【正文】 5 頁(yè)表 107選取齒寬系數(shù) φ d=1 ⑷ 由機(jī)械設(shè)計(jì) 201 頁(yè)表 106查得材料彈性影響系數(shù) ZE=⑸ 由機(jī)械設(shè)計(jì) 209 頁(yè)圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ Hlim1=750 MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σ Hlim2=700MPa。 N1=60n1jLh=60 1500 1 1 8 300 8= 107 （ 47） 因?yàn)閭鲃?dòng)比： i=2 N2=N1/2= 107 ⑺ 由機(jī)械設(shè)計(jì) 207 頁(yè)圖 1019取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=。 ⑻ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 d1t≥d 1≥ [(ktT1(u+1) /φ du (ZE/[σH]) 2]1/3 =[ 271( 2+1) ()2] 1/3mm=10mm ⑵ 計(jì)算圓周速度 v. V=? d1tn1/(60 1000)=? 10 1500/(60 1000)=⑶ 計(jì)算齒寬 b b= φ dd 1t=10mm ⑷ 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h. 模數(shù) mt= d1t /z1 =10/20= 齒高 h== = b/h=10/= 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 16 頁(yè) 共 46 頁(yè) ⑸ 計(jì)算載荷系數(shù)。 由機(jī)械設(shè)計(jì) 193 頁(yè)表 10— 2查得使用系數(shù) KA=1； 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 10— 4用插值法查得 5級(jí)精度 、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí) KHΒ = 由 b/h=8, KHΒ =,查機(jī)械設(shè)計(jì) 198 頁(yè)圖 10— 13 得 KFΒ =。 ② 由機(jī)械設(shè)計(jì) 206 頁(yè)圖 1018 取彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=， KFN2= ③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全疲勞系數(shù) S=,由機(jī)械設(shè)計(jì) 205頁(yè)式（ 1012）得： 111 0. 49[ ] 2 8 9 . 31 . 4 50F N F EF K M p aS?? ?? ?? 222 0 . 9 4[ ] 2 8 21 . 4 420F N F EF K M p aS?? ?? ? ? ④ 計(jì)算載荷系數(shù) K K=KAKVKFα KFβ =1 1 = （ 412） ⑤ 查得齒形系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì) 200 頁(yè)表 105 查得 YFa1= YFa2= ⑥ 查得應(yīng)力校正系數(shù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 200 頁(yè)表 105 查得 Ysa1= Ysa2= ⑦ 計(jì)算大小齒輪的[]Fa SaFYY?并加以比較。 d．幾何尺寸計(jì)算 ⑴ 計(jì)算分度圓直徑 d1=z1 m=10mm d2=z2 m=20mm 為了方便設(shè)計(jì)，最后取 d1=20 mm， d2=40mm ⑵ 計(jì)算中心距 a=(d1+d2)/2=30mm ⑶ 計(jì)算齒輪寬度 b=? dd1=1 10mm=10mm 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)我們最后取 B1=B2=12mm e．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖如圖 45所示： 圖 45 大小齒輪結(jié)構(gòu)圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 18 頁(yè) 共 46 頁(yè) f．齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式的選擇 開式及半開式齒輪傳動(dòng)，或速度較低的閉式齒輪傳動(dòng)，通常用人工周期性加油潤(rùn)滑，所用潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。 后輪驅(qū)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 后輪驅(qū)動(dòng)軸連接兩個(gè)后輪，是減速部分的最后執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是主要的承重軸，所以要求它有很高的強(qiáng)度和抗彎、抗扭性能。 圖 46 后輪驅(qū)動(dòng)軸 I．求輸出軸上的功率 P3和轉(zhuǎn)矩 T3 設(shè)取每級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率 η =,則 P3=Pη 2=50 = 前面我們已知： n3=375r/min，所以： T3=9550 II. 