【正文】 慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = m(b2+h2) 39。21r第 3 章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計29 =+5(+＋) 2 = m2回轉(zhuǎn)套支架對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量回轉(zhuǎn)套支架繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = m(b2+h2)39。2r =+7(＋) 2= m2小臂結(jié)構(gòu)對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量由于小臂是階梯狀前一段體積 = m31V質(zhì)量 = =，此外還要加上電機減速器軸聯(lián)軸器短軸的質(zhì)?量共 8kg。3I1m = kg m2平移到 i 軸上 = +m3I39。4I1 = m2平移到 i 軸上 = +m4I39。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為 100400。兩桿的體積之和 = /414= ?=m總 ?總　 = =27kg兩段同一直線時繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為：= (3 R2+L2)39。25r =+27 = m2對 i 軸總的轉(zhuǎn)動慣量以上計算的 、 、 、 、 均是在轉(zhuǎn)動慣量最大的情況下計算1I23I45I得到的，所以用這些轉(zhuǎn)動慣量計算出的總力矩和功率，從而選擇的電機必然滿足噴漆機器人在其他工作狀態(tài)下的工作要求。摩擦力矩 T ：摩擦力矩近似等于 倍的慣性力矩3綜上所述總力矩 T =T = N m總 1 小臂驅(qū)動油缸鉸接點 固定在轉(zhuǎn)臺上，傳動原理同上。O大臂處于垂直位置時的小臂動作范圍。32?85032?39。，最小時 ，則活塞全行程為 220mm。3 .7239。=12186。14’27’’2活塞行程為零時 186。30’30’’702??燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計32活塞行程為零時小臂與大臂夾角 Φ =β +227。29’，相對水平位301置分配 θ 時可得： 39。大臂的傳動形式與小臂相同，都是由液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)大臂的俯仰運動。鋁合金的密度低、強燕山大學(xué)本科生畢業(yè)論文33度高、具有良好的抗腐蝕能力而且力學(xué)性能上接近或超過合金鋼。大臂總體質(zhì)量的計算大臂的大體結(jié)構(gòu)為長方體并且兩端中空，鉆有小孔。材料為鋁合金。1I = m2平移到 i 軸上 = +m1I39。驅(qū)動元件在噴漆機器人中主要用于回轉(zhuǎn)運動，所以轉(zhuǎn)動慣量要小，同時比功率要大一些。主要評價的性能指標(biāo)是功率密度，由于驅(qū)動元件是安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤上的，如果驅(qū)動元件過大，就會導(dǎo)致腰部回轉(zhuǎn)盤過大，所以這里要求驅(qū)動元件的功率密度應(yīng)該盡可能的大些。（4）振動小，噪聲小，安全可靠，運行平穩(wěn)。所以，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動。相對2O39。第 3 章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計35結(jié)構(gòu)尺寸： 、 ，油缸兩支點距離最大mO16539。2?2?200mm。經(jīng)計算可得出 227。49’.C1339。21’10”2活塞行程為零時：Φ =43186。41’18”2活塞最大行程時大臂與 線夾角為 =180186。=49186。2O20?2則大臂相對垂直時的運動范圍為。1339。腰部主軸與腰部回轉(zhuǎn)盤的通過螺釘連接在一起，電機帶動腰部主軸旋轉(zhuǎn)，從而使腰部回轉(zhuǎn)盤繞其中心旋轉(zhuǎn)完成所要求的動作。此外還要求腰部回轉(zhuǎn)盤的運動精度較高，要在驅(qū)動元件上安裝傳感器，檢測電機的旋轉(zhuǎn)精度。 傳感器的選擇為保證噴漆機器人位置精度需要為各關(guān)節(jié)選擇傳感器。增量型編碼器能夠物體的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生信號。3小臂轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，長為 , 傳感器線數(shù)為：ω?哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計37ns=2 /(i )=2 /(100 )=418?θ180。大臂轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，長為 1m, 傳感器線數(shù)為：ωns=2 /(i )=2 /(100 )=524?θ180。腰部轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，小臂大臂伸直時總長為 ,傳感器線數(shù)為：ns=2 /(i )=2 /(5 )=9425?θ180。　 本章小結(jié)本章首先用簡單的空間立體幾何方法建立了噴漆機器人的工作空間的數(shù)學(xué)模型，驗證了假設(shè)條件中的噴漆機器人的各個關(guān)節(jié)的尺寸是符合工作要求的。選擇了驅(qū)動元件之后計算了大臂和小臂傳動機構(gòu)的尺寸，包括鉸鏈四桿機構(gòu)的尺寸以及兩個齒輪組的尺寸的計算和強調(diào)度校核。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計38第 4 章 　 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核39　 大軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核　大軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 　大軸 1 的傳動方案 確定大軸 1 上的零件的裝配方案大軸 1 上的零件的裝配方案如圖 所示。