【導讀】黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計

　　

【正文】 科生畢業(yè)設(shè)計 22 帶入數(shù)據(jù)，計算得 2 ?? mm (8)驗算嚙合齒數(shù) 211126n DDzzA????????? （ ） 當 2m? mm 時， nz ? 4；當 m 2mm 時， nz ? 6 此時， nz = 1 0 16 82nz ??? ? ? ??????4，滿足要求 （ 9）圓周力 P 102 jNPv? （ jN ，千瓦） （ ） 1 2 3jN N K K K? ? ? ? （ ） 式中 1K —— 張緊輪影響系數(shù)，查表，取 1K =1 2K —— 工作情況系數(shù)，查表，取 2K =1 3K —— 增速傳動系數(shù)，經(jīng)查表，取 3K =1 代入數(shù)據(jù)得 1 0 2 0 .0 0 5 5 .1k g0 .1 0P ??? （ 10）確定齒帶寬 b ? ? m mPb PT??? 式中 T 為齒形帶單位寬度離心力 2qvTg??= 4235 10 ???= 10?? kg （ 11）齒形帶前切應(yīng)力 ? 4 nPKmbz? ?= 3 16?? ? ? = Kg / 2mm ??? =~ Kg/ 2mm ,其中4K 小輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，取 4K =1 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 （ 12）齒壓比 P 4 5 . 1 10 . 6 0 . 6 0 . 3 9 . 5 1 6nPKP m b z ??? ???= 軸設(shè)計與校核 在整個結(jié)構(gòu)當中，受力最大的是前后擺運動機構(gòu)當中的傳動軸，因此，對此軸進行相應(yīng)的校核計算 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 圖 前后擺傳動軸 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 Ⅰ 段與軸承相連接 ，直徑為 18mm，長度為 22mm Ⅱ 段與立柱下端連接，直徑為 20mm，長度為 58mm Ⅲ 段直徑為 18mm，長度為 550mm Ⅳ 段通過聯(lián)軸器與渦輪蝸桿連接，其直徑為 17mm，長度為 30mm （ 1）判斷危險截面 由于只有 Ⅱ 截面處受的載荷，且受扭矩，所以對此進行校核。 截面的應(yīng)力 WMmb ?? （ ） 式 中 Mm—— 彎矩， Nm W—— 抗彎截面模量 代入數(shù)據(jù)計算得到 b? =。 截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 2T TTW? ? （ ） 式中 T2—— 轉(zhuǎn)矩， Nm 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 WT—— 抗扭截面模量 代入數(shù)據(jù)計算的截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 。 782 ???? Tmb ??? MPa 由于軸選用 40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以 735?B? MPa， 3861 ??? MPa， 2601 ??? MPa 受力如圖 。 軸徑 ? ?3 m in11 6 m m 0 . 1 ebMdd???? （ 2）綜合系數(shù)的計算 由經(jīng)直線插入，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為 ??? ， ??? ， 軸的材料敏感系數(shù)為 ??q ， ??q ， 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為： )1(1 ???? ??? ?qk )1(1 ???? ??? ?qk 查得尺寸系數(shù)為 ??? ，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為 ??? ，軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為 ?? ?? ?? ，軸表面未經(jīng)強化處理，即 1?q? ，則綜合系數(shù)值為 ???? ???? ??kK ???? ???? ??kK 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 圖 前后擺傳動軸受力示意圖 （ 3）碳鋼系數(shù)的確定 碳鋼的特性系數(shù)取為 ??? ， ??? 。 安全系數(shù)的計算： 軸的疲勞安全系數(shù)為 maKS ??????? ???1 （ ） 1amS K? ???? ? ??? ? （ ） 22caSSS SS????? ? （ ） 式中 ?S —— 只考慮彎矩時的安全系數(shù) S? —— 只考慮轉(zhuǎn)矩時的安全系數(shù) 1?? —— 材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限 1?? —— 材料對稱循環(huán)的扭轉(zhuǎn)疲勞極限 ?K —— 彎曲時軸的有效應(yīng)力集中系數(shù) K? —— 扭轉(zhuǎn)時軸的有效應(yīng)力集中系數(shù) a? —— 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅， MPa 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 m? —— 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的平均應(yīng)力， MPa a? —— 彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅， MPa m? —— 彎曲應(yīng)力的平均應(yīng)力， MPa caS —— 計算疲勞強度的安全系數(shù) S —— 疲勞強度的安全系數(shù) 代入數(shù)據(jù)計算得 ?S =5， S? =10， caS =4? =S， 所以該軸的選用安全 [20]。 軸承校核 固定絲杠軸軸承 7202AC 的校核。其所受徑向力 rF =65N,軸向力 aF =250N （ 1）計算內(nèi)部軸向力 查表得知： 7202AC 型軸承（ ? ） ?? （ ） 代入數(shù)據(jù)得 1F? = 2F? =44N （ 2）計算單個軸承軸向載荷 12aF F F?? 因此軸承 1 放松，軸承 2 壓緊 1aF = 1F? =44 2aF =F? + aF =44+250=294N （ 3）當量載荷 由于 eFFra ??111， eFFra ?? ， 所以 1?AX ， 0?AY ， 1?BX ， 0?BY 。 因此 1 1 4 4 0 4 4P ? ? ? ? 2 1 44 0 44P ? ? ? ? （ 4）軸承壽命的校核 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 基本額定壽命為： ?)(601016Ah PCrnL ? （ ） 式中 rC —— 基本額定動載荷 1n —— 軸承轉(zhuǎn)速， r/min ? —— 壽命指數(shù)，對于球軸承 3?? 