前言.機(jī)1器人的概念機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)較多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器，而工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人。美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出的工業(yè)機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。英國(guó)和日本機(jī)器人協(xié)會(huì)也采用了類似的定義。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90將工業(yè)機(jī)器人定義為：機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。而將操作機(jī)定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置”。機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成。操.作1機(jī)操作機(jī)是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體，它具有和人手臂相似的動(dòng)作功能。通常由下列部分組成：末端執(zhí)行器又稱手部，是機(jī)器人直接執(zhí)行工作的裝置，并可設(shè)置夾持器、工具、傳感器等，是工業(yè)機(jī)器人直接與工作對(duì)象接觸以完成作業(yè)的機(jī)構(gòu)。手腕是支承和調(diào)整末端執(zhí)行器姿態(tài)的部件，主要用來(lái)確定和改變末端執(zhí)行器的方位和擴(kuò)大手臂的動(dòng)作范圍，一般有?個(gè)回轉(zhuǎn)自由度以調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)。有些專用機(jī)器人可以沒(méi)有手腕而直接將末端執(zhí)行器安裝在手臂的端部。手臂它由機(jī)器人的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件。手臂有時(shí)包括肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)，即手臂與手臂間。手臂與機(jī)座間用關(guān)節(jié)連接，因而擴(kuò)大了末端執(zhí)行器姿態(tài)的變化范圍和運(yùn)動(dòng)范圍。機(jī)座有時(shí)稱為立柱，是工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定并承受相應(yīng)的力的基礎(chǔ)部件。可分固定式和移動(dòng)式兩類。1.1驅(qū).動(dòng)2單元它是由驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)單元等組成的部件，是用來(lái)為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。1.1控.制3裝置它是由人對(duì)機(jī)器人的啟動(dòng)、停機(jī)及示教進(jìn)行操作的一種裝置，它指揮機(jī)器人按規(guī)定的要求動(dòng)作。1.1人.工4智能系統(tǒng)它由兩部分組成，一部分是感覺(jué)系統(tǒng)，另一部分為決策－規(guī)劃智能系統(tǒng)。1.題2目來(lái)源本題設(shè)計(jì)的是關(guān)節(jié)型機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)，主要是整體方案設(shè)計(jì)和手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件設(shè)計(jì)。此課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。對(duì)于目前手工電弧焊接效率低，操作環(huán)境差，而且對(duì)操作員技術(shù)熟練程度要求高，因此采用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)操作的柔性自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件。1.技3術(shù)要求根據(jù)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求a工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；b裝卸方便，便于維修、調(diào)整；c.盡量使用通用件，以便降低制造成本。1.本4題要解決的主要問(wèn)題及設(shè)計(jì)總體思路本題要解決的問(wèn)題有以下三個(gè)：手腕處于手臂末端，需減輕手臂的載荷，力求手腕部件的結(jié)構(gòu)緊湊，減少重量和體積；提高手腕動(dòng)作的精確性；三個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上述問(wèn)題有了以下設(shè)計(jì)思路：腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離傳動(dòng)，將個(gè)驅(qū)動(dòng)器安置在小臂的后端。提高傳動(dòng)的剛度，盡量減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)誤差，對(duì)于分離傳動(dòng)采用傳動(dòng)軸。驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪帶動(dòng)手腕在小臂殼體上作偏擺運(yùn)動(dòng)。電機(jī)2經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕的上下擺動(dòng)。電機(jī)3經(jīng)傳動(dòng)軸和兩對(duì)圓錐齒輪帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手腕上機(jī)械接口的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r2.研1究現(xiàn)狀從機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。到90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。下面將按工業(yè)機(jī)器人和先進(jìn)機(jī)器人兩條技術(shù)發(fā)展路線分述機(jī)器人的最新進(jìn)展情況。工.業(yè)1機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是以機(jī)械、電機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)為基礎(chǔ)融合而成的一種系統(tǒng)技術(shù)。機(jī)器人操作機(jī)：通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以德國(guó)公司為代表的機(jī)器人公司，已將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的減速器及交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。并聯(lián)機(jī)器人：采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工，這是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。意大利公司，日本等公司已開(kāi)發(fā)出了此類產(chǎn)品。