【正文】 (6一Zm)= 由文獻(xiàn)[13]表420可以查Pb==,同步帶寬為: bs=(Pd/P0KZ)1/=()1/=查文獻(xiàn)【13】表425得帶寬的標(biāo)準(zhǔn)值，為安全可靠， 帶寬bs=， 帶寬系數(shù):KW=（bs/bso）=， [2]得：Ta=, [l]得:m= kg/m 帶的圓周速度:v=PbZ1n1/60000= 帶的工作能力:P=(K2KwTabsmv2/bso)vx10 （45） =() ==Pd 額定功率大于設(shè)計(jì)功率，故帶的傳動(dòng)能力足夠。 結(jié)果整理如下: 兩極同步帶類(lèi)型均為為L(zhǎng)型同步齒型帶Pb=,帶寬bs= 一級(jí)同步齒型帶齒數(shù): Zp1=80,帶長(zhǎng)：Lp1=402mm，代號(hào)160 二級(jí)同步齒型帶齒數(shù): Zp2=125,帶長(zhǎng)：Lp1=402mm，代號(hào)160 各帶輪齒數(shù)：Z1=13,Z2=60,Z3=17,Z4=40 各帶輪節(jié)徑：d1=，d2=，d3=，d4= 傳動(dòng)中心距：L1=100mm，L2=115mm 圖13 工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)器臂大臂結(jié)構(gòu)圖 絲杠螺母設(shè)計(jì)設(shè)絲杠所受軸向載荷總和為200N，由于載荷較小，強(qiáng)度不成問(wèn)題，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，從標(biāo)準(zhǔn)系列中選取以下參數(shù): 螺 距 :p=2mm，梯形螺紋 導(dǎo)程 : s=2mm 頭 數(shù) : Z=1螺母高度與螺紋中徑之比: =H/d2= 螺紋牙工作高度:h=1mm 絲杠耐磨性計(jì)算絲杠材料采用鋼，螺母材料選用青銅，根據(jù)［21］表38取許用比壓[P]一11N/mm2對(duì)于單頭標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋: d2≧ = （46） 式中:P一軸向載荷N, 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列，取絲杠公稱(chēng)直徑d=10mm 絲杠穩(wěn)定性計(jì)算柔度：= l/i式中: 一長(zhǎng)度系數(shù)，這里取2l一絲杠最大工作長(zhǎng)度取200mmi一危險(xiǎn)截面慣性半徑,i=d1/4= 帶入數(shù)據(jù)得：=2x200/= 絲杠臨界壓縮載荷:Pc=π2EI/(l)2 式中:E一彈性模量， I慣性矩，I=πd14/64= 代入數(shù)據(jù)得：Pc= 取絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)nW = 4 則:Pc/nw=》200N 故絲杠穩(wěn)定。 絲杠剛度計(jì)算 一個(gè)導(dǎo)程的變形量的最大值: =4ps/πEd12+16Ms2/π2Gd14 （47） 式中:p一軸向載荷200 N s一 導(dǎo)程 2mm E一 D1一 絲杠小徑 9mm M一絲杠傳遞扭矩,，M=T= G一 切變模量 將數(shù)據(jù)代入得: =一米變形量為: 1000=200mm變形量為： 200=200s/2=\由變形量可知，絲杠變形較小，剛度足夠。 絲杠和螺母螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 螺母所受彎曲應(yīng)力: w=3phs/πdb2LZ=（48） 式中:b一齒根寬度b==，其它字母意義同前。青銅的許用彎曲應(yīng)力為:[w]=49N/mm2，故w ［a］螺母螺紋所受剪切應(yīng)力:=ps/πdbLZ=（49） 青銅的許用剪切應(yīng)力為[]=49N/ mm 2，故: ［］絲杠螺紋所受彎曲應(yīng)力： w=3phs/πdb2LZ=（）= 鋼的許用彎曲應(yīng)力為 [ w]=72N/mm 2 故。，w [ w]絲杠的螺紋所受的剪切應(yīng)力: =ps/πd1bLZ=()=鋼的許用剪切強(qiáng)度為[]=120N/mm 2，故: ［］ 以上校核表明，絲杠和螺母的螺紋牙強(qiáng)度足夠。 螺紋副自鎖條件校核由[2]表310得，此螺紋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)fw=. 當(dāng)量摩擦角為: v =arctgfw = 由式(26)知，螺旋升角為: v 故此螺紋副能自鎖.結(jié)論: 絲杠螺母副公稱(chēng)直徑d=10mm，導(dǎo)程p=2mm，剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性均合格，且能自鎖。 各輸出軸的設(shè)計(jì)各軸的材料均選用45號(hào)鋼，軸的許用扭剪應(yīng)力［］= 30MPa，由許用應(yīng)力確定的系數(shù)為C=120. 機(jī)身輸出軸設(shè)計(jì)圖14 機(jī)身輸出軸 由圖知，此軸傳遞扭矩T=20Nm，轉(zhuǎn)速v=300/s，則傳遞功率為： P=Txw=20π/6== n=wx60/360=5r/min d≧C=120x= （410） 與諧波減速器連接部分軸徑最小，有鍵槽，由于它承受了大臂、小臂、腕部及負(fù)載所帶來(lái)的彎距，另外減速器的軸頸較大，故d的值可取大一些，這里取d=45mm。