機械手腕部設計及仿真分析,指導老師：,,目 錄,選題的背景與意義,1,方案設計及步驟,2,研究成果展示,論文總結,3,4,,CONTENTS,第一部分：選題的背景與意義,隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。通過本次設計想增加機械手在工廠應用，進而提高生產(chǎn)效率。,,第二部分：方案設計,根據(jù)所給題目的要求，調(diào)查有關機械手方面的資料，并逐步開始 總體設計： 1.初步構思相應設計思路，收集各種有關機械手資料，確定設計的大體方向。 2.確定相應步進電動機的基礎參數(shù)。 3.確定機械手腕的傳動機構設計方案。 4.機械手腕中各種軸的校核。,第二部分：方案設計,（1）,（2）,（4）,（3）,如圖所示：,圖1處實現(xiàn)機械手腕的平移運動；圖2處實現(xiàn)機械手腕的旋轉(zhuǎn)運動；圖3處實現(xiàn)機械手腕的偏轉(zhuǎn)運動；圖4處實現(xiàn)機械手腕的俯仰運動。,第二部分：設計步驟,,,,,利用網(wǎng)絡和圖書館查閱相關資料,,,完成對機械手腕的大體框架設計,,完成所有標準件的設計、計算及校核,,將裝配圖畫為CAD并進行三維模擬仿真,,,論文撰寫,第三部分：研究成果展示,研究方法,Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec luctus nibh sit amet sem vulputate venenatis bibendum orci pulvinar.,研究方法,Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec luctus nibh sit amet sem vulputate venenatis bibendum orci pulvinar.,研究方法,Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec luctus nibh sit amet sem vulputate venenatis bibendum orci pulvinar.,第四部分：論文總結,本次設計的機械手腕部擁有4個自由度，能夠完成更多方位的運動，在和相應機械手臂及機械手配合的情況下，能夠在不同生產(chǎn)環(huán)境下完成更多工作。并且此機械手腕結構緊湊，加工起來節(jié)省材料。,感謝聆聽,機械手腕部設計及仿真分析,指導老師：咸成吉 講師 答辯人：雷明遠,摘 要隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，機械手和機器人是在如今社會扮演者越來越重要的角色。自從二十世紀六十年代以后，半導體及電子技術的迅猛發(fā)展，使得人們的生活開始進入電器時代，并且也隨著電子計算機的發(fā)展，使得機械設計迎來了巨大的革命，跟隨電子發(fā)展熱潮，機械手和機器人的發(fā)展也越發(fā)往自動化方向發(fā)展。這次設計是對機械手腕部進行結構設計和分析等相關研究，完成對其整體裝置以及相關部件的分析研究及設計，與此同時通過借助 CAD 軟件對其進行二維設計及繪制裝配圖及相關零件圖，以此來增加對圖形的理解以及增強軟件的應用能力。通過此次設計，希望設計的機械手腕部能夠與機械手、機械臂完成相應配合，從而能夠在生產(chǎn)制造業(yè)得到應用。關鍵詞：機械手腕部；工作裝置；電動機 AbstractWith the development of modern society, robots and robots are playing an increasingly important role in today's society. Since the 1960 s, the rapid development of semiconductor and electronic technology, makes the life of people begin to enter electric era, and also with the development of the electronic computer, the mechanical design has resulted in a huge revolution, with electronic development boom, and the development of robot manipulator is also increasingly in the direction of automation development. Is the design of robot wrist structure design and analysis of related research, complete analysis of the whole device and related components research and design, at the same time by