【文章內(nèi)容簡介】 ，證明方案正確，小臂和大臂的長度和俯仰角度確定的合適。 腕部設(shè)計 電機的選擇手腕部分的電機的安裝：帶動噴槍旋轉(zhuǎn)的減速電機1安裝在回轉(zhuǎn)套內(nèi)帶動噴槍夾做旋轉(zhuǎn)運動，從而使噴槍時刻正對被加工。在回轉(zhuǎn)套外，帶動回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)的減速電機2安裝在回轉(zhuǎn)套支架的外側(cè)，帶動整個回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運動。帶動整個腕部旋轉(zhuǎn)的減速電機3與安裝在回轉(zhuǎn)套外側(cè)的帶有法蘭盤的空心軸通過脹緊套連接在也一起，這個安裝面與電機2的安裝面垂直，減速電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。電機1帶動噴頭做旋轉(zhuǎn)運動，故此電機應(yīng)小巧靈便以減輕電機2的負擔(dān)，因此電機1應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小且能滿足功率滿要求。同時電機軸要與噴槍夾末端的空心軸通過脹緊套連接在一起，因此電機輸出端的軸要進行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L?；剞D(zhuǎn)套的質(zhì)量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。假設(shè)噴頭的尺寸為φ50200 的圓柱體，由已知條件知質(zhì)量為3 kg。15哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量為：J =m(3 R2+L2) =3(3+) = 取噴槍的轉(zhuǎn)動角速度為ω=2rad/s，n=60r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=20rad/s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機1的額定電壓為220V，輸出功率至少為4w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機輸出軸端進行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L。電機2帶動回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運動。設(shè)回轉(zhuǎn)套為200200200的立方體。設(shè)回轉(zhuǎn)套、電機、減速器、短軸、鍵、噴槍及噴槍夾的質(zhì)量共5kg。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()= 取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=2rad/s, n=60 r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=20rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2= w故訂做的減速電機2的額定電壓為220V，輸出功率至少為12w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機輸出軸端進行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L，并且在末端開鍵槽。電機3帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。電機通過脹緊套連接空心軸，所以電機輸出軸也要進行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L。設(shè)回轉(zhuǎn)套為232100350的立方體。設(shè)整個腕部、回轉(zhuǎn)套支架、聯(lián)軸器、短軸、電機、減速器等部件的質(zhì)量估算為12kg。長方體的轉(zhuǎn)動慣量公式為：J=m()16第3章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故b=,h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量為：J=5()=取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動角速度為ω=rad/s，轉(zhuǎn)速為n=30r/min由此轉(zhuǎn)動角加速度=10rad /s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機3的額定電壓為220V，輸出功率至少為7w，轉(zhuǎn)速為1400r/min，減速箱的減速比為46。電機輸出軸端進行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L[1620]。 小臂的設(shè)計 小臂設(shè)計的總體要求手臂桿的質(zhì)量應(yīng)該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅(qū)動電機的負擔(dān)。