六軸工業(yè)弧焊機(jī)器人

1、12344大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)六軸工業(yè)弧焊機(jī)器人摘要工業(yè)機(jī)器人作為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展重要標(biāo)志之一和新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，已被世人所認(rèn)同，并正對(duì)現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域以至人們的生活產(chǎn)生了重要的影響。焊接制造工藝由于其工藝的復(fù)雜性、勞動(dòng)強(qiáng)度、產(chǎn)品質(zhì)量、批量等要求，使得焊接工藝對(duì)于自動(dòng)化、機(jī)械化的要求極為迫切，從而焊接機(jī)器人的出現(xiàn)時(shí)焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步。弧焊機(jī)器人是焊接機(jī)器人中的一種，本文對(duì)弧焊機(jī)器人的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)說(shuō)明。本文簡(jiǎn)要介紹了一下目前焊接自動(dòng)化的發(fā)展情況，焊接機(jī)器人的分類、用途等，使大家對(duì)弧焊機(jī)器人有了整體的認(rèn)識(shí)；在第二章中，初步確定了弧焊機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案：弧焊機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及主要參數(shù)，

2、對(duì)機(jī)器人性能做了簡(jiǎn)要說(shuō)明；第三章機(jī)械設(shè)計(jì)部分，包括驅(qū)動(dòng)元件的選取以及主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核；最后，對(duì)弧焊機(jī)器人的控制部分做了介紹，并編制了實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的PLC程序，便于人們操作控制。關(guān)鍵詞：焊接；工業(yè)機(jī)器人；自由度 Six-axis industrial arc welding robotAbstract Industrial robot as an important sign of modern manufacturing technology development and an emerging technology has been recognized by

3、 the world and has a significant impact on various fields of modern high-tech industries as well as people's lives. Manufacturing process of welding process because of their complexity, labor intensity, product quality, volume, etc. making the requirement of welding technology toward automa

4、tion, mechanization urgent. So the emergence of welding robot is a sign of revolutionary advances in automation. Arc welding robot is a kind of robot, this paper, makes systematic descriptions of arc welding robot. This paper briefly introduces the current developments in welding auto

5、mation, welding robot classification, use and so on, so that we can have the whole knowledge of the arc welding robot ; in the second chapter, set the initial design of arc-welding robot : arc welding robot structure, drive pattern, and the main parameters, make a brief description of the robot

6、 performance ; Chapter III mechanical design, including the selection of drive elements and the calculation of the main components and strength check; Finally, the control part of welding robot is introduced and developed a campaign to achieve its PLC program, convenient for people to cont

7、rol.Key word: Welding、industry robot、 Degree of freedom目錄1、緒論11.1、焊接自動(dòng)化發(fā)展概況11.2、機(jī)器人焊接發(fā)展概況21.2.1、焊接機(jī)器人發(fā)展歷程21.2.2、焊接機(jī)器人國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀21.2.3、焊接機(jī)器人分類及組成42、機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案確定52.1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求52.2、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)53、機(jī)械設(shè)計(jì)部分83.1、手腕1設(shè)計(jì)計(jì)算83.1.1、手腕1電機(jī)選擇93.1.2、聯(lián)軸器設(shè)計(jì)93.2、手腕2設(shè)計(jì)103.2.1、手腕2驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇103.2.2、錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算113.3、小臂旋轉(zhuǎn)自由度設(shè)計(jì)173.3.1、小臂電機(jī)選擇183.4、

8、小臂擺動(dòng)自由度設(shè)計(jì)193.4.1、小臂擺動(dòng)電機(jī)選擇193.4.2、蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)203.5、大臂擺動(dòng)設(shè)計(jì)243.5.1、電機(jī)選擇243.5.2、蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)253.6底座旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)303.6.1、電機(jī)選擇303.6.2輪蝸桿設(shè)計(jì)313.6.3、旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)353.7、主要零部件校核373.7.1、底座回轉(zhuǎn)軸及其鍵聯(lián)接校核373.7.2、底座旋轉(zhuǎn)軸上建校核393.7.3、大臂回轉(zhuǎn)臺(tái)推力軸承校核40小結(jié)41致謝42參考文獻(xiàn)43遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第41頁(yè)1、 緒論焊接生產(chǎn)是制造業(yè)中與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)的重要的工藝技術(shù)，差不多所有工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)，從航天航空到海洋工程，從發(fā)電設(shè)備到家用電器，從火

9、車、汽車到自行車生產(chǎn)甚至兒童玩具都無(wú)不與焊接密切相關(guān)。1.1、 焊接自動(dòng)化發(fā)展概況焊接是制造業(yè)中最重要的工藝技術(shù)之一。它在機(jī)械制造、核工業(yè)、航天航空、能源交通、石油化工及建筑和電子等行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接已從簡(jiǎn)單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造業(yè)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工藝和生產(chǎn)尺寸精確的制成品的生產(chǎn)手段。傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品制造的質(zhì)量、數(shù)量要求。因此，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為焊接過(guò)程自動(dòng)化提供了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ)，并已滲透到焊接各領(lǐng)域中。近