由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 150mm，因為外部還要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 ab 段的長度為 41mm，直徑為85mm,裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。bc 段為過渡段，長度為 80mm，直徑 92mm，固定齒輪的軸肩高度為 。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。ef 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計40到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 60mm，直徑為 85mm。fg 段為過渡段，長度為 45mm，直徑為 80mm。而且這段軸與大臂的連接方式是脹緊聯(lián)結(jié)，通過脹緊套使大軸 1 與大臂連接在一起。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。故在這里只計算小齒輪的受力。+ =1HFr2= (+)H故 =， =垂直面受力圖如圖 (b)所示。垂直面彎矩圖見圖 (d) 圖。2VH?、畫轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 T= T ，轉(zhuǎn)矩圖見圖 (f) 圖。取 =。因此大1b?軸 1 的強度滿足要求，故安全 [2630]。確定大軸 2 的材料以及各段直徑和長度大軸 2 的材料為 40Cr，調(diào)制處理。固定軸承的軸肩高度為 。由于大齒輪的齒寬為 75mm，軸頭的長度應(yīng)該小于輪轂的長度，所燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計44以 de 段的長度為 60mm，直徑為 90mm。根據(jù)這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 25mm，長度為 50mm，鍵槽的鍵槽深為 7mm。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。ab 段與鉸鏈四桿機構(gòu)的底桿相連，并且穿過大臂末端的通孔，大臂在此處的厚度為 39mm，孔徑為 95mm，底桿的厚度為 40mm，孔徑為 90mm，這段軸與底桿的連接方式是脹緊聯(lián)結(jié)，通過脹緊套使大軸 2與底桿連接在一起。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。從第三章可知大軸 1 受到的轉(zhuǎn)矩是 378180 N mm，而且同時承受大臂和小臂的總重量。兩根軸的主體機構(gòu)和材料以及熱處理方式一樣，大軸 2 的受力比大軸 1 的受力小得多，當(dāng)大軸 1 滿足強度條件時，大軸 2 必然滿足強度條件。確定小軸 1 的材料以及各段直徑和長度小軸 1 的材料為 40Cr，調(diào)制處理。這一段由于和聯(lián)軸器連接，所以開有鍵槽，具體尺寸和電機輸出端的一樣。由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 62mm，因為外部還要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 cd 段的長度為 25mm，直徑為30mm，裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7206C。ef 段為過渡段，長度為 95mm，直徑 38mm。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。固定齒輪的軸肩高度為 。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7206C。+ =1HFr2153= (67+153)故 =， =垂直面受力圖如圖 (b)所示。垂直面彎矩圖見圖 (d) 圖。2VH?畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 T= T ，轉(zhuǎn)矩圖見圖 (f) 圖。取 =。因此小軸 1 的強度滿足要求，故安全。上面校核的小軸 1 的強度滿足要求，故小軸 2 的強度必然滿足要求。Nm?選取的螺釘材料為 Q235，直徑為 12mm，固定用的螺栓數(shù)目為第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核496。ir預(yù)緊力 = =601/()iFTfr????./(65)??查表取材料屈服極限 =240MPaS?查表取安全系數(shù) S=故需用應(yīng)力 = =160MPa??/由此螺釘?shù)闹睆?=??()4dF??所以預(yù)選取的螺釘滿足強度要求。對大軸 1 、大軸 小軸 小軸 2 的各個段的尺寸進行了確定，同時確定了安裝在軸上的軸承的類型和型號，最后按照彎扭合成力矩對軸進行了校核。經(jīng)計算均滿足強度的條件。180。機器人可實現(xiàn) 6 個自由度的運動，分別為：腕部噴槍的回轉(zhuǎn)運動，腕部回轉(zhuǎn)套的回轉(zhuǎn)運動，小臂的俯仰運動，大臂的俯仰運動，腰部的回轉(zhuǎn)運動。論證分析過程用到極限點法，即證明能夠滿足燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計50各個極限點，則其它各點必然滿足。完成了驅(qū)動元件和傳感器的選擇。主體采用鋁合金材料大大減輕總體質(zhì)量，有利于提高其動態(tài)特性。這種結(jié)構(gòu)的好處是避免把驅(qū)動元件直接安裝到關(guān)節(jié)上，從而解決了小臂質(zhì)量大、轉(zhuǎn)矩大的缺點。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)論文51參考文獻[1] 杜祥瑛．