通用工業(yè)機器人的小臂及手腕設(shè)計

No11緒論本次綜合課程設(shè)計題目為通用工業(yè)機器人的小臂及手腕設(shè)計。工業(yè)機器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和輸入、輸出系統(tǒng)接口組成。執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成握取工具（或工件）實現(xiàn)所需各種運動的機構(gòu)部:件，包括手部、腕部、臂部、機身和行走機構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)的各個運動部件提供動力的裝置。按照采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)分為液壓式、氣壓式、電氣式。控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構(gòu)按照規(guī)定的要求進行工作。按照運動軌跡，可以分為點位控制和軌跡控制。傳感系統(tǒng)是為了使工業(yè)機器人正常工作和與周圍環(huán)境保持密切聯(lián)系，包括位置、視覺、力覺、觸覺和接近覺等多種類型傳感器及傳感信號的采集處理系統(tǒng)。輸入、輸出系統(tǒng)接口是為了工業(yè)機器人與周邊系統(tǒng)及相應(yīng)操作進行聯(lián)系與應(yīng)答，包括各種通訊接口和人機通信裝置。通用工業(yè)機器人又被稱為多用途工業(yè)機器人，是用來完成某些輔助操作如裝料、卸料、運輸、堆垛或在各種工藝用途的裝備上完成所需各種形式運動和順序。通用工業(yè)機器人不僅可用于輔助操作的自動化，也可完成基本的工藝過程，如焊接、熱處理、噴涂等。通用工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)特點首先由其工藝上可能性所必須的多樣化所決定。與此相關(guān)，當(dāng)設(shè)計工業(yè)機器人時，要保證工作機構(gòu)有更多的自由度（5?7或更多）。例如夾持器，為了使工業(yè)機器人完成各種工藝操作，采用操作機（手臂和手腕）桿件位移坐標系：圓柱坐標、球坐標和組合坐標系。通用工業(yè)機器人一般服務(wù)在其周圍安裝的若十個工藝裝備單元。這說明需要有足夠大的工作空間和較高的機動靈活性?？墒请S著操作機運動機構(gòu)中轉(zhuǎn)動副數(shù)目的增加，工作機構(gòu)要達到較大的承載能力和較高的定位精度是困難的。同時機器人的控制也更加復(fù)雜。為增大工作空間，例如多用途機器人在機床組或其它工藝裝備上工作時，操作機可以安裝在可動基礎(chǔ)（小車）上。這種附加移動既保證手臂的行程增大，又N。2保持操作機有較大的承載能力。操作機的手臂可以是單一剛性結(jié)構(gòu)（一般為管截面桿）或是若干個鉸接連桿形式。在操作機手臂和手腕結(jié)構(gòu)的某些形式中具有一些鉸鏈鏈接，這使工業(yè)機器人具有較大的機動靈活性。操作機可以裝有帶兩個夾持器的手腕機構(gòu)。當(dāng)手腕繞其縱軸回轉(zhuǎn)180°時，一個夾持器可精確地放置在另一個位置上。手腕有雙夾持裝置在工藝裝備上工作特別有效，例如，當(dāng)需要在同一位置上取下加工好的零件和裝上毛坯時，工業(yè)機器人夾持裝置一般做成可換的。為擴大通用工業(yè)機器人的應(yīng)用范圍，可以改變其特性，以適應(yīng)于具體生產(chǎn)條件，與此同時用基本模塊形成其變形。工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)方案可以由標準化單元組成，也可采用僅為完成具體任務(wù)而制作的專用部件。以下根據(jù)通用工業(yè)機器人的各種要求對題目進行設(shè)計。2通用機器人總體設(shè)計該通用機器人以YM160①2型通用機器人為基礎(chǔ)進行改型設(shè)計，該型機器人在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，各種性能經(jīng)過實踐檢驗，因此以其為基礎(chǔ)額改型設(shè)計具有較大可行性，且能夠滿足課題要求。該型通用機器人廣泛應(yīng)用于各種工藝要求的成組看管的設(shè)備上。其中包括帶有數(shù)控裝置的金屬切削機床。工業(yè)機器人保證旋轉(zhuǎn)體毛坯的機床裝料，以及輸送已加工的零件，由機床加工地點順序的堆放在包裝箱、存儲倉庫或夾具中，將包裝箱或存儲倉庫中的毛坯或零件排列整齊。2.1通用機器人原理設(shè)計TOC\o"1-5"\h\zi =該型通用機器人為可移動門架式結(jié)構(gòu)：i =手臂承載機構(gòu)可沿著導(dǎo)軌進行移動，導(dǎo)軌安裝與立柱上，位于被看管設(shè)備上方。j =該機器人共有四個自由度：1手臂承載機構(gòu)沿導(dǎo)軌移動，由安裝于承載機構(gòu)上的電液步進驅(qū)動裝置，減速器和安裝于導(dǎo)軌上的齒條實現(xiàn)；2手臂在肩關(guān)節(jié)中的轉(zhuǎn)動，由安裝于承載機構(gòu)上的電液步進驅(qū)動裝置，運動傳遞機構(gòu)和安裝于肩部的滾珠絲杠實現(xiàn)；3手臂在肘關(guān)節(jié)中的轉(zhuǎn)動，由安裝于小臂上的電液步進驅(qū)動裝置，運動傳遞機構(gòu)和安裝于大臂的滾珠絲杠實現(xiàn)；4手腕繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)，由安裝于手腕機構(gòu)中的液壓缸，齒條，傳動機構(gòu)及不完全齒輪實現(xiàn)。手腕機體中安裝兩個液壓缸，一個用來使手部旋轉(zhuǎn)，另一個實現(xiàn)手部的夾持動作。承載機構(gòu)、手臂的肩和肘部的電液步進驅(qū)動裝置包括電液伺服步進馬達，液壓馬達和液壓扭矩放大器。依據(jù)該機器人的原理設(shè)計，繪制出該通用機器人小臂及手腕機構(gòu)圖（圖1）。

