【文章內(nèi)容簡介】 的工作環(huán)境和工作條件來選擇輸出方式。 ?主軸承 RV減速器的另一個大大 的改變就是主軸承布置成內(nèi)置式，它支撐起了整個減速器，同樣為了選擇更大的型號，沒有選擇含內(nèi)圈的軸承，而只選擇了滾動體和軸承外圈，以支撐圓盤和輸出圓盤作為主軸承內(nèi)圈。 143 醫(yī)用機械臂RV減速器具體結(jié)構(gòu)設(shè)計 醫(yī)用機械臂的設(shè)計參數(shù) 該醫(yī)用機械手（機構(gòu)簡圖見11）共有八個自由度，它們分別是機座的回轉(zhuǎn)（S軸）、大臂的擺動（L軸）、小臂的擺動（U軸）、小臂的轉(zhuǎn)動（T軸）、手腕的擺動（B軸）、C形比的移動以及兩個末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動（RR2軸）。外形尺寸為：大臂長度1200mm，小臂長度800mm，C形臂的半徑為750mm。其他設(shè)計要求見表31。醫(yī)用機械臂的設(shè)計要求及參數(shù)表31項目名稱數(shù)值控制軸數(shù)7個旋轉(zhuǎn)軸，1個滑動軌道，7個軸聯(lián)動最小行程S軸（機座回轉(zhuǎn)）最大工作范圍170L軸（大臂擺動）最大工作范圍U軸（小臂擺動）最大工作范圍T軸（小臂轉(zhuǎn)動）最大工作范圍B軸（手腕擺動）最大工作范圍C形臂滑動軌道的最大工作范圍250mmR1軸最大工作范圍R2軸最大工作范圍S軸的最大工作速度L軸的最大工作速度U軸的最大工作速度T軸的最大工作速度B軸的最大工作速度C形臂滑動軌道的最大工作速度30mm/sR1軸的最大工作速度R2軸的最大工作速度手腕負(fù)載120kg22 醫(yī)用機械臂RV減速器的基本設(shè)計參數(shù)計算 根據(jù)表31可知，初估手腕質(zhì)量120kg，小臂質(zhì)量100kg，大臂質(zhì)量80kg，大臂長度1200mm，小臂長度800mm，C形臂的半徑為750mm。由于L軸所受的負(fù)載復(fù)雜而且比較大，故本論文做L軸的減速器的設(shè)計。L軸的傳動路線方案如圖311示: 圖311 L軸的傳動路線圖 由此可知，L軸的最大工作速度為：W=，一般電機的額定轉(zhuǎn)速為1000r/min或者2000r/min，又根據(jù)對RV減速器的特性，初步確定減速器的傳動比為i=100。初估穩(wěn)定時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： Tv=120**+100**+80** =m繞L軸的轉(zhuǎn)動慣量： J=120**+100**+80** =m2 啟動時的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Tmax==* =m 式中 ——啟動時間，； 停止時的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Ttmax==* =m式中 ——停止時間，； 根據(jù)Artis zeego多軸系統(tǒng)的要求，一般地，使用時間為10年，每天工作10小時，Lh=365*10*10=36500 40000h。 