工業(yè)機器人及其應(yīng)用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991:5257P．[2] 曲道奎 張念哲 ．機器人技術(shù)的新進展[EB][3] 羅輯，杜柳青，袁冬梅，曾宇丹．機電一體化技術(shù)在機械工程上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J]．機床與液壓，2022，9(1) ：2528P ．[4] 卞正崗．動化技術(shù)和機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢[J] ．國內(nèi)外機電一體化技術(shù)，2022，9(1) ： 2528P．[5] 歐鋆．機電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J] ．廣西電業(yè)，2022，10(10) ：99100P ．[6] 黃純穎．設(shè)計方法學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991：1226P．[7] 馬香峰．機器人結(jié)構(gòu)學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991：2340P．[8] 蔣新松．工業(yè)機器人[M]．北京：科學(xué)出版社，1997：8892P．[9] 高峰，劉辛軍．機器人機構(gòu) CAD 的研究[J]．機械工程報：2022，36(4)： 913P．[10] 王天然．機器人 [M]．北京：化工業(yè)出版社，2022：29P．[11] ，and ，A framework to planning robotic flexible assembly cells，in 32nd International Conference on Computers and Industrial Engineering， Limerick，Ireland，pp．2022:607615P ．[12] 蔡自興．機器人學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2022：2030P．燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計52[13] 周伯英．工業(yè)機器人設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1995：815P．[14] 殷際英，何廣平．關(guān)節(jié)型機器人[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2022：120P．[15] 孫迪生，王炎．機器人控制技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998：2556P．[16] 龐啟淮．小功率電動機應(yīng)用技術(shù)手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1996：112121P．[17] 朱喜林，張代治．機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)[M]．北京：科學(xué)出版社，2022：211215P.[18] 徐世昌．機電系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2022：305312P．[19] 方大千等．電動機速查速算手冊[M]．北京：中國水利水電出版社，2022：3339P．[20] [日] 三浦宏文．機電一體化實用手冊 [M]．北京：科學(xué)出版社，2022：169188 ．[21] 成大先．機械設(shè)計手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2022：466572P．[22] 商大中．理論力學(xué)[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2022：122132P．[23] 劉艷磊，張建中．大學(xué)物理教程[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2022：5167P．[24] 楊在林．工程力學(xué)[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2022：1324P．[25] 武清璽，許慶春，趙引．動力學(xué)基礎(chǔ)[M]．江蘇：河海大學(xué)出版社，2022：2736P．[26] 楊恩霞．機械設(shè)計[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)論文532022：126234P．[27] 曾光奇，胡均安．工程測試技術(shù)基礎(chǔ)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2022：59113P．[28] 鄭文緯，吳克堅．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1996：67103P．[29] 李廣君，王鋼，石鈴．機械工程制圖[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2022：185319P．[30] 劉品 陳軍．機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2022：37154P．[31] Z. Biernacki: Sensory i systemy termoanemometryczne (Sensors and thermoanemometric systems). Wyd. Komunikacji I ??czno?ci, Warszawa 1997.[32] A. Balawender: Nap?dy hydrauliczne (Hydraulic drives). wyd. PG, Gdańsk 1983.[33] W. Winiecki: Organizacja komputerowych system