【正文】 可 以 實 現(xiàn) FO繞 空 間 固 定 點O進 行 二 維 轉 動 。同 步 帶 型 RCM機 構 具 有 如 下 優(yōu) 點 ： ① 結 構 緊 湊 ， 體 積 小 ； 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 ， 此 外 由 于 同 步 帶 不 需北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）15要 大 的 張 緊 力 ， 使 帶 輪 軸 和 軸 承 的 尺 寸 都 可 減 少 。 ② 運 動 范 圍 可 達 360176。； ③ 工 作 時 無 滑 動 ，有 準 確 的 傳 動 比 ， 同 步 帶 傳 動 是 一 種 嚙 合 傳 動 ， 雖 然 同 步 帶 是 實 現(xiàn) 無 滑 差 的同 步 傳 動 ， 獲 得 精 確 的 傳 動 比 ， 即 機 構 兩 個 轉 動 都 沒 有 奇 異 位 形 。 此 外 ，同 步 帶 在 運 轉 中 也 不 需 要 任 何 潤 滑 ， 所 以 維 護 保 養(yǎng) 很 方 便 ， 運 轉 費 用 比 三 角 帶 、鏈 、 齒 輪 要 低 礙 多 。等 比 同 向 傳 動 型 RCM機 構 還 有 齒 輪 傳 動 ， 鏈 傳 動 ， 繩 傳 動 等 方 式 。 齒 輪 傳 動 精 度 低 ， 傳 動 距 離 也 受 限 制 。 傳 動 距 離 就 是 傳 動 鏈 中 奇 數(shù) 個 齒 輪 的 直 徑 和 ， 不 可 以 任 意 改 變 其 傳動 距 離 。 因 為 ， 如 果 使 用 齒 輪 進 行 等 比 同 向 傳 動 ，所 以 不 適 于 用 在 高 精 度 ， 重 量 輕 的 RCM機 構 中 。 鏈 傳 動 只 能 實 現(xiàn) 平 行 軸 間 鏈 輪 的同 向 傳 動 ， 運 轉 時 由 于 瞬 時 傳 動 比 變 化 且 產(chǎn) 生 振 動 和 動 載 荷 ， 導 致 產(chǎn) 生 多 邊 形效 應 ； 同 時 ， 當 鏈 輪 使 用 較 長 時 間 磨 損 后 容 易 發(fā) 生 跳 齒 ， 而 且 工 作 時 有 較 大 的噪 音 ， 不 宜 用 在 載 荷 變 化 很 大 、 高 速 和 急 速 反 向 的 傳 動 中 ， 而 且 鉸 鏈 與 傳 動齒 輪 間 有 間 隙 也 會 影 響 傳 動 精 度 。 相 對 同 步 帶 傳 動 而 言 ， 繩 傳 動 結 構 簡 單 ， 重 量 輕 ?，F(xiàn) 在 ， 同 步 帶 型 RCM機 構 因 為 它 的 優(yōu) 點 ， 也 得 到 越 來 越 多 的 關 注 ， 應 用 的前 景 也 越 來 越 廣 泛 。 ② 負 載 能 力 大 。 ④ 組 裝 系 統(tǒng) 經(jīng) 濟 。 所 以 一 個 自 由 度 的 繩 驅動 RCM 機 構 的 實 現(xiàn) 原 理 是 與 同 步 帶 相 同 的 。 基 座 部 分 1 與 軸 承 座 2 連 接 ，軸 承 座 2 通 過 軸 承 與 軸 9 連 接 ， 連 接 板 4 固 連 在 軸 9 和 軸 承 座 1 上 。 軸 承 座 1 通 過 軸 承 與 軸 5 連 接 ， 連 接 板 4 固 連 在 軸 5 和軸 承 座 7 上 。 軸 6 與 末 端 工 具 夾 持 裝 置 14 固 連 。 軸 承 座 2和 軸 5上 有鋼 絲 繩 的 導 向 槽 。 