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摘 要
本課題來源于當(dāng)今社會機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的創(chuàng)新和更新?lián)Q代基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計(jì)出CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置，從而來滿足當(dāng)今社會諧波傳動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)精度不足的缺陷。
國內(nèi)機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量好，效率高等主題保持一致。近期對機(jī)械行業(yè)中機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的使用情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)中，諧波齒輪減速器的使用非常普遍，特別在機(jī)器人的柔性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中，經(jīng)常被用到。通過對CS20機(jī)型的機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，對之進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是當(dāng)務(wù)之急。
本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識，首先從CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的方案布局入手，通過查找相關(guān)資料，確定了本次設(shè)計(jì)的CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的具體方案，然后再對它的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對其中常用的標(biāo)準(zhǔn)件例如軸承，軸，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行各主要零部件的強(qiáng)度校核。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人；諧波傳動(dòng)裝置；結(jié)構(gòu)；校核
Abstract
This topic comes from nowadays robot joint of the harmonic drive device innovation and renewal replacement based on, through the design of a CS20 models of robot joint harmonic driving device, thus to satisfy the defects of insufficient accuracy for today's society harmonic drive device operation.
The development and manufacture of the domestic robot joint harmonic drive device should be consistent with the global appeal of efficient economy, good operation quality and high efficiency. A recent use of machinery industry robot joint harmonic driving device were investigated. Found in the machinery industry, the harmonic gear deceleration is used very common, especially in the flexibility of robot joint rotation is often used. Through the design of the CS20 model of the robot joint harmonic drive device, the structure of the innovation is a priority.
In this paper, the knowledge learned in college, starting from the first CS20 models of robot joint harmonic drive device layout of, through the search for relevant information to determine the specific programs of the design of CS20 models of robot joint harmonic drive device, and then the concrete internal structure design, of which commonly used standard parts such as bearings, shaft, chain drive mechanism were design selection. Finally, the main components of the strength check.
關(guān)鍵詞：機(jī)器人；諧波傳動(dòng)裝置；結(jié)構(gòu)；校核
Key words: robot; harmonic drive device; structure; check
ii
目 錄
摘要 i
一、緒論 1
1.1課題來歷與研究的目的以及意義 1
1.2 發(fā)展概況 3
1.2.1 國內(nèi)的發(fā)展概況 5
1.2.2 國外的發(fā)展概況 7
1.3本課題研究的內(nèi)容 9
二、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.1行星齒輪的計(jì)算 11
2.1.1 配齒計(jì)算 12
2.1.2 幾何尺寸計(jì)算 12
2.1.3 裝配條件驗(yàn)算 14
2.2 動(dòng)力源的選型計(jì)算 16
2.3 研究計(jì)算軸 18
三、主要傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核 20
3.1 傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 24
3.2 傳動(dòng)齒輪的強(qiáng)度校核 25