10、20年來(lái)，在自動(dòng)焊接、專機(jī)設(shè)備以及自動(dòng)焊接技術(shù)方面已取得了許多研究和應(yīng)用成果，表明焊接過(guò)程自動(dòng)化已成為焊接技術(shù)新的生長(zhǎng)點(diǎn)之一。從21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求看，焊接自動(dòng)化生產(chǎn)已是必然趨勢(shì)。焊接作為一項(xiàng)與新興學(xué)科發(fā)展緊密相關(guān)的綜合性先進(jìn)工藝技術(shù)，其自動(dòng)化技術(shù)涉及材料、機(jī)械、電子、信息、控制等多學(xué)科交叉領(lǐng)域。其自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程包括從備料、切割、裝配、焊接、檢驗(yàn)等工序組成的一個(gè)焊接產(chǎn)品全過(guò)程的自動(dòng)化。只有實(shí)現(xiàn)了這一全過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化才能得到穩(wěn)定的焊接產(chǎn)品質(zhì)量和均衡的生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)獲得較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。焊接自動(dòng)化是未來(lái)焊接技術(shù)發(fā)展的方向，而計(jì)算機(jī)在這一過(guò)程中發(fā)揮著不可缺少的作用，利用計(jì)算機(jī)而發(fā)展起

11、來(lái)的專家系統(tǒng)也得到了廣泛重視。焊接過(guò)程控制系統(tǒng)的智能化、焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化以及焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的集成化作為焊接自動(dòng)化的三個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，標(biāo)志著焊接先進(jìn)制造技術(shù)水平和發(fā)展方向。1.2、機(jī)器人焊接發(fā)展概況1.2.1、焊接機(jī)器人發(fā)展歷程自從世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人UNIMATE于1959年在美國(guó)誕生以來(lái)，機(jī)器人的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一代是示教再現(xiàn)型機(jī)器人。這類機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，不具備外界信息的反饋能力，難以適應(yīng)工作環(huán)境的變化，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到很大限制。 第二代是具有感知能力的機(jī)器人。這類機(jī)器人對(duì)外界環(huán)境有一定的感知能力，具備如聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等功能，工作時(shí)借助傳感器獲得的信息，靈活

12、調(diào)整工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。 第三代是智能型機(jī)器人。這類機(jī)器人不但具有感覺(jué)能力，而且具有獨(dú)立判斷、行動(dòng)、記憶、推理和決策的能力，能適應(yīng)外部對(duì)象、環(huán)境協(xié)調(diào)地工作，能完成更加復(fù)雜的動(dòng)作，智能機(jī)器人還具備故障自我診斷及修復(fù)能力。焊接機(jī)器人就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。早期的焊接機(jī)器人缺乏“柔性”，焊接路徑和焊接參數(shù)須根據(jù)實(shí)際作業(yè)條件預(yù)先設(shè)置，工作時(shí)存在明顯的缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人也由單一的單機(jī)示教再現(xiàn)型向以智能化為核心的多傳感、智能化的柔性加工單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展。1.2.2、焊接機(jī)器人國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀中國(guó)作為亞

13、洲第三大的工業(yè)機(jī)器人需求國(guó)，市場(chǎng)發(fā)展穩(wěn)定，汽車及其零部件制造仍然是工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域，隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)不斷深入和國(guó)際制造業(yè)中心向中國(guó)的轉(zhuǎn)移，我國(guó)的機(jī)器人市場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步加大，市場(chǎng)擴(kuò)展的速度也會(huì)進(jìn)一步提高。焊接機(jī)器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有一半用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。估計(jì)全世界在役工業(yè)機(jī)器人約為100萬(wàn)套，其中日本裝備的工業(yè)機(jī)器人總量達(dá)到了50萬(wàn)臺(tái)以上，成為“機(jī)器人王國(guó)”，其次是美國(guó)和德國(guó)；在亞洲，日本、韓國(guó)和新加坡的制造業(yè)中每萬(wàn)名雇員占有的工

14、業(yè)機(jī)器人數(shù)量居世界前三位。近幾年，全球機(jī)器人的數(shù)量還在迅速增加。我國(guó)自上個(gè)世紀(jì)70年代末開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，最近幾年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)勢(shì)頭，平均每年的增長(zhǎng)率都超過(guò)40%,焊接機(jī)器人的增長(zhǎng)率超過(guò)了60%；這其中的絕大多數(shù)都應(yīng)用于焊接領(lǐng)域；雖然增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，但僅占亞洲新增數(shù)量的6%，遠(yuǎn)小于韓國(guó)所占的 15%，更遠(yuǎn)小于日本所占的69%。這樣的增長(zhǎng)速度相對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度以及經(jīng)濟(jì)總量來(lái)說(shuō)顯然是不匹配的，這說(shuō)明我國(guó)制造業(yè)的自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高，另一方面也反映了我

15、國(guó)勞動(dòng)力成本的低廉，制造業(yè)自動(dòng)化水平以及工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用程度的提高受到限制。 當(dāng)前焊接機(jī)器人的應(yīng)用迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇?；『笝C(jī)器人在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，而其本體又是其重要的組成部分，對(duì)機(jī)器人的性能有著極其重要的影響。 弧焊機(jī)器人是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，在汽車制造業(yè)高質(zhì)高效的焊接生產(chǎn)中發(fā)揮了極其重要的作用。弧焊機(jī)器人本體是影響弧焊機(jī)器人性能的關(guān)鍵部分之一，隨著弧焊機(jī)器人在汽車制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，掌握弧焊機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，可為以后的應(yīng)用研發(fā)和二次開(kāi)發(fā)做好鋪墊。焊接機(jī)器人目前已廣泛應(yīng)用在汽車制造業(yè)，汽車底盤(pán)、座椅骨架、導(dǎo)軌、消聲器以及液力

