移動機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計

移動機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計,移動,挪動,機(jī)器人,轉(zhuǎn)臺,設(shè)計 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 共 35 頁1 引言小型機(jī)器人主要用于代替人工作業(yè)，批量生產(chǎn)成本一般較低。由于上述特點(diǎn)，它大都用于簡單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運(yùn)等，以及工作環(huán)境惡劣的場所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動化跨入了智能化的時代。1.1 本課題研究內(nèi)容及意義本課題以小型地面移動機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識,根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運(yùn)動特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計。通過本課題的研究，通過對設(shè)計要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動方式和傳動布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計計算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，培養(yǎng)設(shè)計、計算、制圖及計算機(jī)應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實(shí)際問題的能力。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著生活水平的提高，科技的發(fā)展，人們將大量簡單繁重的工作交給機(jī)器人，機(jī)器人仆人將大量出現(xiàn)。如汽車司機(jī)長時間駕駛?cè)菀灼?，汽車將有安全的自動駕駛模式?，F(xiàn)在自動駕駛車能對前方車輛實(shí)行避讓超車，但對小動物或人不知避讓，這要待更聰明的傳感器出現(xiàn)或圖像處理更精細(xì)些。在醫(yī)療領(lǐng)域，能進(jìn)入人體的微型機(jī)器人將大顯身手。它們進(jìn)入血管、腸道等地方進(jìn)行清理、探查、保健預(yù)警等。工業(yè)機(jī)器人在國外發(fā)達(dá)國家用的很普遍，隨著新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，相應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人必將會研制出來。國際形勢雖無世界大戰(zhàn)之慮，但局部沖突時有發(fā)生，反恐形勢依然嚴(yán)峻。美國和許多歐洲國家以及日本都投入大量人力物力研發(fā)軍用機(jī)器人。大型的無人坦克沖鋒陷陣，小型的昆蟲機(jī)器人“間諜”到處爬行，少量的作戰(zhàn)人員在安全的信息中心運(yùn)籌帷幄。2004年我國中國科學(xué)院沈陽自動化研究所也自行研制出“靈蜥”系列反恐防暴機(jī)器人。1.3 本文所做的工作本次設(shè)計主要完成兩個運(yùn)動，轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個自由度。為使俯仰運(yùn)動滿足自鎖的要求，擬采用棘輪機(jī)構(gòu)，因其工作時有較大的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動精度較差，故放棄?？紤]使用螺旋機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是能獲得很大的減速比，還可有自鎖性。它的主要缺點(diǎn)是機(jī)械效率一般較低，特別是具有自鎖性時效率將低于50%。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動可考慮使用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是傳動平穩(wěn)，嚙合沖擊小，由于蝸桿的頭數(shù)少，故單級傳動可獲得較大的傳動比，且結(jié)構(gòu)緊湊。2 轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的總體設(shè)計轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有兩個自由度，若視轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)為第一自由度。第一自由度結(jié)構(gòu)及尺寸取決于搭載對象的質(zhì)量，以及搭載對象對機(jī)器人的作用力，而第一自由度受第二自由度影響，故應(yīng)先計算第二自由度傳動的零件。第二自由度即為轉(zhuǎn)臺的俯仰運(yùn)動，采用了螺紋副結(jié)構(gòu)，并結(jié)合擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了俯仰臺旋轉(zhuǎn)自由度圖2.1所示為上層搭載平臺第二自由度三維圖。