3.3 軸承強(qiáng)度的校核 26
四、設(shè)計(jì)總結(jié) 28
結(jié) 論 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
一、緒論
從廣闊的視野、各種各樣的活動(dòng)，還有和學(xué)術(shù)報(bào)告、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及另外別的角度的的詳細(xì)內(nèi)容，我們得到了包含定位、性質(zhì)以及應(yīng)用的機(jī)器人的大環(huán)境。機(jī)器人已發(fā)展到注重提高生產(chǎn)效率，成品質(zhì)量穩(wěn)定性和提升人類無法輕松靠近本地操作。最近，超過10000000000元的市場已經(jīng)建立了機(jī)器人的商業(yè)用途，像清潔機(jī)器人，它的應(yīng)用已經(jīng)滲透到醫(yī)療福利，農(nóng)業(yè)，等。對抗震救災(zāi)中的應(yīng)用和護(hù)理的期望，福利特別高，和出色的機(jī)器人技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建一個(gè)新的市場，也為保護(hù)世界環(huán)境的一個(gè)非常重要的貢獻(xiàn)。在一個(gè)國家或地區(qū)有機(jī)器人具有普遍偏向的方式。今后，會更加流行正在蓬勃發(fā)展的機(jī)器人。OMG國標(biāo)早就認(rèn)可中介范例，ISO資質(zhì)也授與了能幫人平時(shí)活動(dòng)的機(jī)器人。即使在虛擬場景中的活動(dòng)，這是越來越多的機(jī)器人的使用。根據(jù)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用在通訊，家電，汽車，醫(yī)療設(shè)備和其他，機(jī)器人已被廣泛認(rèn)可。它是一種動(dòng)力，看來像它會導(dǎo)致一個(gè)新的行業(yè)。機(jī)器人研發(fā)情況固然都在被上述所整理，然而這些仍然是顯示出要把機(jī)器人推向消費(fèi)者。歐美等發(fā)達(dá)國家成立有相應(yīng)計(jì)劃，本國也需求更好的戰(zhàn)略，方能維持積極地有力發(fā)展。新服務(wù)機(jī)器人對于市場具有應(yīng)用性很強(qiáng)的領(lǐng)域，比如孜孜不倦的創(chuàng)新產(chǎn)品、醫(yī)療項(xiàng)目、相關(guān)福利以及防不勝防的自然性或人為性災(zāi)難。在另一方面，雖然產(chǎn)自日本的工業(yè)機(jī)器人依然是行業(yè)里最好的，但其他國家都在奮起直追。在關(guān)于實(shí)際使用中，美國提出了很多觀點(diǎn)。在美國有建立國家計(jì)劃項(xiàng)目，歐洲也是，如Horizon2020，我們的國家也需要更好的政策，才能保持健康的發(fā)展前景。
工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品強(qiáng)度的可靠性得到了增強(qiáng)，有望應(yīng)用于教學(xué)，免費(fèi)的產(chǎn)品系統(tǒng)和一些新的領(lǐng)域。
只有我們創(chuàng)建的模式可十分完美地與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，才能建立一個(gè)滿是生機(jī)的社會環(huán)境，幫助型機(jī)器人也才能服務(wù)大眾的各類活動(dòng)。如果多個(gè)應(yīng)用程序可以為我們創(chuàng)造的，他們提供快速，安全的服務(wù)，滿足他們的需求，將是非常愉快的。所以，我們應(yīng)該抓緊實(shí)現(xiàn)建設(shè)這樣一個(gè)好的平臺。
此外，因?yàn)榻逃侨瞬诺呐囵B(yǎng)，社會和工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域也要由它來服務(wù)。教育以及教育系統(tǒng)以機(jī)器人為目標(biāo)的不僅得提高應(yīng)付難處的能力；他們也喜歡傳統(tǒng)的技術(shù)，在不同的方向、在合作領(lǐng)域，但關(guān)鍵是要把機(jī)器人技術(shù)對社會和高級人才使用。
1）實(shí)現(xiàn)的潛力
2010年，國家各部委進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機(jī)器人這個(gè)大產(chǎn)業(yè)在接下來的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場占有率都會是井噴式的。
在2013七月，在測量市場大小的根本上行使2010之“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的市場趨勢考查”后續(xù)。情況即中國市場正在急劇膨脹，然后韓國，日本和德國都在拼命瓜分市場。
2）工業(yè)機(jī)器人的定義和需求
在日本，工業(yè)機(jī)器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機(jī)器人對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補(bǔ)充了貧乏的現(xiàn)場人力。 能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費(fèi)物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。
另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的很大問題。利用口令進(jìn)行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機(jī)器人。在當(dāng)下的機(jī)器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機(jī)器人體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個(gè)大難點(diǎn)。在將來的時(shí)間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機(jī)器人會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。
3）機(jī)器人在社會中的定義和需要
由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計(jì)機(jī)器人會給以充分的反饋，好比訊號的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團(tuán)給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實(shí)踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型機(jī)器人的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時(shí)期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。
