工業(yè)機器人專用減速器的設(shè)計

I 摘 要 工業(yè)機器人專用減速器 作為重要的機械傳動部件具有體積小、重量輕、傳動效率高 等特點。本設(shè)計全面考慮 到 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、多齒嚙合、輪齒均載等運動學(xué)和動力學(xué)的要求， 從而實現(xiàn)承載能力 高 、傳遞效率 高 、可靠性 高 和動力學(xué)性能 優(yōu)良 等指標(biāo)， 并 且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計了具有合理結(jié)構(gòu)的 工業(yè)機器人專用減速器即 擺線針輪行星減速器。 本論文所涉及的科研項目主要通過對擺線針輪行星 減速器 的 主要零件的 概念進行詳細(xì)闡述， 給 出了擺線針輪減速 器 的用途，使用說明 以及 注意事項。 列 出了擺線針輪行星減速 機 的構(gòu)造即輸出部分，輸入部分。通過 對針擺行星傳動減速器傳動工作原理 和 特點進行分析，對針輪輸出 機構(gòu)及 針擺行星傳動這種傳動方式進行分析，以獲得其理論 設(shè)計 和方法。從 擺線針輪 行星傳動的共同點出發(fā) 以及 針擺輪行星減速器相對于少齒差行星 減 速器的 優(yōu)點提出針擺行星傳動形式的設(shè)計計算方法。 本 論文 主要從以下方面 出發(fā) 對 擺線針輪行星 傳動進行了研究 :參照傳統(tǒng)針擺行星傳動基本設(shè)計計算方法 以及 對 擺線針輪行星 傳動主要零部件的基本參數(shù)設(shè)計計算，并對 擺線輪、柱銷，針輪 進行受力分析 最終 計算 出 轉(zhuǎn)臂軸承和各支撐軸承 所能承受 的載荷大小，完成包括擺線輪、柱銷等主要零件強度校核計算和軸承 的壽命計算，給出主要零件機械加工的工藝過程，然后利用 CAD 畫出了主要零件的草圖和最后的裝配圖。 關(guān)鍵詞 ： 擺線傳動 ； 擺線輪 ； 受力分析 V Abstract The cycloidgear reducer is one of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller volume， lighter weight and effective transmission. In order to realize four targets which include high transmission efficiency, high reliability and the excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational structure cycloidgear reducer. By analyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drives working principle, we obtion the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly complete works include that provide the design method and complete the prototype design and dynamics analysis of virtual prototype. This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional cycloid drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are completes. Then, using CAD to draw sketches of the main components and final assembly drawing. Keywords： Planetcycloid Reducer； Cycloid ；force analysis VI III 目 錄 摘 要 . III Abstract . IV 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 課題研究的背景和依據(jù) . 1 1.2 本課題的研究意義 . 1 1.3 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 1 2 擺線針輪行星傳動的簡介 . 4 2.1 擺線針輪的概念 . 4 2.2 擺線針輪減速機的用途，使用說明和注意事項 . 4 2.2.1 用途 . 4 2.2.2 使用條件 . 