【正文】 機器人機械設計 [M]。將采用 3個 36V 和 1 個 12V 蓄電池串聯(lián)達到最高的 110V 額定電壓，再用這樣的 3組并聯(lián)實現 10A的額定電流要求 [18]。 【 17】 蓄電池 由于該機器人會沿著高層建筑的墻壁向上爬行，因此考慮采用蓄電池作為能量來源，而一般的蓄電池的額定電壓在 636V 之間，在該機器人內，最大的電機要 110V 的電壓，最小的卻只有 ，電壓差距較大，只用一個蓄電池難以實現，而要是分別供電的話，充電時又會碰到麻煩。 【 17】 紅外線攝影 同樣的，為了觀察到火災現場 情況，需要安裝紅外線攝像機。不必考慮照度條件，晝夜均可用，特別適宜在夜間或 黑暗條件條件下工作。被 動紅外入侵探測器具有如下特點 ：不需要在布防區(qū)域內安裝任何裝備，可實現 遠距離控制。被動紅外 入侵探測器采用熱釋電紅外探測元件來探測路動目標。紅外線傳感器可分為 主動紅外線傳感器和被 動紅 外線傳感器，而主動紅外線傳感器又可分為遮斷式主動紅外傳傳感器。 在選擇粗糙度，形位公差時，參照已有的其他類似的機械，并經過相關的尺寸查表選擇，在選擇配合公差時，根據標準件的相關要求進行 查表 選擇 。 其 它要 素 的選擇 參照已有的其他類似的機械，并根據螺絲的受力特點進行校核，證實螺絲選取合格 ；同理選擇了設計中的銷、墊圈。同理經過校核計算，的其它的初選軸承選取也合格。 36660 1 9 6 6 0 2 7 3 3 0 0 0 0 3 0 9 3 . 3 6 3 . 0 91 0 0 . 5 1 0ht nLpC N K Nf ? ??? ? ? ? ?,查機械指導書 【 16】 表 122，所選軸承基本額定負載 20C KN? , 極限轉速 8000 / minjnr?，即39。 由公式 35 的 39。 10000hLh? ， 各軸轉速為：轉向部分 150 / minnr? ? ， 7 5 0 / m in2nnr??? ??，2 5 0 / m in n3nnr????? ? ? ? 蝸 桿， n 5 / m in50nr??蝸 桿蝸 輪 ；平移齒輪轉數 1n =3000 / minr ，2n =1000 / minr ， 3=273r/minn ； 由于本次設計中齒輪主要是傳遞轉矩，而軸向載荷很小，所以在計算式按純凈向載荷計算則 軸承當量動載荷： prP f F? （公式 36） 式中 pf — 載荷系數； rF — 徑向載荷， N。hL — 預期計算壽命。39。 根據軸的直徑、軸承承載能力以及軸承的的尺寸列表初選軸承型號，平移運動系統(tǒng)第一級傳動軸承為 7204C, 平移運動系統(tǒng)第二級傳動軸承為 7207C, 轉向運動系統(tǒng)第一級傳動軸承為 7205C，轉向運動系統(tǒng)第二級傳動軸承也為 7205C，蝸輪桿的軸承為 30204。 軸承 件 的選擇 由于本次設計中，運動機構中軸承起到支撐作用，所以選 擇角接觸球軸承，它可以同時承受徑向及軸向載荷。 30 由以上結果的可得，任意鍵的 強度p?均小于其許用強度p?????，即 pp???????。 轉矩為： 1 ?, 23T =T 15 N m? ， , 4 N m? , 5T = mN , 6 N m? ，78 T N m?? , 9 N m? , 10 N m? , 11 N m? ，12 N m? 。 由公式 33得： 1 18 5 12l mm? ? ? ， 2 20 8 12l mm? ? ? ， 3 28 8 20l mm? ? ? ， 4 30 12 18l mm? ? ? ，5 36 10 26l mm? ? ? ， 6 22 6 16l mm? ? ? ， 7 22 8 14l mm? ? ? ， 8 228 8 0l mm? ? ? ，9 25 8 17l mm? ? ? ， 10 22 6 16l mm? ? ? ， 11 22 6 16l mm? ? ? ， 12 18 10 8l mm? ? ? 。 