B）機(jī)器人服務(wù)平臺
如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)機(jī)器人體系的運(yùn)作方法，就得懂得實(shí)際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機(jī)器人還給以幫助。不只是增添了很多額外花費(fèi)，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務(wù)機(jī)器人體系，若是服務(wù)的回報(bào)無法回本更無盈利，就更不能擴(kuò)大利用了。假如一個(gè)多服務(wù)系統(tǒng)機(jī)器人可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報(bào)能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個(gè)體系，這體系會滲透進(jìn)幫助型機(jī)器人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)IT行業(yè)。
4）機(jī)器人在教育中的定義和需求
C）機(jī)器人在教育中的需求
在日本，那樣的向來肩負(fù)著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報(bào)告，眼下的事實(shí)卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機(jī)器人和機(jī)器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)害怕的技術(shù)措施。機(jī)器人活動(dòng)比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機(jī)器人知識亦然在人民里邊傳播開來。
電機(jī)把持，傳感器科學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，機(jī)構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機(jī)器人技術(shù)。于是，途徑PBL——源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強(qiáng)優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。
D)機(jī)器人在教育中的挑戰(zhàn)
說起機(jī)器人培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來數(shù)年會當(dāng)作機(jī)器人培養(yǎng)的中心。首先是對各行各業(yè)的外部人力的教導(dǎo)。比方說，各個(gè)社區(qū)來負(fù)責(zé)踐諾開放向青少年的機(jī)器人培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動(dòng)方式中都有他們的身影，比如地方廣電局以及私人單位的加入。
然后就是達(dá)成社會機(jī)器人培養(yǎng)觀念的引導(dǎo)。第五科技根本設(shè)計(jì)的種種資料已然贊同社會達(dá)成了技能的看法。
末了一點(diǎn)，是關(guān)于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個(gè)部委在定期工作資料中早就說明，他的高管以及技能人力的減少源自于本國的群眾衰老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級人才，不要過于限制他們的歲數(shù)以及保持工作場所。這成為一個(gè)極度首要的困難，對校企培養(yǎng)來講。真正尊重知識人材是處理此困難的一個(gè)絕佳思維，針對日本眼下難處來講。我們應(yīng)該建造渠道，傳播知識人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來的工程師。機(jī)器人的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師已然能夠有所擔(dān)當(dāng)，接下來具備雄厚履歷的知識人材操作起來也是十分順手了。
2.2這些年來面臨的挑戰(zhàn)和建議
從上面的話，機(jī)器人的應(yīng)用情況中的大量看法被歸納出來，計(jì)議了產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的釋義以及用途，還有機(jī)器人進(jìn)行培養(yǎng)用處，給人類帶來了巨大好處。共同的希冀是讓機(jī)器人變成如此般用途的焦點(diǎn)，穩(wěn)定性很好，物美價(jià)廉，還可把感應(yīng)器與移動(dòng)電話接洽為一，普遍增加機(jī)器人的服務(wù)率，如此方能使老弱病殘幼的生存容易實(shí)現(xiàn)醫(yī)療，權(quán)利福利得到完整保證，災(zāi)害虧損減到最少。
由于產(chǎn)業(yè)機(jī)器人知識的能力教育和傳授技巧是拿去交給很多熟能生巧的工人，還有品種眾多的智能化機(jī)器人，所以要強(qiáng)調(diào)可靠地，并樂意與別人溝通的機(jī)器人技能協(xié)作。接下來，還得尋求掌控接口技能以及平臺機(jī)器人服務(wù)打造服務(wù)型機(jī)器人，能讓其巧妙貼切的服務(wù)大眾，完成運(yùn)輸以及系統(tǒng)IT的服務(wù)成長化。
機(jī)器人培養(yǎng)的效力可使大眾的求知欲以及發(fā)展性得到加強(qiáng)。所以必須得整合可靠地技能，激勵(lì)所有年齡段人的培養(yǎng)，平時(shí)實(shí)踐中的經(jīng)歷、事件加入、愛好趣味以及文明發(fā)展。要想提升機(jī)器人研究和建造的速度，就得沖出那些很能磨練人的職責(zé)障礙，一定會更好的服務(wù)大眾。
所以必須斟酌戰(zhàn)略、布局以及構(gòu)造等條件，以推動(dòng)社會發(fā)展。
