【文章內(nèi)容簡介】 型號為7205，其內(nèi)徑＝25mm。通常一根軸上的兩個軸承取相同型號，故取軸段6的直徑＝25mm。軸段3上用軸肩固定軸承，故?。?0mm。軸段4上作成齒輪軸，尺寸與齒輪相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)確定軸段5的直徑＝30mm。c. 各軸段長度的確定各軸段長度主要根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定。另一些軸段長度，除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。根據(jù)聯(lián)軸器選取軸段一的長度，此時又要考慮此段軸長不應(yīng)與大臂和小臂連接處的軸在工作時相互干涉，因此選取此段軸長。根據(jù)軸承寬度取 。 根據(jù)結(jié)構(gòu) ， 。圖41圓柱齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖 軸的強度校核軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后，進行校核計算。計算準則是滿足軸的強度或剛度要求。進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力，對于用于傳遞轉(zhuǎn)矩的軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，對于只受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強度條件計算，兩者都具備的按疲勞強度條件進行精確校核等。圖42軸的受力分析和彎扭矩圖a． 軸上的轉(zhuǎn)矩T主軸上的傳遞的功率： （42） 求作用在齒輪上的力： b． 畫軸的受力簡圖 軸的受力如圖42所示。c． 計算軸的支撐反力在水平面上 在垂直面上 d． 畫彎矩圖 彎矩圖如圖42所示。在水平面上，剖面左側(cè) 剖面右側(cè)在垂直面上 合成彎矩，剖面左側(cè) 剖面右側(cè) e． 畫轉(zhuǎn)矩圖,見圖42f. 判斷危險截面 截面左右的合成彎矩左側(cè)相對右側(cè)大些，扭矩為T，則判斷左側(cè)為危險截面，只要左側(cè)滿足強度校核就行了。g.．軸的彎扭合成強度校核 ，則 。截面左側(cè) h. 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核查得抗拉強度 ，彎曲疲勞強度，剪切疲勞極限，等效系數(shù)， 。 截面左側(cè)查得，；查得絕對尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù) 。則彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù) 查許用安全系數(shù)，顯然，則剖面安全。其它軸用相同方法計算，結(jié)果都滿足要求。 圓錐齒輪軸的設(shè)計由于此軸傳遞的功率不大，對其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。a. 初估軸徑， C=106~117,取C=106根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和額定功率可知與圓柱齒輪軸相嚙合的大齒輪的轉(zhuǎn)速為則根據(jù)公式41可得： 　 =b. 各段軸徑的確定初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑。軸段1為外螺紋部分此段螺紋用于安裝擋板與螺栓，以便于對齒輪作軸向固定故取，軸段2安裝齒輪，根據(jù)齒輪的幾何尺寸故取并在此段軸上開設(shè)鍵槽以便于對軸上齒輪作周向固定。軸段3作為軸肩，對軸段2處安裝的齒輪作軸向固定，故取軸段4,6處安裝軸承，根據(jù)要求選用7205型號的軸承，根據(jù)軸承型號與軸徑的大小同時選擇故確定軸段4和軸段6的直徑為。軸段5處用于安裝套筒以便對軸上安裝的軸承進行軸向固定故取。軸段7用作軸肩以此來用于對軸承作軸向固定故取。軸段8處為錐齒輪部分，根據(jù)以上的設(shè)計計算可知此處軸徑。c. 各軸段長度的確定軸段1上裝M12的螺栓和擋板，故取。軸段2處裝齒輪，其長度與齒輪的寬度相同，故取。軸段3處利用軸肩作軸向固定，取。軸段4與軸段6處裝軸承，取。軸段5處裝套筒，其長度為套筒的長度，故取。軸段7處作軸肩，取。軸段8處為錐齒輪部分，其長度。為保證軸承7205內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面，根據(jù)軸承手冊推薦。為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取1mm。圖43圓錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖 手腕連接軸的設(shè)計由于此軸傳遞的功率不大，對其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。a. 