爬桿機(jī)器人攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】
爬桿機(jī)器人攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),機(jī)器人,攀爬,機(jī)器,機(jī)械,部分,部份,設(shè)計(jì),cad,圖紙,以及,說(shuō)明書(shū),仿單
編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題 目： 一種攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名： 職 稱(chēng)： 題目類(lèi)型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 年12月28日一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容本設(shè)計(jì)要求學(xué)生攀爬機(jī)器機(jī)械部分為設(shè)計(jì)對(duì)象，旨在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鼋鉀Q問(wèn)題的能力和綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的能力。需要學(xué)生充分運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)制造、制圖、工藝、公差與技術(shù)測(cè)量等機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行機(jī)器的方案設(shè)計(jì)、零件的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算、工藝卡片編制等。1、查閱文獻(xiàn)資料，進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，了解目前已有的攀爬機(jī)械的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，做好設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。2、根據(jù)給定的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求，提出攀爬機(jī)器的設(shè)計(jì)方案（兩種及兩種以上），進(jìn)行比較后選出最佳方案作為設(shè)計(jì)對(duì)象；3、對(duì)攀爬機(jī)器的各部分結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行具體設(shè)計(jì)、進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算及受力分析，并選擇合適的零件材料；4、運(yùn)用CAD、CAXA等CAD工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，完成攀爬機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制其零件圖、裝配圖。5、熟悉零件的加工工藝，對(duì)典型零件進(jìn)行加工工藝路線(xiàn)分析； 6、總結(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，整理設(shè)計(jì)思路，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、設(shè)計(jì)的機(jī)械要能負(fù)重5kg攀爬直徑120-200內(nèi)的直桿，要求運(yùn)動(dòng)可靠。2、設(shè)計(jì)該攀爬機(jī)器的零部件，制定出主要零部件的工藝規(guī)程，并編制主要零部件的制造工藝；3、采用CAD設(shè)計(jì)軟件（如：CAXA、SolidWorks、AutoCAD等）對(duì)零部件進(jìn)行實(shí)體建模、繪制其二維裝配圖與零件圖。4、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作1、完成二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文），在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中必須包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要；對(duì)零件進(jìn)行必要設(shè)計(jì)計(jì)算、對(duì)于有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的零部件，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行選擇或設(shè)計(jì)，編制出主要零件的加工工藝卡，要求符合實(shí)際加工情況，合理選擇零件的加工機(jī)床；2、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文），要求排版整齊，無(wú)明顯語(yǔ)法、字詞的錯(cuò)誤；3、繪制出所設(shè)計(jì)攀爬機(jī)器的零件圖和裝配圖，要求折算到A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙，要求圖形繪制符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，方便讀圖，重要零件的關(guān)鍵尺寸和公差要標(biāo)注完整正確，并配注合理的技術(shù)要求。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1. 左健民. 液壓與氣壓傳動(dòng)（第4版）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.2. 濮良貴、紀(jì)名剛等. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.北京:高等教育出版社,2006.3. 甘永立.幾何量公差與檢測(cè)（第七版）.上海:上?？萍即髮W(xué)出版社,2005.4. 王運(yùn)炎，葉尚川. 機(jī)械工程材料（第2版）. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.5. 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.實(shí)用機(jī)械手冊(cè)（上）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.6. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)第4卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.7. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)第3卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. 8. 詹友剛.SolidWorks 2012機(jī)械設(shè)計(jì)教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.9. HOWELL L L. Compliant mechanismsM. New York：Wiley Interscience，2001.10.KIM C J. A conceptual approach to the computational synthesis of compliant mechanismsD. Michigan :University of Michigan，2005.五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件計(jì)算機(jī)一臺(tái)，并裝有CAD設(shè)計(jì)軟件（AutoCAD，CAXA，UG，Pro/E呀Solidworks）等。任務(wù)下達(dá)時(shí)間：2015年12月28日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始與完成時(shí)間：2015年12月28日至 2016年05 月22日組織實(shí)施單位： 機(jī)械電子工程系教研室主任意見(jiàn)：簽字： 2015年12月30日院領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)：簽字： 2015年12月31日編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題 目： 一種攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名：職 稱(chēng)：題目類(lèi)型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 年3月1日1畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等1.設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、查閱文獻(xiàn)資料，進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，了解目前已有的攀爬機(jī)械的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，做好設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。2、根據(jù)給定的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求，提出攀爬機(jī)器的設(shè)計(jì)方案（兩種及兩種以上），進(jìn)行比較后選出最佳方案作為設(shè)計(jì)對(duì)象；3、對(duì)攀爬機(jī)器的各部分結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行具體設(shè)計(jì)、進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算及受力分析，并選擇合適的零件材料；4、運(yùn)用CAD、CAXA等CAD工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，完成攀爬機(jī)器的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制其零件圖、裝配圖。