所以對于日常生活和野外中某些會置人于死地的地方，就像自然災(zāi)害、戰(zhàn)亂地區(qū)以及爆破現(xiàn)場這些不能進(jìn)入或容易受傷的區(qū)域，機(jī)器人必須出面進(jìn)行接觸，了解，判斷和處理。機(jī)器人系統(tǒng)憑借完美的可靠性以及簡便的遙控性，能充分貼合不同環(huán)境的要求。是以在電動(dòng)座椅、太空研究、裝置轉(zhuǎn)移、石油開發(fā)、培訓(xùn)以及休閑等領(lǐng)域，發(fā)展?fàn)顩r十分之好。在機(jī)器人領(lǐng)域，全球都在進(jìn)行多條腿的行進(jìn)機(jī)器人的開發(fā)。四足步行機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要分支，四足機(jī)器人與雙足步行機(jī)器人相比，由于承載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，和超過六英尺，八英尺的步行機(jī)器人相比構(gòu)造更間接，于是全球的工程師都在加以更高的重視。作為一個(gè)孩子，從小對機(jī)器人有很大的興趣。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)老師給我這個(gè)話題，讓我覺得很興奮，但也覺得真正地要設(shè)計(jì)機(jī)器人，實(shí)際上有很多困難。因?yàn)檫@是一個(gè)專業(yè)的課題，需要精湛的專業(yè)知識作為基礎(chǔ)，雖然知識是有限的，但我會盡我最大的努力去學(xué)習(xí)，去鉆研，努力完成這個(gè)課題。
1.1課題的來源與研究的目的和意義
現(xiàn)在有兩種類型的機(jī)器人可以到達(dá)我們難以接近或者不能接觸的復(fù)雜環(huán)境開展自主勘察。一個(gè)機(jī)器人是模仿多足昆蟲的行進(jìn)軌跡，另外一個(gè)機(jī)器人則是腳底裝上車輪依靠滾動(dòng)行走。依靠車輪滾動(dòng)機(jī)器人的缺點(diǎn)是無法吻合崎嶇不平整的路面，但模仿多足昆蟲行進(jìn)機(jī)器人則能在上述環(huán)境里輕巧的行使職責(zé)。所以將車輪與腿部結(jié)合為一體的機(jī)器人的未來極為明朗，像用于施工現(xiàn)場、煤炭挖掘、摸清敵情、事故救援、太空考察以及電力行業(yè)等環(huán)境。結(jié)合了車輪與腿部的機(jī)器人是各類機(jī)器人中極簡單完成順利爬行的。在眾多機(jī)器人中，通過仿照類似蜘蛛、蜥蜴等爬行動(dòng)物的腿部組織以及爬行方式研發(fā)的CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置是極具代表性之一種。某些相對條件高、工作起來必須可靠的行為比如自然探測、天外考察和海洋營救的情況必須讓車輪和腿部相結(jié)合的復(fù)合機(jī)器人來操作。
1.2 發(fā)展概況
1.2.1 國內(nèi)的發(fā)展概況
我們在1986年開始鉆研CS20機(jī)型機(jī)器人制造的來歷，來自于王健的以前的資料，他數(shù)十年的廢寢忘食建造了一個(gè)單體七環(huán)節(jié)機(jī)構(gòu)，開純機(jī)械行走機(jī)。王健更設(shè)計(jì)出單腿八桿機(jī)構(gòu)，創(chuàng)建王木車馬。在這之后，臺灣教授顏洪森以木制車馬為基礎(chǔ)，開發(fā)了一系列的步行機(jī)，如四連桿式，六連桿式等等步行機(jī)，查建中和其他人一起以單腿八桿機(jī)構(gòu)為對象，共同鉆研考慮怎樣改良按壓力引發(fā)的角度以及零部件的分理?？傊瑐鹘y(tǒng)的對象加上科學(xué)的分析和先進(jìn)的理論，使得機(jī)器人在國內(nèi)的研究范圍和深度得到了極大的豐富和發(fā)展。
1.2.2 國外的發(fā)展概況
何人最先取得此項(xiàng)專利已無可知曉，只了解到外國科學(xué)家在十九世紀(jì)末建造出了一部類似于騾馬，整體部分是用齒輪以及連接桿件機(jī)構(gòu)組裝，人可以騎在上面用腳蹬踏板推動(dòng)運(yùn)行的機(jī)器人，但是卻沒有做出實(shí)物來加以佐證.20世紀(jì)初又有人運(yùn)用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的機(jī)器人，然而相關(guān)資料中并沒有找到對這個(gè)作品的介紹，所以那個(gè)時(shí)候有關(guān)機(jī)器人的研究還僅能思索腿的組成以及運(yùn)動(dòng)起來的行程路徑。20世紀(jì)中期Shigley已然放進(jìn)步態(tài)研究的思維制造出來在每一條腿上都用成組的連接桿件體系拼裝而且安裝兩個(gè)搖桿體系結(jié)構(gòu)以操縱機(jī)器人的步伐軌跡，已然加入步態(tài)設(shè)計(jì)的思路。同期，又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計(jì)算機(jī)操縱的行走機(jī)器人。接下來幾年有關(guān)此機(jī)器的設(shè)計(jì)被充分的融入了運(yùn)行操縱理論。1979年席羅思在行進(jìn)機(jī)器人里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀(jì)末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機(jī)的相應(yīng)機(jī)器人。這都意味著人類對四桿動(dòng)力體系的認(rèn)識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計(jì)算機(jī)和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。
1.3本課題研究的內(nèi)容
我的CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是依靠SOLIDWORKS。在設(shè)計(jì)過程中，了解CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。
本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
1 到圖書館里查閱大量相關(guān)知識的資料，搜集出各類諧波傳動(dòng)裝置的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。
2 分析諧波傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)與參數(shù)
3 確定設(shè)計(jì)總體方案
4 確定具體設(shè)計(jì)方案
5 諧波傳動(dòng)裝置的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。
6 說明書的整理
二、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 行星齒輪的計(jì)算
2.1.1配齒計(jì)算
據(jù)行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比值和按其配齒計(jì)算公式（3-27）~公式（3-33）可求得內(nèi)齒輪b和行星輪c的齒數(shù)和。現(xiàn)考慮到行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸較小，故選擇中心輪a的齒數(shù)=17和行星輪=3.
