【導讀】作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單。指導和幫助以及本次選題的支持。對于不了解的問題細心指導，使我對機電有更加充分的認識。要感謝同班同學的相互幫助，使我能夠有一個很愉快的大學。幫助使我順利地完成任務。我求學所付出過的點點滴滴，感謝他們一直對我的信任，感謝他們的養(yǎng)育之恩。而至今仍無以為報。今后我會用自己的行動報答您們。最后，向細心審閱本論文的的專家教授衷心的說聲謝謝。有自動控制的的操作和移動功能，能夠完成各種作業(yè)的可編程操作機。于工業(yè)自動化領域。本論文主要針對機械機構(gòu)的介紹與設計。完成減速器的選取，軸承的選取，軸的設計。進行各部件的強度的校核。整個機器人可分為腰、大臂、小臂、腕四個部分，具有6個自由度。

　　

【正文】 208 40 80 18 6305 25 62 17 傳動機構(gòu)的設計 通過以上的比較基本確定是以齒輪傳動來帶動機器人運動 。齒輪可以根據(jù)齒型的不同分成多種的類型，其作用也有不同。通過齒輪的對比，暫時選定一下兩款結(jié)構(gòu)的齒輪傳動。圖 為直齒圓柱外嚙合齒輪，圖 內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪傳動。 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 18 圖 直齒圓柱外嚙合齒輪傳動 圖 直齒圓柱內(nèi)嚙合齒輪傳動 兩種齒輪對比的不同之處：內(nèi)齒輪的齒頂圓小于分度圓，齒根圓大于分度圓；內(nèi)齒輪的齒廓是內(nèi)凹的，其齒厚和齒槽寬分別對應于外齒輪的齒槽寬和齒厚；為了使內(nèi)齒輪齒頂?shù)凝X廓全部為漸開線，其齒頂圓必須大于基圓。當要求齒輪傳動軸平行，回轉(zhuǎn) 方向一致，且傳動結(jié)構(gòu)緊湊時可以采用內(nèi)嚙合齒輪傳動。 齒輪的設計 通過機器人的結(jié)構(gòu)設計將兩種傳動結(jié)構(gòu)分應用于機器人發(fā)現(xiàn)，內(nèi)嚙合齒輪在機器人應用中其結(jié)構(gòu)比較緊湊，符合小型焊接機器人的特點。所以內(nèi)嚙合齒輪傳動機構(gòu)是比較適合臂型機器人運動。由于機器人結(jié)構(gòu)具有 6 個自由度，所以需要6 組內(nèi)嚙合齒輪傳動機構(gòu)。分別應用于以下部件： 1) 機器人腰部旋轉(zhuǎn)機構(gòu)； 2) 機器人大臂俯仰機構(gòu)； 3) 機器人小臂俯仰機構(gòu)； 4) 機器人小臂旋轉(zhuǎn)機構(gòu)； 5) 機器人腕部俯仰機構(gòu)； 6) 機器人腕部旋轉(zhuǎn)機構(gòu)； 為了使齒輪傳動能夠正確的內(nèi)核并且連續(xù)的傳動，兩齒輪的模 數(shù)必須相等，且兩齒輪在分度圓上的齒形角也必須相同。 設計 6 組齒輪組為： ① 選擇直齒圓柱外嚙合齒輪與內(nèi)嚙合齒輪； ② 齒輪的工作速度不高所以選用 7 級精度 (GB/009588)； ③ 材料選擇 中心齒輪材料選擇 40Cr(調(diào)質(zhì) )，硬度 286HBS；內(nèi)嚙合齒輪材料選擇 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度 240HBS； ④ 尺寸選擇為表 所示。 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 19 表 各組齒輪設計 組別 第一組 第二組 第三組 第四組 第五組 第六組 類型 參數(shù) 主 動 輪A1 從 動 輪A2 主 動 輪B1 從 動 輪B2 主 動 輪C1 從 動 輪C2 主 動 輪D1 從 動 輪D2 主 動 輪E1 從 動 輪E2 主動輪F1 從動輪F2 分度圓 直徑 d（ mm） 80 200 80 120 60 120 42 84 36 72 36 72 齒數(shù) 40 100 40 60 30 60 24 48 24 48 24 48 模數(shù) 2 2 2 2 2 2 齒輪強度校核 1） 齒面接觸疲勞強度校核 校核齒面接觸疲勞強度需要用到赫茲公式 。 uubdKTZZ EHH 12 21 1 ???? ..................................