using CAD software for 2 d design and draw the assembly drawing and related parts graph, in order to increase the understanding of graphics and enhance software application ability. Through this design, the design of the manipulator wrist can be matched with the manipulator and manipulator, so that it can be applied in the manufacturing industry. Keywords : The wrist of the manipulator; Working device; motor; 目 錄引 言 1第一章 緒 論 .21.1 機器人簡介 .21.2 機械手簡介 21.3 國內(nèi)機械手的發(fā)展動態(tài)和研究現(xiàn)狀 3第二章 總體設計 .42.1 機械手腕的總體設計及其自由度 .42.2 總體設計的內(nèi)容及設計原則 52.3 機械手腕的特點 .52.4 機械手腕的系統(tǒng)設計 .52.4.1 四個自由度的設計 .52.4.2 機械手腕傳動機構的設計 .62.5 機械手腕部設計的機構設計特點 .6第三章 機械手腕部傳動機構設計計算 .83.1 俯仰運動傳動機構的設計 83.1.1 俯仰電動機類型與結構的選取 .83.1.2 所選電機的有關參數(shù)的計算 .83.1.3 步進電機型號的確定 .83.1.4 俯仰運動傳動裝置的設計 .93.2 偏轉(zhuǎn)運動傳動機構的設計 .143.2.1 偏轉(zhuǎn)電動機類型與結構的選取 143.2.2 所選電機的有關參數(shù)的計算 143.2.3 步進電機型號的確定 153.2.4 偏轉(zhuǎn)運動傳動裝置的設計 153.2.5 偏轉(zhuǎn)運動中偏轉(zhuǎn)齒輪的設計 173.3 旋轉(zhuǎn)運動傳動機構的設計 .203.3.1 旋轉(zhuǎn)運動電動機的選擇 203.3.2 選取電機的相關參數(shù)的計算 203.3.3 旋轉(zhuǎn)運動傳動裝置的設計 213.4 平移運動傳動機構的設計 .243.4.1 平移運動電動機的選擇 243.4.2 所選電機的有關參數(shù)的計算 243.4.3 平移運動傳動裝置的設計 25第四章 機械手腕部軸及軸承設計計算 284.1 俯仰運動中軸的設計 284.2 偏轉(zhuǎn)運動中蝸桿軸的設計 294.3 偏轉(zhuǎn)運動中蝸輪軸的設計 32第五章 機械手腕部運動仿真 36總 結 40參考文獻 .41致 謝 .421引 言在現(xiàn)代社會中，機械已經(jīng)完完全全融入到了我們的生活，其已經(jīng)在物理、生物、化工、醫(yī)學等方面起到了重要的作用，不僅如此，在生產(chǎn)制造業(yè)已經(jīng)成為不可或缺的角色，因此我們的生活因為有了機械而變得越來越方便。但是如今機械也存在著或多或少的缺點，尤其在生產(chǎn)制造業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)工廠，由于產(chǎn)品數(shù)量的多，要求加工的精度及準確性高，這一切都會使得工廠勞動者的工作效率低下，使得生產(chǎn)的產(chǎn)品不能有穩(wěn)定的要求，而且產(chǎn)品生產(chǎn)車間的各種危險因素也很多，勞動者在高強度工作下，很容易受到危險，因此在生產(chǎn)制造業(yè)應該加大對機械手的使用和研發(fā)，使其能夠更加智能更加穩(wěn)定，最后基本代替勞動者的日常工作。不僅如此，隨著社會的發(fā)展，人類越來越依賴環(huán)境，環(huán)境是我們的家園，保護環(huán)境是我們應該做的，因此在發(fā)展機械手的同時，也要不忘往更加環(huán)保的方向發(fā)展，這樣才能在方便我們的同時，做到保護家園，我相信在這樣的發(fā)展下，我們的祖國會更加繁榮富強。2第一章 緒 論1.1 機器人簡介如今機器人已經(jīng)成為了我們身邊重要的角色，其功能能夠通過人為編程去完成各種各樣的指定工作，在結構和性能方面，他們自己的人和機器，特別是反映了人們的智力以及適應性能。在產(chǎn)品加工過程中，通常在許多方面仍然還是要使用到傳統(tǒng)手工的加工控制裝置。與此同時手工生產(chǎn)花費太多時間，并且勞動密集以致生產(chǎn)效率低下，而且由于生產(chǎn)設計比較復雜，需要大量的繼電器裝置，由此會引發(fā)線路的復雜性，與此同時其穩(wěn)定性和準確性也不是很高。隨著時代的發(fā)展，由于人們認識的提高，使得機械手如今得到了迅猛的發(fā)展，在很多領域扮演著越來越重要角色，操作技術人員通過提前編程好程序，使其能夠在生產(chǎn)線上按時按位置完成對工件的運輸、裝配、卸載等多種活動。