六足機器人的設(shè)計【三維SW】

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The first of the six legged robot is summarized; then analyzed the selection principle and calculation method of each part of components, parts; then calculated based on these design criteria and abase type design; then check the major components of the selected. Finally, a simple description of theinstallationand maintenance manual.At present, six legged robot is moving to adapt to the development direction of complex terrain, bad weather, acquisition of multiple signals, in recent years a variety of special function of the robot. The design of the six legged robot represents the general process of design, will inevitably exist various flaws, mistakes; when the right to a rare practice process, want to have certain reference and reference value for the selection of the design work in the future.Keyword: :Six legged robot; type selection design ; main parts; maintenance and repair.53畢業(yè)設(shè)計論文 目錄目錄摘要1Abstract1目錄2一、緒論4二、 六足機器人設(shè)計概述62.1.六足機器人的工作原理6三、 六足機器人的設(shè)計計算83.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件83.2 計算步驟83.2.1 外形尺寸的確定:83.3.2 主要阻力計算93.3.3 主要特種阻力計算103.3.4 附加特種阻力計算103.3.5 傾斜阻力計算113.4傳動功率計算113.4.1 走行輪功率（）計算113.5 傳動鏈張力計算123.6 傳動鏈輪最大扭矩計算123.7 走行輪及軸133.7.1 走行輪的作用及類型133.7.2軸的作用及類型163.7.3軸與輪的配合結(jié)構(gòu)213.8電機的選用323.9減速器的選用333.9.1 傳動裝置的傳動比：333.10制動裝置353.10.1制動裝置的作用353.11 轉(zhuǎn)向裝置35四、 電氣及安全保護裝置37結(jié)論38致謝39參考文獻395畢業(yè)設(shè)計論文 緒論一、緒論六足機器人是連續(xù)運行的設(shè)備，在探測、搶險、偵查、負重等領(lǐng)域都有著閃光的表現(xiàn)。在自然界和人類社會中存在一些人類無法到達的地方和可能危及人類生命的特殊場合。如行星表面、災(zāi)難發(fā)生礦井、防災(zāi)救援和反恐斗爭等，對這些危險環(huán)境進行不斷地探索和研究，尋求一條解決問題的可行途徑成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類社會進步的需要。地形不規(guī)則和崎嶇不平是這些環(huán)境的共同特點。從而使輪式機器人和履帶式機器人的應(yīng)用受到限制。以往的研究表明輪式移動方式在相對平坦的地形上行駛時，具有相當?shù)膬?yōu)勢運動速度迅速、平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)和控制也較簡單，但在不平地面上行駛時，能耗將大大增加，而在松軟地面或嚴重崎嶇不平的地形上，車輪的作用也將嚴重喪失移動效率大大降低。為了改善輪子對松軟地面和不平地面的適應(yīng)能力，履帶式移動方式應(yīng)運而生但履帶式機器人在不平地面上的機動性仍然很差行駛時機身晃動嚴重。與輪式、履帶式移動機器人相比在崎嶇不平的路面步行機器人具有獨特優(yōu)越性能在這種背景下多足步行機器人的研究蓬勃發(fā)展起來。而仿生步行機器人的出現(xiàn)更加顯示出步行機器人的優(yōu)勢。多足步行機器人的運動軌跡是一系列離散的足印運動時只需要離散的點接觸地面對環(huán)境的破壞程度也較小可以在可能到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點對崎嶇地形的適應(yīng)性強。正因為如此多足步行機器人對環(huán)境的破壞程度也較小。輪式和履帶式機器人的則是一條條連續(xù)的轍跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物可以穩(wěn)定支撐機器人的連續(xù)路徑十分有限,這意味著輪式和履帶式機器人在這種地形中已經(jīng)不適用。多足步行機器人的腿部具有多個自由度使運動的靈活性大大增強。它可以通過調(diào)節(jié)腿的長度保持身體水平也可以通過調(diào)節(jié)腿的伸展程度調(diào)整重心的位置因此不易翻倒穩(wěn)定性更高。當然多足步行機器人也存在一些不足之處。比如為使腿部協(xié)調(diào)穩(wěn)定運動從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計到控制系統(tǒng)算法都比較復(fù)雜相比自然界的節(jié)肢動物仿生多足步行機器人的機動性還有很大差距。 