機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、編編 號(hào)號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文） 題目：題目： 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 信機(jī) 系系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng)誠(chéng) 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 工業(yè)機(jī)器人 專用減速器的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取 得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引 用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)

2、設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他 個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 95 學(xué) 號(hào)： 0923229 作者姓名： II 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 信信 機(jī)機(jī) 系系 機(jī)機(jī)械械工工程程及及自自動(dòng)動(dòng)化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 工業(yè)機(jī)器人專用減速裝置的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 來源于畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師布置的課題。 減速器的設(shè)計(jì)是機(jī)械工程及其自動(dòng)化專業(yè)所包含的一個(gè)較為基 礎(chǔ)的內(nèi)容，選擇減速器方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目完全符合本專業(yè)的要求， 從應(yīng)用性方

3、面來說，減速器又是很多機(jī)器所必不可少的一個(gè)部分。有 效保證產(chǎn)品速度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，具有很好的發(fā)展前途和應(yīng)用 前景。擺線針輪減速器制造成本高，加工工藝復(fù)雜制，因此本課題研 究擺線針輪減速機(jī)的工作原理，擺線針輪行星減速機(jī)的構(gòu)及其齒輪 的嚙合原理，同時(shí)要求學(xué)生要有良好的心理素質(zhì)和仔細(xì)認(rèn)真的作風(fēng)， 對(duì)學(xué)生也是一次很好的練習(xí)機(jī)會(huì)。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 綜合應(yīng)用各種所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，查閱相關(guān)資料選擇齒輪的材料齒 數(shù)，計(jì)算各齒輪的相關(guān)半徑，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的校核，確定擺 線針輪減速機(jī)的各相關(guān)尺寸。繪制出主要的零件圖跟裝配圖并達(dá) II 到畢業(yè)設(shè)計(jì)

4、所要求的圖紙數(shù)量跟質(zhì)量。具體內(nèi)容如下： 1完成工業(yè)機(jī)器人專用減速裝置二套（第二，三臂各一套），繪制 擺 線針輪減速器裝配圖（二份） 。 2完成部分零件圖設(shè)計(jì)，繪制 零件圖 34 份。 3完成設(shè)計(jì)說明一份。分析明晰，計(jì)算正確，闡述清楚。 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 95 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所學(xué)科組組長(zhǎng)研究

5、所 所長(zhǎng)所長(zhǎng) 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 5 2012 年年 11 月月 15 日日 III 摘摘 要要 工業(yè)機(jī)器人專用減速器作為重要的機(jī)械傳動(dòng)部件具有體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高 等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)全面考慮到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、多齒嚙合、輪齒均載等運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的要求， 從而實(shí)現(xiàn)承載能力高、傳遞效率高、可靠性高和動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良等指標(biāo)，并且要便于制 造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了具有合理結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人專用減速器即擺線針輪行星減速器。 本論文所涉及的科研項(xiàng)目主要通過對(duì)擺線針輪行星減速器的主要零件的概念進(jìn)行詳 細(xì)闡述，給出了擺線針輪減速器的用途，使用說明以及注意事項(xiàng)。列出了擺線針輪行星 減速機(jī)的構(gòu)造即輸出部分，輸

6、入部分。通過對(duì)針擺行星傳動(dòng)減速器傳動(dòng)工作原理和特點(diǎn) 進(jìn)行分析，對(duì)針輪輸出機(jī)構(gòu)及針擺行星傳動(dòng)這種傳動(dòng)方式進(jìn)行分析，以獲得其理論設(shè)計(jì) 和方法。從擺線針輪行星傳動(dòng)的共同點(diǎn)出發(fā)以及針擺輪行星減速器相對(duì)于少齒差行星減 速器的優(yōu)點(diǎn)提出針擺行星傳動(dòng)形式的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 本論文主要從以下方面出發(fā)對(duì)擺線針輪行星傳動(dòng)進(jìn)行了研究:參照傳統(tǒng)針擺行星傳動(dòng) 基本設(shè)計(jì)計(jì)算方法以及對(duì)擺線針輪行星傳動(dòng)主要零部件的基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)擺線 輪、柱銷，針輪進(jìn)行受力分析最終計(jì)算出轉(zhuǎn)臂軸承和各支撐軸承所能承受的載荷大小， 完成包括擺線輪、柱銷等主要零件強(qiáng)度校核計(jì)算和軸承的壽命計(jì)算，給出主要零件機(jī)械 加工的工藝過程，然后利用 CAD

7、畫出了主要零件的草圖和最后的裝配圖。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：擺線傳動(dòng) ； 擺線輪 ； 受力分析 IVII Abstract The cycloidgear reducer is one of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller volume，lighter weight and effective transmission. In order to realize four targets which include high transmission efficiency, hig

8、h reliability and the excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational structure cycloidgear reducer. By a

9、nalyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drives working principle, we obtion the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly complete works include that provide the design method and complete the prototype design and

10、 dynamics analysis of virtual prototype. This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional cyclo

11、id drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are completes. Then, using

12、CAD to draw sketches of the main components and final assembly drawing. Keywords：Planetcycloid Reducer; Cycloid ;force analysis V 目目 錄錄 摘 要 .III AbstractIV 目 錄.V 1 緒論 .1 1.1 課題研究的背景和依據(jù) .1 1.2 本課題的研究意義 .1 1.3 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .1 2 擺線針輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)介 .4 2.1 擺線針輪的概念 4 2.2 擺線針輪減速機(jī)的用途，使用說明和注意事項(xiàng) .4 2.2.1 用途 .4 2.2

13、.2 使用條件 .4 2.2.3 潤(rùn)滑 .4 2.2.4 安裝 .5 2.3 擺線針輪行星減速器的構(gòu)造 .5 2.4 齒廓曲線的形成及其嚙合原理 .6 2.5 擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 .8 3 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 9 3.1 工業(yè)機(jī)器人的組成 9 3.1.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成 .9 3.1.2 工業(yè)機(jī)器人的基本機(jī)能組成 .9 3.2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析 .9 3.2.1 機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)的概念 .9 3.2.2 機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 10 3.3 機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析及總體方案的確定 11 3.3.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 .11 3.3.2 總體方案的確定 12 3.3.3 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)

14、參數(shù) .12 4 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算和傳動(dòng)特點(diǎn) .12 4.1 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算 13 4.2 嚙合的齒廓形成原理 14 5 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) .15 5.1 針輪行星輪系的材料 15 5.2 第一套擺線針輪加速器的設(shè)計(jì) .15 5.2.1 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)及材料 .15 VI 5.2.2 強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 .15 5.2.3 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸 16 5.2.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 .17 5.2.5 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算 .18 5.2.6 W 輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算19 5.3 第二套擺線針輪減速器的設(shè)計(jì) .20 5.3.1 選擇結(jié)構(gòu)

