【正文】 同時(shí)，變形后柔輪短軸兩端的齒則與剛輪齒完全脫開(kāi)，其余各處的齒，則視回轉(zhuǎn)方向不同分別處于“嚙入”或“嚙出”狀態(tài)，當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，嚙入?yún)^(qū)和嚙出區(qū)將隨著橢圓長(zhǎng)短軸相位的變化而依 次變化。 第五章 底座部分 29 圖 57 諧波 減速器結(jié)構(gòu)示意圖 圖 58 諧波齒輪嚙合過(guò)程示意圖 諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理如圖 32 所示，若剛輪 G 為固定件，波發(fā)生器 H 為主動(dòng)件，柔輪 R 為從動(dòng)件。是由三個(gè)基本構(gòu)件組成的，帶凸緣的環(huán)形剛輪 6，環(huán)形柔輪 1 和由柔性軸承 橢圓盤 4 構(gòu)成的波發(fā)生器，它通過(guò)端面牙嵌式聯(lián)軸器 3 與輸出軸套 2 相連。 目前工業(yè)機(jī)器人中常用的諧波減速器有三種型式。 實(shí)心軸作用是分離升降傳動(dòng)帶來(lái)的軸向力，使升降與旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立。 第五章 底座部分 27 圖 561 輸入軸 輸出軸的設(shè)計(jì) 輸出軸采用空心軸與實(shí)心軸的配合 材料方面，依然選用了 45鋼材，調(diào)質(zhì)處理 HB220。設(shè)計(jì)軸的合理結(jié)構(gòu)，要考慮的主要因素如下： 1. 受力合理，扭矩合理分流，彎矩合理分配 2. 盡量減輕質(zhì)量，節(jié)約材料，盡量使用等強(qiáng)度外形尺寸 3. 軸上零部件定位應(yīng)可靠 4. 盡量減少應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度 5. 考慮加工工藝所必需的結(jié)構(gòu)要素 6. 便于裝拆和維修 7. 要求剛度大的軸，要考慮減少變形的措施 8. 在滿足使用要求的條件下，合理確定軸的加工精度和表面粗糙度，合理確定軸與軸上零件的配合性質(zhì) 9. 符合標(biāo)準(zhǔn)零部件及標(biāo)準(zhǔn)尺寸的規(guī)定 輸入軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版 ，可知軸的一般材料如表 521 正火 ≤100 ≤240 610 360 260 150＞100~300 170~271 600 300 240 140＞300~500 580 290 235 135＞500~750 560 280 225 130＞750~100 156~217 540 270 215 125調(diào)質(zhì) ＞100~300 217~255 650 360 270 155彎曲疲勞極限 扭轉(zhuǎn)疲勞極限45正火回火162~217材料牌號(hào) 熱處理 毛坯直徑/mm 硬度/ h b 抗拉強(qiáng)度 屈服點(diǎn)表 55 軸的主要力學(xué)性能 底座上使用的是階梯軸，作用是傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，把諧波減速器傳出的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)到小齒輪上，軸的上端和諧波減速器的柔輪相連 ,下端由鍵和小齒輪聯(lián)結(jié)。 /s, 所以可得轉(zhuǎn)速 152 60 ??? ??n r/min (3)底部電機(jī)的功率計(jì)算 ??? ?MPd kW 第五章 底座部分 25 選用 ，型號(hào)為 SM 13015015 LFB 表 51 SM 系列伺服電機(jī) 表 52 130 型號(hào)伺服電機(jī)參數(shù) 圖 53 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速圖 圖 54 伺服電機(jī)簡(jiǎn)圖 華南 理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 26 軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是定出軸的合理外形和軸各段的直徑、長(zhǎng)度和局部結(jié)構(gòu)。作用是傳遞扭矩，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、 下部分：由一對(duì)齒輪，中間軸及輸出軸 組成，作用是帶動(dòng)上臂旋轉(zhuǎn)做弧形運(yùn)動(dòng) 底座電動(dòng)機(jī)的選擇 （ 1）底部電機(jī)的扭矩計(jì)算 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的扭矩為 ，因此選擇電機(jī)的扭矩為 。 因此機(jī)座與手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，要有調(diào)整軸承間隙和傳動(dòng)間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。 。 底座的設(shè)計(jì) 底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 ，以保證機(jī)器人工作時(shí)的穩(wěn)定性。做設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：電機(jī)的功率可先按照勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的功率計(jì)算，再考慮到加速、減速等情況，取安全功率 P= 勻速 。由于底座采用了空心軸與實(shí)心軸的配合，因此精度略有下降，因此液壓缸套桶旁邊增加了一個(gè)豎直滑軌 華南 理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 24 第五章 底座部分 機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)部分是為機(jī)械手沿 Z 軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)而設(shè)計(jì)。 驅(qū)動(dòng)力與液壓缸工作壓力關(guān)系表 21 （ 1）液壓缸內(nèi)徑 D 計(jì)算 ： 當(dāng)油從無(wú)桿腔進(jìn)入： 2F F 1 πD4P1????驅(qū) 當(dāng)油從有桿腔進(jìn)入： ? ?22F? F 2 P d42 π D? ??? ?驅(qū) 液壓缸的有效面積： F PS? 華南 理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 22 所以 4FπP1ηD? （ 油從無(wú)桿腔進(jìn)入） 24F dπP2ηD ?? （ 油 從有桿腔進(jìn)入） 式中 F 驅(qū) — 手臂升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力（ N） D— 液壓缸內(nèi)徑（ mm） d— 活塞桿直徑（ mm） η — 液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中可用耐油橡膠 查表得 η = P— 液壓缸的工作壓力（ MPa） 帶入數(shù)據(jù)得 ：64? F 4 6 0 5 3 . 6π P1 η 3 1 4 0 . 8 1 0 0 . 9 0 077mD ??? ? ? ? ?驅(qū) ﹒﹒ 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB826— 66），為了更好的滿足要求，選取液壓缸的內(nèi)徑為：D=75mm 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列表 22（ JB826— 66） 單位 mm （ 2）活塞桿直 徑 d 計(jì)算 活塞桿直徑 d 根據(jù)工作壓力選取，當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比 λv 有要求時(shí)，則： λv1λvdD ?? 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑表 23 液壓缸工作壓力 P/MPa ≤5 5～ 7 ＞ 7 推薦活塞桿直 d （ ～ .55） D （ ～ ） D 液壓缸往復(fù)速度比推薦值表 24 工作壓力 p/MPa ≤10 10～ 20 ＞ 20 往復(fù)速度比 λv ～ 2 2 由液壓缸往復(fù)比推薦值表可知λ v=,帶入公式則有： 第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 23 λv1 75λvdD ??? 