1T伸臂式焊接变位机的设计

题 目： 1T伸臂式焊接变位机的设计 摘要本次的臂式焊接变位机结构设计，在设计焊接上机械臂自由度的一个臂式焊接变位机结构，在工业上实现焊接上机械臂型的灵活运转变位的机械臂，它基本的结构形式是通过焊接上机械臂转动来实现的，能够到达一定的空间上的一个任意的位置，实现对工业上的物件进行准确的焊接上的转移功能。通过本次设计的要求和查阅相关的设计资料，结合现有的市场上的机械臂等各方面的设计因素，确定了本次设计的机械臂一个合理的总体设计的方案，在提出的方案上通过相关的技术分析和参数的计算等，在查阅先关的文献后，确定本次设计的臂式焊接变位机结构设计的手臂、指尖夹紧焊料的结构形式等参数的标准化设计。在此次提出的设计方案的基础上，通过对实际使用的臂式焊接变位机进行采样、结构分析、参数化的计算、对设计的结构中重要部件进行校验，最后确定了各设计的部件在结构上的尺寸等。设计中通过软件进行机构的方案设计，根据本次设计的相关的尺寸的大小，用软件绘制出臂式焊接变位机结构设计的草图，并且通过导出后绘制出CAD相应的设计结构工程图。并能够实现对焊料的迅速准确转移等目的，最终实现焊接上的动作。关键词：焊接上机械臂转动、机械臂、机器臂Abstract The structural design of this arm welding positioner is to design a arm welding positioner structure with the degree of freedom of the welding manipulator, and to realize the flexible operation of the welding manipulator in industry. Its basic structural form is realized by the rotation of the welding manipulator, which can reach an arbitrary position in a certain space and realize the industrial objects Accurate transfer function of parts on welding. According to the requirements of this design and the relevant design materials, combined with the design factors of the manipulator in the existing market, a reasonable overall design scheme of the manipulator in this design is determined. In the proposed scheme, through the relevant technical analysis and parameter calculation, after consulting the relevant documents, the structure of the arm welding positioner in this design is determined The standardized design of parameters such as the structure of arm and finger tip clamping solder is designed. On the basis of the proposed design, through the actual use of the arm welding positioner for sampling, structural analysis, parametric calculation, the design of important components in the structure of the verification, and finally determine the size of each design component in the structure.In the design, the scheme of the mechanism is designed by software. According to the size of the relevant dimensions of this