15、形式，齒數(shù)及材料 .20 5.3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 .20 5.3.3 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸 .20 5.3.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 .21 5.3.5 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算 .22 5.3.6 W 輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算22 6 行星齒輪傳動(dòng)輸出軸的軸承選擇 24 7 主要零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程 .25 7.1 擺線輪的加工工藝路線 .25 7.2 針齒殼的加工工藝路線 26 7.3 輸出軸加工工藝 .26 7.4 偏心套加工工藝 .27 8 結(jié)論與展望 29 8.1 結(jié)論29 8.2 展望29 致謝 .30 參考文獻(xiàn) .31 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 1 1 緒論緒論

16、 1.1 課題研究的背景和依據(jù)課題研究的背景和依據(jù) 減速器是連接動(dòng)力機(jī)部分和工作機(jī)部分的應(yīng)用最為廣泛的通用傳動(dòng)機(jī)械，行星齒輪減 速器對(duì)齒輪的齒廓曲線的主要要求是保證瞬時(shí)傳動(dòng)比是常數(shù)。目前，滿足這一要求的常 用于齒輪傳動(dòng)的齒廓曲線主要是漸開線和擺線。 1926 年 L.Braren 發(fā)明了擺線針輪減速器，在少齒差行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上，將變幅外擺線 的內(nèi)側(cè)等距曲線首先用于行星輪廓曲線并且把圓弧作為中心輪齒廓曲線以及漸開線少齒 差行星傳動(dòng)模式，保留 Z-X-F 類 N 型行星齒輪傳動(dòng)。此發(fā)明專利被日本住友公司于 1938 年買斷，當(dāng)時(shí)日本人執(zhí)行的是“引進(jìn)消化創(chuàng)新”技術(shù)路線。 擺線針輪傳動(dòng)與普通漸開線齒輪或

17、蝸輪傳動(dòng)相比的主要優(yōu)點(diǎn)有：高傳動(dòng)比和高效率， 一級(jí)減速時(shí)傳動(dòng)比范圍是 1187，兩級(jí)減速時(shí)的傳動(dòng)比范圍是 20128；同軸輸出機(jī)構(gòu) 重量輕和體積小；傳動(dòng)平穩(wěn)且噪音低；因?yàn)獒様[傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒數(shù)要比漸開線齒輪傳 動(dòng)同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，所以承載能力較大，嚙合效率較高。 1.2 本課題的研究意義本課題的研究意義 減速器是各種機(jī)械設(shè)備中最常見的部件,它的作用是將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減少或增加到機(jī)械 設(shè)備所需要的轉(zhuǎn)速, 擺線針輪行星減速器由于具有減速比大、體積小、重量輕、效率高等 優(yōu)點(diǎn)，在許多情況下可代替二級(jí)、三級(jí)的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用越來 越普及，為世界各國(guó)所重視。 擺線針輪行星減速器作為重要的機(jī)

18、械傳動(dòng)部件具有體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高的 特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的要求，現(xiàn) 高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動(dòng)力學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配 和檢修，設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。 1.3 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 針擺齒輪傳動(dòng)與普通漸開線齒輪或蝸輪傳動(dòng)相比的優(yōu)點(diǎn)有：傳動(dòng)比高和高效率高； 同軸輸出結(jié)構(gòu)體積小和重量輕；傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲低。因?yàn)閿[線針輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒對(duì) 數(shù)要比漸開線齒輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)多，所以承載能力更大，嚙合效率更高；由于 擺線輪以及針輪輪齒均可精磨、淬硬，比漸開線少齒差傳動(dòng)

19、內(nèi)齒輪的被加工性好，齒面 硬度要更高，因而使用壽命更長(zhǎng)；擺線輪的加工技術(shù)已經(jīng)成熟，專業(yè)加工設(shè)備齊全，因 此擺線輪已納入通用件，在國(guó)內(nèi)已做到通用化大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本下降，因此擺線針 輪專用減速器當(dāng)前得到廣泛應(yīng)用。擺線針輪減速技術(shù)到現(xiàn)在，雖在品種、規(guī)格等許多方 面做了改進(jìn)，但在本質(zhì)、原理上沒有創(chuàng)新?，F(xiàn)如今擺線針輪減速機(jī)，其原理和結(jié)構(gòu)依然 是 1926 年德國(guó)的原型。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 擺線針輪減速器的應(yīng)用 目前，擺線針輪減速器的研究在國(guó)內(nèi)外都得到了積極發(fā)展，從1990年開始，住友機(jī) 械株式會(huì)社在“80系列”的基礎(chǔ)上推出最新“90樣本”的擺線針輪減速器，它的機(jī)型由15種擴(kuò)

20、大到21種，傳動(dòng)比由8種擴(kuò)大到16種。我國(guó)對(duì)日本提高擺線針輪減速器性能的主要措施已 進(jìn)行較深入的分析，并且在趕超世界水平的同時(shí)也有了自己的創(chuàng)新成果，如與工程實(shí)際 相符的擺線輪與輸出機(jī)構(gòu)受力分析以及對(duì)擺線輪齒形的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。 擺線針輪減速器所能傳遞的最大功率為 132KW，輸入軸的最高轉(zhuǎn)速為 1800r/min。美 國(guó)研發(fā)直升飛機(jī)傳動(dòng)裝置所做的擺線針輪傳動(dòng)裝置試驗(yàn)樣機(jī)，采用的是四片擺線輪，可 以達(dá)到輸入軸動(dòng)平衡的新結(jié)構(gòu)，輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到 2000r/min，傳動(dòng)功率達(dá)到 205KW。 這些年來國(guó)內(nèi)對(duì)擺線針輪傳動(dòng)的研究一直在不斷發(fā)展，并且也取得了一些成果。主 要如下： (1) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)何勝勇對(duì)行星

21、擺線針輪減速機(jī)虛擬樣機(jī)的建造與有限元分析進(jìn)行 了研究； (2） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于影，于波，陳建新對(duì)擺線針輪行星減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； (3） 天津工程師范學(xué)院的戚厚軍建立的 2Kv 型擺線針輪行星減速器的動(dòng)力學(xué)模 型是以 2K-V6 型擺線針輪行星減速器為研究對(duì)象，在不改變減速器的外形尺寸及結(jié)構(gòu) 的情況下，分析了擺線輪修形和短幅系數(shù)對(duì)擺線輪齒嚙合剛度的影響規(guī)律，和傳動(dòng)系統(tǒng) 中的各種零件的剛度及針徑系數(shù)對(duì)機(jī)器整機(jī)振動(dòng)性能的影響； (4） 大連交通大學(xué)何衛(wèi)東教授主持的國(guó)家自然科學(xué)基金資助的項(xiàng)目高承載能力高 傳動(dòng)效率高可靠性新型針擺行星傳動(dòng)的研究的科研成果雙曲柄四環(huán)板針擺行星傳動(dòng) 于 2005 年 4