圖1以下對通用機器人小臂及手腕進行詳細的設(shè)計及計算。N。53小臂設(shè)計及計算手臂是工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)中最重要的部件。它的作用是支承手部和腕部，并改變手部在空間的位置。因此工業(yè)機器人的手臂一般有2?3個自由度，即手臂的伸縮、回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動；專用機械手的臂部一般具有1?2個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)或直移。手臂回轉(zhuǎn)和升降運動是通過機座的立柱實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動通常由驅(qū)動裝置、各種傳動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連接件和位置檢測元件等來實現(xiàn)，因此它受力一般比較復(fù)雜，其自重較大，同時直接承受腕部、手部和被抓取工件的靜、動載荷，尤其在高速運動時，將產(chǎn)生較大的慣性力，引起沖擊，影響定位的準確性。臂部運動部分零部件的重量直接影響著臂部結(jié)構(gòu)的剛度和強度。專用機械手的臂部一般直接安裝在主機上；工業(yè)機器人的臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)一起安裝在機身上，機身可以是固定的，也可以是行走的。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性、抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪榷贾苯佑?=響機器人的工作性能，所以須根據(jù)機器人的抓取重量、運動形式、自由度數(shù)、運動速度以及定位精度的要求來設(shè)計手臂的結(jié)構(gòu)形式。同時設(shè)計師必須考慮到手臂的受力情況，油（氣）缸的導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計時應(yīng)注意手臂的剛度、導(dǎo)向性、偏重力矩、運動平穩(wěn)性和定位精度等因素。按手臂的結(jié)構(gòu)形式區(qū)分，手臂有單臂、雙臂及懸掛式。按坐標系區(qū)分，手臂有圓柱坐標型、極坐標型、直角坐標型和多關(guān)節(jié)型等。按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動的，如手臂的伸縮、升降及橫向移動；有回轉(zhuǎn)運動的，如手臂的左右回轉(zhuǎn)、上下擺動（即俯仰）；有復(fù)合運動的，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動的組合、兩直線運動的組合、兩回轉(zhuǎn)運動的組合。3.1小臂設(shè)計本次設(shè)計的機器人臂部屬于單臂多關(guān)節(jié)復(fù)合運動型手臂。臂部有橫移、俯仰和前后移動三個運動。橫移機構(gòu)為齒輪齒條缸結(jié)構(gòu)，俯仰和前后采用鉸接滾珠絲杠和液壓馬達驅(qū)動。這種機器人手臂結(jié)構(gòu)比較簡單，重點體現(xiàn)在控制方面。機器人臂部導(dǎo)向裝置選用滾珠絲杠，手臂移動時帶動鋼珠滾動并自行循環(huán)，實現(xiàn)滾動摩擦代替滑動摩擦。這種結(jié)構(gòu)摩擦阻力小，定位精度高，移動速度快。小臂設(shè)計長度為1000mm，采用鉸接方式分別在肘部和腕部鉸接大臂與手腕，連接軸在肘部用螺栓與小臂進行連接。鉸接部位為減小運動時的摩擦力使用滾動軸承連接。依照結(jié)構(gòu)圖，小臂中部同時鉸接回轉(zhuǎn)裝置，距肘部150mm，偏離小臂250mm。3.2小臂的載荷分析3.2.1小臂靜載荷分析小臂自重50以，腕部自重35kg，機器人滿載，即手部夾取100kg重物。1、水平位置載荷分析當(dāng)小臂處于水平位置時，簡將小臂簡化為桿，其左端受到手腕及重物的拉力尸］，右端受到大臂對其的反力，將該反力分解為沿X軸和沿Y軸方向的分力F2和f3，在滾珠絲杠連接處收到其拉力，可將此拉力移動至小臂上，變?yōu)槔4和一旋轉(zhuǎn)力矩M，同時還受到小臂自重G影響，根據(jù)受力情況分為G1和G2。其受力如圖2所示。 睥MA B .No7取g=9.8m/s2，則圖中各載荷：F]=\323N,G1=416.5N,G2=73.5N,F2,F3,F4,M,待求解;F4與水平方向夾角為=37°；AB=BC=425mm,CD=DE=75mm。由于小臂處于靜止?fàn)顟B(tài)，故各分力合力為零，由此可列出方程組：FxSin。+F+F+G+G=04 13 12FxCos9+F廣0FxAC+GxBC=M+GxCD+FxCE1 1 2 3M=FxCos9x250mm解方程組可得：F2=2824.41N,F3=325.34N,F4=3536.55N,M=1247.25N?m。2、豎直位置載荷分析當(dāng)小臂處于豎直位置時，將小臂簡化為桿，其下受到手腕及重物的拉力F1,上端受到大臂對其的反力F2，同時還受小臂自重G。其受力如圖3所示。G !GF1圖3取g=9.8m/s2，則圖中各載荷：F1=1323N,G=490N,F2=F1+GO