求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 d2=40mm 而 322 2 60119840t TFNd ?? ? ? （ 413） Fr= Fttan200=60 = （ 414） Fn= Ft/cos200=60N/=63N （ 415） 圓周力 Ft，徑向力，及軸向力的方向如圖 47所示： 圖 47 齒輪受力示意圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 19 頁(yè) 共 46 頁(yè) 查資料得： [? T]=45MPa 因此，軸的最小直徑是 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，最后我們?nèi)?d= 在能夠滿足強(qiáng)度和 剛度要求的同時(shí)，為了滿足與其他各部分零件的裝配需要，以及軸的加工工藝的要求，機(jī)器人后輪驅(qū)動(dòng)軸的整體尺寸設(shè)計(jì)如開始的圖 431所示。因?yàn)榍鍧崣C(jī)器人的吸附力為 100N，主要承重在驅(qū)動(dòng)輪 上，所以取極限情況進(jìn)行計(jì)算。 圖 49 彎矩圖和 轉(zhuǎn)矩圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 20 頁(yè) 共 46 頁(yè) 驅(qū)動(dòng)軸彎矩和轉(zhuǎn)矩分析如圖 49 所示 ,由圖可以明顯看出，驅(qū)動(dòng)軸的危險(xiǎn)截面是在安裝齒輪的軸截面上，這里所受的彎矩和轉(zhuǎn)矩都是最大的。 ⑶ 校核軸的強(qiáng)度 軸的抗彎截面系數(shù)為 3 333 .1 44 932 .532dW m m? ?? ? ? (417) 所以軸的計(jì)算應(yīng)力 22 22() 1 .5 6 9 1 .2 9 2 519ca MT M p aW ?? ? ?? ? ? （ 418） 選定軸的材料為鋁合金，經(jīng)查 [ 1?? ]=60MPa,因此滿足設(shè)計(jì)要求，故 安全。因此，必須對(duì)這些關(guān)鍵部位時(shí)行細(xì)致的設(shè)計(jì)和校核。其結(jié)構(gòu)如圖 410 所示。如圖 411 所示： 圖 411 D 型軸段截面圖 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 中間軸是減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中的中間環(huán)節(jié)，上面安裝有一個(gè)大齒輪和一個(gè)小齒輪，齒數(shù)分別為 z1=40 和 z2=20。 I．中間軸的設(shè)計(jì) ⑴ 中間軸的最小直徑 中間軸 傳遞的功率： P2= Pη =50 = 傳遞的轉(zhuǎn)矩 : T2=9550 查得鋁合金的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 [T? ]=45MPa，中間軸的最小直徑： 從安全的角度考慮，結(jié)合設(shè)計(jì)的需要，我們?nèi)。? d =5mmm 大齒 輪的的受力計(jì)算 Ft=2T2/d2=2 618/40=31N Fr=Fttan200=31 =10N Fn= Ft/cos200=31/=32N 小齒輪的受力計(jì)算 Ft=2T2/d1=2 618/20= Fr=Fttan200= =20N 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 22 頁(yè) 共 46 頁(yè) Fn= Ft/cos200= ⑵ 確定各段軸的直徑和長(zhǎng)度 ① 擬定軸上零件的裝配方案 根據(jù)設(shè)計(jì)的要 求和裝配要求，合理的規(guī)規(guī)各零件的安裝位置，現(xiàn)選用如圖 412所示的裝配方案。因軸承只受有徑向力作用，故選用深溝球軸承。其尺寸為 d D T=5mm 12mm 5mm. 圖 413 中間軸結(jié)構(gòu)圖 (c)前面我們已經(jīng)確定第二段的直徑 d2=6mm，齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。齒輪的右端使用軸肩定位，取 h=,故軸環(huán)處的直徑 d3=3mm,軸的另 一端與前面的兩端對(duì)稱，所以與前面的設(shè)計(jì)一致，這樣即完成了中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其整體結(jié)構(gòu)尺寸如圖 413所示。 ⑵ 按彎矩轉(zhuǎn)矩合成條件校核軸的強(qiáng)度 ① 畫出簡(jiǎn)單力學(xué)模型。 圖 414 中 間軸受力示意圖 ② 作彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖。由圖可以看出，中間軸的危險(xiǎn)截面是在安裝小齒輪的截面上，這里所受的彎矩和轉(zhuǎn)矩都是最大的。 電機(jī)連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電機(jī)的連接軸是輸入軸，上面裝有一個(gè)小齒輪，是主要的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的承載體，所以要求它有很高的強(qiáng)度和抗彎、抗扭性能。 圖 415 電機(jī)連結(jié)軸裝配方案圖 該軸的設(shè)計(jì)校核與前面的兩軸相似，這里我們不再進(jìn)行計(jì)算校 核，與齒輪的配合同樣使用 D 型軸段傳遞轉(zhuǎn)矩，用軸肩和套筒進(jìn)行軸向定位和周向定位。到此即完成了電機(jī)連接軸的設(shè)計(jì)和尺寸規(guī)劃 ,完成后的軸零件圖如 圖 416 所示。其次，減速箱體應(yīng)保證其它零部件安裝上以后，能達(dá)到平衡、對(duì)稱和同軸。減速箱上蓋設(shè)計(jì)圖如圖 417所示（見附錄）。機(jī)器人底盤寬度為 142mm。