22、 月通過鑒定； (5） 浙江大學(xué)呂方教授開發(fā)了一種新型的傳動(dòng)機(jī)械長(zhǎng)幅外擺線針輪行星傳動(dòng)減 速機(jī)； (6) 大連鐵道學(xué)院張動(dòng)生采用非線性有限元分析軟件 MSCMARC 建立了擺線輪與各 受力齒接觸模型；首次對(duì)針齒和擺線輪齒面接觸進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，得出了擺線輪和 針齒間的接觸狀態(tài)； (7) 四川大學(xué)張流俊在首次應(yīng)用有限元法取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行擺線針輪減速器的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并提供了一個(gè)通用的擺線針輪減速機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件包。 (8） 大連鐵道學(xué)院關(guān)天民和萬朝燕對(duì)新型擺線針輪傳動(dòng)進(jìn)行理論及受力分析； (9) 大連鐵道學(xué)院關(guān)天民教授提出了一種較為準(zhǔn)確的針擺輪行星傳動(dòng)銷孔式輸出機(jī) 構(gòu)的受力分析理論，利用此

23、理論可以得到整個(gè)工作過程中輸出機(jī)構(gòu)和柱銷的受力情況； (10） 鞍山鋼鐵學(xué)院高興蚊、黃秋波對(duì)具有雙面支撐輸出機(jī)構(gòu)以及多齒差齒形擺線針 輪行星傳動(dòng)的齒廓曲線形狀和嚙合特性進(jìn)行了理論分析。擺線針輪減速器的發(fā)展趨勢(shì)是 達(dá)到更高的運(yùn)動(dòng)精度，更高的傳遞功率和更廣的傳動(dòng)范圍。 自 20 世紀(jì) 90 年代以來來，在工業(yè)專用機(jī)器人回轉(zhuǎn)裝置選擇中。擺線輪傳動(dòng)作為一 種比較理想的傳動(dòng)形式應(yīng)用其中。如日本住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社研發(fā)成功的機(jī)器人用 Rv 列，F(xiàn)A 系列及 FT 系列產(chǎn)品均采用了擺線針輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，由于采用了最新的設(shè) 計(jì)理論。從而產(chǎn)品外型美觀大方、結(jié)構(gòu)合理、傳遞功率得到提高。 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)

24、計(jì) 3 近年來出現(xiàn)了數(shù)種在擺線針輪行星傳動(dòng)基礎(chǔ)上的新型傳動(dòng)型式，使其能夠更好適應(yīng) 高 精度的運(yùn)動(dòng)傳遞和控制，用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、精密機(jī)床等高精度擺線輪傳動(dòng)技術(shù)的研 究，其中常用的有以下幾種： (1). TWINSPFN 減速器近來由斯洛伐克的一家公司推出，這種軸承式減速器不僅能 承受非常大的徑向力而且還能承受軸向力，并且使用壽命和傳動(dòng)效率也有所提高。 (2) .RV 減速器。RV 減速器是近年來由日本帝人公司推出的一種擺線傳動(dòng)，是由第 一級(jí)普通漸開線直齒輪減速器部分和第二級(jí)針擺輪減速器部分組合成的兩級(jí)行星傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)。 (3) .三片擺線輪減速器，是由日本著名的住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社推出的產(chǎn)品，

25、在 此傳動(dòng)中采用了三片相互呈角布置的擺線輪結(jié)構(gòu)，增加了擺線輪的數(shù)量提高了傳動(dòng) 0 120 效率。 (4). Dojen 減速器由美國(guó) Mectrol 公司生產(chǎn)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了機(jī)芯式設(shè)計(jì)，每個(gè)針齒 都采用懸臂方式，在針齒另一端加工有錐度，和機(jī)殼上的錐孔相配合，能自動(dòng)定心，不 僅能保證順利裝配又能消除全部間隙。 (5). 擺線球齒減速器，是一種將外擺線、內(nèi)擺線輪結(jié)合起來的雙擺線減速器，既將 針輪改為鋼球齒輪，又將兩擺線輪改為擺線溝槽，因而是擺線針輪減速器的一種變形。 FA 高精度減速器是當(dāng)今世界上最新的傳動(dòng)裝置，它具有體積小傳動(dòng)比范圍大壽 命長(zhǎng)、稽度保持穩(wěn)定、效率高等一系列的優(yōu)點(diǎn)由于它與機(jī)器人中常

26、用的諧波傳動(dòng)相比 有較高的疲勞強(qiáng)度、大的剛度和長(zhǎng)的壽命。兩且回差耪度高，因此 FA 減速機(jī)在工業(yè)專用 機(jī)器人傳動(dòng)中正在得到越來越廣泛的的應(yīng)用：它還廣泛用于測(cè)量裝置，微型大傳動(dòng)比減 速裝置、辦公設(shè)備、擺線傳動(dòng)裝置，智能住宅傳動(dòng)裝置等機(jī)械系統(tǒng)中由于在這些精密 傳動(dòng)中，通常傳遞的載荷不大，但要求傳動(dòng)精度高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，因而對(duì)其傳動(dòng)鏈的 設(shè)計(jì)要求較高。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 2 擺線針輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)介擺線針輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)介 2.1 擺線針輪的概念擺線針輪的概念 本課題研究的是工業(yè)機(jī)器三自由度手臂采用擺線針輪行星輪傳動(dòng)的第二和第三臂。 擺線針輪行星傳動(dòng)的齒廓是一種 K-H-V 行星傳動(dòng)。行

27、星的齒廓不是線而是擺線。中心內(nèi) 齒采用了針輪。 圖 2.1 行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 行星齒輪減速機(jī)：主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽輪，外齒圈。行星減速機(jī)因?yàn)榻Y(jié) 構(gòu)原因單級(jí)減速最小為 3，最大一般不超過 10,常見減速比為:3、4、5、6、8、10,減速機(jī) 級(jí)數(shù)一般不超過 3，膽有大部分減速機(jī)比定制減速機(jī)有 4 級(jí)減速。相對(duì)其他減速機(jī)，行星 減速機(jī)具有高剛性，高精度，高傳動(dòng)比，高的扭矩/體積比，終身免維修等特點(diǎn)。因?yàn)檫@ 些特點(diǎn)，行星減速機(jī)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配 慣量。 2.2 擺線針輪減速機(jī)的用途，使用說明和注意事項(xiàng)擺線針輪減速機(jī)的用途，使用說明和注意事項(xiàng) 2.2