4 2.2.3 潤滑 . 4 2.2.4 安裝 . 5 2.3 擺線針輪行星減速器的構(gòu)造 . 5 2.4 齒廓曲線的形成及其嚙合原理 . 6 2.5 擺線針輪行星傳動的特點及應(yīng)用 . 8 3 工業(yè)機器人的總體設(shè)計 . 9 3.1 工業(yè)機器人的組成 . 9 3.1.1 工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成 . 9 3.1.2 工業(yè)機器人的基本機能組成 . 9 3.2 機器人的結(jié)構(gòu)分析 . 9 3.2.1 機器人的總體結(jié)構(gòu)的概念 . 9 3.2.2 機器人的傳動結(jié)構(gòu) . 10 3.3 機器人的設(shè)計分析及總體方案的確定 . 11 3.3.1 設(shè)計的任務(wù)要求 . 11 3.3.2 總體方案的確定 . 12 3.3.3 工業(yè)機器人的主要技術(shù)參數(shù) . 12 4 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計算和傳動特點 . 12 4.1 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計算 . 13 4.2 嚙合的齒廓形成原理 . 14 5 擺線針輪行星齒輪傳動設(shè)計 . 15 5.1 針輪行星輪系的材料 . 15 5.2 第一套擺線針輪加速器的設(shè)計 . 15 5.2.1 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)及材料 . 15 V IV 5.2.2 強度計算針齒中心圓半徑 . 15 5.2.3 計算擺線輪和針輪的幾何尺寸 . 16 5.2.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計算 . 17 5.2.5 針齒銷彎曲強度計算 . 18 5.2.6 W 輸出機構(gòu)銷軸彎曲強度計算 . 19 5.3 第二套擺線針輪減速器的設(shè)計 . 20 5.3.1 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)及材料 . 20 5.3.2 接觸強度計算針齒中心圓半徑 . 20 5.3.3 計算擺線輪和針輪的幾何尺寸 . 20 5.3.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計算 . 21 5.3.5 針齒銷彎曲強度計算 . 22 5.3.6 W 輸出機構(gòu)銷軸彎曲強度計算 . 22 6 行星齒輪傳動輸出軸的軸承選擇 . 24 7 主要零件的機械加工工藝規(guī)程 . 25 7.1 擺線輪的加工工藝路線 . 25 7.2 針齒殼的加工工藝路線 . 26 7.3 輸出軸加工工藝 . 26 7.4 偏心套加工工藝 . 27 8 結(jié)論 與展望 . 29 8.1 結(jié)論 .29 8.2 展望 .29 致謝 . .30 參考文獻(xiàn) . 31 工業(yè)機器人專用減速器的設(shè)計 1 1 緒論 1.1 課題研究的背景和依據(jù) 減速器是連接動力機 部分 和工作機 部分 的應(yīng)用 最為 廣泛的通用傳動機械， 行星 齒輪減速器對齒輪的齒廓曲線的 主要 要求是保 證 瞬時傳動比 是 常數(shù)。目前，滿足這一要求 的 常用于齒輪傳動 的 齒廓曲線主要 是 漸開線和擺線。 1926 年 L.Braren 發(fā)明了擺線針輪減速器，在少齒差行星傳動結(jié)構(gòu)上，將變幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線 首先 用于行星輪廓曲線 并且 把圓弧作為中心輪齒廓曲線 以及 漸開線少齒差行星傳動模式，保留 Z-X-F 類 N 型行星齒輪傳動。 此 發(fā)明專利被日本住友公司 于 1938 年買斷，當(dāng)時日 本人執(zhí)行的是 “引進 消化 創(chuàng)新 ”技術(shù)路線。 擺線針輪傳動 與 普通漸開線齒輪或蝸輪傳動 相比 的 主要 優(yōu)點 有 ：高傳動比和高效率，一級減速時傳動比范圍是 11 87，兩級減速時的傳動比范圍是 20 128；同軸輸出機構(gòu)重量輕 和 體積小；傳動平穩(wěn) 且 噪音低； 因為針擺 傳動同時嚙合的齒數(shù)要比漸開線齒輪傳動同時嚙合的齒數(shù)多， 所以 承載能力較大，嚙合效率較高。 