5、熟悉零件的加工工藝，對(duì)典型零件進(jìn)行加工工藝路線(xiàn)分析；6、總結(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，整理設(shè)計(jì)思路，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；7、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）；8、完成相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算及機(jī)械設(shè)計(jì)圖（要求繪圖工作量折合A0圖紙3張以上）。2、重點(diǎn)難點(diǎn)：本次畢設(shè)的重點(diǎn)主要是設(shè)計(jì)爬竿機(jī)器人的機(jī)械控制結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)方案的確定，包括如何實(shí)現(xiàn)攀爬直桿和負(fù)重運(yùn)輸。齒輪和直桿的工藝計(jì)算和工藝選擇。難點(diǎn)在于所選擇的方案的合理性和可行性。2準(zhǔn)備情況（查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）1.課題研究背景 機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類(lèi)指揮， 又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行 動(dòng)。國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說(shuō)來(lái)，人們都可以接 受這種說(shuō)法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種 機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一 種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了 執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)?！?而機(jī)器人學(xué)是一門(mén)高度交叉的前沿學(xué)科，是典型的的機(jī)電一體化技術(shù)系 統(tǒng)。它涉及機(jī)械學(xué)電子工程學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程人工智能生物學(xué)人 類(lèi)學(xué)社會(huì)等眾多領(lǐng)域。 在機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展的今天，不管是作為一名現(xiàn)代工程師，還是理工科 大學(xué)學(xué)生，都有必要學(xué)習(xí)，掌握一些機(jī)器人學(xué)方面的知識(shí)，特別是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的 學(xué)生，機(jī)器人技術(shù)可以說(shuō)是一門(mén)必修課。為了滿(mǎn)足社會(huì)的需求，攀爬機(jī)器人的研究力度越來(lái)越大。目前，攀爬機(jī)器人應(yīng)用更為廣泛，已在消防、核工業(yè)、石化行業(yè)、建筑行業(yè)、高空作業(yè)等危險(xiǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用；其目的是代替人類(lèi)， 人類(lèi)帶來(lái)了極大的工作效益和安全保障，從而受到人們的高度重視。鑒于以上特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)具有攀爬功能的機(jī)器人代替人去從事危險(xiǎn)工作將有重要意義。目前，很多高校和科研院所已研制出或正在研制攀爬機(jī)器麻省理工學(xué)院研制了一種能爬窗梁的機(jī)器人shady3D南京航空航天大學(xué)研制了仿壁虎機(jī)器人，該機(jī)器人能夠在豎直墻面和天花板上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制了一種5自由度爬壁 機(jī)器人，不僅能實(shí)現(xiàn)爬行和轉(zhuǎn)向，且能在壁面之間實(shí)現(xiàn)過(guò)渡援式吸附、干性黏合劑吸附和負(fù)壓吸附。2.現(xiàn)有設(shè)備(1)計(jì)算機(jī)一臺(tái)；(2)設(shè)計(jì)軟件(Solidworks2013、CAXA2013)。3.參考文獻(xiàn)：1 江勵(lì).雙手爪式模塊化仿生攀爬機(jī)器人的研究D. 華南理工大學(xué).2012 2 蔡傳武.爬桿機(jī)器人的攀爬控制D. 華南理工大學(xué) 2011 3 陳亮.焊接機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題的算法研究D. 武漢科技大學(xué). 2010 4 郭敏.帶視覺(jué)的雙臂機(jī)器人手臂無(wú)碰撞路徑規(guī)劃D. 東北大學(xué). 2008 5 Wing Kwong Chung,Yangsheng Xu,Ou Ma.Minimum Energy Demand Locomotion on Space StationJ. Journal of Robotics . 2013 6 Tin Lun Lam,Yangsheng Xu.Motion planning for tree climbing with inchwormlike robotsJ. J. Field Robotics . 2012 (1) 7 Tin Lun Lam,Yangsheng Xu.Biologically inspired treeclimbing robot with continuum maneuvering mechanismJ. J. Field Robotics . 20128 蔡傳武. 爬桿機(jī)器人的攀爬控制D. 華南理工大學(xué) .2011 9 周芳,朱齊丹,趙國(guó)良.基于改進(jìn)快速搜索隨機(jī)樹(shù)法的機(jī)械手路徑優(yōu)化J. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2011(11) 10 江勵(lì),管貽生,蔡傳武,朱海飛,周雪峰,張憲民.仿生攀爬機(jī)器人的步態(tài)分析J. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(15) 11 夏澤洋,陳懇.仿人機(jī)器人足跡規(guī)劃建模及算法實(shí)現(xiàn)J. 機(jī)器人. 20084 M. Tavakoli, L. Marques, A. T. de Almeida. 3dclimber: Climbing and Manipulation Over 3d StructuresJ. The Journal of Mechatronics, 2010, 213、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料1.實(shí)施方案（1）掌握一種三維制圖軟件Pro/E（2）對(duì)攀爬機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）運(yùn)用三維制圖軟件繪制攀爬爬行機(jī)器人的裝配圖8（4）繪制攀爬爬行機(jī)器人的主要零件圖（5）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃第1周：搜集整理并認(rèn)真閱讀課題相關(guān)的中文及外文文獻(xiàn)；第2周：對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程制定確切的計(jì)劃，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；第3-4周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課題方案的設(shè)計(jì)，確定出符合要求的方案；第5-6周：繪制出爬桿機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖； 第7-8周：完成爬桿機(jī)器人裝配圖、零部件設(shè)計(jì)，確定各個(gè)零部件的尺寸；第9-10周：整個(gè)機(jī)器人的裝配方案，并繪制出二維圖、三維圖；第11周：呈交指導(dǎo)老師審閱，檢查，修改圖紙；第12-15周：完整編制出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，打印裝訂說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)圖紙以及其他資料；第16周：完成答辯前的其他準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備好答辯。3.預(yù)期提交畢設(shè)設(shè)計(jì)資料1、 二萬(wàn)字左右的一種攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文），說(shuō)明書(shū)給出三個(gè)以上可行方案并進(jìn)行比較，確定一個(gè)最佳方案，按最佳方案進(jìn)行具體的、詳細(xì)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過(guò)程有理論分析、強(qiáng)度剛度分析，附有任務(wù)書(shū)2、不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）；3、二維工程圖、零件裝配圖、非標(biāo)準(zhǔn)零件圖（折合3張以上A0圖紙）。