28、.1 用途用途 擺線針輪減速機(jī)采用擺線針齒嚙合，行星式傳動(dòng)原理，所以通常也叫行星擺線減速 機(jī)，行星擺線針輪減速機(jī)可以廣泛應(yīng)用于石油、環(huán)保、化工、水泥、輸送、紡織、制藥、 食品 、印刷、起重、礦山、冶金、建筑、發(fā)電等行業(yè)，作為驅(qū)動(dòng)或減速裝置其獨(dú)特的平 穩(wěn)結(jié)果在許多情況下可以替代普通圓柱齒輪減速機(jī)及蝸輪蝸桿減速機(jī)，因此行星擺線針 輪減速機(jī)在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，受到廣大用戶的普遍歡迎。 2.2.2 使用條件使用條件 （1） 擺線針輪減速機(jī)允許使用在連續(xù)工作的場(chǎng)合，同時(shí)允許正反兩個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2) 輸入軸的轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)數(shù)為 1500 轉(zhuǎn)/分，在輸入功率大于 18.5 千瓦時(shí)建議采用 960 轉(zhuǎn)/

29、分的 6 級(jí)電機(jī)配套使用。 （3） 臥式安裝擺線針輪減速機(jī)的工作位置均為水平位置。在安裝是最大的水平傾斜 角一般小于，在超過時(shí)應(yīng)采用其他措施保證潤(rùn)滑充足和防止漏油。 0 15 0 15 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 5 （4） 擺線針輪減速機(jī)的輸出軸不能受較大的軸向力和徑向力，在有較大軸向力和徑 向力時(shí)須采取其他措施。 2.2.3 潤(rùn)滑潤(rùn)滑 （1) 臥式擺線減速機(jī)在正常情況下采用油池潤(rùn)滑，油面高度保持在視油窗的中部即 可，在工作條件惡劣，環(huán)境溫度處于高溫時(shí)可采用循環(huán)潤(rùn)滑。 （2） 擺線針輪減速機(jī)在常溫下一般選用 40或 50機(jī)械潤(rùn)滑油，為了提高減速機(jī) 的性能、延長(zhǎng)擺線針輪減速機(jī)的使用壽命，建議采

30、用 70或 90極壓齒輪油，在高溫情 況下高溫情況下工作時(shí)也可應(yīng)重新考慮潤(rùn)滑油。 （3） 立式安裝行星擺線針輪減速機(jī)要嚴(yán)防油泵斷油，一避免減速機(jī)的部件損壞。 （4） 加油時(shí)可旋開幾座上部的通氣帽即可加油。放油時(shí)旋開機(jī)座下部的油塞，即可 放出油污，該減速機(jī)出廠時(shí)內(nèi)部無潤(rùn)滑油。 （5） 第一次加油運(yùn)轉(zhuǎn) 100 小時(shí)應(yīng)跟換新油，以后再連續(xù)工作，每半年跟換一次，如 果工作條件惡劣可適當(dāng)宿短換油時(shí)間，實(shí)踐證明減速機(jī)的經(jīng)常換油對(duì)于延 長(zhǎng)減速機(jī)的壽命有著重要作用，在使用過程中應(yīng)經(jīng)常補(bǔ)充潤(rùn)滑油。 2.2.4 安裝安裝 （1） 在擺線針輪減速機(jī)的輸出軸上安裝聯(lián)軸器、皮帶輪、鏈輪等連接件時(shí)不允許采 用直接錘擊方式

31、，因?yàn)闇p速機(jī)的輸出軸結(jié)構(gòu)不能承受軸向的錘擊力，可用軸端螺孔旋入 螺釘壓入聯(lián)結(jié)件。 （2） 輸出軸輸入軸的軸徑選用 GB1568-79 配合。 （3） 減速機(jī)上的吊環(huán)螺釘只限起吊減速機(jī)。 （4） 在基礎(chǔ)上安裝減速機(jī)時(shí)應(yīng)校準(zhǔn)減速機(jī)的安裝中心線標(biāo)準(zhǔn)你高，水平度及其相連 部分的相關(guān)尺寸。校準(zhǔn)裝動(dòng)軸的同心度不應(yīng)超過聯(lián)軸器所允許的范圍。 （5） 減速機(jī)校準(zhǔn)時(shí)可用鋼制墊塊或鑄鐵墊塊進(jìn)行，墊塊在高度方面不超過三塊，膽 減速機(jī)校準(zhǔn)后應(yīng)換入平墊塊。 2.3 擺線針輪行星減速器的構(gòu)造擺線針輪行星減速器的構(gòu)造 行星擺線針輪減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置可分為三部分：輸入部分、輸出部分、減速部分。 在輸出軸上安裝有一錯(cuò)位的雙偏心套

32、，在偏心套上安裝有兩個(gè)滾珠軸承，形成 H 結(jié) 0 180 構(gòu)，兩個(gè)擺線輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán) 形排列的真齒輪相嚙合，以組成少齒差嚙合減速機(jī)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上講，擺線針輪行星傳動(dòng) 由四部分組成，即針輪、擺線行星輪、系桿 H 和輸出機(jī)構(gòu) W。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.2 擺線針輪行星減速器的結(jié)構(gòu)圖 2.4 齒廓曲線的形成及其嚙合原理齒廓曲線的形成及其嚙合原理 擺線行星輪的齒廓曲線為短幅外擺線的等距曲線，這種曲線的形成如圖 3.2 所示。圖 中圓 1 稱為滾圓，半徑為 r1；圓 2 稱為基圓，半徑為 r2。將滾圓 1 套在基圓 2 上并相對(duì) 于基圓

33、2 作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)，則滾圓 1 上的 P 在基圓 2 上所形成的軌跡 ec 為一條外擺線。 而在滾圓外與滾圓相固連的一點(diǎn) M 在基圓上所描述的軌跡則稱為短幅外擺線。 ec 圖 2.3 齒輪齒廓齒廓的嚙合原理 上述兩圓純滾動(dòng)所產(chǎn)生的短幅外擺線是從屬于圓 2 的，而 M 點(diǎn)則是從屬于圓 1 上 ec 的點(diǎn)；如果將和 M 分別作為圓 2 與圓 1 上的齒廓，那么可將圓 2、圓 1 作為保持純滾 ec 動(dòng)的兩個(gè)節(jié)圓，而用曲線和 M 兩齒廓的嚙合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)兩輪的定傳動(dòng)比傳動(dòng)。但是由 ec 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 7 于與曲線相嚙合的是圓 1 上的 M 點(diǎn)，而實(shí)際齒廓不可能做成一點(diǎn)，所以要實(shí)現(xiàn)兩齒廓