16、變矩器等焊接，尤其在汽車底盤(pán)焊接生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。豐田公司已決定將點(diǎn)焊作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)裝備其日本國(guó)內(nèi)和海外的所有點(diǎn)焊機(jī)器人。用這種技術(shù)可以提高焊接質(zhì)量，因而甚至試圖用它來(lái)代替某些弧焊作業(yè)。在短距離內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間也大為縮短。該公司最近推出一種高度低的點(diǎn)焊機(jī)器人，用它來(lái)焊接車體下部零件。這種矮小的點(diǎn)焊機(jī)器人還可以與較高的機(jī)器人組裝在一起，共同對(duì)車體上部進(jìn)行加工，從而縮短了整個(gè)焊接生產(chǎn)線長(zhǎng)度。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的桑塔納、帕薩特、別克、賽歐、波羅等后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等轎車底盤(pán)零件大都是以MIG焊接工藝為主的受力安全零件，主要構(gòu)件采用沖壓焊接，板厚平均為1.54mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，

17、焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高，其質(zhì)量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應(yīng)用機(jī)器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)環(huán)境。1.2.3、焊接機(jī)器人分類及組成焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人，是一種高度自動(dòng)化的焊接設(shè)備，焊接機(jī)器人可分為弧焊機(jī)器人和電焊機(jī)器人?；『笝C(jī)器人在諸多行業(yè)中得到普及，是包括各種電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系統(tǒng)。汽車工業(yè)是點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，汽車裝配中大約60%焊點(diǎn)由點(diǎn)焊機(jī)器人完成。焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊

18、接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。2、機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案確定2.1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求六軸工業(yè)弧焊機(jī)器人共有六個(gè)自由度，分別由六個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制其對(duì)應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)上有機(jī)器人底座、手臂回轉(zhuǎn)臺(tái)、手臂、手腕等結(jié)構(gòu)，采用全關(guān)節(jié)型坐標(biāo)系形式，類似于人的腰部、手臂和手腕，其位置和姿態(tài)全部由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；各個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)控制采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)參數(shù)：結(jié)構(gòu)形式：垂直關(guān)節(jié)自由度：6負(fù)載;6kg腕部擺動(dòng)角度：120°腕部轉(zhuǎn)動(dòng)角度：360°小臂回轉(zhuǎn)角度：360°大臂擺動(dòng)角度：160°

19、腰部轉(zhuǎn)動(dòng)角度：360°2.2、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人是焊接機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器（編碼盤(pán)）等組成。它的任務(wù)是精確地保證末端操作小臂、手腕執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾大部分組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖2-1所示：圖2-1、弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1、底座和手臂機(jī)器人的手臂由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接件構(gòu)成，用以支撐和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器的位置。手臂部件具有3個(gè)自由度，包括驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐連接件等。機(jī)器人手臂安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，機(jī)器人機(jī)座部分根據(jù)整個(gè)機(jī)器人本體所受全部重量和工作載荷，采用了回轉(zhuǎn)機(jī)座的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人主體的整體回轉(zhuǎn)。手臂用于連接手腕和底座并且支撐和控制其運(yùn)動(dòng)

20、。工作原理：底座和大臂電機(jī)都經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，帶動(dòng)小臂運(yùn)動(dòng)，小臂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人底座內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使手臂轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂下端電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂進(jìn)行前后擺動(dòng)，上端電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂擺動(dòng)，小臂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)手腕部分旋轉(zhuǎn)。2、手腕    機(jī)器人的手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，其主要功能是當(dāng)手臂和機(jī)座實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器在作業(yè)空間的三個(gè)位置坐標(biāo)后，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)另外三個(gè)自由度。通過(guò)機(jī)械接口，聯(lián)接并支撐末端執(zhí)行器。工作原理：手腕2由前臂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，手腕2電機(jī)經(jīng)過(guò)錐齒輪驅(qū)動(dòng)手腕1及前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)擺動(dòng)，手腕1直接通過(guò)聯(lián)

21、軸器聯(lián)接執(zhí)行末端驅(qū)動(dòng)其實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3、機(jī)械設(shè)計(jì)部分 設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)械設(shè)備，除了要考慮設(shè)備各部件的結(jié)構(gòu)能夠合理安裝和方便維修外，還要對(duì)各部件的受力情況正確分析，從而選出符合性能要求的材料和構(gòu)件。如構(gòu)件的強(qiáng)度、硬度、尺寸以及構(gòu)件各位置所要承受的最大外力，避免機(jī)械設(shè)備在有效工作期內(nèi)出現(xiàn)故障。機(jī)器人本體的分析，了解到其在本體設(shè)計(jì)及選型應(yīng)用時(shí)遵循以下幾個(gè)原則： （1）最小運(yùn)動(dòng)慣量原則：由于機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)部件較多，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。采用最小運(yùn)動(dòng)慣量原則，盡量減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，可增加本體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，提高本體動(dòng)力學(xué)特性。 （2）尺寸優(yōu)化原則：當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時(shí)，通過(guò)尺寸優(yōu)化以

