跆拳訓練用道機器人傳動系統(tǒng)設計

1、一 概 述1.課題來源及意義機器人的應用領域在不斷拓寬，為了滿足跆拳道訓練人員的方便訓練要求，但在跆拳道訓練館和大眾休閑場所卻還沒有專業(yè)的跆拳訓練用道機器人，我們的跆拳訓練用道機器人總體及控制系統(tǒng)設計就是為了填補這個方面的空白。當今社會，科學技術日新月異，時代前進的步伐越邁越寬，應用自動化設備，計算機處理，現(xiàn)代化通訊，數(shù)字化信息，現(xiàn)代化顯示設備等高新技術而建立的現(xiàn)代化智能，控制等系統(tǒng)已經(jīng)得到充分的發(fā)展與應用，仿人機器人也就應運而生。同時，在建設以人為本的和諧社會的過程中，仿人機器人能夠完成考古發(fā)掘，海底揭密，宇宙探索等危險作業(yè)，以保證人身安全。仿人機器人是在非結構環(huán)境下為人類提供必要服務的多種

2、高技術集成的智能化裝備。以服務機器人和危險作業(yè)機器人應用需求為重點，研究設計方法、制造工藝、智能控制和應用系統(tǒng)集成等共性基礎技術。由于機器人的應用越來越廣，機器人技術有著前沿的突破，仿人機器人總體及控制系統(tǒng)研究技術是最為關鍵的。仿人機器人能與人類對話，能完成人類一些動作等，仿人機器人能與人類交互，更像人類，從而越來越受歡迎。這就要求它能對變化環(huán)境有更強的適應能力，可以進行更精確的定位和控制，并具有更高的仿人能力。仿人機器人的問世與廣泛應用將極大促進社會生產(chǎn)力的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整。跆拳道機器人的制造與銷售將成為一個新的經(jīng)濟增長點。跆拳訓練用道機器人傳動系統(tǒng)，主要用于體育教學，以減少跆拳道訓練人

3、員受傷的危險，減輕訓練人員的疲勞，提高實戰(zhàn)性和訓練效率，使訓練人員的競技水平，同時也可用于全民健身，提高全民素質(zhì)。同時開發(fā)出具有知識產(chǎn)權的，經(jīng)濟實用的跆拳道訓練用機器人樣機，對備戰(zhàn)2008科技奧運，振興體育裝備業(yè)，具有深遠的社會意義和現(xiàn)實意義。2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢好的成績，來源于科學的選材與科學的訓練。挑選有天賦、身體素質(zhì)好的運動員固然重要，但是后天的訓練更重要，目前，世界各機器人強國均積極從事跆拳訓練用道機器人的科學研究，但很多研究都停留在一般的水準上，主要是對運動員的技戰(zhàn)術的研究，而對跆拳訓練用道機器人訓練人員的體能訓練方法與手段的研究較少。由于我們國家存在很多其他的因素。我們真正進

4、行機器人研究，這二十年是發(fā)展最迅速的時期，在1986年我們國家成立了863計劃是高技術發(fā)展計劃，就將機器人技術作為一個重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個億的資金開始進行了機器人研究，使得我們國家在機器人這一領域得到很快地、迅速地發(fā)展。目前國內(nèi)許多單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機器人研究。目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機器人，水下機器人，空間機器人，核工業(yè)的機器人，都在國際上應該處于領先水平，總體上我們國家與發(fā)達國家相比，還存在很大的差距，在我們國家在機器人的產(chǎn)業(yè)化方面，還沒有固定成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些特殊機器人方

5、面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删碗S著工業(yè)化的發(fā)展，機器人的發(fā)展的應用領域在不斷拓寬，一個很重要的特征是機器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務行業(yè)，這跟工業(yè)機器人相比，有一個很大的不同，它主要是一個移動平臺，能夠移動、運動，上面有一些手臂進行操作，同時還裝有一些像力覺和視覺傳感器、超聲測距傳感器等等。能對周邊的環(huán)境進行識別，完成某種工作。這是服務機器人的基本的一個特點。跆拳道訓練機器人就是一個服務機器人，目前國內(nèi)在這方面的研究還未有展開，但隨著跆拳道這項運動在我國的流行，這種機器人必將受到人們的歡迎。機器人未來的發(fā)展是非常廣泛的，因為它的用途多，其典型的發(fā)展方向可以歸納為以下幾點：1節(jié)約勞