指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師（簽字）： 2016年03月 日開(kāi)題小組意見(jiàn)開(kāi)題小組組長(zhǎng)（簽字）：2016年03 月 日 院（系、部）意見(jiàn) 主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字： 2016年03月 日- 6 -桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：一種攀爬機(jī)器機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 題目類(lèi)型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 年 6 月 3 日V 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙摘 要在一些工程類(lèi)建筑中，一些直徑比較小的直桿隨處可見(jiàn)，對(duì)于這些直桿作業(yè)一直存在著一些問(wèn)題，人為作業(yè)較為困難和危險(xiǎn)。設(shè)計(jì)一個(gè)可攀爬直桿的機(jī)器人，通過(guò)該機(jī)器人平臺(tái)搭載一些作業(yè)機(jī)器，對(duì)于解決小直桿的作業(yè)問(wèn)題具有較大現(xiàn)實(shí)意義。本次設(shè)計(jì)的攀爬機(jī)器人是由眾多簡(jiǎn)易的機(jī)構(gòu)組成，在結(jié)構(gòu)上面比較簡(jiǎn)單，利用我們平時(shí)生活中隨處可見(jiàn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等等結(jié)合而成。利用凸輪結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)手爪的夾緊與松開(kāi)，在驅(qū)動(dòng)源方面只采用一個(gè)輕質(zhì)電機(jī)，避免電機(jī)過(guò)多造成結(jié)構(gòu)上的繁瑣和避免重量過(guò)重。機(jī)械手的手爪采用的是彈簧夾緊的原理，彈簧提供的力足夠支撐整個(gè)機(jī)器人的自重和負(fù)重。通過(guò)彈簧解決了在變直徑桿上攀爬的問(wèn)題。本文對(duì)曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)和受力分析證明了該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。還通過(guò)減速箱的設(shè)計(jì)賦予機(jī)器人一定的攀爬運(yùn)動(dòng)速度。還對(duì)手爪、軸、軸承等部件的受力校核證明該機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上面的穩(wěn)定性。該機(jī)器人還具有一定的負(fù)重能力。可以在機(jī)器人上面搭載一些作業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)多功能作業(yè)。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人通過(guò)各機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)工作，工作簡(jiǎn)單可靠。本文還對(duì)輸出軸的尺寸、配合進(jìn)行了說(shuō)明。對(duì)軸的加工工藝進(jìn)行了工藝規(guī)程制定，分析各工序的制定方法。對(duì)于軸類(lèi)零件的加工工序有一定的了解與掌握。關(guān)鍵詞：爬桿機(jī)器人；變直徑桿；夾緊；曲柄滑塊AbstractIn some of the engineering building, a number of relatively small diameter straight bar everywhere, straight bar for these jobs, there has been some problems, man-made work more difficult and dangerous. Design a robot can climb straight bar, equipped with some of the work machine by the robot platform for solving the problems of small jobs straight bar has a larger significance.The climbing robot designed by many simple bodies, in the above structure is relatively simple, we usually use slider-crank mechanism life everywhere, the cam mechanism, and so a combination. Using the motion characteristics of the cam mechanism to achieve clamping and release the gripper, in terms of the driving source using only a lightweight damping motor to avoid the motor caused by excessive red tape and avoid excessive weight on the structure. Robot gripper uses the principle of a spring clamp, the spring force provided enough to support its own weight and the weight of the whole robot. By spring solves the problem of variable diameter pole climbing.In this paper, the crank-slider motion and stress analysis to prove the stability and reliability of the robot movement. Also gives some climbing robot movement speed by gearbox design. Also force the opponent claw, shafts, bearings and other parts of the check show that the stability of the structure above the robot. The robot also has a certain weight-bearing capacity. Some jobs may be mounted on top of the robot in robot to achieve mufti-functional operations. The robot design work through the linkage mechanism, work is simple and reliable.This paper also the size of the output shaft, with the described. Axis machining process were to develop process planning, analysis of the development method in each step. For shaft machining operations have a certain understanding and grasp.According to the axis of the development process card. Reasonable and feasible production process planning.Keywords: pole-climbing robots; variable diameter rod; clamp; crank-slider目 錄1 緒論11.1 攀爬直桿機(jī)器人研究目的11.2 研究現(xiàn)狀11.3 研究?jī)?nèi)容22 爬桿機(jī)器人方案設(shè)計(jì)32.1 方案選擇32.2 設(shè)計(jì)方法52.2.1仿生設(shè)計(jì)52.2.2夾緊裝置設(shè)計(jì)62.2.3運(yùn)動(dòng)狀態(tài)72.2.4小結(jié)73 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.1 機(jī)械手爪設(shè)計(jì)83.1.1機(jī)械手爪力學(xué)分析93.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)103.2.1曲柄滑塊速度分析113.3 連桿的受力分析113.3 移動(dòng)凸輪的設(shè)計(jì)123.4 盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)134 減速箱設(shè)計(jì)144.1 電動(dòng)機(jī)的選擇144.2 齒輪設(shè)計(jì)144.2.1齒輪類(lèi)型、材料及強(qiáng)度計(jì)算154.3 軸的設(shè)計(jì)264.3.1聯(lián)軸器的選擇264.3.2軸承選擇274.3.3確定軸的結(jié)構(gòu)與尺寸284.3.4軸的校核294.4 軸承的校核344.4.1軸承的徑向載荷344.4.2 軸承的軸向力校核354.4.3軸承的徑向當(dāng)量載荷355 彈簧的選擇376 零件的加工工藝規(guī)程396.1對(duì)零件進(jìn)行工藝分析396.2 確定零件的裝夾396.3 定位基準(zhǔn)的選擇原則396.4 加工刀具的選擇396.5 機(jī)床選擇396.5 主要加工工序安排407 結(jié)論42致謝43參考文獻(xiàn)44附錄45第 47 頁(yè) 共 45頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙1 緒論1.1 攀爬直桿機(jī)器人研究目的機(jī)器人的起源要追溯到3000多年前，但是從60年代以后機(jī)器人技術(shù)得到飛速的發(fā)展。經(jīng)過(guò)50來(lái)年的研發(fā)和使用，機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入新的時(shí)代了。機(jī)器人在過(guò)去只是工業(yè)機(jī)械手，但是現(xiàn)在我們已經(jīng)重新定義，機(jī)械手只是其中機(jī)器人中的一部分了，現(xiàn)在我們所說(shuō)機(jī)器人是新型的、新一代的，可以協(xié)作的，還有服務(wù)型的機(jī)器人，包括醫(yī)療、服務(wù)、家庭、康復(fù)等等方面可以為人類(lèi)解決有難度或有危險(xiǎn)的問(wèn)題。