22、選定最小的臂桿尺寸，這將有利于本體剛度的提高，使運(yùn)動(dòng)慣量進(jìn)一步降低。 （3）高強(qiáng)度材料選用原則：由于機(jī)器人本體從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量，減少運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷與沖擊，減小驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，提高運(yùn)動(dòng)部件的響應(yīng)速度是十分必要的。 （4）剛度設(shè)計(jì)的原則：要使剛度最大，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇桿件截面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。 （5）可靠性原則：機(jī)器人本體因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問(wèn)題顯得尤為重要。一般來(lái)說(shuō)，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性。

23、（6）工藝性原則：機(jī)器人本體是一種高精度、高集成度的自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時(shí)要體現(xiàn)的重要原則之一。該六軸工業(yè)弧焊機(jī)器人采用全關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的是各自由度處所需的轉(zhuǎn)矩的大小，從而選出能夠滿足要求的驅(qū)動(dòng)元件。同時(shí)對(duì)部分零件加以計(jì)算，如鍵的校核、軸承的選擇、錐齒輪、蝸輪蝸桿的計(jì)算等等。3.1、手腕1設(shè)計(jì)計(jì)算手腕1傳動(dòng)方案：轉(zhuǎn)動(dòng)幅度 360°，手腕1經(jīng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，依靠聯(lián)軸器聯(lián)接輸出軸，輸出軸端接執(zhí)行器件焊槍，由電機(jī)旋轉(zhuǎn)直接帶動(dòng)焊槍旋轉(zhuǎn)。3.1.1、手腕1電機(jī)選擇已知焊槍質(zhì)量不大于6Kg，假設(shè)手腕一側(cè)的最大質(zhì)量為6Kg，重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離大約為25，則機(jī)械

24、手轉(zhuǎn)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩為：T1=mgl=6×10×25=1500Nmm=1.5Nm電機(jī)轉(zhuǎn)矩略比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大約 0.30.5 倍，故TC1.31.5T1=1.952.25Nm 選75系列混合式步進(jìn)電機(jī) 75BYG250B 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，機(jī)身長(zhǎng)L=100mm，驅(qū)動(dòng)電源輸入（VDC）24-110 ，保持轉(zhuǎn)矩 TC=2.4N.m，輸出軸徑D電機(jī)=11mm，輸出端長(zhǎng) E=30mm，步距角 =1.8°。電機(jī)基本參數(shù)如下：型號(hào)相數(shù)電壓V電流A電阻電感mH保持轉(zhuǎn)矩N.m轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.cm3長(zhǎng)度mm重量kg75BYG250B224-11040.7542.41.081002.23.1.2、聯(lián)

25、軸器設(shè)計(jì)手腕1負(fù)載不大，故為了節(jié)省空間和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以設(shè)計(jì)為套筒聯(lián)軸器。初步估定所連軸外伸段軸徑:d=0.81.0D電機(jī)=0.81.0×11=(8.811)mm選套筒軸器： 套筒外徑： D0=1.51.7D電機(jī)=(16.518.7)mm，取D0=18mm；套筒長(zhǎng)度： L=2.53.5D電機(jī)=(27.538.5)mm，取L=38mm；緊定螺釘直徑 d1=0.150.25D電機(jī)=(1.652.75) mm，取d1=2.5mm 。緊定螺釘至套筒端面距離 l=0.60.8D電機(jī)=（6.68.8）mm，取 l=8 mm。3.2、手腕2設(shè)計(jì)手腕2驅(qū)動(dòng)手腕1擺動(dòng)，第二關(guān)節(jié)手腕最大擺動(dòng)幅度120&#

26、176;，手腕1、焊槍同時(shí)作為負(fù)載作用于手腕2，此處負(fù)載重量不大，轉(zhuǎn)速不高?？刹捎貌竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)錐齒輪改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，帶動(dòng)手腕1及執(zhí)行端擺動(dòng)。3.2.1、手腕2驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇假設(shè)機(jī)械手1其他零部件總質(zhì)量為 4kg ,在該機(jī)構(gòu)中，焊槍到擺動(dòng)點(diǎn)的距離L大約為200mm。由此，可以簡(jiǎn)單估算出機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩T2： T2=(m焊槍+m手1）gL =6+4×10×200=20000Nmm =20Nm傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)一對(duì)錐齒輪、一對(duì)圓錐滾子軸承、一個(gè)聯(lián)軸器傳遞驅(qū)動(dòng)手腕擺動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為 T電機(jī)2 ，初取齒輪傳動(dòng)比i齒輪=2.0T電機(jī)2=T2/i齒輪22=軸承聯(lián)軸器齒輪此處軸承=0.98，聯(lián)軸

27、器=0.99，齒輪 =0.940.97，取齒輪 =0.95 。T電機(jī)2=T2軸承聯(lián)軸器齒輪i齒輪=10.85Nm手腕2處驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇，為保證驅(qū)動(dòng)力矩足夠，選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于0.30.5倍計(jì)算所需的轉(zhuǎn)矩T電機(jī)2，即TC21.31.5T電機(jī)2=（1.31.5）×10.8514.1016.28Nm根據(jù)TC2選取110BYGH兩相混合式步進(jìn)電機(jī)系列110BYGH150-001型號(hào)機(jī)長(zhǎng)mm步距角°相電壓 V相電流 A靜轉(zhuǎn)矩 Nm相電阻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.cm3質(zhì)量kg110BYGH150-0011501.8°5.446.8210.810.98.43.2.2、錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算