選擇六足機器人的設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計的選題，能培養(yǎng)我們獨立解決工程實際問題的能力，通過這次畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)基本理論和專業(yè)知識的一次綜合運用，也使我們的設(shè)計、計算和繪圖能力都得到了全面的訓(xùn)練。原始參數(shù)：1）工作環(huán)境：崎嶇地面、存在高低不平的砂石路面。2）負載能力：50kg3) 額定功率：500w4)最大移動速度：8m/min5)外形尺寸：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）設(shè)計解決的問題：熟悉六足機器人各部分的功能與作用，對主要部件進行選型設(shè)計與計算，解決在實際使用中容易出現(xiàn)的問題，并大膽地進行創(chuàng)新設(shè)計。7畢業(yè)設(shè)計論文 六足機器人部件概述72、 六足機器人設(shè)計概述2.1.六足機器人的工作原理六足機器人其主要部件是支撐腿升降裝置、支撐腿擺動裝置、支撐輪轉(zhuǎn)動裝置、主體鋼結(jié)構(gòu)等。其外形布置及工作原理如圖2-1-1所示。 圖2-1-1 帶式輸送機簡圖1-支撐腿升降裝置 2-支撐腿擺動裝置 3-主體鋼結(jié)構(gòu) 4-支撐輪轉(zhuǎn)動裝置兩個伺服電動缸作為支撐腿升降裝置的動力源為支撐腿提供升降、步進的動力輸出。兩個伺服缸的后耳環(huán)分別與伺服電動全角度轉(zhuǎn)臺鉸接，在實現(xiàn)步進運動的同時為機器人提供轉(zhuǎn)向幫助。支撐輪轉(zhuǎn)動裝置是由伺服減速機通過鏈輪及鏈條帶動轉(zhuǎn)輪等組成，此裝置可以實現(xiàn)在平整路面時無需支撐腿做步進動作的情況下實現(xiàn)機器人的平面移動，為整個裝置提高了更好的機動性和合理性。主體鋼結(jié)構(gòu)為普通碳鋼板焊接、加工而成，成本低廉，強度可靠；若應(yīng)對酸、堿、高溫等情況時酌情采用特殊材質(zhì)金屬制作，本設(shè)計不予考慮。主體的鋼結(jié)構(gòu)的強度足以應(yīng)付200kg以下的負載，在運料及承重方面性能卓越。轉(zhuǎn)動輪的材質(zhì)可以選這鋼制滾花或硬質(zhì)橡膠，視情況而定，本次設(shè)計為鋼制滾花。提高傳動裝置的穩(wěn)定性可以從以下方面考慮：(1).嚴格執(zhí)行圖紙尺寸，配合表面確保潤滑條件；(2).安裝之后反復(fù)調(diào)試，確保萬無一失，如果存在問題早發(fā)現(xiàn)早解決；(3).養(yǎng)護工作及時、到位，增加使用壽命及年限1河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 帶式輸送機部件的設(shè)計計算36畢業(yè)設(shè)計論文 六足機器人的設(shè)計計算三、 六足機器人的設(shè)計計算3.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件六足機器人的設(shè)計計算，應(yīng)滿足下列原始數(shù)據(jù)及工作條件資料負載：50kg額定功率：500w最大移動速度：8m/min外形尺寸：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）3.2 計算步驟3.2.1 外形尺寸的確定:由于基礎(chǔ)條件為：1460mm（長）x1460mm（寬）x940（高）；確定主體鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸為1000mm等分十二邊形。3.3 走行輪驅(qū)動力3.3.1 計算公式 走行輪上所需圓周驅(qū)動力為機器人所有阻力之和，可用式（3.3-1）計算： （3.3-1）式中主要阻力，N；附加阻力，N；特種主要阻力，N；特種附加阻力，N；傾斜阻力，N。五種阻力中，、是所有機器人都有的，其他三類阻力，根據(jù)機器人工作類型及工況而定，由設(shè)計者選擇。對于普通工況而言，附加阻力明顯的小于主要阻力，可用簡便的方式進行計算，不會出現(xiàn)嚴重錯誤。，則公式變?yōu)橄旅娴男问剑?（3.3-2）3.3.2 主要阻力計算機器人的主要阻力是運行時與地面的摩擦和承載分支及回程所產(chǎn)生阻力的總和?？捎檬剑?.4-4）計算： （3.4-4）式中模擬摩擦系數(shù)，根據(jù)工作條件及制造安裝水平?jīng)Q定，一般可按表查取。重力加速度；走行輪每米長度旋轉(zhuǎn)部分重量，kg/m，用式（3.4-5）計算 （3.4-5）其中承載分支每組走行輪旋轉(zhuǎn)部分重量，kg；走行輪寬度，m；計算：=20.25 kg/m回程分支托輥間距，m；kg計算：=5.267 kg/m每米長度負載質(zhì)量=kg/m每米長度機身質(zhì)量，kg/m，=9.2kg/m=0.0453009.820.25+5.267+（29.2+60.734）cos35=1379N 運行阻力系數(shù)f值應(yīng)根據(jù)表3-5選取。取=0.045。表3-5 阻力系數(shù)f機器人工況工作條件和設(shè)備質(zhì)量良好，轉(zhuǎn)速低，摩擦較小0.020.023工作條件和設(shè)備質(zhì)量一般，轉(zhuǎn)速較高，摩擦較大0.0250.030工作條件惡劣、設(shè)備質(zhì)量較差，摩擦較高，傾斜角大于350.0350.0453.3.3 主要特種阻力計算主要特種阻力包括走行輪前傾的摩擦阻力和砂石、草木間的摩擦阻力兩部分，按式（3.3-7）計算：+ （3.3-7）按式（3.3-8）計算： =500N （3.3-8）3.3.4 附加特種阻力計算附加特種阻力包括傳動滾子鏈摩擦阻力和減速機內(nèi)部摩擦阻力等部分，按下式計算： （3.3-9） （3.3-10） （3.3-11）式中走行輪總數(shù)；A走行輪接觸面積，走行輪與接觸面的壓力，N/，一般取為3 N/摩擦系數(shù)，一般取為0.50.7；查表得：A=0.008m，取=10N/m，取=0.6，將數(shù)據(jù)帶入式 （3.3-12）則=0.008100.6=480 N由式（3.3-10） 則 =3.5480=1680 N3.3.5 傾斜阻力計算傾斜阻力按下式計算： （3.3-13）式中：因為本機器人為水平運輸，所有H=0=0由式（2.4-2）=1.121379+0+680=4425N3.4傳動功率計算3.4.1 走行輪功率（）計算走行輪功率（）按式（3.4-1）計算： （3.4-1）3.4.2 電動機功率計算電動機功率，按式（3.4-2）計算： （3.4-2）式中傳動效率，一般在0.850.95之間選?。