人們的生活越來(lái)越好，越來(lái)越多的地方城市化率增高，高樓林立，街道四通八達(dá)。我們平常經(jīng)過(guò)道路時(shí)可以看到好多樹(shù)立的電線(xiàn)桿、電燈桿、廣告牌立柱等等圓柱形直桿。但是由于直桿在室外遇到各種環(huán)境問(wèn)題或者人為因素，常常需要環(huán)衛(wèi)工人清洗或者相關(guān)人員維修。在清洗一些高空建筑時(shí)如果采用人工清洗具有很大的危險(xiǎn)性。對(duì)于電線(xiàn)桿等直徑比較大的直桿，通過(guò)人工攀爬作業(yè)比較方便，也可以采用工程車(chē)工作。都但是一些直接比較小的直桿，就像我們?cè)谏钪幸?jiàn)到的一些裝路燈的直桿，如果通過(guò)人工攀爬上去工作比較困難。采用工程車(chē)進(jìn)行作業(yè)的話(huà)，作業(yè)成本較高，在擁擠狹小的路段作業(yè)比較困難。研發(fā)一些攀爬類(lèi)的機(jī)器人就變的尤為重要了。爬桿機(jī)器人的研究需要機(jī)械設(shè)計(jì)，電子設(shè)計(jì)，軟件工程、材料科學(xué)、以及仿生學(xué)等一些列基礎(chǔ)學(xué)科融合交匯。需要進(jìn)行線(xiàn)性、非線(xiàn)性模型計(jì)算?？梢岳脗鞲衅鞯刃畔⒖刂疲S建模分析和仿真運(yùn)動(dòng)。1.2 研究現(xiàn)狀爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)并不是唯一的，不同的設(shè)計(jì)者有著不同的思路，但是總的來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人研究主要在桿上固定方式上面有所不同。Woody系列機(jī)器人。2005年在日本愛(ài)知博覽會(huì)上展出了林業(yè)機(jī)器人Woody-1（圖1.1）隨后又于2009年開(kāi)發(fā)出改型后的機(jī)器人Woody-2（圖1.2）。對(duì)夾子進(jìn)行了簡(jiǎn)化，移動(dòng)方式也由原來(lái)的絲杠驅(qū)動(dòng)線(xiàn)性移動(dòng)變?yōu)槎嚓P(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。 圖1.1 Woody-1 機(jī)器人 圖1.2 Woody-2機(jī)器人雙手爪攀爬機(jī)器人Shady3D（圖1.3）,他只有3個(gè)自由度可以在一個(gè)空間桁架中攀爬，但是對(duì)桁架要求極高?？梢酝ㄟ^(guò)兩臺(tái)Shady3D形成6個(gè)自由度從而進(jìn)行桿件過(guò)渡。圖1.3 shady3D機(jī)器人RiSE(Robots in Scansorial Environments)是一個(gè)仿生攀爬機(jī)器人（圖1.4）。設(shè)計(jì)者們參考四條腿的壁虎攀爬機(jī)理和六條腿的嶂螂攀爬機(jī)理，采用模塊化設(shè)計(jì)思想以提高機(jī)器人構(gòu)型的靈活性，將每條腿做成一個(gè)單獨(dú)的模塊，使得RISE可以在四腿和六腿行走之間轉(zhuǎn)換1。類(lèi)似的還有管道爬行機(jī)器人3DClimber和并聯(lián)機(jī)器人CPR。圖1.4 Rise系列機(jī)器人1.3 研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)直桿內(nèi)爬行的機(jī)器人，類(lèi)似于Shady3D擁有三個(gè)自由度。該機(jī)器人具備負(fù)重5kg的能力和在直徑為120mm到200mm的直桿爬行?？梢再x予該機(jī)器人大約100mm/s的攀爬速度。2 爬桿機(jī)器人方案設(shè)計(jì)2.1 方案選擇對(duì)于機(jī)器人行走的工作原理主要有以下幾種：氣動(dòng)蠕動(dòng)式：可以通過(guò)機(jī)構(gòu)本的自鎖或者是利用靜摩擦原理。螺旋爬升式：利用滾動(dòng)摩擦的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)；直線(xiàn)行走式：直接通過(guò)克服動(dòng)摩擦來(lái)運(yùn)動(dòng)；關(guān)節(jié)式爬行：利用移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；并聯(lián)式爬行：利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。方案1：讓機(jī)器人直接抱緊在直桿上，通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，讓與直桿直接接觸的輪子運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)機(jī)器人上的彈簧的拉伸長(zhǎng)度來(lái)獲得一定的預(yù)緊力，是的機(jī)器人抱緊直桿。面對(duì)不同的直桿調(diào)節(jié)不同的彈簧尺寸已達(dá)到一定的預(yù)緊力。機(jī)器人的大體設(shè)計(jì)如圖2.1。該方案的機(jī)器人可提供較大的負(fù)載能力，運(yùn)行比較平穩(wěn)，是和一定范圍內(nèi)的直桿，但是該方案不能再一根變直徑桿上連續(xù)工作，在換直徑的直桿工作前要調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力，比較麻煩。1.電動(dòng)機(jī)，2.減速箱，3.皮帶，4.彈簧，5.車(chē)輪圖2.1爬桿機(jī)器人方案1方案2：在開(kāi)始作業(yè)前，將機(jī)器人安裝到直桿上，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)器人上的螺母使機(jī)器人對(duì)直桿有一定的預(yù)緊力，與方案1的彈簧提供預(yù)緊力不同，直接通過(guò)機(jī)器人的收緊力來(lái)保證機(jī)器人正常工作。當(dāng)機(jī)器人在直桿上固定以后，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供力讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，面對(duì)不同的直桿需要在安裝的時(shí)候調(diào)節(jié)好機(jī)器人直接上的不同連接孔。機(jī)器人的大體設(shè)計(jì)如圖2.2所示該方案的機(jī)器人同樣可以提供較大的負(fù)載能力，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是該方案不能再一根變直徑桿上運(yùn)動(dòng)，每次變換桿時(shí)要調(diào)節(jié)連接孔，操作上比較麻煩。1.螺釘 2.車(chē)輪 3.減速箱 4.電機(jī) 5.直桿圖2.2 爬桿機(jī)器人方案2方案3：將機(jī)器人安裝在直桿上，下手抓通過(guò)彈簧夾緊直桿，上手抓松開(kāi)，電機(jī)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)凸輪將上手抓頂起，上手抓夾緊，下手抓松開(kāi)并上升從而達(dá)到機(jī)器人的爬行功能。通過(guò)彈簧收縮力提供預(yù)緊力使手抓收縮，電機(jī)提供動(dòng)力。在變直徑的情況下彈簧力改變以確保爬桿機(jī)器人的正常作業(yè)。大體方案設(shè)計(jì)如圖2.3所示該方案所能提供負(fù)載有限，但針對(duì)本次設(shè)計(jì)要求該機(jī)器人滿(mǎn)足負(fù)載5kg的技術(shù)要求，并且能在一根變直徑桿上作業(yè)，通過(guò)彈簧的拉力可以適應(yīng)120200mm的直徑桿，滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)的所有技術(shù)要求。小結(jié)：通過(guò)比較以上列出的三個(gè)設(shè)計(jì)方案，本次設(shè)計(jì)的方案采用方案三。該方案滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)緊湊可靠性高。1.機(jī)械手爪 2.移動(dòng)凸輪 3.連桿 4.彈簧 5.盤(pán)形凸輪 6.導(dǎo)桿圖2.3 爬桿機(jī)器人方案32.2 設(shè)計(jì)方法2.2.1仿生設(shè)計(jì)說(shuō)道爬桿運(yùn)動(dòng)我們首先能聯(lián)想到生活中的許多動(dòng)物的爬樹(shù)姿態(tài)，例如我們?nèi)ス珗@參觀(guān)總能看到猴子爬在樹(shù)上（如圖2.4），還有在電線(xiàn)維修和安裝電表時(shí)我們能看到工人穿上腳扣（圖2.5），然后通過(guò)雙手向上爬行，腳扣向下傾斜形成自鎖，腳扣上面的橡膠跟電線(xiàn)桿用較大的摩擦系數(shù)。還有我們?cè)谏钪谐３Ｄ芸吹降囊环N昆蟲(chóng)尺蛾（圖2.6）。在爬行時(shí)，它先使腹足和尾足抓住樹(shù)枝，在通過(guò)身體向上運(yùn)動(dòng)，然后用前足抓緊樹(shù)枝，松開(kāi)腹足和尾足，向前或向上運(yùn)動(dòng)。有這幾個(gè)生活中的事例我能可以運(yùn)用到我們爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中。 圖2.3 猴子爬樹(shù) 圖2.5 工人攀爬電線(xiàn)桿 圖2.6 尺蛾我們可以通過(guò)仿生學(xué)的靈感來(lái)設(shè)計(jì)我們機(jī)器人的爬行運(yùn)動(dòng)方案。方案1：我們可以參考機(jī)床中絲杠的運(yùn)動(dòng)原理，在下手爪固定時(shí)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使上手爪通過(guò)絲杠上升，到達(dá)固定位置后下手抓松開(kāi)，通過(guò)傳動(dòng)使的下手抓上升，到一定位置后下手抓固定完成一次運(yùn)動(dòng)。方案2：在機(jī)械結(jié)構(gòu)中有一種很常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在下手爪固定時(shí)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)是的滑塊到達(dá)最大行程處，上手抓固定、下手抓松開(kāi)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)力是連桿帶動(dòng)下手抓上升。