因此，機械手在國內(nèi)國外得到了廣泛認可，并且更加重視機械手的技術發(fā)展。在近幾年的中國，工業(yè)生產(chǎn)業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)的帶動下得到迅速發(fā)展，使得機器人越來越靠近人們對日常生活，并在其中起著發(fā)揮了越來越重要的作用。1.2 機械手簡介目前研制的機械手大致可分為三類，即無指手、無關節(jié)手、多關節(jié)手。其中第一類為無手指結構的機械手，使用時需要附加某種特殊工具。例如平板，用后面所述的具有對向二指的機械手一般是很難握持的，因此要用真空吸盤來搬用。這種型式的機械手不僅可以用來搬運玻璃板、玻璃棒等易碎物品外，而且還可以操作電焊用的焊槍和油漆用的噴槍。第二類為具有手指結構的機械手，這種機械手應用最為廣泛。一般是二指，能夠互相作對向動作，既具有所謂的夾持手結構。由于工業(yè)機械手通常所握持的對象大都是事先知道的，因此對于這種夾持手配以適應工件形狀的指尖。此外，這種工業(yè)機械手的兩指大都能繞一點旋轉(zhuǎn)，如使兩指在保持平行的狀態(tài)下作開閉動作時，要采用縮放儀機構。這種使手指保持平行的機械手多用于對象不明的深海調(diào)查船用操作機、主從操3作機和人工智能機器人。驅(qū)動機構有油缸直接驅(qū)動連桿的型式和電動機與齒輪、齒條組合的型式，主從操作系統(tǒng)則采用繩索滑輪的驅(qū)動方式。如使機械手具有三指結構，而三指能做向心開閉，就可以在中央位置握牢圓柱形工件，這對數(shù)控車床的裝料是很有用的。這種機械手比兩指結構的要少，最近才介紹了幾種。具有四個以上的無關節(jié)手指的機械手至今還無實例。第三類機械手的實例非常少，它具有三關節(jié)三指結構，三指用電機和連桿驅(qū)動。機械手是以某項操作作為目標而用機械代替人手的一種手段。因此，要對所要求具備功能進行詳細分析，并根據(jù)分析的結果進行最佳的結構和形態(tài)設計。1.3 國內(nèi)機械手的發(fā)展動態(tài)和研究現(xiàn)狀自從二十世紀 60 年代以后，國內(nèi)掀起了一場經(jīng)濟改革和技術進步的熱潮，機械手在我國的發(fā)展才步入正軌，并且迅速在我國取得快速發(fā)展，大量應用于各種家用電器、汽車制造業(yè)、船務制造業(yè)、軍事領域的裝配生產(chǎn)線上，并且在我國半導體制造業(yè)也取得了極好的成績。但就目前的情況來開，機械手在我國機床制造加工、鑄造、鍛造、熱處理等多個方面上并無法完全滿足我國工業(yè)發(fā)展的需要。加大機械手智能化這樣才能使得我國機械生產(chǎn)加工業(yè)的工作效率大大提高，產(chǎn)品質(zhì)量也能夠達到穩(wěn)定準確的效果。與此同時，我們在加大對專用機械手的開發(fā)研制的過程中，也需要加大對通用型機械手的研發(fā)和投入生產(chǎn)制造業(yè)中，通過對通用機械手在工廠制造業(yè)的大量應用，這樣才能得到穩(wěn)定發(fā)展。 4第二章 總體設計2.1 機械手腕的總體設計及其自由度此次畢業(yè)設計的機械手腕部機構的設計源頭是出于通用機械手腕部結構，通過對機械手腕部的設計來加深對所學機械原理、機械設計、理論力學及材料力學的知識鞏固。通過的各種國內(nèi)外資料的參考初步確定本次機械手腕部設計如下圖： 圖 1 機械手腕部運動介紹如上圖所示，此機械手腕為 4 個自由度，在滿足 4 個自由度的同時也應該使其擁有以下這些要求：（1）機械手腕部要機械手臂完成相應配合，所以本次設計的機械手腕應盡可能的緊湊，與此同時還需要減少整體的重量和體積。并且在機械手臂后端應安裝相應驅(qū)動器，使其完成分離傳動。（2）手腕自由度越多，其運動范圍會越大，從而使得手腕靈活性增高，但與此同時手腕部結構會復雜。根據(jù)設計要求選定本次設計機械手腕部自由度為 4 個。（3）由于結構動作的準確性與傳動剛度，反轉(zhuǎn)回差有關，因此還需使其減小，5從而提高整體結構的準確性。（4）為了防止機械手腕部設計中手腕部某些關節(jié)由于超額工作而造成的事故，應設計相應構件開關，從而提高整個機械手腕部設計的安全性。2.2 總體設計的內(nèi)容及設計原則根據(jù)所給題目的要求，調(diào)查有關機械手方面的資料，并逐步開始總體設計：1.初步構思相應設計思路，收集各種有關機械手資料，確定設計的大體方向。2.確定相應步進電動機的基礎參數(shù)。3.確定機械手腕的傳動機構設計方案。4.機械手腕中各種軸的校核。2.3 機械手腕的特點本次設計的機械手腕部擁有 4 個自由度，分別為繞 x 軸的轉(zhuǎn)動、x 軸的移動、繞 y 軸轉(zhuǎn)動以及繞 z 軸轉(zhuǎn)動，因此當其與機械手以及機械手臂配合時，能夠完成更多方向的工作要求，擁有更好的適應性。2.4 機械手腕的系統(tǒng)設計2.4.1 四個自由度的設計6圖 2 機械手腕部自由度介紹如上圖 2 所示，此機械手腕部設計中第一個自由度為上圖（1）中所表示的滑塊沿絲杠的平行移動；上圖 2 中（2）為第二個自由度，提供旋轉(zhuǎn)運動；上圖 2 中（3）為第三個自由度，提供偏轉(zhuǎn)運動；上圖 2 中（4）為第四個自由度，提供俯仰運動。