同時小臂桿還要承受整個手腕的重量以及在運動中產(chǎn)生的動載荷。噴漆機器人的最大覆蓋范圍與各個手臂的長度、手臂間的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍密切相關(guān)。因此設(shè)計手臂時，該充分考慮根據(jù)機器人所要完成任務(wù)而提出設(shè)計要求，從而確定手臂桿的大體結(jié)構(gòu)和長度。根據(jù)盡量減小手臂質(zhì)量同時保持一定強度的原則，從而合理的選擇手臂的截面形狀和所用的材料，既滿足強度要求又最大限度的降低自身重量。盡量減少對其關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動裝置的負載，同時注意減少運動的動載荷與沖擊。設(shè)法減小機械間隙引起的運動誤差提高運動的精確性和運動剛度，可采用緩沖和定位裝置，從而提高定位精度。噴漆機器人的小臂俯仰機構(gòu)通過鉸鏈四桿機構(gòu)來完成，安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的直流伺服電機通過鉸鏈四桿機構(gòu)驅(qū)動小臂實現(xiàn)俯仰運動。采用鉸鏈四桿機構(gòu)的目的是把直流伺服電機放到腰部回轉(zhuǎn)盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅(qū)動裝置的負載，減少運動過程中產(chǎn)生的動載荷與沖擊，提高整個噴漆機器人的響應(yīng)速度?！°q鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計此處的鉸鏈四桿機構(gòu)共有三種設(shè)計方案，分別是雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)、曲柄搖17哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文桿機構(gòu)。對于雙曲柄機構(gòu)來說機架為最短邊，又因為大臂為機架而且長度為1000mm，如果采用雙曲柄機構(gòu)，其它桿的桿長太長，而且上一章確定小臂的長度為800mm，因此雙曲柄機構(gòu)不符合要求。對于雙搖桿機構(gòu)來說機架為最短邊的對邊，既大臂與最短桿相對。如果采用雙搖桿機構(gòu)，會導(dǎo)致其他兩桿的長度過長，在一定方向上占有的空間太大，而且小臂的俯仰角度不好確定，勢必會增加設(shè)計難度。綜合以上分析。ab邊代表大臂，長度為1000mm，ad邊代表底桿,長度為400mm，dc邊代表后桿，長度為1000mm，bc邊代表小臂長兩個連接點間的部分，長度為200mm。ab邊為機架，ad邊為搖桿，bc邊為曲柄。這種結(jié)構(gòu)首先滿足了bc邊長度小于小臂長度這一條件，而且所占的空間小，底桿和后桿的質(zhì)量比其他兩種方案要小　實現(xiàn)小臂俯仰的鉸鏈四桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖　電機的選擇首先計算動態(tài)轉(zhuǎn)矩，計算動態(tài)轉(zhuǎn)矩需計算轉(zhuǎn)動慣量。由于電機安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上所以計算轉(zhuǎn)動慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計算出轉(zhuǎn)動慣量最大時的情況，既當(dāng)小臂與大臂共線時，小臂可視為繞i軸旋轉(zhuǎn)，此時整個小臂體對i軸的轉(zhuǎn)矩最大。小臂總體質(zhì)量的計算[2125]小臂的大體結(jié)構(gòu)為分段空心圓柱，材料為鋁合金體積V=lA =/4＋178。/4－178。/4 = m318第3章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計質(zhì)量m=V= =腕部結(jié)構(gòu)對i軸的轉(zhuǎn)動慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+5(+＋)2 =回轉(zhuǎn)套支架對i軸的轉(zhuǎn)動慣量回轉(zhuǎn)套支架繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+7(＋)2=小臂結(jié)構(gòu)對i軸的轉(zhuǎn)動慣量由于小臂是階梯狀前一段體積= m3質(zhì)量==，此外還要加上電機減速器軸聯(lián)軸器短軸的質(zhì)量共8kg。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) = kgm2平移到i軸上=+m =+8(＋)2 =后一段體積=質(zhì)量==小臂后段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為=(3 R2+L2) =19哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文平移到i軸上=+m =+ = 帶動小臂轉(zhuǎn)動的后桿和底桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量兩圓桿為鋁合金材料，圓形實心直桿。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為100400。當(dāng)兩桿共線時，兩桿對i軸的轉(zhuǎn)動慣量最大。