再重復(fù)動(dòng)作即可達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的運(yùn)動(dòng)?？偨Y(jié)：方案1的運(yùn)動(dòng)過(guò)程較為穩(wěn)定，但是結(jié)構(gòu)重量較重，材料價(jià)格比較貴。方案2的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性一般，但是結(jié)構(gòu)重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方案設(shè)計(jì)比較實(shí)惠。所以選擇方案2的設(shè)計(jì)（圖2.7）。圖2.7 運(yùn)動(dòng)周期圖2.2.2夾緊裝置設(shè)計(jì)對(duì)于手爪的夾緊方案的設(shè)計(jì)我們同樣可以參照我們生活中的一些實(shí)例來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如我們平時(shí)用火鉗之類(lèi)的帶手爪的工具時(shí)我們是如何夾緊物件的。我們可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖2.8），該機(jī)構(gòu)雖然能實(shí)現(xiàn)加緊功能，但是如果是在變直桿上面工作，直桿直徑變化使得較大會(huì)無(wú)法夾緊直桿從而失去工作能力。我們可以通過(guò)參考我們生活中一些帶彈簧的鉗子（圖2.9）將彈簧上的壓簧變成拉簧，通過(guò)拉簧產(chǎn)生的拉力作用使得手爪夾緊直桿，大體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖2.10所示。 圖2.8 連桿驅(qū)動(dòng)手爪 圖2.9 鉗子圖2.10 夾緊裝置大體結(jié)構(gòu)2.2.3運(yùn)動(dòng)狀態(tài)根據(jù)以上的設(shè)計(jì)方案結(jié)果我們可以得出本次設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分布：狀態(tài)1：:在初始狀態(tài)是，機(jī)器人的下機(jī)械手爪夾緊直桿，同時(shí)上機(jī)械手爪在彈簧作用下松開(kāi)。狀態(tài)2：電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)減速箱連接帶動(dòng)曲柄以及和曲柄一起固定在下手爪處的兩個(gè)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)形凸輪推動(dòng)下機(jī)械臂想外擺動(dòng)，機(jī)械手爪向外松開(kāi)。當(dāng)盤(pán)形凸輪轉(zhuǎn)過(guò)小半徑的圓弧后，下方的手爪松開(kāi)；同時(shí)移動(dòng)凸輪向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)上方手爪夾緊直桿。狀態(tài)3：電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)器人的上機(jī)械手夾緊，而下機(jī)械手此刻處于松開(kāi)狀態(tài)，機(jī)器人下半部分被運(yùn)動(dòng)到極限位置，即上升到最高位置。狀態(tài)4：電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人下部的盤(pán)形凸輪轉(zhuǎn)過(guò)最大半徑的圓弧后，下機(jī)械手爪開(kāi)始收縮，并夾緊；同時(shí)移動(dòng)凸輪向上運(yùn)動(dòng)走過(guò)空行程，在凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，上機(jī)械手爪開(kāi)始松開(kāi)。狀態(tài)5：電機(jī)持續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于此時(shí)下方手爪夾緊直桿，而上方手爪處于松開(kāi)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)曲柄產(chǎn)生的推力使得機(jī)器人的上半部分向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲柄和連桿拉直共線(xiàn)即滑塊可到達(dá)的最大行程是，機(jī)器人上半部分上升到極限位置。機(jī)器人從狀態(tài)1運(yùn)行到狀態(tài)5可完成一次爬行。2.2.4小結(jié)本文設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人攀爬的是120200mm的變直徑桿，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人仿照人爬樹(shù)的原理，其結(jié)構(gòu)組成包括夾持機(jī)構(gòu)，由上下機(jī)械手爪組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)桿的抱緊，通過(guò)上、下機(jī)械手爪的交替夾緊來(lái)實(shí)現(xiàn)爬桿機(jī)器人的支點(diǎn)定位和蠕動(dòng)；移動(dòng)機(jī)構(gòu)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組成；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，整個(gè)機(jī)器人只采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，既減輕了重量，又滿(mǎn)足了運(yùn)動(dòng)要求。整個(gè)爬桿機(jī)機(jī)器人長(zhǎng)度為260mm左右，寬的尺寸為150mm作業(yè)，高度為430mm作業(yè)，整個(gè)機(jī)器人的重量不超過(guò)3kg，整個(gè)爬桿機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要通過(guò)2根長(zhǎng)為430mm的鋁管連接在一起。機(jī)械手跟套筒固定在兩根管上。下機(jī)械手固定，上機(jī)械手爪可以上下移動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)主要有在上機(jī)械手爪的移動(dòng)凸輪和一個(gè)在下機(jī)械手爪的兩個(gè)并聯(lián)的盤(pán)形凸輪構(gòu)成。兩種凸輪和上下機(jī)械手的裝置通過(guò)曲柄滑塊裝置連接起來(lái)，是的各個(gè)機(jī)構(gòu)能夠正常運(yùn)作并形成一個(gè)整體，上部的擺桿機(jī)構(gòu)在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下可以沿導(dǎo)桿上下移動(dòng)。3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手爪設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人采用的是上下兩個(gè)手爪的機(jī)械設(shè)計(jì)，屬于雙手抓攀爬機(jī)器人的一種。雙手爪攀爬機(jī)器人是指一類(lèi)結(jié)構(gòu)上由多自由度本體和首尾攀附裝置組成的，通過(guò)兩手爪交替固定并配合本體屈伸或扭擺等運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自身整體移動(dòng)的特種攀爬機(jī)器人。在本次的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中要求攀爬直徑120-200mm內(nèi)的直桿。在接觸部分我們采用橡膠增大摩擦力。在將一個(gè)圓形塊焊接到橡膠邊上（圖3.1），機(jī)械手跟橡膠塊相連，利用橡膠塊增大整個(gè)機(jī)械手爪的和所要攀爬直桿的摩擦力，增加整個(gè)機(jī)器人可靠性。 圖3.1 機(jī)械手爪橡膠塊在根據(jù)直桿的大小我們可以大體設(shè)計(jì)出手爪的外形和尺寸（圖3.2）。根據(jù)電機(jī)的大致尺寸設(shè)定旋轉(zhuǎn)中心跟直桿中心水平距離為67mm，垂直距離為129mm，橡膠塊的厚度為5mm，機(jī)械手爪的連接臂繞導(dǎo)桿的擺動(dòng)角度范圍在7.8以?xún)?nèi)?？紤]到安裝機(jī)器人的問(wèn)題，所以機(jī)械手抓的擺動(dòng)角度大概在10左右。圖3.2 機(jī)械手爪設(shè)計(jì)尺寸圖機(jī)械手爪的厚度取10mm。重量大概是0.2kg?？偟拈L(zhǎng)度大約為260mm。采用鋁合金2014。彈性模量E=70GPa。手爪的大體三維形狀如圖3.3所示。圖3.3 機(jī)械手爪三維圖3.1.1機(jī)械手爪力學(xué)分析機(jī)器人的關(guān)鍵部分如機(jī)械連接臂，對(duì)機(jī)器人的爬行具有很重要作用，在機(jī)器人爬行過(guò)程中，當(dāng)機(jī)械手夾緊時(shí)，此時(shí)受力最大，機(jī)械臂變形最大，因此需對(duì)機(jī)械臂的變形繞度進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)機(jī)械手一端夾緊的時(shí)候我們可以吧整個(gè)手臂看成一個(gè)懸臂梁，截面可以看成一個(gè)矩形截面來(lái)計(jì)算。一根軸如果在受力的時(shí)候變彎了，我們把這樣的軸叫做撓曲軸（圖3.4）所示，我們可以校核垂直于梁的位移量來(lái)確保梁的穩(wěn)定性，也就是要計(jì)算撓度值。圖3.4 撓曲軸撓度方程： （3-1）其中： （3-2）符號(hào)意義：矩形截面對(duì)X軸的慣性矩； a 長(zhǎng)（cm）；b 寬(cm)；橫截面經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化可以看成近似為長(zhǎng)方形的彎曲桿。長(zhǎng)桿幾何參數(shù)可簡(jiǎn)化為：L=240mm；B=10mm；H=10mm；長(zhǎng)桿材料參數(shù)：彈性模量E=70GPa；泊松比V=0.3；當(dāng)爬桿機(jī)器人開(kāi)始工作的時(shí)候，特別是在上機(jī)械手爪夾緊直桿時(shí)，此時(shí)下機(jī)械手爪是處于松開(kāi)狀態(tài)的，在這個(gè)時(shí)候上機(jī)械手爪所受到的力最大，變形也是最大的。