【導(dǎo)讀】本次設(shè)計的機械手具有六個自由度，以滿足末端執(zhí)行器可以到達工作范圍的任意位置。驅(qū)動方式采用電機驅(qū)動，便于控制，響應(yīng)速度快，驅(qū)動力較強。手爪采用氣壓驅(qū)動，手爪采。結(jié)構(gòu)布局合理緊湊。由于該機構(gòu)為六自由度機械手，故采用六個直流伺服電機進行驅(qū)動。同時保證機械手的主要性能并且適量增大它的持重范圍。數(shù)工件的抓取以及搬運。它可以代替人去完成一些枯燥單一或危險的工作，同時提高工作效。率，降低生產(chǎn)成本。隨著工業(yè)自動化水平的逐漸提高，本次設(shè)計的六自由度機械手將會有廣

　　

【正文】 擬定手腕回轉(zhuǎn)總傳動比 手腕回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動角速度： 2 6 6 .6 7 /0 .0 3v rsR? ? ? ? 式中： R—— 機械接口與轉(zhuǎn)動軸之間距離（ m） 實際轉(zhuǎn)速： 6 0 6 0 6 6 .6 739。 6 3 7 / m in22nr????? ? ? 故總傳動比： 2021 39。 637ni n? ? ?總 1，取整 i總 1 =3 擬定手腕俯仰總傳動比 手腕俯仰轉(zhuǎn)動角速度： 2 100 / rsR? ? ? ? 式中： R—— 機械接口與轉(zhuǎn)動軸之間距離（ m） 實際轉(zhuǎn)速： 6 0 6 0 1 0 039。 9 5 5 .4 / m in22nr????? ? ? 故總傳動比： 2021 39。 n? ? ?總 2，取整 i總 2 =2 4 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 擬定手爪回轉(zhuǎn)總傳動比 手爪回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動角速度： 2 100 / rsR? ? ? ? R—— 機械接口與轉(zhuǎn)動軸之間距離（ m） 實際轉(zhuǎn)速： 6 0 6 0 1 0 039。 9 5 5 .4 / m in22nr????? ? ? 故總傳動比： 2021 39。 n? ? ?總 3，取整 i總 3 =2 分配傳動比 考慮到合理性和傳動齒輪的尺寸，水平結(jié)構(gòu)，傳動比分配如下： 手腕回轉(zhuǎn)傳動比的分配：總傳動比 i總 1 =3，一級傳動傳動為圓柱齒輪傳動，傳動比11i =3。 手腕俯仰傳動比的分配：總傳動比 i總 2 =2，二級傳動，第一級傳動為圓柱齒輪傳動，傳動比 21i =2，第二級傳動為圓錐齒輪傳動，傳動比 22i =1。 手爪回轉(zhuǎn)傳動比的分配：總傳動比 i總 3 =2，四級傳動，第一級傳動為圓柱齒輪傳動，傳動比 31i =2，第二 級傳動為圓錐齒輪傳動，傳動比 32i =1，第三級傳動為圓柱直齒輪傳動，傳動比 33i =1，第四級傳動為圓錐齒輪傳動， 34i =1. 齒輪尺寸設(shè)計 手腕回轉(zhuǎn)齒輪尺寸設(shè)計 本次設(shè)計的齒輪采用 45 鋼，毛坯鍛造，淬火處理，齒面硬度為 180~190HBS，齒面精度取 IT=7 取 1 16z? ，則 2 3 16 48z ? ? ? 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核。 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計表達式： ? ? 2 1312 1HEt HdZ Z Z KT udu????? ?? ???? （ 41） 其中， d? =， u=2 經(jīng)查得： HZ =， MPa? ， Z? = 轉(zhuǎn) 矩： 661 0 . 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 9 5 5 0200PT N m mn? ? ? ? ? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1 lim 580H MPa? ? ， 2 lim 560H MPa? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1lim 230F MPa? ? ， 2 lim 210F MPa? ? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 91160 60 20 00 30 0 8 16 4. 23 10N n at? ? ? ? ? ? ? ? 則 9 912 4 . 2 3 1 0 2 . 1 6 1 02NN u ?? ? ? ? 接觸疲勞壽命系數(shù)： 1 ? ， 2 ? 彎曲疲勞壽命系數(shù)： 121NNYY?? 接觸疲勞安全系數(shù)： min 1HS ? 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 18 彎曲疲勞安全系數(shù)： min ? ? ，試選 ? 許用接觸應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 580 1 .1 6 3 81HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 560 1 . 0 2 5 9 1 . 61HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? 許用彎曲應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 2 3 0 2 1 3 0 6 . 6 71 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 2 1 0 2 1 2 8 01 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? 代入式中： ? ?2 21 331 2 1 189 .8 2 955 0 2 1 .6 2HEtHdZ Z Z KT ud m mu????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ??? ?????? 則 111 4 1 . 3 2 0 0 0 4 . 3 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s? ? ??? ? ??? 112 1 6 4 . 3 2 0 . 6 9 /1 0 0 1 0 0zvv m s?? ? ? 經(jīng)查得： 動載荷系數(shù) VK = 使用系數(shù) AK = 動載荷分布不均勻系數(shù) K? = 齒間載荷分配系數(shù) K? = 則 1. 01 1. 0 1. 02 1. 0 1. 03H A VK K K K K??? ? ? ? ? ? 修正3311 1 . 0 34 1 . 3 3 8 . 11 . 3TttKd d m mK? ? ? ? 模數(shù) 11 mmz? ? ?，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2. 基本尺寸計算： 11 2 1 6 3 2d m z m m? ? ? ? 