第二個(gè)軸承蓋與第一個(gè)軸承蓋的距離為 10mm,軸承蓋的長(zhǎng)為 16mm,寬為 20mm。直徑分別為 14mm,18mm。 上蓋的深度為 24mm,因?yàn)榈妆P上的軸承座與底板的距離為 10mm,所以上蓋的深度增為 34mm。 底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴ 常用機(jī)器人底盤有兩種材料，一是鋁合金，另一個(gè)是不銹鋼。最大的區(qū)別在于底盤是否需要依靠角鋁連接，相對(duì)于一體的焊接底盤，角鋁連接的零件數(shù)量要大得多，失效概 率也大很多。 采用鋁材制作玻璃清潔機(jī)器人的底盤具有不銹鋼底盤不具備的優(yōu)點(diǎn)。 但是采用鋁材制作的底盤也有無法克服的缺點(diǎn)。 與鋁材制作的底盤相比，不銹鋼底盤制作精度高，但是不銹鋼底盤的結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，因此當(dāng)?shù)妆P有磨損或損壞的時(shí)候，維修周期會(huì)很長(zhǎng)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙 第 27 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 418 底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 ⑵ 底盤結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)劃 底盤長(zhǎng)為 142mm,寬為 330mm。上面分布有四個(gè)孔與嵌入驅(qū)動(dòng)裝置相連，保證機(jī)器人的正常轉(zhuǎn)向，與底盤相交的面有半徑為 5mm的倒圓角，并且用加強(qiáng)筋連接，以增強(qiáng)連接的強(qiáng)度。它與機(jī)器人的前端距離為 52mm，寬度為 15mm，數(shù)量為 4 個(gè)，兩邊各有兩個(gè)，距離 24mm，與底盤的連接處設(shè)計(jì)了半徑為 3 mm，以此減小其的局部應(yīng)力集中，延長(zhǎng)機(jī)器人的使用壽命。最邊緣的圓心處有一圓柱凸臺(tái)，用于安裝導(dǎo)向輪，直徑為 2 mm，高度為 2 mm。 后半部分是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)的軸承安裝座。軸承安裝座的尺寸為長(zhǎng) 17 mm，寬 20 mm，高度為 10 mm。 最后底盤的清洗板是用于貼抹布。因?yàn)檐囕喌闹睆綖?70 mm，所以可能保證清洗板與玻璃有 2 mm的距離 ,最后設(shè)計(jì)出的底盤結(jié)構(gòu)如圖 418 所示。為此 ,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下幾方面的問題。本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置使用的螺栓連接接合面為圓形，如圖 419所示。 不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置 8 個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。 ③ 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。扳手空間的尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 ④ 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成 8 等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線。同時(shí)應(yīng)注意，同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同。 ⑵ 螺栓組連接的受力分析 進(jìn)行螺栓組 連接受力分析的目的是，根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓邊接的強(qiáng)度計(jì)算。法蘭盤和前輪在與接合面垂直的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，為了防止法蘭盤與前輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，采用鉸制孔用螺栓連接。 吸附機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及合理性分析 前面的方案規(guī)劃中，已經(jīng)確定有兩種吸附方案，并且在實(shí)際中都可用，因使用的場(chǎng)合各有所長(zhǎng)，所以在此，設(shè)計(jì)時(shí)把吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為一個(gè)獨(dú)立的模塊，可以與底盤通過螺紋連接，即兩種方案的吸盤都可以安裝在這次設(shè)計(jì)的機(jī)器人上面。 ⑴ 磁吸盤 安裝磁吸盤，則 機(jī)器人是靠磁吸附力緊貼于玻璃墻壁上，所以磁吸盤應(yīng)該選鑄鐵。剩下的即是與底盤連接的螺紋柱，為了保證連接的穩(wěn)定性，在螺紋終止處，設(shè)計(jì)一軸肩， h=。經(jīng)過設(shè)計(jì)與尺寸規(guī)劃，最終設(shè)計(jì)出的吸盤如圖 420 所示。普通型吸盤一般用來吸附表面光 滑平整的工件，如玻、瓷磚、鋼板等。特殊型吸盤是為滿足特殊應(yīng)用場(chǎng)合而專門設(shè)計(jì)的。 從成本和加工制作兩方面考慮，最后我們選擇采用金屬骨架，由橡膠壓制而成的碟盤形大直徑吸盤，吸盤作用面采用雙重密封結(jié)構(gòu)面，大徑為輕吮啟動(dòng)面，小徑為吸牢有效作