鋼 絲 繩 的 纏 繞 方 法 與 之 相 同 ， 鋼 絲 繩 末 端 固 定 于 軸 承 座1上 ， 中 間 固 定 在 軸 6上 ， 使 得 軸 6相 對 連 接 板 4的 角 度 恒 定 不 變 ， 保 證 末 端 工 具的 軸 線 2和 連 接 板 4平 行 。度 旋 轉 。 RCM 機構本 機 構 樣 機 的 總 體 結 構 如 圖 示 ， 手 術 工 具 的 中 軸 線 2與 旋 轉 軸 線 3相 交 于 一 點 ， 這 個 點 即 為 遠 程 運 動 中 心 （ RCM） 。 末 端 執(zhí) 行 器 由 舵 機 2驅 動 1 1 1 19組 成 的 曲 柄 滑 塊機 構 。 對 于 不 同 直 徑 的手 術 工 具 ， 應 使 用 不 同 的 手 術 工 具 適 配 裝 置 ， 以 確 保 手 術 工 具 的 軸 線 2 與 軸線 1 相 交 。 整 體 機 構 最 終 實 現(xiàn) 三 自由 度 繩 驅 動 RCM機 構 。 另 一 種 是 等 比 同 向 傳動 型 ， 通 過 兩 組 同 步 帶 傳 動 ， 所 有 轉 角 相 同 ， 使 三 個 帶 輪 圓 心 和 以 虛 擬 遠 程 中心 組 成 新 的 平 行 四 邊 形 。 經(jīng) 過 本 章 的 理 論 推 導 ， 證 明 繩 驅 動 RCM機 構 的 原 理 是 可 行 的 。 但 是 通 過 與 其 他 形 式 的 等 比 同 向 傳 動型 RCM機 構 相 比 較 ， 繩 驅 動 有 結 構 簡 單 ， 體 積 小 重 量 輕 等 優(yōu) 點 ， 比 同 步 帶 傳 動RCM 機 構 更 具 優(yōu) 勢 ， 并 且 符 合 預 定 的 設 計 目 標 。 根 據(jù) 本 機 構 樣機 的 特 點 ， 將 整 個 機 構 分 為 不 同 的 零 件 進 行 設 計 和 選 擇 。在 設 計 中 ， 運 用 Pro/Engineer創(chuàng) 建 每 個 零 件 的 三 維 模 型 ， 并 創(chuàng) 建 整 體 機 構 裝配 體 三 維 的 模 型 ， 同 時 通 過 CAD軟 件 將 軸 、 軸 承 外 套 、 機 械 臂 和 零 件 的 裝 配 圖等 二 維 圖 進 行 繪 制 。4． 2 軸 承 外 套 的 設 計 （a）基座軸承的外套 （b）關節(jié)的軸承外套1 （c）關節(jié)軸承外套2 （d）關節(jié)的軸承外套3北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）20軸 承 外 套 的 結 構 如 圖 示 ， 本 樣 機 總 共 需 要 4個 型 號 相 同 的 軸 承 ， 但考 慮 到 4個 軸 承 外 套 所 處 的 位 置 和 功 能 上 的 差 異 性 ， 它 們 的 結 構 各 不 相 同 ， 有 的復 雜 ， 有 的 簡 單 。 如 圖 （ a） 所 示 ， 無 繞 繩 基 座 的 軸 承 外 套 結 構 比 較 簡 單 。 由 于 承 載 了 整 個 機 構 的 重 量 ， 受 彎 矩 較 大 ，所 以 用 四 個 螺 釘 將 其 固 定 在 基 座 上 。如 圖 （ b） 所 示 ， 這 個 軸 承 外 套 既 是 與 基 座 連 接 的 ， 也 是 機 械 臂 的 第一 個 關 節(jié) 。 它 上 面 的 定 位 銷 是 在 繞 鋼 絲 繩 的 時 候 ， 使 機 械 臂 a與 基 座 垂 直 而 設 計 的 。 固 定 鋼 絲 繩 的 兩 個 螺 紋 孔 是 靠 墊 片 將 繞 過 螺 釘 的 鋼 絲 繩 壓緊 而 固 定 的 。 