代入數(shù)據(jù)計算得到軸承壽命為 hL = ? h， 因此軸承壽命足夠大，滿足 要求 [20]。 鍵選擇及校核計算 康復機器人結(jié)構(gòu)中立柱座與軸兩部分連接用到鍵連接，并且所受到的扭矩非常大。在本設(shè)計 中鍵起到了傳遞力和運動的作用，因此鍵的選擇要達到一定的強度，防止因鍵連接的強度不夠?qū)е碌逆I斷裂，影響康復機器人整個結(jié)構(gòu)的正常運行，甚至發(fā)生事故。 表 鍵的規(guī)格 名稱 規(guī)格 直徑 （ mm） 工作長度 （ mm） 工作高度 （ mm） 轉(zhuǎn)矩 （ Nm） 極限應(yīng)力 （ MPa） 平鍵 6 6 50 20 44 3 125 100 平鍵強度條件為 p? = kldT 3102 ? ≤[ p? ] （ ） 式中 T——傳遞的轉(zhuǎn)矩， k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， k=，此處 h 為鍵的高度， mm l——鍵的工作長度，圓頭平鍵 l=Lb，平頭平鍵 l=L，這里 L 為鍵的公稱長度，mm b——為鍵的寬度， mm d——軸的直徑， mm [ p? ]——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力。一般 45鋼的 [ p? ]為100~120MPa 所以曲軸上的鍵的校核計算為 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 p? = 20443 1250002 ??? =95MPa≤120MPa 經(jīng)過校核，滿足條件 [22]。 本章小結(jié) 本章是在前一章對結(jié)構(gòu)伺服元件的計算選擇基礎(chǔ)上，根據(jù)第 2 章總體結(jié)構(gòu)方案，主要設(shè)計和校核了各個部分的零件以及連接件。主要設(shè)計校核的零件有：絲杠、錐齒輪、同步齒型帶、軸、鍵、支撐連接件等。 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 結(jié) 論 本論文綜合了各種上肢康復機器人的結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過對上肢的各種運動原理的分析之后，設(shè)計出了這種 坐式上肢康復訓練機器人，采用電機驅(qū)動，用單片機進行控制的方式。本設(shè)計通過實際的設(shè)計計算，結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、噪聲小、運動靈活，能夠完成對患者上肢的康復訓練。本文主要完成了一下的工作： 對上肢康復訓練機器人進行原理分析，并且了解國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。根據(jù)實際情況，選擇合理的設(shè)計方案，比如總體尺寸大小、材料以及驅(qū)動方式，完成對康復機器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； 設(shè)計出系統(tǒng)的零部件，完成驅(qū)動原件和標準件的選擇和校核，主要包括絲杠、齒輪、同步齒形帶等機構(gòu)的設(shè)計計算。確定結(jié)構(gòu)尺寸，形狀，材料，動力等參數(shù)，對齒輪、主軸、軸承進 行必要的校核、驗算； 手繪和計算機繪制相結(jié)合，繪制整體裝配圖及主要零部件的零件圖； 設(shè)計出的康復機器人能夠?qū)崿F(xiàn)對患者上肢的康復訓練，安全的、靈活的完成各項康復動作。但是，要實現(xiàn)對其更加完美的設(shè)計，還有一些工作需要進行，對一些地方進行進一步的完善： （ 1） 對手臂的固定還有待進一步完善，使得對手臂的固定能是患者感覺更加的舒適； （ 2） 在整體框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面還有空間進一步的完善、進一步減小整體結(jié)構(gòu)的重量。 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 30 參考文獻 [1] 杜志江，孫立寧 .外科機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析 [J].哈爾濱工業(yè)大學學報， 2020， 35(7)． [2] 呂廣明，孫立寧，彭龍剛 .康復機器人現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析 [J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2020， 36(9). [3] Song W K， Lee， Bien Z， Kares． Intelligent wheelchairmounted robotic arm system using vision and force senor[J]． Robotics and Autonomous System,1999， (28). [4] Dario P， Gugielmelli E, Allotta B， etal． Robotics for medical application [J].IEEE Robotics and Automation Magazine， 1996， 3(3)： :4456. [5] Hoppenotp， Collee． Localization and control of a rehabilitation mobile robot by close humanmachine cooperation [J].IEEE Transactions on Neurl Systems and Rehabilitation Engineering， 2020， (9)； 181190. [6] Hashino, Atoshi． Aiding robots[J].Advanced Robotics， 1993,(7)； 97103． [7] Mathieup． EM Gand Kinematics of normal subject performing trunk flexion/ extensions freely in space [J].Journal of Electromyography and Kinesiology， 2020， 10(3). [8] Kermanimz． EMG feature selection for movement control of a cyberic arm． Cyberics and Systems [J].An International Journal， 1995， 26： 189210． [9]YANAETAL K. Surface electro my gram recruitment analysis using higher order spectrum [J].IEEE EM2 BC and CMBEC， 1995， 2： 13451346． [10]Ahedie． Graphical simulation of artificial hand motion with fuzzy EMG pattern recognition[A].ProceedingsRCIEEEEMBCamp。14THBMESI[C]． [s． l]： [s． n]， 1995. [11]Ell Yetalmn． The application of neur