控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，已由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好，基于圖形操作的界面也已問(wèn)世。編程方式仍以示教編程為主，但在某些領(lǐng)域的離線編程已實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。日本S、和瑞典、德國(guó)、等公司皆推出了此類產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本和德國(guó)公司的最新機(jī)器人控制器E實(shí)現(xiàn)了與、總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過(guò)去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過(guò)去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。可靠性：由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過(guò)去機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性一般為幾千小時(shí)，而現(xiàn)在已達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，幾乎可以滿足任何場(chǎng)合的需求。先.進(jìn)2機(jī)器人近年來(lái)，人類的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展。像海洋開(kāi)發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂(lè)等行業(yè)都提出了自動(dòng)化和機(jī)器人化的要求。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對(duì)機(jī)器人的要求更高，需要機(jī)器人具有行走功能，對(duì)外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。水下機(jī)器人：美國(guó)的、俄羅斯的-法國(guó)的等水下機(jī)器人已用于海洋石油開(kāi)采，海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)、以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機(jī)器人（）和無(wú)纜水下機(jī)器人（）兩大類。空間機(jī)器人：空間機(jī)器人一直是先進(jìn)機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域。目前美、俄、加拿大等國(guó)已研制出各種空間機(jī)器人。如美國(guó)的空間機(jī)器人等。是一輛自主移動(dòng)車，重量為，尺寸，有個(gè)車輪，它在火星上的成功應(yīng)用，引起了全球的廣泛關(guān)注。核工業(yè)用機(jī)器人：國(guó)外的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動(dòng)機(jī)器人。已完成的典型系統(tǒng)，如美國(guó)基于機(jī)器人的放射性儲(chǔ)罐清理系統(tǒng)、反應(yīng)堆用雙臂操作器，加拿來(lái)大研制成功的輻射監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，德國(guó)的靈巧手等地下機(jī)器人：地下機(jī)器人主要包括采掘機(jī)器人和地下管道檢修機(jī)器人兩大類。主要研究?jī)?nèi)容為：機(jī)械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技術(shù)。目前日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家已研制出了地下管道和石油、天然氣等大型管道檢修用的機(jī)器人，各種采機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)正在研制中。醫(yī)用機(jī)器人：醫(yī)用機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機(jī)器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場(chǎng)感外科手術(shù)等。美國(guó)已開(kāi)展臨場(chǎng)感外科（）的研究，用于戰(zhàn)場(chǎng)模擬、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)等。法、英、意、德等國(guó)家聯(lián)合開(kāi)展了圖像引導(dǎo)型矯形外科（a計(jì)劃、袖珍機(jī)器人（m計(jì)劃以及用于外科手術(shù)的機(jī)電手術(shù)工具等項(xiàng)目的研究，并已取得一些卓有成效的結(jié)果。建筑機(jī)器人：日本已研制出多種建筑機(jī)器人。如高層建筑抹灰機(jī)器人、預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、地面拋光機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人等，并已實(shí)際應(yīng)用。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆重大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在進(jìn)行管道挖掘和埋設(shè)機(jī)器人、內(nèi)墻安裝機(jī)器人等型號(hào)的研制、并開(kāi)展了傳感器、移動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)自動(dòng)化施工方法等基礎(chǔ)研究。英、德、法等國(guó)也在開(kāi)展這方面的研究。軍用機(jī)器人：近年來(lái)，美、英、法、德等國(guó)已研制出第二代軍用智能機(jī)器人。其特點(diǎn)是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場(chǎng)上具有看、嗅和觸摸能力，能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路，并且具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。如美國(guó)的自主導(dǎo)航車、半自主地面戰(zhàn)車，法國(guó)的自主式快速運(yùn)動(dòng)偵察車()，德國(guó)爆炸物處理機(jī)器人等。目前美國(guó)正在研制和開(kāi)發(fā)坦克、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈裝電池用機(jī)器人等各種用途的軍用機(jī)器人。可以預(yù)見(jiàn)，在21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密的伙伴。2.發(fā)2展趨勢(shì)目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下10個(gè)方面：工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載.自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。多智能體(multi-agent)調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。微型和微小機(jī)器人技術(shù)(micro/miniaturerobotics):這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。