34、 ec 的嚙合傳動(dòng)，可以以 M 點(diǎn)位圓心，以 r2 為半徑的小圓柱針銷代替 M 點(diǎn)作為圓 1 上的齒 廓相應(yīng)與之嚙合的圓 2 上的齒廓將是上述短幅外擺線的等距曲線 C1C5.擺線針輪傳動(dòng)就是 一短幅外擺線的等距曲線作為行星 2 的齒廓，一針銷作為固定中心內(nèi)齒廓 1 的針齒而形 成的一種行星傳動(dòng)裝置。 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，由于擺線輪上齒廓曲線特點(diǎn)及其受針輪上針齒限 制之故，擺線輪的運(yùn)動(dòng)稱為既有公轉(zhuǎn)，又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時(shí)，偏 心套也轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪由于相反方向上轉(zhuǎn)過一個(gè)齒差從而的到 減速，再借助 W 輸出機(jī) 構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低

35、的輸出轉(zhuǎn)速。 圖 2.4 擺線行星輪的齒廓曲線 由圖中可以看出，在圓滾 1 開始滾動(dòng)時(shí)，滾圓上的 P 點(diǎn)與基圓上的 A 點(diǎn)相接觸，接著點(diǎn) P 將離開基圓，當(dāng)滾圓 滾過一周時(shí)，滾圓上的 P 點(diǎn)再次與基圓相接觸，接觸點(diǎn)已到了基 圓上的 B 點(diǎn)，從點(diǎn) A 到點(diǎn) B 是一個(gè)完整的擺線齒廓，從 M1 到 M2 也是一個(gè)完整的短幅 外擺線齒廓。整個(gè)過程中，滾圓 1 滾過的弧長(zhǎng)為 2r1；而基圓滾過的弧長(zhǎng)為 2+AB。2r 由于是純滾動(dòng)，故有 （2.1） ABrr2212 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 即 （2.2）arrAB2212 式中 a 為兩輪的中心距 又由于 （2.3）2 22 z r AB 故聯(lián)

36、立（2.2） （2.3）兩式可解得行星輪的齒數(shù) （2.4） a r z 2 2 而針齒的齒數(shù) （2.5）12 1 2 1212 1z a r a r AB r z 這說明針輪和擺線行星輪的齒數(shù)差只能為 1，即擺線針輪傳動(dòng)只能是一齒差行星傳動(dòng)。由 于是一齒差行星傳動(dòng)，故其傳動(dòng)比。2ziHV 2.5 擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 由以上所述可知，擺線針輪行星傳動(dòng)具有以下主要特點(diǎn): (1) 減速比大。 一級(jí)減速比87，二級(jí)，三級(jí)串聯(lián)可獲得更大的減速比6 HV i （2) 結(jié)構(gòu)緊湊。 由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，加之?dāng)[線行星輪的齒廓曲線為短幅外曲 線，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，體積

37、和重量均大大減小。 （3) 傳動(dòng)效率高。由于擺線輪和針輪嚙合處輸出機(jī)構(gòu)上均裝有滾套，使工作表面相 對(duì)滑動(dòng)小，因此減少了功率損耗；又由于其嚙合角較小，減輕了軸承的載荷，從而提高 了效率。其效率一般可達(dá) 9094%。 （4）傳動(dòng)穩(wěn)定，載荷能力較高。由于采用短幅外擺線作為行星輪的齒廓，增大了齒 廓的曲率半徑，從而使輪齒的接觸強(qiáng)度得到提高，使其比漸開線少齒差傳動(dòng)更能承受過 載和沖擊。 （5） 使用壽命長(zhǎng)。 由于擺線輪和針輪均采用優(yōu)質(zhì)材料，又經(jīng)過淬火處理提高了機(jī) 械性能；加之針齒上加有套筒，使針齒與擺線輪之間的滾動(dòng)摩擦減小，故磨損小，壽命 長(zhǎng)。 （6） 與漸開線少齒差行星傳動(dòng)相比，無齒頂相碰和嚙合重疊干

38、涉的現(xiàn)象。 其缺點(diǎn)在于: (1) 制造成本高。 材料的優(yōu)質(zhì)本質(zhì)就是對(duì)材料的要求高，從而增加成本。 （2) 加工工藝復(fù)雜。加工擺線輪需要專門的機(jī)床，對(duì)裝配工藝也有較嚴(yán)格的工藝要 求。 擺線輪行星傳動(dòng)以其多方面的有點(diǎn)取代了一些笨重龐大的傳動(dòng)裝置，在機(jī)械傳動(dòng)中 具有及其重要的作用，從而日益受到世界各國(guó)的重視，在軍工、礦山、冶金、化工、造 船等工業(yè)部門的機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 9 3 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 3.1 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成 3.1.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成 工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人

39、工智能系統(tǒng)組成。 目前具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人即智能機(jī)器人還處于研究實(shí)驗(yàn)階段。而應(yīng)用于 生產(chǎn)實(shí)際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器內(nèi)人。 （1) 執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成握取工件實(shí)所需的各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部 件，包括；手部、腕部、臂部，還有機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。 （2） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置。采用的動(dòng)力源不 同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)有四種；液壓式、氣壓式、電氣 式、機(jī)械式。 （3) 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它他控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作、并檢測(cè)其正確與否。一般常見的為電

40、氣與電子回 路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增加。就其控制方式，可分為分散控制和集中控制兩種 類型。若以控制的運(yùn)動(dòng)軌跡來分，有兩種；點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。 圖 3.1 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的具體組成圖 3.1.2 工業(yè)機(jī)器人的基本機(jī)能組成工業(yè)機(jī)器人的基本機(jī)能組成 設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人就是通過設(shè)計(jì)，恰好的賦予工業(yè)機(jī)器人某些機(jī)能，以便使機(jī)器人能 夠自動(dòng)的完成給定的操作。從工業(yè)機(jī)器人的研究、使用和發(fā)展情況來看，工業(yè)機(jī)器人應(yīng) 該具有的機(jī)能可以歸納為三個(gè)方面，即運(yùn)動(dòng)機(jī)能，控制機(jī)能和檢測(cè)、識(shí)別機(jī)能。 3.2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析 3.2.1 機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)的概念機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)的概念 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位