2.4.2 機械手腕傳動機構的設計通過對國內(nèi)外有關機械手腕部設計期刊和資料的查詢，初步擬定了下圖 3 這樣的機械手腕部設計方案。（4）（3）（2）（1）7圖 3 運動過程如上圖所示，電機 5 將動力輸給齒輪副，然后齒輪帶動絲杠，從而完成第一個自由度；電機 7 將動力輸給齒輪副，然后將動力傳給包含齒輪 6 的整個機構中，從而完成第二個自由度；電機 12 將動力輸給蝸輪蝸桿機構，然后所獲動力通過齒輪副使機構完成第三個自由度；電機 14 將動力輸給齒輪副，然后動力傳給軸，從而完成第四個自由度。2.5 機械手腕部設計的機構設計特點在本次機械手腕部設計中，因為設計的此機械手腕主要應用于生產(chǎn)制造業(yè)中的產(chǎn)品后期質(zhì)量檢查階段，由于質(zhì)檢階段處于生產(chǎn)制造業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)線的尾端，因此其工作量比較大，為了方便技術工人維修和質(zhì)量檢查，因此將此次設計的機械手腕部整體分為 4 個主要部分；由于機械手腕在生產(chǎn)制造產(chǎn)品時的工作空間不是很大，因此本次機械手腕部設計中將應用小型步進式電機，并且為步進電機前端設計相應鑲嵌式的電機減速箱，該減速箱應設計的與步進電機是一個整體，并且其整體結構要合理，可靠性和穩(wěn)定8性都要達到相應的標準；由于本次設計的機械手腕部在其工作時，當生產(chǎn)的產(chǎn)品進入生產(chǎn)線尾端，此時機械手要將其安裝或者卸載下時都要與相應的質(zhì)量檢測器相配合，由上圖 3 所示的17 就為相應的不同形號的程序編碼器；圖 4 運動構件介紹又如上圖所表示的，第 3 部分為蝸輪蝸桿傳動，此次機械手腕部設計中設計蝸輪蝸桿的目的是為了使其在相對較有限的環(huán)境下能夠提供較為足夠的動力；第 1 個部分的運動為滑塊沿絲杠的平行移動，其對機械手腕與機械手配合后的運動起了重要作用。1 2 3 49第三章 機械手腕部傳動機構設計計算設計要求：（1）機械手腕及產(chǎn)品總重量為 10KG（2）手腕俯仰運動轉(zhuǎn)速為 30r/min（3）齒輪減速比為 1:6（4）手腕偏移運動總重量 5KG（5）手腕偏轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)速 20r/min（6）蝸輪蝸桿減速比為 1:203.1 俯仰運動傳動機構的設計3.1.1 俯仰電動機類型與結構的選取根據(jù)本次機械手腕部設計的動力來源以及其工作條件的等一系列因素，得出電動機的類型為步進式電機。3.1.2 所選電機的有關參數(shù)的計算所設計的機械手腕部工作機所需要的有效功率表達式為：????=????v??/(1000????)式中 —— 工作機所需功率（kW）????—— 工作及所受阻力（N）????—— 工作機的線速度（m/s ）v??因此求得 ????=10000×0.5/(1000×0.96）=5.13kw查書得 傳動 效率 ??=0.95求電動機功率的表達式為：10????=????/??因此求得 ????=5.13/0.95=5.26????由資料查到步進式電機的常用轉(zhuǎn)速為 n=8000r/min3.1.3 步進電機型號的確定根據(jù)下圖表來選取電機：圖 5 電機選擇由以上求得的電機功率及其轉(zhuǎn)速選取上圖所示電機。3.1.4 俯仰運動傳動裝置的設計1. 選取齒輪的類型、精度等級以及材料和齒數(shù)（1）取壓力角 α=20°。（2）小齒輪選 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為 241~286HBS；大齒輪選 45 鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度選取 220HBS。 [4]（3）由機械設計的表 10-6 可得，選取 7 級精度,其齒面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm。（4）選取小齒輪的齒數(shù) z1=20，選取閉式齒輪傳動的傳動比 i=6，由此可得大齒輪的齒數(shù) z2=120。112. 按齒面接觸疲勞強度進行設計（1）由《機械設計》中式（10-11）計算小齒輪的分度圓的直徑，即為??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[????] )21)各參數(shù)值如下：載荷系數(shù) ??????=1.3試計算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩：Ⅰ軸轉(zhuǎn)速： ??1=8000??/??????48 =166.67??/??????Ⅱ軸轉(zhuǎn)速： ??2=??1??=166.67??/??????6 =27.78??/??????