我國(guó)對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。徐衛(wèi)平和張玉茹發(fā)表的《六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析》對(duì)六自由度微動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位移分析并為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)。還有劉辛軍、高峰和汪勁松發(fā)表的《并聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法》研究了微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，建立了并聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人的空間模型，并分析了該微動(dòng)機(jī)器人的空間模型，并分析了該微動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸與各向同性、剛度等性能指標(biāo)的關(guān)系得到了一系列性能圖譜，從各圖譜中可以看出各項(xiàng)性能指標(biāo)在空間模型設(shè)計(jì)參數(shù)空間中的分布規(guī)律，這有助于設(shè)計(jì)者根據(jù)性能指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)該微動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸，是探討微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效分析工具。3總體方案設(shè)計(jì)3.機(jī)1械結(jié)構(gòu)類型的確定為實(shí)現(xiàn)總體機(jī)構(gòu)在空間的位置提供的6個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，根據(jù)本課題可以將其設(shè)計(jì)成以下五種方案：3.1圓.柱1坐標(biāo)型這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱型。它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的工作空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。3.1直.角2坐標(biāo)型直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分由三個(gè)相互垂直的直線移動(dòng)組成，其工作空間圖形為長(zhǎng)方體。它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離，可在各坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間體積大、靈活性較差。3.1球.坐3標(biāo)型又稱極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線移動(dòng)所組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮運(yùn)動(dòng)組成，其工作空間圖形為一個(gè)球形，它可以作上下俯仰運(yùn)動(dòng)并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3.1關(guān).節(jié)4型關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似，其前三個(gè)關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰擺動(dòng)，小臂作俯仰擺動(dòng)。其特點(diǎn)使工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)、能抓取靠進(jìn)機(jī)座的物體。3.1平.面5關(guān)節(jié)型采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，其工作空間的軌跡圖形，它的縱截面為矩形的同轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動(dòng)關(guān)節(jié)的行程長(zhǎng)，兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體橫截面的大小、形狀。在水平方向有柔順性，在垂直方向有較大的剛性。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合小規(guī)格零件的插接裝配。對(duì)以上五種方案進(jìn)行比較：方案一不能夠完全實(shí)現(xiàn)本課題所要求的動(dòng)作；方案二體積大，靈活性差；方案三結(jié)構(gòu)復(fù)雜；方案五無(wú)法實(shí)現(xiàn)本課題的動(dòng)作。結(jié)合本課題綜合考慮決定采用方案四：關(guān)節(jié)型機(jī)器人。此方案所占空間少，工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，工藝操作精度高。3.工2作空間的確定根據(jù)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)確定工作空間。工作空間是指機(jī)器人正常工作運(yùn)行時(shí)，手腕參考點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)。此機(jī)器人的工作空間為。圖3－1機(jī)器人的機(jī)座坐標(biāo)系3.手3腕結(jié)構(gòu)的確定手腕是聯(lián)接手臂和末端執(zhí)行器的部件，處于機(jī)器人操作機(jī)的最末端，其功能是在手臂和腰部實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個(gè)坐標(biāo)位置的基礎(chǔ)上，再由手腕來(lái)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個(gè)姿態(tài)坐標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度。圖3－2傳動(dòng)原理圖考慮到結(jié)構(gòu)，電機(jī)將成三角形布置，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖。3.基4本參數(shù)的確定空間結(jié)構(gòu)和手腕結(jié)構(gòu)的確定，那么手腕回轉(zhuǎn)、手腕擺動(dòng)、和手腕旋轉(zhuǎn)三個(gè)姿態(tài)的自由度也得到了實(shí)現(xiàn)。表3-1機(jī)器人的主要規(guī)格參數(shù)動(dòng)作范圍手腕回轉(zhuǎn)120。30。/s手腕擺動(dòng)90。30。/s手腕旋轉(zhuǎn)360。30。/s額定載荷4kg最大速度2m/s4手腕詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明4.機(jī)1器人驅(qū)動(dòng)方案的分析和選擇通常的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下四種:步進(jìn)電機(jī)：可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制。但是由于采用開(kāi)環(huán)控制，沒(méi)有誤差校正能力，運(yùn)動(dòng)精度較差，負(fù)載和沖擊震動(dòng)過(guò)大時(shí)會(huì)造成“失步”現(xiàn)象。