根據(jù)內(nèi)齒輪
=76.5
對內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整，同時(shí)考慮到安裝條件，取，此時(shí)實(shí)際的p值與給定的p值稍有變化，但是必須控制在其傳動(dòng)比誤差的范圍內(nèi)。
實(shí)際傳動(dòng)比為
=
其傳動(dòng)比誤差
=2.67%
由于外嚙合采用角度變位的傳動(dòng)，行星輪c的齒數(shù)應(yīng)按如下公式計(jì)算，即
因?yàn)闉榕紨?shù)，故取齒數(shù)修正量為。此時(shí)，通過角變位后，既不增大該行星傳動(dòng)的徑向尺寸，又可以改善a-c嚙合齒輪副的傳動(dòng)性能。故
=
在考慮到安裝條件為
（整數(shù)）
初算中心距和模數(shù)
1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定
太陽輪和行星輪材料為20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~ 61HRC。
試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限=1591Mpa。
試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪=485Mpa。
行星輪=4850.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度為6級。
內(nèi)齒圈材料為38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為973HV。
試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限=1282Mpa
驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限=370MPa
齒形的終加工為插齒，精度為7級。
2. 減速器的名義輸出轉(zhuǎn)速
由 =
得 ==
=181.82
3. 載荷不均衡系數(shù)
采用太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取。
4. 齒輪模數(shù)和中心距a
首先計(jì)算太陽輪分度圓直徑：
式中： 一齒數(shù)比為
一使用系數(shù)為1.25；
一算式系數(shù)為768；
一綜合系數(shù)為2；
一太陽輪單個(gè)齒傳遞的轉(zhuǎn)矩。
=
=376
其中 —高速級行星齒輪傳動(dòng)效率，取=0.985
—齒寬系數(shù)暫取=0.5
=1450Mpa
代入
=78.66
模數(shù) m=
取 m=5
則
=117.5
取
齒寬
取
2.1.2 幾何尺寸計(jì)算
1. 計(jì)算變位系數(shù)
(1) a-c傳動(dòng)
嚙合角
因
=0.93969262
所以 =
變位系數(shù)和
=（17+30）
=1.141
圖2-1選擇變位系數(shù)線圖
中心距變動(dòng)系數(shù)y
y==1
齒頂降低系數(shù)
分配邊位系數(shù)：
根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1
中心距變動(dòng)系數(shù)y
y==1
齒頂降低系數(shù)
分配邊位系數(shù)：
根據(jù)線圖法，通過查找線圖2-1
得到邊位系數(shù)
則
(2) c-b傳動(dòng)
由于內(nèi)嚙合的兩個(gè)齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有
從而
且
2. 幾何尺寸計(jì)算結(jié)果
對于行星齒輪傳動(dòng)按公式進(jìn)行幾何尺寸的計(jì)算，各齒輪副的計(jì)算結(jié)果如下表：
表3-1各齒輪副的幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果
項(xiàng)目
計(jì)算公式
a-c齒輪副
b-c齒輪副
分度圓直徑
基圓直徑
齒頂圓直徑
外嚙合
內(nèi)嚙合
齒根圓直徑
外嚙合
內(nèi)嚙合
注：齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪—，內(nèi)齒輪—；
頂隙系數(shù)：內(nèi)齒輪—
按公式驗(yàn)算其鄰接條件，即
已知行星輪c的齒頂圓的直徑=164.513，和代入上式，則得
164.513滿足鄰接條件
同心條件
按公式對于角變位有
已知 ， 代入上式得
=52.145滿足同心條件
2.1.3 安裝條件
按公式驗(yàn)證其安裝條件，即得
將 代入該式驗(yàn)證得
滿足安裝條件
嚙合要素的驗(yàn)算
1. a-c傳動(dòng)端面重合度
（1）頂圓齒形曲率半徑
太陽輪
=29.31
行星輪
=42.416
（2）端面嚙合長度
式中“”號正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合；
端面節(jié)圓嚙合角。
直齒輪==
則
=18.67
（3）端面重合度
=1.265
2. 端面重合度
（1）頂圓齒形曲率半徑
行星輪由上面計(jì)算得，=42.416
內(nèi)齒輪
=61.597
（2）端面嚙合長度
=
=24.05
（3）端面重合度 = =1.63
2.2 動(dòng)力源的選型計(jì)算
已知整個(gè)CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的總重量150KG,關(guān)節(jié)重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度為1~2r/min。即：
具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下:
1、確定運(yùn)行時(shí)間
本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間
負(fù)載速度（m/min）
有速度可知每秒上升50mm，
電機(jī)轉(zhuǎn)速
3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩
式中：
4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩
啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩
必須轉(zhuǎn)矩
S為安全系數(shù)，這里取1.0。
根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號為160BL-A，此電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。依據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和特性曲線可得：
根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號為160BL-4030H1-LK-B，電機(jī)額定功率為0.1KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最高的轉(zhuǎn)矩是9N.m，額定的轉(zhuǎn)速是3000r/min，外形尺寸130x160，電機(jī)輸出軸徑為25mm。
2.3 軸的設(shè)計(jì)
軸作為機(jī)器的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動(dòng)部件的安裝，傳動(dòng)的扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞軸進(jìn)行，而且經(jīng)過軸承和機(jī)架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計(jì)成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個(gè)裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。