绘渹鲃有?；=0.96；減速器傳動效率，按每級齒輪傳動效率.為0.98計算；二級減速機：=0.980.98=0.96電壓降系數(shù)，一般取0.900.95。多電機功率不平衡系數(shù)，一般取，單驅(qū)動時，。根據(jù)計算出的值，查電動機型譜，按就大不就小原則選定電動機功率。由式（3.5-1）=412W由式（2.5-2）=2=464W選電動機型號為伺服減速機500W，數(shù)量6臺。3.5 傳動鏈張力計算 傳動鏈張力在整個長度上是變化的，影響因素很多，為保證機器人正常運行，傳動鏈張力必須滿足以下兩個條件：（1）在任何負載情況下，作用在傳動鏈上的張力應(yīng)使得全部圓周力是通過摩擦傳遞到走行輪上，而兩個鏈輪付之間保證不打滑、不脫輪；（2）作用在傳動鏈上的張力應(yīng)調(diào)節(jié)合適。3.6 傳動鏈輪最大扭矩計算單驅(qū)動時,鏈輪的最大扭矩按式（3.6.1）計算： （3.6.1）式中D鏈輪的分度圓直徑（mm）。 同時驅(qū)動時,傳動滾筒的最大扭矩按式（3.6.2）計算： （3.6.2）分度圓直徑為71mm,則走行輪的最大扭矩為:=358N=0.51KN/m 3.7 走行輪及軸3.7.1 走行輪的作用及類型要追溯走行輪的歷史也是一件很困難的事，不過在人們發(fā)明了輪子之后，搬運和移動物體變得容易了許多，但輪子只能在直線上運行，對于搬運重大物體時對方向的改變?nèi)匀环浅＠щy，后來人們就發(fā)明了帶有轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的輪子，也就是我們所稱的走行輪或萬向輪。走行輪出現(xiàn)給人們搬運特別是移動物體帶來了劃時代的革命，不僅可以輕松搬運，還可以隨任何方向移動，大大提高了效率。到了近代隨著工業(yè)革命的興起，越來越多的設(shè)備需要移動，走行輪也就在全世界應(yīng)用越來越廣泛，各行各業(yè)幾乎離不開走行輪。 到了現(xiàn)代隨著科技的不斷發(fā)展，設(shè)備也越來越多功能和高利用率，走行輪就成了不可缺少的部件。走行輪的發(fā)展也就更為專業(yè)化而成為了一個特殊的行業(yè)。走行輪大致分為定向走行輪與非定向走行輪。定向走行輪沒有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，不能轉(zhuǎn)動；萬向走行輪的結(jié)構(gòu)允許360度旋轉(zhuǎn)。走行輪細分超重型走行輪、特重型走行輪、異型走行輪以及剎制走行輪、減震走行輪、可調(diào)節(jié)走行輪和輕型走行輪、中型走行輪、重型走行輪等。應(yīng)用行業(yè)工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療器械以及機械、物流運輸、環(huán)保清潔用品、家具行業(yè)、美容器械、食品機械、五金生產(chǎn)等各行業(yè)。走行輪材質(zhì)主要分為超級人造膠走行輪、聚氨酯走行輪、塑料走行輪、尼龍走行輪、鋼鐵走行輪、耐高溫走行輪、等。性能特點超級人造膠聚氨酯尼龍鋼鐵耐高溫輪承載（KG）2750231190510014001812040270450適用溫度（）-4385-4385-4385-43126-43180輪硬度65(5)A55(5)D轉(zhuǎn)動靈活性優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)轉(zhuǎn)動寧靜優(yōu)優(yōu)一般差良地板保護優(yōu)優(yōu)一般差良無輪印無無無無無耐沖擊優(yōu)優(yōu)良良優(yōu)耐磨損優(yōu)優(yōu)良優(yōu)優(yōu)防水性能優(yōu)優(yōu)差差優(yōu)防化學(xué)品性能優(yōu)優(yōu)良良優(yōu)安裝高度：指從地面到設(shè)備安裝位置之間的垂直距離，走行輪的安裝高度是指與走行輪底板與輪子邊遠最大的垂直距離。支架轉(zhuǎn)向中心距：指中心垂直線到輪芯中心的水平距離。轉(zhuǎn)動半徑：指中心垂直線到輪胎外邊緣的水平距離，適當?shù)拈g距令走行輪能作360度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)動半徑的合理與否直接影響到走行輪的使用壽命。行駛負荷：走行輪在移動時承重能力也稱動負荷，走行輪的動負荷因工廠的試驗方式不同而有所差別，也因輪子的材料不同而不同，關(guān)鍵在于支架的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量是否能夠抗沖擊和震蕩。沖擊負荷：當設(shè)備受到承載物沖擊或震動時走行輪的瞬間承重能力。 靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷靜態(tài)負荷：走行輪在靜止狀態(tài)下能承受的重量。靜態(tài)負荷一般情況應(yīng)為行使負荷（動承載）的56倍，靜態(tài)負荷至少應(yīng)是沖擊負荷的2倍。轉(zhuǎn)向：硬質(zhì)、窄小的輪子比軟質(zhì)、寬的輪子較易轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)動半徑是輪子轉(zhuǎn)動的一個重要參數(shù)，轉(zhuǎn)動半徑過短會增加轉(zhuǎn)向難度，過大則會導(dǎo)致輪子晃動及壽命縮短。