軸承部分45mm，軸承選為單列向心推力球軸承，軸承型號(hào)為66000，其余根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。由于載荷不大，軸承選的較大，強(qiáng)度足夠，這里不再詳算。 大臂輸出軸設(shè)計(jì)圖15 大臂輸出軸 由式33知，此軸的設(shè)計(jì)功率為Pd=0 .382W，轉(zhuǎn)速w=150/s,n=15x60/360=： d≧C=最小軸徑在兩臂連接處，有鍵槽，且承受一定彎矩，故取d=10mm，軸承部分軸徑選用 10，其余按結(jié)構(gòu)確定。軸承選為單列向心球軸承，軸承型號(hào)為0000，其余根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。 帶輪軸設(shè)計(jì)圖16 帶輪軸此軸傳遞的扭矩為: T=2To/i2x =()=此軸的轉(zhuǎn)速為w=300/s, 則傳遞功率為: P=Txw= N=wx60/360=5r/min d≧C=由于軸上有鍵槽,承受一定彎矩,取d=15mm，軸承處軸頸取為d=15mm。軸承選為單列向心球軸承，軸承型號(hào)為0000. 伸縮軸設(shè)計(jì) 伸縮軸上螺母與絲杠配合，故需設(shè)計(jì)成空心軸，主要承受軸向拉力，取內(nèi)徑d=12mm，外徑D=20mm，用兩光杠與一直線(xiàn)軸承導(dǎo)向。絲杠上設(shè)置一對(duì)向心球軸承支撐，軸承型號(hào)為0000。光杠采用5鋼棒， 與伸縮軸平行放置，示意圖如下：圖17 伸縮軸導(dǎo)向示意圖絲杠傳遞扭矩T=，則光杠所受圓周力: Ft=T/(31x103)=則光杠所受徑向力為:F=光杠撓度最大值:Ymax=Fl3/192EI式中:1一光杠長(zhǎng)度395mmE一彈性模量200GpaI慣性矩 I=1/64πd4將數(shù)據(jù)代入得:Ymax= m由變形量可知，光杠變形較小，剛度足夠。 殼體設(shè)計(jì)機(jī)身部分采用鑄鐵材料，方形結(jié)構(gòu)。如下面機(jī)身底座底板的圖形結(jié)構(gòu)。機(jī)械臂的整個(gè)機(jī)身的重量都?jí)涸诹说装嫔?，因此，以保證足夠的強(qiáng)度。圖18 機(jī)身底座底板大臂殼體采用鑄鐵，方形結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，強(qiáng)度大。底板厚5mm，上壁厚5mm。側(cè)面厚度為5mm左右。大臂殼在此次機(jī)械臂中主要是輔助的作用，承載小臂軸的重量。大臂做水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并為小臂提供俯仰運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，對(duì)大臂沒(méi)有特殊的要求，一般的強(qiáng)度就可滿(mǎn)足要求。大臂采用鑄造成型再經(jīng)過(guò)一些加工，如圖19所示。圖19 大臂殼結(jié)構(gòu)圖20 底座殼結(jié)構(gòu)小臂外殼體采用鑄鐵，U形結(jié)構(gòu)，底板厚度5mm，上壁及筋板厚45mm。側(cè)面用塑料，厚度3mm左右。圖21 小臂殼結(jié)構(gòu)圖 腕部外殼采用鑄鐵，分為上下兩部分，圓筒形結(jié)構(gòu)，壁厚5mm。其它部分具體尺寸由結(jié)構(gòu)確定，這里不一一敘述，詳見(jiàn)圖紙。 圖22 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂球坐標(biāo)型機(jī)械臂總體裝配圖結(jié) 論我國(guó)機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，雖已取得較大發(fā)展，但較之發(fā)達(dá)國(guó)家的水平仍有較大距離，應(yīng)積極探索適合我國(guó)國(guó)情的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用思路，開(kāi)發(fā)低成本、高性?xún)r(jià)比的實(shí)用型工業(yè)機(jī)器人，而且隨著國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展、社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)裝配機(jī)器人發(fā)展的直接動(dòng)力。工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)械臂將在輕型、較簡(jiǎn)單且要求機(jī)器人價(jià)格較低的裝配作業(yè)中大顯身手。本課題正是在這種背景下提出來(lái)的，這是一項(xiàng)具有重要意義的課題。本文主要完成了工業(yè)機(jī)器人球坐標(biāo)型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的球坐標(biāo)機(jī)械臂應(yīng)該具有外形美觀(guān)、體積小、重量輕、成本低、傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，為此機(jī)器人設(shè)計(jì)成具有三個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)，機(jī)身、大臂和小臂組成。