【正文】 表面狀況系數(shù) ?? ，根據(jù) b? ，表面加工方法查得 東南 大學學士學位論文 34 ?????? 軸肩處的綜合影響。根據(jù)軸的的結構尺寸及裝配圖，截面 DE 處屬于最危險截面，應進行疲勞強度的安全系數(shù)計算。 ??T? －軸的許用扭 轉切應力， 2/N mm ； A －取決于軸材料的許用扭轉切應力 ??T? 的系數(shù)，其值可查表 得 . 東南 大學學士學位論文 33 6633 7 . 8 49 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 00 . 2 0 . 2 1 6 2 4 0 0TTTPW d n? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?223 8 .0 8 / 4 0 /TTN m m N m m??? ? ? 2. 精確校核軸的疲勞強度 （ 1）選擇危險截面 危險截面的位置應是彎矩和轉矩較大及截面面積較小且應力集中較嚴重處。各軸肩處的圓角半徑及軸端的倒角均為01 45? ， 軸的結構圖見圖 3 . 8 東南 大學學士學位論文 32 圖 3. 8 軸的結構圖 軸的校核 1. 按疲勞強度的安全系數(shù)校核計算 軸 主要承受扭矩，其工作能力按扭轉強度條件計算。而軸承的右側選用軸承端蓋固定軸承，參照軸承的尺寸取 25CDl mm? ? ， 25mmCDd ? ? 。取 70BCl mm? ? 根據(jù)軸的受力，選用角接觸球軸承。 C 值由文獻 [15] 表 83：知 C=100.若取聯(lián)軸器的效率為 1 ?? ，滾動軸承的效率為 2 ? ? （一對），則： 1 1 2 8 0 .9 9 0 .9 9 7 .8 4PP ??? ? ? ? ? ? ?W （ ） 初步估算軸的最小直徑為： 13 3m i n 7 . 8 4d 1 0 0 1 5n 2 4 0 0PC? ? ? ?mm （ ） 則 1d 為： 1 m ind d ? ? ?（ 1+6% ） =15mm 考慮與聯(lián)軸器的配合取直徑值為 16mm。初算軸徑時，若最小直徑軸段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對軸強度的影響。根據(jù)表 83，取 0 100A? 。由于 電機不具有瞬時過載能力，故取安全系數(shù)為 2（下同），則步進電機輸出的啟動轉矩： 2/outT T m?? ? ? ?22（ i ） = 2 0 . 0 5 2 4 / （ 0 . 9 5 2 ） = 有文獻 [14]表 2311 選擇如下電機： 型號： 55SL55B；最大靜轉矩： m?N ； 質量： 軸的結構設計計算 1. 軸的材料選擇和最小直徑估算： 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為 45 號鋼，調制處理。 軸的工作圖 圖 3 . 7 軸的工作圖 東南 大學學士學位論文 29 關節(jié) 軸軸承 的計算 校核 由于軸徑 d=12mm，則選擇軸承型號為 7001AC 的 角接觸球軸承，其主要尺寸和參數(shù)為 d=12mm D=28mm B=8mm rC = orC =[15]。軸的材料是 45 鋼，查文獻 [15]表 8 – 1 取彎曲等效系數(shù) ?? ? ，扭轉等效系數(shù) ??? 。 計算綜合影響系數(shù)值為： 2 .2 4 3 .1 70 .7 6 0 .9 3kK ?????? ? ?? （ ） 1 . 5 2 2 . 2 10 . 7 4 0 . 9 3kK ?? ???? ? ?? （ ） 截面右側由于鍵槽引起的有效應力集中系數(shù)是 k? 及 k? ，按文獻 [15]附圖 附圖 4 查得： ?? ， ?? 故得綜合影響系數(shù)值為： 1 . 8 1 2 . 5 60 . 7 6 0 . 9 3kK ?? ???? ? ?? 東南 大學學士學位論文 28 1 . 6 0 2 . 3 20 . 7 4 0 . 9 3kK ?? ???? ? ?? 取上面綜合影響系數(shù) K? 。根據(jù)軸的的結構尺寸及彎矩圖、轉矩圖，截面 A – B 處屬于最危險截面，應進行疲勞強度的安全系數(shù)計算。 軸的校 核 按疲勞強度的安全系數(shù)校核計算 （ 1）判斷危險截面 危險截面的位置應是彎矩和轉矩較大及截面面積較小且應力集中較嚴重處。 （ 2）計算軸的彎矩 由（ 1）可知此軸的彎矩亦為零。 圖 3. 5 軸的結構圖 3. 計算軸上的作用力： 畫出軸的計算簡圖（圖 3. 6a）： 東南 大學學士學位論文 26 圖 3 .6 軸的受力計算圖 為了方便計算，將軸上的作用力分解到水平面（圖 3 . 6b）和垂直面（圖 3 . 6c）內進行計算。各軸肩處的圓角半徑及軸端的倒角均為 01 45? 。而軸承的左側選用軸承端蓋固定軸承，參照軸承的尺寸取 10DEl mm? ? ， 15mmDEd ? ? 。為了便于安裝并考慮與軸承的配合，取裝配軸承出的軸經(jīng)12mmCDd ? ? ，由于次軸段選用一對軸承且中間需用套筒隔開，參照軸承的寬度東南 大學學士學位論文 25 取 19CDl mm? ? 。 ： （ 1）確定軸的各段直徑和長度 為使半聯(lián)軸器軸向定位， AB 軸段左端需制出一軸肩，并考慮緊固螺母的尺寸，故取 BC 段的直徑為 10mmBCd ? ? ，因半聯(lián)軸器與軸配合部分的孔長度為10mm，為保 證軸端檔圈之壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故 AB 軸段的長度應略小于半聯(lián)軸器相應的長度，取 20mmABl ? ? 。當該軸段截面上有一個鍵槽時，d 增大 %7~%5 ，兩個鍵槽時， d 增大 %15~%10 。 按扭轉強度法進行最小直徑估算，即 3mind nPC??。其力學性能由文獻 [15]表 81 查得， 640b? ? MPa， 355s? ? MPa， 1 275?? ? MPa， 1 155?? ? MPa，1[ ] 60?? ? MPa。同步帶、 錐齒輪傳動的傳動效率均取 η =（下同）。 (7)．結論 同步帶類型： 180 XL 025 帶輪： 1Z =12， 1d = ㎜， 2Z =36， 2d = ㎜；帶寬： sb =㎜；節(jié)線上齒數(shù)： bZ =40；帶長： pL = ㎜；軸距： a =205 ㎜。 (4)．實際軸距 a 設 128b bPM Z Z Z? ? ?（ 2 ） ?= （ 2 901236）8= ，則： 22211 []8 bP Z ZMM ? ??? （ ）a= 221 5 . 0 8 3 6 2 48 3 . 8 2 8 3 . 8 2 [ ]8 ? ?? ? ? （ ） = 取整，則 a =205 ㎜ (5)．嚙合齒數(shù) mZ 11 21[]22 bm PZZZ en t Z Z?? ? ?（ ）a 21 2 5 .0 8 1 2[]22en t ??? （ 3612 ）205 （ ） 56?? 則嚙 合齒數(shù)系數(shù)： 1 ?? （ 6 ） = (6)．帶寬 sb 由文獻 [14]表 732 可查得該 XL 型帶的基準額定功率為 0P =48W，由表 729 可查該 XL 型同步帶的基準寬度為 0sb = ㎜，則： 東南 大學學士學位論文 23 00 9 . 54 8 0 . 8zPK?? ?11d 1 . 1 4 1 . 1 4ssP （ ） b （ ） （ ） ? 查表 730 的帶寬的標準值，為安全可靠，取帶寬 sb = ㎜，代號為 025。 （ 3） .確定帶輪直徑和帶節(jié)線長 Lp 由文獻 [14]表 727 可知： XL 型帶，小帶輪轉速 1n =2220r/min 時，帶輪最小 許用齒數(shù)為 1Z =10，考慮到制造和安裝等因素，取 1Z =12。 同步齒形帶傳動設計 由 1 可 知 ，從動輪轉速： 2n =740r/min，主動輪轉速： 12 3 740 222 0 / m inn i n r? ? ? ? ?，同步帶輸入轉矩 T= Nm? ，輸入最高工作角速度（主動輪） ? =，則同步帶傳遞的名義功 率 P 可表示為： P = T? ω = = （ ） 初設軸距： 0a =200mm （ 1．） 求設計功率 dP 由文獻 [14]表 725 查得載荷修正系數(shù) 0k =，因為未使用張緊輪，又是減速傳動，故表 725 的附加修正系數(shù)均為零。 腕部俯仰由伺服電機通過同步帶機構驅動。 5）．惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作 盡管同步帶傳動與其它傳動相比有以上優(yōu)點，但它對安裝時的中心距要求等方面極其嚴格，同時制造工藝復雜、制造成本高。 4）．