41、論文 10 目前，世界上已有許多工業(yè)機(jī)器人，其中大部分屬于“示教再現(xiàn)”型。如果將這些機(jī)器 人稱作第一代，那么，具有一定程度的視覺、觸覺或某些分析、判斷能力的機(jī)器人就屬 于第二代了。不少國(guó)家正在積極研究具有觀察、觸覺等功能的機(jī)器人，并取得不少成果， 但是，真正將這些成果應(yīng)用于實(shí)際的還為數(shù)不多。在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用的機(jī)器人， 示教再現(xiàn)型還是較多。 一般的機(jī)器人，它由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。 及其部分有機(jī)器手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成；傳感器有測(cè)量機(jī)器人自身位置狀態(tài)和速度、加速度 的裝置，只要不是自住型移動(dòng)機(jī)器人，它通常放在與機(jī)器人不同的地方，通過導(dǎo)線連接。 在工業(yè)機(jī)器人的控制

42、裝置中，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PTP 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)和 CP 運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的 記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多用 于只能機(jī)器人。 如圖該機(jī)器人具有三自由度，及大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右的擺動(dòng)、臂的上線擺動(dòng)。該 三自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況說明如下：首先，由電動(dòng)機(jī) M1 經(jīng)過傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)大臂的回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，且與大臂相連的所有其他手臂及機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而后另一手 臂由電動(dòng)機(jī) M2 直接驅(qū)動(dòng)作左右擺動(dòng)；還有，第三臂由電動(dòng)機(jī) M3 直接驅(qū)動(dòng)作上下擺動(dòng)。 圖 3.2 三軸工業(yè)機(jī)器人效果總圖 3.2.2 機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 圖 3.3 工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)

43、構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 11 第一軸 圖 3.4 大臂機(jī)構(gòu)圖 第一臂，也即大臂，該手臂實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 為了實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求以及機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了三級(jí)斜齒輪 傳動(dòng)，且所有的斜齒輪都裝在一個(gè)箱體內(nèi)。然而，與一般情況不同的是，第三級(jí)斜齒輪 直接固定在機(jī)座上，從而使其他的傳動(dòng)系統(tǒng)繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)，且電動(dòng)機(jī)又固定在大臂上，所 以導(dǎo)致大臂帶著電動(dòng)機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 第二軸的結(jié)構(gòu) 該軸實(shí)現(xiàn)第二臂的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。為了減輕重量及結(jié)構(gòu)緊湊，此傳動(dòng)系統(tǒng)則采用擺線針 輪行星齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)由減速機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)兩部分組成。減速機(jī)構(gòu)采用由擺線輪， 固定針輪

44、和轉(zhuǎn)臂 H 組成的行星內(nèi)嚙合機(jī)構(gòu)，常用-=1，輸出機(jī)構(gòu)采用由擺線輪上的 P Z C Z 銷孔和輸出軸銷盤上的銷軸組成的銷孔式 W 機(jī)構(gòu)，最后的輸出軸直接與第二臂相連，也 就是說 第二臂就是輸出軸。 第三軸的組成 當(dāng)然，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，第三臂的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與第二軸的傳動(dòng)一樣的，采用擺線 針輪行星齒輪傳動(dòng)。 3.3 機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析及總體方案的確定機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析及總體方案的確定 3.3.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 本次設(shè)計(jì)是針對(duì)三軸工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。主要設(shè)計(jì)要求如下： 第一軸： 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍 0/s 0 90 0 270 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 第二軸： 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度

45、/s，轉(zhuǎn)角范圍 0/s 0 120 0 150 第三軸： 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍 0/s 0 90 0 270 工作負(fù)荷為：5（最遠(yuǎn)距離時(shí)） 最大工作范圍：2000 3.3.2 總體方案的確定總體方案的確定 圖 3.5 三自由度機(jī)器人模型圖 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)器人的主要功能就是 把一個(gè)物體從一個(gè)地方搬到另一個(gè)地方。 圖 3.6 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)見圖 該機(jī)器人的三軸運(yùn)動(dòng)情況分別是： 第一軸：通過斜齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 第二軸：通過擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)第二臂的擺動(dòng)。 第三軸：通過擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)第三臂的擺動(dòng)。 3.3.3 工業(yè)機(jī)器人的主要

46、技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 具體的技術(shù)參數(shù)為： （1） 最大工作直徑：2000； （2） 第一軸： 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍 0/s; 0 90 0 270 （3） 第二軸： 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍 0/s; 0 120 0 150 （4) 第三軸： 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度/s，轉(zhuǎn)角范圍 0/s; 0 90 0 270 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 13 (5) 工作負(fù)荷為：5（最遠(yuǎn)距離時(shí)）; 主要特色：實(shí)現(xiàn)各軸的傳動(dòng)所采用的機(jī)械都是機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)， 無噪聲；而擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比大。 4 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算和傳動(dòng)特點(diǎn)擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算和傳動(dòng)特點(diǎn)

47、4.1 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算 擺線針輪行星傳動(dòng)屬于一種 K-H-V 型行星傳動(dòng)，如圖所示 圖 4.1 擺線針輪行星傳動(dòng) 這種傳動(dòng)一般由減速機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)兩部分組成。減速機(jī)構(gòu)采用由擺線輪 C、固定針輪 P 和轉(zhuǎn)臂 H 組成的行星內(nèi)嚙合機(jī)構(gòu)，常用,輸出機(jī)構(gòu)采用由擺線輪上的銷孔和輸1 CP ZZ 出軸銷盤上的銷軸組成的孔銷式 W 機(jī)構(gòu)。 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比可用行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)求出。這種機(jī)構(gòu) 的傳動(dòng)比為 H cp u （4.1） c p Hp Hc H cp z z nn nn u 式中-擺線輪 C 的齒數(shù)； c z -針輪 P 的齒數(shù)。

48、 p z 由于帶入式（4.1）中得：0 p n （4.2） c cp c c H HC z zz z n n u 在輸出機(jī)構(gòu)中，由于擺線針輪裝在中心距為 a 的偏心套上作行星運(yùn)動(dòng)，為將擺線輪的 運(yùn)動(dòng)經(jīng)過銷孔和銷軸傳給輸出軸 V，擺線輪上的銷孔直徑應(yīng)大于柱銷上的銷套直徑， w d rw d 并取差值經(jīng)過銷孔和銷套是連續(xù)接觸，可將擺線輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給輸出軸add rww 2 V。而且，由于銷孔和銷套中心的連線總是與偏心輪上的偏心線 O1O2 平行等長(zhǎng)， 1O 2O 使銷孔中心、銷孔中心、擺線輪中心 O1 和輸出軸中心 O2 形成一個(gè)平行四邊形， 1O 2O 即O1O2=a，O1O2=。 1O 2O