6、動力這是工業(yè)機器人的最主要方向。即便在人員工資便宜的國家，也需要準確高速作業(yè)的機器人，東南亞國家以引進了機器人。雖然近來機器人不如以前那樣受關注，但工廠里的機器人化還在穩(wěn)步進展。不僅在工廠，而且在鋪平混凝土的建筑作業(yè)，寬敞空間的清掃也都在使用機器人。2進行極限作業(yè)在工作的噴漆及鑄造那樣的惡劣環(huán)境下使用了工業(yè)機器人，現(xiàn)在像精練車間、冷藏室、核電站、宇宙空間、海洋那樣人難以進入的場所，進行作業(yè)的機器人正在增多，甚至在農(nóng)業(yè)上，在溫室內(nèi)移動噴灑農(nóng)藥的機器人也可以稱為機器人。正在開發(fā)不停電進行電力檢修作業(yè)及檢查貼在大廈墻面上瓷磚等危險作業(yè)的機器人。3用于醫(yī)療、福利、腦外科手術由于要求準確地確定手術部位，

7、因此一些醫(yī)院正在進行用機器人協(xié)助手術的實驗。在福利方面，輔助步行訓練、飲食等的搬運工作正在機器人化。安全運行的智能轉(zhuǎn)移，從寢床向移動床的移換，盲人的引導等方面的機器人也正在研究。在假手和假腿中也在利用機器人技術。4與人協(xié)調(diào)作業(yè)在處理重物的場合，用機器人支承重量，由人進行仔細定位。為了使老年人及殘疾人具有生活能力，不僅要協(xié)助進行體力勞動，而且在觀看細小的地方，要使手準確地動作等諸多方面都需要機器人的協(xié)助。5制作寵物在計算機內(nèi)生成人物和動物已經(jīng)成為一種娛樂方式。在機器人方面，向著亮光移動的微型機器人，以及像小狗樣動作的寵物機器人，市場上已經(jīng)有出售，但由于價格高，而且機能有限，至今尚未普及。隨著電視

8、攝象機及計算機的價格降低，將來制作像狗和貓一樣見到飼養(yǎng)主人就歡跳的寵物機器人已不再是夢想。6基礎技術用途在機器人學中所學到的基礎技術，可以應用到機器人及機械的機器人化以外的地方。下面舉幾個典型的例子：(1)采用力控制的精密裝置：人們在把鑰匙插入鑰匙孔時，只用眼睛看還不能很順利，還要用手去試探控制力。在機器人學中的學習力控制，就是用超過定位精度的精度進行裝配作業(yè)的一種方法。(2)在傳輸動畫圖像，如果把必要的部分詳細傳輸，不必要的背景部分粗略的傳輸，可以縮短傳輸所需的時間。研究機器人是眼睛，目的在于把物體從背景中識別出來，這一成果可用在圖像傳輸上，同時，還可以從多個圖像檢索出想要的圖像，并把它們加

9、以編輯后供使用。(3)在機器人學中使用的作業(yè)規(guī)劃是自動生成的。這也可用在一般生產(chǎn)計劃的自動設計上。3課題研究的基本目的本次畢業(yè)設計是對高等工科院校學生綜合設計能力的訓練，其基本目的是：1.培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練綜合運用機械設計和有關選修課程的理論，結合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識；2.通過制定設計方案，合理選擇傳動機構和零件類型，正確計算工作能力、確定尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮制造工藝、使用和維護等要求，之后進行結構設計，達到了解和掌握機械零件，機械傳動裝置或簡單機械的設計過程和方法；3.進行設計基本技能的訓練。例如計算、繪圖、熟

10、悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標準和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)、進行經(jīng)驗估算和處理數(shù)據(jù)的能力。設計工作是極為復雜、細致和繁重的工作，長期的設計和生產(chǎn)實踐積累了許多可供參考的和借鑒的寶貴經(jīng)驗和資料，繼承和發(fā)展這些經(jīng)驗和成果，不但可以減少重復工作，加快設計進度，也是提高設計質(zhì)量的重要保證。善于掌握和使用各種資料，也是設計工作能力的重要體現(xiàn)。 本次設計尚存在許多不足之處，懇請各位老師提出寶貴意見，以便我們改進和完善本作品。二 工作原理分析1. 跆拳道訓練用機器人傳動系統(tǒng)組成該跆拳道訓練用機器人傳動系統(tǒng)主要由上肢、中肢、動板、定板、下肢、圓錐齒輪、電動機等主要部件組成。2. 工作原理跆拳道訓練用機器人由