抬腿機構： 11） 電機齒輪鍵 6x 22mm， 12） 絲杠傳動輪鍵 10x 18mm。 根據中的連接軸的直徑，查機 械設計書表 61，選取 鍵的 主要尺寸（鍵寬 b? h鍵 高、鍵的 公稱 長度 L）。因此，選用結構簡單，裝拆方便，對中性好的平鍵， 并且由于圓頭鍵（ A 型）在鍵槽中軸向固定良好，在一般情況下機械中多選用此型鍵，所以本次設計中也選用此型鍵 。 28 滑動絲杠副的校核公 式為 ? ?2FPPd hz??? （公式 31） 式中 P — 工作壓強 ??P — 需用壓強 F — 軸向載荷 d — 中徑 h — 工作高度 z — 旋合圈數 其中 ??P 為需用壓強， ， 10 12Hz P?? ,經校核計算可知絲杠副參數選擇符合要求。 抬腿運動中一對嚙合齒輪的設計計算結果： 傳動比 3i? ， 1 25Z? , 2 3 25 75Z ? ? ? ，取 2m? ，中心 ? ?2 2 5 7 5 1002a m m????， 1150d mZ mm?? ， 22150d mZ mm?? 對該滑動絲杠副，選取梯形螺紋，則 ?? ，而螺桿直徑? ?2 PFd ? ?? ，螺紋的工作高度 ? ,查得相關資料有 表 22 絲桿螺母副參數 Table22 Wire rod nut pair parameters 公稱直徑 d 螺距 p 中徑 22dD? 大經 4D 小徑 3d 1D 28 3 25 5 23 8 24 29 19 20 32 3 29 6 29 33 25 26 10 27 33 21 22 在該機器人的設計過程中，有兩處用到了滑動絲杠副，其一為機械手，其二為外吸盤處。 當絲杠轉動過 ? 角時，螺母將沿著絲杠的軸向移動一段距離 S,其值可按下列公式計算： 2LS ??? （公式 29） 式中 S— 螺母移動的軸向距離（ mm） ； L— 螺紋的導程（ mm） ； ? — 絲杠轉過的角度（ rad） 。螺母轉動并軸向移動。 常見的滑動絲杠副有四種傳動方式 。而與絲杠副相比，滾珠絲杠副具有以下特點： 機構較復雜，工藝難度大 ，成本高?；瑒咏z杠副具有如下特點 。 因此在機床、起重機設備、鍛壓機械、測量儀器、船舶、飛機及火炮、火箭發(fā)射裝置等傳動機構中都廣泛的應用了絲杠副。 抬腿機構設計 ： 絲杠傳動 傳動可以把旋轉運動變?yōu)橹本€運動，也可以把直線運動變?yōu)樾D運動。 56F MPa? ? 。 蝸輪分度圓直徑 22 5 3 2 .5 1 0 2 .5d m z m m? ? ? ?； 蝸輪 喉 圓直徑 *22 2 10 2. 5 2 1 2. 5 10 7. 5aad d h m m m? ? ? ? ? ? ? 蝸輪齒根圓直徑 *22 2 1 0 2 .5 2 1 2 .5 9 7 .5fad d h m m m? ? ? ? ? ? ? 蝸輪咽喉母圓半徑 22116 3 1 0 7 . 5 9 . 2 522gar a d m m? ? ? ? ? ? 校核齒根彎曲疲勞強度 : ? ?2 2121 .5 3F F A FKT YYd d m ????? （公式 27） 式中 2FAY — 齒形系數 Y? — 螺旋角系數 當量齒數 22 3353 5 3 . 5 4c o s c o s 5 . 1v zz ?? ? ? 從圖 1119中可查的齒形系數 2 ? 螺旋角系數 1 6140Y? ?? ? ? （公式 28） 許用彎曲應力 ? ? ? ?39。 蝸輪：蝸輪齒數 2 53Z? 。39。 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸： 蝸 桿 ： 軸 向 齒 距 m mm??? ； 直 徑 系 數 ? ； 齒 頂 圓 直 徑*11 2 28 2 1 33aad d h m? ? ? ? ? ? ?；齒根圓直徑 ? ?**1 2 2 2nad d h c m m m? ? ? ?；分度圓導程角 39。這時 1 a?由，圖 1118中的 39。 2 6 8 1 .1 2 9 4 .8H H N HK??? ? ? ? 