【文章內(nèi)容簡介】 動只能是一齒差行星傳動。由于是一齒差行星傳動，故其傳動比。 擺線針輪行星傳動的特點及應(yīng)用 由以上所述可知，擺線針輪行星傳動具有以下主要特點: (1) 減速比大。 一級減速比～87，二級，三級串聯(lián)可獲得更大的減速比 （2) 結(jié)構(gòu)緊湊。 由于采用內(nèi)嚙合行星傳動，加之?dāng)[線行星輪的齒廓曲線為短幅外曲線，使得整個機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，體積和重量均大大減小。 （3) 傳動效率高。由于擺線輪和針輪嚙合處輸出機(jī)構(gòu)上均裝有滾套，使工作表面相對滑動小，因此減少了功率損耗；又由于其嚙合角較小，減輕了軸承的載荷，從而提高了效率。其效率一般可達(dá)90～94%。 （4）傳動穩(wěn)定，載荷能力較高。由于采用短幅外擺線作為行星輪的齒廓，增大了齒廓的曲率半徑，從而使輪齒的接觸強(qiáng)度得到提高，使其比漸開線少齒差傳動更能承受過載和沖擊。 （5） 使用壽命長。 由于擺線輪和針輪均采用優(yōu)質(zhì)材料，又經(jīng)過淬火處理提高了機(jī)械性能；加之針齒上加有套筒，使針齒與擺線輪之間的滾動摩擦減小，故磨損小，壽命長。 （6） 與漸開線少齒差行星傳動相比，無齒頂相碰和嚙合重疊干涉的現(xiàn)象。其缺點在于: (1) 制造成本高。 材料的優(yōu)質(zhì)本質(zhì)就是對材料的要求高，從而增加成本。 （2) 加工工藝復(fù)雜。加工擺線輪需要專門的機(jī)床，對裝配工藝也有較嚴(yán)格的工藝要求。 擺線輪行星傳動以其多方面的有點取代了一些笨重龐大的傳動裝置，在機(jī)械傳動中具有及其重要的作用，從而日益受到世界各國的重視，在軍工、礦山、冶金、化工、造船等工業(yè)部門的機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。3工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計 工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。目前具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人還處于研究實驗階段。而應(yīng)用于生產(chǎn)實際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器內(nèi)人。 （1) 執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成握取工件實所需的各種運(yùn)動的機(jī)械部件，包括；手部、腕部、臂部，還有機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。 （2） 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)有四種；液壓式、氣壓式、電氣式、機(jī)械式。 （3) 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它他控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作、并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制，計算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增加。就其控制方式，可分為分散控制和集中控制兩種類型。若以控制的運(yùn)動軌跡來分，有兩種；點位控制和連續(xù)軌跡控制。 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的具體組成圖 工業(yè)機(jī)器人的基本機(jī)能組成設(shè)計工業(yè)機(jī)器人就是通過設(shè)計，恰好的賦予工業(yè)機(jī)器人某些機(jī)能，以便使機(jī)器人能夠自動的完成給定的操作。從工業(yè)機(jī)器人的研究、使用和發(fā)展情況來看，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該具有的機(jī)能可以歸納為三個方面，即運(yùn)動機(jī)能，控制機(jī)能和檢測、識別機(jī)能。 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析 機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)的概念 目前，世界上已有許多工業(yè)機(jī)器人，其中大部分屬于“示教再現(xiàn)”型。如果將這些機(jī)器人稱作第一代，那么，具有一定程度的視覺、觸覺或某些分析、判斷能力的機(jī)器人就屬于第二代了。不少國家正在積極研究具有觀察、觸覺等功能的機(jī)器人，并取得不少成果，但是，真正將這些成果應(yīng)用于實際的還為數(shù)不多。在實際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用的機(jī)器人，示教再現(xiàn)型還是較多。