（ ） 式中： EZ 彈性系數(shù)，其數(shù)值與材料有關(guān)； HZ 區(qū)域系數(shù)，對于標準齒輪， ?HZ ； K 載荷系數(shù)； 1T 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩； 1d小齒輪的分度圓直徑； u 傳動比 考慮電動機載荷均勻，取載荷系數(shù) K=1；以鑄鋼為原料，所以去彈性系數(shù)188?EZ ；齒寬 b=20mm；小齒輪分度圓直徑801?dmm；傳動比；小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 npT 95501 ?， 將以上數(shù)據(jù)代入公式 ，得MPaH ??。 再由許用接觸應力計算公式 ： HHH Slim][ ?? ? ....................................（ ） 式中： ][H? 許用接觸應力； limH? 接觸疲勞強度極限值，與齒面硬度有關(guān)； 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 20 HS 安全系數(shù)。 齒輪進行調(diào)制處理，硬度為 286HBS。取接觸疲勞極限 MPaH 550lim ?? ；安全系數(shù) ?HS 。 將以上數(shù)據(jù)代入式 ， 得 MPaH 440][ ?? 。 顯然，齒輪的接觸疲勞強度符合要求。 第 2 組， 3 組， 4 組， 5 組， 6 組用以上方法校核，結(jié)果同樣符合要求。 2）齒輪彎曲疲勞的校核 齒輪彎曲強 度的驗算公式 ： zbm YKTY SaFaF 22?? ........................................（ ） 式中： F? 齒輪彎曲強度； K載荷系數(shù)； b齒寬； T齒輪上的轉(zhuǎn)矩； m齒輪模數(shù)； z齒輪齒數(shù)； FaY 齒形系數(shù)； SaY 應力集中系數(shù)。 取載荷系數(shù) K=1；齒寬 b=20；小齒輪齒數(shù) z=40；齒輪模數(shù) m=2；小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 npT 95501 ?；取齒形系數(shù) ?FaY ；取應力集中系數(shù) ?SaY 。 將以上數(shù)據(jù)代入公式 得MPaF ??。 再由許用彎曲應力計算公式 ： FFEF S?? ?][ ..........................................（ ） 式中： ][F? 許用彎 曲應力； FE? 載荷系數(shù)； FS 安全系數(shù)； 齒輪進行調(diào)制處理，硬度為 286HBS。取齒根彎曲疲勞極限 MPaFE 410?? ；中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 21 安全系數(shù) ?FS 。 將以上數(shù)據(jù)代入式 ，得： MPaF ][ ?? 。 顯然齒輪的接觸疲勞強度符合要求。 第 2 組， 3 組， 4 組， 5 組， 6 組用以上方法校核，結(jié)果同樣符合要求。 減速器的選擇 通過以上的傳動機構(gòu)的設計，發(fā)現(xiàn)齒輪傳動，僅靠小齒輪內(nèi)嚙合大齒輪的減速時遠遠超出焊接機器人的轉(zhuǎn)速要求的。根據(jù)要求，焊接機器人的轉(zhuǎn)動速度要求是比較低的，所選電機的轉(zhuǎn)速在 3000rpm 左右，需要通過較大的減速比的減速器減速后才能達到焊接機器人速度的要求，所以減速器選擇減速范圍比較大的諧波減速器。圖 為諧波減速器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 諧波齒輪傳動式近代新發(fā)展起來的一種靠柔性齒輪來傳遞運動的機械傳動。諧波傳動主要有波發(fā)生器，柔輪和鋼輪三部分組成。柔輪輪體很薄，上有一段為特制的完整的 360 度齒圈。波發(fā)生器的徑向最大尺寸稍大于柔輪內(nèi)直徑，裝配時把它放入柔輪內(nèi)孔，是柔輪齒圈段變?yōu)闄E圓形，并使橢圓長軸出兩點的齒輪和鋼輪相嚙合，二端州出的輪齒脫開，若發(fā)生器旋轉(zhuǎn)，則鋼輪嚙合區(qū)也隨著變化，輪齒依次幫助嚙合和脫離。 通過設計設定該焊接機器人的腰部最大轉(zhuǎn)速為 ，電機的輸入轉(zhuǎn)速為 3000r/min。由于在傳動機構(gòu)的設計 中，腰部的齒輪傳動設計里已經(jīng)有了傳動比 i=。