綜上，可知醫(yī)用機械臂RV減速器的基本性能參數(shù)如表32示：醫(yī)用機械臂RV減速器的性能參數(shù)表32性能參數(shù)數(shù)值減速比i100穩(wěn)定時的輸出轉(zhuǎn)矩Tv（Nm）4978啟動時的最大轉(zhuǎn)矩Tmax（Nm）停止時的最大轉(zhuǎn)矩Ttmax（Nm）最大輸出轉(zhuǎn)速r/min輸入功率p（Kw）使用壽命Lh（h）40000啟動時間（s）停止時間（s）減速器的傳動效率 電機的選擇 醫(yī)用關(guān)節(jié)型機械臂的整體簡圖見（11），初估手腕質(zhì)量120kg，小臂質(zhì)量100kg，大臂質(zhì)量80kg，大臂長度1200mm，小臂長度800mm，C形臂的半徑為750mm。L軸的最大工作轉(zhuǎn)速： W=； 由于要隨時控制減速器的動作，故選擇交流伺服電機。 由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩比較大，故整個減速器的效率：； 折算到電機軸的轉(zhuǎn)矩： =m 折算到電機軸的轉(zhuǎn)動慣量：Jr=J/i2=m2；故電機的額定轉(zhuǎn)速：ne=wi=1000r/min；電機的額定功率：Pe= =根據(jù)機械設(shè)計手冊選擇：電機SGMGH55AB；其中電機的基本性能參數(shù)：Pe=，Te=m，Tmax=m，ne=100r/min，Jr=12*104kgm2。 減速器結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計 ?材料的選擇：查表可知[23]；名稱 材料 硬度擺線輪 GCr15 HRC：5862 針齒套 GCr15 HRC：5862 銷軸 GCr15 HRC：5862 銷軸套 GCr15 HRC：5862 針齒殼 HT200 輸入軸 45鋼 HRC：5660 輸出軸 45鋼 HRC：5660 輸入齒輪 45鋼 HRC：5863 行星齒輪 45鋼 HRC：5660 機座 HT200 ?確定中心齒輪、行星齒輪、擺線輪、針輪的齒數(shù) 相比于同類的行星齒輪減速器可知，其中心輪的齒數(shù)Z1=1821，根據(jù)實際情況，這兒的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比較大，所以齒數(shù)取小，以便得到較大的模數(shù)，來提高其抗彎強度。故初取Z1=18，Z2=42；由于電機軸的直徑為42mm，所以初定模數(shù)m=3mm；由于中心輪與行星輪的嚙合處于懸臂布置，故其徑寬比系數(shù)=—，所以初取b2=20mm,b1=22mm。中心齒輪由于齒頂圓較小，所以采用齒輪軸的結(jié)構(gòu)形式；由于行星齒輪的齒頂圓直徑da2500mm,且其齒頂圓直徑小于200mm，所以其結(jié)構(gòu)采用實心式，并且加工方式選擇鍛造方式，熱處理方式為表面淬火以提高其接觸疲勞極限。因此輸入齒輪與行星齒輪的具體參數(shù)見表334所示：輸入齒輪的具體尺寸參數(shù)表33項目名稱數(shù)值模數(shù)m（mm）齒數(shù)Z118壓力角a20齒頂高系數(shù)ha*1頂隙系數(shù)c*分度圓直徑d（mm）54齒頂高h(yuǎn)a（mm）3齒頂圓直徑da（mm）60齒根圓直徑df（mm）齒寬b（mm）22行星齒輪的具體尺寸表34項目名稱數(shù)值模數(shù)m（mm）齒數(shù)Z242壓力角a20齒頂高系數(shù)ha*1頂隙系數(shù)c*齒頂高h(yuǎn)a（mm）3分度圓直徑d（mm）126齒頂圓直徑da（mm）132齒根圓直徑df（mm）齒寬b（mm）20行星齒輪內(nèi)孔直徑dr（mm）20行星齒輪個數(shù)n3 由于總傳動比可知：i=100，且第一級減速比i1= =。 則第二級傳動比i2=43。 