1.2 本課題的研究意義 減速器是各種機械設(shè)備中最常見的部件 ,它的作用是將電動機轉(zhuǎn)速減少或增加到機械設(shè)備所需要的轉(zhuǎn)速 , 擺線針輪行星減速器由于具有減速比大、體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，在許多情況下可代替二級、三級的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用越來越普及，為世界各國所重視。 擺線針輪行星減速器作為重要的機械傳動部件具有體積小、重量輕、傳動效率高的特點。本設(shè)計在全面考慮多齒嚙合、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運動學(xué)和動力學(xué)的要求，現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動力學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。 1.3 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 針擺齒輪 傳動 與 普通漸開線齒輪或蝸輪傳動 相比 的優(yōu)點 有 ：傳動比 高 和高效率 高 ；同軸輸出結(jié)構(gòu)體積小和重 量輕；傳動平穩(wěn)和噪聲低。 因為 擺線針輪傳動同時嚙合的齒 對 數(shù)要比漸開線齒輪傳動同時嚙合的齒 對 數(shù)多， 所以 承載能力 更 大，嚙合效率 更 高；由于擺線輪以及 針輪輪齒均可精磨 、 淬硬， 比 漸開線少齒差傳動內(nèi)齒輪的被加工性好，齒面硬度 要 更高，因而使用壽命 更 長；擺線輪的加工技術(shù)已經(jīng) 成熟 ，專業(yè)加工設(shè)備齊全， 因此 擺線輪已納入通用件，在國內(nèi)已做到通用化 大 批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本下降，因此擺線針輪 專用 減速器當(dāng)前 得到廣泛 應(yīng)用。擺線針輪減速技術(shù) 到現(xiàn)在 ，雖在品種、規(guī)格等 許多 方面做了改進，但在 本質(zhì)、原理上 沒有 創(chuàng)新?，F(xiàn) 如 今擺線針輪減速 機 ，其原理和結(jié)構(gòu) 依然 是 1926 年德國的原型。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 擺線針輪減速器的應(yīng)用 目前，擺線針輪 減速器的 研究在國內(nèi)外都 得到了 積極發(fā)展，從 1990年開始，住友機械株式會社在 “80系列 ”的基礎(chǔ)上推出最新 “90樣本 ”的擺線針輪減速器，它的機型由 15種擴大到 21種，傳動比由 8種擴大 到 16種。我國對日本提高擺線針輪減速器性能的主要措施已進行較深入的分析， 并 且在趕超世界水平 的同時 也有 了 自己的創(chuàng)新成果，如 與 工程實際 相符的擺線輪與輸出機構(gòu)受力分析 以 及 對 擺線輪齒形的優(yōu)化設(shè)計等。 擺線針輪減速器所 能 傳遞的最大功率為 132KW，輸入軸 的 最高轉(zhuǎn) 速為 1800r/min。美國研 發(fā) 直升飛機傳動裝置所做的擺線針輪傳動 裝置 試驗樣機，采用 的是 四片擺線輪，可以達(dá)到 輸入軸動平衡的新結(jié)構(gòu)，輸入轉(zhuǎn)速達(dá) 到 2000r/min，傳動功率達(dá) 到 205KW。 這些年 來 國內(nèi)對擺線針輪傳動的研究一直在不斷發(fā)展， 并且 也取得了一些成果。主要如下： (1) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)何勝勇對行星擺線針輪減速機虛擬樣機的建造與有限元分析進行了研究； (2） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于影，于波，陳建新對擺線針輪行星減速器進行優(yōu)化設(shè)計； (3） 天津工程師范學(xué)院 的 戚厚軍建立 的 2K v 型擺線針輪 行星 減速器的動力學(xué)模型 是以 2K-V6 型擺線針輪 行星 減速器為研究對象，在不改變減速器的外形尺寸 及 結(jié)構(gòu)的情況下，分析了擺線輪修形和短幅系數(shù)對擺線輪 齒 嚙合剛度的影響規(guī)律， 和 傳動系統(tǒng)中的各種零件的 剛度 及 針徑系數(shù)對 機器 整機振動性能的影響； (4） 大連交通大學(xué)何衛(wèi)東教授主持的國家自然科學(xué)基金資助 的 項目高承載能力高傳動效率高可靠性新型針擺行星傳動的研究的科研成果雙曲柄四環(huán)板針擺行星傳動于2005 年 4 月通過鑒定； (5） 浙江大學(xué)呂方 教授 開發(fā) 了 