輸入軸Ⅰ功率: ??1=??0×????=5.26×0.99=5.05????傳動軸Ⅱ功率: ??2=??1×??2=5.05×0.96×0.95=4.61????小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩為: ??1=9.55×106×??1??0=2.89×105??·????由《機械設計》中的表 10-7 選取的齒寬系數(shù) ????=0.8由《機械設計》中的圖 10-20 可查的區(qū)域系數(shù) ????=2.5取彈性影響系數(shù) ????=189.8??????????1=cos?1[??1cos??/(??1+2????)]=cos?1[20cos20020+2×1]=31.3220????2=cos?1[??2cos??/(??2+2????)]=cos?1[120cos200120+2×1]=22.440012????=[??1(tan??1?tan??)+??2(tan??2?tan??)]2?? =[20(tan31.3220?tan200)+120(tan22.4400?tan200)]2??=1.714????= 4?????3 =0.873由書中得取 、??????????1=600????????????????2=500????????1=60??1?????=60×166.67×1×（ 2×300×16） =9.6×107??2=??1?? =1.6×107取 ??????1=0.97 ,??????2=0.99由式子 得[????]=????????????????1??[????]1=??????1??????????1?? =0.97×6001 =582??????[????]2=??????2??????????2?? =0.99×5001 =495??????取 兩者中比較小的取為齒輪副的接觸疲勞許用應力，即為[????]1和 [????]2[????]1=[????]2=495??????2)計算小齒輪分度圓直徑：??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[??])2=40.895mm=32×1.3×2.89×1050.8 ?6+16?(2.5×189.8×0.873495 )213（2）對小齒輪分度圓直徑進行調(diào)改1）計算圓周速度 v??= ????1????160×1000=??×40.895×166.6760×1000 =0.36??/??齒寬 b??=?????1??=0.8×40.895????=32.216????2) 計算齒輪實際載荷系數(shù) ????表 1 實際載荷系數(shù)表項目 依據(jù)《機械設計》 查尋結果使用系數(shù) ???? 查表 10-2 ????=1動載荷系數(shù) ???? 根據(jù) ，查圖 10-8??=0.36 ????=1.02齒間載荷分配系數(shù) ???? 表 10-3 ????=1齒向載荷分布系數(shù) ???? 表 10-4 ????=1.417由此求得齒輪圓周力為：????1=2??1??1??=2×2.89×105÷40.895??=1.413×104??????????1?? =1×1.413×104÷32.216=383.9??/mm≥100??/????由此 為：????????=????????????????????=1.45由式子 得：??1=??1??3??????????14??1=??1??3??????????=40.89531.451.3=42.411????所以 ??=??1??1=42.41120=2.12????3. 按齒根彎曲疲勞強度進行設計（1）模數(shù)式子為：????≥3（ 2????????1??????????12????????????[????] ）1）各參數(shù)值如下：試選取 ??????=1.3由式 得：????=0.25+0.75????????=0.25+0.75????=0.25+0.751.714=0.687計算????????????[????]表 2 公式系數(shù)表項目 依據(jù)《機械設計》 查尋結果查圖 10-17 ??????1=2.65齒形系數(shù) 、??????1??????2查圖 10-17 ??????2=2.16查圖 10-18 ??????1=1.58應力修正系數(shù) ，??????1??????2查圖 10-18 ??????2=1.83小齒輪齒根彎曲疲勞極限 圖 10-24c ??????????1=290??????大齒輪齒根彎曲疲勞極限 圖 10-24c .??????????2=210??????15彎曲疲勞壽命系數(shù) 圖 10-22??????1=0.97 ??????2=0.99。取 S=1.4,因此由 得：[????]=??????????????????[????]1=??????1??????????1?? =0.97×2901.4 ??????=200.93??????[????]2=??????2??????????2?? =0.99×2101.4 ??????