【正文】 速輸出軸轉(zhuǎn)速許用輸入功率許用輸出功率XB3280A328050028 軸承的強度校核滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動軸承來支撐零件的。滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應(yīng)各種常用規(guī)格的軸承。滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動容易等特點。所以，本文所選取的是角接觸球軸承7207C，查機械手冊可知它的額定載荷C=30500N，基本額定靜載荷Co=20000N，軸承的預(yù)算壽命為15000h。如圖43所示的軸系受力分析：圖43 軸的受力分析 Axis stress analysis由資料可得，m，轉(zhuǎn)換成力為Fr=1100N求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2，由力分析可知： （41）求兩軸承的計算軸向力Fa1和Fa2對于70000C型軸承，按表43[9]，軸承派生軸向力，其中e為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)在軸承軸向力Fa未知，故先2初取e=，因此可估算 （42）進(jìn)行差值計算，得 ，再計算 （43）兩次計算的的值相差不大，因此確定e1=,e2=,Fa2=。求軸承的當(dāng)量動載荷P1和P2因為 （44）查手冊可得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為對軸承1 X1= Y1=對軸承2 X2=1 Y2=0因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表44[9]，取。則 （45）驗算軸承壽命因為P1P2，所以按軸承1的受力大小驗算 （46）故所選的軸承滿足壽命要求。 表43 約有半數(shù)滾動軸承接觸時派生軸向力Fd的計算公式Table 43 About half of the rolling contact of the derived formula for calculating the axial force Fd圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(α=15?)70000AC(α=25?)70000B(α=40?)表44 載荷系數(shù)fpTable 44 Load factor fp載荷性質(zhì)舉例無沖擊或輕微沖擊～電動機、汽輪機、通風(fēng)機、水泵等中等沖擊或中等慣性沖擊～車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等強大沖擊～破碎機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等進(jìn)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，采用相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其需用應(yīng)力。對于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算；對于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強度計算；對于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強度條件進(jìn)行計算，需要時還應(yīng)按疲勞強度條件進(jìn)行精確校核，以免產(chǎn)生過強的塑性變形。本文中中心軸主要承受的是扭轉(zhuǎn)力矩，所以應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 （47）式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa； T—軸所受的轉(zhuǎn)矩，Nmm； —軸的抗扭截面系數(shù)，； n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min； P—軸傳遞的功率，kW； d—計算截面處軸的直徑，mm； []—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，見表45。 表45 軸常見幾種材料的[]及Ao的值Table 45 Axis of Common Materials [] and the value of Ao軸的材料Q235A、20Q2735（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr1315～2520～3525～4535～55Ao149～126135～112126～103112～97由上式可得軸的直徑 （48）式中，,查表43。代入數(shù)據(jù)得d150=18mm.所設(shè)計軸的直徑都大于18mm,所以軸符合強度要求。5基于Matlab 的運動學(xué)仿真 機器人焊槍末端的位置規(guī)劃焊槍末端位置規(guī)劃是指使焊槍端部按照位置不斷地去擬合焊縫軌跡，對于本文機器人來說就是使得焊槍坐標(biāo)系和焊縫的坐標(biāo)系不斷地重合，而暫時不考慮焊槍的姿態(tài)。設(shè)Γ是三維空間中連續(xù)的光滑曲線，則在該曲線上任意一點的切向、法向和次法向方向上的單位矢量分別用 ，和來表示。這3個矢量成為曲線的弗萊納—雪列矢量，使其適當(dāng)?shù)嘏帕谐蛇@列即可描述Γ在任一點的方向，即該點的旋轉(zhuǎn)矩陣。同時由這3個矢量構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為弗萊納—雪列坐標(biāo)系。設(shè)s為該曲線上從給定起始點沿曲線Γ到當(dāng)前點的弧長，r表示任一點的坐標(biāo)矢量，則弗萊納—雪列矢量的定義如下[10]： （51）式中：表示，表示。而且在實際問題中，參數(shù)的幾何意義更加明顯，因此常用參數(shù)方程來表示軌跡曲線，需要用參數(shù)的形式來表示位置矢量。假設(shè)2個變量s和θ符合單調(diào)關(guān)系，則對于任一矢量v（θ）： （52）在這里，因此。這個關(guān)系對于標(biāo)量同樣適用。