因?yàn)槲覀儍蓚€(gè)機(jī)械手爪是通過(guò)兩個(gè)大圓桿作為固定點(diǎn)的，所以我們可以忽略掉在Y軸上面的變形，只計(jì)算在X上面的變形。機(jī)械手臂可看成一根長(zhǎng)為240mm的懸臂梁，根據(jù)我們下面的計(jì)算我們可以知道每只機(jī)械手連接臂末端的最大載荷為F=54N，應(yīng)用材料力學(xué)公式求端點(diǎn)處的繞度： （3-3）由此可看出機(jī)械手連接臂在處于懸臂狀態(tài)時(shí)，當(dāng)連接臂末端承受最大載荷F=54N時(shí)，最大繞度值為=2mm，可以忽略不計(jì)。3.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由平面四桿機(jī)構(gòu)演變而來(lái)。本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人向上攀爬的功能就是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)提供動(dòng)能帶動(dòng)跟輸出軸相連的曲柄，通過(guò)曲柄滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)合上下機(jī)械手的松開(kāi)與夾緊運(yùn)動(dòng)。因此曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)決定著機(jī)器人的功能能否實(shí)現(xiàn)。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡跟曲柄的回轉(zhuǎn)中心在同一條直線(xiàn)上，叫做對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄r越小，連桿l越大時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳力特性比較好。考慮到電機(jī)的寬度和盤(pán)形凸輪的長(zhǎng)度，一般工程中曲柄和連桿長(zhǎng)度比為1/4。可以先選取曲柄的長(zhǎng)度為60mm，再選取連桿的長(zhǎng)度為240mm，因?yàn)橥馆喴彩怯虚L(zhǎng)度的，所以還要加上凸輪的長(zhǎng)度，總的長(zhǎng)度大約為260mm。因?yàn)槭菍?duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以e=0。3.2.1曲柄滑塊速度分析圖3.9 運(yùn)轉(zhuǎn)周期圖因?yàn)榍龅氖菆A周運(yùn)動(dòng)，所以設(shè)曲柄的轉(zhuǎn)速為r/min。曲柄堯軌跡旋轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間為： （3-4）由圖12的周期圖我們可以看出當(dāng)曲柄堯軌跡轉(zhuǎn)一圈后，爬桿機(jī)器人向上爬行了2r。也就是120mm?？梢郧蟪鰴C(jī)器人的向上移動(dòng)速度： （3-5）因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的機(jī)器人的要求對(duì)爬行速度沒(méi)有明確的要求，所以我們?cè)O(shè)定機(jī)器人的向上移動(dòng)速度為100mm/s所以應(yīng)該保持在50r/min左右。3.3 連桿的受力分析圖3.10 受力圖建立曲柄跟滑塊的受力方程，得出力與力p的關(guān)系： b （3-6）將曲柄最外處看成一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)向心力幾三角函數(shù)關(guān)系可得力和關(guān)系： （3-7）聯(lián)立兩個(gè)式子： （3-8）曲柄端點(diǎn)處轉(zhuǎn)矩T： （3-9）根據(jù)受力圖可知： （3-10）將式（3-24）、（3-25）代入式（3-26），可得b +（3-11）則可推導(dǎo)出作用在滑塊上的壓力p，即 （3-12）在實(shí)際工程中曲柄和連桿長(zhǎng)度上面你的關(guān)系都有4rL,所以rL，則角可以取0。 （3-13）有下面的減速箱的計(jì)算我們已經(jīng)可以知道了連桿所受到的轉(zhuǎn)矩T=8980Nmm,曲柄的長(zhǎng)度為60mm。所以我們可以帶入上面求得的方程：根據(jù)所設(shè)計(jì)的移動(dòng)凸輪的角度我們可知，當(dāng)時(shí)，滑塊所承受的力為233N，遠(yuǎn)大于彈簧的拉力54N，所以可以保證曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的可靠性。3.3 移動(dòng)凸輪的設(shè)計(jì)在本次爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中，移動(dòng)凸輪就是相當(dāng)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)當(dāng)中的滑塊，通過(guò)凸輪推出的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)上機(jī)械手的松開(kāi)。上機(jī)械手從導(dǎo)柱中心到推桿的距離為106mm，可擺動(dòng)的角度大約為10，為了保證機(jī)械手的安裝，每邊機(jī)械手的可擺動(dòng)距離為20mm以上，通過(guò)三維模型建模測(cè)定，可設(shè)定移動(dòng)凸輪的下底面長(zhǎng)度為60mm，凸輪的上下面長(zhǎng)度為40mm。其余的凸輪尺寸如圖13所示。圖 3.11 移動(dòng)凸輪尺寸圖3.4 盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪在我們的工程實(shí)踐中常常用到，本次設(shè)計(jì)中所要求得機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢酝ㄟ^(guò)凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們通過(guò)凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡（圖14-1）。來(lái)確定下機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。當(dāng)推桿接觸到凸輪的小輪廓時(shí)，下機(jī)械手爪處于夾緊狀態(tài)，當(dāng)經(jīng)過(guò)推程時(shí)下機(jī)械手爪慢慢張開(kāi)，到達(dá)最大輪廓時(shí)處于停歇狀態(tài)，此時(shí)機(jī)械手爪松開(kāi)。再經(jīng)過(guò)回程，機(jī)械手爪重新夾緊，此后一直重復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖3.12盤(pán)形凸輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程由于機(jī)械手只有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以將凸輪做成等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過(guò)三維建模的尺寸觀(guān)察，凸輪的小半徑取20mm，大半徑取42mm即可滿(mǎn)足機(jī)械手120mm到200mm的擺動(dòng)要求。圖 3.14 盤(pán)形凸輪尺寸圖4 減速箱設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇在現(xiàn)代的機(jī)器人設(shè)計(jì)當(dāng)中，電動(dòng)機(jī)時(shí)不可缺少的一部分。怎么樣選擇合適的電動(dòng)機(jī)也很重要。對(duì)于本次所要設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人，我們主要考慮的是電機(jī)的結(jié)構(gòu)大小，所能提供的轉(zhuǎn)速和功率要滿(mǎn)足機(jī)器人的爬行速度和力矩。對(duì)比現(xiàn)在市面上的電機(jī)選擇，我們可以選擇廈門(mén)Jscc所生產(chǎn)的電機(jī)，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)阻尼電機(jī)的結(jié)構(gòu)比其他電機(jī)的結(jié)構(gòu)更小，而且該公司的電機(jī)都是采用鋁制，在重量上都比較輕盈。這對(duì)我們的爬桿機(jī)器人所要的重量都相吻合。所以我們選擇用jscc的電機(jī)。通過(guò)該公司的產(chǎn)品列表我們選擇型號(hào)為60YR25DV11的阻尼電機(jī)。該電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如表1所示：表1 電機(jī)參數(shù)齒輪軸圓軸輸出功率W電壓V頻率HZ電流A額定轉(zhuǎn)速r/min啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩mN*m額定轉(zhuǎn)矩mN*m運(yùn)行電容60YR25GV1160YR25DV1150110500.487101452106/250V由于我們的減速箱是自己設(shè)置的，所以我們采用的是圓軸式。通過(guò)我們查該公司給出來(lái)的資料我們可以得出電機(jī)的尺寸（圖4.1）。重量為1.6kg，大致為60mmx60mmx98mm。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為710r/min。圖4.1 電機(jī)的尺寸參數(shù)4.2 齒輪設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，我們采用圓錐圓柱二級(jí)減速的設(shè)計(jì)方案。電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)上面電機(jī)的選擇可以知道為710r/min,功率為25w，爬桿機(jī)器人的向上爬行速度為100mm/s，曲柄的轉(zhuǎn)速為50r/min。所以輸出軸的輸出轉(zhuǎn)速為50r/min。