=148.5????????????1??????1[????]1 =2.65×1.58200.93=0.0208??????2??????2[????]2 =2.16×1.83148.5=0.0266可以看出大齒輪的 比小齒輪的大 [4]，因此?。????????????[????]??????2??????2[????]2 =2.16×1.83148.5=0.02662）計算模數(shù)????≥3（ 2????????1??????????12????????????[????] ）=3（ 2×1.3×2.89×105×0.6870.8×202 ×0.0266） =1.817????（2）對齒輪模數(shù)進行調(diào)整1）求實際載荷系數(shù)圓周速度 v16??1=??????1=1.817×20=36.04??????= ????1??160×1000=??×36.04×166.6760×1000=0.32??/??齒寬 b??=?????1??=0.8×36.04????=28.832????寬比高????=(2????+???)????=(2×1+0.25)×1.817=4.088???????=28.8324.088=7.05282）對實際載荷系數(shù) 進行計算????表 3 公式系數(shù)表項目 依據(jù)《機械設計》 查尋結果動載荷系數(shù) ???? 根據(jù) ，查圖 10-8??=0.32 ????=1.09齒間載荷分配系數(shù) ???? 表 10-3 ??????=1.0齒向載荷分布系數(shù) ???? 表 10-4 ??????=1.38因此得：????=????????????????????=1.5042由式 ，可得??=????3?????????? ??=????3??????????=1.817×31.50421.3=1.907????因此取 m=2mm，且 ，所以??1=43.533??????1=??1??=43.5332 =21.78因此求得大齒輪齒數(shù)為 ??2=????1=6×21.78=130.68故取 、??1=22??2=131174. 各幾何尺寸的計算（1）分度圓直徑??1=??1??=22×2=44??????2=??2??=131×2=262????（2）中心距??=??1+??22 =44+2622 ????=153????（3）齒輪齒寬??=?????1=0.8×44????=35.2????由書中查得齒寬應加寬 5 至 10mm，所以取 ，b1=40mm b=b2=35mm主要設計結論:表 4 齒輪系數(shù)表齒輪齒數(shù)Z模數(shù)M分度圓d齒頂圓da齒根圓df齒頂高ha齒根高hf齒寬BZ1 22 2 44 46 39 2 3 40Z2 131 2 262 266 256 2 3 353.2 偏轉(zhuǎn)運動傳動機構的設計3.2.1 偏轉(zhuǎn)電動機類型與結構的選取根據(jù)本次機械手腕部設計的動力來源以及其工作條件的等一系列因素，得出電動機的類型為步進式電機。183.2.2 所選電機的有關參數(shù)的計算所設計的機械手腕部工作機所需要的有效功率表達式為：????=????v??/(1000????)式中 —— 工作機所需功率（kW）????—— 工作及所受阻力（N）????—— 工作機的線速度（m/s）v??因此求得 ????=8000×0.5/（1000×0.96）=4.31kw取傳動效率： ??=0.85求電動機功率的表達式為：????=????/??因此求得 ????=4.31/0.85=4.71????由資料查到步進式電機的常用轉(zhuǎn)速為 n=8000r/min并且在電機前配置一個 1:24 的減速箱蝸桿軸轉(zhuǎn)速： ??3=8000??/??????24 =333.33??/??????蝸輪軸轉(zhuǎn)速： ??4=??3i=16.67??/??????蝸桿軸功率: ??3=??d×????=4.71×0.99=4.66????蝸輪軸功率: ??4=??3×??1=4.66×0.85=3.96????蝸輪軸的輸入轉(zhuǎn)矩為： ??2=9.55×106×??4??4=1.169×105??·????3.2.3 步進電機型號的確定19選取電機去下：3.2.4 偏轉(zhuǎn)運動傳動裝置的設計1. 選取齒輪的類型、精 度等級以及材料和齒數(shù)（1）選取漸開線蝸桿，選取 45 鋼為其材料，其整體調(diào)質(zhì)并且表面淬火，齒面硬度選取 45~55HRC；蝸輪選取鑄錫磷青銅 ZCuSn10Pb1，使用金屬模鑄造。 [4]（2）選取蝸桿的齒數(shù) z1=2，閉式蝸輪蝸桿的傳動比 i=20，由此可得大齒輪的齒數(shù) z2=40。2. 按齒面接觸疲勞強度進行設計由書中式子得：??2??1≥????2( 480??2[????])2（1）計算蝸輪上的轉(zhuǎn)矩??2=9.55×106×??4??4=1.169×105??·????（2）計算載荷系數(shù) K取 ， ； ，則： ????