因?yàn)橛糜谡駝?dòng)的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動(dòng)軸。因?yàn)榇_定了小帶輪的參數(shù)，相應(yīng)的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計(jì)算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來調(diào)整彎曲的強(qiáng)度，因?yàn)榭捎米鬏S的原料比較多，所以必須得明確軸的應(yīng)用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強(qiáng)度以及別的機(jī)構(gòu)機(jī)能?？梢允褂脽崽幚磉@種方法，當(dāng)然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費(fèi)較少，用研究計(jì)算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號鋼當(dāng)成軸體的原料，它需要40MPa的切應(yīng)力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來確保它的力學(xué)性能。
1、初步計(jì)算軸的直徑
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的最小直徑d，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計(jì)公式得=17.26mm?？紤]鍵槽等要素對軸的影響，軸的直徑應(yīng)增加以彌補(bǔ)軸的鍵槽強(qiáng)度減弱。取軸直徑d=20mm，就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動(dòng)軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點(diǎn)的軸承要選用一樣的標(biāo)準(zhǔn)，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應(yīng)使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸體上部件定位以及承受軸向力時(shí)要提供相應(yīng)的高度，軸肩的直徑差通常選5到10mm，本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長度尺寸匹配到一塊，還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L度和別的的因素，這樣即可確定出軸的各段長度了。
三、主要傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核
3.1 傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。由文獻(xiàn)[1，15-5]可知，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
MPa （3.43）
選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由以上可知，MPa。因此，，故安全。
（7）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
①判斷危險(xiǎn)截面
從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面IV和V引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。
②截面V左側(cè)
抗彎截面系數(shù) mm （3.44）
抗扭截面系數(shù) mm （3.45）
截面V左側(cè)的彎矩M為
Mpa （3.46）
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應(yīng) Mpa （3.47）
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa （3.48）
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由以上可知，MPa，MPa，MPa。
由以上可知，用插入法求出
，
軸按精車加工，由文獻(xiàn)[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，
固得綜合系數(shù)為
（3.49）
由文獻(xiàn)[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù)
取
取
所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為
（3.50）
（3.51）
（3.52）
故該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。
③截面V右側(cè)
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面V左側(cè)的彎矩M為
MPa
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應(yīng)力 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻(xiàn)[1]附表查取。因，，
，
可得軸的材料的敏感系數(shù)為
，
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1，附]為
（3.53）
得軸的截面形狀系數(shù)為
由以上分析可知軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為
綜合系數(shù)為
所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為
故該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。
3.2 傳動(dòng)齒輪的強(qiáng)度校核
（Ⅰ）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
（1）接觸應(yīng)力的計(jì)算
由以上可知，齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.28）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 計(jì)算載荷系數(shù)
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，由以上可知，取
平均分度圓直徑 mm
平均分度圓圓周速度 m/s
由文獻(xiàn)[4] （a）可知，按，得；
由文獻(xiàn)[4] （b）可知，按，齒輪懸臂布置，；
由以上可知，；
② 由以上可知，彈性系數(shù)；
③ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
計(jì)算得，
MPa
（1） 接觸疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力
由文獻(xiàn)[4] 表可知，許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.29）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
①小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限MPa
②最小安全系數(shù)
③由文獻(xiàn)[1，10-13]可知，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
