CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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The development and manufacture of the domestic robot joint harmonic drive device should be consistent with the global appeal of efficient economy, good operation quality and high efficiency. A recent use of machinery industry robot joint harmonic driving device were investigated. Found in the machinery industry, the harmonic gear deceleration is used very common, especially in the flexibility of robot joint rotation is often used. Through the design of the CS20 model of the robot joint harmonic drive device, the structure of the innovation is a priority. In this paper, the knowledge learned in college, starting from the first CS20 models of robot joint harmonic drive device layout of, through the search for relevant information to determine the specific programs of the design of CS20 models of robot joint harmonic drive device, and then the concrete internal structure design, of which commonly used standard parts such as bearings, shaft, chain drive mechanism were design selection. Finally, the main components of the strength check. 關鍵詞：機器人；諧波傳動裝置；結(jié)構(gòu)；校核 Key words: robot; harmonic drive device; structure; check ii 目 錄 摘要 i 一、緒論 1 1.1課題來歷與研究的目的以及意義 1 1.2 發(fā)展概況 3 1.2.1 國內(nèi)的發(fā)展概況 5 1.2.2 國外的發(fā)展概況 7 1.3本課題研究的內(nèi)容 9 二、機械傳動設計計算 10 2.1行星齒輪的計算 11 2.1.1 配齒計算 12 2.1.2 幾何尺寸計算 12 2.1.3 裝配條件驗算 14 2.2 動力源的選型計算 16 2.3 研究計算軸 18 三、主要傳動零件的強度校核 20 3.1 傳動軸的強度校核 24 3.2 傳動齒輪的強度校核 25 3.3 軸承強度的校核 26 四、設計總結(jié) 28 結(jié) 論 29 致 謝 30 參考文獻 31 一、緒論 從廣闊的視野、各種各樣的活動，還有和學術(shù)報告、規(guī)范標準以及另外別的角度的的詳細內(nèi)容，我們得到了包含定位、性質(zhì)以及應用的機器人的大環(huán)境。機器人已發(fā)展到注重提高生產(chǎn)效率，成品質(zhì)量穩(wěn)定性和提升人類無法輕松靠近本地操作。最近，超過10000000000元的市場已經(jīng)建立了機器人的商業(yè)用途，像清潔機器人，它的應用已經(jīng)滲透到醫(yī)療福利，農(nóng)業(yè)，等。對抗震救災中的應用和護理的期望，福利特別高，和出色的機器人技術(shù)不僅實現(xiàn)創(chuàng)建一個新的市場，也為保護世界環(huán)境的一個非常重要的貢獻。在一個國家或地區(qū)有機器人具有普遍偏向的方式。今后，會更加流行正在蓬勃發(fā)展的機器人。OMG國標早就認可中介范例，ISO資質(zhì)也授與了能幫人平時活動的機器人。即使在虛擬場景中的活動，這是越來越多的機器人的使用。根據(jù)機器人技術(shù)應用在通訊，家電，汽車，醫(yī)療設備和其他，機器人已被廣泛認可。它是一種動力，看來像它會導致一個新的行業(yè)。機器人研發(fā)情況固然都在被上述所整理，然而這些仍然是顯示出要把機器人推向消費者。歐美等發(fā)達國家成立有相應計劃，本國也需求更好的戰(zhàn)略，方能維持積極地有力發(fā)展。新服務機器人對于市場具有應用性很強的領域，比如孜孜不倦的創(chuàng)新產(chǎn)品、醫(yī)療項目、相關福利以及防不勝防的自然性或人為性災難。在另一方面，雖然產(chǎn)自日本的工業(yè)機器人依然是行業(yè)里最好的，但其他國家都在奮起直追。在關于實際使用中，美國提出了很多觀點。在美國有建立國家計劃項目，歐洲也是，如Horizon2020，我們的國家也需要更好的政策，才能保持健康的發(fā)展前景。 工業(yè)機器人技術(shù)和產(chǎn)品強度的可靠性得到了增強，有望應用于教學，免費的產(chǎn)品系統(tǒng)和一些新的領域。 只有我們創(chuàng)建的模式可十分完美地與網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合在一起，才能建立一個滿是生機的社會環(huán)境，幫助型機器人也才能服務大眾的各類活動。如果多個應用程序可以為我們創(chuàng)造的，他們提供快速，安全的服務，滿足他們的需求，將是非常愉快的。所以，我們應該抓緊實現(xiàn)建設這樣一個好的平臺。 此外，因為教育是人才的培養(yǎng)，社會和工業(yè)的各個領域也要由它來服務。教育以及教育系統(tǒng)以機器人為目標的不僅得提高應付難處的能力；他們也喜歡傳統(tǒng)的技術(shù)，在不同的方向、在合作領域，但關鍵是要把機器人技術(shù)對社會和高級人才使用。 1）實現(xiàn)的潛力 2010年，國家各部委進行詳細的調(diào)查和論證后認為：智能機器人這個大產(chǎn)業(yè)在接下來的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場占有率都會是井噴式的。 