行駛靈活性：影響走行輪行駛靈活性的因素有支架的結(jié)構(gòu)和支架鋼材的選用、輪子的大小、輪子類型、軸承等，輪子越大行駛靈活性越好，在平穩(wěn)地面上硬質(zhì)、窄小的輪比平邊軟質(zhì)的輪子省力，但在不平的地面上軟質(zhì)的輪子省力，但在不平的地面上軟質(zhì)的輪子能更好地保護設(shè)備并避震！最簡單的發(fā)明往往最重要，走行輪正具備這種特性。同時一個城市的發(fā)達程度高低往往與走行輪使用多少成正相關(guān)，像上海、北京、天津、重慶、無錫、成都、西安、武漢、廣州、佛山、東莞、深圳等城市的走行輪使用率就非常高。走行輪的構(gòu)造由單輪裝在支架上而成，用于安裝在設(shè)備下面令其自由移動。走行輪主要分為兩大類：（1）固定走行輪 固定支架配上單輪，只能沿直線移動。（2）活動走行輪 360度轉(zhuǎn)向的支架配上單輪，能隨意向任何方向行駛。走行輪的單輪種類繁多，在大小、型號、輪胎面等各不相同。選擇合適的輪子取于以下幾個條件：（1） 使用場地環(huán)境。（2） 產(chǎn)品的載重量（3） 工作環(huán)境中含有化學(xué)品、血、油脂、機油、鹽等物質(zhì)。（4） 各種特殊氣候，如濕度、高溫或嚴寒（5）抗沖擊、碰撞和行駛寧靜的要求。車輪選擇1、選擇車輪材質(zhì)：首先考慮使用路面的大小，障礙物、使用場地上殘留物質(zhì)（如鐵屑、油脂），所處環(huán)境狀況（如高溫、常溫或低溫）及車輪所能承載的重量等不同條件來決定選擇適合的車輪材質(zhì)。例如：橡膠輪不能耐酸、油脂和化學(xué)品，超級聚氨脂輪、高強度聚氨脂輪、尼龍輪、鋼鐵輪和耐高溫輪則能適用于不同的特殊環(huán)境。2、計算承載重量：為了能夠計算出各種走行輪需要的載重能力，必須知道運輸設(shè)備自重、最大荷重和所用單輪和走行輪的數(shù)量。一個單輪或走行輪所需的載重能力計算如下：T=(E+Z)/MN：-T=單輪或走行輪所需承載重量；-E=運輸設(shè)備的自重；-Z=最大荷重；-M=所用單輪和走行輪的數(shù)量；-N=安全系數(shù)（約1.31.5）。3、決定輪徑大?。和ǔ＼囕喼睆接笥菀淄苿?，荷重能力也愈大同時也較能保護地面不受損壞，輪徑大小的選擇首先應(yīng)考慮承載的重量和荷重下搬運車的起動推力來決定。4、車輪材質(zhì)軟硬的選擇：通常車輪有尼龍輪、超級聚氨脂輪、高強度聚氨脂輪、高強度人造膠輪、鐵輪、打氣輪。超級聚氨脂輪、高強度聚氨脂輪不論在室內(nèi)室外的地面行駛，都能滿足你的搬運要求；高強度人造膠輪則能適用于酒店、醫(yī)療器械、樓層、木地板、瓷磚地面等要求行走時噪音小寧靜的地面上行駛；尼龍輪、鐵輪適用于地面不平或地面上有鐵屑等物質(zhì)的場地；而打氣輪則適用于輕荷重及路面軟不平坦的場合。5、轉(zhuǎn)動靈活性：單輪越大轉(zhuǎn)動就越省力，滾柱軸承能載較重的負載，轉(zhuǎn)動時阻力較大：單輪安裝上優(yōu)質(zhì)的（軸承鋼）滾珠軸承，能承載較重的負荷，轉(zhuǎn)動更輕便，靈活寧靜。6、溫度狀況：嚴寒和高溫的場合對走行輪的影響很大，聚氨脂輪在零下45下的低溫，轉(zhuǎn)動靈活自如，耐高溫輪在高溫275下轉(zhuǎn)動輕便。特別注意：因為3點確定一個平面，當所用走行輪數(shù)量為多個時，載重量應(yīng)按3個計算。3.7.2軸的作用及類型軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。材料使用：1、碳素鋼35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較高的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，其中以45鋼用得最為廣泛。為了改善其力學(xué)性能，應(yīng)進行正火或調(diào)質(zhì)處理。不重要或受力較小的軸，則可采用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。2、合金鋼合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。例如采用滑動軸承的高速軸，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸在高溫、高速和重載條件下工作，必須具有良好的高溫力學(xué)性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金結(jié)構(gòu)鋼。軸的毛坯以鍛件優(yōu)先、其次是圓鋼；尺寸較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜者可考慮鑄鋼或球墨鑄鐵。例如，用球墨鑄鐵制造曲軸、凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好，對應(yīng)力集中的敏感性較低、強度較好等優(yōu)點。軸的力學(xué)模型是梁、多數(shù)要轉(zhuǎn)動，因此其應(yīng)力通常是對稱循環(huán)。其可能的失效形式有：疲勞斷裂、過載斷裂、彈性變形過大等。軸上通常要安裝一些帶輪轂的零件，因此大多數(shù)軸應(yīng)作成階梯軸，切削加工量大。結(jié)構(gòu)設(shè)計：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進行設(shè)計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設(shè)計方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：1、節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀；2、易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；3、采用各種減少應(yīng)力集中和提高強度的結(jié)構(gòu)措施；4、便于加工制造和保證精度。技術(shù)要求1、加工精度1)尺寸精度 軸類零件的尺寸精度主要指軸的直徑尺寸精度和軸長尺寸精度。