【導(dǎo)讀】是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，嚴(yán)格按照學(xué)校和學(xué)院的有關(guān)規(guī)定由本人獨(dú)立完成。所引用的觀點(diǎn)和參考資料均已標(biāo)注并加以注釋。論文研究過(guò)程中不存在抄襲。他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。如若出現(xiàn)任何侵犯他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問(wèn)。題，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。隨著全球汽車制造工業(yè)的迅速發(fā)展，在汽車裝配作業(yè)中，出現(xiàn)了以裝配機(jī)器人為核心，產(chǎn)效率，加速汽車工的業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程。裝配機(jī)器人的工作內(nèi)容，主要是實(shí)現(xiàn)將一些對(duì)應(yīng)的零件裝配成一個(gè)產(chǎn)品部件或產(chǎn)品，的作業(yè)，如輸送、搬運(yùn)、檢測(cè)和安置等工作。體構(gòu)思一臺(tái)六自由度輪胎裝配機(jī)器人，完成其中三個(gè)自由度的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。據(jù)各軸的受力特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)妮S承和安裝方式。結(jié)構(gòu)方案確定后，利用CATIA三維結(jié)構(gòu)建模進(jìn)行可行性模擬。根據(jù)傳動(dòng)比和功率設(shè)計(jì)一對(duì)嚙合齒輪傳動(dòng)，通過(guò)。另外，利用有限元分析對(duì)關(guān)鍵零件的危險(xiǎn)截面進(jìn)行分析，得出其形變。應(yīng)力和位移，從而校核該零件的剛度和強(qiáng)度。最終繪制輪胎裝配機(jī)器人的二維裝配圖和零

　　

【正文】 Computer Aided TriDimensional Interface Application 的縮寫。 是 世界上一種主流的 CAD /CAE/CAM 一體化軟件。 CA TIA是法國(guó) Dassault System 公司的 C AD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界 CAD/ CAE/ CAM 領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽 車制造、造船、機(jī)械制造、電子 \電器、消費(fèi)品行業(yè)， 它的集 成解決方 案覆蓋所 有的產(chǎn) 品 設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的 DMU 電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是 推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力 和生產(chǎn)力的提高。 CATIA 提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需 要。包括 :從汽車、大型的波音 747 飛機(jī)、直升機(jī)、機(jī)到汽車車輪輪轂，幾乎涵蓋了所有的 制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò) 13,0 00的用戶選擇了 CAT IA。 圖 41 汽車 CATIA 模型 圖 42 波音 747CATIA 模型 圖 43 汽車輪轂 CATIA 模型 圖 44 直升機(jī) CATIA 模型 CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車業(yè)，已成 為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。 C ATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。 其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機(jī)公司使用 C ATIA 完成了整個(gè)波 音 77 7的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇 跡，從而也確定了 CA TIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi) 21 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 輪胎裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 的領(lǐng)先地位。 CATIA 是法國(guó)達(dá)索公 司開(kāi)發(fā) 的旗艦 解決方 案。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部 分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來(lái) 的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、 模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。 模塊化的 CAT IA系列產(chǎn)品旨 在滿足客戶在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)中的需要，包括 風(fēng)格和外 型設(shè) 計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。 CA TIA 產(chǎn)品基 于開(kāi)放式可擴(kuò)展的 V5 架構(gòu)。