11、個運動組合實現(xiàn)，底座部分的齒輪齒條的移動，動板的轉(zhuǎn)動，蝸桿蝸輪的前后擺動，圓錐齒輪帶動上肢的擺動。由齒輪齒條的移動，動板的轉(zhuǎn)動和蝸桿蝸輪的上下擺動以及圓錐齒輪的前后擺動復合實現(xiàn)面向體育教學的全方位的訓練動作，基本符合運動員訓練的要求。齒輪安裝在底座上，齒條安裝在燕尾動板上，在電動機（1）的作用下，實現(xiàn)機器人的腳步移動。定板安裝在下肢上，動板安裝在中肢上，在電動機（2）的作用下，實現(xiàn)中肢的轉(zhuǎn)動。蝸桿蝸輪安裝在上肢上，在電動機（3）的作用下，實現(xiàn)上肢的前后擺動。電動機啟動后，整個運動循環(huán)由單片機自動控制，并能按實際需求編制程序以完成不同的工作動作要求，不需要人力操作。3. 各主要部件工作效用如下:

12、(1) 上肢、中肢、下肢: 為人體造型.(2) 動板: 在驅(qū)動電機的作用下，實現(xiàn)中肢轉(zhuǎn)動.(3) 齒條: 通過直線運動，實現(xiàn)機器人的腳步移動.(4) 齒輪: 傳遞驅(qū)動電機運動,將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為齒條的直線運動.(5) 定板: 便于固定驅(qū)動電機以及連接動板.(6) 圓錐齒輪：在驅(qū)動電機的作用下實現(xiàn)上肢的前后擺動。(7) 齒條: 通過直線運動，實現(xiàn)機器人的腳步移動.(8) 齒輪: 傳遞驅(qū)動電機運動,將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為齒條的直線運動.(9) 電動機: 為所聯(lián)接的零部件傳遞動力和轉(zhuǎn)矩.4. 該機器的主要創(chuàng)新點 將定板，動板和圓錐齒輪用于機器人中，分別實現(xiàn)中肢的轉(zhuǎn)動和上肢的前后擺動，圓錐齒輪在驅(qū)動電機的作用

13、下實現(xiàn)上肢的前后擺動。并將開發(fā)成跆拳道訓練用的樣機，對振興體育裝備業(yè)，具有深遠的社會意義和現(xiàn)實意義。 三 機器人的人體設計1人機工程學的簡介人機工程學研究應包括理論和應用兩個方面,但當今本科研究的總趨勢還是重于應用。雖然人機工程學研究內(nèi)容和應用范圍極其廣泛，但本學科的根本研究方向卻是通過揭示人，機和環(huán)境之間相互關系的規(guī)律，以達到確保人-機-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化?，F(xiàn)代人機工程學發(fā)展有三個特點：（1） 不同于傳統(tǒng)人機工程式學研究中著眼于選擇和訓練特定的人，使之適應工作要求；現(xiàn)代人機工程學著眼于機械裝備的設計，使機器的操作不越出人類能力界限之外。（2） 密切與實際應用相結合，通過嚴密計劃設定的廣

14、泛實驗性研究，盡可能利用所掌握的基本原理，進行具體的機械裝備設計。（3） 力求使實驗心理學，生理學和功能解剖學等學科的專家與物理學，數(shù)學和工程學方面的研究人員共同努力和密切合作。現(xiàn)代人機工程學研究的方向是，把人-機-環(huán)境系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的整體來研究，以創(chuàng)造最適合于人操作的機械設備和作業(yè)環(huán)境，使人-機-環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，從而獲得系統(tǒng)的最高綜合效能。2機器人的人體組成機器人的人體由上肢，中肢和下肢三部分組成：（1） 上肢 上肢是總體設計的重要部分之一，在人體的上肢中安裝蝸桿蝸輪（及原動件電動機），以實現(xiàn)總體設計的三個自由度之一前后擺動，完成跆拳道訓練用機器人的上肢動作，使其達到訓練人員的基本要求。（