故經(jīng)過減速器輸出的轉(zhuǎn)速可為 ，則計算傳動比： 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 22 230001 ???? ?i ............................................() 通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)諧波減速器 R 系列中的 XB1 諧波傳動減速器的減速比范圍為： i=63~符合設計要求，通過查詢過具體型號得出 XB160120，符合要求。通過相同方法的計 算的出所需諧波減速器的型號為表 所示。 表 焊槍的選擇 焊接過程中執(zhí)行焊接操作的部分叫做焊槍。 焊槍工作原理：焊槍利用焊機的高電流，高電壓產(chǎn)生的熱量聚集在焊槍終端，融化焊絲，融化的焊絲滲透到需焊接的部位，冷卻后，被焊接的物體牢固的連接成一體。 對于焊槍市場上均可購買到各式各樣的。根據(jù)焊接工藝的要求，可以選擇不同形狀的焊槍。所以焊接部分設計就相對比較簡單，只要在機器人的腕部聯(lián)接上一把焊槍，焊槍由通過電線聯(lián)接焊機。而焊機的控制也是通過控制臺跟機器人達到同步控制。 焊接方式種類繁多，此設計的焊接機器人腕部頂端聯(lián)接 的是的法蘭，可以聯(lián)接不同的焊接工具，這邊就以氬弧焊為例，來說明焊接機器人工作原理。圖 為氬弧焊焊接機構(gòu)簡圖。 圖 為氬弧焊焊接機構(gòu) 1—焊絲盤 2—送絲機構(gòu) 3—焊絲 4—焊槍 5—噴嘴 6—焊接電弧 7—金屬熔池 8—氬氣流 9—氬氣 10—焊接方向 送絲機構(gòu)的設計 送絲機構(gòu)主要是由送絲頭、送絲管和送絲輪 3 部分組成。 整個送絲機構(gòu)是通過電機驅(qū)動送絲輪把焊絲從送絲盤的焊絲一點點帶進送絲管，其中送絲輪上帶有一個壓 絲輪，能夠使焊絲不會走樣。送絲管是通過夾持體固定，在焊嘴部分還有一個類別 腰部旋轉(zhuǎn) 大臂俯仰 小臂俯仰 小臂旋轉(zhuǎn) 手腕俯仰 手腕旋轉(zhuǎn) 設定的轉(zhuǎn)速 已有傳動比 2 2 2 2 所需傳動比 所選型號 XB1120120 XB110083 XB110083 XB13264 XB13264 XB12563 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 23 固定環(huán)，兩者配合能夠和好的將焊絲送達焊接處。送絲管采用的是具有拉伸彈簧的送絲管，這樣可以調(diào)整送絲口的角度。圖 為送絲機構(gòu)設計圖。 圖 1焊絲 2固定環(huán) 3絕緣套 4夾持體 5拉伸彈簧 6壓絲輪 7焊絲盤 8送絲盤固定架 9垂直壓絲機構(gòu) 10送絲輪 11進絲口管套 12送絲管 13送絲嘴 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 24 5 結(jié)論與展望 結(jié)論 本次設計任務是設計一臺小型焊接機器人，完成對焊接機器人的結(jié)構(gòu) 設計。 1) 通過查閱焊接機器人相關(guān)資料文獻，設計出了焊接機器人基本結(jié)構(gòu)。此焊接機器人的結(jié)構(gòu)由四個部分組成具有六個自由度的機器人。 2) 根據(jù)機器人的需求完成了對電機、傳動機構(gòu)、減速機構(gòu)、軸、軸承、焊槍等相關(guān)零件的設計與選型。 3) 就針對于所選的零件、機構(gòu)完成了疲勞強度，彎曲強度的校核，通過計算改善零件的設計與選型。 4) 通過對繪圖軟件的學習完成了對部分零件圖的繪制，以及對焊接機器人機構(gòu)的設計圖的繪制。 本次設計基本完成了對焊接機器人相關(guān)結(jié)構(gòu)的設計。將焊接機器人引入焊接系統(tǒng)中，基本上可以符合焊接需求。 展望 雖 然此次焊接機器人的設計基本上可以滿足焊接所需的要求，但是由于時間關(guān)系，在結(jié)構(gòu)的設計上還有許多不足之處。例如此結(jié)構(gòu)設計著重于傳動的設計，還未對機器人的布局進行很好的處理，具體體現(xiàn)在控制機器人的電線等小部件的安置。另一方面還未對焊接機器人各個部分的尺寸的精確設計，為了使此機器人能夠應用于生產(chǎn)生活還需要進行不足之處的改善。本次設計應該還增加對控制的的方式的選擇，是機器人更加完整。 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 25 參考文獻 [1] 孫樹棟 .