在2013七月，在測量市場大小的根本上行使2010之“機器人產(chǎn)業(yè)的市場趨勢考查”后續(xù)。情況即中國市場正在急劇膨脹，然后韓國，日本和德國都在拼命瓜分市場。 2）工業(yè)機器人的定義和需求 在日本，工業(yè)機器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機器人對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應用情況，供應了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補充了貧乏的現(xiàn)場人力。 能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機器人在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費物的研發(fā)，建設以及制造范圍）亦然有很好的遠景。特別是在醫(yī)學范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準的技術(shù)實驗數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細菌。 另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機器人的很大問題。利用口令進行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機器人。在當下的機器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機器人體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學的一個大難點。在將來的時間里邊，達成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機器人會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。 3）機器人在社會中的定義和需要 由于全球都邁進了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計機器人會給以充分的反饋，好比訊號的供應以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務型機器人的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。 B）機器人服務平臺 如果我們必須領會服務機器人體系的運作方法，就得懂得實際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領導大批機器人還給以幫助。不只是增添了很多額外花費，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務機器人體系，若是服務的回報無法回本更無盈利，就更不能擴大利用了。假如一個多服務系統(tǒng)機器人可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個體系，這體系會滲透進幫助型機器人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進IT行業(yè)。 　　4）機器人在教育中的定義和需求 C）機器人在教育中的需求 在日本，那樣的向來肩負著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應對著居民衰老化，真正境況是，依托相應調(diào)研報告，眼下的事實卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機器人和機器人應用工程課堂展示教學也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學害怕的技術(shù)措施。機器人活動比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機器人知識亦然在人民里邊傳播開來。 　　電機把持，傳感器科學和計算機應用，機構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機器人技術(shù)。于是，途徑PBL——源自困難的進修以及同等的要領，激發(fā)了察覺麻煩的本領以及處理的技巧，相當順應思維培養(yǎng)的組合，其也可增強優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點。要實現(xiàn)此方針，不妨面向基礎教育的同學達成科學培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。 D)機器人在教育中的挑戰(zhàn) 說起機器人培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來數(shù)年會當作機器人培養(yǎng)的中心。首先是對各行各業(yè)的外部人力的教導。比方說，各個社區(qū)來負責踐諾開放向青少年的機器人培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動方式中都有他們的身影，比如地方廣電局以及私人單位的加入。 然后就是達成社會機器人培養(yǎng)觀念的引導。第五科技根本設計的種種資料已然贊同社會達成了技能的看法。 　　末了一點，是關于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個部委在定期工作資料中早就說明，他的高管以及技能人力的減少源自于本國的群眾衰老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級人才，不要過于限制他們的歲數(shù)以及保持工作場所。這成為一個極度首要的困難，對校企培養(yǎng)來講。真正尊重知識人材是處理此困難的一個絕佳思維，針對日本眼下難處來講。我們應該建造渠道，傳播知識人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來的工程師。機器人的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師已然能夠有所擔當，接下來具備雄厚履歷的知識人材操作起來也是十分順手了。 　　