28、2.1、錐齒輪參數(shù)計(jì)算，假設(shè)壽命為15年，兩班制。1）、 由于錐齒輪傳動(dòng)速度不高，故選用7級(jí)精度。2）、 材料選擇：選擇大小齒輪材料均為20r經(jīng)滲碳、淬火，硬度 5662HRC 。3）、按接觸強(qiáng)度估計(jì)d1=11722K聯(lián)軸器T電機(jī)2/（1-0.5R）2RHP2 載荷系數(shù) K=1.5；齒寬系數(shù) R=0.250.3,取0.25；齒數(shù)比 =i齒輪 ， 取 i齒輪=2 ；de1 小齒輪大端分度圓直徑（mm）；HP 許用接觸應(yīng)力（MP），擺動(dòng)速度假設(shè)為72r/min，N1=60n電機(jī)2jLh=60 i齒輪n電機(jī)2jLh=60×2×72×1×15×300&

29、#215;16=6.22×108 N2=N1i齒輪=3.11×108查圖 10-19 接觸疲勞強(qiáng)度表取 KHN1KHN2=1.0。查圖10-21（d）取Hlim1Hlim2=1100MPa ，假設(shè)失效概率1%，安全系數(shù) S=1.0 ，則：HP1=HP2=KHN1Hlim1S=1.0×12001.0=1100MPa ，HP=HP1+HP22=1200MPa代入式中：d111723K聯(lián)軸器T電機(jī)2/（1-0.5R）2RHP2117231.5×0.99×10.85/1-0.5×0.252×0.25×2×1100

30、238.258mm2.2、主要尺寸：齒數(shù) Z1=19 ，Z2=38 ；分錐角 1=arctanZ1Z2=arctan12=26.5650°=26°33'54''2=90°-1=90°-26°33'54''=63.435°=63°26'06''大端模數(shù) metd1Z1=38.25819=2.01 mm ,取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)me=2.5mm 。大端分度圓直徑 d=mezd1=2.5×19=47.5mmd2=2.5×38=95.0mm變位系數(shù)x t

31、1= t2=0， 1= 2=0齒寬中點(diǎn)分度圓直徑 dm=de(1-0.5R) dm1=de11-0.5R=47.5×1-0.5×0.25=41.5625mm41.563mm dm2=de21-0.5R=95.0×1-0.5×0.25=83.125mm平均模數(shù) mm=me1-0.5R=2.5×1-0.5×0.25=2.1875 mm2.188mm外錐距 Re=de12sin1=47.52sin26°33'54''=53.107mm齒寬 b=RRe=0.25×53.107=13.277mm，取

32、b=14.0mm大端齒頂高 hae=1+1me=2.5 mm大端齒根高 hfe1=1+c*-1me=1+0.2-0×2.5=3.0 mm hfe2=1+c*-2me=1+0.2-0×2.5=3.0 mm齒根角 f1=arctanhfe1Re=arctan3.053.107=3.2332°=3°13'59'' f2=f1=3°13'59''齒頂角 a1=f2 ，a2=f1頂錐角 a1=1+a1=26°33'54''+3°13'59''

33、;=29°47'53'' a2=2+a2=63°26'06''+3°13'59''=66°40'05''根錐角 f1=1-f1=26°33'54''+3°13'59''=23°19'55'' f2=2-f2=63°26'06''-3°13'59''=60°12'07'

34、'大端齒頂圓直徑da1=d1+2ha1cos1=47.5+2×2.5cos26°33'54''=51.972mmda2=d2+2ha2cos2=90.0+2×2.5cos63°26'06''=92.236mm大端分度圓齒厚s1=me2+21tan+t1=2.5×2=3.925 mms2=me-s1=3.14=3.925 mm當(dāng)量齒數(shù) zv=zicosizv1=z1cos1=19cos26°33'54''=21.24zv2=z2cos2=38cos63

35、76;26'06''=84.97端面重合度 v=12zv1tanva1-tan+zv2tanva2-tanva1=arccoszv1coszv1+2ha*+21=arccos21.24cos20°21.24+2×1=30.8152°=30°48'55''va2=arccoszv2coszv2+2ha*+22=arccos84.97cos20°84.97+2×1=23.3526°=23°21'09''v=12zv1tanva1-tan+zv2ta

36、nva2-tan= 1221.24tan30.8152°-tan20°+84.97tan23.3526°-tan2°0=1.704齒寬中點(diǎn)分度圓圓周速度：mt=i齒輪n2dm160×1000=3.14×2×72×41.56360000=0.313ms2.3、接觸強(qiáng)度校核H=FtKAKVKHKH2+10.85 b dm1 ZEZHZeZkHP分度圓切向力Ft=2000聯(lián)軸器T電機(jī)2dm1=2000×0.99×1241.563=572 N使用系數(shù) KA 由表10-2查取 ：KA=1.25由齒寬中點(diǎn)分

37、度圓圓周速度 mt=0.313ms查圖10-8 取Kv=1.0查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三，表23.4-24 有一輪懸臂支撐，支撐情況系數(shù) KHbe=1.25載荷分布系數(shù) KH=1.5KHbe=1.5×1.25=1.875查表 10-3 取齒間載荷分布系數(shù) KH=KF=1.4查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三，圖 23.4-21未變位錐齒輪節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)圖，取 ZH=2.5查表10-6 彈性影響系數(shù)表 ZE=189.8MPa12重合度、螺旋角系數(shù)Z=4-va3=4-1.7043=0.875取錐齒輪系數(shù) KZ=1故H=572×1.25×1.0×1.875×1.422+10.85