一般的機(jī)器人，它由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。及其部分有機(jī)器手和移動機(jī)構(gòu)組成；傳感器有測量機(jī)器人自身位置狀態(tài)和速度、加速度的裝置，只要不是自住型移動機(jī)器人，它通常放在與機(jī)器人不同的地方，通過導(dǎo)線連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動機(jī)驅(qū)動電路、PTP運(yùn)動目標(biāo)點和CP運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多用于只能機(jī)器人。如圖該機(jī)器人具有三自由度，及大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右的擺動、臂的上線擺動。該三自由度機(jī)器人的運(yùn)動情況說明如下：首先，由電動機(jī)M1經(jīng)過傳動系統(tǒng)帶動大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，且與大臂相連的所有其他手臂及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動；而后另一手臂由電動機(jī)M2直接驅(qū)動作左右擺動；還有，第三臂由電動機(jī)M3直接驅(qū)動作上下擺動。 三軸工業(yè)機(jī)器人效果總圖 機(jī)器人的傳動結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)第一軸 大臂機(jī)構(gòu)圖 第一臂，也即大臂，該手臂實現(xiàn)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，整個系統(tǒng)由伺服電動機(jī)驅(qū)動。為了實現(xiàn)傳動的設(shè)計要求以及機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計要求，整個減速系統(tǒng)采用了三級斜齒輪傳動，且所有的斜齒輪都裝在一個箱體內(nèi)。然而，與一般情況不同的是，第三級斜齒輪直接固定在機(jī)座上，從而使其他的傳動系統(tǒng)繞著它轉(zhuǎn)動，且電動機(jī)又固定在大臂上，所以導(dǎo)致大臂帶著電動機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。第二軸的結(jié)構(gòu) 該軸實現(xiàn)第二臂的擺動運(yùn)動。為了減輕重量及結(jié)構(gòu)緊湊，此傳動系統(tǒng)則采用擺線針輪行星齒輪傳動。這種傳動由減速機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)兩部分組成。減速機(jī)構(gòu)采用由擺線輪，固定針輪和轉(zhuǎn)臂H組成的行星內(nèi)嚙合機(jī)構(gòu)，常用=1，輸出機(jī)構(gòu)采用由擺線輪上的銷孔和輸出軸銷盤上的銷軸組成的銷孔式W機(jī)構(gòu)，最后的輸出軸直接與第二臂相連，也就是說 第二臂就是輸出軸。第三軸的組成當(dāng)然，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，第三臂的傳動結(jié)構(gòu)與第二軸的傳動一樣的，采用擺線針輪行星齒輪傳動。 機(jī)器人的設(shè)計分析及總體方案的確定 設(shè)計的任務(wù)要求 本次設(shè)計是針對三軸工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計結(jié)構(gòu)。主要設(shè)計要求如下： 第一軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍0～/s 第二軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍0～/s 第三軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍0～/s 工作負(fù)荷為：5㎏（最遠(yuǎn)距離時） 最大工作范圍：2000㎜ 總體方案的確定 三自由度機(jī)器人模型圖本次設(shè)計的主要內(nèi)容是三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該機(jī)器人的主要功能就是把一個物體從一個地方搬到另一個地方。 機(jī)器人的運(yùn)動見圖該機(jī)器人的三軸運(yùn)動情況分別是：第一軸：通過斜齒輪傳動來實現(xiàn)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。第二軸：通過擺線針輪行星齒輪傳動來實現(xiàn)第二臂的擺動。第三軸：通過擺線針輪行星齒輪傳動來實現(xiàn)第三臂的擺動。 