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)（馬達(dá)）的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。在目前用于傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，減速器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見(jiàn)到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車(chē)、機(jī)車(chē)，建筑用的重型機(jī)具，機(jī)械工業(yè)所用的加工機(jī)具及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常用的家電、鐘表等等。其應(yīng)用從大應(yīng)力的傳輸工作到小負(fù)荷，精確的角度傳輸都可以見(jiàn)到減速器的應(yīng)用，切在工業(yè)應(yīng)用上，減速器具有減速及增加轉(zhuǎn)矩的北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 功能。因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn) 換設(shè)備。 各類(lèi)減速器 的優(yōu)缺點(diǎn) 按照傳動(dòng)類(lèi)型的不同，減速機(jī)可以分為蝸輪蝸桿減速 器 、 諧波減速器、行星減速器、齒輪減速器四種。各種減速器 的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線(xiàn)上，也不在同一平面上；但是一般體積比較大，傳動(dòng)效率不高，精度不高。 諧波優(yōu)缺點(diǎn)的諧波是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，體積不大，精度很高；但是缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊、剛性與件相比較差，輸入轉(zhuǎn)速不能太高。 具有體積小、傳遞扭矩大的特點(diǎn)。齒輪減速器 在模塊組合體系基 礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造，有極多的電機(jī)組合、安裝形式和結(jié)構(gòu)方案。傳動(dòng)比分級(jí)細(xì)密，滿(mǎn)足不同的使用工況，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，傳動(dòng)效率高，耗能低，性能優(yōu)越。但是減速器一般對(duì)于安裝方面比較麻煩。 結(jié)構(gòu)比較緊湊，回城間隙小，精度較高，使用壽命長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很大。但是價(jià)格較貴。 減速器的選型 因?yàn)楫?dāng) KR1000 機(jī)器人在抓取和放置重物時(shí)，需要極高的精度，并且整個(gè)裝置對(duì)減速機(jī)有很大的壓力作用，因此減速機(jī)需要有較強(qiáng)的過(guò)載能力。經(jīng)過(guò)比較后決定使用使用行星輪減速器 精密行星減速 器 主要為伺服電機(jī) /步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用，最大特點(diǎn)是定位精度和重復(fù)定位精度精準(zhǔn)。 行星減速機(jī)能夠解決伺服電機(jī)定位精度的“高保真”問(wèn)題，同時(shí)具有體積小、扭矩大、高效率、過(guò)載能力強(qiáng)等特性。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速器選用 2KH(NGW)型傳動(dòng)。其傳動(dòng)效率為 ~＝n1 ，傳動(dòng)比范圍為9~＝i ，選行星減速器的傳動(dòng)比 5＝i ，采用三個(gè)行星輪。查《實(shí)用機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 612，選擇各齒輪齒數(shù)。當(dāng) 5i / ?bag 時(shí)，取 42＝Za ， 63＝Zg ， 168＝Zb 。齒輪毛坯為 20CrNiMo，硬齒面輪經(jīng)滲碳、淬火、磨齒加工，齒面硬度為 5862HRC，太陽(yáng)輪、行星輪精度為六級(jí)，內(nèi)齒輪為七級(jí)。齒輪的結(jié)構(gòu)配合如 圖 1 所示： 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 1 齒輪結(jié)構(gòu)配合 裝配條件： 703 16 842 ????? n zzq ba 為整數(shù)，滿(mǎn)足裝配條件； 傳動(dòng)條件： 54216811/ ????? abaHb zzi，滿(mǎn)足傳動(dòng)比條件； 同心條件：由 42＝Za ， 63＝Zg ， 168＝Zb ，得： 2 abg zzz ?? , aaHbg ziz ??? 