直流伺服電機(jī)：直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)力矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。其安裝維修方便，成本低。交流伺服電機(jī)：交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，使用維修方便，與步進(jìn)電機(jī)相比價(jià)格要貴一些。隨著可關(guān)斷晶閘管T大功率晶閘管和場(chǎng)效應(yīng)管等電力電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。采用位位三環(huán)位置、速度、電流）全數(shù)字控制，增量式碼盤(pán)的反饋可達(dá)到很高的精度。三倍過(guò)載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的啟動(dòng)功率，提供很高的響應(yīng)速度。液壓伺服馬達(dá)：液壓伺服馬達(dá)具有較大的功率體積比，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，定位精度較高，負(fù)載能力也比較大，能夠抓住重負(fù)載而不產(chǎn)生滑動(dòng)，從體積、重量及要求的驅(qū)動(dòng)功率這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)考慮，不失為一個(gè)合適的選擇方案。但是，其費(fèi)用較高，其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類問(wèn)題，在可能的前提下，本系統(tǒng)將盡量避免使用該種驅(qū)動(dòng)方式。本課題的機(jī)器人將采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樗哂畜w積小、轉(zhuǎn)矩大、輸出力矩和電流成比例、伺服性能好、反應(yīng)快速、功率重量比大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。4.手2腕電機(jī)的選擇4.2提.腕1電機(jī)的選擇手腕的最大負(fù)荷重量m=4kg，初估腕部的重量m=4kg，最大運(yùn)動(dòng)速度12功率p=FV=mgV=8x10x2=160W取安全系數(shù)為.p'=1.2p=1.2x160=192W考慮到傳動(dòng)損失和摩擦，最終的電機(jī)功率p=200W。選擇型并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額技術(shù)參數(shù)如下表型并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓(V)額定轉(zhuǎn)矩(N/m)額定轉(zhuǎn)速(r/m)參考功率(W)重量(kg)Z200/20-400200120004005.52擺.腕2和轉(zhuǎn)腕電機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求取相同型號(hào)的電機(jī)，選擇Z型并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為200/20-400。傳3動(dòng)比的確定3提.腕1總傳動(dòng)比的確定先根據(jù)下式求角速度3=V=—=20r/sR0.13為角速度(r/s),V為運(yùn)動(dòng)速度(m/s),R為機(jī)械接口到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離(m)。再求實(shí)際轉(zhuǎn)速n'=n'=603=60X20=191.1r/min2兀2兀n'為轉(zhuǎn)速(r/min)。最后求得總傳動(dòng)比n2000i總=n=i9ii~10-4取整i總i=104.3轉(zhuǎn).腕2和擺腕傳動(dòng)比的確定用同樣的方法，可求得轉(zhuǎn)腕總傳動(dòng)比i總2=20總2擺腕總傳動(dòng)比i總3=104.傳4動(dòng)比的分配傳動(dòng)比分配時(shí)要充分考慮到各級(jí)傳動(dòng)的合理性，以及齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸，要做到結(jié)構(gòu)合理。提腕傳動(dòng)比分配提腕總的傳動(dòng)比總，該傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一極傳動(dòng)為圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比1第二極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比=5轉(zhuǎn)腕傳動(dòng)比分配轉(zhuǎn)腕總的傳動(dòng)比總=0該傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比=5第二極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比=4擺腕傳動(dòng)比分配擺腕總的傳動(dòng)比總=0該傳動(dòng)為兩級(jí)傳動(dòng)，第一極傳動(dòng)為圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比=2第二極傳動(dòng)為圓錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比=54.齒5輪的設(shè)計(jì)[13]按照上述傳動(dòng)比配對(duì)各齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.5提.腕1部分齒輪設(shè)計(jì)A第一極圓柱齒輪傳動(dòng)齒輪采用45號(hào)鋼，鍛造毛坯，正火處理后齒面硬度170?190HBS,齒輪精度等級(jí)為7極。取z=20,則z=2x20=40。12a設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)表達(dá)式幺(ZZZ丫2KTu+1(、d=3HEs1(-)1t([o])^uHd其中，Z=0.90，￡Z=Z=0.90，￡Z=189.8MP，PT=9.55x106_=9.55x106a0.2Z=1.8，H200=9550N?mm選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：o=o=580MPaH1limo=560MPaH2lim選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：oF1lim=230oF1lim=230MPao=210MPaF2lim應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由下列公式計(jì)算可得N=60aat=60x2000x300x8x16=4.23x109=2.16x109N=2.16x109―i=u2接觸疲勞壽命系數(shù)Z=1.1,Z=1.02TOC\o"1-5"\h\zN1N2彎曲疲勞壽命系數(shù)Y=Y=1N1N2接觸疲勞安全系數(shù)S=1,彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，又Y=2.0，試選HminFminSTK=1.3。t求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：0]=OHilimZ=580x1.1=638MPaTOC\o"1-5"\h\zH1SN11Hmin0]=°HimZ=580X1.02=591.6MPaH2SN21Hmin0Y230x20]=—F1limSTY=——X-x1MPa=306.67MPaF1SN11.5Fmin0]=°F2lim^-Y-Y="I"*'x1MPa=280MPaF2SN21.5Fmin將有關(guān)值代入（4－1）得：