design, the sketch of the structural design of the arm welding positioner is drawn by software, and the corresponding design structural engineering drawing of CAD is drawn after export. And can achieve the purpose of rapid and accurate transfer of solder, and finally achieve the action of welding.Key words: welding upper manipulator rotation, manipulator, manipulator arm目 录1 引言11.1机械臂的发展 11.2臂式焊接变位机研究概况11.2.1国外研究现状21.2.2国内研究现状21.3自动臂式焊接变位机的总体结构32 自动臂式焊接变位机总体结构设计52.1自动臂式焊接变位机工程概述32.2自动臂式焊接变位机方案论述32.3机械臂机械传动原理42.4 机械臂总体方案设计63 臂式焊接变位机大臂部设计 7 3.1 大臂部结构设计的基本要求93.2 大臂部结构设计103.3 大臂电机及减速器选型103.4 减速器参数的计算123.5 承载能力的计算183.5.1 内齿圈齿面的接触强度的计算183.5.2 内齿圈疲劳强度的计算194 臂式焊接变位机设计计算26 4.1 减速机选择264.2 齿轮设计与计算334.2.1 高速级齿轮设计与计算334.2.2 低速级齿轮设计与计算404.3 轴承的校核464.3.1 输入轴上轴承寿命计算464.4 键的选择和校核484.4.1 键的选择484.4.2 键的校核48总结49参考文献50V第一章 引言1.1机械臂的发展焊接上机械臂焊接上机器人在现代科学技术上实现飞速的发展，在研究和广泛应用上的发展。以下主要是设计机械臂的原因和目的：代替了人类劳动，解放了人的双手，提高了生产率，而且它们是开发的一种系统，以便它可以在许结构性和非结构性相配合，更重要的是，使用这些功能，像人性化的服务，需要内在的人性化、系统化。对于工业焊接上焊接上机械臂的机器收，世界上没有统一的分类，定义是不一样的。对于近期标准化的联合国国际组织已经通过美国协会的定义为焊接上机械臂机械臂的机械人：焊接上机械臂机器寿，是时实现变位为主料的，转移为工作的目的，为了实现各种工作完成，通过改变动作程序，还需要再编程的功能操作装置。有非常高的定位精度，它是自动的，可以执行各种操作，它可以是一个外部信号执行单元。能够提高产品的质量和劳动生产率，在生产过程，焊接上机械臂机器人是自动化的，在通过改进，改善工作条件下，它是降低了劳动强度的有效手段。机器人诞生和发展，虽然只有30年的历史，但是在一个国家经济领域中，机器人已经应用于民用工程中，显示了强大的生命力，未来的发展不可估量，需要我们进一步努力，开创美好的未来。1.2臂式焊接变位机研究概况1.2.1国外研究现状从1930年到1950年，苏联也伯恩斯坦也深入研究，从人类和动物动力机制的角度看，并提出的理论非常形象化的描述人类和动物的运动机制。真正研究机构运动的大是全面研究，系统于1960年推出至今，比较完整的理论体系的形成，并在一些国家，如日本，美国和苏联已成功开发，可以是静态或动态的臂枢轴原型得到发展。在20世纪60年代和70年代，武装变位运动控制理论产生三种类型的控制方法这是非常重要的，这限制了国家控制，控制参考模型和控制算法。这三种类型的控制方法和他们之间的存在内在关系。如果地形是非常粗糙的，所以运动臂变位，下一步应放在哪里脚不能基于对步骤序列来加以考虑，但应通过步骤以便攀登者去通过一些优化标准来确定哪个是所谓的自由速度。稳定性研究手臂动作的变位，美国Hemami，该提议的稳定性和系统的控制的简化模型作为振荡器，反转（倒立摆），它可以被解释为在换能器存在的问题中为了向前运动。此外，为了减少考虑，Hemami在研究手臂运动的变位“减少型”问题上进行了复杂性研究。此前我们指出了系统的Vukobratovic还能进行能量分析，但它的力量是有限的，变位随时间的整个系统的变化，并没有太涉及这个问题。随着社会的发展，需求的增加，和实际问题的待解决，国外相继研究出各种机器人，并且已经很好地应用于各个领域，得到了很好地发展。1.2.2国内研究现状国内目前机器手的发展起步较晚，我国自1980年以来，在体育领域的臂机器人的共同研究和应用下。 