三軸工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書正文

種的經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的通用。在機(jī)械制造中，工業(yè)機(jī)器人既有效地用統(tǒng)自動(dòng)化不同之處，首先在于它在各種生產(chǎn)功能上的通用性和重新調(diào)整的柔性。在柔完成傳送裝備和其它操作。工業(yè)機(jī)器人和基本工藝裝備、輔助以及控制裝置一起形成隨著工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的驚人發(fā)展標(biāo)志著多種中小批量生產(chǎn)水平的F（性制造系統(tǒng)（工廠自動(dòng)化FSA技術(shù)重要組成之一的率之一。計(jì),在設(shè)計(jì)中老師給予了很大的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)致謝意。第一章、現(xiàn)抓取搬運(yùn)工件或工具的自動(dòng)化裝置而它“機(jī)械手有一些區(qū)別“工業(yè)機(jī)器人”多數(shù)指程序可變的獨(dú)立的抓取、搬運(yùn)工件工具的裝置“機(jī)械手”多數(shù)是指附屬于主、種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三完成各種作業(yè)的機(jī)電自動(dòng)化生 的機(jī)械部件，包括：手部、腕部、，還有機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。 單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)降至97年的6.5萬(wàn)。、機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)器、檢測(cè)、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)控制向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)機(jī)器人。當(dāng)代機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出進(jìn)入實(shí)用化階段。發(fā)射到火星上的“”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用80年代“七五”計(jì)劃科技攻堅(jiān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通13030條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得廣泛應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝200臺(tái)，約占全球已安裝為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙第一軸：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為90s0～270底座：能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角(0-270度)第二章機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PTPCP據(jù)的裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過(guò)信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多如圖2-1，該機(jī)器人具有六自由度，即大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右擺動(dòng)、臂的上下擺動(dòng)、手M1回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且與大臂相連的所有其它、腕及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；后另一由電動(dòng)機(jī)M2直接驅(qū)動(dòng)作左右擺動(dòng)還有第三臂由電動(dòng)機(jī)M3直接驅(qū)動(dòng)作上擺動(dòng)；最后，手腕的回轉(zhuǎn)、伸縮及手爪的抓取由其它三個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。第一軸（大臂）的結(jié)大臂的結(jié)構(gòu)圖（2-1）及其傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖（2-2-2-2.2方案一：第一軸：齒輪傳動(dòng)（直齒或斜齒1500r/min的原動(dòng)機(jī)，則u1=1500/15=100,星齒輪傳動(dòng)。擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）11～87，二級(jí)傳動(dòng)比為121～7569，三級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)446571；2）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。如將量約減輕1/2～1/3以上；3）效率較高。一般效率為0.92～0.94，最高可達(dá)0.97；4）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較。第三章計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)的選第一軸的電動(dòng)機(jī)的選，F(xiàn)b MON3-1-如圖3-1-1，該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不同，F(xiàn)b MON3-1- J m20.809.5(15cos15)2

J2

m(a2b2c2d2)m

（3-1-44.8(0.220.120.1220.062)44.8

J J電

J電

輪 輪

減 1500.452減

1Jm22500.2521

J總23.45.742202.7228.12540而轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度

v

2

M由式（3-1-7）MJ總150.3927.8541181.179

0.31181.17917.71MMP=3KW，n=1000r/minMGMAM28.4Nm第四動(dòng)第一軸的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)第一軸的傳動(dòng)方案已確定，采用三級(jí)斜齒輪傳動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)的功率為P=3KWn=1000r/min，u=1000/15=66.67?！鲃?dòng)比的分配：已知斜齒輪的傳動(dòng)比u≤6，再根據(jù)傳動(dòng)時(shí)前面降得慢，而 u=2.44.875.7第一級(jí)斜齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)的功率P=3KWn=1000r/min傳動(dòng)比則械特性表)選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～7(GB10095-88)選小齒輪齒數(shù)Z1=35，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=2.435=841432Kt32Ktd u1ZHZE()2