49、 1O 2O w R 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 所以，不管擺線輪和輸出軸轉(zhuǎn)到任何位置，二者的角速度總是相等的，即 1 V c CV n n u 4.2 嚙合的齒廓形成原理嚙合的齒廓形成原理 圖 4.2 擺線行星輪的齒廓曲線 如圖所示，一半徑 r1 的圓 1 作固定圓，用半徑 r2 的圓 2 作滾動(dòng)圓套在固定圓 1 上，兩圓 的中心距離 a=r2-r1。當(dāng)滾動(dòng)圓 2 繞固定圓 1 作純滾動(dòng)是=時(shí)，固結(jié)在滾動(dòng)圓上的任一點(diǎn)描 出的軌跡都稱為外擺線。顯然，當(dāng)滾圓 2 繞固定圓 1 滾過全周長(zhǎng) 2r2 時(shí)，該點(diǎn)便形成一 條完整的外擺線。這種形成的外擺線的發(fā)方法稱為內(nèi)滾法。如果該點(diǎn)位于滾圓的圓周上，

50、 如 P1 點(diǎn)所示，由 P1 形成的外擺線 P1P2P3P5 稱為普通外擺線。當(dāng)該點(diǎn)位于滾圓之外時(shí)， 如 M1 所示，由 M1 點(diǎn)形成的外擺線 M1M3M5 稱為短幅外擺線。在擺線針輪行星齒輪傳 動(dòng)中，擺線輪 C 是以短幅外擺線 M1M3M5 作為理論齒廓的，而固定針輪 P 以 M1 作為理 論齒形。但是，實(shí)際針齒不可能做成一點(diǎn)，必須做成半徑為的圓柱形。因而，以擺線 rp r 輪的理論齒廓上個(gè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓。這些圓的內(nèi)包絡(luò)線 C1C5 就是擺線輪的 rp r 實(shí)際齒廓，又稱為短幅外擺線的等距曲線；而針輪的實(shí)際齒廓就是半徑為的圓。 rp r 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 15 5 擺線針輪

51、行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5.1 針輪行星輪系的材料針輪行星輪系的材料 為減小傳動(dòng)尺寸和提高傳動(dòng)比元件的強(qiáng)度，擺線輪、針齒（套）和柱銷（套）應(yīng)采 用高強(qiáng)度的材料（如 GCr15） ，并用熱處理方法提高工作表面的硬度。偏心套、輸入軸和 輸出軸可采用 45 號(hào)剛，其他零件如針齒殼和機(jī)座一般采用鑄鐵和鑄鋼。輪系的主要零件 的推薦材料和許用應(yīng)力如表 5-1 表 5-1 輪系的主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力 零件名稱推薦材料硬度許用應(yīng)力 擺線輪GCr15HRC6064- 針齒輪GCr25SiMnHRC5862=8501200 HP 針齒銷GCr15HRC5862=8501200 FP 柱銷

52、GCr15HRC5862=8501200 FP 套銷GCr15HRC5660- 雙偏心套45- 輸入軸45HB220250- 輸出軸45HB220250- 針齒殼HT200 HT300- 機(jī)座ZG25 ZG25 HT200 - - - - 根據(jù)此表，擺線輪、針齒（套）和柱銷（套）采用 GCr15，而偏心套、輸入軸、輸出軸采 用 45 號(hào)鋼，針齒殼采用 HT200。 5.2 第一套擺線針輪加速器的設(shè)計(jì)第一套擺線針輪加速器的設(shè)計(jì) 第三臂是采用擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的，已知條件，電動(dòng)機(jī)的功率為 P=0.9KW，轉(zhuǎn) 速 n=1000r/min,傳動(dòng)比 u=66.7,則設(shè)計(jì)如下： 5.2.1 選擇結(jié)構(gòu)形式

53、，齒數(shù)及材料選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)及材料 材料 擺線輪：GCr HRC 6064 （針齒固定） =67 C Z 機(jī)座 針齒殼 HT200 5.2.2 強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 (1) 輸出軸轉(zhuǎn)矩 mmNZ n P T C H H V 1 .54131394 . 0 67 1000 9 . 0 95509550 (2) 選怎短幅系數(shù) 1k 取=0.65 1k 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 表 5-2 短幅系數(shù) K1 薦用值表 C Z 11 1323 2559 6187 K1 0.420.55 0.450.65 0.550.74 0.540.67 (3) 選針齒系數(shù) 2k 5-3

54、 針齒系數(shù) K2 薦用值表 P Z ,所以滿足要求。 F F 5.2.6 W W 輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算 (1) 銷軸數(shù)目 w z 5-4 W 機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目參考表 dp 100 100 200200300300 400400 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 Zw681012 12 因?yàn)?dp=200,所以，取=8； w z (2) 銷軸中心圓半徑 W R mm rr R nfc W 7175.70 2 5 . 4794 2 (3) 柱銷直徑 sw d mm zR bT d FRww cv sw 35.18 150871 9185 . 1 1 . 541313 3 5

55、. 1 3 3 3 查表： 5-5 W 機(jī)構(gòu)柱銷和銷套直徑參數(shù)表 dzw121417222632354555 drw172026323845506075 取 dsw=22，drw=32 (4) 柱銷套直徑 =32mm rw d rw d (5) 銷孔壁厚驗(yàn)算 最小孔壁厚不小于 ，=0.03200=6mm 5 . 617 5 . 4171 2 1 w nW d rR 滿足要求 34 8 180 sin712 180 sin2 00 2w w W d z R 5.3 第二套擺線針輪減速器的設(shè)計(jì)第二套擺線針輪減速器的設(shè)計(jì) 第二臂的傳動(dòng)采用擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)，已知條件為，電動(dòng)機(jī)功率 P=4.5KW，

56、轉(zhuǎn) 速 n=1000,傳動(dòng)比 u=50，則設(shè)計(jì)如下： 5.3.1 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)及材料選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)及材料 材料 擺線輪：GCr HRC 6064 （針齒固定） =50 C Z 機(jī)座 針齒殼 HT200 5.3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑接觸強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 (1) 輸出軸轉(zhuǎn)矩 mmNz n P T c H H V 4 .179594 . 0 50 1000 3 95509550 (2) 初選短幅系數(shù) 2 k 根據(jù)針徑系數(shù) K2 薦用值，見前面的表，取=1.4 2 k (3) 嚙合位置系數(shù) =1.43 maxH y maxH y (4) 齒寬系數(shù) -擺線輪的齒寬系數(shù)，一般取=

57、0.10.2，這里取=0.15 r r r r (5) 許用接觸應(yīng)力 根據(jù)所選的材料查擺線針輪行星傳動(dòng)主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力表，查得 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 21 =850MPa HP (6) 針齒中心圓半徑 p rmm yT r hpr HV p 497.123 85015 . 0 43. 11795400 4343 3 2 3 2 max 圓整后取=130mm p r 5.3.3 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸 (1) 偏心距 a 圓整后取 a=2 mm (2) 校正短幅系數(shù) 1k 785 . 0 130 512 1 p p r za k (3) 擺線輪節(jié)圓

