【正文】 直徑 5d ＝ 30mm。另一些軸段長(zhǎng)度，除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。 根據(jù)軸承寬度取 62 15 lmml ?? 。 圖 41圓柱齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖 軸的強(qiáng)度校核 ??8 軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力，對(duì)于用于傳遞轉(zhuǎn)矩的軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，對(duì)于只受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算，兩者都具備的按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核等。39。2 2 0 4 02 2 1 5 9 1 7 9 .5 5407 9 .5 5 2 0 2 8 .9 5ttrtd m z mmTFNdF F tg tg N?? ? ? ??? ? ?? ? ? ? ? ? b． 畫軸的受力簡(jiǎn)圖 軸的受力如圖 42 所示 。 在水平面上， aa— 剖面左側(cè) 11 1 9 .3 8 5 8 1 1 2 4a H N HM F l Nm m? ? ? ? ? aa— 剖面右側(cè) 2239。 11 3 9 . 7 8 5 8 2 3 0 7a V a v N VM M F l N m m? ? ? ? ? ? 合成彎矩， aa— 剖面左側(cè) 2 2 2 21 1 2 4 2 3 0 7 2 5 6 6a H a VM a M M N m m? ? ? ? ? aa— 剖面右側(cè) 2 2 2 239。 39。 g.． 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 ? ? ? ? M Pab 601 ?? ?? ， ? ? Mpab 1000 ?? ，則 ? ?? ? 01 ???bb??? 。 aa— 截面左側(cè) 333 mmdW ???? 查得 1=σK ， =τK ；查得絕對(duì)尺寸系數(shù) ??? ， ??? ；軸經(jīng)磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù) =β 。 其它軸用相同方法計(jì)算，結(jié)果都滿足要求。 a. 初估軸徑， C=106~117,取 C=106 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和額定功率可知與圓柱齒輪軸相嚙合的大齒輪的轉(zhuǎn)速為 201 5 0 0 7 5 0 / m i n40nr? ? ? 則 根據(jù)公式 41 可得： 3min PdCn? 3 750?? = b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從 dmin處開始逐段確定直徑。軸段 3 作為軸肩，對(duì)軸段 2 處安裝的齒輪作軸向固定，故取 mmd 243 ? 軸段 4,6 處安裝軸承，根據(jù)要求選用 7205 型號(hào)的軸承，根據(jù)軸承型號(hào)與軸徑的大小同時(shí)選擇故確定軸段 4 和軸段 6 的直徑為mmdd 2564 ?? 。軸段 7 用作軸肩以此來用于對(duì)軸承作軸向固定故取 mmd 327 ? 。 c. 各軸段長(zhǎng)度的確定 軸段 1上裝 M12的螺栓和擋板，故取 mml 201 ? 。軸段 3處利用軸肩作軸向固定，取 mml 213 ? 。軸段 5處裝套筒，其長(zhǎng)度為套筒的長(zhǎng)度，故取 mml 305 ? 。軸段 8處為錐齒輪部分，其長(zhǎng)度mml 1078 ? 。為方便加工，其它軸肩圓角半徑均取 1mm。 a. 初估軸徑， C=106~117,取 C=106 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和額定功率可知與手腕箱體連接軸的轉(zhuǎn)速為 2 0 2 01 5 0 0 1 5 0 / m i n4 0 1 0 0nr? ? ? ? 則 根據(jù)公式 41 可得： 3min PdCn? ＝ 106 3? = b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從 dmin處開始逐段確定直徑。軸段 3處安裝軸承，根據(jù)要求選用 7205 型號(hào)的軸承，并在軸的另一段安裝大錐齒輪，也在 此處開設(shè)鍵槽用來傳遞扭矩其尺寸為 6 28? ， 根據(jù)軸承型號(hào)與軸徑的大小同時(shí)選擇故取3 25d mm? 。軸段 5處用來安裝 7205 軸承 ,軸承內(nèi)徑與軸徑的大小取同一尺寸，故取 5 25d mm? 。軸段 2處裝鍵槽，用于傳遞扭矩，其鍵槽尺寸為 6 22? ，其長(zhǎng)度取 2 24l mm? 。軸段 4處利用軸肩作軸向固定，取 4 5l mm? 。 