通過(guò)使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，縮短開(kāi)發(fā)周期， C ATIA 解 決方案加快企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求的反應(yīng)。 CATIA 系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的 3D 設(shè)計(jì)和 模擬解 決方案 ：汽車、航空航 天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。 CATIA 先進(jìn)的混合建模技術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)象的混合建模：在 CATI A 的設(shè)計(jì)環(huán)境中，無(wú)論是實(shí)體 還是曲面，做到了真正的互操作；變量和參數(shù)化混合建模：在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者不 必考慮 如 何參數(shù)化設(shè)計(jì)目標(biāo)， CAT IA 提供了變量驅(qū) 動(dòng)及后參數(shù)化能力。 CATIA 具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性 ，無(wú)論是實(shí)體建 模還是曲面造型，由于 CATI A提供了智能化的樹(shù)結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷 的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù) 修改，即使是在設(shè)計(jì)的最后階段需要做重大的修改，或者是對(duì)原有方案的更新?lián)Q代，對(duì)于 C ATIA 來(lái)說(shuō)，都是非常容易的事。 CATIA 的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手包括 U G NX， Pro/E， Topsolid, C inma tro n。其中 NX和 Pr o/E 與 CATIA 可謂三分天下。目前 CAT IA 在設(shè)計(jì)與工程軟件中占有最多的市場(chǎng)份額 。 與競(jìng)爭(zhēng)對(duì) 手相比 ， C ATIA 的優(yōu)勢(shì)在于賞心悅目的界面，易用而強(qiáng)大的功能，在汽車、航空航天、造船等專用 行業(yè)強(qiáng)大的功能支持等， IT 老大 IB M的全球銷售合作。 4 .2 三維模型展示 基于 CA TIA的實(shí)體建模功能 對(duì)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)建模： 圖 45 S3軸三維模型 圖 46 電機(jī) 3 三維模型 22 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 47 S2 軸三維模型 圖 48 電機(jī) 2 三維模型 圖 49 S1A 軸三維模型 圖 410 S1B 軸三維模型 圖 411 電機(jī) 1 三維模型 23 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 輪胎裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)、首先 根據(jù)設(shè)計(jì)要 求在草稿上繪制各零件的形狀。然后在 C ATIA 的零件模式下， 通過(guò)草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、剪切、掃描、混合等功能生成實(shí)體零部件。為了便于直觀的區(qū)分 零部件，對(duì)部分零部件進(jìn)行上色。 圖 412 電機(jī) 1 支架三維模型 圖 413 S1B 軸法蘭三維模型 (2)、完成各零件的實(shí)體造型之后，用 CATIA 的裝配模塊把各個(gè)零件按各種約束關(guān)系組 裝在一起。圖 45 至 4 13 為三維零件模型圖，圖 414 和圖 4 15 是裝配模型圖。 圖 414 機(jī)械臂三維裝配模型圖 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 .3 本章小結(jié) 圖 415 輪胎裝配機(jī)器人總裝配模型 本章主要 介紹了 曲面效果非常強(qiáng)大的三維建模軟件，是對(duì) CAT IA 軟件理論學(xué)習(xí)的實(shí)踐 運(yùn)用，通過(guò)對(duì)輪胎裝配 機(jī)器人三維模型的繪制，一方面檢驗(yàn)了 CAT IA 軟件的學(xué)習(xí)情況，另 一方面，可以更加形象的表示外形結(jié)構(gòu)，避免運(yùn)動(dòng)干涉，使布局合理，為后面的校核計(jì)算 奠定基礎(chǔ)。 25 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 輪胎裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 5 章 主要零件的設(shè)計(jì)分析和校核計(jì)算 5 .1 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 5 . 選擇齒輪材料及精度等級(jí) （ 1 ）按預(yù)定的傳動(dòng)方案，根據(jù)齒輪傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比穩(wěn)定、工作可靠、 壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，一軸驅(qū)動(dòng)的傳遞方式確定為齒輪傳動(dòng)，又因?yàn)榱Φ膫鬟f在直線方向，故 選 擇直齒圓柱齒輪傳 動(dòng)。 （ 2 ）裝配機(jī)器人為一般工作機(jī)器，速度不高，故選 用 7 級(jí)精 度（ G B1009588）。 （ 3 ）材料選擇。考 慮減速 器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。