工業(yè)機器人技術(shù)基礎 [M].西安：西安工業(yè)大學出版社， 2020. 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[15] Sung Hoon Goo soon Moon Automatic Welding Robot System for the horizontal Position in the Shipyard,202012. 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 26 附錄 A：零件工程圖 1 齒輪 A1 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 27 2 齒輪 A2 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 28 3 傳動機構(gòu) 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 29 4 送絲機構(gòu) 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 30 5 外形尺寸 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 31 附錄 B：焊接機器人傳動機構(gòu)設計圖 1 基座旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及大臂俯仰機構(gòu)設計圖 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 32 2 大臂小臂聯(lián)接部分小臂俯仰設計圖 3 小臂旋轉(zhuǎn)部分設計圖 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 33 4 手腕俯仰機構(gòu)及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計圖 5 腕部頂端法蘭聯(lián)接部分設計圖 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 34 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 35 附錄 C： 1 焊接機器人整體設計圖 軸與軸承 軸與軸承 電機 6 及諧波減速器 法蘭 齒輪組 E 小臂 齒輪組 D 電機 3及諧波減速器及減速器 大臂 大齒輪 B2 小齒輪 B1 軸及軸承 小齒輪 A1 軸及軸承 大齒輪 A2 電機 1 及諧波減速器 基座 基座固定孔 固定孔 齒輪組 C 電機 2 及諧波減速器 諧波減速器 電機 4 及諧波減速器 齒輪組 F 電機 5 及諧波減速器 中國計量學院現(xiàn)代科技學院畢業(yè)設計 (論文） 36 學位論文數(shù)據(jù)集 關(guān)鍵詞 * 密級 * 中圖分類號 * UDC 焊接；機器人；傳動機構(gòu)；減速器； 6自由度 公開 TP122 621 論文贊助 學位授予單位 * 學位授予單位代碼 * 學位類別 * 學位級別 * 中國計量學院 10356 工學 學士 論文題名 * 小型焊接機器人的結(jié)構(gòu)設計 論文語種 * 并列題名 * Structural design of small welding robot 簡體中文 作者姓名 * 朱濤 學號 * 0930117122 培養(yǎng)單位名稱 * 培養(yǎng)單位代碼 * 培養(yǎng)單位地址 郵編 中國計量學院 10356 浙江省杭州下沙高教園區(qū)學源街 310018 學科專業(yè) * 研究方向 * 學制 * 學位授予年 * 機械電子工程 機械電子 方向 4 2020 論文提交日期 * 2020 年 6 月 1 日 導師姓名 * 馮娟 職稱 * 講師 評閱人 王君 答辯委員會主席 * 許昌 答辯委員會成員 嚴天宏、李孝祿、張新娜、王鵬峰、肖寶平 電子版論文提交格式 文本（ √ ）圖像（ ）視頻（ ）音頻（ ）多媒體（ ）其他（ ） 推薦格式： application/msword； application/pdf 電子版論文出版（發(fā)布者） 電子版論文出版（發(fā)布）地 權(quán)限聲明 論文總頁數(shù) * 35 注：共 33 項，其中帶 “*”為必填數(shù)據(jù)。