1986年，国家启动了“规划纲要”的研究动变位臂，中国的高科技“863”研究项目中的水平运动臂产生于1987年。目前也在积极研发，中国移动手臂的研究和开发主要与高校和科研院所合作。这就给机器人研究、开发、生产者带来巨大商机，目前中科院常州中心常州机械电子工程研究所致力于机器人及智能装备技术的开发。我国要大力发展制造业，必须科技创新，与时俱进，开创美好的未来，未来机器手的发展是不可估量的，具有非常好的广阔前景。1.3自动臂式焊接变位机的总体结构自动臂式焊接变位机的设计中，主要设计的部分由机械系统，探测系统和实现智能控制的系统组成。1.执行系统：共用部分的执行系统部门，机械零件最全面的定义，以必要的各种运动，包括手，手腕，来获得身体。A.末端执行用于执行，并且配置的零件直接用于执行动作。B.手腕，手和臂的连接，具有安排作为任务或工作的端部的方向的改变。 C.臂和连接的手匹配，手腕支撑身体时，执行负荷管理块，手的空间位置，臂操作空间的变化可以满足个变位，基座里电动机可以提供动力传输。D：铰接臂，支撑辊，由臂部件支承，并具有使臂转动，起重或倾斜运动的特性。2.驱动系统：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动，用作机械传动，控制系统：驱动控制系统，根据该系统的工作，可以把故障报警或错误的信号通过显示器显示出来，并能及时作出反应控制机器正常运行。检测系统：经由各种传感装置，控制运动检测装置，反馈给系统，保证运动无误，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平，也可以提高我们工业化水平，并且符合我们国家“工业10.0”的政策。1 自动臂式焊接变位机总体结构设计2.1自动臂式焊接变位机工程概述自动臂式焊接变位机是一个技术集成的学科，涉及计算机技术和自动化技术等领域，在机制，机械，气动，液压技术，检测技术等领域有了发展。手臂变位运动的设计，例如系统工程，应作为一个综合的方法来设计系统，共同致力于系统的研发和创新。一个复杂的自动焊接上的机械臂结构的设计，可结合设计中的情况分个子结构进行系统的设计，系统必须具有以下设计的特征：1.最终实现完整的机械臂系统结构，由几个子系统进行组合后不影响使用，具有不同的整体性能的分析和设计的特定功能。2.子系统之间要有机联系，不可独立。3.每个设计的目标系统，必须具在设计上有明确的结构目标，以及实现系统的功能的作用。所以，在设计机器人时，不仅要注重变位机器人系统的整个部件设计，还要考虑到单个部件的设计，要把他们紧密联系起来。2.2自动臂式焊接变位机方案论述（一）确定负载目前，国内工业用运动变位臂，负载能力最小额定负载5N或更小范围，最的为9000N。下臂应该包括端部执行器，根据相关参数和计算得出，这是一个小负荷的机械臂。（二）驱动系统由于伺服电机具有良好的控制性能，具有灵活性好，体积小，效率高，适用于运动控制没有影响的精确控制小臂运动的机器人，因此，我采用了伺服电机。（三）传动系统臂传递机构的机械运动通常使用齿轮，蜗杆，滚珠丝杠，皮带，链条传动，行星齿轮，齿轮和谐波传动等作为传动载体。（四）工作范围操作过程中的工业手臂动作的工作范围是与工作空间的大小相关，其每个臂的自由操纵器公共轴线的长度和所传动轴的相适应。（五）运动速度可以进一步确定每个动作的速度，单位为米/秒（m/ s）的，每个运动时间分配考虑到许因素，如每个操作序列之间的周期的总时间长度。2.3机械臂机械传动原理基本作用是支持构件，所述支承构件旋转臂，能够承受的工作负载，所述臂必须具有足够的强度，刚度和负荷能力。此外，该臂也需要一个足够大的安装基础，以确保在工作场所变位机器人的稳定运行。变位机器人臂，通常会导致驱动臂运动（例如，液压，气动或一个马达）和一个驱动源。手臂分为大臂和小臂。所描述的为下列方式的组件和功能，基本单位：基座构件包括底座，齿轮传动件，轴承，步进马达。基本作用是支持构件，所述支承构件旋转臂，能够承受的工作负载，所述臂必须具有足够的强度，刚度和负荷能力。此外，该臂也需要一个足够大的安装基础，以确保在工作场所变位机器人的稳定运行。变位机器人臂，通常会导致驱动臂运动（例如，液压，气动或一个马达）和一个驱动源。手臂分为大臂和小臂。组成如下：动臂、齿轮件，驱动电机。在臂构件中：臂，驱动轴，皮带等，固定到步进电动机的一端。腕部分：包含壳体，传动齿轮和轴，和所需机械接口。2.4 机械臂总体方案设计它是机器人形结构，并调整圆柱形结构，球面坐标的结构，该接头结构和它们的相应特征中的每一个一致，如下所述。1.