因此弗萊納—雪列矢量表達(dá)式可以改寫成[11]： （53）相貫線曲線方程化為參數(shù)方程可得： 。 （54） 因此，可以通過公式計算弗萊納—雪列三元矢量的各項：， （55） ， （56）（57）， （58）， （59）式中。 。 （510）矩陣即表示相貫線上焊點的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣。求解該相貫線的坐標(biāo)矩陣方程，可得如圖51所示的坐標(biāo)矩陣圖形，從圖看到采用弗萊納—雪列三元矢量表示的相貫線上焊點旋轉(zhuǎn)矩陣可以滿足焊接過程中的焊縫位置表示要求。圖51 相貫線上焊點旋轉(zhuǎn)矩陣的弗萊納—雪列三元矢量表示 Line intersecting joints of the rotation matrix Fu Laina snow out three yuan vector representation 利用Matlab建模Matlab Toolbox工具箱中有很多種建立機器人模型的方法，本文選用函數(shù)LINK([alpha A theta D sigma], 39。modified39。)[12]利用Matlab Toolbox工具箱建立焊接機器人模型的程序如下:close allL1 = link([ 0 0 0 0 1],39。modified39。)。%一號連桿參數(shù)，以下類似L2 = link([ 0 0 0 0 0],39。modified39。)。L3 = link([ 0 40 0 40 0],39。modified39。)。L4 = link([ pi/2 0 0 20 0],39。modified39。)。L5 = link([ pi/2 0 0 0 0],39。modified39。)。PAC=ROBOT({L1,L2,L3,L4,L5})。%構(gòu)建機器人=39。welding robot39。%機器人命名=trotx(pi/2)。%基座旋轉(zhuǎn)pi/2=transl(0,10,0)。 %焊槍長度10cmq0=[1 0 pi/2 pi/2 0]。%初始角度plot(PAC,q0)。drivebot(PAC)。 %機器人驅(qū)動命令利用Matlab Toolbox工具箱建立的機器人模型如圖52：圖52 焊接機器人模型圖 Welding robot model diagram運用MATLAB對各個模塊進(jìn)行編程，各個程序模塊結(jié)合起來，組成一個完整的程序?qū)C械臂的焊接軌跡進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖53，文章給出了3個不同方向的方針效果圖，可以看到不同時間機械臂的運動情況:圖53 焊接機器人的運動仿真 Welding robot motion simulation圖中，可以看出機械臂末端點的運動軌跡與錨鏈焊接所要求的馬鞍形曲線是相吻合的。機械臂末端點能夠很好地走出所需要的焊接軌跡，但在某些位置，機械臂的姿態(tài)并不是很好，需要局部調(diào)整才能夠更好地滿足仿真焊接要求。6結(jié)論在焊接生產(chǎn)中，錨鏈的焊接是一種常見的焊接形式。對于大型船用錨鏈相貫線的焊接，很多工廠仍用手工焊來完成，制造周期長，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，焊接質(zhì)量難以保持穩(wěn)定；對于大型錨鏈在焊接的過程中，需要對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，在高溫下人工操作環(huán)境非常惡劣。目前我國還沒有掌握這類自動焊接系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的相貫線自動焊接系統(tǒng)與產(chǎn)品成為當(dāng)前的迫切需要。基于此，本文深入地研究了馬鞍形曲線焊縫的形狀特征，設(shè)計了專用錨鏈焊接機器人的結(jié)構(gòu)。本文的主要貢獻(xiàn)：(1)建立了支管坐標(biāo)系下的相貫線方程。通過數(shù)學(xué)方程式可以看出，支管坐標(biāo)系下的相貫線描述比主管坐標(biāo)系下的相貫線方程描述要簡單，更能體現(xiàn)出相貫線的特點:將相貫線分解為圓周運動與直線運動的合成。本文運用相貫線這個特點將機器人的操作機設(shè)計成三個自由度，每個自由度對應(yīng)相貫線的一個特征。另外由于錨鏈結(jié)構(gòu)的特點，為了能使焊槍到達(dá)指定的焊點，所以本文采用的兩個自由度對焊槍的姿態(tài)進(jìn)行控制，機器人的運動控制更直觀。(2)設(shè)計了基于PMAC卡控制的專用錨鏈焊接機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。完成了自動焊接機中機械部分的設(shè)計。通過對錨鏈的制作過程進(jìn)行分析，完成了對主要部件的計算和校核。完成了錨鏈馬鞍型曲線的自動焊接和自動焊接過程中的手動調(diào)節(jié)功能。利用Solidworks對該機構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配，來驗證部件間的裝配關(guān)系是否合理和部件間是否發(fā)生干涉，以滿足設(shè)計要求。 (3)對焊接機器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于matlab的運動仿真。由于實驗條件限制，所做的工作還有待于進(jìn)一步深化和完善。今后，本課題還需在焊接機器人軌跡規(guī)劃優(yōu)化和焊縫跟蹤控制等方面進(jìn)行更加深入的研究，從而推動焊接機器人研究領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。未來的弧焊機器人和其焊縫跟蹤系統(tǒng)中還有相當(dāng)多有意義的工作等待解決，同時它們也是非常有挑戰(zhàn)性的。本文雖然對錨鏈自動焊接機結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為深入的研究，但隨著焊接自動化控制技術(shù)的發(fā)展，還有許多課題有待研究： （1）通用馬鞍型曲線焊縫插補算法的研究。 （2）增加焊接電壓和焊接電流等工藝參數(shù)的實時控制的系統(tǒng)的研究。 （3）利用三次B樣條實現(xiàn)對任意復(fù)雜空間曲線插補的研究。 （4）基于嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)