22 2 4 8 9 6d mz mm? ? ? ? ? ?12 1 6 4 8 2 6 422zza m m m? ?? ? ? ? 1 32 d mm?? ? ? ? 取 1 26b mm? ， 2 16b mm? 齒根彎曲疲勞強度校核： 復(fù)合齒形系數(shù)： 1 ? ， 2 ? ，取 ?? 齒輪彎曲強度： ? ?11 1 12 3 2 312 2 1 . 0 3 9 5 5 0 4 . 1 0 . 7 1 1 0 . 0 20 . 8 1 6 2F F S Fd KT Y Y M P azm ???? ??? ? ? ? ? ??? ? ?22 1 21 3 . 81 1 0 . 0 2 1 0 1 . 9 74 . 1FSF F FFSY M P aY? ? ?? ? ? ? ? 故齒輪強度滿足要求。 4 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 大齒 輪的具體尺寸如下表 43 所示： 表 大齒輪具體齒數(shù) 名稱 分度圓直徑 d 齒頂高ah 齒根高 fh 公式 11 2 1 6 3 2d m z m m? ? ? ? 22 2 4 8 9 6d mz mm? ? ? ? 1 2 2aah h m m?? ? ? ? ? ? ? ?1 0 .2 5 2 2 .5fah h c m m m??? ? ? ? ? ? 表 （續(xù)）大齒輪具體齒數(shù) 表 （續(xù)） 大齒輪具體齒數(shù) 齒厚 s 齒槽寬 e 中心距 a 頂隙 c 42ms mm??? mm?? ? ?12 642dda m m??? 2 c m m m?? ? ? ? 手腕俯仰第二級圓錐齒輪尺寸設(shè)計 設(shè)計的齒輪選用 45 鋼，鍛造毛坯，調(diào) 質(zhì)處理，齒面硬度為 180~190HBS，齒面精度IT=7，取 1 40z? ，則 2 1 40 40z ? ? ? 。 設(shè)計準(zhǔn)則： 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度校核 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計表達式： ? ? ? ?2 131 24 1 H RRZ Z K Tdu? ????? ????? （ 42） 其中， d? =， u=5 經(jīng)查得： HZ =， MPa? ， 轉(zhuǎn)矩： 661 0 . 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 9 5 5 0200PT N m mn? ? ? ? ? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1lim 580H MPa? ? ， 2 lim 560H MPa? ? 材料的接觸疲勞極限應(yīng)力： 1lim 230F MPa? ? ， 2 lim 210F MPa? ? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 91160 60 20 00 30 0 8 16 4. 23 10N n at? ? ? ? ? ? ? ? 則 9 812 4 . 2 3 1 0 8 . 4 6 1 05NN u ?? ? ? ? 接觸疲勞壽命系數(shù)： 1 ? ， 2 ? 彎曲疲勞壽命系數(shù)： 121NNYY?? 接觸疲勞安全系數(shù)： min 1HS ? 齒全高 h 分度圓直徑ad 齒根圓直徑 fd 2 h h m m? ? ? ? ? 11 2 2 0aad d h m m? ? ?22 2 5 2d d h m m? ? ? 11 2 1 1ffd d h m m? ? ?22 2 4 3ffd d h m m? ? ? 東北林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 彎曲疲勞安全系數(shù)： min ? ? ，試選 ? 許用接觸應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 580 1 .1 6 3 81HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 560 1 . 0 2 5 9 1 . 61HHNH Z M P aS?? ? ? ? ? 許用彎曲應(yīng)力： ? ? 1l i m11m i n 2 3 0 2 1 3 0 6 . 6 71 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? ? ? 2 l i m22m i n 2 1 0 2 1 2 8 01 . 5F S TFNF Y Y M P aS?? ?? ? ? ? 代入式中： ? ? ? ? ? ?2 213 31 224 189 .8 4 955 0 1 1 2HEtH RRZ Z K Td m mu? ???? ? ? ???? ? ??? ????? ? ? ? ? ??? 則 111 4 3 . 3 2 0 0 0 4 . 5 3 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0tdnv m s? ? ??? ? ??? 112 4 0 4 . 5 3 1 . 9 2 /1 0 0 1 0 0zvv m s?? ? ? 經(jīng)查得： 動載荷系數(shù) VK = 使用系數(shù) AK = 動載荷分布不均勻系數(shù) K? = 齒間載荷分配系數(shù) K? = 則 1. 01 1. 0 1. 02 1. 0 1. 03H A VK K K K K??? ? ? ? ? ? 修正3311 1 . 0 34 3 . 3 3 9 . 11 . 3TttKd d m mK? ? ? ? 模數(shù) 1139 .1 140dm m mz? ? ?，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=1. 基本尺寸計算： 11 1 4 0 4 0d m z m m? ? ? ? 22 1 4 0 4 0d m z m m? ? ? ? ? ?12 4 0 4 0 4022zza m m m? ?? ? ? 齒根彎曲疲勞強度校核： 復(fù)合齒形系數(shù)： 1 ? ， 2 ? ，取 ?? 齒輪彎曲強度： ? ? ? ? ? ?11 1 1222 3 2 2 3 21 4 4 1 . 0 3 9 5 5 0 4 . 1 2 11 0 . 5 1 0 . 8 2 0 2 1 0 . 5 0 . 8 1 5F F S FRR KT Y M P az m u???? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?22 1 21 3 . 82 1 1 94 . 1FSF F FFSY M P aY? ? ?? ? ? ? ? 故齒輪強度滿足要求。 4 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 大齒輪的具體尺寸如下表 44 所示： 名稱 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 符號 d ah fh