按使用要求，主要軸頸直徑尺寸精度通常為IT6-IT9級，精密的軸頸也可達IT5級。軸長尺寸通常規(guī)定為公稱尺寸，對于階梯軸的各臺階長度按使用要求可相應(yīng)給定公差。2)幾何精度 軸類零件一般是用兩個軸頸支撐在軸承上，這兩個軸頸稱為支撐軸頸，也是軸的裝配基準。除了尺寸精度外，一般還對支撐軸頸的幾何精度（圓度、圓柱度）提出要求。對于一般精度的軸頸，幾何形狀誤差應(yīng)限制在直徑公差范圍內(nèi)，要求高時，應(yīng)在零件圖樣上另行規(guī)定其允許的公差值。3)相互位置精度 軸類零件中的配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）相對于支撐軸頸間的同軸度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的軸，配合精度對支撐軸頸的徑向圓跳動一般為0.01-0.03mm，高精度軸為0.001-0.005mm。此外，相互位置精度還有內(nèi)外圓柱面的同軸度，軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。2、表面粗糙度根據(jù)機械的精密程度，運轉(zhuǎn)速度的高低，軸類零件表面粗糙度要求也不相同。一般情況下，支撐軸頸的表面粗糙度 Ra值為0.63-0.16 m ；配合軸頸的表面粗糙度Ra值為2.5-0.63 m加工工藝1、軸類零件的材料軸類零件材料的選取，主要根據(jù)軸的強度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經(jīng)濟合理。常用的軸類零件材料有 35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼，以45鋼應(yīng)用最為廣泛。對于受載荷較小或不太重要的軸也可用Q235、Q255等普通碳素鋼。對于受力較大，軸向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金鋼。如40Cr合金鋼可用于中等精度，轉(zhuǎn)速較高的工作場合，該材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有較好的綜合力學(xué)性能；選用Cr15、65Mn等合金鋼可用于精度較高，工作條件較差的情況，這些材料經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后其耐磨性、耐疲勞強度性能都較好；若是在高速、重載條件下工作的軸類零件，選用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳鋼或38CrMoA1A滲碳鋼，這些鋼經(jīng)滲碳淬火或滲氮處理后，不僅有很高的表面硬度，而且其心部強度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗沖擊韌性和耐疲勞強度的性能。球墨鑄鐵、高強度鑄鐵由于鑄造性能好，且具有減振性能，常在制造外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸中采用。特別是我國研制的稀土鎂球墨鑄鐵，抗沖擊韌性好，同時還具有減摩、吸振，對應(yīng)力集中敏感性小等優(yōu)點，已被應(yīng)用于制造汽車、拖拉機、機床上的重要軸類零件。2、軸類零件的毛坯軸類零件的毛坯常見的有型材（圓棒料）和鍛件。大型的，外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸也可采用鑄件。內(nèi)燃機中的曲軸一般均采用鑄件毛坯。型材毛坯分熱軋或冷拉棒料，均適合于光滑軸或直徑相差不大的階梯軸。鍛件毛坯經(jīng)加熱鍛打后，金屬內(nèi)部纖維組織沿表面分布，因而有較高的抗拉、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)強度，一般用于重要的軸。加工方法1、外圓表面的加工方法及加工精度軸類、套類和盤類零件是具有外圓表面的典型零件。外圓表面常用的機械加工方法有車削、磨削和各種光整加工方法。車削加工是外圓表面最經(jīng)濟有效的加工方法，但就其經(jīng)濟精度來說，一般適于作為外圓表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圓表面主要精加工方法，特別適用于各種高硬度和淬火后的 零件精加工；光整加工是精加工后進行的超精密加工方法（如滾壓、拋光、研磨等），適用于某些精度和表面質(zhì)量要求很高的零件。由于各種加工方法所能達到的經(jīng)濟加工精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本各不相同，因此必須根據(jù)具體情況，選用合理的加工方法，從而加工出滿足零件圖紙上要求的合格零件。序號 加工方法 經(jīng)濟精度 （公差等級） 經(jīng)濟粗糙度 Ra值/ m 適用范圍1 粗車 IT13-IT11 50-12.5 適用于淬火鋼以外的各種金屬2 粗車 -半精車 IT10-IT8 6.3-3.23 粗車 -半精車-精車 IT8-IT7 1.6-0.84 粗車 -半精車-精車-滾壓 IT8-IT7 0.2-0.0255 粗車 -半精車-磨削 IT8-IT7 0.8-0.4 主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不適用于有色金屬6 粗車 -半精車-粗磨-精磨 IT7-IT6 0.4-0.17 粗車 -半精車-粗磨-精磨-超精加工（或輪式超精磨） IT5 0.1-0.012（或 Rz 0.1）8 粗車 -半精車-精車-精細車（金剛車） IT7-IT6 0.4-0.025 主要用于要求較高的有色金屬9 粗車 -半精車-粗磨-精磨-超精磨（或鏡面磨） IT5以上 0.025-0.006（或 Rz 0.1） 極高精度的外圓加工10 粗車 -半精車-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 012 （或 Rz 0.1）2、外圓表面的車削加工(1)外圓車削的形式軸類零件外圓表面的主要加工方法是車削加工。