15、2）中肢中肢也是總體設計的重要部分之一，為了實現(xiàn)中肢的轉(zhuǎn)動，在中肢上安裝動板和定板，以實現(xiàn)總體設計的三個自由度之一轉(zhuǎn)動，完成跆拳道訓練用機器人的中肢動作，使其達到訓練人員的基本要求。（3）下肢下肢也是總體設計的重要部分之一，為了實現(xiàn)下肢的腳步移動，將下肢與燕尾動板聯(lián)接，從而實現(xiàn)跆拳道訓練用機器人的下肢腳步移動動作，使其達到訓練人員的基本要求。四 移動部件設計1原動件的選擇1）選擇電動機應綜合考慮的問題（1）根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。（2）根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機

16、功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取0.80.9。過大的備用功率會使電機效率降低，對于感應電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉(zhuǎn)矩校驗強度的生產(chǎn)機械造價提高。（3）根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護方式，選擇電動機的結構形式。（4）根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。（5）根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過度過程性能的要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。 除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件的通用

17、性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價格、建設費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關系等各種因素。2）電動機類型選擇對負載平穩(wěn)，啟動、制動無特殊要求的長期運行的機械，小功率 ，一般選用普通鼠籠電動機。3）電動機電壓和轉(zhuǎn)速的選擇小功率電動機一般選用380V電壓。電動機額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉(zhuǎn)速時，必須考慮機械減速機構的傳動比值，兩者相互配合，經(jīng)過技術、經(jīng)濟全面比較才能確定。通常，電動機轉(zhuǎn)速不低于500r/min, 因為當功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，而且效率也較低，如選用高速電動機，勢必加大機械減速機構的傳動比，致使機械傳動部分復雜

18、起來。從而初步選電動機的同步轉(zhuǎn)速為1000r/min。4）電動機功率計算 估算跆拳道機器人及其中肢動板的重量為G=1500N，查表得f取0.05。 則： F=Gf=1500x0.05=75N 由初選知，電動機同步轉(zhuǎn)速n=1000r/min 則： T=60/1000=6/100s 由 V=2r/T=2x3.14x12x100/(1000x6)=1.256m/s 由 P=FV/=75x1.256/0.8=117.75wY系列電動機（摘自JB/T8680。1-1998）為全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，按照國際電工委員會（IEC）標準設計的，具有國際互換性的特點，選擇電動機的型號為Y90S-6，轉(zhuǎn)

19、速為910r/min。電動機型號意義：以Y132S22B3為例，Y表示系列代號，132表示機座中心高，S2表示短機座和底二種鐵心長度（M表示中機座，L表示長機座），2表示電動機的極數(shù)，B3表示安裝形式。5）根據(jù)跆拳道機器人的運動需求，要滿足機器人的下肢和中肢之間的擺動，固需要電機帶動動板轉(zhuǎn)動，且電機必需安裝在定板上。根據(jù)的參數(shù)確定定板，動板的尺寸和加工要求。如下圖所示：圖表 1動板圖表 2定板2齒輪傳動的基本要求齒輪傳動是機械傳動中最重要的，應用最為廣泛的一種傳動型式。 齒輪的功能是傳遞運動和動力，在工作過程中可能出現(xiàn)傳動不夠平穩(wěn)，產(chǎn)生振動，沖擊和噪聲。工作至一定的時間后，將產(chǎn)生輪齒折斷，齒面

20、疲勞點蝕，磨損，膠合和塑性變形等損傷形式，為了解決這些問題，通常對齒輪傳動提出以下兩項基本要求：1.必要的工作平穩(wěn)性 即要求齒輪在傳動過程中，瞬時傳動比恒定不變，以減少振動，沖擊和噪聲。2.足夠的強度 即要求輪齒的尺寸小，重量輕，在保證承載能力條件下，具有一定的壽命。也就是要求齒輪在預定的使用期限內(nèi)，不發(fā)生輪齒折斷，齒面點蝕，齒面膠合及嚴重磨損等失效形式。這兩項要求，對不同用途的齒輪有不同的著重點，但在齒輪傳動設計中，它們是相互聯(lián)系又相互影響的3圓錐齒輪設計根據(jù)題意，連接錐齒輪選用的電動機的額定功率、載荷較平穩(wěn)，故選用軟齒面，= 90o標準直齒錐齒輪，其失效形式為齒面疲勞點蝕。先按齒面接觸疲勞