由文獻(xiàn)[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù)
，
④尺寸系數(shù)
⑤工作硬化系數(shù)，按
⑥潤滑油膜影響系數(shù)，
計(jì)算得，
MPa
（3）由于MPaMPa，故安全。
（Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（1）齒根應(yīng)力的計(jì)算
由以上可知，彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.30）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 由以上可知， ，
② 由以上可知， ，
計(jì)算得，
MPa
（2）彎曲強(qiáng)度的齒根許用應(yīng)力
由以上可知，齒根許用應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.31）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
①彎曲疲勞極限MPa
③ 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)
④ 彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)
⑤ 彎曲疲勞壽命系數(shù)
，
④彎曲疲勞的尺寸系數(shù)
計(jì)算得，
（3）由于MPaMpa，故安全。
3.3 軸承強(qiáng)度的校核
（1）滾動(dòng)軸承的選擇
滾動(dòng)軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻(xiàn)[2]表得KN，KN，，。
（2）壽命驗(yàn)算
軸承所受支反力合力
N （4.1）
對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
由文獻(xiàn)[2]表得， ，
N （4.2）
按軸承B的受力大小驗(yàn)算
h （4.3）
h=年
由于諧波傳動(dòng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計(jì)算的壽命。
經(jīng)審核后，此軸承合格。
28
4、 設(shè)計(jì)總結(jié)
通過本次設(shè)計(jì),讓我學(xué)習(xí)到了許多知識，特別是對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用方面，是我收獲最大的地方。本次的設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)這一最典型的機(jī)構(gòu)，通過查找與它相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，到計(jì)算帶動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要在輸出扭矩從而對齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)齒輪的選型，例如齒數(shù)，模數(shù)的確定以及之后的強(qiáng)度校核部分的設(shè)計(jì)，都花費(fèi)了我好多精力。同時(shí)，也讓我學(xué)到了好多知識。
在相關(guān)的實(shí)際問題的討論中，我的導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進(jìn)度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進(jìn)，不僅工作的按時(shí)保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學(xué)習(xí)，生活都會起到深遠(yuǎn)而長久的良好影響。也能為人生打下一個(gè)夯實(shí)地基礎(chǔ)！
在具體的研究設(shè)計(jì)過程中，同學(xué)們也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵(lì)著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵(lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在大學(xué)學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寶貴的鍛煉機(jī)會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個(gè)最好的時(shí)代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時(shí)代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實(shí)學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價(jià)的，我愿在求真的道路上下而求索！
結(jié)論
在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是CS20機(jī)型機(jī)器人關(guān)節(jié)諧波傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，通過初期的定題，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可能做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
致謝
在導(dǎo)師的大力幫助與支持下，我的畢業(yè)論文得以完成。老師對于事業(yè)的熱情，學(xué)術(shù)上的嚴(yán)謹(jǐn)以及細(xì)節(jié)里的嚴(yán)格讓本人受益匪淺。在相關(guān)的實(shí)際問題的討論中，導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進(jìn)度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進(jìn)，不僅工作的按時(shí)保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學(xué)習(xí)，生活都會起到深遠(yuǎn)而長久的良好影響。也能為人生打下一個(gè)夯實(shí)地基礎(chǔ)！在此致以李劍鋒教授我的深切感激和真摯感謝！
在具體的研究設(shè)計(jì)過程中，關(guān)永翰老師，代偉業(yè)老師，段振坤同學(xué)，韓宇同學(xué)，劉欣星同學(xué)，尹韓松同學(xué)也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵(lì)著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！
另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵(lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在海濱學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寶貴的鍛煉機(jī)會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個(gè)最好的時(shí)代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時(shí)代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實(shí)學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價(jià)的，我愿在求真的道路上下而求索！
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