F2=1813^3.2.2小臂動載荷分析小臂自重50kg,腕部自重35kg,機器人滿載，即手部夾取100kg重物。按照設(shè)計要求，小臂擺動速度30°/s，加速時間0.5s,取g=9.8m/s2。1、豎直狀態(tài)載荷分析當(dāng)小臂處于豎直狀態(tài)時，將小臂簡化為桿，由靜止進行加速至擺動速度時，受到腕部及夾取重物重力孔，慣性力F慣，離心力F離，受到絲杠拉力，將絲杠拉力移動至肘部，變?yōu)槔2，與力偶心，受到肘部水平方向拉力尸3，豎直方；向拉力F4，及小臂自重弓，小臂慣性力G慣，小臂離心力G離。分析可知在小臂加速至額定擺動速度前一刻，其負載達到最大，故選此刻作動載荷分析，小臂此刻擺動速度可近似為30°/s，設(shè)小臂此刻處于豎直位置。其受力如圖4所示。F3—F

F1=1323N,G=490N，小臂長度/=1000mm，則腕部及夾取重物運動速度v=0.52m/soFv1323x0.52

=140N,F慣gAtmv2F離135X信22=36.50N，將小臂視為勻質(zhì)直桿，則小臂上每一點的運動速度v展=丑竺0m/s，R為臂F慣gAtmv2F離135X信22=36.50N，將小臂視為勻質(zhì)直桿，則小臂上每一點的運動速度v展=丑竺0m/s，R為臂360該點距肘部距離。2兀Rx30J區(qū)J49。'F=26.17N0gAt 0 9.8x0.5=悴=!50xI360)=13.08n2兀Rx30360G慣對肘部的矩T為：慣4902兀Rx30T=f1GR=f1 36^xR=10°^f1R2=17.44N-m慣0慣0 9.8x0.5 6 0F2,F3,F4,M，待求解；F2與水平方向夾角仕54°，小臂長度1000mm。列出小臂受力平衡方程組:F+FSin9+F+F+G+G=01 2 4離 離FCos9+F+F慣+G慣=0M=0.29XF2枷解方程組可得:灼=671.06N,F3=560.61N，F(xiàn)4=1319.68N，M=157.44N-m。2、水平狀態(tài)載荷分析當(dāng)小臂處于水平狀態(tài)時，將小臂簡化為桿，由靜止進行加速至擺動速度時，受到腕部及夾取重物重力尸1，慣性力F慣，離心力F離，受到絲杠拉力，將絲杠拉力移動至肘部，變?yōu)槔2，與力偶心受到腕部及夾取重物重力尸1，慣性力F慣，離心力F離，受到絲杠拉力，將絲杠拉力移動至肘部，變?yōu)槔2，與力偶心，受到肘部水平方向拉力尸3，豎直方向拉力F4，及小臂自重G,小臂慣性力G慣，小臂離心力G離。分析可知在小臂加速至額定擺動速度前一刻，其負載達到最大，故選此刻作動載荷分析，小臂此刻擺動速度可近似為30%，設(shè)小臂此刻處于水平位置。其受力如圖5所示。圖5F1=1323N，G=490N，小臂長度Z=1000mm，則腕部及夾取重物運動速度v=0.52m/so1323x0.52 =140N，x0.5F廣蚪3!=36.50N將小臂視為勻質(zhì)直桿，則小臂上每一點的運動速度v推=苴主m/s，R為臂360該點距肘部距離。