21、強度設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。(1) 選擇齒輪材料，確定許用應力小、大齒輪均選用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)，查表可知其硬度為229286HBS;大齒輪正火，硬度169217 HBS，查得材料的性能參數(shù)如下：Flim1=220 MPa ; Flim2=210 MPa ;Hlim1=600 MPa ; Hlim2=555 MPa ;由以下兩個公式，可得材料的許用彎曲應力Fp和齒面許用接觸應力Hp 。 (2-9) 式中，F(xiàn)lim為齒輪齒根的彎曲疲勞極限；YST為試驗齒輪的應力修正系數(shù)，取值YST =2；YN為彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)，取值YN =1；SFmin為彎曲強度的最小安全系數(shù)，取值SFmin

22、=1.6； (2-10)式中，Hlim為齒輪的接觸疲勞極限；SHmin為接觸強度的最小安全系數(shù), 取值SHmin =1.3；ZN為接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)，取值ZN = 1；ZW為工作硬化系數(shù)，取值ZW = 1；將數(shù)據(jù)代入公式(2-9) 、(2-10)中，可得：FP1 = 338 MPa FP2 = 323 MPa HP1 = 600 MPa HP2 = 555 MPa (2) 按接觸疲勞強度設計當一對齒輪為鋼制時，有 (2-11)a. 計算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩。T1 = 9550 P1/ n1 (2-12)式中，P1為電動機的工作功率，取值P1=117.75w；n1為轉(zhuǎn)速，取值n1=1420

23、r/min；將數(shù)據(jù)代入公式 (2-12) 中，可得：可得：T1 =50.44 N/mb. 選擇齒寬系數(shù)，取=0.3。c. 選取載荷系數(shù)，取K=1.5。d. 初算小齒輪大端分度圓直徑將直徑以上各值代入，可得: d1 86.76 mme. 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)。選取Z1=26，則Z2=i Z1=65。故大端模數(shù)m= d1/ Z1 = 1.92查表可知：取m= 2f. 計算主要的外形尺寸 小齒輪分度圓 d1= m Z1 =52.0 mm大齒輪分度圓 d2= m Z2 =130.0 mm錐距R=116.8 mmb = 35.04 mm(3) 校核齒根彎曲疲勞強度由以下公式計算：F=2360KT1/ bm

24、2 z1(1-0.5R)2 YFSFP (2-13)a. 確定YFS/FP的大值1 =arctan(1/) =arctan(z1/ z2) (2-14) 代入數(shù)據(jù)，可得：1 =21o4852 =90 o -1 =68o1155zV1 = z1/cos1 = 28zV2 = z2/cos2= 174可查得YFS1=4.15，YFS2=3.90YFS1/FP1=0.0123YFS2/FP2=0.012因為YFS1/FP1 YFS2/FP2 ，所以校核小齒輪即可。b. 校核小齒輪的齒根彎曲強度代入數(shù)據(jù)，可得：F1 = 128.27 MPaFP1故小齒輪的齒根彎曲疲勞強度足夠。(4) 齒輪具體的尺寸及

25、結構見圖紙2.按輪齒彎曲強度設計1）齒輪的幾何參數(shù)如下：精度等級：8GKGB1009588查表6-22， 取載荷系數(shù)K=1.5取齒數(shù)：Z=16壓力角：=20查圖6-13得：齒形系數(shù) 則 因，取設計模數(shù)m考慮磨損，模數(shù)要加大10，m=3.21.1=3.52查表6-16，取模數(shù)m=4齒輪模數(shù)；齒輪齒數(shù)Z=16；齒輪分度圓直徑；則頂隙（其中）；齒頂高（其中）；齒輪齒頂圓直徑；齒根高；齒輪齒根圓直徑；取齒寬系數(shù)：，即齒輪齒寬為。齒輪如下圖：2）齒條的幾何參數(shù)如下：1. 模數(shù)m=42. 壓力角：=203. 齒數(shù)：Z=424. 精度等級：8GKGB1009588齒條如下圖：五 軸系零件設計計算1軸的結構設