其中第三個(gè)自由度為移動(dòng)關(guān)節(jié)。其余兩個(gè)自由度均為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。球坐標(biāo)機(jī)械臂三個(gè)關(guān)節(jié)均選用價(jià)格低廉的直流無(wú)刷伺服電機(jī)。第一個(gè)關(guān)節(jié)采用行星齒輪減速器傳動(dòng)，這種減速器具有減速比大、精度高、定位安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。第二個(gè)關(guān)節(jié)采用了同步齒形帶的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，充分利用了大臂的空間，結(jié)構(gòu)緊湊。第三個(gè)關(guān)節(jié)采用了絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，絲杠本身具有自鎖功能，傳動(dòng)精度較高。此次設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)將近三個(gè)月的努力，但還沒(méi)有盡善盡美，還要根據(jù)社會(huì)的需求不斷改進(jìn)完善。致 謝只有當(dāng)你爬上山頂后俯瞰美麗的自然風(fēng)光的時(shí)候，你才會(huì)忘掉旅程的艱辛，但難以忘記的是那些在你攀登過(guò)程中給予你幫助的人們。時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間我已是一個(gè)即將畢業(yè)的大學(xué)生，大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了充分的應(yīng)用和發(fā)展。在這四年的學(xué)習(xí)和生活中，全體老師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)作風(fēng)和忘我的敬業(yè)精神使我深深地受到了感動(dòng)。老師們的言傳身教培養(yǎng)了我良好的學(xué)習(xí)態(tài)度。各位老師教給我的知識(shí)將伴隨我以后的工作生涯。老師的教誨我將牢記在心中，在今后的學(xué)習(xí)和工作中我會(huì)更加努力地拼搏，不辜負(fù)各位老師的期望和厚愛(ài)。對(duì)老師們的教導(dǎo)和辛勤勞動(dòng)表示萬(wàn)分感謝。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，本文的選題、論證、課題研究以及論文的撰寫(xiě)工作均是在導(dǎo)師耿軍曉的直接關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。耿老師一直致力于給我們營(yíng)造了一個(gè)獨(dú)立、自由、開(kāi)放以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)氛圍，從很大程度上激發(fā)了我獨(dú)立創(chuàng)新熱情和潛力，使我在機(jī)器人研究領(lǐng)域進(jìn)行了諸多有實(shí)際意義的工作，在整個(gè)課題研究過(guò)程中，耿老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，敏捷的思維，淵博的知識(shí)均使我受益終身。在論文完成之際，謹(jǐn)向耿老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。另外在本課題的研究和學(xué)習(xí)過(guò)程中，還得到了多名同班同學(xué)的熱情幫助和寶貴意見(jiàn)，是我的設(shè)計(jì)能夠更完美。在此，本文作者對(duì)上述老師、同學(xué)表示衷心感謝。祝愿他們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和工作中身體健健康康、順順利利。我還要感謝鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的栽培和培養(yǎng)。感謝身邊所有的老師，同學(xué)和朋友，謝謝你們四年來(lái)對(duì)我的關(guān)心，支持和幫助，與你們一起走過(guò)的四年大學(xué)生活，將會(huì)是我一生最珍貴的回憶。我還要感謝父母這些年來(lái)對(duì)我無(wú)怨無(wú)悔的支持和幫助，是他們供養(yǎng)我完成了整個(gè)大學(xué)課程的學(xué)習(xí)，愿他們身體健康，生活幸福。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)我的論文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位老師表示衷心地感謝！衷心祝愿我的母校鄭州輕工業(yè)學(xué)院的明天更加美好！參考文獻(xiàn)[1]:清華大學(xué)出版社，2000[2]. 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