d1t-3ZZZ￡%」Hd1t-3ZZZ￡%」H222KTu±1

t1①u

d(1.8x189.8x0.9丫2x1.3x95502+1-3591.60.8xmm2=41.3mm兀x41.3x20004.32m/s60x1000zv10020X4.32m/s-0.86m/zv100100動(dòng)載荷系數(shù)K-1.0;使用系數(shù)Ka=1；動(dòng)載荷分布不均勻系數(shù)K廠1.02；齒間載荷分配系數(shù)Ka-1,則K-KKvKKa-1.01x1.0x1.02x1.0=1.03

HAP修正d-修正d-d,11t3KH-41.3xKt31.03-38.1mm31.3dm-1dm-1z138.1mm20=1.9mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2mm。.計(jì)算基本尺寸d1d2-取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2mm。.計(jì)算基本尺寸d1d2-mz-2x20-40mm1-mz-2x40-80mm2+z)40+80”42-60mmb-。d=0.8x40-32mmd1=32mm=22mm校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度復(fù)合齒形系數(shù)Y-4.1，Y-3.8FS1FS2取Y-0.7

￡校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度表表齒輪的幾何尺寸oF12KT1oF12KT1—巾z2m3d1YYFS1s2x1.03x95500.8x202x23x4.1x0.7MPa=110.02MPa<lo]F1Y3.8o=o?-FS2=110.02x-MPa=101.97MPa<0]F2F1Y4.1F2FS1所以齒輪完全達(dá)到要求。名稱符號(hào)公式分度圓直徑dd=mz=2x20=40mmd=mz=2x40=80mm11cc齒頂高h(yuǎn)1122h=ha*m=1x2=2mm齒根高ahah=(ha*+c*)m=(1+0.25)x2=2.5mm齒全高fhfh=h+h=2+2.5=4.5mm齒頂圓直徑dafd=d+2h=44mmd=d+2h=84mm齒根圓直徑a1df1aj_j.aa=aad=d-2h=35mmd=d-2h=75mmf11ff22f基圓直徑db1d=dcosa=37.56mmd=dcosa=75.17mmb11b22齒距pp=兀m=3.14x2=6.28mm齒厚ss=兀m/2=3.14mm齒槽寬ee=兀m/2=3.14mm中心距aa=(d+d)/2=60mm1C頂隙c12c=c*m=0.25x2=0.5mm由于小齒輪分度圓直徑較小，考慮到結(jié)構(gòu)，小齒輪將做成齒輪軸。第二極圓錐齒輪傳動(dòng)齒輪采用號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度，齒輪精度等級(jí)為極。取z=20,則z=5義20=10012設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)表達(dá)式,（ZZ丫4KT/、d=3HE.1.（一）if3I[o]I0.85。（1-0加）2uHRR其中，。=0.8,u=5,dZ=189.8MP,Z=1.8,EaHP02T=9.55x106-=9.55x106——二9550N?mm1n200選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：

o=580MPaH1lim選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：o=230MPaF1lim應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由下式計(jì)算可得N=60nat11o=560MPaH2limo=210MPaF2limo=560MPaH2limo=210MPaF2lim=4.23x109N4.23x109―i二=0.846x109=0.846x109接觸疲勞壽命系數(shù)Z=1.1,Z=1.02