58、半徑 c r mm100502 cc zar (4) 針輪節(jié)圓半徑 p r mmzar pp 102512 (5) 滾圓半徑 g r mm k a rg548 . 2 785 . 0 2 1 (6) 基圓半徑 bc r mm k r r c bc 39.127 785. 0 100 1 (7) 嚙合齒距 n P mm k a Pn16 785. 0 214. 32 1 2 (8) 針齒套半徑 rp r mm zk r r p p rp 716 . 5 51 180 sin 4 . 1 130180 sin 2 00 (10) 針齒銷半徑 zp r =7 mm zp r (11) 擺線輪齒頂圓半

59、徑 ac r mmrarr rppac 12572130 (12) 擺線輪齒根圓半徑 fc r mmrarr rppfc 12172130 (13) 擺線輪寬度 c b mmrb prc 5 . 1913015 . 0 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圓整后取 =20 mm,校正后 c b154 . 0 130 20 r (15) 擺線輪齒廓頂切驗(yàn)算 05385 . 0 130 7 p rp r r 查擺線輪理論齒廓的最小曲率半徑系數(shù)表，查得，而計(jì)算的,所以滿足要求。 F FP 5.3.6 W 輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算 (1) 銷軸數(shù)目 w z 因?yàn)?dp=260，由

60、W 機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目參考表查得，去=10； w z (2) 銷軸中心圓半徑 W R mm rr R nfc W 91875.90 2 75.60121 2 (3) 柱銷直徑 sw d mm zR bT d FRwW cV sw 81.24 1501091 13205 . 11795400 3 5 . 1 3 3 3 查表 W 機(jī)構(gòu)柱銷和銷套直徑參考表，取=26，=38 sw d rw d (4) 銷孔壁厚驗(yàn)算 最小孔壁厚不小于，=0.03dp=0.03260=7.8mm 25. 92175.6091 2 1 w nW d rR 滿足要求。 241.14 10 180 sin912 180 sin2

61、 00 2w w w d z R 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 6 行星齒輪傳動(dòng)輸出軸的軸承選擇行星齒輪傳動(dòng)輸出軸的軸承選擇 行星齒輪傳動(dòng)輸出軸上的軸承主要起支承作用，根據(jù)輸出軸的直徑，第三軸傳動(dòng)系 統(tǒng)中支承用的軸承選用 GB285-64 中 3182120：第二軸傳動(dòng)系統(tǒng)中支承用的軸承選用 GB285-64Z 中的 31 表 124。 工業(yè)機(jī)器人專用減速器的設(shè)計(jì) 25 7 主要零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程主要零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程 7.1 擺線輪的加工工藝路線擺線輪的加工工藝路線 根據(jù)擺線輪的技術(shù)要求，確定擺線輪的工藝路線如下： 下料鍛造球化退火粗車（內(nèi)、外圓及兩平面）粗鉆銷孔時(shí)效半精車 半精鏜

62、銷孔 銑擺線齒廓淬火磨兩平面磨軸承孔磨銷孔 磨擺線齒廓倒角。其中標(biāo)記應(yīng)成對(duì)打在同一位置，以后的銑齒、磨銷孔、磨 齒等工序必須記重疊成對(duì)加工。 擺線輪齒的加工方法主要有一下幾種： （1） 在滾齒機(jī)上改裝銑削頭用立銑刀銑擺線齒廓這種加工方法是根據(jù)短幅外擺線的第 一種形成方法，即外滾法來加工擺線輪齒廓的。 如下圖所示，當(dāng)滾圓 r 相對(duì)基圓 R 做純滾動(dòng)時(shí)，滾圓內(nèi)點(diǎn) M 的軌跡就是短幅外擺線。 如若把一個(gè)半徑為的圓的圓心固定在 M 點(diǎn)上，當(dāng)滾圓 r 相對(duì)于基圓 R 做純滾動(dòng)時(shí)即可 z r 得到與圓相切的短幅外擺線的等距曲線。 現(xiàn)在假定將半徑為的銑刀裝在 M 點(diǎn)的位 z r z r 置上，或者說把銑刀安

63、裝在銑削頭的偏心軸套上，其偏心距為 a，而將擺線輪毛坯固定在 滾齒機(jī)的工作臺(tái)上。加工擺線輪齒廓時(shí)，銑刀自轉(zhuǎn)的同時(shí)還饒偏心軸套的中心做偏心轉(zhuǎn) 動(dòng)，工件繞工作臺(tái)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。如果偏心軸套的轉(zhuǎn)速（銑刀偏心運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速）與工作臺(tái)的 刀偏 n 轉(zhuǎn)速之比滿足/=R/r=,此時(shí)銑刀就將在擺線輪上銑出一條連續(xù)的短幅外擺 工作臺(tái) n 刀偏 n 工作臺(tái) n c z 線的等距曲線，即齒數(shù)為的擺線輪的齒廓曲線。 c z 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 7.1 短幅外擺線形成原理 （2） 在插齒機(jī)上用半圓頭插刀插齒 這是將插齒機(jī)改裝成靠磨插齒機(jī)對(duì)擺線輪進(jìn)行擺線齒廓切削加工的一種方法。其齒 廓的形狀是由靠模凸輪的形狀確定的。 （

64、3） 在 Y3280 擺線銑齒機(jī)上銑齒 Y3280 銑齒機(jī)銑齒是用凸半圓盤狀銑刀，以展成原理對(duì)擺線輪齒廓進(jìn)行連續(xù)切削加工 的。當(dāng)銑刀的偏心運(yùn)動(dòng)，與工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)滿足一定的比例關(guān)系相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便可使 工作臺(tái)上的擺線輪連續(xù)切削出擺線齒廓來。 （4） 用專用的擺線齒滾刀在普通滾齒機(jī)上滾齒 這種加工方法是在普通的滾齒機(jī)上，利用特殊設(shè)計(jì)制造的擺線齒形滾刀以展成方法 來進(jìn)行擺線輪的擺線齒廓加工的。其原理及具體操作與普通滾齒機(jī)加工漸開線齒輪完全 相同。 它看似一種簡(jiǎn)單易行的方法并有較高的生產(chǎn)效率和加工精度，但其擺線齒形滾刀通 用性很差，每一種參數(shù)的擺線輪就須一把專門的滾刀，因此要求滾刀數(shù)量很多，特別是 對(duì)于批量小，規(guī)格多的廠家，將大大地提高成本。同時(shí)對(duì)于齒數(shù)少、齒距大的滾刀，在 設(shè)計(jì)制造上，目前尚存在一定困難。 （5） 在擺線磨床上