2兀Rx30G=f1GV^=f1 36^=26.17N慣04 0 9.8x0.550xg離』mR2J2林x30360G慣對肘部的矩T慣為:2兀Rx30T=f1GR=f1 36^xR=100^f1R2=17.44N-m慣o慣o9.8x0.5 6 0F2,F3,F4,M,待求解；F2與水平方向夾角0=37。,小臂長度1000mm。列出小臂受力平衡方程組：FCos9+F3+F離+G*=0F+FSin9+F+F+G+G=01 2 4慣 慣八R 八M+FR+F慣R+G—+T慣=0M=0.29xFSin92解方程組可得：尸2=9886.42凱F3=7846.07n,F4=3970.63n,M=1725.44N-m。3.3小臂上零件的選型及校核3.3.1小臂肘部連接軸的外形尺寸確定小臂與大臂連接軸所受力F=\：氣2+F「,FX,Fy為該軸所受到的水平與豎直方向分力。當(dāng)小臂處于靜態(tài)時，F(xiàn)靜1=2843.09N,F靜2=1813N。當(dāng)小臂處于動態(tài)時，F(xiàn)動「1562.69N,F動2=8793.56N。F動2>F靜1>F靜2>F動]，所以取F=F動2,對連接軸受力進行設(shè)計。小臂與大臂連接軸共兩根，可認為兩軸受力平均，各受力F/2=4396.78N。該軸選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，材料許用剪切應(yīng)力[T]=155MPa許用安全系數(shù)n=1.5。根據(jù)剪切強度條件：T=n—S<[T]

A可算出連接軸最小截面積A,A>竺S，帶入數(shù)值，可得A>42.55mm2,即軸的[T]=7.36mm。選軸直徑D=25mm。3.3.2小臂肘部軸承選型肘部連接軸直徑D=25mm,軸受力F=8793.56N,肘部為增加運動柔順度，使用四個軸承，單個軸承受力為F/4=2198.39N由于該軸承只承受很小的軸向力，故可選用深溝球軸承。由以上各條件，可選用GB/T276—1994,02系列，6205型軸承，該軸承d=25mm，額定動、靜載荷分別為\0.8kN、6.95kN。單個軸承受力2198.39N，軸承最大轉(zhuǎn)速仃5尸/min。軸承壽命可由下式進行計算：L=竺[￡]%)10h60nIP)式中，C一軸承徑向載荷；P—當(dāng)量動載荷；，一壽命系數(shù)。球軸承：8=3；N一軸承的轉(zhuǎn)速，尸/min。該軸承只承受徑向力，故P=2198.39N，將各值帶入公式中，得軸承壽命為:| L10h=8.77x107h3.3.3小臂肘部連接軸螺釘選型小臂肘部連接軸，使用六顆8.8絞制孔螺釘與小臂進行連接，8.8級螺釘屈服強度極限“s=640MPi。螺釘受力F=8793.56N，單個螺釘受力為F/6=1465.59N，螺釘受橫向載荷，螺釘收到橫向載荷時許用應(yīng)力[1]=氣SS為安全系數(shù)，取3.5。[T]=182.86MPa。根據(jù)剪切強度條件：T=F<[T]