圖2.1 搭載系統(tǒng)第二自由度三維圖俯仰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸取決于搭載物的尺寸及質(zhì)量，以及搭載對象對機(jī)器人的作用力。俯仰運(yùn)動的傳動結(jié)構(gòu)為螺旋傳動，并利用了擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，具體圖紙?jiān)O(shè)計如圖2.2所示。圖2.2 俯仰系統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)圖1俯仰臺 2螺母B20 3絲杠B204銷 5聯(lián)軸器 6連接座7減速箱 8電機(jī) 9空心軸10搭載臺如圖2.2所示，電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)減速箱減速后，由聯(lián)軸器傳遞給絲杠，使絲杠旋轉(zhuǎn)。絲杠旋轉(zhuǎn)使與之配合的螺母作相對直線運(yùn)動。因?yàn)槁菽甘枪潭ㄔ诟┭雠_底部的，所以實(shí)質(zhì)上是俯仰臺在繞水平軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)了俯仰的自由度。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)自由度主要是由蝸輪蝸桿減速器傳遞的。電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)減速箱減速后，由同步帶傳遞給蝸桿軸，蝸桿軸帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，使之完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動。蝸輪蝸桿傳動的一種空間的齒輪傳動，它能實(shí)現(xiàn)交錯角為90度的兩軸間的動力和運(yùn)動傳遞。在這個移動機(jī)器人的設(shè)計中，它與同步帶輪合作，將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動一級一級減速，達(dá)到所要的結(jié)果，在此傳動中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉(zhuǎn)為熱能，所以不僅需對材料的受力校核，而且對材料的受熱特性也要驗(yàn)證。3俯仰系統(tǒng)的設(shè)計3.1 俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計轉(zhuǎn)臺的俯仰運(yùn)動直接由滑動螺旋副完成，滑動螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等。梯形螺紋一般是指牙形角，螺紋副的大徑和小徑處有徑向間隙。牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好。主要用于傳力螺旋和傳動螺旋如金屬切削機(jī)床的絲杠等。鋸齒形螺紋有兩種牙形，一種是工作面牙形斜角，非工作面牙形斜角；另一種是，的鋸齒形角，其外螺紋的牙根處有相當(dāng)大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動載強(qiáng)度；大徑處無間隙，便于對中；和梯形螺紋一樣都具有螺紋的強(qiáng)度高、工藝性好的特點(diǎn)，但有更高的效率。用于單向受力的傳力螺旋，如大型起重機(jī)的螺旋千斤頂?shù)?。文中采?/30牙形的鋸齒形螺紋，此處采用鋸齒形螺紋，主要是因?yàn)殇忼X形螺紋具有較好的自鎖性能，螺紋之間的摩擦力及支承面之間的摩擦力都能阻止螺母的松脫。所以即使在振動及交變載荷作用下，也不需要防松?；瑒勇菪钡氖е饕锹菁y磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿的危險界面的強(qiáng)度，要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。能夠搭載發(fā)射性裝置是多用途特殊移動作業(yè)機(jī)器人的主要功能，所以要求控制俯仰臺運(yùn)動的機(jī)構(gòu)具有自鎖能力。因此采用了螺旋旋動中的滑動螺旋副傳動，并采用單線螺紋。下面根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行螺桿參數(shù)和螺母參數(shù)的計算。螺桿的中徑： （3.1）其中：3/30鋸齒形螺紋，此處?。惠S向載荷，根據(jù)指標(biāo)，；許用壓強(qiáng)（MPa），當(dāng)絲杠與螺母均選用45鋼時，。代入數(shù)據(jù)計算得：由鋸齒形螺紋的參數(shù)關(guān)系，其中為螺紋公稱直徑，為螺距，以及查閱標(biāo)準(zhǔn)，可得，。則有： 螺桿小徑為： 螺母的高度：取整得: 旋合圈數(shù)： ，滿足要求螺紋的工作高度則螺紋的工作壓強(qiáng)的計算如下：所以按照這個參數(shù)設(shè)計的螺桿螺母傳動滿足強(qiáng)度要求。驗(yàn)算自鎖：螺紋升角計算： （3.2）式（3.2）中，為導(dǎo)程，。為螺紋頭數(shù)，此處。代入數(shù)據(jù)計算如下：當(dāng)量摩擦角計算： （3.3）式（3.3）中，為螺旋副的摩擦系數(shù)，為工作面牙形斜角，。代入數(shù)據(jù)計算為：滿足自鎖要求的條件為：。