【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 平均速度小的行程作為工作行程（正行程），將平均速度大的行程作為非工作行程（反行程），那么，我們把曲柄搖桿機(jī)構(gòu)這種 正、反行程平均速度不等的特性稱為急回特性。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 圖 5曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 急回特性常用行程速比系數(shù) K（搖桿反、正行程平均速度之比）來(lái)度量。 如圖所示，曲柄順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿左右擺動(dòng)（順時(shí)針為正行程，逆時(shí)針為反行程）。我們把搖桿處于兩極限位置時(shí)連桿對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角稱為極位夾角，用 表示。根據(jù)行程速比系數(shù)的定義有： ① 存在急回特性的條件是 不等于零。 ② 因?yàn)?是銳角，即 小于等于 90176。 ，故理論上 K可以最大為 3。但由于最小傳動(dòng)角的限制，實(shí)用中 K 小于等于 。 對(duì)一些有急回特性要求的機(jī)械，常根據(jù) K值按式 (22)算出 角，再確定各桿尺寸。 壓力角和傳動(dòng)角 作用力和力作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)線速度方向之間所夾的銳角稱為壓力角，常用 表示；壓力角的余角稱為傳動(dòng)角，常用 表示。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角隨曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)而變。傳動(dòng) 角越大則機(jī)械效率越高，動(dòng)力傳動(dòng)中一般要求傳動(dòng)角最小值 應(yīng)大于 40176。 。因此設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)有必要檢驗(yàn) 值。那么，最小傳動(dòng)角在什么位置出現(xiàn)呢？分析如下： 可以證明：若機(jī)架上 A、 D 兩點(diǎn)位于 C39。、 C連線的同一側(cè)，則當(dāng) =0176。 時(shí)，最小，有 = ； 機(jī)架上 A、 D 兩點(diǎn)位于 C39。、 C連線的兩側(cè)，則 =180176。 時(shí)的 最大 (鈍角 )，有 =180176。 。 不難看出，對(duì)于曲柄主動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角就是連桿和搖桿所夾的最小銳角。 軌跡設(shè)計(jì) 足部軌跡是指動(dòng)物在行進(jìn)的過(guò)程中，完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作的足部所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡。若以動(dòng)物的身體為參考坐標(biāo)系，則該運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)為以封閉曲線。而動(dòng)物在行進(jìn)的過(guò)程中，根據(jù)其所需完成的動(dòng)作可分為支撐于跨越，故將其足部軌武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 跡曲線分為支撐段和跨越段（如圖 6）。若將足部沿著既定軌跡循 環(huán)一遍的時(shí)間稱之為一個(gè)周期，那么我們將足部接觸地面的時(shí)間稱為支撐段；反之，若足部在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段稱為跨越段。根據(jù)生物學(xué)上的定義，動(dòng)物在行進(jìn)時(shí)其腿部花在支撐段的時(shí)間要占到一半以上，目的是加強(qiáng)在行進(jìn)過(guò)程中的穩(wěn)定度。 圖 6足部軌跡 對(duì)于任一步行機(jī)器，其足部軌跡曲線是首要考慮的重要條件，因?yàn)樗苯佑绊懙讲恍袡C(jī)器對(duì)地面的適應(yīng)能力以及行進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定度。為此，從仿生學(xué)的角度給出足部理想軌跡的要求： ，以避免產(chǎn)生無(wú)效的軌跡曲線； 跡曲線中的支撐段曲線應(yīng)為直線段，以避免機(jī)構(gòu)的重心產(chǎn)生起伏； ，以提高機(jī)構(gòu)跨越障礙的能力； ，以增加機(jī)構(gòu)跨步的前進(jìn)距離。 方案四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 四桿尺寸 經(jīng)過(guò)參考眾多的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的資料，最終認(rèn)識(shí)到使用解析法來(lái)設(shè)計(jì)此次畢設(shè)來(lái)說(shuō)難度太大，耗費(fèi)時(shí)間太多。在這么短的時(shí)間內(nèi)要完成這種設(shè)計(jì)只有使用作圖法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在長(zhǎng)時(shí)間的嘗試和作圖之后最終的到了滿足我需要的四桿機(jī)構(gòu)的尺寸。參考圖三上面的標(biāo)注，尺寸如下 : A1 B1 =B1 C =B1 M1 =A2 B2 =B2 C =B2 M2 =A3 B3 =B3 C1 = 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— B3 M3 =A4 B4 =B4 C1 =B4 M4 =500 mm A1 c/ =A2 c/ =A3 c/1 =A4 c/1 = C c/ =C1 c/1 = A2 A4 =A1 A3 =c/ c/1 =317mm 最小傳動(dòng)角計(jì)算 根據(jù)上述的傳動(dòng)角的計(jì)算方式，當(dāng)曲柄 AB轉(zhuǎn)到機(jī)架 AD 重疊共線和拉直共線兩位置時(shí)，即出現(xiàn)極值。 ???? ????????? )(500500a rc c os2 )(a rc c osDCB 22222211 bc adcb ???? ????????? )(500500a rc c os2 )(a rc c osDCB 22222222 bc adcb 比較兩個(gè)位置的傳動(dòng)角，可得最小傳動(dòng)角 ?? ? 。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其傳動(dòng)角的大小是變化的，為保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)該使最小傳動(dòng)角 ??40min? 。但是在此次設(shè)計(jì)中，由于傳動(dòng)功率比較小，設(shè)計(jì)的最小傳動(dòng)角也能夠滿足使用要求。 