直角坐标结构 运动空间直角坐标机器人，它是落实到闭环位置控制的线性运动，由如图2-1所示，直角坐标机器人可以达到非常高的位置，实现各有三个其他存在的垂直的直线运动精度。然而，直角坐标机器人相对于其他机器人的结构，还算比较小的。因此，为了实现恒定的空间运动，必须调整好其内部架结构。直角坐标机器人的工作区是矩形空间。直角坐标机器人主要用于组装和变位，直角坐标机器人它具有悬臂门，起重机等类型的结构。2.圆柱坐标结构如在图2-1（b）中，如图所示，调整直线运动并实现旋转运动。这种机器人的结构相对简单，并且能够在一般精度操作中使用。它的工作空间是圆柱形的空间。3.球坐标结构如图2-1（c）中，该空间的运动是球形坐标机器人的运动，实现两个旋转运动的。这个简单的机器人结构，成本低，精度不高。但他们的工作空间是球形的空间。4. 变位型结构如图2-1（d）所示，为了实现一个空间移动变位机器人包括三个旋转运动。变位机器人的运动是灵活，结构紧凑，占地面积小的运动方式。这种机械臂是广泛焊接，涂装，变位，组装，它是在工业中使用。变位型机械臂结构，有水平变位型和垂直变位型两种。(a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 焊接上机械臂型，图2-2 四种机械臂坐标形式，根据任务书和具体要求，我选择了焊接上机械臂型（d）。机器人的工作范围是很大的，并且运动灵活，通用性好，结构更紧凑，其特征如下：用途：物料变位自由度数目：6（腰部回转、大臂转动、小臂转动、小臂回转、腕部摆动、腕部 回转）坐标形式：垂直焊接上机械臂坐标型额定负荷质量（不含末端执行器）：10kg(15kg)最大工作半径4705mm（1500）手臂最大中心高1520mm（1000）本体自重小于160kg（200）表2-1各焊接上机械臂回转范围和最大工作转速最大工作范围（ ）工作转速r/minrad/s/s腰部回转焊接上机械臂150（300）101.0560大臂转动焊接上机械臂110（150）101.0560小臂转动焊接上机械臂+170，-150（180）101.0560小臂回转焊接上机械臂180（360）202.1120腕部摆动焊接上机械臂130（120）202.1120腕部回转焊接上机械臂360303.14180第二章 臂式焊接变位机大臂部设计3.1 大臂部结构设计的基本要求臂部件的主要作用是联接着手，带领他们腾出运动。我这次设计成一般臂的基本要求如下。1.手臂，要刚度好，重量轻2.在臂的速度高时，也有小的惯性为了减小转动惯量，必须采取以下措施。（A）降低臂的重量通过使用铝等轻质高强度材料。（B）减少手臂运动部件的总体尺寸（C）减少转弯半径（D）驱动系统中设有缓冲装置3.运动的臂是灵活的。为了运动平稳，运动臂部件之间的摩擦力尽可能减小。4.位置精度要高。为了减少电机负载的底部接头，减少了臂的重量，以确保它能够提高机器人手臂的动态响应，一方面，采用薄铝合金构件设计。二是采用砂型铸造设计，“最小厚度可以是”浇铸，取决于不同类型的尺寸和合金铸件，具体见表3-1所示：表3-1 砂型铸造铸件最小壁厚（mm）铸件尺寸铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金2002005835463533.5352002005005001012410812684668500500152010151220-它是简单地砂铸造结构设计，铸造结构对应于每个不同的铸件应根据各个特性来设计。在这次设计中，使用铸铝外壳手臂。具体尺寸，请参阅总装图。3.2 大臂部结构设计大臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。3.3 大臂电机及减速器选型假设小臂及腕部绕第二变位轴的重量： ， 大臂速度是10r/min ，则旋转开始时的转矩用以下式表达：式子里，T - 旋转开始时转矩 J - 转动惯量 - 角加速度使机械臂大臂从到需要的用时：则： (3.4)鉴于机器人手臂的转动惯量的摩擦转矩轴的各个部分，开始转动为起动转矩，可以假设安全指数为2，输出的谐波减速器最小转矩为： (3.5) 设得谐波减速器：型号： （型扁平式谐波减速器）额定输出转矩： 减速比：设谐波减速器的的传递效率为：，减速机应输出力矩为： (3.6)设得反应式减速机型号：静转矩：步距角：3.4 减速器参数的计算回转轴、内齿圈的材料都是锻钢，小齿轮用45的材质，硬度250HBS。 回转轴材料为45钢（调质），硬度220HBS。1.