26、計該軸無特殊要求，選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼。軸上主要零件布置如下圖示。各零件裝配方案及固定方式如下表。各軸段尺寸計算確定如下：1）確定各軸段直徑段：d1=24mm，前面選電動機時計算所得。段：d2=28mm，段的左端為聯(lián)軸器的定位軸肩，查參考資料機械課程設計簡明手冊表8-23知其最小值為36mm。段：d3=30mm，與滾動軸承相配合。段：d4=32mm，估算。 表零件裝配方案軸向固定周向固定左右齒輪從左裝入套筒軸肩鍵左軸承從左裝入軸承蓋套筒過盈半聯(lián)軸器從左裝入軸肩鍵右軸承從右裝入軸肩軸承蓋過盈段：d5=46mm，它是齒輪的右端定位軸肩。段：d6=40mm，減少加工面長度，避免配合表面的刮傷。段：d

27、7=30mm，軸承成對使用，與段相同。2）確定軸上各軸段長段： L1=51mm，為使壓板壓住半聯(lián)軸器，取其相應軸長為51 mm。段： L2=82mm；段：L3=92mm,與軸承配合。段：L4=62mm，為使套筒壓住齒輪端面，取相應的軸長62mm。段：L5=24mm；段：L6=50mm；段：L7=17mm, （軸承寬16mm+1mm）?？傒S長 L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=51+82+92+62+24+50+17=378mm3）考慮軸的結構工藝性考慮軸的結構工藝性，在軸的左端與右端均制成2x45的倒角，為便于加工，齒輪和半聯(lián)軸器處的鍵槽布置在同一母線上。4）軸設計時應注意的事項軸

28、的設計簡要地說是強度前提定直徑；裝拆決定階梯形；零件固定應可靠；注意合理工藝性。（1）設計軸時不能只孤立地考慮一根軸本身，也不能僅僅考慮強度算。它必須和軸系以及整臺機器的結構與尺寸結合起來考慮。（2）軸的強度有三種計算方法，分別應用于不同場合。一般說來：1）只受轉(zhuǎn)矩的軸和受彎矩不大又不重要的軸，可只用第一種方法（按扭轉(zhuǎn)強度條件估算軸徑）計算；2）一般轉(zhuǎn)軸可按第一種方法先估算受扭矩部分的最小軸徑，進行結構設計后再按第二種方法（彎矩和轉(zhuǎn)矩合成強度）計算軸徑或驗算強度：3）重要轉(zhuǎn)軸在用第二種方法計算后，再按第三種方法驗算有應力集中的各危險截面的安全系數(shù)。當計算不能滿足要求時，需修改的結構與尺寸且作重

29、新計算，直到滿足為止。（3）軸的結構設計，是軸設計中最重要的一步，其目的就是確定各部直徑和長度。確定直徑時，應由軸端最小直徑開始，根據(jù)軸上安裝零售的尺寸及安裝要求，確定各階梯軸的直徑與長度，設計時必須保證：軸上零件有準確的周向和軸向定位和可靠的固定；軸上零件應裝拆和調(diào)整方便；軸具有良好的結構工藝性；軸的結構有利于提高其強度與剛度，尤其減少應力集中。（4）軸的材料，熱處理和加工方法對軸的強度有較大的影響；合金鋼在常溫下的彈性模量和碳素鋼差不多，故當其他條件相同時，用合金鋼代替碳素鋼雖然強度得到提高，但不能提高軸的剛度。2軸的可靠性分析 如圖所示，已知軸的危險截面上，同時作用有彎矩M和轉(zhuǎn)矩T，彎矩

30、M=，轉(zhuǎn)矩T=，軸材料的抗拉強度。設軸徑d=N,其制造公差為0.005，要求軸的可靠度為R=0.9999，由此可計算出軸的直徑。（1）根據(jù)給定參數(shù)的均值和標準差，根據(jù)3法則，計算數(shù)據(jù)如下： 軸徑的標準差彎矩的均值和標準差 故有 轉(zhuǎn)矩的均值和標準差 故有 （2）計算彎曲應力，扭轉(zhuǎn)應力和合成應力a. 彎曲應力 即 W為抗彎截面系數(shù)，W= 其均值和標準差可表示為 將彎矩和抗彎截面系數(shù)的特性參數(shù)代入彎曲應力表達式，可得到彎曲應力的均值和標準差為： =b. 扭轉(zhuǎn)切應力 為抗扭截面系數(shù)，且=2W 故有 將轉(zhuǎn)矩和抗扭截面系數(shù)的特征參數(shù)代入扭轉(zhuǎn)切應力表達式，可得到扭轉(zhuǎn)切應力的均值和標準差為： c. 合成應力的