A A>F 可算出螺釘最小截面積Amin， [t]，帶入數(shù)值，可得A>8.01mm2，由此可算出螺栓最小直徑Dmin，D>3.19mm。根據(jù)計算結(jié)果，選取GB/T70.1—2000中的M12螺釘。以下對手腕部分進行設(shè)計計算。4手腕設(shè)計及計算手腕是連接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件，起支承手部的作用，它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。因此它具有獨立的自由度，以滿足機器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)。腕部實際所具有的自由度數(shù)目應(yīng)根據(jù)機器人的工作性能要求來確定。在多數(shù)情況下，要確定手部的作業(yè)方位，使手部處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標軸X,Y,Z的轉(zhuǎn)動，即具有回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動三個自由度。有的腕部為滿足特殊要求還有橫向移動自由度?；剞D(zhuǎn)：使手部繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)。俯仰：使手部繞與臂垂直的水平軸旋轉(zhuǎn)。擺動：使手部繞與臂垂直的垂直軸旋轉(zhuǎn)。手腕結(jié)構(gòu)多為上述三個回轉(zhuǎn)方式的組合。4.1手腕設(shè)計本次設(shè)計的機器人手腕為帶有回轉(zhuǎn)與俯仰運動的手腕。手腕的回轉(zhuǎn)由液壓缸驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)較緊湊，動作靈活等。手腕的俯仰由與手腕連接的鏈輪通過安裝于肩部的液壓馬達通過鏈傳動實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)簡單，易于維護保養(yǎng)。同時可保證手腕與夾持裝置的位置穩(wěn)定，在手臂轉(zhuǎn)動時，手腕可以獲得附加的擺動，保證其與固定件的角位置保持不變。手腕機體中安裝兩個液壓缸，一個用來使手部旋轉(zhuǎn)，另一個實現(xiàn)手部的夾持動作。由于設(shè)計為通用機器人，其腕部與手部設(shè)計成可分離式，可根據(jù)不同的任務(wù)與用途選擇安裝不同的手臂。設(shè)手腕自重35kg，采用鉸接方式在腕部鉸接小臂，連接軸用螺栓與腕部進行連接。鉸接部位為減小運動時的摩擦力使用滾動軸承連接。4.2手腕的載荷分析4.2.1手腕靜載荷分析手腕自重35kg，機器人滿載，即手部夾取100kg重物，手腕質(zhì)心可認為位于腕部連接軸的軸線上，且手腕質(zhì)量分布均勻，重物距腕部軸線 400mm，取g=9.8m/s2。1、水平位置載荷分析當(dāng)手腕處于水平位置時，將手腕簡化為桿，左端受到重物的拉力尸］，右端受到腕部連接軸對其的反力灼，與手腕同軸的鏈輪上的扭矩心，及手腕的自重G。其受力如圖6所示。圖中各載荷：F1=980N，G=343N，F(xiàn)，M，待求解；AB=400mm。由于小臂處于靜止?fàn)顟B(tài)，故各分力合力為零，由此可列出方程組:F+F+G=0M+FxAB=0解方程組可得：F2=1323N,M=392N?m。2、豎直位置載荷分析當(dāng)手腕處于豎直位置時，將手腕簡化為桿，下端受到重物的拉力F1,上端受到腕部連接軸對其的反力F2，及手腕的自重弓。其受力如圖7所示。::F1圖7圖中各載荷：F1=980N,G=343N,尸2待求解。由于小臂處于靜止?fàn)顟B(tài)，故各分力合力為零，由此可知F+七+G=0可得：F2=1323N。4.2.2手腕動載荷分析手腕自重35kg，機器人滿載，即手部夾取100kg重物，手腕質(zhì)心可認為位于腕部連接軸的軸線上，且手腕質(zhì)量分布均勻，重物距腕部軸線400mm，。按照設(shè)計要求，手腕擺動速度90°/s，加速時間0.5s，取g=9.8m/s2。

1、豎直狀態(tài)載荷分析當(dāng)手腕處于豎直狀態(tài)時，將手腕簡化為桿，由靜止進行加速至擺動速度時，受到腕部及夾取重物重力F1，慣性力F慣，離心力F離，受到同軸鏈輪的扭矩M，受到腕部水平方向拉力尸2，豎直方向拉力尸3，及手腕自重G，小臂慣性力G慣，由于視手腕質(zhì)量分布均勻，故手腕離心力G離=0。分析可知在手腕加速至額定擺動速度前一刻，其負載達到最大，故選此刻作動載荷分析，手腕此刻擺動速度可近似為90%，設(shè)手腕此刻處于豎直位置。其受力如圖8所示。F3F2~G慣尸慣Fi，F(xiàn)離