N1N2彎曲疲勞壽命系數(shù)Y=Y=1試選N1N2試選接觸疲勞安全系數(shù)S=1,彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，又Y=2.0,HminFminSTK=1.3。t求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：0]—°H1limZ—580x1.1—638MPaTOC\o"1-5"\h\zH1SN11Hmin0]-oHlimZ—580x1.02—591.6MPaH2SN21HminoY230x20]——F1limSTY———^-x1MPa—306.67MPaF1SN11.5Fmin0]一°F2limS-syY—x1MPa—280MPaF2SN21.5Fmin將有關(guān)值代入(4－4)得：d1t—d1t—3(ZZHE\[o]H4KT10.85。(1-0.5。)2uRR—3—3'1.8x189.8、、591.6,4x1.3x9550mm0.85x0.3(1-0.5x0.3)2x2—43.3mm兀dn兀x43.3x2000v—1t~^———4.53m/s160x100060x1000

zv10020zv10020x4.53100m/s=0.96m/s動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.0;使用系數(shù)K=1；齒向載荷分布不均勻系數(shù)K=1.02；AP齒間載荷分配系數(shù)取Ka=1,則K=KKvKKa=1.01x1.0x1.02x1.0=1.03HAP修正d=dqKh=43.3x3,°=39.1mm11t3K31.3td39.120d39.120mm=1.95mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2mm。.計(jì)算基本尺寸d1d2d1d2=mz=2x20=40mm1=mz=2x100=200mma=m)=40±200=120mm2校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度復(fù)合齒形系數(shù)丫=復(fù)合齒形系數(shù)丫=4.1,FS1YFS2=3.8取Y=0.7

￡校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度4KTYO=1FS1()F1。(1-0.54)2z2m31+u2RR14x1.03x9550x4.1=MPa0.8(1-0.5x0.8)2x202x231+52=21MPa<O]F1Y3.8o=o?—FS2=21x——MPa=19MPa<OF2F1Y4.1F2FS1所以齒輪完全達(dá)到要求。

表4－3齒輪的幾何尺寸?符號(hào)公式分度圓直徑dd=mz=2x20=40mmd=mz=2x100=200mm齒頂高h(yuǎn)1122h=ha*m=1x2=2mm齒根高境hah=(ha*-c*)m=(1-0.2)x2=1.6mmr齒頂圓直徑fdfd=d+2hcos5=44mmd=d+2hcos5=202mm齒根圓直徑adaj_j.aa乙aad=d-2hcos5=37mmd=d-2hcos5=197mm齒頂角f6f11ff22ftan6=h/R=0.01959齒根角a6aatan6=h/R=0.0235分度圓錐角f8ffsin5=mz/2R=0.196頂錐角55=5-6=10.3。根錐角a5aa5=5-6=10。錐距fRffR=mz/2sin5=102mm齒寬bb=0.2~0.35)R=20.4mm由于小齒輪的分度圓直徑較小，所以作成齒輪軸。4.5轉(zhuǎn).腕2部分齒輪設(shè)計(jì)第一極圓錐齒輪傳動(dòng)：齒輪采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度180~1，9齒0輪精度等級(jí)為極。取z=20,則z=5X20=100。經(jīng)計(jì)算齒輪滿足要求12齒輪的幾何尺寸