二級(jí)減速器的方案如圖4.2所示。圖 4.2 二級(jí)減速器方案圖確定傳動(dòng)比因?yàn)橐阎妮敵鲛D(zhuǎn)速為，輸入的轉(zhuǎn)速，所以確定總傳動(dòng)比為15。通過(guò)查機(jī)械手冊(cè)可以知道錐齒輪間的傳動(dòng)比為；我們?nèi)⌒饼X輪間的傳動(dòng)比為；我們?nèi)?。通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們可以確定每?jī)蓚€(gè)兩件間的傳動(dòng)效率：；因?yàn)槭情]式減速箱，；。那么我們可以算出總的傳動(dòng)效率為：。各軸轉(zhuǎn)速 = 各軸轉(zhuǎn)矩：=0.672Nm =1.908Nm =9Nm4.2.1齒輪類(lèi)型、材料及強(qiáng)度計(jì)算圓錐齒輪設(shè)計(jì)：對(duì)于傳動(dòng)方式我們選擇直齒錐齒輪齒輪傳動(dòng)，同時(shí)我們選取壓力角取為20，因?yàn)閳A錐圓柱齒輪減速器在我們生活中比較常見(jiàn)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高，通過(guò)我們查閱課本機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）里面的表10-6故選用8級(jí)精度。材料的選擇：因?yàn)楸敬蔚脑O(shè)計(jì)減速箱是運(yùn)用在爬桿機(jī)器人身上，所以對(duì)材料的重量有特殊的要求，不能直接選用鋼材。通過(guò)對(duì)于一些新型材料的了解。我們將齒輪輪芯的材料定為聚苯醚（又稱(chēng)PPO）。這種材料具有剛性大、耐熱性高、耐磨、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)。齒面的材料繼續(xù)用鋼材。小齒輪的材料我們可以選用調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到280HBS,大齒輪的材料選用調(diào)質(zhì)處理后的45鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到240HBS。我們可以預(yù)選一個(gè)小齒輪齒數(shù)，先取小齒輪，因?yàn)殄F齒傳動(dòng)比定為3，所以大齒輪齒數(shù)1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度：因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的減速器是屬于閉式的，所以計(jì)算齒輪的強(qiáng)度主要通過(guò)齒面的接觸疲勞強(qiáng)度來(lái)校核計(jì)算。 （1）分度圓計(jì)算公式為： （4-1）數(shù)的值：先試選定載荷系數(shù)的值：在上面我們已經(jīng)算出了小齒輪的轉(zhuǎn)矩：可選取齒寬系數(shù)通過(guò)查課本機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）8圖10-20查得區(qū)域系數(shù)通過(guò)查文獻(xiàn)8表10-5查得彈性影響系數(shù)為：計(jì)算齒輪所接觸得疲勞強(qiáng)度所允許的許用應(yīng)力通過(guò)查詢(xún)文獻(xiàn)8的圖10-25d可以得到接觸疲勞極限的值：小齒輪，大齒輪。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算：=3.067 （4-2） （4-3）通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-23可以得到接觸疲勞壽命系數(shù)的值：，?？梢匀∈Ц怕蕿?，S=1。計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： （4-4） （4-5）因?yàn)槭窃S用應(yīng)力，所以應(yīng)該取計(jì)算出來(lái)的較小值。（2）分度圓直徑： （4-6）試算直徑為： 圓周速度v： =12.08mm （4-7）通過(guò)查文獻(xiàn)8表10-2可定使用系數(shù) 通過(guò)圓周速度查文獻(xiàn)8中圖10-8得 齒間載荷分配系數(shù)因?yàn)辇X輪精度低，所以取查文獻(xiàn)8表10-2，因?yàn)樾↓X輪懸臂，所以取齒向載荷分布系數(shù)可以計(jì)算出我們所需要的實(shí)際載荷系數(shù)（3）計(jì)算小齒輪的分度圓， （4-8）通過(guò)實(shí)際的載荷系數(shù)來(lái)更正分度圓直徑： （4-9）齒輪模數(shù)為 （4-10）2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：模數(shù)的計(jì)算公式： （4-11）(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-24可以得到彎曲疲勞強(qiáng)度極限值，小齒輪值為，大齒輪的值為。彎曲疲勞壽命系數(shù)，計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取安全系數(shù)S=1.4， （4-12） （4-13）可以算出載荷系數(shù)2.31（系數(shù)的選擇方法和上面相同）節(jié)圓錐角 （4-14） （4-15）可以的到當(dāng)量齒數(shù) （4-16）通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-17可以得到齒形系數(shù)：，。通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-18可以得到應(yīng)力校正系數(shù) ， 計(jì)算兩個(gè)齒輪的=0.0145 （4-17）=0.016 （4-18）因?yàn)榇簖X輪的值比較大，所以參照大齒輪的數(shù)值。(2)模數(shù)計(jì)算1.50 （4-18）根據(jù)實(shí)際中的模數(shù)值可以選取m=1.5，=17 (3)幾何尺寸計(jì)算計(jì)算大端分度圓直徑 計(jì)算節(jié)錐頂距 （4-19）大端齒頂圓直徑 （4-20） （4-21）齒寬： （4-22）取主要設(shè)計(jì)結(jié)論表3 錐齒輪參數(shù)表齒輪齒數(shù)z模數(shù)m壓力角分錐角齒寬b材料等級(jí)小齒輪171.52018.4351440Cr（調(diào)質(zhì)）8大齒輪511.52071.5651445鋼（調(diào)質(zhì)）8 圖4.3 小錐齒輪三維圖 圖4.4 大錐齒輪三維圖圓柱齒輪設(shè)計(jì)：通過(guò)上面我們已經(jīng)求出每根軸的轉(zhuǎn)速，圓柱小齒輪所在軸的轉(zhuǎn)速為236.7r/min，大齒輪所在的軸的轉(zhuǎn)速47.3r/min,兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比i=5。齒輪的材料選擇跟上面錐齒輪的選擇一樣，將齒輪輪芯的材料定為聚苯醚。齒緣的材料繼續(xù)用鋼材。小齒輪的材料我們可以選用調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到280HBS,大齒輪的材料選用調(diào)質(zhì)處理后的45鋼，而它的齒面硬度可以達(dá)到240HBS。我們可以預(yù)選一個(gè)小齒輪齒數(shù)，先取小齒輪，因?yàn)殄F齒傳動(dòng)比定為5，所以大齒輪齒數(shù)1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度：因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的減速器是屬于閉式的，所以計(jì)算齒輪的強(qiáng)度主要通過(guò)齒面的接觸疲勞強(qiáng)度來(lái)校核計(jì)算。該校核的計(jì)算公式為： （4-23）（1）我們要先確定公式中每個(gè)參數(shù)的值：先試選定載荷系數(shù)的值：在上面我們已經(jīng)算出了小齒輪的轉(zhuǎn)矩：可選取齒寬系數(shù)，螺旋角通過(guò)查課本機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）8圖10-20查得區(qū)域系數(shù)通過(guò)查文獻(xiàn)8表10-5查得彈性影響系數(shù)為：通過(guò)查詢(xún)文獻(xiàn)8的圖10-25d可以得到接觸疲勞極限的值小齒輪，大齒輪。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算： 通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-23可以得到接觸疲勞壽命系數(shù)的值： ，計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 （4-24） （4-25）因?yàn)槭窃S用應(yīng)力，所以應(yīng)該取計(jì)算出來(lái)的較小值。由計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。 （4-25） （4-26） （4-27） （4-28） （4-29） （4-30）由可得螺旋角系數(shù)： （4-31）（2）分度圓直徑： （4-32）=mm計(jì)算圓周速度v （4-33）計(jì)算齒寬 （4-34）計(jì)算齒寬與齒高比b/h模數(shù)： （4-35）齒高： （4-36）齒輪的圓周力 （4-37） （4-38）(3)計(jì)算載荷系數(shù)查得 通過(guò)查文獻(xiàn)8表10-2可定使用系數(shù) 通過(guò)圓周速度查文獻(xiàn)8中圖10-8得 齒間載荷分配系數(shù)取查文獻(xiàn)8表10-4，取齒向載荷分布系數(shù) （4-39）由 b/h=7.72, 查得所以 (4) 校正后的分度圓直徑：=14.95mm (4-40)(5) 計(jì)算模數(shù)=0.852.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：模數(shù)的計(jì)算公式： （4-41）(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值載荷系數(shù)由式，計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)。 （4-42） （4-43） （4-44）由式，可得計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)。 ，計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)S=1.4 （4-45）通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-17可以得到齒形系數(shù) 通過(guò)查文獻(xiàn)8中的圖10-18可以得到應(yīng)力校正系數(shù) 計(jì)算兩個(gè)齒輪的當(dāng)量齒數(shù)， （4-46） （4-47）因?yàn)榇簖X輪的值比較大，所以參照大齒輪的數(shù)值。（2）模數(shù)計(jì)算=0.41 （4-48）圓周速度v （4-49） （4-50）齒寬 （4-51）齒高h(yuǎn)及寬高比 （4-52）可以算出載荷系數(shù)（系數(shù)的選擇方法和上面相同） （4-53）因?yàn)檎麄€(gè)減速箱的尺寸不一過(guò)大，所以模數(shù)的選擇要盡量取小可以選取m=0.8，按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的分度圓d來(lái)計(jì)算小齒圓系數(shù)。，?；橘|(zhì)數(shù)，取(3)幾何尺寸計(jì)算中心距： （4-54）因?yàn)槟?shù)增大，所以圓整中心距螺旋角： （4-55） （4-56） （4-57）齒寬： （4-58）取,3.因?yàn)樵趫A整中心距之后各項(xiàng)數(shù)值都已經(jīng)變化，所以要重新校核。（1）齒面接觸疲勞校核：將它們代入得：式中的參數(shù)的取值跟前面的計(jì)算一樣，所以我們將參數(shù)的計(jì)算公式省略，計(jì)算如下：， （4-59）假設(shè)成立，計(jì)算有效。（2） 齒根接觸疲勞校核：，。 （4-60）所以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。主要設(shè)計(jì)結(jié)論表3 圓柱齒輪參數(shù)表齒輪齒數(shù)Z模數(shù)m壓力角（）螺旋角（）中心距a（mm）齒寬b（mm）材料等級(jí)小齒輪190.82013.936462040Cr（調(diào)質(zhì)）8大齒輪960.82013.936461645鋼（調(diào)質(zhì)）8 圖4.5 小斜齒輪軸 圖4.6 大斜齒輪4.3 軸的設(shè)計(jì)4.3.1聯(lián)軸器的選擇由于上面電機(jī)的選擇后可以知道電機(jī)的輸出軸的直徑為8mm，應(yīng)為直徑比較小，我們通過(guò)查機(jī)械手冊(cè)可能比較難選擇，我們可以通過(guò)米西米（MISUMI-VONA）網(wǎng)站進(jìn)行查找我們所需要的聯(lián)軸器。由米西米查詢(xún)到的零件可以在市面上買(mǎi)到，所以對(duì)于我們的設(shè)計(jì)如果要做成品是比較方便的。通過(guò)查詢(xún)軸徑的聯(lián)軸器和盡可能的細(xì)小的零件。我們可以采用剛性聯(lián)軸器。參數(shù)表如圖4.7所示：圖4.7 聯(lián)軸器參數(shù)表圖4.8 聯(lián)軸器尺寸庫(kù)最后我們選擇SR-16-8X8。尺寸如圖4.8所示。4.3.2軸承選擇因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的減速箱是運(yùn)用在爬桿機(jī)器人上的，所以所設(shè)計(jì)的軸的尺寸都不會(huì)很大，我們查表可以知道一般的圓錐滾子軸承的內(nèi)徑和外徑都比較大。通過(guò)查詢(xún)米西米的材料庫(kù)，我們發(fā)現(xiàn)了一種直徑較小、比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的軸承-深溝球軸承。通過(guò)比較我們選擇型號(hào)為SC6700ZZ的軸承，它的具體參數(shù)如圖4.9所示除了輸出軸的軸承根據(jù)輸出軸的那段軸直徑選擇15mm型的軸承，其余的三個(gè)軸承都是選擇軸徑為10mm型的。圖4.9 軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖4.10 軸承參數(shù)圖4.3.3確定軸的結(jié)構(gòu)與尺寸輸入軸：因?yàn)檩S一是輸入軸，一端直接與聯(lián)軸器相連，所以第一段軸的直徑取8mm，根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸，軸的第一段長(zhǎng)度取8mm。第二段的軸因?yàn)橹苯优c軸承相連，所以該段的軸直徑取10mm。軸肩的部分的長(zhǎng)度我們可以取13mm。第四段軸同樣是直接跟軸承接觸，長(zhǎng)度要大于軸承寬度取6mm，最后一段與齒輪通過(guò)鍵連接，取直接為8mm，長(zhǎng)度為15mm?？傞L(zhǎng)為42mm。軸一的結(jié)構(gòu)如圖4.11所示圖4.11 輸入軸尺寸圖中間齒輪軸：軸二為中間軸，第一段和最后一段都是與軸承相連，所以取直徑為10mm，靠進(jìn)齒輪的這一段長(zhǎng)度為5mm，另一段9mm，跟齒輪相連的兩段直徑都為12mm，跟軸承靠近的這一段長(zhǎng)度取5mm，遠(yuǎn)離齒輪的另一段長(zhǎng)度取3mm，跟大錐齒相接觸的那一段軸的直徑根據(jù)齒輪取11mm，長(zhǎng)度根據(jù)齒輪寬度20mm可以取16mm。軸二的結(jié)構(gòu)如圖17.2所示圖4.12 中間齒輪軸尺寸圖輸出軸：軸三是輸出軸，第一段與螺母相連，我們是直徑為12mm的六角螺母，所以軸的做成直徑為M12的螺紋線(xiàn)。該段的長(zhǎng)度15mm，第二段軸是與兩個(gè)盤(pán)形凸輪相接觸的，所以軸的直徑我們根據(jù)盤(pán)形凸輪直徑取12mm，要保證兩個(gè)盤(pán)形凸輪的寬度，所以長(zhǎng)度取35mm。第三段得軸直接與軸承接觸，該地方的軸承我們?nèi)?4mm的，所以直徑取14mm，該段軸的長(zhǎng)度取19mm。第四段軸直接與大齒輪鍵連接，可以取直徑為16mm，齒輪寬度為16mm，所以軸上的長(zhǎng)度為14mm。與軸承接觸的那一段我們10mm的直徑，而中間那段軸肩直徑可以取12mm，兩段的長(zhǎng)度分別為4mm和20mm。軸三的結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.13所示圖4.13 輸出軸尺寸圖4.3.4軸的校核按彎曲合成強(qiáng)度校核：通過(guò)左手定則和右手定則還有軸的轉(zhuǎn)向我們可以確定每根軸上面的齒輪所受的軸向力、向心力和圓周力，力的方向如下圖4.14所示。圖4.14 各齒輪的受力圖輸入軸：在上面我們已經(jīng)計(jì)算出了每根軸所受到的轉(zhuǎn)矩。所以已知，輸入軸的轉(zhuǎn)速為n=710r/min。小齒輪大端分度圓直徑，。電機(jī)一端所產(chǎn)生的圓周力： （4-61）錐齒輪1上的作用力：圓周力： （4-62）方向與方向相反。徑向力為： （4-63）方向指向軸的方向。軸向力為： （4-64）方向指向錐齒大端。垂直方向支反力： （4-65） （4-66）水平方向支反力： （4-67）繪制彎矩圖：圖4.15 軸的力矩圖表4 輸入軸力矩載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 （4-68）因?yàn)檩S的材料為調(diào)質(zhì)處理后的45鋼，由文獻(xiàn)8中表15-1查得許用彎曲應(yīng)力，因此，故安全。中間軸：（1），。，。（2）錐齒輪2上的作用力圓周力： （4-69）徑向力為： （4-70）軸向力為： （4-71）（3）齒輪3上的作用力圓周力： （4-72）方向與方向相反。 （4-56） （4-73）垂直支反力： （4-58）水平支反力： （4-74）表5 中間軸力矩載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T取，軸的計(jì)算應(yīng)力因?yàn)檩S的材料為調(diào)質(zhì)處理后的45鋼，由文獻(xiàn)8中表15-1查得許用彎曲應(yīng)力，因此，故安全。輸出軸：（1），。（2）齒輪4上的作用力圓周力： （4-75） （4-76） （4-77）垂直支反力： （4-78）水平支反力： （4-79）表6 輸出軸力矩載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力因?yàn)檩S的材料為調(diào)質(zhì)處理后的45鋼，由文獻(xiàn)8zhong 表15-1查得許用彎曲應(yīng)力，因此，故安全。4.4 軸承的校核4.4.1軸承的徑向載荷因?yàn)楦S相連的軸承不提供另外徑向力，所以軸承所受到的徑向力與上面軸校核是所受的徑向力相等。輸入軸：，中間軸：，輸出軸：，4.4.2 軸承的軸向力校核因?yàn)槲覀兯x用的軸承是深溝球軸承。通過(guò)查軸承手冊(cè)我們可以知道，深溝球軸承可以承受的較大的徑向力，允許高轉(zhuǎn)速。在軸向力方面只能承受少許力。我們可以查詢(xún)SKF給出的深溝球軸承數(shù)據(jù)資料“對(duì)于深溝球軸承只受軸向力時(shí)，軸向力不應(yīng)超過(guò)0.5C0，輕型系列的不應(yīng)該超過(guò)0.25C0”。根據(jù)上面軸承的參數(shù)我們可以知道我們這次選定的型號(hào)SC6700ZZ的軸承的額定靜載荷為0.34KN。所以深溝球軸承的最大軸向載荷：各軸的軸向載荷：輸入軸：中間軸：，兩個(gè)軸向力方向相反，所以所受的軸向力：輸出軸：根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們可以得出三根所受的軸向力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該型號(hào)的深溝球軸承的額定軸向載荷，所以該型號(hào)軸承在軸向載荷方面符合設(shè)計(jì)要求。4.4.3軸承的徑向當(dāng)量載荷根據(jù)軸承設(shè)計(jì)手冊(cè)中GB276-89中深溝球軸承的徑向當(dāng)量載荷計(jì)算：輸入軸：，e取0.19，Y=2.30 （4-80）當(dāng)量動(dòng)載荷：當(dāng)量靜載荷： （4-81）當(dāng)量動(dòng)載荷：當(dāng)量靜載荷：中間軸：，e取0.19，Y=2.30 （4-82）當(dāng)量動(dòng)載荷：當(dāng)量靜載荷： （4-83）當(dāng)量動(dòng)載荷：當(dāng)量靜載荷：輸出軸：，e取0.19，Y=2.30
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