根據(jù)計算結(jié)果，該滑動螺旋副參數(shù)設(shè)計滿足自鎖要求。螺桿強(qiáng)度校核：螺桿當(dāng)量應(yīng)力計算： （3.4）式（3.4）中，為傳遞轉(zhuǎn)矩，由圖2.1可知，該滑動螺旋副的傳遞力矩主要為螺紋副的阻力矩，其計算公式如下： （3.5）式中，螺旋副分度圓直徑；螺紋升角；螺旋副軸向力，此處取值為；螺紋當(dāng)量摩擦角，為當(dāng)量摩擦系數(shù)，此處取=0.15，則有將以上參數(shù)值代入式（3.5），得文中機(jī)器人的設(shè)計過程中。代入數(shù)據(jù)到式（3.4）得：45鋼的許用應(yīng)力則有，所以螺桿強(qiáng)度滿足要求。螺紋牙強(qiáng)度校核：螺紋牙底寬度則有螺桿抗剪強(qiáng)度：螺桿抗彎強(qiáng)度：螺母與螺桿材料相同，則螺母牙與螺桿牙強(qiáng)度相同，亦滿足強(qiáng)度要求。此處螺桿只承受較小的壓力，并且實(shí)際工作的長徑比亦很小，所以無需對螺桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核。至此，滑動旋轉(zhuǎn)副設(shè)計結(jié)束。3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動分析與計算轉(zhuǎn)臺俯仰運(yùn)動用驅(qū)動電機(jī)為瑞士MAXON公司的直流無刷電機(jī)EC3-powermax30。電機(jī)選主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1 俯仰臺控制電機(jī)參數(shù)表指標(biāo)數(shù)值功率200W正常電壓36V空載轉(zhuǎn)速17000rpm最高轉(zhuǎn)矩3750mNm額定轉(zhuǎn)矩112mNm質(zhì)量270g最大效率92最大允許速度25000rpm無負(fù)載電流325mA減速箱參數(shù)：減速箱選用的MAXON公司自帶的減速箱GP42C，基本參數(shù)如下表3.2所示。表3.2 俯仰臺控制電機(jī)減速箱參數(shù)表指標(biāo)數(shù)值減速比1561最大效率72質(zhì)量460g電機(jī)特性曲線如圖3.1所示。圖3.1 搭載系統(tǒng)第二自由度驅(qū)動電機(jī)特性曲線圖根據(jù)上述表中電機(jī)及減速箱的參數(shù)，以及實(shí)際載荷情況，對電機(jī)進(jìn)行校核。電機(jī)的校核主要分兩部分，一部分是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的校核，另一部分是電機(jī)輸出速度的校核。首先校核電機(jī)轉(zhuǎn)矩：如圖3.2中的傳動系統(tǒng)，可知電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩主要是用于克服滑動螺旋副的螺紋阻力矩。在滑動螺旋副的設(shè)計中，根據(jù)式（3.5）已經(jīng)計算出在最大載荷時，系統(tǒng)需要克服的螺紋阻力矩。所選電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為：由計算結(jié)果可知，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足計算要求。校核電機(jī)輸出速度：要校核電機(jī)輸出速度，首先需要確定搭載系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度指標(biāo)要求。規(guī)定俯仰臺臺面水平時，為運(yùn)動初始位置，要求俯仰臺自由度為繞初始位置可以進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)，且俯仰臺旋轉(zhuǎn)速度最大為2.5R/min。由圖3.2可知，當(dāng)俯仰臺處于水平狀態(tài)時，螺旋副絲杠與螺母初始角度設(shè)計為90，這種設(shè)計保證了在支撐俯仰臺的空心軸旋轉(zhuǎn)到任意位置時，俯仰臺與水平面間所成角度都不會變化，同時也便于角度的控制計算。下圖3.2以及圖3.3所示分別為俯仰臺處于初始狀態(tài)時以及繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)了角度后的狀態(tài)圖。圖中，為電機(jī)經(jīng)減速箱后的輸出速度，亦為絲杠的旋轉(zhuǎn)速度；為俯仰臺繞旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)速度；為絲杠螺距； 表示支撐俯仰臺的支架與滑塊連接點(diǎn)A處的瞬間速度；為俯仰臺旋轉(zhuǎn)了角度時，絲杠與水平面之間的夾角。圖3.2 俯仰臺初始位置狀態(tài)圖圖3.3 俯仰臺運(yùn)動到某位置處狀態(tài)圖由圖示可得，當(dāng)俯仰臺處于初始位置時A點(diǎn)速度為： （3.6）則俯仰臺的旋轉(zhuǎn)速度為： （3.7）綜合式（3.6）、（3.7）可得： （3.8）當(dāng)俯仰臺繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)了角度后，即出于圖3.3狀態(tài)時，圖中點(diǎn)B是與點(diǎn)A重合的絲杠上的點(diǎn)，點(diǎn)A的運(yùn)動可分解為繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，以及相對點(diǎn)B作直線運(yùn)動。