【導讀】用于焊接的關(guān)節(jié)型機器人的手腕和末端執(zhí)行器。要求進行了機器人的總體設計。確定機器人的外形時，擬定了手腕。了齒輪和軸的結(jié)構(gòu)，并進行了強度校核計算。傳動中采用了軟軸、設計中大多采用了標準件和常用件，降低了設計和制

　　

【正文】 h a 齒根高 fh )( )( ???? ???? mchah f 齒頂圓直徑 ad mm44co s2 a1a1 ??? ?hddmm2 0 2co s2 a2a2 ??? ?hdd 齒根圓直徑 fd mm37c o s21f1 ??? ?fhddmm1 9 7c o s22f2 ??? ?fhdd 齒頂角 a? 0 1 9 5 ?? Rh aa? 齒根角 f? ?? Rh ff? 分度圓錐角 ? ?? Rmz? 頂錐角 a? ???? aa ??? 根錐角 f? ?10??? ff ??? 錐距 R mm102s in2/ ?? ?mzR 齒寬 b )~ ?? Rb 24 表 45 齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mm4020211 ???? mzdmm16080222 ???? mzd 齒頂高 ah mm221 ???? ?mhah a 齒根高 fh )( )( ???? ???? mchah f 齒根圓直徑 fd mm36c o s211 ??? ?ff hddmm158c o s222 ??? ?ff hdd 齒頂角 a? ?? Rh aa? 齒根角 f? 0 2 9 ?? Rh ff? 分度圓錐角 ? 1 9 ?? Rmz? 頂錐角 a? ???? aa ??? 根錐角 f? ?10??? ff ??? 錐距 R mm82s in2/ ?? ?mzR 齒寬 b )~( ?? Rb 擺腕部分齒輪設計 第一極圓柱齒輪傳動：齒輪采用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度180~190HBS，齒輪精度等級為 7 極。取 4020220 21 ???? zz ，則 。經(jīng)計算齒輪滿足要求。小齒輪作成齒輪軸。 25 第二極圓錐 齒輪傳動：齒輪采用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度180~190HBS，齒輪精度等級為 7 極。取 1 0 020520 21 ???? zz ，則 。經(jīng)計算齒輪滿足要求。小齒輪作成齒輪軸。 表 46 齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mm4020211 ???? mzdmm8040222 ???? mzd 齒頂高 ah mm221 ???? ?mhah a 齒根高 fh )( )( ???? ???? mchah f 齒頂圓直徑 1ad mm44211 ??? aa hdd mm84222 ??? aa hdd 齒根圓直徑 1fd mm35211 ??? ff hdd mm75222 ??? ff hdd 基圓直徑 1bd o s11 ?? ?dd b o s22 ?? ?dd b 齒距 p ???? mp ? 齒厚 s ?? ms ? 齒槽寬 e ?? me ? 中心距 a mm602/)( 21 ??? dda 頂隙 c ???? ? mcc 26 軸的設計和校核 軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運輸、安裝等條件。軸的結(jié)構(gòu)，應使軸受力合理，避免或減輕應力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。對于要求剛度大的軸，還應該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形 [18]。 輸出軸的設計 擺腕的傳動軸根據(jù)連軸器 選：軸徑 mm18?d ，根據(jù)結(jié)構(gòu)取軸長l=135mm。 由于要實現(xiàn)擺腕，工作時要求彼此有相對運動的空間傳動所以提腕和轉(zhuǎn)腕的傳動軸采用軟軸。軟軸通常由鋼絲軟軸、軟管、軟軸接頭和軟管接頭等幾部分組成。 （ 1） 鋼絲軟軸由幾層彈簧鋼絲緊繞在一起構(gòu)成的。每層又由若干根鋼絲組成。相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。 （ 2） 軟管用來保護鋼絲軟軸，以免與外界的機件接觸，并保存潤滑劑和防止塵垢侵入；工作時軟管還起支撐作用。 （ 3） 軟軸接頭用以 連接動力輸出軸及工作部件 （ 4） 軟管接口用以連接傳動裝置及工作部件的機體，有時也是軟軸接頭的軸承座。 在使用軟軸的時候要注意鋼絲軟軸必須定時涂潤滑脂，不得使軟軸的彎曲半徑小于允許最小半徑。 傳動軸的設計 軸的材料為 45 號鋼，調(diào) 質(zhì) 處理 。 27 表 47 齒輪的幾何尺寸 名稱 符號 公式 分度圓直徑 d mm4020211 ???? mzdmm202000222 ???? mzd 齒頂高 ah mm221 ???? ?mhah a 齒根高 fh )( )( ???? ???? mchah f 齒頂圓直徑 ad mm44c o s211 ??? ?aa hddmm202c o s222 ??? ?aa hdd 齒根圓直徑 fd mm37c o s211 ??? ?ff hddmm197c o s222 ??? ?ff hdd 齒頂角 a? ?? Rh aa? 齒根角 f? 0 2 3 ?? Rh ff? 分度圓錐角 ? 1 9 ?? Rmz? 頂錐角 a? ???? aa ??? 根錐角 f? ?10??? ff ??? 錐距 R mm102s in2/ ?? ?mzR 齒寬 b )~( ?? Rb 1. 初估軸徑 c=106~117,取 c=106 則 28 npcd3min? （ 47） 3?? ? 2. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從 mind 處開始逐段確定軸徑，上面計算的 mind 是軸段 1 的直徑，由于軸段 1 上安裝連軸器，因此軸段 1 直徑的確定和連軸器型號同時進行。這次選用的是波紋管連軸器。故軸段 1 直徑 1d ＝ 20mm。 右端用軸肩固定，考慮到在軸段 2 上裝套筒，故取軸徑 2d ＝22mm。 在軸段 3 上要安裝軸承，其直徑應該便于軸承安裝，又應該符合軸承內(nèi)徑系列， 即軸段 3 的直徑應與軸承型號的選擇同時進行?，F(xiàn)取角接觸球軸承型號為 7205，其內(nèi)徑 3d ＝ 25mm。通常一根軸上的兩個軸承取相同型號，故取軸段 7 的直徑 7d ＝ 25mm。 軸段 4 上用軸肩固定軸承，故取 4d ＝ 30mm。 軸段 5 上作成齒輪軸，尺寸與齒輪相同。 根據(jù)結(jié)構(gòu)確定軸段 6 的直徑 6d ＝ 30mm。 3. 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長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)軸器取 mm241 ?l 。 考慮到套筒長度取 mm212 ?l 。 根據(jù)軸承寬度取 73 mm15 ll ?? 。 29 根據(jù)結(jié)構(gòu) mm64 ?l mm426 ?l 。 41 軸的結(jié)構(gòu)設計草圖 軸的強度校核圖 軸在初步完成結(jié)構(gòu)設計后，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，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力，對于用于傳遞轉(zhuǎn)矩的軸應按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，對于只受彎矩的軸（心軸）應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 [19]。 T 主軸上的傳遞的功率： ??? ?PP傳 nPT ??? （ 48） 6 ??? mmN1193 ?? 求作用在齒輪上的力： 30 1 9 322mm4020239。39。39。?????????????tgtgFFdTFzmdtrtt? 畫軸的受力 如圖 42： 圖 42 軸的受力分析和彎扭矩圖 在水平面上 3R 1 H ?? ???? ll F r lF 31 1 . 7 1 R 1 HR 2 H ??? FFrF 在垂直面上 tR 1 VR 2 V ??? FFF 畫彎矩圖 如圖 42 在水平面上， aa— 剖面左側(cè) 9 1HaH ????? lFM aa— 剖面右側(cè) 6 39。 