（4-2-（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度10.82

20.84

=120.820.84（4）.1T95501

9550

2.865

N（5）.3-2-1（圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d裝置狀兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布兩支承相對(duì)小齒輪作對(duì)稱小齒輪作懸臂布選取齒寬系數(shù)由材料的彈性影響系數(shù)ZE表，查得ZE 得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim1=Hlim2=1170Mpa； 01Lh60N2

u

2.4由接觸疲勞系數(shù)圖表，查得KHN10.86KHN20.871%，S=1,[[

=KHN1H =KHN2HH

0.86117010.8711701

則取[]H=([H1+[H2)/2=10122).試算小齒輪分度圓直徑d1t，由計(jì)算公式（4-2-1）

≥d

21.6根據(jù)計(jì)算的結(jié)果及電動(dòng)機(jī)的輸出軸徑，取d1t=50 60

601000

計(jì)算齒寬b及摸數(shù)bd

d1tcos

50cos14 h2.25mnt2.251.39計(jì)算縱向重合度

bh0.318dz1tg0.3180.935tg14（5）

KA1根據(jù)2.498，7得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.07；KHKH=2.728，KF查得KF=2.45KHAKFAKHAKFA

KKAKVKFKF3Kd13K

5033.51.6 計(jì)算模數(shù)nm=d1cos64.91cos14 n 2KTYcos2KTYcos231zYFad FKKAKVKFa

（3-2-11.071.2根據(jù)縱向重合度

2.498得Y=0.88

cos3

cos3

zv

cos3

cos3

由齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YFa1=2.44；YFa2由齒形系數(shù)YF

應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YSa1=1.654；YSa2

FE1FE2Mpa由彎曲疲勞系數(shù)KFN1=0.86，KFN2S=1.4，

KFN1S

KFN2S

YFa1YSa1=2.441.654 YFa2YSa2=2.1961.782[]F

2）32323.22.8651040.880.9352

mn=2mm計(jì)算中心距a(z1z2

(3584)2 2將中心距圓整為a=122.5arccos(z1z2

13

值改變不大,故參數(shù)、K、ZHd1d2

z2

352 842

bdd10.9

圓整后取B2=65mm；B1=70mm考 設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由查表(常用齒輪材料及其40Cr7(GB10095-88)選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=4.8724=11714。由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-1）（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度10.78

20.87

=120.780.87（4）.T9550P955030.97

Nn1 n1（5）.由表（圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d）選取齒寬系數(shù)?d=0.9；由材料的彈性影響系數(shù)ZE表，查得ZE 得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim1=Hlim2=1170Mpa；N1601Lh60N2

u1.8

4.873.7由接觸疲勞系數(shù)圖表，查得KHN10.88KHN20.91%，S=1,[[

=KHN1H =KHN2HH

0.88117010.911701

則取[]H=([]H1+[]H2 2).試算小齒輪分度圓直徑d1t321.6321.66.691045.872.433189.80.9 ()

32.922 60

601000

計(jì)算齒寬b及摸數(shù)bd

0.932.922

d1tcos

h2.25mnt2.251.331計(jì)算縱向重合度

bh0.318dz1tg0.3180.924tg14

KA1根據(jù)0.718，7動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.05；KH)表，查得KH=1.41KF)圖，查得KF=1.37KHAKFAKHAKFA=1.2，KKAKVKFKF331.783Kd13K

50

計(jì)算模數(shù)nm=d1cos34.113cos14 n 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-2）KKAKVKFa

11.071.2根據(jù)縱向重合度

1.713

Y=0.8zv

cos3 cos3

cos3cos3

由齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YFa1

YFa2由齒形系數(shù)YF

應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YSa1=1.596；YSa2齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得FE1FE2Mpa由彎曲疲勞系數(shù)KFN1=0.87，KFN2S=1.4，