2.2這些年來面臨的挑戰(zhàn)和建議 從上面的話，機器人的應用情況中的大量看法被歸納出來，計議了產(chǎn)業(yè)機器人的釋義以及用途，還有機器人進行培養(yǎng)用處，給人類帶來了巨大好處。共同的希冀是讓機器人變成如此般用途的焦點，穩(wěn)定性很好，物美價廉，還可把感應器與移動電話接洽為一，普遍增加機器人的服務率，如此方能使老弱病殘幼的生存容易實現(xiàn)醫(yī)療，權(quán)利福利得到完整保證，災害虧損減到最少。 由于產(chǎn)業(yè)機器人知識的能力教育和傳授技巧是拿去交給很多熟能生巧的工人，還有品種眾多的智能化機器人，所以要強調(diào)可靠地，并樂意與別人溝通的機器人技能協(xié)作。接下來，還得尋求掌控接口技能以及平臺機器人服務打造服務型機器人，能讓其巧妙貼切的服務大眾，完成運輸以及系統(tǒng)IT的服務成長化。 　　機器人培養(yǎng)的效力可使大眾的求知欲以及發(fā)展性得到加強。所以必須得整合可靠地技能，激勵所有年齡段人的培養(yǎng)，平時實踐中的經(jīng)歷、事件加入、愛好趣味以及文明發(fā)展。要想提升機器人研究和建造的速度，就得沖出那些很能磨練人的職責障礙，一定會更好的服務大眾。 所以必須斟酌戰(zhàn)略、布局以及構(gòu)造等條件，以推動社會發(fā)展。 所以對于日常生活和野外中某些會置人于死地的地方，就像自然災害、戰(zhàn)亂地區(qū)以及爆破現(xiàn)場這些不能進入或容易受傷的區(qū)域，機器人必須出面進行接觸，了解，判斷和處理。機器人系統(tǒng)憑借完美的可靠性以及簡便的遙控性，能充分貼合不同環(huán)境的要求。是以在電動座椅、太空研究、裝置轉(zhuǎn)移、石油開發(fā)、培訓以及休閑等領域，發(fā)展狀況十分之好。在機器人領域，全球都在進行多條腿的行進機器人的開發(fā)。四足步行機器人是機器人的一個重要分支，四足機器人與雙足步行機器人相比，由于承載能力強，穩(wěn)定性好，和超過六英尺，八英尺的步行機器人相比構(gòu)造更間接，于是全球的工程師都在加以更高的重視。作為一個孩子，從小對機器人有很大的興趣。本次畢業(yè)設計老師給我這個話題，讓我覺得很興奮，但也覺得真正地要設計機器人，實際上有很多困難。因為這是一個專業(yè)的課題，需要精湛的專業(yè)知識作為基礎，雖然知識是有限的，但我會盡我最大的努力去學習，去鉆研，努力完成這個課題。 1.1課題的來源與研究的目的和意義 現(xiàn)在有兩種類型的機器人可以到達我們難以接近或者不能接觸的復雜環(huán)境開展自主勘察。一個機器人是模仿多足昆蟲的行進軌跡，另外一個機器人則是腳底裝上車輪依靠滾動行走。依靠車輪滾動機器人的缺點是無法吻合崎嶇不平整的路面，但模仿多足昆蟲行進機器人則能在上述環(huán)境里輕巧的行使職責。所以將車輪與腿部結(jié)合為一體的機器人的未來極為明朗，像用于施工現(xiàn)場、煤炭挖掘、摸清敵情、事故救援、太空考察以及電力行業(yè)等環(huán)境。結(jié)合了車輪與腿部的機器人是各類機器人中極簡單完成順利爬行的。在眾多機器人中，通過仿照類似蜘蛛、蜥蜴等爬行動物的腿部組織以及爬行方式研發(fā)的CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置是極具代表性之一種。某些相對條件高、工作起來必須可靠的行為比如自然探測、天外考察和海洋營救的情況必須讓車輪和腿部相結(jié)合的復合機器人來操作。 1.2 發(fā)展概況 1.2.1 國內(nèi)的發(fā)展概況 我們在1986年開始鉆研CS20機型機器人制造的來歷，來自于王健的以前的資料，他數(shù)十年的廢寢忘食建造了一個單體七環(huán)節(jié)機構(gòu)，開純機械行走機。王健更設計出單腿八桿機構(gòu)，創(chuàng)建王木車馬。在這之后，臺灣教授顏洪森以木制車馬為基礎，開發(fā)了一系列的步行機，如四連桿式，六連桿式等等步行機，查建中和其他人一起以單腿八桿機構(gòu)為對象，共同鉆研考慮怎樣改良按壓力引發(fā)的角度以及零部件的分理?？傊瑐鹘y(tǒng)的對象加上科學的分析和先進的理論，使得機器人在國內(nèi)的研究范圍和深度得到了極大的豐富和發(fā)展。 1.2.2 國外的發(fā)展概況 何人最先取得此項專利已無可知曉，只了解到外國科學家在十九世紀末建造出了一部類似于騾馬，整體部分是用齒輪以及連接桿件機構(gòu)組裝，人可以騎在上面用腳蹬踏板推動運行的機器人，但是卻沒有做出實物來加以佐證.20世紀初又有人運用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的機器人，然而相關資料中并沒有找到對這個作品的介紹，所以那個時候有關機器人的研究還僅能思索腿的組成以及運動起來的行程路徑。20世紀中期Shigley已然放進步態(tài)研究的思維制造出來在每一條腿上都用成組的連接桿件體系拼裝而且安裝兩個搖桿體系結(jié)構(gòu)以操縱機器人的步伐軌跡，已然加入步態(tài)設計的思路。同期，又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計算機操縱的行走機器人。接下來幾年有關此機器的設計被充分的融入了運行操縱理論。1979年席羅思在行進機器人里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機的相應機器人。這都意味著人類對四桿動力體系的認識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計算機和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。 1.3本課題研究的內(nèi)容 我的CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置的設計重點是依靠SOLIDWORKS。在設計過程中，了解CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領。 本文的設計目標是設計一種CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置。具體內(nèi)容包括以下幾個方面： 1 到圖書館里查閱大量相關知識的資料，搜集出各類諧波傳動裝置的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關內(nèi)容記錄并學習。 2 分析諧波傳動裝置的結(jié)構(gòu)與參數(shù) 3 確定設計總體方案 4 確定具體設計方案 5 諧波傳動裝置的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。 