圖 44手腕連接軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計(jì) 22 大臂小臂連接軸的設(shè)計(jì) 由于此軸傳遞的功率不大，對(duì)其重量和尺寸也無特殊要求，故選常用材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。軸段 1處要安裝壓板和齒輪用來固定此軸 .故 mmd 251 ? 。軸段 3 處取mmd 463 ? 。另一些軸段長(zhǎng)度，除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。 軸段 2的長(zhǎng)度與軸承有關(guān) ,取 mml 222 ? 。 軸段 4 的長(zhǎng)度與軸段 2 處一樣 ,取 mml 224 ? 。根據(jù)工作時(shí)接觸面間的摩擦性質(zhì)，分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。因此我在做本課題設(shè)計(jì)時(shí)所選用的軸承全為滾動(dòng)軸承。保持架有沖壓的和實(shí)體的兩種結(jié)構(gòu)。所以本課題選用的保持架為實(shí)體的。綜合以上因素，所以選取 7205C系列的角接觸球軸承。 由以上計(jì)算可知： 徑向力 1 ? ， 2 ? 。 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計(jì) 24 118 .3 3 0 .4 2 91 9 .3 8arF eF ? ? ? 224 .1 2 0 .4 3 19 .5 7arF eF ? ? ? 查表可得：徑向載荷系數(shù) X=,軸向 載荷系數(shù) Y=。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2020 25 6 其它零部件的選用 鍵連接的選用 鍵連接分為平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。鍵的上表面與輪轂間留有間隙，因此，平鍵連接定心性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單裝拆方便，所以本次設(shè)計(jì)我選用的是平鍵連接中的圓頭平鍵。鍵連接的類型可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。 b、 h可根據(jù)軸徑 d由標(biāo)準(zhǔn)中查取；長(zhǎng)度 L可參照輪轂長(zhǎng)度Ｂ從標(biāo)準(zhǔn)中選取，一般取 L=B(510)mm， B=()d。 殼體的設(shè)計(jì) 小臂和手腕的外殼是支承整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的框架，采用鑄鋁材料，質(zhì)量輕，剛度大，小臂的外框結(jié)構(gòu)的厚度為 6mm、蓋子厚度為 6 mm、電機(jī)后蓋厚度為 6mm。其他部分的具體尺寸由結(jié)構(gòu)定，詳見裝配圖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人手臂要完成各種運(yùn)動(dòng)。而另一方面，手臂在運(yùn)動(dòng)過程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這將大大降低它的運(yùn)動(dòng)精度。 機(jī)器人手臂材料應(yīng)先是結(jié)構(gòu)材料。從力學(xué)角度看，即要有一定的強(qiáng)度。機(jī)器人手臂是運(yùn)動(dòng)的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。其中，非金屬材料有尼龍 6，聚乙烯（ PEH）和碳素纖維等；金屬材料以輕合金（特別是鋁合金）為主。 機(jī)器人臂部連接件的選用 ??11 本設(shè)計(jì)中采用兩種不同型號(hào)的波紋管聯(lián)軸器：小臂部分采用 DIN6885型號(hào)，手腕部分選用 。 圖 61 波紋管聯(lián)軸器 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2020 27 7 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的位姿分析 ??12 關(guān)節(jié)型機(jī)器人實(shí)質(zhì)上是依靠各關(guān)節(jié)坐標(biāo)值的改變來運(yùn)行的。當(dāng)機(jī)器人末端手部執(zhí)行工作任務(wù)時(shí) ,控制器依次給出記 錄好的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù) ,使機(jī)器人末端手部按照預(yù)定的位置有序運(yùn)動(dòng) ,實(shí)現(xiàn)給定位姿來完成工作。為了便于描述這些連桿之間的相互關(guān)系 ,在每一連桿關(guān)節(jié)上設(shè)立一個(gè)坐標(biāo)系 ,利用齊次變換就可以方便地描述這些坐標(biāo)系間的相對(duì)位置和姿態(tài)。 描述一個(gè)連桿與下一個(gè)連桿間相對(duì)關(guān)系的齊次矩陣通常記為 A 。