31、計算 根據(jù)第三強度理論，合成應力為 計算： = 代入數(shù)據(jù)得 ： 計算3： 代入數(shù)據(jù)得： 計算合成應力的平方： 代入數(shù)據(jù)得： 經(jīng)正態(tài)分布的開方運算，可得合成應力的特征參數(shù)： 為了保證可靠度達到R=0.9999，查表得=3.719 代入聯(lián)接方程 即 展開得： 解得 mm 軸徑的標準差為： 軸徑的公差為 故軸的直徑為, 可以保證軸的可靠度達到0.9999。3 軸承設計1) 滾動軸承及其材料的選擇滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它已標準化,由專門的軸承工廠成批生產(chǎn)。與滑動軸承比較, 滾動軸承具有下列優(yōu)點而獲得了廣泛應用:(1) 磨擦系數(shù)小,啟動力矩小,效率高;(2) 軸向尺寸較小;(3) 某些

32、滾動軸承能同時承受徑向和軸向載荷,因此可使機器結構簡化緊湊;(4) 徑向間隙小,還可以用預緊方法消除間隙,因此運轉(zhuǎn)精度高;(5) 潤滑簡單,耗油量少,維護保養(yǎng)簡便;(6) 它是標準件,易于互換等。滾動軸承的內(nèi),外圈和滾動體用強度高,耐磨性好的含鉻合金鋼制造,常用的牌號如GCr15,GCr15SiMn等(G表示專用的滾動軸承鋼),淬火后硬度應不低于6065HRC,工作表面要求磨削拋光。保持架多用軟鋼沖壓而成,也有用銅合金或塑料的。2) 滾動軸承類型的選擇和特點選擇軸承類別時,必須先了解軸承所受工作載荷的大小,方向和性質(zhì),轉(zhuǎn)速的高低,調(diào)心性能的要求,裝拆方便及經(jīng)濟性等要求。綜合分析可選深溝球軸承（

33、6206）。b. 滾動軸承的選擇分析知軸承轉(zhuǎn)速不高，載荷較小，要求旋轉(zhuǎn)精度較高，故選用深溝球軸承，由前面知軸承內(nèi)徑為30mm,其外徑D=62mm，寬度B=16mm。選深溝球軸承承受徑向載荷同時,還能承受較少的軸向載荷,通常成對使用,對稱安裝。4軸承蓋的結構設計1）左軸承蓋的結構設計軸承蓋選用突緣式，各尺寸符號定義如圖所示，各尺寸計算結果列入表。圖表名稱公式及計算說明計算數(shù)據(jù)軸承外徑D前面已選擇D=62mm螺釘直徑，數(shù)目4前面已計算取取 m由結構確定m=20mm注：各計算公式及選擇據(jù)機械課程設計簡明手冊表15-10及表9-202）右軸承蓋的結構設計軸承蓋選用突緣式，各尺寸符號定義如圖所示，各尺寸

34、計算結果列入表。圖表名稱公式及計算說明計算數(shù)據(jù)軸承外徑D前面已選擇D=62mm螺釘直徑，數(shù)目4取取M由結構確定m=20mm注：各計算公式及選擇據(jù)機械課程設計簡明手冊表15-105鍵和聯(lián)軸器的選擇鍵聯(lián)接是使軸上零件與軸進行周向固定以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩,段處為C834 GB/T 1096-2003；段處均為C1040 GB/T 1096-2003。聯(lián)軸器的基本功用是連接兩軸（也連接軸和其他回轉(zhuǎn)零件），并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。有時，聯(lián)軸器也用作安全保險裝置。聯(lián)軸器所連接的兩軸，只能在運動停止后經(jīng)過裝拆才能彼此接合或分開。應用聯(lián)軸器可以方便地將組成機器的相關部分（如原動機部分，傳動部分和執(zhí)行部分）連接起來。由于