6 說明書的整理 二、機械傳動設計計算 2.1 行星齒輪的計算 2.1.1配齒計算 據(jù)行星傳動的傳動比值和按其配齒計算公式（3-27）~公式（3-33）可求得內(nèi)齒輪b和行星輪c的齒數(shù)和?，F(xiàn)考慮到行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪a的齒數(shù)=17和行星輪=3. 根據(jù)內(nèi)齒輪 =76.5 對內(nèi)齒輪齒數(shù)進行圓整，同時考慮到安裝條件，取，此時實際的p值與給定的p值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內(nèi)。 實際傳動比為 = 其傳動比誤差 =2.67% 由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪c的齒數(shù)應按如下公式計算，即 因為為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為。此時，通過角變位后，既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善a-c嚙合齒輪副的傳動性能。故 = 在考慮到安裝條件為 （整數(shù)） 初算中心距和模數(shù) 1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 太陽輪和行星輪材料為20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~ 61HRC。 試驗齒輪齒面接觸疲勞極限=1591Mpa。 試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪=485Mpa。 行星輪=4850.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度為6級。 內(nèi)齒圈材料為38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為973HV。 試驗齒輪的接觸疲勞極限=1282Mpa 驗齒輪的彎曲疲勞極限=370MPa 齒形的終加工為插齒，精度為7級。 2. 減速器的名義輸出轉(zhuǎn)速 由 = 得 == =181.82 3. 載荷不均衡系數(shù) 采用太陽輪浮動的均載機構(gòu)，取。 4. 齒輪模數(shù)和中心距a 首先計算太陽輪分度圓直徑： 式中： 一齒數(shù)比為 一使用系數(shù)為1.25； 一算式系數(shù)為768； 一綜合系數(shù)為2； 一太陽輪單個齒傳遞的轉(zhuǎn)矩。 = =376 其中 —高速級行星齒輪傳動效率，取=0.985 —齒寬系數(shù)暫取=0.5 =1450Mpa 代入 =78.66 模數(shù) m= 取 m=5 則 =117.5 取 齒寬 取 2.1.2 幾何尺寸計算 1. 計算變位系數(shù) (1) a-c傳動 嚙合角 因 =0.93969262 所以 = 變位系數(shù)和 =（17+30） =1.141 圖2-1選擇變位系數(shù)線圖 中心距變動系數(shù)y y==1 齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù)： 根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1 中心距變動系數(shù)y y==1 齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù)： 根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1 得到邊位系數(shù) 則 (2) c-b傳動 由于內(nèi)嚙合的兩個齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有 從而 且 2. 幾何尺寸計算結(jié)果 對于行星齒輪傳動按公式進行幾何尺寸的計算，各齒輪副的計算結(jié)果如下表： 表3-1各齒輪副的幾何尺寸的計算結(jié)果 項目 計算公式 a-c齒輪副 b-c齒輪副 分度圓直徑 基圓直徑 齒頂圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 齒根圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 注：齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪—，內(nèi)齒輪—； 頂隙系數(shù)：內(nèi)齒輪— 按公式驗算其鄰接條件，即 已知行星輪c的齒頂圓的直徑=164.513，和代入上式，則得 164.513滿足鄰接條件 同心條件 按公式對于角變位有 已知 ， 代入上式得 =52.145滿足同心條件 2.1.3 安裝條件 按公式驗證其安裝條件，即得 將 代入該式驗證得 滿足安裝條件 嚙合要素的驗算 1. a-c傳動端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 =29.31 行星輪 =42.416 （2）端面嚙合長度 式中“”號正號為外嚙合，負號為內(nèi)嚙合； 端面節(jié)圓嚙合角。 直齒輪== 則 =18.67 （3）端面重合度 =1.265 2. 端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 行星輪由上面計算得，=42.416 內(nèi)齒輪 =61.597 （2）端面嚙合長度 = =24.05 （3）端面重合度 = =1.63 2.2 動力源的選型計算 已知整個CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置的總重量150KG,關節(jié)重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，關節(jié)旋轉(zhuǎn)速度為1~2r/min。即： 具體的電機設計計算如下: 1、確定運行時間 本次設計加速時間 負載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機轉(zhuǎn)速 3.負載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機型號為160BL-A，此電機廠家為機電產(chǎn)品。