2/)2( / 滿(mǎn)足同心條件； 則齒輪的選配條件滿(mǎn)足要求。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 1021 查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 1400MPa＝δH lim ， 齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 340MPa＝δFlim 。 ，計(jì)算齒輪的模數(shù) m， 3lim2111FZdYKK aKTKmm fapfF?? ????? (22), 已知 42＝Za ， 340MPa＝δFlim ，小齒輪轉(zhuǎn)矩 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 mNnPT ?????? 0 0 0 5 5 09 5 5 01 11 查表取算式系數(shù) ＝Km ，使用系數(shù) ＝KA ，取綜合系數(shù) ＝K∑F ， 取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) ＝KHP ， 1 .3＝1)1 .5 (K+1＝K HPFP 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 105 得齒形系數(shù) YFA1＝ ，齒寬系數(shù)Φ d＝ ， 3 2 ??? ??????m d1，計(jì)算公式為： uuHdKKKTKdd HPHA11 2lim1 ???? ??? (23) 小齒輪的轉(zhuǎn)矩 T＝ ，對(duì)于鋼對(duì)鋼配對(duì)齒輪副，直齒輪傳動(dòng)算式系數(shù) 768＝Kd ，使用系數(shù) ＝KA ，綜合系數(shù) ＝K ∑H ， ＝KHP ， ＝δd ， ??? ag zzu 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 1400MPa＝δH iml ， 則 4 0 231 ???? ????d 則 ＝/zd＝m 11 ，取模數(shù) m＝ 3． 幾何尺寸計(jì)算： 分度圓直徑計(jì)算公式為 d＝ mz，其中 m 為齒輪的模數(shù)， z 為齒輪齒數(shù)，相互配合的齒輪模數(shù)相同，則模數(shù)都為 m＝ ，則各齒輪的分度圓直徑分別為： 6 3 m m＝421 .5＝Zam＝d ( a ) ? 9 3 .5 m m＝4631 .5＝Zgm＝d ( g ) ? 2 5 2 m m＝1 6 81 .5＝Zbm＝d ( b ) ? 齒頂圓直徑計(jì)算公式為 ??? mha2dda ，對(duì)于太陽(yáng)輪、行星輪 ?ha ＝ 1，內(nèi)齒輪 ?ha ＝ 則有： da(a)＝ 63+2 ＝ 66mm da(g)＝ +2 ＝ da(b)＝ 2522 ＝ 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 齒根圓的直徑計(jì)算公式為 )(2dd f ?? ?? cham? ，負(fù)號(hào)用以外齒合，正號(hào)用于內(nèi)齒合，齒頂系數(shù) ?c ＝ ，則有 df(a)＝ 632 (1+)＝ df(g)＝ (1+)＝ df(b)＝ 252+2 (1+)＝ ， 齒寬系數(shù)在 到 之間，這里選擇齒寬系數(shù)為Φ d＝ ， 行星輪的齒輪寬度為 22 dΦd＝B ? ＝ ＝ 56， 取太陽(yáng)輪和內(nèi)齒輪的寬度分別為 5+B＝B 21 ＝ 61mm， 5B＝B 23 ＝ 51mm。 齒輪軸 的尺寸設(shè)計(jì) 30 nPAd?估算太陽(yáng)輪軸的軸徑，選軸的材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)制處理。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 153，取 0A ＝ 115，傳遞功率 P＝ ，軸轉(zhuǎn)速為 n＝ 2020r/min，代入數(shù)值，得 mmd 3 ??? ，考慮到傳動(dòng)軸要受到較大的軸向力，因此設(shè)計(jì)時(shí)采用較大的軸徑，采用齒輪軸形式的設(shè)計(jì)。 ，設(shè)計(jì)三個(gè)軸段，零件圖形如 圖 2 所示 1 段：該段是與電機(jī)的連接端，設(shè)計(jì)為中空形式，通過(guò)使電機(jī)軸插入該段軸來(lái)使行星減速器與電機(jī)連接，取該段的外徑 d1＝ 48mm，內(nèi)徑 d1’ ＝ 35mm,長(zhǎng)度 L1＝ 60mm. 2 段：取 2 段之間的軸肩高度為 ，則該段直徑為 d2＝ 48+2 ＝ 51mm， 因?yàn)樵谠摱屋S上要安裝軸承，軸承取能承受較大軸向力的圓錐滾子軸承，軸承代號(hào)為 30211，內(nèi)徑 d＝ 51mm，外徑 D＝ 100mm，寬度 B＝ 21mm。取該段軸的長(zhǎng)度 L2＝ 65mm。 3 段：為了使齒輪與軸承不發(fā)生沖撞及加工方便，齒輪與軸承之間要保持一定距離，取 3 段之間軸肩高度為 3mm，則該段軸的直徑為 d3＝ d2+3 2＝ 51+6＝ 57mm，軸的長(zhǎng)度為 L3＝ 10mm。