由擺線輪減速器性能參數(shù)可知：擺線輪齒數(shù)Z4=i2=43（取奇數(shù)值）；針輪齒數(shù)Z5=Z4+1=44（取偶數(shù)值）。 ?確定針輪半徑 針輪半徑R2是主要參數(shù)，對減速器的外形尺寸，承載能力都有很大的影響。一般按減速器的薄弱環(huán)節(jié)——擺線輪與針齒的接觸強度、輸出結(jié)構(gòu)的扇形軸的彎曲強度、轉(zhuǎn)臂軸承的壽命等來考慮確定。按經(jīng)驗公式估算： 式中 ——針輪直徑，mm，求出后圓整； ——估算經(jīng)驗系數(shù)，—；當(dāng)， ；當(dāng)。 ——輸出軸轉(zhuǎn)矩Nmm，=mm。 =（mm） 圓整取=360mm。 ?確定短幅系數(shù)K1和偏心距e 當(dāng)擺線輪齒數(shù)Z4和針輪分布圓半徑確定后，影響齒廓曲線和載荷能力的主要參數(shù)是短幅系數(shù)K1，在初步設(shè)計中若針輪齒數(shù)Z5=4418,則可取K1=，偏心距e： ，圓整成e=； 再計算短幅系數(shù)K1： K1== 由于擺線輪齒廓精度由K1決定，K1值應(yīng)計算到小數(shù)后34位。 ?轉(zhuǎn)臂軸承的選擇 初取擺線輪寬度為： b==27mm 根據(jù)中心齒輪和行星齒輪的中心距 a=*3*（18+42）=90mm 又根據(jù)電動機軸的直徑為42mm，初取輸入齒輪的的最大軸徑為58mm，故擺線輪的內(nèi)孔直徑d： d=58+2e+25 初取 d=68mm則 ad/2=56mm，故可初取曲柄軸的軸徑為40mm，由于轉(zhuǎn)臂軸承是減速器的薄弱部分，為了提高其強度和壽命，故擺線輪和曲柄軸軸之間就裝滾動體，且選擇圓柱滾子軸承以提高其承載能力。初選軸承N2308E，其軸承寬度為30mm，故擺線輪的寬度可取30mm。曲柄軸的兩端的軸承選擇圓錐滾子軸承32305其寬度為B=。?輸入齒輪軸的設(shè)計輸入齒輪軸與電動機連接部分的長度l=90mm，交流伺服電動機的軸徑d=42mm，所以輸入軸端內(nèi)孔直徑為42mm，考考慮到軸與孔的連接為鍵的連接，根據(jù)軸徑42mm，取普通平鍵A型bxh=12x8。為了提高輸入齒輪軸的抗扭強度，初取外徑d=58mm。又根據(jù)電動機軸的長度為110mm，初取鍵的長度為90mm。初步估算總長L=30+30+2+*2+22+80200mm。輸入齒輪軸的具體結(jié)構(gòu)如圖331示：圖331 輸入軸的初定的具體尺寸 （1）輸入齒輪軸的校核輸入軸上的中心齒輪與3個行星齒輪嚙合，由于力封閉型，故輸入軸不受彎矩而只受扭矩齒輪的受力分析如圖332示：圖332 齒輪的受力分析由于齒輪傳動一般均應(yīng)加以潤滑，嚙合齒面間的摩擦力通常很小，故作受力分析時可略去。輪齒齒廓在節(jié)點C嚙合時相互作用的總壓力為法向里Fn，其方向沿嚙合線方向。Fn可以分解為兩個互相垂直的分力，即圓周力Ft和徑向力Fr，由圖332可知：式中 Te——中心齒輪傳遞的扭矩，Nmm； ——中心齒輪分度圓直徑，mm； ——分度圓壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪。 各力的方向：中心齒輪的圓周力的方向與其回轉(zhuǎn)方向相反，行星齒輪圓周力方向與其回轉(zhuǎn)方向相同，徑向力方向分別由作用點指向各自的輪心，法向力方向通過節(jié)點切于基圓。輸入軸的中心齒輪與三個行星齒輪的嚙合使得輸入軸只受扭矩，由于電機軸的額定轉(zhuǎn)矩為Te=m，軸的扭矩圖如圖333示：圖333 輸入軸的扭矩圖 計算危險截面應(yīng)力：由于電機軸是插入輸入齒輪軸的，故該截面為危險截面：抗扭截面模量：WT=式中