圖8圖中各載荷:F1=980N，G=343NABF1=980N，G=343NF=攵=980x0.63a，慣 gAt 9.8x0.5=99.23N，mv2 100x0.632=99.23N，F(xiàn)= = 離r0.4將手腕視為勻質(zhì)直桿，則手腕上每一點的運動速度v=2RX90m/s，R為腕360該點距肘部距離。2兀Rx90343x G慣=J0-4——描3* =8.79NG慣對腕部的矩T慣為：2兀Rx90343x一T=J0-4GR=J0-4 36^xR=35kJ0-4R2=2.34Nm慣i慣i9.8x0.5 0F2,F3,M,待求解。列出手腕受力平衡方程組:F+F3+F離+G=0；F+F慣=0；M+T慣+F慣R=0。解方程組可得：F2=126N,F3=1422.23N,M=52.74N?m。2、水平狀態(tài)載荷分析當(dāng)手腕處于水平狀態(tài)時，將手腕簡化為桿，由靜止進行加速至擺動速度時，受到腕部及夾取重物重力F1,慣性力F慣，離心力F離，受到同軸鏈輪的扭矩M,|受到腕部水平方向拉力F2，豎直方向拉力％，及手腕自重G，小臂慣性力G慣，|由于視手腕質(zhì)量分布均勻，故手腕離心力G離=0。分析可知在手腕加速至額定擺動速度前一刻，其負載達到最大，故選此刻作動載荷分析，手腕此刻擺動速度可近似為90%，設(shè)手腕此刻處于水平位置。其受力如圖9所示。

慣圖中各載荷:F]=980N,慣圖中各載荷:F]=980N,G=343N,AB=400mm，則腕部及夾取重物運動速度v=0.63m/s。Fv 980x0.63=126N,x0.5mv2、=99.23N,將手腕視為勻質(zhì)直桿，則手腕上每一點的運動速度v=2Rx90m/s,R為腕360該點距肘部距離。2兀Rx90343x G慣=J0-4——描堂0 =8.79NG慣對腕部的矩T慣為：2兀Rx90343x一T=J0.4GR=J0.4 36^xR=35招爵R2=2.34Nm慣i慣i9.8x0.5 0f2,f3,M,待求解。列出手腕受力平衡方程組:F+F3+F慣+G=0；F離+F2=0；M+FR+F慣R+T慣=0。解方程組可得：F2=99.23N,F3=1449N,M=444.74Nm。4.3手腕上零件的選型及校核4.3.1腕部連接軸的外形尺寸確定腕部連接軸所受力F= +.2,FX，F(xiàn)y為該軸所受到的水平與豎直方向分力。當(dāng)手腕處于靜態(tài)時，F(xiàn)靜1=1323N,F靜2=1323N。當(dāng)手腕處于動態(tài)時，F(xiàn)動1=1427.80N,F動2=1452.39N。F動2>F動1>F靜=F靜2，所以取F=F動2，對連接軸尺寸進行設(shè)計。小臂與手腕連接軸共兩根，可認為兩軸受力平均，各受力F/2=726.20N。該軸選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，材料許用剪切應(yīng)力[]=155MPa許用安全系數(shù)n=1.5。根據(jù)剪切強度條件：T=n—S<[T]

A可算出連接軸最小截面積A，A>竺S，帶入數(shù)值，可得人>7.03mm2，即軸的直[t]一 4A—徑D> =2.99mm。兀選軸直徑D=25mm。4.3.2腕部軸承選型腕部連接軸直徑D=25mm，軸受力F=1452.39N，為增加腕部運動柔順度，使用四個軸承，單個軸承受力為F/4=363.10N由于該軸承只承受很小的軸向力，故可選用深溝球軸承。由以上各條件，可選用GB/T276—1994，02系列，6205型軸承，該軸承d=25mm，額定動、靜載荷分別為10.8kN、6.95kN。單個軸承受力363.10N，軸承最大轉(zhuǎn)速n=15r/min。軸承壽命可由下式進行計算：l=竺[￡油)10h60nIP)式中，C一軸承徑向載荷；P—當(dāng)量動載荷；§一壽命系數(shù)。球軸承：8=3；N一軸承的