名稱符號(hào)公式分度圓直徑dd=mz=2x20=40mmd=mz=2x100=200mm11cc齒頂高h(yuǎn)1122h=ha*m=1x2=2mm齒根高ahah=(ha*—c*)m=(1-0.2)x2=1.6mm齒頂圓直徑JdJd=d+2hcos8=44mmd=d+2hcos8=202mm齒根圓直徑ada11aa22ad=d—2hcos8=37mmd=d—2hcos8=197mmr11rrnnr齒頂角J6J11JJ22Jtan6=h/R=0.01959齒根角a6aatan6=h/R=0.0235分度圓錐角J8JJsin8=mz/2R=0.196頂錐角58=8—6=10.3。根錐角a5￡aa8=8—6=10。rr錐距JRJJR=mz/2sin8=102mm齒寬bb=(0.2~0.35)R=20.4mm第二極圓錐齒輪傳動(dòng)：齒輪采用號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度TOC\o"1-5"\h\z齒輪精度等級(jí)為極。取z=20,則z=4義20=80。經(jīng)計(jì)算齒輪滿足要求。12表一齒輪的幾何尺寸名稱符號(hào)公式分度圓直徑dd=mz=2x20=40mmd=mz=2x80=160mm11cc齒頂高h(yuǎn)1122h=ha*m=1x2=2mm齒根高ah￡ah=(ha*—c*)m=(1—0.2)x2=1.6mm￡齒頂圓直徑JdJd=d+2hcos8=44mmd=d+2hcos8=161.5mm齒根圓直徑adra11aa22ad=d-2hcos8=36mmd=d—2hcos8=158mm「11rrccr齒頂角J6J11JJ22Jtan6=h/R=0.0244齒根角a6tan6a=h/R=0.0293分度圓錐角J8JJsin8=mz/2R=0.196頂錐角88=8—6=10.3。根錐角a8aa8=8—6=10。rr錐距JRJJR=mz/2sin8=82mm齒寬bb=(0.2~0.35)R=16.4mm擺腕部分齒輪設(shè)計(jì)TOC\o"1-5"\h\z第一極圓柱齒輪傳動(dòng)：齒輪采用號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度，齒輪精度等級(jí)為極。取z=20,則z=2X20=40。經(jīng)計(jì)算齒輪滿足要求。小齒輪作成12表表4－6齒輪的幾何尺寸齒輪軸。表4－6齒輪的幾何尺寸名稱符號(hào)公式分度圓直徑dd=mz=2x20=40mmd=mz=2x40=80mm齒頂高h(yuǎn)1122h=ha*m=1x2=2mm齒根高ahah=(ha*+c*)m=(1+0.2)x2=2.5mm齒全高fhfh=h+h=2+2.5=4.5mm齒頂圓直徑d1afd=d+2h=44mmd=d+2h=84mm齒根圓直徑a1dfia11aaaad=d-2h=35mmd=d-2h=75mmf11ff22f基圓直徑db1d=dcosa=37.56mmd=dcosa=75.17mmb11b22齒距pp=兀m=3.14x2=6.28mm齒厚ss=兀m/2=3.14mm齒槽寬ee=兀m/2=3.14mm中心距aa=(d+d)/2=60mm1C頂隙c12c=c*m=0.25x2=0.5mm第二極圓錐齒輪傳動(dòng)：齒輪采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度180~1，9齒0輪精度等級(jí)為極。取z=20,則z=5X20=100。經(jīng)計(jì)算齒輪滿足要求。小齒輪作12成齒輪軸。名稱符號(hào)公式分度圓直徑dd=mz=2*20=40mmd=mz=2*100=200mm11cc齒頂高h(yuǎn)1122h=ha*m=1x2=2mm齒根高ahah=(ha*-c*)m=(1-0.2)x2=1.6mm齒頂圓直徑fdJd=d+2hcos8=44mmd=d+2hcos8=202mm齒根圓直徑ada11aa22ad=d-2hcos8=37mmd=d-2hcos8=197mmr11rrnnr齒頂角f6J11JJ22Jtan6=h/R=0.01959齒根角a6aatan6=h/R=0.0235分度圓錐角f8ffsin8=mz/2R=0.196頂錐角58=8-6=10.3。根錐角a5￡aa8=8-6=10。rr錐距fRfJR=mz/2sin8=102mm齒寬bb=(0.2~0.35)R=20.4mm4.軸6的設(shè)計(jì)和校核軸的結(jié)構(gòu)決定于受力情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯，制造和裝配工藝、以及運(yùn)輸、安裝等條件。軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝配方便。對(duì)于要求剛度大的軸，還應(yīng)該從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。4.5輸.出1軸的設(shè)計(jì)擺腕的傳動(dòng)軸根據(jù)連軸器選：軸徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)取軸長(zhǎng)。由于要實(shí)現(xiàn)擺腕，工作時(shí)要求彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的空間傳動(dòng)所以提腕和轉(zhuǎn)腕的傳動(dòng)軸采用軟軸。軟軸通常由鋼絲軟軸、軟管、軟軸接頭和軟管接頭等幾部分組成。鋼絲軟軸由幾層彈簧鋼絲緊繞在一起構(gòu)成的。每層又由若干根鋼絲組成。相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。軟管用來(lái)保護(hù)鋼絲軟軸，以免與外界的機(jī)件接觸，并保存潤(rùn)滑劑和防止塵垢侵入；工作時(shí)軟管還起支撐作用。軟軸接頭用以連接動(dòng)力輸出軸及工作部件軟管接口用以連接傳動(dòng)裝置及工作部件的機(jī)體，有時(shí)也是軟軸接頭的軸承座。在使用軟軸的時(shí)候要注意鋼絲軟軸必須定時(shí)涂潤(rùn)滑脂，不得使軟軸的彎曲半徑小于允許最小半徑。5傳.動(dòng)2軸的設(shè)計(jì)軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)制處理