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)具體的技術(shù)參數(shù)為： （1） 最大工作直徑：2000㎜； （2） 第一軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍0～/s。 （3） 第二軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍0～/s。 （4) 第三軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍0～/s。 (5) 工作負(fù)荷為：5㎏（最遠(yuǎn)距離時）。 主要特色：實現(xiàn)各軸的傳動所采用的機(jī)械都是機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率高，傳動平穩(wěn)，無噪聲；而擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比大。4 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計算和傳動特點 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計算 擺線針輪行星傳動屬于一種KHV型行星傳動，如圖所示這種傳動一般由減速機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)兩部分組成。減速機(jī)構(gòu)采用由擺線輪C、固定針輪P和轉(zhuǎn)臂H組成的行星內(nèi)嚙合機(jī)構(gòu)，常用,輸出機(jī)構(gòu)采用由擺線輪上的銷孔和輸出軸銷盤上的銷軸組成的孔銷式W機(jī)構(gòu)。 擺線針輪行星齒輪傳動減速機(jī)構(gòu)的傳動比可用行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)求出。這種機(jī)構(gòu)的傳動比為 （）式中擺線輪C的齒數(shù)； 針輪P的齒數(shù)。由于帶入式（）中得： （） 在輸出機(jī)構(gòu)中，由于擺線針輪裝在中心距為a的偏心套上作行星運(yùn)動，為將擺線輪的運(yùn)動經(jīng)過銷孔和銷軸傳給輸出軸V，擺線輪上的銷孔直徑應(yīng)大于柱銷上的銷套直徑，并取差值經(jīng)過銷孔和銷套是連續(xù)接觸，可將擺線輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動傳給輸出軸V。而且，由于銷孔和銷套中心的連線總是與偏心輪上的偏心線O1O2平行等長，使銷孔中心、銷孔中心、擺線輪中心O1和輸出軸中心O2形成一個平行四邊形，即⊥O1O2=a，O1⊥O2=。所以，不管擺線輪和輸出軸轉(zhuǎn)到任何位置，二者的角速度總是相等的，即 嚙合的齒廓形成原理 擺線行星輪的齒廓曲線如圖所示，一半徑r1的圓1作固定圓，用半徑r2的圓2作滾動圓套在固定圓1上，兩圓的中心距離a=r2r1。當(dāng)滾動圓2繞固定圓1作純滾動是=時，固結(jié)在滾動圓上的任一點描出的軌跡都稱為外擺線。顯然，當(dāng)滾圓2繞固定圓1滾過全周長2r2時，該點便形成一條完整的外擺線。這種形成的外擺線的發(fā)方法稱為內(nèi)滾法。如果該點位于滾圓的圓周上，如P1點所示，由P1形成的外擺線P1P2P3P5稱為普通外擺線。當(dāng)該點位于滾圓之外時，如M1所示，由M1點形成的外擺線M1M3M5稱為短幅外擺線。在擺線針輪行星齒輪傳動中，擺線輪C是以短幅外擺線M1M3M5作為理論齒廓的，而固定針輪P以M1作為理論齒形。但是，實際針齒不可能做成一點，必須做成半徑為的圓柱形。因而，以擺線輪的理論齒廓上個點為圓心，以為半徑作圓。這些圓的內(nèi)包絡(luò)線C1C5就是擺線輪的實際齒廓，又稱為短幅外擺線的等距曲線；而針輪的實際齒廓就是半徑為的圓。5 擺線針輪行星齒輪傳動設(shè)計 針輪行星輪系的材料 為減小傳動尺寸和提高傳動比元件的強(qiáng)度，擺線輪、針齒（套）和柱銷（套）應(yīng)采用高強(qiáng)度的材料（如GCr15），并用熱處理方法提高工作表面的硬度。偏心套、輸入軸和輸出軸可采用45號剛，其他零件如針齒殼和機(jī)座一般采用鑄鐵和鑄鋼。輪系的主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力如表51表51 輪系的主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力零件名稱推薦材料硬度許用應(yīng)力擺線輪GCr15HRC60～64針齒輪GCr25SiMnHRC58～62=850～1200針齒銷GCr15HRC58～62=850～1200柱銷GCr15HRC58～62=850～1200套銷GCr15HRC56～60雙偏心套45輸入軸45HB220～250輸出軸45HB220～250針齒殼HT200 HT300機(jī)座ZG25ZG25 HT200根據(jù)此表，擺線輪、針齒（套）和柱銷（套）采用GCr15，而偏心套、輸入軸、輸出軸采用45號鋼，針齒殼采用HT200。 第一套擺線針輪加速器的設(shè)計 第