38、×14×41.563×2×189.8×2.5×0.875×1=855MPa許用接觸應(yīng)力 ：HP=HlimSHlimZNZLRZXZW試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限 Hlim=1100MPa壽命系數(shù)取 ZN=1.0油膜影響系數(shù) ZLR=0.90接觸強(qiáng)度計(jì)算尺寸系數(shù) ZX=1.0工作硬化系數(shù) ZW=1.0最小安全系數(shù) SHlim=1.0則 HP=11001.0×1.0×0.90×1.0×1.0=990 MPa H=855MPa<HP=990MPa故符合接觸強(qiáng)度要求。2.4、齒根彎曲強(qiáng)度校核F1

39、=FtKAKKFKF0.85bmm YFS1Y zv1=21.24 、 zv2=84.97由 zv1=21.24 、 zv2=84.97查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三圖 23.4-19取 YFS1=4.75 ,YFS2=4.42查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三圖 23.2-28由 v=1.704 取彎曲強(qiáng)度計(jì)算重合度與螺旋角系數(shù) Y=0.69KF=KH =1.875 , KF=KH=1.4 、KA=1.25、Kv=1.0故 F1=FtKAKKFKF0.85bmm YFS1Y=572×1.25×1.0×1.875×1.40.85×14×2.188×4.75

40、×0.69=236MPaF2=F1YFS2YFS1=236×4.424.75=220MPa許用彎曲應(yīng)力FP=FESFminYNYrelTYRrelTYX查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三圖23.2-29，取 FE1 FE2=350MPa壽命系數(shù)取 YN=1.0相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三表23.2-30 取 YrelT=1.0相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)，取 YRrelT=1.0尺寸系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)三圖 23.2-31 ，取 YX=1.0最小安全系數(shù) SFmin=1.4則有 FP=FESFminYNYrelTYRrelTYX=3501.4×1.0=250MPa FP=250MP

41、aF1=236MPaF2=220MPa故齒根彎曲強(qiáng)度合格3.3、小臂旋轉(zhuǎn)自由度設(shè)計(jì) 小臂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)手腕部分旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)動(dòng)幅度360°。3.3.1、小臂電機(jī)選擇小臂驅(qū)動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)，在該機(jī)構(gòu)中，對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的部分為手腕1部分及焊槍，有效轉(zhuǎn)動(dòng)重量為10kg假設(shè)擺動(dòng)重心到轉(zhuǎn)軸最大距離L3大約為170mm。由此，可以簡(jiǎn)單估算出機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩T3： T3=(m焊槍+m手腕1）gL3 =6+4×10×170=17000Nmm =17Nm傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)一對(duì)圓錐滾子軸承、一個(gè)套筒聯(lián)軸器傳遞驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為 T電機(jī)3 T電機(jī)3=T3/33=軸承聯(lián)軸器此處軸承=0.9

42、8，聯(lián)軸器=0.99，T電機(jī)3=T3軸承聯(lián)軸器=170.98×0.99=17.5Nm小臂內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇時(shí)，為保證驅(qū)動(dòng)力矩足夠，選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于0.30.5倍計(jì)算所需的轉(zhuǎn)矩T電機(jī)3，即TC31.31.5T電機(jī)322.7526Nm根據(jù)TC3選取雷賽110系列兩相步進(jìn)電機(jī)系列110HSB28。輸出軸徑19mm，長(zhǎng)度40mm。型號(hào)機(jī)長(zhǎng)mm步距角°額定電流 A相電感A保持轉(zhuǎn)矩 Nm相電阻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.cm3質(zhì)量kg110HSB282011.86.522281.216.211.73.4、小臂擺動(dòng)自由度設(shè)計(jì)小臂由大臂上端電機(jī)經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)其擺動(dòng)，小臂擺動(dòng)最大轉(zhuǎn)動(dòng)幅度100

43、76;，假設(shè)最大轉(zhuǎn)速3=432°/s （n3=72r/min）。3.4.1、小臂擺動(dòng)電機(jī)選擇手腕、小臂圍繞大臂擺動(dòng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)，假設(shè)擺動(dòng)有效重量為23kg，擺動(dòng)重心離轉(zhuǎn)軸距離L4大約為400mm。由此，可以簡(jiǎn)單估算出機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩T4： T4=30gL4 =23×10×400=92000Nmm =92Nm傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)兩對(duì)圓錐滾子軸承、一個(gè)聯(lián)軸器傳遞驅(qū)動(dòng)手腕3轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為 T電機(jī)4 T電機(jī)4=T4/4i蝸輪4=軸承2聯(lián)軸器蝸輪此處軸承=0.98，聯(lián)軸器=0.99，蝸輪=0.82，i蝸輪取20.5T電機(jī)4=T4軸承2聯(lián)軸器蝸輪i蝸輪=920.982×