=1 ????=1.15 ????=1.05??=????×????×????=1.21圖 6 電機選擇20（3）確定彈性影響系數(shù) ????查書得 ????=160??????（4）計算許用接觸應力 [??]??應力循環(huán)次數(shù) ????=60×??×??×???=60×1×16.67×2×300×16=9.6×106壽命系數(shù) KNH=8107NL=81079.6×106=1.005則 [??]??=??????×[??] '????=1.005×268=269??????（5）確定 的值m2d1??2??1≥????2( 480??2[????])2=1.21×2.269×105×( 48040×269)2=164.3mm3由于 z1=2，因此取 m=2.5，所以由此可求 ??1=283. 計算蝸輪蝸桿的幾何尺寸（1）計算中心距??=12×(??1+??2)=0.5×(28+100)=64????（2）蝸桿軸向齒距 ????=????=3.14×2.5=7.85????直徑系數(shù) q=??1??=282.5=11.2齒頂圓直徑 ??a1=??1+2??????=28+2×1×2.5=33????齒根圓直徑 ??f1=??1?2(??????+??)=28?2×（ 1×2.5+0.2×2.5） =22????分度圓導程角 tanγ=m×z1/d1=0.178，由此得 γ=10°12`蝸桿軸向齒厚 ????=12 ????=12×3.14×2.5=3.925????21（3）蝸輪蝸輪分度圓直徑 ??2=????2=2.5×40=100????蝸輪喉圓直徑 ??a2=??2+2???2=??2+2??????=100+2×2.5=105????蝸輪齒根圓直徑 ??f2=??2?2??(????+??)=100?2×2.5×1.2=94????蝸輪咽喉母圓半徑 ????2=???12??a2=64?12×105=11.5????4. 驗算效率 ????=(0.95~0.96)× ????????tan(??+????)由上可知 10°12`； ，由《機械設計》 書中表 11-18 查得??= ????=tan?1????????=0.0204由此可求得 ，原設計合理。η ' =0.8015. 主要結論設計蝸輪蝸桿機構 ， , ， 。蝸桿所采用材料m=8mm ??2=40 ??1=28???? ??1=2為 45 鋼，蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10Pb1。3.2.5 偏轉(zhuǎn)運動中偏轉(zhuǎn)齒輪的設計1. 選取齒輪的類型、精度等級以及材料和齒數(shù)（1）取壓力角 α=20°。（2）小齒輪選 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為 241~286HBS；大齒輪選 45 鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度選取 220HBS。 [4]（3）由機械設計的表 10-6 可得，選取 7 級精度,其齒面粗糙度Ra≤1.6~3.2μm。（4）選取小齒輪的齒數(shù) z1=23，選取閉式齒輪傳動的傳動比 i=3，由此可得大齒輪的齒數(shù) z2=69。222. 按齒面接觸疲勞強度進行設計（1）由《機械設計》中式（10-11）計算小齒輪的分度圓的直徑，即為??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[????] )21)各參數(shù)值如下：載荷系數(shù) ??????=1.3試計算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩：蝸桿軸轉(zhuǎn)速： ??3=8000??/??????24 =333.33??/??????蝸輪軸轉(zhuǎn)速： ??4=??3i=16.67??/??????偏轉(zhuǎn)小齒輪轉(zhuǎn)速：其與蝸輪軸轉(zhuǎn)速相等，即 ??5=??4蝸桿軸功率: ??3=??d×????=4.71×0.99=4.66????蝸輪軸功率: ??4=??3×??1=4.66×0.85=3.96????偏轉(zhuǎn)小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩為: ??1=9.55×106×??4??5=1.169×105??·????由《機械設計》中的表 10-7 選取的齒寬系數(shù) ????=0.4由《機械設計》中的圖 10-20 可查的區(qū)域系數(shù) ????=2.5由《機械設計》中的表 10-5 可查的齒輪所選材料的彈性影響系數(shù)????=189.8??????????1=cos?1[??1cos??/(??1+2????)]=cos?1[23cos20023+2×1]=30.174023????2=cos?1[??2cos??/(??2+2????)]