A點(diǎn)的絕對運(yùn)動為繞點(diǎn)M的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。計算得： （3.9）式中可根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求得,計算結(jié)果如下： （3.10）則有速度如下： （3.11）又根據(jù)擺動導(dǎo)桿的急回特性，可知在的可取值范圍內(nèi)，值愈大，俯仰臺的旋轉(zhuǎn)速度愈大。圖中，OA即的設(shè)計長度為70mm，長度為35mm，則有將帶入式（3.10），解得角度為：速度可以獲得最大值，為 （3.12）在俯仰臺同一次旋轉(zhuǎn)工作中，規(guī)定電機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速工作，即式（3.12）中取值為常數(shù)，可得 （3.13）又由（3.7）式可得， （3.14）絲杠螺距，同時將式（3.14）帶入上式（3.13），并帶入各變量值，可解得：已知，則要求電機(jī)輸出速度為：最大允許轉(zhuǎn)速為25000R/min，可得電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足要求。綜上，所選擇電機(jī)各指標(biāo)均滿足使用要求。通過對機(jī)器人功能要求進(jìn)行分解，將機(jī)器人分為移動車體平臺及上層搭載平臺兩部分，分別對兩部分進(jìn)行設(shè)計。在移動車體設(shè)計過程中，主要從提高機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力出發(fā)，對機(jī)器人進(jìn)行了傳動系統(tǒng)、輪系結(jié)構(gòu)以及底盤的設(shè)計。在搭載平臺設(shè)計過程中，在確定了平臺自由度前提下，對各自由度進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。通過橋式支架，將搭載平臺與車體進(jìn)行連接，保證了車體內(nèi)部空間，并方便了機(jī)器人安裝與維護(hù)。4 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計4.1 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計要使轉(zhuǎn)臺完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動，就要考慮選用合適的減速器，完成動力傳遞并滿足設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速。常用減速器的類型及特點(diǎn)見表4.1。表 4.1 常用減速器的類型及特點(diǎn)表 4.1 常用減速器的類型及特點(diǎn)（續(xù)）蝸輪蝸桿有如下特點(diǎn)：（1）傳動平穩(wěn)、振動、沖擊和噪聲均很?。唬?）能以單級獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比范圍大，5 i 70 ,其中一般要大于15；（3）摩擦損耗較大，傳動效率較低。 蝸輪蝸桿傳動分為三大類比：圓柱蝸桿、環(huán)面蝸桿、錐面蝸桿。圓柱蝸桿又分為普通圓柱蝸桿和圓弧圓柱蝸桿兩種。按蝸桿齒廓曲線的形狀，普通圓柱蝸桿可以分為：（1） 阿基米德圓柱蝸桿，簡稱ZA蝸桿；（2） 法向直廓圓柱蝸桿，即稱為延展?jié)u開線蝸桿，簡稱ZN蝸桿；（3） 漸開線圓柱蝸桿，簡稱ZI蝸桿；（4） 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿，簡稱ZK蝸桿；對于如此大的傳動比，如果用一般的齒輪進(jìn)行減速設(shè)計，則需要很多級才可以實(shí)現(xiàn)，這樣的話，無論是體積還是重量都不可能達(dá)到課題所限制的數(shù)值，考慮到移動機(jī)器人的工作特點(diǎn)，本文選用的是ZA蝸桿。4.2 傳動比的設(shè)置多級減速器各級傳動比的分配，直接影響減速器的承載能力和使用壽命，還會影響基本體積、重量和潤滑。一般的分配原則：（1）使各級傳動承載能力大致相等；（2）使減速器的尺寸與質(zhì)量較??；（3）使各級齒輪圓周速度較小。 低速級大齒輪直接影響加速器的尺寸和重量，減小低速級傳動比，即減小了低速級大齒輪及包容它的機(jī)體的尺寸和重量。增大高速級傳動比，即增大高速級大齒輪的尺寸，減小了與低速級大齒輪的尺寸差，有利于各級齒輪同時潤滑，同時降低了高速級后面各級齒輪的尺寸差，有利于降低噪聲和振動，提高傳動的平穩(wěn)性。但是又不能使一、二級傳動比差距過大，這里我選擇作為一級傳動比，作為二級傳動比。4.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動力分析與計算由于已知系統(tǒng)的總體尺寸為：長寬高=250mm250mm80mm，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動范圍為360度，旋轉(zhuǎn)速度為1015rpm，而且系統(tǒng)自重要不大于8kg，載重量為20kg。4.3.1 轉(zhuǎn)動慣量的計算選取直徑為200 mm 的圓進(jìn)行計算尺寸，算出轉(zhuǎn)動慣量： （4.1） 這里的m 可以用平均質(zhì)量的概念來計算，即： ,M取負(fù)載20 。 （4.2）于是 =637 則：=3.195給定條件：設(shè)轉(zhuǎn)臺在2秒內(nèi)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速 15 r/pm,則它的加速度是 則它的轉(zhuǎn)動慣性力矩為： 根據(jù)給定的傳動效率 =0.8，所以4.3.2 滾動摩擦力矩計算在本設(shè)計中，雖然轉(zhuǎn)臺基本上是水平或者是在傾斜很小的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動的，其轉(zhuǎn)動也都是有滾珠或者軸承來支撐來完成的，但是，因?yàn)?20的負(fù)載對于8的自重來說，摩擦力也是不可不重視的，下面我將對移動機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺進(jìn)行摩擦力矩的計算：取摩擦系數(shù) 則 （4.3） 假設(shè)密度為均勻的，用表示，則面平均質(zhì)量為 ： ，則 （4.4） 總的阻力矩為： M=3.315+0.0533=3.188Nm4.3.3 驅(qū)動電機(jī)的選擇（1）根據(jù)綜合分析和以上的計算，驅(qū)動軸總阻力力矩為：M=3.188Nm按工作要求和條件選取Y系列一般用途全封閉鼠籠型三相異步電動機(jī)。（2）選擇電動機(jī)容量工作機(jī)所需的功率： （4.5）電動機(jī)輸出功率： （4.6）所以: （4.7） 由電動機(jī)至工作機(jī)之間的總效率： （4.8）其中 分別為滾筒彈性聯(lián)軸器,閉式蝸桿傳動,皮帶輪傳動,一對滾動軸承，齒輪聯(lián)軸器的傳動效率。查表可知=0.96(滾筒) =0.995(彈性聯(lián)軸器) 由于蝸桿傳動效率與蝸桿頭數(shù)Z2及材料有關(guān)暫時取Z1=4雙頭蝸桿,估計=0.81 =0.93(V帶輪傳動) =0.99(一對滾動軸承) =0.99(齒輪聯(lián)軸器) 所以：所需電動機(jī)的功率: =2500.8/0.684=0.292kw 根據(jù)電機(jī)特性曲線，并保有一定的余量，初步選擇電機(jī)型號為MAXON電機(jī)，具體參數(shù)見表4.2。4.3.4 傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比由于是maxon電動機(jī)，可以通過自帶的減速器控制其轉(zhuǎn)速，在此，我設(shè)為1440 r/min 。 (1)計算總傳動比： = （4.9） (2)各級傳動比的分配 由于為蝸桿傳動，傳動比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動比。取皮帶輪傳動比i1=4，則蝸桿傳動比為i2=24。這里我選擇的帶輪是SPA型，單根窄V帶輪。表4.2 MAXON電機(jī)EC45性能參數(shù)項(xiàng)目指標(biāo)說明標(biāo)稱功率250W最大輸出功率額定電壓36V空載轉(zhuǎn)速11000rpm堵載轉(zhuǎn)矩5260mNm堵轉(zhuǎn)條件下的轉(zhuǎn)矩值，即起動轉(zhuǎn)矩最大允許轉(zhuǎn)速12000rpm最大連續(xù)電流(5000rpm)10.6A最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩(5000rpm)303mNm電機(jī)可以連續(xù)工作的轉(zhuǎn)矩最大效率85%轉(zhuǎn)矩常數(shù)31.2mNm/A轉(zhuǎn)矩與有效電流值之比重量1150g4.3.5 計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)（1） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)速皮帶輪轉(zhuǎn)速和電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速相同n1=1440r/min蝸桿轉(zhuǎn)速：（2） 蝸輪蝸桿的功率V帶輪的功率：p1=0.2920.9950.99=0.288kw 蝸桿軸的功率：p2=0.2880.810.99=0.231kw 蝸輪的功率：p=0.2300.930.990.99=0.210kw（3） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)矩軸的一般受力分析見圖4.1。圖 4.1 受力分析示意圖輸入的轉(zhuǎn)矩： 蝸桿的轉(zhuǎn)矩： 蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩：V帶輪的轉(zhuǎn)矩：將上述計算得到的動力參數(shù)列表于4.3：表 4.3 蝸輪蝸桿的動力參數(shù)參數(shù)電動機(jī)V帶輪蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)速r/min1440144036015功率P/kw0.292 0.2880.2310.210轉(zhuǎn)矩N.m7.6427.44144.847.526傳動比i單根V窄帶：i1=4 蝸輪蝸桿傳動：i2=24效率0.9950.9110.7944.3.6 對于蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動的參數(shù)選擇根據(jù)機(jī)械手冊查得：傳動效率 （4.10）其中，r 為分度圓柱導(dǎo)程角，為嚙合摩擦角， （為摩擦因子），分度圓滑動速度 單位為 （4.11）一般的計算公式見表4.4。