44、0.99×0.82×20.5=5.76Nm大臂內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇，為保證驅(qū)動(dòng)力矩足夠，選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于0.30.5倍計(jì)算所需的轉(zhuǎn)矩T電機(jī)4，即TC4=1.31.5T電機(jī)4=1.5×5.76=7.488.64Nm根據(jù)TC4選取85BYG450混合式步進(jìn)電機(jī)系列85BYG450c-012。輸出軸徑13mm，長(zhǎng)度37mm。型號(hào)機(jī)長(zhǎng)mm步距角°相電壓 V相電流A靜轉(zhuǎn)矩 Nm相電阻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.cm3質(zhì)量kg85BYG450C-0121511.85.73.09.31.93.653.4.2、蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)2.1、蝸輪負(fù)載轉(zhuǎn)矩T4=92Nm，根據(jù)GB/T10085-

45、1988推薦，采取漸開(kāi)線蝸桿（ZI）。2.2、考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度不高，故蝸桿選用45鋼；希望傳動(dòng)效率高，耐磨性好，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度45-55HRC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。2.3、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按照閉式蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，傳動(dòng)中心距a3KT(ZEZH)2(1)、確定傳動(dòng)參數(shù)，按照Z(yǔ)1=2，蝸輪=0.82，則T=T4軸承蝸輪=920.98×0.82=114.48Nm假設(shè)工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1.0，由表11-5選取使用系數(shù)KA=1.15，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.0K=KAKVK=1.15×1

46、.0×1.0=1.15由選用的材料鑄錫青銅和鋼配合，故ZE=160MPa12 假設(shè)蝸桿分度圓直徑和中心距之比 d1a=0.4，查圖11-18取Z=2.74。根據(jù)鑄錫青銅ZCuSn10P10，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從表11-7中查得渦輪基本許用應(yīng)力H'=268MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：前臂最大擺動(dòng)幅度360°，最大轉(zhuǎn)速4=225°/s （n4=37.5r/min）N=60n4jLh=60n4jLh=60×37.5×1×15×300×16=16.2×107,壽命系數(shù)KHN=810716.2

47、×107=0.706H=KHNH'=0.706×268189MPa2.4、計(jì)算中心距a3KTZEZH2=31.15×114.48×103160×2.741892=89.142mm選取中心距a=100mm，因i蝸輪=20.5，故從表11-2中取模數(shù)m=4mm，z1=2，直徑系數(shù)q=10mm，分度圓直徑d1=40mm，分度圓導(dǎo)程角=11.3099°=11°18'35''，蝸輪齒數(shù)z2=41，變位系數(shù)x2=-0.500 。此時(shí)d1a=40100=0.40，查圖11-18得接觸系數(shù)z'=2.7

48、4，因?yàn)閦'=z因此計(jì)算結(jié)果可用。2.5、主要參數(shù)及尺寸蝸輪分度圓直徑d2=mz2=4×41=164mm蝸輪喉圓直徑da2=d2+2ha2=164+2×(1-0.5)×4=168mm蝸輪外圓直徑de2=da2+1.5m=168+6=174mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf=d2-2mha*-x2+c*=164-2×41+0.5+0.2=150.4mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-da22=100-1682=16mm蝸桿分度圓直徑d1=mq=4×10=40mm蝸桿齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=40+8=48蝸桿齒根圓直徑df1=d1

49、-2hf1=40-2×1.2×4=30.4mm蝸輪齒寬 B0.75da1=0.75×48=36mm ，取 B=36mm蝸桿齒寬b8+0.06z2m=41.84mm，取b=50mm蝸桿節(jié)圓直徑d1'=d1+2x2m=40+6=36mm蝸輪節(jié)圓直徑d2'=d2=164mm2.6、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核F=1.53KTd1d2mYFaYF當(dāng)量齒數(shù)zv2=z2cos3=41cos311°18'35''=41.8據(jù)zv2=41.8，x2=-0.500 查圖11-19取YFa=2.95螺旋角系數(shù)Y=1-140°=1-1

50、1°18'35''140°=0.919許用彎曲應(yīng)力F=F'KFN查表11-8由ZCuSn10P1制造蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力為F'=56MPa壽命系數(shù)KFN=910616.2×107=0.568故 F=F'KFN=56×0.568=31.8MPaF=1.53KTd1d2mYFaY=1.53×1.15×11448040×164×4×2.95×0.919=20.81MPaF<F滿足要求。2.7、驗(yàn)算效率=0.950.96tantan（+v）已知=11

51、°18'35''，v=arctanfv，fv與相對(duì)滑動(dòng)速度vs有關(guān)vs=d1n1i蝸輪60×1000cos=3.14×40×60×20.560000cos11°18'35''=2.626ms由vs=2.626ms查表11-18取fv=0.029，v=1.6611°則=0.950.96tantan+v=0.950.96tan11°18'35''tan(11°18'35''+1°39'40'

52、;')=0.8250.834大于估計(jì)值0.82，故合格3.5、大臂擺動(dòng)設(shè)計(jì)大臂由其內(nèi)部下端電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)其擺動(dòng)，大臂最大轉(zhuǎn)動(dòng)幅度160°，假設(shè)最大轉(zhuǎn)速5=225°/s （n5=37.5r/min）3.5.1、電機(jī)選擇假設(shè)擺動(dòng)有效重量為30kg，擺動(dòng)重心離轉(zhuǎn)軸距離L5大約為500mm。由此，可以簡(jiǎn)單估算出機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩T5： T5=30gL4 =30×10×500=150000Nmm =150Nm傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)兩對(duì)圓錐滾子軸承、一個(gè)聯(lián)軸器傳遞驅(qū)動(dòng)手腕3轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩為 T電機(jī)5 T電機(jī)5=T5/5i蝸輪5=軸承2聯(lián)軸器蝸輪此處軸承=0.98