齿数的确定内齿圈齿数：回转轴齿数： 已知模数：，则内齿圈分度圆直径： 钢轮分度圆直径：内齿圈齿圈处的厚度：重载时，为了增大内齿圈的刚性， 允许将1计算值增加20%，即内齿圈筒体壁厚： 为了提高内齿圈的刚度，取 轮齿宽度：轮毂凸缘长度：取内齿圈筒体长度：轮齿过渡圆角半径：为了减少应力集中，以提高内齿圈抗疲劳能力，取2.啮合参数的计算由于采用压力角的渐开线齿廓，传动的啮合参数请看以下式子。因齿轮扭矩的因素，使齿轮间隙减小的值为： （扭转弹性模数G=80GPa）式子里，： W0m=0.89810-5Zr2Cnmaxm为了消除在的情况下进入啮合的齿顶干涉，则必须使最大侧隙大于齿轮扭转减小的侧隙，还应保证存在有侧隙值。 式子里，： 径向变形系数：则： 径向变形系数：内齿圈的变位系数： 回转轴的变位系数： 验算相对啮入深度： 如果计算找出的，继续计算，设得2。如果出现，为了传递动力，应适当增加值重新计算，使。内齿圈齿根圆直径： 式子里，齿顶高系数;径向间隙系数内齿圈齿顶圆直径： 式子里，（找到相应表格设出）相对啮入深度和轮齿过渡曲线深度系数之和应符合两个不等式验算公式。即：回转轴齿顶圆直径： 回转轴齿根圆直径： 设出插齿刀齿数，插齿刀变位系数，插齿刀原始齿形压力角，则回转轴和插齿刀的制造啮合角：找到渐开线函数表和三角函数的表格设出那么回转轴和插齿刀的制造中心距：插齿刀的齿顶圆直径：回转轴齿根圆直径：验算回转轴齿根圆和内齿圈齿顶圆的径向间隙：即：可见沿波发生器长轴,在回转轴齿根圆与内齿圈齿顶圆之间存在径向间隙。 3.凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算滚珠直径： 内齿圈齿圈处的内径：那么：轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的轴承内环厚度： 内环滚道深度：式子里的是考虑到外环无滚道而内环滚道加深量。 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 轴承外环外径： 轴承内环内径：为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。则凸轮圆弧半径：式子里，是偏心距：（-回转轴分度圆直径，-内齿圈分度圆直径）则凸轮圆弧半径： 凸轮短半轴：。3.5 承载能力的计算3.5.1 内齿圈齿面的接触强度的计算按照内齿圈直线的谐波传动齿轮和刚性轮的特性。因此，通过工作表面齿侧的最大接触应力，主要的负载能力的实际谐波驱动的限制软。因此，谐波传动齿轮齿的软边，应符合下列条件的接触强度：接触强度计算公式： -输出转矩-内齿圈节圆半径-内齿圈轮齿宽-回转轴压力角-接触系数（0.40.9）对于一般双波传动，轮齿宽许用接触应力 则： 所以满足齿面的接触强度要求。3.5.2 内齿圈疲劳强度的计算内齿圈材料采用 调制硬度229269。计算内齿圈在反复弹性变形状态下工作时所产生的交变应力幅和平均应力为截面处正应力：切应力：由扭矩产生的剪切应力：其中： 则：验算安全系数：疲劳极限应力：应力安全系数：其中，抗拉屈服极限： 剪切应力集中系数：则满足疲劳强度条件。3.5.3回转轴的计算校核回转轴的受力分析图，回转轴的受力分析图如图所示： 图3-1 回转轴的受力分析图已知：作用在回转轴上的圆周力径向力轴向力算出垂直面的支撑反力：水平面的支撑反力： F在支撑点产生的反力： 外力F作用方向与传动的布置有关，在具体位置尚未确定前，可按最不利的情况考虑，见（7）的计算垂直面的弯矩： 水平面的弯矩： F产生的弯矩： 算出合成弯矩： 按最坏的状态，把与直接相加MA=+MAF= +41.1=70.1 N.mMA=+MAF= +41.1=62.57 N.m算出轴传递的转矩： 算出危险截面的当量转矩 其当量转矩为：如认为轴的扭切应力是脉动循环应变力，设折合系数a=0.6，带入式子得出：算出危险截面处轴的直径轴是45钢材，调质处理，从表格14-1找到并设出,从表格 14-3找到并设出,则：考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大5%，由此得出：d=22.8*1.05=24mm32mm满足条件因a-a处剖面左侧弯矩大，同时作用有转矩，且有键槽，故a-a左侧为危险截面。它的弯曲截面系数是：抗扭截面系数为：弯曲应力为：扭切应力为：按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数a=0.6则当量应力为：，从表格找到并设出45钢，调质处理，抗拉强度极限，则从表格找到并设出轴的许用弯曲应力,强度满足要求。