初估軸徑，取7則0d=初估軸徑，取7則0d=c3min=106義30.022000=2.28mm各段軸徑的確定初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從d處開(kāi)始逐段確定軸徑，上面計(jì)min算的d是軸段的直徑，由于軸段上安裝連軸器，因此軸段直徑的確定和連軸min器型號(hào)同時(shí)進(jìn)行。這次選用的是波紋管連軸器。故軸段直徑d=。1右端用軸肩固定，考慮到在軸段上裝套筒，故取軸徑d=。2在軸段3上要安裝軸承，其直徑應(yīng)該便于軸承安裝，又應(yīng)該符合軸承內(nèi)徑系列，即軸段3的直徑應(yīng)與軸承型號(hào)的選擇同時(shí)進(jìn)行。現(xiàn)取角接觸球軸承型號(hào)為720，其內(nèi)徑d=。通常一根軸上的兩個(gè)軸承取相同型號(hào)，故取軸段的直徑d=37軸段上用軸肩固定軸承，故取d=。4軸段5上作成齒輪軸，尺寸與齒輪相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)確定軸段的直徑d=。6各軸段長(zhǎng)度的確定各軸段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上零件的轂長(zhǎng)或軸長(zhǎng)零件配合部分的長(zhǎng)度確定。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)聯(lián)軸器取l=24mm。考慮到套筒長(zhǎng)度取l=21mm。根據(jù)軸承寬度取l=15mm=l。37根據(jù)結(jié)構(gòu)l=6mml=42mm。46圖圖4－2軸的受力分析和彎扭矩圖圖4－1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖4.5軸.的3強(qiáng)度校核[13]軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求。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。

軸上的轉(zhuǎn)矩TP02王軸上的傳遞的功率：P=—=——=0.25kw傳“0.8—T=9.55x106x-()n=9.55=9.55x106x0.252000二二1193Nmm求作用在齒輪上的為:mz'=2求作用在齒輪上的為:mz'=2x20=40(mm)t2T

F=——

td,2x119340=59.65(N)b.畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖現(xiàn)圖4T9.65xb.畫(huà)軸的受力簡(jiǎn)圖現(xiàn)圖4T9.65xtg20。=21.71(N)rt計(jì)算軸的支撐反力在水平面上FR1HFrl3-l+l2321.71x73二14.55N37+72FR2FR2H=Fr-FR1H=21.71-14.55=7.16N在垂直面上FR2在垂直面上FR2VFR1VF一二29.825N2畫(huà)彎矩圖見(jiàn)圖畫(huà)彎矩圖見(jiàn)圖在水平面上，。在水平面上，。一a剖面左側(cè)M=Fl=14.55x41=596.55NmmaHR1H1剖面右側(cè)M'=Fl=7.16x37=264.92NmmaHR2H2在垂直面上M=M'=Fl=29.825x41=1222.825NmmaVavR1V1合成彎矩，剖面左側(cè)Ma=M2+M2=596.552+1222.8252=1360.57NmmaHaV剖面右側(cè)aHaV264.922+1222.8252=1251.19Nmm．畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖見(jiàn)圖T=Ft判斷危險(xiǎn)截面d44—=59.65x=1312.3Nmm截面左右的合成彎矩左側(cè)相對(duì)右側(cè)大些，扭矩為T(mén)aHaV264.922+1222.8252=1251.19Nmm．畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖見(jiàn)圖T=Ft判斷危險(xiǎn)截面d44—=59.65x=1312.3Nmm截面左右的合成彎矩左側(cè)相對(duì)右側(cè)大些，扭矩為T(mén)則判斷左側(cè)為危險(xiǎn)截面，只要左側(cè)滿足強(qiáng)度校核就行了。g..軸的彎扭合成強(qiáng)度校核許用彎曲應(yīng)力O]=0]=60Mpa,O]=100Mpa,a=i~~1rb=——=0.61b0b[O]10