一種新型的傳動機械 長幅外擺線針輪行星傳動減速機； (6) 大連鐵道學(xué)院張動生采用非線 性有限元分析軟件 MSCMARC 建立了擺線輪與各受力齒接觸模型；首次對針齒 和 擺線輪齒面接觸進行靜態(tài)有限元分析，得出了擺線輪 和 針齒間的接觸狀態(tài)； (7) 四川大學(xué)張流俊在首次應(yīng)用有限元法取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗法進行擺線針輪減速 器 的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并提供了一個通用的擺線針輪減速機結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件包。 (8） 大連鐵道學(xué)院關(guān)天民 和 萬朝燕對新型 擺線針輪 傳動進行理論及受力分析； (9) 大連鐵道學(xué)院關(guān)天民 教授 提出了一種較 為 準(zhǔn)確的 針擺 輪行星傳動銷孔式輸出機構(gòu)的受力分析理論，利用 此 理論可以 得到 整個工作過程中輸出機構(gòu)和柱銷的受力情況； (10） 鞍山鋼鐵學(xué)院高興蚊 、 黃秋波對具有雙面支撐輸出機構(gòu) 以及 多齒差齒形擺線針輪行星傳動的齒廓 曲線 形狀和嚙合特性進行了理論分析。擺線針輪減速器的發(fā)展趨勢是 達(dá)到 更高的運動精度，更 高 的傳遞功率 和 更廣的傳動范圍。 自 20 世紀(jì) 90 年代 以來 來，在工業(yè) 專用 機器人回轉(zhuǎn)裝置選擇中。擺線 輪 傳動作為一種比較 理 想的傳動形式應(yīng)用其中。如 日 本住友重機械工業(yè)株式會社研發(fā)成功的機器人用 R v列， FA 系列 及 FT 系列產(chǎn)品均采用了 擺線針輪 傳動結(jié)構(gòu)形式，由于 采 用了最新的設(shè)計理 論 。從而產(chǎn)品 外型 美 觀大方、結(jié)構(gòu)合理、傳遞功率 得到提高 。 工業(yè)機器人專用減速器的設(shè)計 3 近年來出現(xiàn)了 數(shù)種 在 擺線針輪行星傳動 基礎(chǔ)上 的新型傳動型式，使其能夠 更好 適應(yīng)高 精度的運動傳遞 和 控制，用于機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動、精密機床等高精度擺線 輪 傳動技術(shù)的研究 ，其中常用的有以下幾種： (1). TWINSPFN 減速器 近來 由斯洛伐克的一家公司推出，這種軸承式減速器 不僅 能承受非常大的徑向力 而且還能承受 軸向力， 并且 使用壽命 和 傳動效率也有所提高。 (2) .RV 減速器。 RV 減速器是 近年來由 日本帝人公司推出的一種擺線傳動，是由第一級普通漸開線直齒輪減速器部分和第二級 針擺 輪減速器部分組合成的兩級行星傳動機構(gòu)。 (3) .三片擺線 輪減速器，是 由 日本著名的住友重機械工業(yè)株式會社 推出的 產(chǎn)品，在 此傳動中采用了三片 相互 呈 0120 角 布置的擺線輪結(jié)構(gòu)，增加了擺線輪 的數(shù)量 提高了傳動效率。 (4). Dojen 減速器由美國 Mectrol 公司生產(chǎn)，傳動 機構(gòu) 采用 了 機芯式設(shè)計，每個針齒都 采用懸臂方式，在針齒另一端加工有錐度， 和 機殼上的錐 孔 相配合，能自動定心， 不僅能 保證順利裝配又 能 消除全部間隙。 (5). 擺線球齒減速器，是 一種 將外擺線、內(nèi)擺線輪結(jié)合起來的雙擺線減速器， 既 將針輪 改為鋼球齒輪， 又將 兩擺線輪改為擺線溝槽， 因而 是擺線針輪減速器的一種變形。 FA 高精度減速器是當(dāng)今世界上最新的傳動裝置，它具有體積小傳動比范圍大壽命長、稽度保持穩(wěn)定、效率高等一系列的優(yōu)點由于它 與 機器人中常用的諧波傳動 相比 有較高的疲勞強度、 大的 剛度和 長的 壽命。兩且回差耪度高，因此 FA 減速機在工業(yè) 專用 機器人傳動中正在得到越來越 廣泛的 的應(yīng)用：它還 廣泛用于 測量裝置 ， 微型大傳動比減速裝置、辦公設(shè)備 、 擺線傳動裝置，智能住宅傳動裝置等機械系統(tǒng)中由于在這些精密傳動中 ， 通常傳遞的載荷不大，但要求傳動 精度高 ，傳遞運動準(zhǔn)確 ，因而 對其傳動鏈的設(shè)計要求較高。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 擺線針輪行星傳動的簡介 2.1 擺線針輪的概念 本課題研究的是工業(yè)機器三自由度手臂采用擺線針輪行星輪傳動的第二和第三臂。擺線針輪行星傳動的齒廓是一種 K-H-V 行星傳動。