依據(jù)電動機參數(shù)和特性曲線可得： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.1KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最高的轉(zhuǎn)矩是9N.m，額定的轉(zhuǎn)速是3000r/min，外形尺寸130x160，電機輸出軸徑為25mm。 2.3 軸的設計 軸作為機器的一個關鍵組成部分，其為各類傳動部件的安裝，傳動的扭矩和旋轉(zhuǎn)運動圍繞軸進行，而且經(jīng)過軸承和機架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設計成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。 因為用于振動的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動軸。因為確定了小帶輪的參數(shù)，相應的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強度來調(diào)整彎曲的強度，因為可用作軸的原料比較多，所以必須得明確軸的應用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強度以及別的機構(gòu)機能。可以使用熱處理這種方法，當然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費較少，用研究計算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號鋼當成軸體的原料，它需要40MPa的切應力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來確保它的力學性能。 1、初步計算軸的直徑 扭轉(zhuǎn)強度估計軸的最小直徑d，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設計公式得=17.26mm。考慮鍵槽等要素對軸的影響，軸的直徑應增加以彌補軸的鍵槽強度減弱。取軸直徑d=20mm，就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點的軸承要選用一樣的標準，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸體上部件定位以及承受軸向力時要提供相應的高度，軸肩的直徑差通常選5到10mm，本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長度尺寸匹配到一塊，還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L度和別的的因素，這樣即可確定出軸的各段長度了。 三、主要傳動零件的強度校核 3.1 傳動軸的強度校核 按彎扭合成應力校核軸的強度 校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應力 MPa （3.43） 選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由以上可知，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核軸的疲勞強度 ①判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm （3.44） 抗扭截面系數(shù) mm （3.45） 截面V左側(cè)的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應 Mpa （3.47） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應力MPa （3.48） 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由以上可知，MPa，MPa，MPa。 由以上可知，用插入法求出 ， 軸按精車加工，由文獻[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強化處理， 固得綜合系數(shù)為 （3.49） 由文獻[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。 ③截面V右側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) mm 截面V左側(cè)的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應力 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應力 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按文獻[1]附表查取。因，， ， 可得軸的材料的敏感系數(shù)為 ， 故有效應力集中系數(shù)按文獻[1，附]為 （3.53） 得軸的截面形狀系數(shù)為 由以上分析可知軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為 綜合系數(shù)為 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。 3.2 傳動齒輪的強度校核 （Ⅰ）校核齒面接觸疲勞強度 （1）接觸應力的計算 由以上可知，齒面接觸應力計算公式，即 （3.28） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 計算載荷系數(shù) 電動機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由以上可知，取 平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s 由文獻[4] （a）可知，按，得； 由文獻[4] （b）可知，按，齒輪懸臂布置，； 由以上可知，； ② 由以上可知，彈性系數(shù)； ③ 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 計算得， MPa （1） 接觸疲勞強度的許用應力 由文獻[4] 表可知，許用接觸應力計算公式，即 （3.29） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ①小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa ②最小安全系數(shù) ③由文獻[1，10-13]可知，計算應力循環(huán)系數(shù) 由文獻[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， ④尺寸系數(shù) ⑤工作硬化系數(shù)，按 ⑥潤滑油膜影響系數(shù)， 計算得， MPa （3）由于MPaMPa，故安全。 （Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強度 （1）齒根應力的計算 由以上可知，彎曲應力計算公式，即 （3.30） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ① 由以上可知， ， ② 由以上可知， ， 計算得， MPa （2）彎曲強度的齒根許用應力 由以上可知，齒根許用應力計算公式，即 （3.31） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ①彎曲疲勞極限MPa ③ 齒輪的應力修正系數(shù) ④ 彎曲強度的最小安全系數(shù) ⑤ 彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ④彎曲疲勞的尺寸系數(shù) 計算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 3.3 軸承強度的校核 （1）滾動軸承的選擇 滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于諧波傳動裝置的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 28 4、 設計總結(jié) 通過本次設計,讓我學習到了許多知識，特別是對傳動機構(gòu)的應用方面，是我收獲最大的地方。本次的設計的傳動機構(gòu)包含了齒輪傳動機構(gòu)這一最典型的機構(gòu)，通過查找與它相關的設計資料，到計算帶動關節(jié)轉(zhuǎn)動所需要在輸出扭矩從而對齒輪機構(gòu)進行設計，包括傳動齒輪的選型，例如齒數(shù)，模數(shù)的確定以及之后的強度校核部分的設計，都花費了我好多精力。同時，也讓我學到了好多知識。 在相關的實際問題的討論中，我的導師總是孜孜不倦的引導著我，幫助著我。每周一次的進度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進，不僅工作的按時保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學習，生活都會起到深遠而長久的良好影響。也能為人生打下一個夯實地基礎！ 在具體的研究設計過程中，同學們也在平日的學習與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！另外也感謝我的父母，朋友和同學們的幫助。在做設計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設計。 最后，感謝學校各位領導與老師給了我在大學學習生活四年以及參加這次畢業(yè)設計的寶貴的鍛煉機會，它使我深刻認識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學習知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學習，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學為社會做出自己應有的貢獻。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！ 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置的設計，通過初期的定題，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可能做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致謝 在導師的大力幫助與支持下，我的畢業(yè)論文得以完成。老師對于事業(yè)的熱情，學術(shù)上的嚴謹以及細節(jié)里的嚴格讓本人受益匪淺。在相關的實際問題的討論中，導師總是孜孜不倦的引導著我，幫助著我。每周一次的進度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進，不僅工作的按時保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學習，生活都會起到深遠而長久的良好影響。也能為人生打下一個夯實地基礎！在此致以李劍鋒教授我的深切感激和真摯感謝！ 在具體的研究設計過程中，關永翰老師，代偉業(yè)老師，段振坤同學，韓宇同學，劉欣星同學，尹韓松同學也在平日的學習與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！ 另外也感謝我的父母，朋友和同學們的幫助。在做設計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設計。 最后，感謝學校各位領導與老師給了我在海濱學院學習生活四年以及參加這次畢業(yè)設計的寶貴的鍛煉機會，它使我深刻認識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學習知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學習，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學為社會做出自己應有的貢獻。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！ 參考文獻 [1] 張華 機械設備設計 北京：科學出版社，2004.5 [2] 李念 CS20機型機器人關節(jié)諧波傳動裝置概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 張棟 關節(jié)諧波傳動裝置的創(chuàng)新設計.高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 諧波傳動裝置工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設計.機械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 加工專機應用技術(shù) 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