【文章內容簡介】 ，證明方案正確，小臂和大臂的長度和俯仰角度確定的合適。 腕部設計 電機的選擇手腕部分的電機的安裝：帶動噴槍旋轉的減速電機1安裝在回轉套內帶動噴槍夾做旋轉運動，從而使噴槍時刻正對被加工。在回轉套外，帶動回轉套回轉的減速電機2安裝在回轉套支架的外側，帶動整個回轉套做回轉運動。帶動整個腕部旋轉的減速電機3與安裝在回轉套外側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運動。電機1帶動噴頭做旋轉運動，故此電機應小巧靈便以減輕電機2的負擔，因此電機1應該質量輕、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?shù)募哟旨娱L。回轉套的質量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。假設噴頭的尺寸為φ50200 的圓柱體，由已知條件知質量為3 kg。15哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文圓柱體的轉動慣量為：J =m(3 R2+L2) =3(3+) = 取噴槍的轉動角速度為ω=2rad/s，n=60r/min由此轉動角加速度=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，轉速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L。電機2帶動回轉套做回轉運動。設回轉套為200200200的立方體。設回轉套、電機、減速器、短軸、鍵、噴槍及噴槍夾的質量共5kg。長方體的轉動慣量公式為：J=m()由于回轉套為正方體，故b=h= 所以繞回轉套回轉中心的轉動慣量為：J=5()= 取回轉套的轉動角速度為ω=2rad/s, n=60 r/min由此轉動角加速度=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，轉速為1400r/min，減速箱的減速比為23。電機輸出軸端進行適當?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?shù)募哟旨娱L。設回轉套為232100350的立方體。設整個腕部、回轉套支架、聯(lián)軸器、短軸、電機、減速器等部件的質量估算為12kg。長方體的轉動慣量公式為：J=m()16第3章 噴漆機器人機構設計由于回轉套為正方體，故b=,h= 所以繞回轉套回轉中心的轉動慣量為：J=5()=取回轉套的轉動角速度為ω=rad/s，轉速為n=30r/min由此轉動角加速度=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，轉速為1400r/min，減速箱的減速比為46。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L[1620]。 小臂的設計 小臂設計的總體要求手臂桿的質量應該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅動電機的負擔。同時小臂桿還要承受整個手腕的重量以及在運動中產生的動載荷。噴漆機器人的最大覆蓋范圍與各個手臂的長度、手臂間的關節(jié)的轉動范圍密切相關。因此設計手臂時，該充分考慮根據(jù)機器人所要完成任務而提出設計要求，從而確定手臂桿的大體結構和長度。根據(jù)盡量減小手臂質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。盡量減少對其關節(jié)的轉動慣量以及偏重力矩，以減少驅動裝置的負載，同時注意減少運動的動載荷與沖擊。設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通過鉸鏈四桿機構來完成，安裝在腰部回轉盤上的直流伺服電機通過鉸鏈四桿機構驅動小臂實現(xiàn)俯仰運動。采用鉸鏈四桿機構的目的是把直流伺服電機放到腰部回轉盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅動裝置的負載，減少運動過程中產生的動載荷與沖擊，提高整個噴漆機器人的響應速度?！°q鏈四桿機構的設計此處的鉸鏈四桿機構共有三種設計方案，分別是雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖17哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文桿機構。對于雙曲柄機構來說機架為最短邊，又因為大臂為機架而且長度為1000mm，如果采用雙曲柄機構，其它桿的桿長太長，而且上一章確定小臂的長度為800mm，因此雙曲柄機構不符合要求。對于雙搖桿機構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，會導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。這種結構首先滿足了bc邊長度小于小臂長度這一條件，而且所占的空間小，底桿和后桿的質量比其他兩種方案要小　實現(xiàn)小臂俯仰的鉸鏈四桿機構的結構示意圖　電機的選擇首先計算動態(tài)轉矩，計算動態(tài)轉矩需計算轉動慣量。由于電機安裝在腰部回轉盤上所以計算轉動慣量需要折算到大臂軸i軸上，我們只需要計算出轉動慣量最大時的情況，既當小臂與大臂共線時，小臂可視為繞i軸旋轉，此時整個小臂體對i軸的轉矩最大。小臂總體質量的計算[2125]小臂的大體結構為分段空心圓柱，材料為鋁合金體積V=lA =/4＋178。/4－178。/4 = m318第3章 噴漆機器人機構設計質量m=V= =腕部結構對i軸的轉動慣量腕部繞其質心的轉動慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+5(+＋)2 =回轉套支架對i軸的轉動慣量回轉套支架繞其質心的轉動慣量為= m(b2+h2) = kgm2平移到i軸上=+m =+7(＋)2=小臂結構對i軸的轉動慣量由于小臂是階梯狀前一段體積= m3質量==，此外還要加上電機減速器軸聯(lián)軸器短軸的質量共8kg。小臂前段繞其質心的轉動慣量為=(3 R2+L2) = kgm2平移到i軸上=+m =+8(＋)2 =后一段體積=質量==小臂后段繞其質心的轉動慣量為=(3 R2+L2) =19哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文平移到i軸上=+m =+ = 帶動小臂轉動的后桿和底桿對i軸的轉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。當兩桿共線時，兩桿對i軸的轉動慣量最大。兩桿的體積之和=/414==　 = =27kg兩段同一直線時繞兩段質心的轉動慣量為：=(3 R2+L2)=平移到i軸上=+m =+27 =對i軸總的轉動慣量以上計算的、均是在轉動慣量最大的情況下計算得到的，所以用這些轉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軸總的轉動慣量為：=++++= kgm2總力矩和功率的計算取小臂的轉動角速度=/2 rad/s，轉速為n=15r/min取啟動時間為1 s由此轉動角加速度為=/2 rad/s2　慣性力矩T=　　　　　 =/2 =20第3章 噴漆機器人機構設計靜態(tài)力矩T：由于小臂的俯仰機構采用的鉸鏈四桿機構，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動元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動力大。驅動元件在噴漆機器人中主要用于回轉運動，所以轉動慣量要小，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，由于驅動元件是安裝在腰部回轉盤上的，如果驅動元件過大，就會導致腰部回轉盤過大，所以這里要求驅動元件的功率密度應該盡可能的大些。（3）位置控制精度高，快速響應性好，調速范圍大，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)良的調速特性、調速平滑、方便、調速范圍大、轉速比可以達到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電磁式直流伺服電動機，型號為Z211，額定電壓110/220V，轉速1500r/min，重量32kg。電機需要調速，調速后轉速為75r/min，減速比為20?！↓X輪的設計與校核計算電磁式直流伺服電機經調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哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文四桿機構運動，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過調速的，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，調質處理，硬度241286HBS。大齒輪材料ZG35CrMo，調制處理，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班制小齒輪的應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60751525016=大齒輪的應力循環(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 噴漆機器人機構設計（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)=，=