主要的加工形式有：荒車 自由鍛件和大型鑄件的毛坯，加工余量很大，為了減少毛坯外圓形狀誤差和位置偏差，使后續(xù)工序加工余量均勻，以去除外表面的氧化皮為主的外圓加工，一般切除余量為單面1-3mm。粗車 中小型鍛、鑄件毛坯一般直接進行粗車。粗車主要切去毛坯大部分余量（一般車出階梯輪廓），在工藝系統(tǒng)剛度容許的情況下，應(yīng)選用較大的切削用量以提高生產(chǎn)效率。半精車 一般作為中等精度表面的最終加工工序，也可作為磨削和其它加工工序的預(yù)加工。對于精度較高的毛坯，可不經(jīng)粗車，直接半精車。精車 外圓表面加工的最終加工工序和光整加工前的預(yù)加工。精細車 高精度、細粗糙度表面的最終加工工序。適用于有色金屬零件的外圓表面加工，但由于有色金屬不宜磨削，所以可采用精細車代替磨削加工。但是，精細車要求機床精度高，剛性好，傳動平穩(wěn)，能微量進給，無爬行現(xiàn)象。車削中采用金剛石或硬質(zhì)合金刀具，刀具主偏角選大些（ 45 o -90 o ）,刀具的刀尖圓弧半徑小于0.1-1.0mm， 以減少工藝系統(tǒng)中彈性變形及振動。(2)車削方法的應(yīng)用1）普通車削 適用于各種批量的軸類零件外圓加工，應(yīng)用十分廣泛。單件小批量常采用臥室車床完成車削加工；中批、大批生產(chǎn)則采用自動、半自動車床和專用車床完成車削加工。2)數(shù)控車削 適用于單件小批和中批生產(chǎn)。應(yīng)用愈來愈普遍，其主要優(yōu)點為柔性好，更換加工零件時設(shè)備調(diào)整和準備時間短；加工時輔助時間少，可通過優(yōu)化切削參數(shù)和適應(yīng)控制等提高效率；加工質(zhì)量好，專用工夾具少，相應(yīng)生產(chǎn)準備成本低；機床操作技術(shù)要求低，不受操作工人的技能、視覺、精神、體力等因素的影響。對于軸類零件，具有以下特征適宜選用數(shù)控車削。結(jié)構(gòu)或形狀復(fù)雜，普通加工操作難度大，工時長，加工效率低的零件。加工精度一致性要求較高的零件。切削條件多變的零件，如零件由于形狀特點需要切槽，車孔，車螺紋等，加工中要多次改變切削用量。批量不大，但每批品種多變并有一定復(fù)雜程度的零件。對帶有鍵槽，徑向孔（含螺釘孔）、端面有分布的孔（含螺釘孔）系的軸類零件，如帶法蘭的軸，帶鍵槽或方頭的軸，還可以在車削加工中心上加工，除了能進行普通數(shù)控車削外，零件上的各種槽、孔（含螺釘孔）、面等加工表面也可一并能加工完畢。工序高度集中，其加工效率較普通數(shù)控車削更高，加工精度也更為穩(wěn)定可靠。（3）外圓表面的磨削加工用磨具以較高的線速度對工件表面進行加工的方法稱為磨削。磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。磨削的工藝范圍很廣，可以劃分為粗磨、精磨、細磨及鏡面磨。磨削加工采用的磨具（或磨料）具有顆粒小，硬度高，耐熱性好等特點，因此可以加工較硬的金屬材料和非金屬材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷等；加工過程中同時參與切削運動的顆粒多，能切除極薄極細的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作為一種精加工方法，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。由于強力磨削的發(fā)展，也可直接將毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，從而獲得了較高的生產(chǎn)率。3.7.3軸與輪的配合結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.7.3所示：1. 走行輪支撐座 2.帶立式座外球面軸承 3.軸 4.螺栓 5.平墊 6.彈簧墊 7.鏈輪圖：3.7.3軸的計算及校核：軸的強度計算的步驟為：一、軸的強度計算1、按扭轉(zhuǎn)強度條件初步估算軸的直徑 機器的運動簡圖確定后，各軸傳遞的P和n為已知，在軸的結(jié)構(gòu)具體化之前，只能計算出軸所傳遞的扭矩，而所受的彎矩是未知的。這時只能按扭矩初步估算軸的直徑，作為軸受轉(zhuǎn)矩作用段最細處的直徑dmin，一般是軸端直徑。 根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件確定的最小直徑為： （mm） 式中：P為軸所傳遞的功率（KW）n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min）Ao為計算系數(shù) 若計算的軸段有鍵槽，則會削弱軸的強度，此時應(yīng)將計算所得的直徑適當增大，若有一個鍵槽，將dmin增大5，若同一剖面有兩個鍵槽，則增大10。以dmin為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的裝拆、定位、軸的加工、整體布局、作出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在軸的結(jié)構(gòu)具體化之后進行以下計算。2、按彎扭合成強度計算軸的直徑l）繪出軸的結(jié)構(gòu)圖2）繪出軸的空間受力圖3）繪出軸的水平面的彎矩圖4）繪出軸的垂直面的彎矩圖5）繪出軸的合成彎矩圖6）繪出軸的扭矩圖7）繪出軸的計算彎矩圖8）按第三強度理論計算當量彎矩： 式中：為將扭矩折合為當量彎矩的折合系數(shù)，按扭切應(yīng)力的循環(huán)特性取值:a）扭切應(yīng)力理論上為靜應(yīng)力時，取=0.3。b）考慮到運轉(zhuǎn)不均勻、振動、啟動、停車等影響因素，假定為脈動循環(huán)應(yīng)力，取 =0.59。c）對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的軸，把扭剪應(yīng)力視為對稱循環(huán)應(yīng)力，取 =1（因為在彎矩作用下，轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力屬于對稱循環(huán)應(yīng)力）。