行星的齒廓不是線而是擺線。中心內(nèi)齒采用了針輪。 圖 2.1 行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡圖 行星齒輪減速機：主要傳動結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽輪，外齒圈。行星減速機因為結(jié)構(gòu)原因單級減速最小為 3，最大一般不超過 10,常見減速比為 :3、 4、 5、 6、 8、 10,減速機級數(shù)一般不超過 3，膽有大部分減速機比 定制減速機有 4 級減速。相對其他減速機，行星減速機具有高剛性，高精度，高傳動比，高的扭矩 /體積比，終身免維修等特點。因為這些特點，行星減速機是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 2.2 擺線針輪減速機的用途，使用說明和注意事項 2.2.1 用途 擺線針輪減速機采用擺線針齒嚙合，行星式傳動原理，所以通常也叫行星擺線減速機，行星擺線針輪減速機可以廣泛應(yīng)用于石油、環(huán)保、化工、水泥、輸送、紡織、制藥、食品 、印刷、起重、礦山、冶金、建筑、發(fā)電等行業(yè)，作為驅(qū)動或減速裝置其獨特的平穩(wěn)結(jié)果在許多情況下可以替代普通圓柱齒輪減速機及蝸輪蝸桿減速機，因此行星擺線針輪減速機在各個行業(yè)和領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，受到廣大用戶的普遍歡迎。 2.2.2 使用條件 （ 1） 擺線針輪減速機允許使用在連續(xù)工作的場合，同時允許正反兩個方向運轉(zhuǎn)。 （ 2) 輸入軸的轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)數(shù)為 1500 轉(zhuǎn) /分，在輸入功率大于 18.5 千瓦時建議采用 960轉(zhuǎn) /分的 6 級電機配套使用。 （ 3） 臥式安裝擺線針輪減速機的工作位置均為水平位置。在安裝是最大的水平傾斜角一般小于 015 ，在超過 015 時應(yīng)采用其他措施保證潤滑充足和防止漏油。 （ 4） 擺線針輪減速機的輸出軸不能受較大的軸向力和徑向力，在有較大軸向力和徑向力時須采取其他措施。 2.2.3 潤滑 （ 1) 臥式擺線減速機在正常情況下采用油池潤滑，油面高度保持在視油窗的中部即工業(yè)機器人專用減速器的設(shè)計 5 可，在工作條件惡劣，環(huán)境溫度處于高溫時可采用循環(huán)潤滑。 （ 2） 擺線針輪減速機在常溫下一般選用 40或 50機械潤滑油，為了提高減速機的性能、 延長擺線針輪減速機的使用壽命，建議采用 70或 90極壓齒輪油，在高溫情況下高溫情況下工作時也可應(yīng)重新考慮潤滑油。 （ 3） 立式安裝行星擺線針輪減速機要嚴(yán)防油泵斷油，一避免減速機的部件損壞。 （ 4） 加油時可旋開幾座上部的通氣帽即可加油。放油時旋開機座下部的油塞，即可放出油污，該減速機出廠時內(nèi)部無潤滑油。 （ 5） 第一次加油運轉(zhuǎn) 100 小時應(yīng)跟換新油，以后再連續(xù)工作，每半年跟換一次，如果工作條件惡劣可適當(dāng)宿短換油時間，實踐證明減速機的經(jīng)常換油對于延 長減速機的壽命有著重要作用，在使用過程中應(yīng) 經(jīng)常補充潤滑油。 2.2.4 安裝 （ 1） 在擺線針輪減速機的輸出軸上安裝聯(lián)軸器、皮帶輪、鏈輪等連接件時不允許采用直接錘擊方式，因為減速機的輸出軸結(jié)構(gòu)不能承受軸向的錘擊力，可用軸端螺孔旋入螺釘壓入聯(lián)結(jié)件。 （ 2） 輸出軸輸入軸的軸徑選用 GB1568-79 配合。 （ 3） 減速機上的吊環(huán)螺釘只限起吊減速機。 （ 4） 在基礎(chǔ)上安裝減速機時應(yīng)校準(zhǔn)減速機的安裝中心線標(biāo)準(zhǔn)你高，水平度及其相連部分的相關(guān)尺寸。校準(zhǔn)裝動軸的同心度不應(yīng)超過聯(lián)軸器所允許的范圍。 （ 5） 減速機校準(zhǔn)時可用鋼制墊塊 或鑄鐵墊塊進行，墊塊在高度方面不超過三塊，膽減速機校準(zhǔn)后應(yīng)換入平墊塊。 2.3 擺線針輪行星減速器的構(gòu)造 行星擺線針輪減速機全部傳動裝置可分為三部分：輸入部分、輸出部分、減速部分。在輸出軸上安裝有一錯位 0180 的雙偏心套，在偏心套上安裝有兩個滾珠軸承，形成 H 結(jié)構(gòu)，兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的真齒輪相嚙合，以組成少齒差嚙合減速機構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上講，擺線針輪行星傳動由四部分組成，即 針輪、擺線行星輪、系桿 H 和輸出機構(gòu) W。