2R 2HaH ????? lFM 在垂直面上 39。aV ?????? lFMM 合成彎矩， aa— 剖面左側(cè) 222aV2aHa ?????? MMM aa— 剖面右側(cè) 39。39。39。 222aV2aHa ?????? MMM 畫轉(zhuǎn)矩圖 見圖 42 3 1 ????? dFT t aa— 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。 許用彎曲應力 ? ? ? ? M p a601 ?? b?? ， ? ? Mpa1000 ?b? ， ? ?? ? 10060a b0 b1 ??? ?? aa— 截面左側(cè) 32323 1 8442 )344( )( ???????? d tdbldW 32 ? ???? ?????? )()( 2222 W TMe 查得抗拉強度 Mpa650?B? ，彎曲疲勞強度 Mpa3001 ?? ，剪切疲勞極限 Mpa1551 ?? ，等效系數(shù) ??? ， =τψ aa— 截面左側(cè) 32323 4 6 2442 )344( )( ???????? d tdbldW 查得 1=σK ， =τK ；查得絕對尺寸系數(shù) ??? ， =τε ；軸經(jīng)磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù) ?β 。則： 彎曲應力 M P 1 8 3 6 0 ??? WMb?， 應力幅 M ?? ba ?? 平均應力 0=mσ 切應力 M p ??? TT WT? M p ??? Tma ??? 安全系數(shù) 13001 ????????maKS ?????????? 100 1551 ????????maKS ?????????? 0 8 0 1 0 8 0 2222 ?????????? SS SSS 查許用安全系數(shù) [ ] ～=S ， 顯然 []SS ，則 aa— 剖面安全。 33 其它軸用相同方法計算，結(jié)果都滿足要求。 夾持器的設計 根據(jù)焊槍的軸徑和機械接口的結(jié)構(gòu)設計了夾持器 [ 20]。本次設計使用的焊槍直徑為 50mm。用螺栓固定焊槍。通過螺栓與機械接口聯(lián)接。本實用新型涉及焊槍的夾持裝置，是一種焊槍夾持器，其包括定位座、套管、Ｕ形套管連接塊和Ｕ形固定桿連接塊；定位座與套管固定連接在一起；在定位座 內(nèi)有定位孔，在定位孔內(nèi)安裝有定位塊；在套管內(nèi)有頂桿，頂桿的中部通過螺紋安裝在套管內(nèi)并能在套管內(nèi)左右移動，頂桿的內(nèi)端穿過套管與定位塊的外端固定安裝在一起并能使定位塊在定位孔內(nèi)移動；Ｕ形套管連接塊通過套管安裝孔套裝在套管的外側(cè)。本實用新型結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，通過手輪調(diào)節(jié)在一根鎖緊桿上可調(diào)的Ｕ形套管連接塊和Ｕ形固定桿連接塊，實現(xiàn)對擺動器或焊接機頭和定位座的固定和調(diào)整，還通過定位座和定位塊配合完成對焊槍的鎖緊和調(diào)整，因此極大的提高了工作效率。 殼體的設計 鑄造鋁合金的密度比鑄鐵和鑄鋼小，而比 強度則較高。因此在承受同樣載荷條件下采用鋁合金鑄件，可以減輕結(jié)構(gòu)的重量，故在航空工業(yè)及動力機械和運輸機械制造中，鋁合金鑄件得到廣泛的應用。 鋁合金有良好的表面光澤，在大氣及淡水中具有良好的耐腐蝕性，故在民用器皿制造中，具有廣泛的用途。純鋁在硝酸及醋酸等氧化性酸類介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，因而鋁鑄件在化學工業(yè)中也有一定的用途。純鋁及鋁合金有良好的導熱性能，放在化工生產(chǎn)中使用的熱交換裝置，以及動力機械上要求具有良好導熱性能的零件，如內(nèi)燃機的汽缸蓋和活塞等，也適于用鋁合金來制造 [21]。 鋁合金具有 良好的鑄造性能。由于熔點較低（純鋁熔點為 度 ，鋁合金的澆注溫度一般約在 730～ 750 度左右），故能廣泛采用金屬型及壓力鑄造等鑄造方法，以提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，尺寸精度和表面光潔程度以及生產(chǎn)效率。鋁合金由于凝固潛熱大，在重量相 34 同條件下，鋁液的凝固過程時間延