取 1 1z? ， 23 36481T T M Pa?? ，有公式 25得 25 ? ?2 233 2 5 364 81 HZZa K T m m??? ???? ? ? ? ??? ?????? 取中心距 63a mm? ，因 50i? ，故查機械設計書表 112中取模數 mm? ，蝸桿分度圓直徑。 268H MPa? ? 。 有公式 26得 5 1 65AvK K K K?? ? ? ? ?； 應選用的是蝸輪材料 ，故 12160EZ MPa? 。 選擇材料： 由于此處蝸輪蝸桿起轉向作用，比較重要，故選我趕材料為 40Cr，表面淬火， 硬度4550HRC；渦輪齒圈材料為 ZcuSn10P1，金屬模鑄造。 轉向機構設計 電機的選擇 23 設轉向時可是實現每秒轉過 30 度角，即 2 5 / minnr? 由 于 ，由于轉向過程 中的幾何中心與機器人的重心不可能完成重合，必有偏差，設這一偏差半徑為 ，則可計算出轉 向 時 的 負 載 轉 25 N m? ? ? ? ?，又有 9550T P n? ，因此得 kw? ，轉動總效率 230 .9 7 0 .7 5 0 .9 9 0 .9 8 0 .6 6? ? ? ? ? ? 計算電機工作時最大靜轉矩 ：選總降速比 300i? ，折算到電機軸上的靜阻負載轉矩1m a x 0 .3 7 20 .5j TT N m? ? ?查取資料【 13】 ，選擇最大靜轉矩 為 ? 的步進電機 75BF3，電機實際 工作轉速 30 0 5 15 00 / m innr? ? ? ，電機工作時運行頻率 2 60 nf Hz????，而所選電機的最高運行頻率為 1800Hz，因為選電機符合要求。 有公式 24得? ?331 . 7 8 1 0 2 . 6 40 . 2 1 5TaTT MPW? ?? ? ?? 因為軸的材料為 45鋼，查表可得 155TaMP? ? ， 故電機軸安全。 （公式 22） 大、小齒輪的分度圓直徑 11 2 7 2 .5 6 7 .5Z m m md ? ? ? ?， 22 99 2. 5 24 7. 5Z m m md ? ? ? ?， 齒寬1 0 .9 6 7 .5 6 0 .7 5db m md?? ? ? ?，實際齒寬1 65mmB ? 軸的設計 : 初估軸的直徑： 在 中已得到各 軸功率及轉矩數值，下面按照許用扭轉剪應力的計 軸的材料選用 45 鋼 算方法估算軸徑，估算公式為 : 21 (1)軸徑估算 3 PdCn? （公式 23） 式中 C — 系； P— 軸的傳遞功率； n— 軸的轉速， r/min 爬行機構對軸 I：由機械設計書 C取 107 d≥ 107 3 3000?= 根據電機軸選取匹配原則，確定電機軸軸徑為 15mm 對軸 II：由機械設計書 C 取 110 d≥ 110 3 1000?=, 考慮軸肩及應力集中的因素影響，與軸承配合取2520d d mm?? ， 3 26d mm? ， 4 27d mm? ， 對軸 III ： C取 110 D≥ 110 3 273?=,考慮軸 肩及應力集中的因素影響，取 6 40d mm? 對軸 IV： C 取 110 D≥ 110 3 273?=,考慮與軸承配合影響，取 7 35d mm? 轉向機構對軸 1： C取 118 D≥ 118 33 10150??? =,考慮電機轉配因素影響，取 20d mm? 對軸 2： C取 118 D ≥ 118 33 10750??? =, 考 慮 軸 承 配 合 因 素 影 響 ， 取 8 11 22d d mm?? ，9 10 25d d mm?? 對軸 3： C取 118 D≥ 118 33 26 10250??? =, 考慮與軸承配合影響，取 11 12 25d d mm?? ， 13 22d mm? 對軸蝸輪軸： C取 118 22 D≥ 118 33 105??? =，考慮與軸承配合影響，取 14 152 2 , 2 0d m m d m m??。 有公式 20 得 1 33 2212 2 1 27Fa S