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.2 擺線針輪行星減速器的結(jié)構(gòu)圖 2.4 齒廓曲線的形成及其嚙合原理 擺線行星輪的齒廓曲線為短幅外擺線的等距曲線，這種曲線的形成如圖 3.2 所示。圖中圓 1 稱為滾圓，半徑為 r1；圓 2 稱為基圓，半徑為 r2。將滾圓 1 套在基圓 2 上并相對于基圓 2 作無滑動的純滾動，則滾圓 1 上的 P 在基圓 2 上所形成的軌跡 ec 為一條外擺線。而在滾圓外與滾圓相固連的一點 M 在基圓上所描述的軌跡 ec 則稱為短幅外擺線。 圖 2.3 齒輪齒廓齒廓的嚙合原理 上述兩圓純滾動所產(chǎn)生的短幅外擺線 ec 是從屬于圓 2 的，而 M 點則是從屬于圓 1 上的點；如果將 ec 和 M 分別作為圓 2 與圓 1 上的齒廓，那么可將圓 2、圓 1 作為保持純滾動的兩個節(jié)圓，而用 ec 曲線和 M 兩齒廓的嚙合運動來實現(xiàn)兩輪的定傳動比傳動。但是由 于工業(yè)機器人專用減速器的設(shè)計 7 與 ec 曲線相嚙合的是圓 1 上的 M 點，而實際齒廓不可能做成一點，所以要實現(xiàn)兩齒廓的嚙合傳動，可以以 M 點位圓心，以 r2 為半徑的小圓柱針銷代替 M 點作為圓 1 上的齒廓相應(yīng)與之嚙合的圓 2 上的齒廓將是上述短幅外擺線的等距曲線 C1C5.擺線針輪傳動就是一短幅外擺線的等距曲線作為行星 2 的齒廓，一針銷作為固定中心內(nèi)齒廓 1 的針齒而形成的一種行星傳動裝置。 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時，由于擺線輪上齒廓曲線特點及其受針輪上針齒限制之故，擺線輪的運動稱為 既有公轉(zhuǎn)，又有自轉(zhuǎn)的平面運動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時，偏心套也轉(zhuǎn)動一周，擺線輪由于相反方向上轉(zhuǎn)過一個齒差從而的到 減速，再借助 W 輸出機構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。 圖 2.4 擺線行星輪的齒廓曲線 由圖中可以看出，在圓滾 1 開始滾動時，滾圓上的 P 點與基圓上的 A 點相接觸，接著點 P將離開基圓，當(dāng)滾圓 滾過一周時，滾圓上的 P 點再次與基圓相接觸，接觸點已到了基圓上的 B 點，從點 A 到點 B 是一個完整的擺線齒廓，從 M1 到 M2 也是一個完整的短幅外擺線齒廓。整個過程中，滾圓 1 滾過的弧長 為 2 r1；而基圓滾過的弧長為 2 2r +AB。由于是純滾動，故有 ABrr 2212 （ 2.1） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 即 arrAB 2212 （ 2.2） 式中 a 為兩輪的中心距 又由于 222 zrAB （ 2.3） 故聯(lián)立（ 2.2）（ 2.3）兩式可 解得行星輪的齒數(shù) arz 22 （ 2.4） 而針齒的齒數(shù) 121212121 zararABrz （ 2.5） 這說明針輪和擺線行星輪的齒數(shù)差只能為 1，即擺線針輪傳動只能是一齒差行星傳動。由于是一齒差行星傳 動，故其傳動比 2ziHV 。 2.5 擺線針輪行星傳動的特點及應(yīng)用 由以上所述可知，擺線針輪行星傳動具有以下主要特點 : (1) 減速比大。 一級減速比 6HVi 87，二級，三級串聯(lián)可獲得更大的減速比 （ 2) 結(jié)構(gòu)緊湊。 由于采用內(nèi)嚙合行星傳動，加之?dāng)[線行星輪的齒廓曲線為短幅外曲線，使得整個機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，體積和重量均大大減小。 （ 3) 傳動效率高。由于擺線輪和針輪嚙合處輸出機構(gòu)上均裝有滾套，使工作表面相對滑動小，因此減少了功率損耗；又由于其嚙合角較小，減輕了軸承的載荷，從而提高了效率。其效率一般可達(dá) 90 94%。 （ 4）傳動穩(wěn)定，載荷能力較高。由于采用短幅外擺線作為行星輪的齒廓，增大了齒廓的曲率半徑，從而使輪齒的接觸強度得到提高，使其比漸開線少齒差傳動更能承受過載和沖擊。 （ 5） 使用壽命長。 由于擺線輪和針輪均采用優(yōu)質(zhì)材料，又經(jīng)過淬火處理提高了機械性能；加之針齒上加有套筒，使針齒與擺線輪之間的滾動摩擦減小，故磨損小，壽 命長。 （ 6） 與漸開線少齒差行星傳動相比，無齒頂相碰和嚙合重疊干涉的現(xiàn)象。 其缺點在于 : (1) 制造成本高。 材料的優(yōu)質(zhì)本質(zhì)就是對材料的要求高，從而增加成本。 （ 2) 加工工藝復(fù)雜。加工擺線輪需要專門的機床，對裝配工藝也有較嚴(yán)格的工藝要求。 擺線輪行星傳動以其多方面的有點取代了一些笨重龐大的傳動裝置，在機械傳動中具有及其重要的作用，從而日益受到世界各國的重視，在軍工、礦山、冶金、化工、造船等工業(yè)部門的機械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 工業(yè)機器人專用減速器的設(shè)計 9 3 工業(yè)機器人的總體設(shè)計 3.1 工 業(yè)機器人的組成 3.1.1 工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成 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)和人工智能系統(tǒng)組成。 目前具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機器人即智能機器人還處于研究實驗階段。而應(yīng)用于生產(chǎn)實際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機器內(nèi)人。 （ 1) 執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成握取工件實所需的各種運動的機械部件，包括；手部、腕部、臂部，還有機身和行走機構(gòu)。 （ 2） 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也 不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)有四種；液壓式、氣壓式、電氣式、機械式。 （ 3) 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人或機械手的指揮系統(tǒng)，它他控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作、并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制，計算機控制系統(tǒng)也不斷增加。就其控制方式，可分為分散控制和集中控制兩種類型。若以控制的運動軌跡來分，有兩種；點位控制和連續(xù)軌跡控制。 圖 3.1 工業(yè)機器人系統(tǒng)的具體組成圖 3.1.2 工業(yè)機器人的基本機能組成 設(shè)計工業(yè)機器人就是通過設(shè)計， 恰好的賦予工業(yè)機器人某些機能，以便使機器人能夠自動的完成給定的操作。從工業(yè)機器人的研究、使用和發(fā)展情況來看，工業(yè)機器人應(yīng)該具有的機能可以歸納為三個方面，即運動機能，控制機能和檢測、識別機能。 3.2 機器人的結(jié)構(gòu)分析 3.2.1 機器人的總體結(jié)構(gòu)的概念 目前，世界上已有許多工業(yè)機器人，其中大部分屬于 “示教再現(xiàn) ”型。如果將這些機器人稱作第一代，那么，具有一定程度的視覺、觸覺或某些分析、判斷能力的機器人就屬于第二代了。不少國家正在積極研究具有觀察、觸覺等功能的機器人，并取得不少成果，但無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 是，真正將這 些成果應(yīng)用于實際的還為數(shù)不多。在實際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用的機器人，示教再現(xiàn)型還是較多。 一般的機器人，它由機器人的機構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。及其部分有機器手和移動機構(gòu)組成；傳感器有測量機器人自身位置狀態(tài)和速度、加速度的裝置，只要不是自住型移動機器人，它通常放在與機器人不同的地方，通過導(dǎo)線連接。在工業(yè)機器人的控制裝置中，有電動機驅(qū)動電路、 PTP 運動目標(biāo)點和 CP 運動軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過信息傳輸裝置與機器人本體相連，多用于只能機器人。 如圖該機器人具有三自由度，及 大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右的擺動、臂的上線擺動。該三自由度機