35、常用聯(lián)軸器多已標準化和規(guī)格化，因此設計時主要解決聯(lián)軸器型號的合理選擇問題。所設計的載荷平穩(wěn)，同軸度好和無相對位移，即選用凸緣聯(lián)軸器，型號為YL6。七 參 考 文 獻1. 馮涓、王介民主編.工業(yè)產(chǎn)品藝術造型設計清華大學出版社，20042. 楊叔子主編.機械加工工藝師手冊機械工業(yè)出版社，20023. 鄭文緯、吳克堅主編.機械原理高等教育出版社，19974. 孟憲源主編.現(xiàn)代機構手冊機械工業(yè)出版社，19945. 鐘志華、周彥偉主編.現(xiàn)代設計方法武漢理工大學出版社，20016. 彭文生、李志明、黃華梁主編.機械設計高等教育出版社，20027. 朱喜林、張代治主編.機電一體化設計基礎科學出版社，2004

36、8. 機械設計手冊編委員.機械設計手冊 機械工業(yè)出版社，20049. 尹念東主編.單片機基礎實用教程中國地質(zhì)大學出版社，200510. 于駿一、鄒青主編.機械制造技術基礎 機械工業(yè)出版社，200511. 秦曾煌主編.電工學 高等教育出版社，2003 12. 孫恒、陳作模主編.機械原理 高等教育出版社，2001 13. 吳宗澤主編.機械設計師手冊 機械工業(yè)出版社，2002 14. 成大先主編.機械設計手冊 化學工業(yè)出版社，2002.1（第四版）15. 機械工程手冊編委會機械工程手冊 北京：機械工業(yè)出版社，198216. 馮辛安主編. 機械制造裝備設計北京：機械工業(yè)出版社，2005八 結 束 語通

37、過幾個月的努力，我終于圓滿的完成了本次設計任務，我本次的課題是跆拳訓練用道機器人傳動系統(tǒng)設計，剛開始拿到這個課題的時候，感覺陌生而具有挑戰(zhàn)性。雖然我們以前做過很多類似的課程設計，但感覺這次的任務要求最嚴格，我想指導老師讓我們做這個課題，主要目的并不在于我們在設計這個方面能取得多大成就，而是通過這種挑戰(zhàn)，從而讓我們懂得學習的方法，懂得如何獲取知識，懂得如何面對陌生的新生事物。在就要進入的工作崗位的時候，這種精神比什么都重要。對老師的深思熟慮及良苦用心，我深表欽佩。所以這次畢業(yè)設計，也作為我大學最后的一次作業(yè)，我盡自己的努力認真的完成了。對于本課題，我在很大的程度上是通過上網(wǎng)、圖書館、向能者請教等

38、方面收集資料，并全部自己整理、編輯、打印，整個過程收獲頗豐。由于沒有專門的跆拳訓練用道機器人的資料，我查詢了很多書籍和文獻資料。然而跆拳訓練用道機器人是仿人機器人的一種，于是我對市場上出現(xiàn)的幾種仿人機器人的原理及構造都了解了一下，借鑒別人的長處， 運用到我自己的設計當中，感覺拓寬了視野。在本次的設計過程中，我們組的幾位同學相互協(xié)作，相互補充，共同克服設計當中碰到的一個又一個困難，讓我們理解到團隊合作精神在設計中的重要性，還有獨立創(chuàng)新精神在研究設計時的重要性，也為我們以后走向工作崗位打下了堅實的基礎。致謝首先我要感謝在我學習成長的過程中所有老師對我的辛勤培育和孜孜不倦的教誨，他們的辛勤工作為我能順利完成學業(yè)提供了良好的學習環(huán)境和基礎。他們在我做畢業(yè)設計的過程中也給予了我很多指導和幫助令我大為受益，也深為感動。我要特別感謝何兆太老師，他在我整個畢業(yè)設計的過程中對我們給予了很大的關心和幫助，并且在我們完成設計期間多次給予及時、認真的指導，起到了十分重要的作用。何老師以其高度負責的責任心，用辛勤的汗水將我們帶到了成功的彼岸。設計中，我不僅學習到了知識，更深深地被何老師的師德所感動欽佩，能在何老師的指導下完成畢業(yè)設計真的很榮幸。很高興能與小組的同學合作完成設計，他們在