定 位 銷 是 繞 鋼 絲 繩 時 ， 起 機 械 臂 b 與 末 端 執(zhí) 行 器 相 互 垂 直 的 作用 。 固 定 板 處 的 圓 弧 ， 不 是 為 了 外 形 而 倒的 圓 角 ， 而 是 加 工 時 銑 刀 半 徑 所 產(chǎn) 生 的 。 圖 中 可 以 看 出 ， 它 的 結 構 復 雜 ， 附 帶 的 功 能 很 多 。 其 次 ， 固 定 板 的 槽 是 要 與 機 械 臂 a固 定 的 ， 槽 要 比 機 械 臂 的 板 厚 深 ， 以 不 干 擾 軸 與 它 的 連 接 。 最 后 ， 卡 環(huán) 槽 是 為 軸承 定 位 的 ， 使 軸 承 不 產(chǎn) 生 軸 向 的 移 動 。 設 計 過 程 中 ， 充 分 考 慮 了 零件 功 能 ， 零 件 外 形 ， 零 件 重 量 ， 零 件 加 工 工 藝 簡 單 等 方 面 。 軸 的 設 計 和 其 他 零 件 的 設 計 相 似 ， 包 括 結 構 設 計 和 工 作 能 力 計 算 兩 方面 的 內 容 。 如 果 軸 的 結 構 設 計 不 合 理的 話 ， 將 會 嚴 重 的 影 響 軸 上 零 件 的 工 作 可 靠 性 和 軸 的 工 作 能 力 ， 同 時 還 會 增加 軸 的 制 造 成 本 和 軸 上 零 件 裝 配 的 困 難 等 。軸 的 工 作 能 力 計 算 主 要 指 的 是 軸 的 強 度 、 剛 度 和 振 動 穩(wěn) 定 等 方 面 的 計 算 。 這 時 需 要 及 時 對 軸 的進 行 強 度 計 算 ， 以 防 止 塑 性 變 形 和 斷 裂 。 對 與 高 速 運 轉 的 軸 ， 還 要 進行 振 動 穩(wěn) 定 性 的 計 算 ， 以 防 止 因 為 軸 的 共 振 而 產(chǎn) 生 破 壞 。 軸的設計過程：選擇材料結構設計軸的承載能力驗算驗算合格?結束YN北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）22 軸 的 材 料 軸 的 材 料 主 要 是 碳 鋼 和 合 金 鋼 ,常 見 圖 。 由 于 碳 鋼 比 合 金 鋼 價 廉 ， 對 應 力 集 中 的 敏 感 性 較低 ， 同 時 也 可 以 用 熱 處 理 活 化 學 熱 處 理 的 辦 法 提 高 其 耐 磨 性 和 抗 疲 勞 強 度 ， 故采 用 碳 鋼 制 造 軸 尤 為 廣 泛 ， 其 中 最 常 用 的 45鋼 。 因 此 ， 在 穿 多 大 動 力 ， 并 要 求 減 少 尺 寸 與 質 量 ， 提 高軸 勁 的 耐 磨 性 ， 以 及 處 于 高 溫 或 低 溫 條 件 下 工 作 的 軸 ， 常 采 用 合 金 鋼 。 但 也 應 當 注 意 ， 在 既 定 條 件 下 ， 有 時也 可 以 選 擇 強 度 較 低 的 鋼 材 ， 而 用 適 當 增 大 軸 的 截 面 面 積 的 辦 法 來 提 高 軸 的 剛度 。高 強 度 鑄 鐵 和 球 墨 鑄 鐵 容 易 做 成 復 雜 的 形 狀 ， 且 具 有 廉 價 、 良 好 的 吸 振 性和 耐 磨 性 ， 以 及 對 應 力 集 中 的 敏 感 性 較 低 等 優(yōu) 點 ， 可 用 于 制 造 外 形 復 雜 的 軸 。