KFN1S

KFN2S

YFa1YSa1=2.5921.596 YFa2YSa2=2.1581.792[]F

321.726321.7266.691040.80.9242

1.257

mn

a(z1z2

(24117)1.5108.9872將中心距圓整為aarccos(z1z2

arccos(24117)22值改變不大,故參數(shù)、K、ZH d1

35

d2

z2

84

bdd10.936.937 圓整后取B2=35mm；B1=40mm第三級(jí)的傳動(dòng)條件：電動(dòng)機(jī)的功率為P=0.9KW，n=85.565，傳動(dòng)比u=5.7，設(shè)計(jì)計(jì)算考慮設(shè)計(jì)的要求，故大、小齒輪都選用硬齒面。由48～55HRC。選用精度等級(jí)。因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削，故7(GB10095-88)。選小齒輪齒數(shù)Z1=24，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=5.724=13714。由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（3-2-1）（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒傳動(dòng)的端面重合度10.78

20.88

=120.780.88（4）.1T95501

9550

0.37

N（5）.由下表（圓柱齒輪齒寬系數(shù)?d）選取齒寬系數(shù)?d=0.8；（6）.由材料的彈性影響系數(shù)ZE表，查得ZE （7）.查得大、小的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim1=Hlim2=1170（8）.N1601Lh60N2

u3.7

5.7（9）.由接觸疲勞系數(shù)圖表，查得KHN10.9KHN20.93（10）.1%，S=1,[

=KHN1H

0.911701

[

=KHN2HH

0.9311701

則取[]H=([]H1+[]H2 2).試算小齒輪分度圓直徑d1t，由計(jì)算公式（3-2-1）321.6321.63.151050.8 60

60

計(jì)算齒寬b及摸數(shù)bd

0.854958.43

d1tcos

54.958

bh計(jì)算縱向重合度0.318dz1tg0.3180.824tg14

KA1根據(jù)0.246，7得動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.04；KH

KH=1.2877KF)圖，查得KF=1.27KHAKFAKHAKFA=1.2，KKAKVKFKF331.613Kd13K

54.958

計(jì)算模數(shù)nm=d1cos55.072cos14 n 2KTYcos2KTYcos231zYFad FKKAKVKFa

11.041.2根據(jù)縱向重合度

1.523

Y=0.8zv

cos3 cos3

cos3cos3

由齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YFa1

YFa2由齒形系數(shù)YF

應(yīng)力校正系數(shù)YSa

YSa1=1.596；YSa2由齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖,查得FE1FE2(7)由彎曲疲勞系數(shù)KFN1=0.88，KFN2=0.91；S=1.4，

KFN1S

KFN2S

(9)

YFa1YSa1=2.5921.596

YFa2YSa2=2.141.83[]F

2）33 0.8242

2.009

mn=2.5a(z1z2

(24137)2.5 2將中心距圓整為a=207arccos(z1z2

arccos(24137)2.52值改變不大,故參數(shù)、K、ZHd1d2

z2

24137

bdd10.861.715 圓整后取B2=49mm；B1=55mm4.估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑rn=(0.4～0.5)rp經(jīng)查表選用 C=105000 C0=71000D1=97mm b=27mm da=60mm 3）名義徑向載荷RR=1.3TCzP

K1rp

K1rp

當(dāng)量動(dòng)載荷P=fFR=1.3 fF—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般取fF=1.2～1.5軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速n=n+nH=1000+1000 軸承Lh

(C)103

h60

Lh≥15000h估計(jì)擺線輪內(nèi)孔半徑

rn

rp經(jīng)查表選用 C=114600 C0=85200 D1=121.5 da=77mmDa=114.6mm a=7mm3）名義徑向載荷R

K1r K1rp當(dāng)量載荷

P=fFR=1.3 軸承相對(duì)轉(zhuǎn)速n=n+nH=1000+1000 承的Lh

(C)103

h60

Lh≥15000h L21.5bc （bbc332013LL1L21952

L1L2

K1rp FP

MWax

0.1d

因?yàn)镕＞[FP斜齒輪傳動(dòng)軸上的軸

295503795.17

FrFttgn/cos297.93

194.27

0.65Pf(XFrYFa