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 2 齒輪軸 行星架 的尺寸設(shè)計(jì) 行星架軸一端與三個(gè)行星輪通過(guò)平鍵連接，另外一端通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲桿相連，設(shè)計(jì)五個(gè)軸段 ,零件圖如圖 3 所示。 1 段：該段軸共有三個(gè)分出軸端，分別與三個(gè)行星輪相連，三個(gè)軸完全相同，軸的直徑為 d1＝ 40mm，軸的長(zhǎng)度 L1 比行星輪厚度略大，取 L1＝ 65mm， 2 段：該段軸用以對(duì)太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒輪的軸向固定，因此它的直徑 d 只是略小于內(nèi)齒輪的外徑，取 d2＝ 250mm，厚度為 L2＝ 15mm。 3 段：為了使 2 段的軸與軸承之間不發(fā)生相互摩擦及加工方便，取該段軸的直徑為 d3＝60mm， 長(zhǎng)度為 L3＝ 10mm。 4 段：取 4 段之間的軸肩高度為 2mm，則 4 段軸的直徑為 d4＝ 602 2＝ 56mm，該段需要安裝一對(duì)圓錐滾子軸承，軸承代號(hào)為 30212，軸承內(nèi)徑為 d＝ 56mm，外徑 D＝ 110mm，寬度 B＝ 22mm，取軸 的長(zhǎng)度 L4＝ 65mm。 5 段：該段通過(guò)平鍵直接與聯(lián)軸器相連，為了聯(lián)軸器的軸向定位， 5 段之間應(yīng)該設(shè)計(jì)較大的軸肩，設(shè)軸肩為 3mm，則該段軸的直徑為 d5＝ 562 3＝ 50mm，取該軸段的長(zhǎng)度為 L5＝ 60mm。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 1126 選擇鍵尺寸，鍵寬度為18mm，高度為 11mm，其中軸深度為 ，轂深度為 。 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 3 行星架 齒輪 的 強(qiáng)度校核 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核 強(qiáng)度條件：δ H? δ HP 計(jì)算應(yīng)力 為為： δ H＝?? HHVAEH KKKKuubdFtZZZ ??? 1( 1 （ 24） 許用應(yīng)力δ HP＝limlimHXWLVRNH S ZZZZ? （ 25） 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，由表 取使用系數(shù) KA＝ ， 動(dòng)載系數(shù) Kv＝22121 11 0 0)1( uuVZKbFKKtA ???? 按表 ，取 K1＝ ， K2＝ ， 則 Kv＝ 125 25100 ) ( ?????? ?? ＝ 查表取 KHB＝ KFP＝ 1，取 KHα ＝ KF＝ ，查圖 取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH＝ ，查表 取材料彈性系數(shù) ZE＝ ，取接觸強(qiáng)度重合系數(shù) Zεβ ＝ ，又已知 δ Hlim＝ 1400MPa， h＝ 20200，則 NL＝ 60 2020 20200＝ 81024? ， 北京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 又因?yàn)?N∞ ＝ 9 710 ,則 NL﹥ N∞ ,則可取 ZN＝ 1， ZLVR 為潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)，取 ZLVR＝，取工作硬化系數(shù) Zw＝ ,接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) Zx＝ 計(jì)算 應(yīng)力 M P aH 152727 ????????????? 許用應(yīng)力 M P aPH 13 3 0 0 ??????? 則 H? PH? ，齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足條件。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 強(qiáng)度條件： ?F? PF? （ 26） F? ＝ ???? YYKKKKmb F SFFFVAnt? （ 27） PF? ＝limFXreltreliNEF S YYYY? （ 28） 復(fù)合齒形系數(shù) YFS＝ ，重合度與螺旋角系數(shù)??Y＝ ，齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值 EF? ＝ 2/700 mmN ， YN 為彎曲強(qiáng)度計(jì)算壽命系數(shù)， 因 ,109 7??LN 查表得 NLN∞ ,則取 YN＝ 1，查表 取相對(duì)齒根圓角敏感性系數(shù),?relTRY 取彎曲強(qiáng)度計(jì)算