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)機(jī)構(gòu)曲柄與連桿在一條直線上，出現(xiàn)了傳動(dòng)角 ??0?的情況。這是傳動(dòng)力矩為 0。因此，機(jī)構(gòu)在此位置是，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多大，也不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的此種位置稱為死點(diǎn)位置。對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置是不利的，應(yīng)該采取措施使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置。對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，可以 利用從動(dòng)件的慣性來(lái)通過(guò)死點(diǎn)位置。而本設(shè)計(jì)采用兩組機(jī)構(gòu)組合起來(lái)，使左右兩側(cè)的機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置相互錯(cuò)開，因此本設(shè)計(jì)能夠順利的通過(guò)死點(diǎn)位置。如下圖所示的車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)所示： 圖 7 車輪聯(lián)動(dòng)消除四點(diǎn)機(jī)構(gòu) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 步態(tài)分析 經(jīng)過(guò)使用作圖法作出四桿機(jī)構(gòu)的尺寸與軌跡曲線之后，得到前后腿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。使用的對(duì)角線一直原則，經(jīng)過(guò)作圖法計(jì)算，可以完全證明此次設(shè)計(jì)左前腿與右后腿軌跡完全一致，左后腿與右前腿軌跡完全一致，能夠達(dá)到邁步要求 左前腿右后腿軌跡線： 圖 8 左前腿右后腿步態(tài) 左后腿與右前腿軌跡線： 圖 10左后腿右前腿步態(tài) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案及電機(jī)選擇 經(jīng)過(guò)作圖法設(shè)計(jì)，求得主軸每旋轉(zhuǎn)一周，前后跨距為 875mm,經(jīng)過(guò)計(jì)算選主軸轉(zhuǎn)速為 50r/min,此時(shí)機(jī)器人行走速度可得為： hkm / 5 0V ???? 即可滿足設(shè)計(jì)任務(wù)所需求。主軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 50r/min.，據(jù)此可以選出所需直流減速伺服電機(jī)，經(jīng)查閱資料，選取直流電機(jī) J110SZ(ZYT)PX，減速比為60，輸出軸轉(zhuǎn)速為 3000r/min，功率為 ,能夠滿足需求。因此設(shè)計(jì)的傳動(dòng)路線如下： 直流減速電機(jī) 同步帶輪 主軸 連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)器人腿部 . 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式有承載繩疲勞拉斷、打滑與跳齒、帶齒的過(guò)度磨損。因此同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則是帶在不打滑的情況下具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承載繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下，應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。 確定計(jì)算功率 CP 的確定方法與普通 V帶相同，即 PKP AC ? 式中 AK 為工況系數(shù)（參考機(jī)械設(shè)計(jì)表）取為 ， P為傳遞的名義功率 ， 帶入計(jì)算可得 ? 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 選擇同步帶型號(hào) 根據(jù)計(jì)算功率 CP 和小帶輪轉(zhuǎn)速 1n ，由機(jī)械設(shè)計(jì)參考圖例選擇帶型為 H性。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)同步帶的帶寬系列，有 、 、 、 、 五個(gè)系列，本次設(shè)計(jì)選擇帶寬為 ,圓整為 50mm. 確定帶輪齒數(shù) 1z 、 2z 和帶輪節(jié)圓直徑 1pd 、 2pd 一般取小帶輪齒數(shù) min1zz? （參考機(jī)械設(shè)計(jì)表 813）。當(dāng)帶速和安裝尺寸允許時(shí)， 1z 應(yīng)盡可能選得多些。大輪齒數(shù) 12 izz ? ,并取為整數(shù) 。根據(jù)表上數(shù)據(jù)，22min ?z ，本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為 1:1，取 2721 ??zz . ?? bbpp pzpzdd 2121 ??? bp 為同步帶的基本參數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)表 82 知 bp = 帶入公式計(jì)算得 mmdd pp 11021 ?? 驗(yàn)算帶速 v m ax11100060 vndv p ??? ? 式中個(gè)符號(hào)單位同前。通常， XL、 L 型的 smv 50max ? ； H型的 smv 40max ? ；XH、 XXH 型的 smv 30max ? 。 將各數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算的 smv ? ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足于帶速要求。 確定中心距 a 和同步帶節(jié)線長(zhǎng)度 PL 及齒數(shù) z 按結(jié)構(gòu)要求或按下式初定中心距 0a ： )(2)( 21021 pppp ddadd ???? 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ———————————————————————————————————————————— 即 220214 0 ?? a 取 mma 2080 ? 即可 作用在軸上的壓力 V1000PF CQ ? 試中 CP 為皮帶輪傳遞功率 ,單位為 KW， V為帶速 ,單位為 m/s,QF 的單位為 N。代入計(jì)算可得 Q ?. 帶輪的材料可根據(jù)使用要求和傳遞功率的大小采用鋼 、鑄鐵 、粉末冶金或鑄鋁合金；傳遞功率小的高速帶輪的材料可以采用工程塑料和尼龍。 為了保證帶與帶輪輪齒的正確嚙合，兩者的節(jié)距和齒形角應(yīng)相等。工作是為了防止同