53、，聯(lián)軸器=0.99，蝸輪=0.80，i蝸輪取20.5T電機(jī)5=T5軸承2聯(lián)軸器蝸輪i蝸輪=1500.982×0.99×0.80×20.5=9.6Nm大臂內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇，為保證驅(qū)動(dòng)力矩足夠，選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于0.30.5倍計(jì)算所需的轉(zhuǎn)矩T電機(jī)5，即TC51.31.5T電機(jī)5=（1.31.5）×9.38512.514.4Nm根據(jù)TC5選取110BYGH三相混合式步進(jìn)電機(jī)系列110BYG3502，輸出軸徑19mm,長(zhǎng)35mm型號(hào)機(jī)長(zhǎng)mm步距角°電壓 V電流 A靜轉(zhuǎn)矩 Nm相電阻轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg.cm3質(zhì)量kg110BYG35021820.6

54、6;1103160.81510.53.5.2、蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)1、蝸輪負(fù)載轉(zhuǎn)矩T5=150Nm，根據(jù)GB/T10085-1988推薦，采取漸開(kāi)線蝸桿（ZI）。2、考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度不高，故蝸桿選用45鋼；希望傳動(dòng)效率高，耐磨性好，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度45-55HRC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。3、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按照閉式蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，傳動(dòng)中心距a3KT(ZEZH)2(1)、確定傳動(dòng)參數(shù)，按照Z(yǔ)1=2，蝸輪=0.80，則T=T4軸承蝸輪=1500.98×0.80=191.327Nm假設(shè)工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1.0，由表11-5選取

55、使用系數(shù)KA=1.15，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.0K=KAKVK=1.15×1.0×1.0=1.15由選用的材料鑄錫青銅和鋼配合，故ZE=160MPa12 假設(shè)蝸桿分度圓直徑和中心距之比 d1a=0.4，查圖11-18取Z=2.74。根據(jù)鑄錫青銅ZCuSn10P10，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從表11-7中查得渦輪基本許用應(yīng)力H'=268MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60n5jLh=60n5jLh=60×37.5×1×15×300×16=16.2×107,壽命系數(shù)KHN=810

56、716.2×107=0.706H=KHNH'=0.67×268189MPa4、計(jì)算中心距a3KTZEZH2=31.15×191.327×103160×2.741892=105.787mm選取中心距a=125mm，因i蝸輪=20.5，故從表11-2中取模數(shù)m=5mm，z1=2，直徑系數(shù)q=10mm，分度圓直徑d1=40mm，分度圓導(dǎo)程角=11.31°=11°18'36''，蝸輪齒數(shù)z2=41，變位系數(shù)x2=-0.500 。此時(shí)d1a=40100=0.40，查圖11-18得接觸系數(shù)z'=2

57、.74，因?yàn)閦'=z因此計(jì)算結(jié)果可用。5、主要參數(shù)及尺寸蝸輪分度圓直徑d2=mz2=5×41=205mm蝸輪喉圓直徑da2=d2+2ha2=205+2×(1-0.5)×5=210mm蝸輪外圓直徑de2da2+1.5m=210+7.5=217.5mm 取 de2=217mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf=d2-2mha*-x2+c*=205-2×51+0.5+0.2=188mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-da22=125-2102=20mm蝸桿分度圓直徑d1=mq=5×10=50mm蝸桿齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=50+10=6

58、0mm蝸桿齒根圓直徑df1=d1-2hf1=50-2×1.2×5=38mm蝸輪齒寬 B0.75da1=0.75×60=45mm ，取 B=36mm蝸桿齒寬b8+0.06z2m=52.3mm，取b=60mm蝸桿節(jié)圓直徑d1'=d1+2x2m=50-5=45mm蝸輪節(jié)圓直徑d2'=d2=205mm5、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核F=1.53KTd1d2mYFaYF當(dāng)量齒數(shù)zv2=z2cos3=41cos311°18'36''=41.8據(jù)zv2=41.8，x2=-0.500 查圖11-19取YFa=2.95螺旋角系數(shù)Y=1-14

59、0°=1-11°18'36''140°=0.919許用彎曲應(yīng)力F=F'KFN查表11-8由ZCuSn10P1制造蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力為F'=56MPa壽命系數(shù)KFN=910616.2×107=0.568故 F=F'KFN=56×0.568=31.8MPaF=1.53KTd1d2mYFaY=1.53×1.15×19132750×205×5×2.95×0.919=17.81MPaF<F滿足要求。6、驗(yàn)算效率=0.950.96tantan

60、（+v）已知=11°18'36''，v=arctanfv，fv與相對(duì)滑動(dòng)速度vs有關(guān)vs=d1n1i蝸輪60×1000cos=3.14×50×37.5×20.560000cos11°18'36''=2.051ms由vs=2.051ms查表11-18取fv=0.0345，v=1.9759°則=0.950.96tantan+v=0.950.96tan11°18'36''tan(11°18'36''+1°58'33'')=0.800.81大于估計(jì)值0.80，故合格3.6底座旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)機(jī)器人手臂手腕由底座旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)動(dòng)幅度360°，最大轉(zhuǎn)速5=180°/s （n5=30r/min）。3.6.1、電機(jī)選擇假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)重心距離轉(zhuǎn)軸最大距離600mm,轉(zhuǎn)動(dòng)有效重