=cos?1[69cos20069+2×1]=24.0490????=[??1(tan??1?tan??)+??2(tan??2?tan??)]2?? =[23(tan30.1740?tan200)+69(tan24.0490?tan200)]2??=1.7004????= 4?????3 =0.875取 、 ??????????1=600????????????????2=550????????1=60??1?????=60×16.67×1×（ 2×300×16） =9.6×106??2=??1?? =3.2×106取 ??????1=0.99 ,??????2=0.97由式子 得：[????]=????????????????1??[????]1=??????1??????????1?? =0.99×6001 =593??????[????]2=??????2??????????2?? =0.97×5501 =533.5??????取 兩者中比較小的取為齒輪副的接觸疲勞許用應力 [4]，即為[????]1和 [????]2[????]1=[????]2=533.5??????2)計算小齒輪分度圓直徑：??1??≥32????????1??? ???+1?? ?(????????????[??])224=56.25mm=32×1.3×2.269×1050.4 ?3+13?(2.5×189.8×0.875533.5)23. 按齒根彎曲疲勞強度進行設計（1）模數(shù)式子為：????≥3（ 2????????1??????????12????????????[????] ）1）各參數(shù)值如下：試選取 ??????=1.3由式 得：????=0.25+0.75????????=0.25+0.75????=0.25+0.751.7004=0.691計算????????????[????]表 5 公式系數(shù)表項目 依據(jù)《機械設計》 查尋結果查圖 10-17 ??????1=2.65齒形系數(shù) 、??????1??????2查圖 10-17 ??????2=1.95查圖 10-18 ??????1=1.58應力修正系數(shù) ，??????1??????2查圖 10-18 ??????2=1.76小齒輪齒根彎曲疲勞極限 圖 10-24c ??????????1=290??????大齒輪齒根彎曲疲勞極限 圖 10-24c .??????????2=210??????彎曲疲勞壽命系數(shù) 圖 10-22??????1=0.97 ??????2=0.99。機械手腕部設計及仿真分析,指導老師：,,目 錄,選題的背景與意義,1,方案設計及步驟,2,研究成果展示,論文總結,3,4,,CONTENTS,第一部分：選題的背景與意義,隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。通過本次設計想增加機械手在工廠應用，進而提高生產(chǎn)效率。,,第二部分：方案設計,根據(jù)所給題目的要求，調(diào)查有關機械手方面的資料，并逐步開始 總體設計： 1.初步構思相應設計思路，收集各種有關機械手資料，確定設計的大體方向。 2.確定相應步進電動機的基礎參數(shù)。 3.確定機械手腕的傳動機構設計方案。 4.機械手腕中各種軸的校核。,第二部分：方案設計,（1）,（2）,（4）,（3）,如圖所示：,圖1處實現(xiàn)機械手腕的平移運動；圖2處實現(xiàn)機械手腕的旋轉(zhuǎn)運動；圖3處實現(xiàn)機械手腕的偏轉(zhuǎn)運動；圖4處實現(xiàn)機械手腕的俯仰運動。,第二部分：設計步驟,,,,,利用網(wǎng)絡和圖書館查閱相關資料,,,完成對機械手腕的大體框架設計,,完成所有標準件的設計、計算及校核,,將裝配圖畫為CAD并進行三維模擬仿真,,,論文撰寫,第三部分：研究成果展示,研究方法,Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec luctus nibh sit amet sem vulputate venenatis bibendum orci pulvinar.,研究方法,Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec luctus nibh sit amet sem vulputate venenatis bibendum orci pulvinar.,研究方法,Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec luctus nibh sit amet sem vulputate venenatis bibendum orci pulvinar.,第四部分：論文總結,本次設計的機械手腕部擁有4個自由度，能夠完成更多方位的運動，在和相應機械手臂及機械手配合的情況下，能夠在不同生產(chǎn)環(huán)境下完成更多工作。并且此機械手腕結構緊湊，加工起來節(jié)省材料。,感謝聆聽,機械手腕部設計及仿真分析,指導老師：咸成吉 講師 答辯人：雷明遠,