兩桿的體積之和=/414==　 = =27kg兩段同一直線時繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m =+27 =對i軸總的轉(zhuǎn)動慣量以上計算的、均是在轉(zhuǎn)動慣量最大的情況下計算得到的，所以用這些轉(zhuǎn)動慣量計算出的總力矩和功率，從而選擇的電機必然滿足噴漆機器人在其他工作狀態(tài)下的工作要求。對i軸總的轉(zhuǎn)動慣量為：=++++= kgm2總力矩和功率的計算取小臂的轉(zhuǎn)動角速度=/2 rad/s，轉(zhuǎn)速為n=15r/min取啟動時間為1 s由此轉(zhuǎn)動角加速度為=/2 rad/s2　慣性力矩T=　　　　　 =/2 =20第3章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計靜態(tài)力矩T：由于小臂的俯仰機構(gòu)采用的鉸鏈四桿機構(gòu)，小臂自身基本可以平衡，所以靜態(tài)力矩可以忽略不計。摩擦力矩T：綜上所述總力矩T=T= Nm取電機的轉(zhuǎn)速為=1500 r/min，即角速度為=50rad/s則總的傳動比為:=/n=157/=100故電機輸出端的負載力矩為T= T/ = =電機輸出端的功率為P= T =50 =選擇電機的型號一般對驅(qū)動元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動力大。驅(qū)動元件在噴漆機器人中主要用于回轉(zhuǎn)運動，所以轉(zhuǎn)動慣量要小，同時比功率要大一些。（2）體積小，重量輕。主要評價的性能指標是功率密度，由于驅(qū)動元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動元件過大，就會導(dǎo)致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動元件的功率密度應(yīng)該盡可能的大些。（3）位置控制精度高，快速響應(yīng)性好，調(diào)速范圍大，低速平穩(wěn)。（4）振動小，噪聲小，安全可靠，運行平穩(wěn)。（5）效率高，消耗的能源要盡可能的小。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性、調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍大、轉(zhuǎn)速比可以達到1:200、過載能力大、特殊要求時可以達到10。綜合考慮各種電機，這里選用遼寧本溪山城電機廠生產(chǎn)電磁式直流伺服電動機，型號為Z211，額定電壓110/220V，轉(zhuǎn)速1500r/min，重量32kg。電機需要調(diào)速，調(diào)速后轉(zhuǎn)速為75r/min，減速比為20。　齒輪的設(shè)計與校核計算電磁式直流伺服電機經(jīng)調(diào)速后要通過一個齒輪組來傳遞動力，再通過齒輪帶動鉸鏈21哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文四桿機構(gòu)運動，從而實現(xiàn)小臂的俯仰運動。選定材料、熱處理方式、精度等級及齒數(shù)（1）因為電磁式直流伺服電機是經(jīng)過調(diào)速的，所以輸出端的速度較低，因此低速級選用直齒圓柱齒輪傳動。（2）選擇小齒輪材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241286HBS。大齒輪材料ZG35CrMo，調(diào)制處理，硬度190240HBS，精度8級。（3）取小齒輪齒數(shù)=24，則=524=120，大齒輪齒數(shù)Z2＝120。按齒面接觸疲勞強度設(shè)計mm確定各個參數(shù)數(shù)值（1）T=10=10() =10Nmm（2）初選載荷系數(shù)為=（3）查表取齒寬系數(shù)為=1（4）查表取彈性系數(shù)為ZE=（5）查表取節(jié)點區(qū)域系數(shù)為=（6）根據(jù)齒輪的硬度查表取小齒輪的接觸疲勞強度極限為=1150 MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限為=1120MPa。（7）取工作壽命為15年，每年工作250天，2班制小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2=N1/5=（8）查表取接觸疲勞壽命系數(shù)為=，=（9）取安全系數(shù)為=1==1242MPa==確定傳動尺寸（1）初算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 =22第3章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計（2）按K值對進行修正由圓周速度 = 查表取動載荷系數(shù)為= 查表取齒間載荷分布系數(shù)為= 查表取齒向載荷分布系數(shù)為= 查表取使用系數(shù)為= 所以載荷系數(shù)K== 按K值對進行修正 ===（4）確定模數(shù)m以及主要尺寸m== 為了防止輪齒太小引起的意外折斷，故m=3mm。中心距a=m()/2==216mm 分度圓直徑==72mm，==360mm齒寬b==72mm，取小齒輪齒寬=80mm，大齒輪齒寬=75mm齒頂高===3mm，齒根高===按齒根彎曲疲勞強度校核確定各個參數(shù)數(shù)值（1）查表取彎曲疲勞壽命系數(shù)=，=