軸 的 結 構 主 要 取 決 于 以 下 因 素 ： 軸 在 機 器 中 的 安 裝 位 置 及 形 式 ： 軸 上 安 裝 的零 件 的 類 型 、 尺 寸 、 數(shù) 量 以 及 和 軸 的 連 接 的 方 法 ； 載 荷 的 性 質 、 大 小 、 方 向 及北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）24分 布 的 情 況 ； 軸 的 加 工 工 藝 等 。 設 計 時 ， 必 須 針對 不 同 情 況 進 行 具 體 的 分 析 。 下 面 討 論 軸 的 結 構 設 計 中 要 解 決 的 幾 個 主 要 問 題 。 所 謂 裝 配 方 案 ， 就 是 預 定 出 軸 上 主 要 零 件 的 裝 配 方 向 、 順 序 和 相 互 關系 。 設 計 時 可 擬 定 幾 種裝 配 方 案 ， 進 行 分 析 與 選 擇 。 零 件 的 軸 向 定 位軸 上 零 件 的 軸 向 定 位 是 以 軸 肩 、 套 筒 ， 軸 端 擋 圈 、 軸 承 端 蓋 和 圓 螺 母 等 來保 證 的 。軸 肩 分 為 定 位 軸 肩 和 非 定 位 軸 肩 兩 類 。 另 外 ， 軸 肩 過 多 時 也 不 利 于 加 工 。 定 位 軸 肩 的 高 度 h一 般 取 為 ， 為 零 件 相 配 處 的 軸 的 直 徑 ，()d?:滾 動 軸 承 的 定 位 軸 肩 高 度 必 須 低 于 軸 承 內 圈 端 面 的 高 度 ， 以 便 于 拆 裝 軸 承 ， 周建 的 高 度 可 查 手 冊 中 軸 承 的 安 裝 尺 寸 。 非 定 位 軸 肩 是 為 了 加 工 和 裝 配 方 便 而 設 置 的 ， 其 高 度 沒 有嚴 格 的 規(guī) 定 ， 一 般 取 為 。 各 軸 段 所 需的 直 徑 與 軸 上 的 在 和 大 小 有 關 。 但 在 進 行 軸 的 結 構 設 計 前 ， 通 常 已 能 求 得 軸 所受 的 扭 矩 。 將 初 步 求 出 的直 徑 作 為 承 受 扭 矩 的 軸 段 的 最 小 直 徑 ,然 后 再 按 照 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 和 定mind位 要 求 ， 從 處 起 逐 一 確 定 各 段 軸 的 直 徑 。最 小 軸 徑 的 確 定 : in ??????≈ Mpa ??..02An????m—扭 矩 ， —抗 扭 截 面 系 數(shù) ， —功 率 ， —轉 速 ， —許 用 應 力 ，TTWP??T?—計 算 直 徑 ， —材 料 系 數(shù) 。 理 布 置 軸 上 零 件 以 減 少 軸 的 載 荷為 了 減 少 軸 所 承 受 的 彎 矩 ， 傳 動 件 應 盡 量 靠 近 軸 承 ， 并 盡 可 能 不 采 用 懸 臂 的支 承 形 式 ， 力 求 縮 短 支 承 跨 距 及 懸 臂 長 度 等 。 進 軸 的 結 構 以 減 少 應 力 集 中 的 影 響軸 通 常 是 在 變 應 力 條 件 下 工 作 的 ， 軸 的 截 面 尺 寸 發(fā) 生 在 突 變 處 要 產(chǎn) 生 應 力 集中 ， 軸 的 疲 勞 破 壞 往 往 在 此 出 發(fā) 生 。 為 此 ， 軸 肩 處 應 采 用 較 大 的 過 渡 圓 角 半 徑 r 來 降 低 應 力 集 中 。 當 靠 軸肩 定 位 的 零 件 的 圓 角 半 徑 很 小 時 ， 為 了 增 大 軸 肩 處 圓 角 半 徑 ， 可 采 用 內 凹 圓 角北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）26或 加 裝 隔 離