綜合計算，得具體的蝸輪蝸桿參數(shù)如下表2.7?？紤]到傳動功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度達(dá)到8c級，采用標(biāo)準(zhǔn)GB10089-1998。一般選為右旋蝸桿。蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為4550HRC；表面粗糙度。蝸輪邊緣選擇ZCuSn10P1金屬模鑄造。蝸輪蝸桿正確嚙合的條件：主平面內(nèi)的模數(shù)和壓力角彼此相等，即蝸輪端面的模數(shù)應(yīng)等于蝸桿軸面得模數(shù)，且為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸輪端面的壓力角應(yīng)等于蝸桿軸面的壓力角，且為標(biāo)準(zhǔn)值。即： 此外，還應(yīng)該保證，即蝸桿與蝸輪的螺旋線方向一致。具體設(shè)計將會后面論述。分度圓直徑標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高蝸輪蝸桿計算公式符號名稱表4.4 蝸桿傳動的幾何尺寸計算表4.5 齒的基本參數(shù)名稱符號公式及依據(jù)蝸桿軸向齒距=3.925蝸桿螺旋線導(dǎo)程=3.925*4=15.7蝸桿法向齒形角20蝸桿軸向齒形角蝸桿直徑系數(shù)17.6蝸桿分度圓直徑=22蝸桿分度圓導(dǎo)程角14.04模數(shù)=1.25齒頂高齒根高齒全高齒頂圓直徑24.5齒根圓直徑194.3.7 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算(1) 常數(shù)計算由傳動比=24，參考機(jī)械設(shè)計手冊齒輪傳動部分，取=4，則=96，由表查得，其中時蝸輪材料的許用接觸，當(dāng)時蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力。齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：=60 n2 j =603601365245=次 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) = =0.566 彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) =0.603 則 =220 0.93 0.566=115.8 =700.603=42.21 圖4.2 蝸輪蝸桿受力分析簡圖(2) 按接觸強(qiáng)度設(shè)計 （4.12） 從K=11.4 取載荷系數(shù)K=1.2= 而=34.375，符合要求。由于蝸輪蝸桿的嚙合條件是：，所以=1.2548=60。故a=41mm。(3) 校核渦輪的齒面接觸強(qiáng)度齒面接觸強(qiáng)度計算公式為 （4.13） 材料彈性系數(shù)： （4.14）使用系數(shù)KA，取KA=0.9（運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)），動載系數(shù)KV，當(dāng)V2 e=0.47，/=0.423e=0.47=+=0.44135+1.19103.34=182.37N=+=1133+156.26=189.26N因?yàn)?年。故所選軸承適合工作壽命5年。 蝸桿軸的設(shè)計(1)蝸桿軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為4550HRC；表面粗糙度。(2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計軸的最小直徑,選用聯(lián)軸器。由上面的已經(jīng)算出，只要大于10mm，就能滿足要求，軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)償軸的可能位移，選用彈性拄銷聯(lián)軸器，取工作情況系數(shù)=1.5由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩查表GB/T5014-1985 選用HL3彈性柱銷聯(lián)軸器，標(biāo)準(zhǔn)孔徑=40mm，即軸伸直徑為40。(3)軸承采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實(shí)現(xiàn)軸承系兩端單向固定。選定滾動軸承為型號為7212C。(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計徑向尺寸的確定從軸段=40mm開始逐漸選取軸段直徑，起固定作用，定位軸肩高度可在（0.07-0.1）d范圍內(nèi)，故=+2h40（1+20.07）=45.6mm，該直徑處安裝密封氈圈，標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)取=50mm；與軸承的內(nèi)徑相配合，為便與軸承的安裝取，選定軸承型號為7212C，=60。起定位作用，由h=（0.070.1）=（0.07-0.1）60=4.26mm，取h=5mm，=60+25=70mm。（5）滾動軸承的壽命校核選定滾動軸承為型號為7212C，尺寸適合該蝸桿。蝸桿上的滾動軸承由于應(yīng)力幅比蝸桿的小，所以一般只校核蝸輪上的滾動軸承的壽命即可，也可以取減速器的檢修期為2年，到檢修期時更換。