如果 1A 表示第一個(gè)連桿對(duì)于基系 {0}的位置和姿態(tài)， 2A 表示第二個(gè)連桿相對(duì)于第一個(gè)連桿的位置和姿態(tài) ,那么第二個(gè)連桿在基系{0}的位置和姿態(tài)可由下列矩陣的乘積給出 2T = 21AA (71) 一般 T 加相應(yīng)前置或后置上下標(biāo)的公式來表示兩個(gè)或 兩個(gè)以上 A矩陣的乘積。于是 ,一個(gè) 6關(guān)節(jié) (6 自由度 )機(jī)器人從手部到基系｛ 0｝的總齊次變換矩陣 T 為 6T = 65321 AAAAAA 4 (73) 可以將上述 6 關(guān)節(jié)系統(tǒng)擴(kuò)展為具有 n 個(gè)關(guān)節(jié)自由度的系統(tǒng) ,其桿件0,1,… ,i,… ,n(共 n+1 個(gè) )通過關(guān)節(jié) 1,2,… ,i,… ,n(共 n 個(gè) )相連接。 表 71 機(jī)器人的桿件坐標(biāo)參數(shù) 關(guān)節(jié) i i? i? ia id 關(guān)節(jié)變量范圍 1 90 90 0 0 180 到 180 2 0 0 2a 2d 45 到 135 3 90 90 3a 0 90 到 90 4 0 90 0 4d 90 到 90 5 0 90 0 0 90 到 270 6 0 0 0 6d 90 到 90 2 569a mm? ， 2 173d mm? ， 3 40a mm?? ， 4 430d mm? ， 6 140d mm? 。 求得機(jī)器人連桿全部坐標(biāo)矩陣 iA 后，把前三個(gè) iA 相乘求得 03 1 2 3T AAA? ，在使后三個(gè) iA 相乘，構(gòu)成 36 4 5 6T A AA? 。 機(jī)器人 03T 為 2 3 22 3 203 1 2 3231 23 1 1 23 1 2 1 23 11 23 1 1 23 1 2 1 23 123 0 23 2 230 0 0 1c c s c s a c c a c c d ss c c s s a s c a s c d cT A A As c a s a s? ? ????? ???? ? ? ??? 機(jī) 器人 36T 矩陣為 6636 4 5 6644 5 6 4 6 4 5 6 4 6 4 5 4 54 5 6 4 6 4 5 6 4 6 4 5 4 55 6 5 6 5 50 0 0 1c c c s s c c s s c c s d c ss c c c s s c s c c s s d s sT A A As c s s c d c d? ? ?????? ? ??? ???? 如圖 71 所示機(jī)器人末桿矩陣 06T 可寫成為 0 0 36 3 6 1 2 3 4 5 60 0 0 1x x x xy y y yz z z zn o a pn o a pT T T A A A A A An o a p????? ? ????? 式中， 1 [ 2 3 ( 4 5 6 4 6 ) 2 3 5 6 ] 1 ( 4 5 6 4 6 )xn c c c c c s s s s c s s c c c s? ? ? ? ? 1 [ 2 3 ( 4 5 6 4 6 ) 2 3 5 6 ] 1 ( 4 5 6 4 6 )yn s c c c c s s s s c c s c c c s? ? ? ? ? 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6zn s c c c s s c s c? ? ? ? 1 [ 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6] 1 ( 4 5 6 4 6)xo c c c c s s s s s s s s c s c c? ? ? ? ? ? ? 1 [ 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6] 1 ( 4 5 6 4 6)yo s c c c s s s s s s c s c s c c? ? ? ? ? ? ? 23 ( 4 5 6 4 6) 23 5 6zo s c c s s c c s s? ? ? 1 ( 23 4 5 23 5 ) 1 4 5xa c c c s s c s s s? ? ? 1 ( 23 4 5 23 5 ) 1 4 5ya s c c s s c c s s? ? ?23 4 5 23 5za s c s c c? ? ? 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人臂部和手部設(shè)計(jì) 30 6 4 3 2 6 21 [ ( 23 4 5 23 5 ) 23 23 2] 1 ( 4 5 )xp c d c c s s c d s a c a c s d s s d? ? ? ? ? ? ? 6 4 3 2 6 21 [ ( 23 4 5 23 5 ) 23 23 2] 1 ( 4 5 )yp s d c c s s c d s a c a c c d s s d? ? ? ? ? ? ? 6 4 3 2( 23 5 23 4 5 ) 23 23 2zp d c c s c c d c a s a s? ? ? ? ? 作為一次校核，若令 1 90?? ， 2 0?? ， 3 90?? ， 4 0?? ， 5 0?? ， 6 0?? 并將給定的 2a