維護保養(yǎng)方便，運轉費用低 由于同步帶中承載繩采用伸長率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運轉過程中帶伸長很小，不需要像三角帶、鏈傳動等需經(jīng)常調整張緊力。因為同步帶傳動是嚙合傳動，其帶輪直徑比依靠摩擦力來傳遞動力的三角帶帶輪要小得多，此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減小。它與三角帶傳動相比，有明顯的節(jié)能效果。 a b c 圖 同步帶齒形的變遷 a—梯形齒 b—圓弧齒 c—近似漸開線齒 圖 三種齒形比較 (2) 同步帶傳動的優(yōu)缺點 1）．工作時無滑動，有準確的傳動比 有在拉力作用下不伸長的特性， 故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實現(xiàn)無滑差的同步傳動，獲得精確的傳動比。 圖 同步帶傳動 東南 大學學士學位論文 19 圖 同步帶截面形狀 Pb—節(jié)距 ht—齒厚 hs—帶厚 隨著人們對齒形應力分布的解析，開發(fā)出了傳遞功率更大的圓弧齒（圖），緊接著人們根據(jù)漸開線的展成運動，又開發(fā)出了與漸開線相近似的多圓弧齒形，使帶齒和帶輪 能更好的嚙合（圖 ），使得同步帶傳動嚙合性能和傳動性能得到進一步優(yōu)化，且傳動變得更平穩(wěn)、精確、噪音更小。然而，對于帶強力層材料的改善，如果用鋼絲、尼龍、聚酯纖維峙，帶傳動也可以用于某些只有鏈傳動才適合的動力傳動。帶傳動具有運動平穩(wěn)、清潔（無需潤滑）、噪聲低的特點，具有緩沖減振和過載保護作用，并且維護方便。 因為其結構與腕部旋轉類似，故采用同樣的傳動方式：伺服電機 +諧波減速器。段距離的傳動方式有齒輪嚙合傳動、鏈輪鏈條傳動、同步帶傳動等，齒輪嚙合傳動噪聲大，鏈輪傳動比較適合長距離的傳動并且噪聲也大，而同步帶傳動適合小距離并且噪聲小、傳動穩(wěn)定。故腕部旋轉傳動方式采用：伺服電機 +諧波減速器。常用的減速方式有很多，最常用的有齒輪減速傳動，它主要包括行星減速器、諧波齒輪減速器兩種。 常用的驅動裝置有步進電機、伺服電 機和直流 電機等，根據(jù)要求選用伺服電機為驅動裝置。腕部與手部相連，通常有三個自由度 ，主要功能是帶動手部完成預定姿態(tài)，是操作機中結構最為復雜的部分。外形見圖 。常用的夾持器有：滑槽杠桿式、齒輪齒條式、扇齒齒條式、平行連桿杠桿式、滑塊搖桿式、彈簧外卡式、鋼絲柔性式、柔性材料式、電磁氣動式等，由于此設計是柔性實驗室的教學機械手，且工件最重為 公斤，綜合考慮個夾持器的性能特點及設計要求，參照哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所的設計，決定采用電磁氣動式夾持器，因為工件小而且氣動夾持器體積小、反應快、易于控制，并且能在市場上買 到。 取機構的設計 六自由度機械手抓取機構即手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機器人直接進行工作的部分，可以是個中夾持器。 機器人傳動方案的確定 經(jīng)過一段時間的查閱，分析了大量的工具書和網(wǎng)絡查詢后，開始了這次的畢業(yè)設計 —— 六自由度關節(jié)型機器人抓取 /上臂機構設計。目前，機器人的旋轉關節(jié)有60%70%都是用諧波齒輪，所以本次設計也采用諧波齒輪傳動。這一點對許多機床的走刀機構很有實用價值，經(jīng)適當設計，可以大大改變機床走刀部分的結構性能。 。 ； 由于諧波齒輪傳動的效率高及機構本身的特點，加之體積小、重量輕的優(yōu)點，因此是理想的高增速裝置。 ； 諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸位于同一軸線上。 ； 諧波齒輪傳動在嚙合中，柔輪和剛輪齒之間主要取決于波發(fā)生器外形 的最大尺寸，及兩齒輪的齒形尺寸，因此可以使傳動的回差很小，某些情況甚至可以是零側間隙。 ； 由于多齒嚙合，一般情況下，諧波齒輪與相同精度的普通齒輪相比，其運動精度能提高四倍左右。 ； 諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，在材料和速比相同的情況下，受載能力要大大超過其它傳動。而在普通齒輪傳動中，同時嚙合的齒數(shù)只有 2—7%，對于直齒圓柱漸開線齒輪同時嚙合的齒數(shù)只有1—2 對。 ； 單級諧波減速器傳動比可在 50—300 之間，優(yōu)選在 75—250 之間； 雙級諧波減速器傳動比可在