9）校核危險斷面的當量彎曲應(yīng)力（計算應(yīng)力）：式中：W為抗扭截面摸量（mm3）。為對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，查表1。如計算應(yīng)力超出許用值，應(yīng)增大軸危險斷面的直徑。如計算應(yīng)力比許用值小很多，一般不改小軸的直徑。因為軸的直徑還受結(jié)構(gòu)因素的影響。一般的轉(zhuǎn)軸，強度計算到此為止。對于重要的轉(zhuǎn)軸還應(yīng)按疲勞強度進行精確校核。此外，對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。二、按疲勞強度精確校核按當量彎矩計算軸的強度中沒有考慮軸的應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因素對軸的疲勞強度的影響，因此，對于重要的軸，還需要進行軸危險截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計算，評定軸的安全裕度。即建立軸在危險截面的安全系數(shù)的校核條件。 安全系數(shù)條件為： 1.31.5用于材料均勻，載荷與應(yīng)力計算精確時； 1.51.8用于材料不夠均勻，載荷與應(yīng)力計算精確度較低時； 1.82.5用于材料均勻性及載荷與應(yīng)力計算精確度很低時或軸徑200mm時。 三、按靜強度條件進行校核靜強度校核的目的在于評定軸對塑性變形的抵抗能力。這對那些瞬時過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴重的的軸是很有必要的。軸的靜強度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時載荷來校核的。靜強度校核時的強度條件是：式中：危險截面靜強度的計算安全系數(shù)； 按屈服強度的設(shè)計安全系數(shù)；1.21.4，用于高塑性材料（0.6）制成的鋼軸；1.41.8，用于中等塑性材料（0.60.8）制成的鋼軸；1.82，用于低塑性材料制成的鋼軸；23，用于鑄造軸；只考慮安全彎曲時的安全系數(shù)；只考慮安全扭轉(zhuǎn)時的安全系數(shù)；式中：、材料的抗彎和抗扭屈服極限，MPa；其中(0.550.62)；Mmax、Tmax軸的危險截面上所受的最大彎矩和最大扭矩，N.mm；Famax軸的危險截面上所受的最大軸向力，N；A軸的危險截面的面積，m；W、WT分別為危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)，m。四、軸的設(shè)計用表材料牌號毛坯直徑（mm）硬度(HBS)抗拉強度極限b屈服強度極限s許用彎曲應(yīng)力-1備注Q235A10040042022540用于不重要及受載荷不大的軸100250375390215 451017021759029555應(yīng)用最廣泛100300 162217 570 285 200 217255 640 355 60 40Cr10010030024128673568554049070用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸 40CrNi10010030027030024027090078573557075用于很重要的軸38SiMnMo10010030022928621726973568559054070用于重要的軸，性能近于40CrNi38CrMoAlA606010010016029332127730224127793083578578568559075用于要求高耐磨性，高強度且熱處理（氮化）變形很小的軸20Cr60滲碳5662HRC64039060用于要求強度及韌性均較高的軸3Cr1310024183563575用于腐蝕條件下的軸1Cr18Ni9Ti10019253019545用于高低溫及腐蝕條件下的軸100200490QT600-3 190270600370 用于制造復(fù)雜外形的軸QT800-2 245335800480表2 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值直徑d610101818303050508080120120180C或R0.50.60.81.01.21.62.02.53.0表3 軸常用幾種材料的和A0值軸的材料 Q235 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi 1220 1225 2030 3040 4052 A0 160135 148125 135118 118107 10798 輪的計算與校核1.軸的材料選取選取45鋼，調(diào)制處理，參數(shù)如下:硬度為HBS220抗拉強度極限B650MPa屈服強度極限s360MPa彎曲疲勞極限1270MPa剪切疲勞極限1155MPa許用彎應(yīng)力1=60MPa 2.初步估計軸的最小直徑軸上的轉(zhuǎn)速 功率由以上機械裝置的運動和動力參數(shù)計算部分可知 =47.7；=6.25 取=11558.4輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑.為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化小，故取.則=1906800按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件。查機械設(shè)計手冊（軟件版）R2.0，選HL5型彈性套柱銷連軸器，半聯(lián)軸器孔的直徑，長度L142mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。故取60mm3. 擬定軸的裝配方案4. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。（1）選取d=60mm, 。因I-II軸右端需要制出一個定位軸肩，故取（2）初選滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求， 由軸知其工作要求并根據(jù)d70mm，選取單列圓錐滾子軸承33015型,由機械設(shè)計手冊(軟件版)R2.0查得軸承參數(shù)：軸承直徑：d75mm ； 軸承寬度：B31mm，D=115mm 所以， （3）右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。取33215型軸承的定位軸肩高度h=2mm,因此，?。?）取做成齒輪處的軸段-的直徑85mm；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位，齒輪的寬度為64mm,取（5）軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與帶輪右端面間的距離l 30mm， 故?。?）因為低速軸要和高速軸相配合，其兩個齒輪應(yīng)該相重合，所以取=42mm.=32 mm.(7）軸上零件的周向定位。齒輪、帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接（詳細選擇過程見后面的鍵選擇）。（8）確定軸上的圓角和倒角尺寸取軸端倒角為145，各軸肩處的圓角半徑為R1.2mm取軸端倒角為145，各軸肩處的圓角半徑為R1.2mm4.計算過程1.根據(jù)軸上的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。確定軸承的支點位置大致在軸承寬度中間。故 因此作為簡支梁的支點跨距 計算支反力 作用在低速軸上的=6220N=2263.8N水平面方向 MB0, 故 =0, 垂直面方向 MB0， 故F0,2)計算彎距水平面彎距= =185295垂直面彎矩6745767430合成彎矩=197190=197190載荷水平面H垂直面V支反力彎距M總彎距扭距TT1307.2 Nm根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎距圖和扭距圖?？煽闯鯿截面為最危險截面，現(xiàn)將計算出的截面C處的及M的值。5.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的硬度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)課本式155及上表中的值，并扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取0.6，軸的計算應(yīng)力 MPa13.166 MPa已由前面查得許用彎應(yīng)力1=60MPa，因S1.6（因計算精度較低，材料不夠均勻，故選取s1.6）故該軸在截面右側(cè)的強度也是足夠的。因無大的瞬時過載及嚴重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。 3.8電機的選用電動機額定轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定，一般情況下電動機的轉(zhuǎn)速不低500r/min，因為功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速低，其尺寸愈大，價格愈貴，而效率低。若電機的轉(zhuǎn)速高，則極對數(shù)少，尺寸和重量小，價格也低。本設(shè)計皮帶機所采用的電動機的總功率為300w，所以需選用單臺功率為50w的電機。根據(jù)電子網(wǎng)上電子樣本查得：擬采用AKM11B伺服電機，該型電機控制精密、準確、性能良好，可以滿足要求。3.9減速器的選用3.9.1 傳動裝置的傳動比：，已知電機轉(zhuǎn)速為1470 r/min ，則電機與鏈輪之間的總傳動比為：本次所選減速機配套伺服電機所用的伺服減速機為了更好的對機器人實現(xiàn)智能控制，故選此種類型減速機。本減速機特點為：結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時，即小體積大轉(zhuǎn)矩，而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗，低噪音和高效率低成本應(yīng)用。行星減速機的特點是體積小，輸出扭矩大，傳動效率高，只要有這些要求的地方都可以用滿載效率：在最大負載情況下（故障停止輸出扭矩），減速機的傳遞效率。工作壽命：減速機在額定負載下，額定輸入轉(zhuǎn)速時的累計工作時間。額定扭矩：是額定壽命允許的長時間運轉(zhuǎn)的扭矩。當輸出轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，減速機的壽命為平均壽命，超過此值時減速機的平均壽命會減少。當輸出扭矩超過兩倍時減速機故障。伺服減速機行星齒輪傳動裝置的重量，一般情況下正比于齒輪的重量，而齒輪的重量與其材料和熱處理硬度有很大關(guān)系。例如在相同功率下，滲碳淬火齒輪的重量將是調(diào)質(zhì)齒輪重量的1/3左右。所以針對行星齒輪減速機的結(jié)構(gòu)特點和齒輪的載荷性質(zhì)，應(yīng)該廣泛采用硬齒面齒輪。根據(jù)上海臺正伺服減速機公司的電子樣冊查得：故選得減速機型號為：TF60。3.10制動裝置3.10.1制動裝置的作用對于本機器人，制動裝置完全是斷電、斷信號自動實現(xiàn)。電動缸和伺服電機均為自動抱閘系統(tǒng)，這樣的好處是制動安全可靠，控制系統(tǒng)簡單明了，故障點降到最低。3.11 轉(zhuǎn)向裝置本次所設(shè)計的六足機器人的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由6臺北京微納科技有限公司制作研發(fā)的WN03RA200H型高精度電動旋轉(zhuǎn)臺組成。如下圖：4057畢業(yè)設(shè)計論文