初估軸徑，C=106~117,取C=106根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和額定功率可知與手腕箱體連接軸的轉(zhuǎn)速為則根據(jù)公式41可得： ?。?106=b. 各段軸徑的確定初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑。軸段1為外螺紋部分此段螺紋用于安裝擋板與螺栓，以便于作軸向固定故取，取軸段2處，并在此處開設(shè)鍵槽用來傳遞扭矩其尺寸為。軸段3處安裝軸承，根據(jù)要求選用7205型號的軸承，并在軸的另一段安裝大錐齒輪，也在此處開設(shè)鍵槽用來傳遞扭矩其尺寸為，根據(jù)軸承型號與軸徑的大小同時選擇故取。軸段4用作軸肩以此來用于對大錐齒輪作軸向固定故取。軸段5處用來安裝7205軸承,軸承內(nèi)徑與軸徑的大小取同一尺寸，故取。c. 各軸段長度的確定軸段1上裝M12的螺栓和擋板，故取。軸段2處裝鍵槽，用于傳遞扭矩，其鍵槽尺寸為，其長度取。軸段3處裝軸承與大錐齒輪，中間用套筒對其軸向固定，對大錐齒輪進行周向固定的鍵取尺寸為，故取。軸段4處利用軸肩作軸向固定，取。由于軸承應(yīng)成對使用，所以軸段5處裝軸承，其類型代號與軸段3處一樣，因此故取。　　　　圖44手腕連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖 大臂小臂連接軸的設(shè)計由于此軸傳遞的功率不大，對其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。a. 初估軸徑， c=106~117,取c=106則根據(jù)公式41得 　 =b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑。軸段2處與4處安裝7208類型軸承,其軸徑大小應(yīng)與軸承內(nèi)徑大小一致,故取,。軸段3處取。各軸段長度主要根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定。另一些軸段長度，除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。軸段1處要安裝壓板和齒輪用來固定此軸，因此此段軸的長度應(yīng)取長些，故取。軸段2的長度與軸承有關(guān),取。軸段3處的選取長度為。軸段4 的長度與軸段2 處一樣,取。圖45大臂小臂連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖5 軸承的設(shè)計 軸承的選擇　　　軸承是支承軸或軸上回轉(zhuǎn)體的部件。根據(jù)工作時接觸面間的摩擦性質(zhì)，分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承依靠元件間的滾動接觸來承受載荷，相對于滑動軸承，滾動軸承具有摩擦阻力小，效率高，起動容易，潤滑簡便等優(yōu)點。因此我在做本課題設(shè)計時所選用的軸承全為滾動軸承。軸承的內(nèi)外圈和滾動體，一般是用軸承鉻鋼（如GCr GCr15SiMn）制造，熱處理后硬度應(yīng)達到60～65HRC。保持架有沖壓的和實體的兩種結(jié)構(gòu)。沖壓保持架一般用低碳鋼板沖壓制成,它與滾動體間有較大間隙,工作時噪聲大；實體保持架常用銅合金，鋁合金或酚醛樹脂等高分子材料制成，有較好的隔離和定心作用,又因為實體保持架比沖壓保持架允許更高的轉(zhuǎn)速。所以本課題選用的保持架為實體的。從受載荷方面來考慮，我所設(shè)計的機器人承受載荷力不大，且適用在振動與沖擊不大的場合；而且球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度；再從經(jīng)濟性方面考慮球軸承比滾子軸承便宜。綜合以上因素，所以選取7205C系列的角接觸球軸承。圓柱齒輪軸的軸承壽命計算：經(jīng)查表可知：載荷系數(shù)= ，溫度系數(shù)徑，基本額定動載荷，基本額定靜載荷。由以上計算可知：徑向力。派生軸向力 （51） 計算并確定e值，查表可得e=。計算當(dāng)量動負荷查表可得：徑向載荷系數(shù)X=,軸向載荷系數(shù)Y=。 (52) （53）取計算軸承壽命 　　 （54） =根據(jù)以上計算可知，其余幾跟軸上的軸承也完全滿足工作要求。6 其它零部件的選用 鍵連接的選用 鍵連接分為平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。由于平鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面間的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵的上表面與輪轂間留有間隙，因此，平鍵連接定心性好，結(jié)構(gòu)簡單裝拆方便，所以本次設(shè)計我選用的是平鍵連接中的圓頭平鍵。鍵連接的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵連接的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。鍵的主要尺寸為截面尺寸b、h和長度L。b、h可根據(jù)軸徑d由標準中查?。婚L度L可參照輪轂長度Ｂ從標準中選取，一般取L=B(510)mm， B=()d。