1 .3 3 13 7 .61 .3 3 mm? ? 活塞桿直徑系列表 25（ JB826— 66） 根據(jù)活塞桿直徑系列（ JB826— 66），選取活塞桿直徑為： d=40mm 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列表 26（ JB1068— 67） 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列表選擇，為了盡可能滿足要求，取液壓缸外徑 D′ =95mm 所以手臂升降液壓缸主要參數(shù)為： 液壓缸內(nèi)徑 D 液壓缸外徑 Dˊ 工作壓力 P 活塞桿直徑 d 驅(qū)動(dòng)力 F 75mm*9 95 mm 40mm 小結(jié) 機(jī)械手臂部結(jié)構(gòu)，主要起到了升降作用。 G總 =2300 + + F 驅(qū) 177。 手臂啟動(dòng)速度△ V=,啟動(dòng)時(shí)間△ t=， g=,帶入數(shù)據(jù)得： G V 2 3 0 0 0 . 0 2 5 =g t 9 . 8 0 . 0 2F 2 9 3 . 4 N??? ?總慣 (3) F 回 的計(jì)算 一般背壓阻力較小，為了計(jì)算方便，將其省略。 由力平衡條件得： FR h=G總 所謂不自鎖的條件為： G 總 ＞ F1 + F2= 2F2 =2FR? 查表得 ?= 即 G 總 =Gˊ 總 + G 回轉(zhuǎn)缸 + G 活塞桿 取 G 回轉(zhuǎn)缸 =200N G 活塞桿 = 500N 因此 G 總 =Gˊ 總 + G 回轉(zhuǎn)缸 + G 活塞桿 =1900N 立柱導(dǎo)套長(zhǎng)度大于 330mm 式中 ?— 摩擦系數(shù) h— 立柱導(dǎo)套的長(zhǎng) 華南 理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 20 手臂升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 由 手臂升降驅(qū)動(dòng)力的公式得： F 驅(qū) =F摩 +F慣 +F 回 +F 密177。 第四章 臂部的結(jié)構(gòu) 19 通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用液壓驅(qū)動(dòng) ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 ④ 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。 ③ 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： ① 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀的選 擇要合理。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來(lái)設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。；立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫向移動(dòng)。 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 華南 理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 18 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 （ 4） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 （ 2） 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。 二、 臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。 （ 4） 注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。 （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。 ) 極限轉(zhuǎn)速 /(r/min) d D B 基本額定動(dòng)載荷 rC /KN 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 7301AC 12 37 12 16000 22021 軸承承受的軸向載荷 NFA ? ，徑向載荷 mgFR? ， 4321 mmmmm ???? （ 318） 式中 :1m 、 2m 、 3m 、 4m 分別為手部、水平滾珠絲杠、水平電機(jī)、水平導(dǎo)軌的重量，所以? ? 51210101520 ?????RF N 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷： AR YFXFP ?? （ 319） 式中 :X —— 徑向載荷系數(shù)； Y —— 軸向載荷系數(shù)， X 、 Y 值如表 310 所示。m） 考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可取 M =∽ （ M 慣 +M 偏 +M 摩 ） （ ） M = *（ +6+） = （ ） 滾動(dòng)軸承的選擇 選擇滾動(dòng)軸承，當(dāng)載荷較輕、沖擊較小且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，選球軸承；同時(shí)承受徑向和軸向載荷、當(dāng)軸向載荷相對(duì)較小時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角較小的角接觸球軸承；當(dāng)軸向載荷相對(duì)較大時(shí)，應(yīng)選接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。m2 ） J 工件 —— 工件對(duì)手腕 回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （ kgm） ⑶ 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 M 慣 ① 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時(shí)，可用下式計(jì)算 M 慣 M 慣 =（ J+J 工件 ）t? （ N 圖 31 腕部結(jié)構(gòu) 第三章腕部結(jié)構(gòu) 13 收完驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。夾緊缸體也指座固連成一體。115176。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過(guò)，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 2 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。） 150／ 30≈ （ N） 第二章 手部結(jié)構(gòu) 11 P 實(shí)際 =P 計(jì)算 K1K2/η 取 η=, K1=, K2=1+1000/9810≈ 則 P 實(shí)際 = ≈ (N) 小結(jié) 華南 理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 12 第三章腕部結(jié)構(gòu) 腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 概述 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。,α=30176。為了考慮工件在傳送過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力 P 實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即： P 實(shí)際 =PK1K2/η 式中 η—— 手部的機(jī)械效率，一般取 ~； K1—— 安全系數(shù)，一般取 ~2 K2—— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， K2可近似按下式估計(jì)， K2=1+a/g，其中 a 為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí) 的最大加速度， g 為重力加速度。 這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有動(dòng)作靈活 等特點(diǎn)。~40176。 α角小時(shí)可獲得較大的握力， α