小 齒輪選用 40C r （調(diào)質(zhì)），齒面硬度為 280HBS，大齒輪選用 45 鋼（ 調(diào)質(zhì)） 齒面硬度 24 0HBS，兩者材料硬 度差為 40HBS ；齒面精糙度 Ra≤~ μm （ 4 ）選小齒輪齒 數(shù) z 1=50，傳動(dòng)比 i0=2，齒數(shù)比： u=i0=2， 則大齒輪齒數(shù)： z2= iz1=25 0=1 00 5 . 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 d1≥(kT1(u+1)/φdu[σH] ) （ 51） （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)試選載荷系 數(shù) k t，查《機(jī)械 設(shè)計(jì)手 冊(cè)》 取 k t=。 2) 計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩 T1=9 *10 P/n=*1 0 *m=637 Nmm （ 5 2） 3)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》取 φd=1 4)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得材料的彈性影響系 數(shù) Z E= MPa 5)許用接觸應(yīng)力 [σH] 按齒 面硬度查得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng) 度極限 σHlim1=600 Mpa ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng) 度極限 σHlim2=550Mpa 。 6)由式 1 013 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次 數(shù) NL NL1=60 njLh=6030001(28300 15)=10 （ 5 3） NL2=NL1/i=1 0 /3= 10 （ 54） 7)按《機(jī)械設(shè)計(jì)》取接 觸疲勞 的壽命系數(shù)： KNT1=1 KNT2= 8) 計(jì)算接觸疲勞許 用應(yīng)力 。 取失效概率為 1%，通用齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數(shù) SH= 得： [σH]1=σHlim1KHN1/S H=600 1/ Mpa=600M pa （ 5 5） [σH]2=σHlim2KHN 2/SH=550（ 56） ( 2)計(jì)算 26 2 1/3 5 5 1/2 9 9 9 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1）試算小齒輪分度圓直 徑 d 2 1t，代入 [σH]中較小的值。 2 1/3 d1≥{KTT1(u+1) Z E /φdu[σH] 2 } 2 1/3 =2 .32 {1637(3+1) /(134 95 )} 2）計(jì)算圓周速度 v。 mm= 103 .2mm （ 57） v= π d d1t n1/601000=3 .14 3000/601000=（ 58） 3）計(jì)算齒 寬 b 。 b= φd dd1t=10mm （ 5 9） 4） 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 。 模數(shù)： mt=d1t/z1 = /50 =2. 48m m （ 5 10 ） 齒高： h=1 .8 mt=2. 06= （ 5 11 ） b/ h=103. 2/4 .64 =22 （ 5 12 ） 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=1 m/s ， 7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 194 頁(yè)，圖 108 查得動(dòng)載荷系數(shù)為 Kv=1 .12； 直齒輪， KHα = KFα =1；由表 1 02 查得使用系數(shù) KA=1；由表 1 04 用插值法查 得 7 級(jí)精度、 小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， KHβ = 由 b/h=， KHβ = 查圖 1013 得 KFβ =； 故載荷系數(shù) K= KA Kv KHα KHβ =11= （ 51 3） 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（ 1010a）得 d1= d1t (k/Kt) = () =102mm （ 51 4） 7）計(jì)算模 數(shù) m 。 m= d1/z1 =102/ 50= 4mm （ 5 15 ） 5 . 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式（ 10 5）得彎曲強(qiáng) 度的設(shè) 計(jì)公式 為 m≥ (2kT1 YFaYSa /φdz1 [σF]) （ 516） （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由圖 1020 c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σFE1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 極限 σFE2=380MPa； 2）由圖 10 18 取彎曲疲勞 壽 命系 數(shù) KFN1=， KFN2=； 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1 .4，由式（ 10 12）得 [σF] 1=KFN1σFE1/S=500/= MPa （ 5 17 ） [σF] 2=KFN2σFE2/S=380/= MPa （ 5 18 ） 4）計(jì)算載荷技術(shù) K。 K= KA Kv KFα KFβ =111 .4= 7 （ 5 19 ） 27 1/3 1/3 2 1/3 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 輪胎裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5）查取齒形系數(shù)。