經(jīng)以上設(shè)計可知此段軸徑d＝20mm，即B=()d ==36mmL=B(510)=368=28mm經(jīng)查表可知b=6 mm。 殼體的設(shè)計小臂和手腕的外殼是支承整個傳動系統(tǒng)的框架，采用鑄鋁材料，質(zhì)量輕，剛度大，小臂的外框結(jié)構(gòu)的厚度為6mm、蓋子厚度為6 mm、電機后蓋厚度為6mm。手腕的外框結(jié)構(gòu)厚度為3mm,機器人手爪為鑄造鋁合金。其他部分的具體尺寸由結(jié)構(gòu)定，詳見裝配圖。 機器人手臂材料的選擇機器人手臂的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作狀況來選擇。根據(jù)設(shè)計要求，機器人手臂要完成各種運動。因此對材料的一個要求是作為運動部件，它應(yīng)是輕型材料。而另一方面，手臂在運動過程中往往會產(chǎn)生振動，這將大大降低它的運動精度。因此在選擇材料時，需要對質(zhì)量，剛度，阻尼進行綜合考慮，以便有效地提高手臂的動態(tài)性能。機器人手臂材料應(yīng)先是結(jié)構(gòu)材料。手臂承受載荷時，不應(yīng)有變形和斷裂。從力學(xué)角度看，即要有一定的強度。手臂材料應(yīng)選擇高強度材料，如鋼，鑄鐵，合金鋼等。機器人手臂是運動的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應(yīng)該優(yōu)先選擇強度大而密度小的材料做手臂。其中，非金屬材料有尼龍6，聚乙烯（PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。所以我所設(shè)計的機器人手臂的材料選擇為鑄造鋁合金中的鋁銅合金。 機器人臂部連接件的選用本設(shè)計中采用兩種不同型號的波紋管聯(lián)軸器：小臂部分采用DIN6885型號。柔性聯(lián)軸器的特點是圓周方向剛度大而軸向彎曲方向柔度較大，既能起到可靠的傳動又適合調(diào)整和補償軸之間的偏差。圖61 波紋管聯(lián)軸器7 關(guān)節(jié)型機器人的位姿分析關(guān)節(jié)型機器人實質(zhì)上是依靠各關(guān)節(jié)坐標值的改變來運行的。例如以示教再現(xiàn)方式工作的機器人的關(guān)節(jié)在每個位置的轉(zhuǎn)角值是預(yù)先記錄好的。當(dāng)機器人末端手部執(zhí)行工作任務(wù)時,控制器依次給出記錄好的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù),使機器人末端手部按照預(yù)定的位置有序運動,實現(xiàn)給定位姿來完成工作。 從機構(gòu)學(xué)的角度來看,關(guān)節(jié)型機器人的機械本體實際上是一個由轉(zhuǎn)動和移動關(guān)節(jié)連接起來的開鏈式連桿系統(tǒng),每個獨立驅(qū)動的關(guān)節(jié)決定著機器人的一個自由度。為了便于描述這些連桿之間的相互關(guān)系,在每一連桿關(guān)節(jié)上設(shè)立一個坐標系,利用齊次變換就可以方便地描述這些坐標系間的相對位置和姿態(tài)。由于我在設(shè)計中只用了轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),所以只討論轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的情況。描述一個連桿與下一個連桿間相對關(guān)系的齊次矩陣通常記為A 。A矩陣描述連桿坐標系間相對平移和旋轉(zhuǎn)的齊次變換。如果表示第一個連桿對于基系{0}的位置和姿態(tài)，表示第二個連桿相對于第一個連桿的位置和姿態(tài),那么第二個連桿在基系{0}的位置和姿態(tài)可由下列矩陣的乘積給出 = (71)一般T加相應(yīng)前置或后置上下標的公式來表示兩個或兩個以上A矩陣的乘積。同理,若表示第三個連桿相對于第二個連桿的位置和姿態(tài),則有= (72) 稱這些A矩陣的乘積為T矩陣,其前置上標若為0 (既以基坐標系｛0｝為參照),則可略去不寫。于是,一個6關(guān)節(jié)(6自由度)機器人從手部到基系｛0｝的總齊次變換矩陣T為= (73)可以將上述6關(guān)節(jié)系統(tǒng)擴展為具有n個關(guān)節(jié)自由度的系統(tǒng),其桿件0,1,…,i,…,n(共n+1個)通過關(guān)節(jié)1,2,…,i,…,n(共n個)相連接。n個關(guān)節(jié)機器人從手部到基系的總齊次變換矩陣T為 (74) 　　圖71 機器人的桿件坐標系根據(jù)機器人的各桿坐標系確定機器人的桿件坐標參數(shù)如表71。 表71 機器人的桿件坐標參數(shù)關(guān)節(jié)i 關(guān)節(jié)變量范圍1909000180到18020045到13539090090到9040900 90到90509000 90到270600090到90，。根據(jù)表71所示的參數(shù)可求得為： 式中。求得機器人連桿全部坐標矩陣后，把前三個相乘求得，在使后三個相乘，構(gòu)成。然后計算表示和的各元素，得到要求的末桿矩陣。機器人為機器人矩陣為如圖71所示機器人末桿矩陣可寫成