4.4 本章小結(jié)蝸輪蝸桿傳動的一種空間的齒輪傳動，它能實(shí)現(xiàn)交錯角為90度的兩軸間的動力和運(yùn)動傳遞。在這個移動機(jī)器人的設(shè)計中，它與皮帶輪合作，將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動一級一級減速，達(dá)到所要的結(jié)果，在此傳動中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉(zhuǎn)為熱能，所以本章不僅對材料的受力校核，而且對材料的受熱特性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)束語經(jīng)過了兩個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了移動機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對機(jī)械的一知半解，對零件選用的一無所知的狀態(tài)，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次校核的成功都會讓我興奮好一段時間。從中我也充分體會到了機(jī)械設(shè)計給我們生活帶來的樂趣，在自己的小小世界里自得其樂。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一個細(xì)節(jié)，都有我的勞動。當(dāng)看著自己的努力極有希望成為實(shí)物的時候，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要認(rèn)認(rèn)真真用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。致 謝本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，周老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。半年多來，導(dǎo)師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向周老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過本科四年的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!參 考 文 獻(xiàn)1 減速機(jī)信息網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)EB/OL.http:/www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.2 熊有倫. 機(jī)器人技術(shù)技術(shù)M. 武漢： 華中理工大學(xué)大學(xué)出版社，1996.3 Krisztinicz I .positioning problems of industrial robotsM.New York :Microsoft Press,1997.165286. 4 林繩宗. 全球機(jī)器人應(yīng)用概況J.高技術(shù)縱覽，2005,6:55. 5 龔振邦. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1995.6 中國自動化網(wǎng).工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢EB/OL.http:/doc.plcjs.com/doc_Lesson/2006-3/16/0631622550860232.htm,2006.7 周錫駒.國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用動態(tài) J. 自動化學(xué)報,1987，l13(3):222238.8 陳佩云,金茂菁,曲忠萍. 我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀J. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001(1):25.9 吳瑞祥. 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.10 李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.11 張建民.工業(yè)機(jī)器人M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.12 郭洪紅. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.13 謝存禧，張鐵.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 199514 李軍英，劉艷香，焦冬梅三菱PLC在氣動機(jī)械手中的應(yīng)用J.工業(yè)自動化，2007，3：55.15 機(jī)器與智能網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域分析網(wǎng)絡(luò)EB/OL.http:/www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007.