第四章 臂式焊接变位机部件结构设计 4.1 减速机选择4.1.1 计算输出轴的转矩 （3.1） （3.2） （3.3） （3.4） （3.5） （3.6）-惯性力矩 -摩擦力矩 -输出轴转动角速度 -大臂转动惯量-小臂转动惯量-机身自身转动惯量-启动时间 当大小臂的位置关系如图3.1所示位置时，大小臂处于动作可以达到的极限位置，此时需要的数值最大。 图5-1 大小臂处于极限位置由计算出的大臂质量及相关大臂相对中心线oa的垂直距离得出： ，代到式子（3.5）得：m由算出的小臂质量及相关小臂相对oa线的垂直距离得出：，m，代到式子（3.5）得：计算相关机身设计数值得出：代到式子（3.6）得：代入（3.2）得到带入（3.1）得到= 选择二级圆柱齿轮减速器i=9 （3.7） -联轴器传动效率 -齿轮传动效率-轴承传动效率代到式子（3.7）得到：4.1.2 确定各转轴传动比总传动比 ，根据推荐的传动副传动比合理范围，取：高速级传动比 ，低速级传动比=3 。 4.1.3 传动装置的运动和动力参数从图3.2，各轴由高速至低速依次设计为轴（输入轴）、轴（中间轴）、轴（输出轴）。图5-2 传动示意简图各轴转速 （3.8） （3.9） 代到式子（3.8）、式（3.9）得：，转矩计算 （3.10）代到式子（3.7）得：同理得到： 一些减速机技术参如表5-1。表5-1 减速机产品系列及技术参数型号相数步距角电压电流静转矩空载运行频率转动惯量(DEG)(V)(A)(N.m)(KHZ)(Kg.cm2)86BYG250AN20.9/1.81103.62.4150.5686BYG250BN20.9/1.811045151.286BYG250CN20.9/1.811057154.2886BYG250CN型减速机的运行矩频特性曲线如图5-3。图5-3 运行矩频特性由计算得到所需：，该电机可以满足要求。 86BYG250CN型减速机的外型简图如图5-4。图5-4 减速机外形简图根据前面计算，选择北京和利时电机电器厂的86BYG250CN型减速机。由电机输出轴尺寸选择TL2型弹性套柱销联轴器，主从动端均选用型轴孔。4.2 齿轮设计与计算4.2.1 高速级齿轮设计与计算1. 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数因前面已提到，设定直齿圆柱齿轮传动。从相关书本（下同）表格10-1小齿轮材料设定45Cr(调质)，表面硬度为280HBS，大齿轮材料设定45钢（调质），表面硬度为240HBS。设得7级精度，2. 基于齿面接触的疲劳强度按式子（10-9a）试算小齿轮分度圆直径，即： （3.11）-载荷系数-输入轴承受扭矩-齿宽系数-重合度系数-弹性影响系数-接触疲劳许用应力确定上式中各参数：预设载荷系数，小齿轮传递的扭矩为 找到表格10-7，设定齿宽系数；找到表格10-6，设定弹性影响系数，找到图10-21d，找到并设出小齿轮接触疲劳强度极限为；大齿轮接触疲劳强度极限为。计算应力循环: （3.12）-输入轴转速-工作时间 双向转动，取代到式子（3.12）得： 次次 找到图10-19，得接触疲劳寿命系数，；计算接触疲劳许用应力：设得安全系数值是S=1，则， 设计公式中代入中较小值，得计算小齿轮分度圆圆周速度计算齿宽b计算齿宽与齿高之比： （3.13）模数齿高代到式子（3.13）得：计算载荷系数 （3.14）找到图10-8，由，7级精度，得：找到表格10-4，得：找到表格10-2，得：找到表格10-3，得：找到图10-13，得：以上代到式子（3.14）得： 按实际载荷系数修正 （3.15）计算模数m：按弯曲强度设计由公式（10-5 ） （3.16）-弯曲疲劳寿命系数-弯曲疲劳需用应力-齿形系数-应力校正系数从图10-20c找到并设出小齿轮弯曲疲劳强度极限；大齿轮弯曲强度极限；从图10-18，弯曲疲劳寿命系数，计算载荷系数=计算弯曲疲劳需用应力，设弯曲疲劳安全系数，得：设齿形系数，从表格10-5得：；设应力校正系数，从表格10-5找到并设出：；大齿轮对应数值大，将以上数值代入得：通过计算取，并已四舍五入为的标准值，前面计算得,得小齿轮的齿数：几何尺寸计算：分度圆直径 （3.17)把数据代到式子（3.17）得：；中心距 （3.18）将，代到式子（3.18）得： 齿轮宽度 （3.19）从式子（3.19）得：；4.2.2 低速级齿轮设计与计算1. 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数（a） 因前面已提到，设定直齿圆柱齿轮传动。 （b）从表格10-1小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS。（c）设得7级精度，2.基于齿面接触的疲劳强度预设载荷系数：小齿轮传递的扭矩为：找到表格10-7，选齿宽系数找到表格10-6，得弹性影响系数=189.8；找到图10-21d，找到并设出小齿轮接触疲劳强度极限为；大齿轮接触疲劳强度极限为。计算应力循环系数次次 找到图10-19，得接触疲劳寿命系数，；计算接触疲劳许用应力：设得安全系数值是，则：， 计算设计公式中代入中较小值，得：计算小齿轮分度圆圆周速度计算齿宽b计算齿宽与齿高之比b/h模数齿高=计算载荷系数找到图10-8，由，7级精度，得：找到表格10-4，得：找到表格10-2，得：找到表格10-3，得：找到图10-13，得：所以载荷系数按实际载荷系数修正计算模数按弯曲强度设计由式（10-5）得：从图10-20c找到并设出小齿轮弯曲疲劳强度极限；大齿轮弯曲强度极限；从图10-18取弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲疲劳需用应力设弯曲疲劳安全系数，得：计算载荷系数=设出齿形系数。从表格10-5得：；设出应力校正系数从表格10-5找到并设出：；大齿轮对应数值大将以上数值代入得：通过弯曲疲劳强度计算后，取，并采取圆形到标准值，前面计算得,得小齿轮的齿数24.67几何尺寸计算分度圆直径；中心距齿轮宽度 4.3 轴承的校核4.3.1 输入轴上轴承寿命计算找到相关引用书本表格13-3找出轴承的预期寿命为从图3.5了解到，轴上轴承处尺寸是，因要承受来自其它部件的重量，所以设得圆锥滚子轴承， ， 、。算出每个轴上的力就自然得到强度。轴上所受的支反力： （3.31） ， （3.32）式子里，-径向支反力-轴向支反力， ，找到表格13-5得：， ，找到表格13-5得：，找到表格13-6载荷系数，将以上代到式子（3.33）、（3.34），轴承当量动载荷为 （3.33） （3.34）由公式（13-15） （3.35）式子里，-轴承所在轴的转速-温度系数-额定动载荷-轴承所在轴的传动功率计算轴承寿命。 找到表格13-7，温度系数=代到式子（3.35）得：h，满足使用要求。4.4 键的选择和校核4.4.1 键的选择根据齿轮和轴的参数，参考机械设计选择设计键。电机输出轴键：；中间轴的键：；输出轴的键：。4.4.2 键的校核 键的材料为45钢，由资料表6-2查得许用挤压应力 根据公式 （3.25）得到：键：工作长度，接触高度，安全。键：工作长度，接触高度，安全。总结在这次设计中，我们总结了焊接上机械臂机器人臂结构的设计方案，并有了一定的了解，但是在一些相关领域，如传感器技术，自动控制技术还不是很了解，很问题仍然存在，急需解决，需要我们在以后的日子里加学习攻克难关。在自动焊接上机器手各个模块的优化和设计上。还有很的地方不是很了解，需要在不断的设计中查阅书中的知识，慢慢的学习才能实现掌握相应机械臂的知识，实现合理的优化设计。机器手等自动化的先进性的设备，将更加的广泛应用我们未来的生活中。包括在军事机械领域上的应用也是比较广泛的，将成为我国发展的科技工业上的必然趋势，也是重点一个扶持的方向之一。通过机器人操作器系统的设计中，我发现自己很不足，对于未来焊接上机械臂型机器人的发展我抱有很大的信心，并且有勇气面对即将到来的挑战。参考文献1 宋吉来，俞建成等轮桨腿一体化两栖机器人控制系统设计J北京：微计算机信息2009.2 张毅刚，赵光权，孙宁等.TMS320LF240X系列DSP原理、开发与应用D .哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2006.3 熊新民，曹毅等智能机器人运动关节集成驱动控制器研究J北京：微计算机信息2009.4 高峰,冯培恩,高宇,周波,张强.挖掘机器人液压传动的伺服控制策略. 北京：液压与气动.2002.5 廖万辉，李琳等基于机器视觉的工业机器人定位系统J北京：微计算机信息2009.6 程宪平.机电传动与控制. 北京：华中科技大学出版社.2003.7 郭仁生.机械设计基础. 北京：清华大学出版社.2001.8 张群生.液压与气动传动. 北京：机械工业出版社.2007.9 液压总纲.北京：国防工业出版社.2007.10 电力拖动控制系统.北京：清华大学出版社.2003.11 机械制造专业毕业设计指导.北京：化学工业出版社.2007.12 王承义.自动臂式焊接变位机及其应用.北京：机械工业出版社.1981.13 朱龙根.机械系统设计.北京：机械工业出版社.2004.14 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