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噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中文摘要： 英文摘要 目錄 1.前言 2電動機(jī)的設(shè)計(jì) （1）大臂電動機(jī)的設(shè)計(jì) （2）基座電動機(jī)的設(shè)計(jì) 3軸的設(shè)計(jì)和校核 （1）基座傳動軸的設(shè)計(jì) （2）軸的強(qiáng)度校核 （3）基座傳動軸上零件校核 …………………………….. ………………………………….. ………………………………………. 前言 首先我介紹一下機(jī)器人產(chǎn)生的背景，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。比如說日本，戰(zhàn)后以后開始進(jìn)行汽車的工業(yè)，那么這時候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機(jī)器人來進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動強(qiáng)度，這是從社會發(fā)展需求本身的一個需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會發(fā)展的情況，人們越來越不斷探討自然過程中，在改造自然過程中，認(rèn)識自然過程中,來需求能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動，實(shí)現(xiàn)人們對不可達(dá)世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 機(jī)器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過一個計(jì)算機(jī)，來控制一個多自由度的一個機(jī)械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個點(diǎn)焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺的機(jī)器人，這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機(jī)器人抓一個物體的時候，它實(shí)際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。 那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。 機(jī)器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過一個計(jì)算機(jī)，來控制一個多自由度的一個機(jī)械，通過示教存儲程序和信息，工作時把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個點(diǎn)焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺的機(jī)器人，這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機(jī)器人抓一個物體的時候，它實(shí)際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。 那么第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。 我設(shè)計(jì)的噴吐機(jī)器人主要運(yùn)用于房屋墻壁的噴漆，汽車表面噴途等用途。我 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 本論 2.2.1電動機(jī)的設(shè)計(jì) 假設(shè)手腕的最大負(fù)荷重量3kg，初估腕部的重量3kg，最大運(yùn)動速度V=1.5m/s 功率P=fv=mgv=6×10×1.5=90kw 取安全系數(shù)為1.2， 考慮到傳動損失和摩擦，最終的電機(jī)功率P=110W。 查表選擇75BF004型號反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。 具體參數(shù)如下表 型號 相數(shù) 步距角 最大精轉(zhuǎn)矩 安裝外徑 長度 軸徑 重量 75BF004 3 1.5 0.882NM 75mm 75mm 6mm 1.58kg 小臂減速比的確定 求角速度 W＝==3.75r/s 其中W為角速度（r/s） V為運(yùn)動速度（m/s） R為小臂連桿的長度（400mm） 在求實(shí)際轉(zhuǎn)速 N＝=36r/min 最后求得總傳動比：i= 步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為 n＝ 其中為步距角 f為控制脈沖頻率 由電動機(jī)型號查表求得f＝2500hz 則 n＝==625r/min 則i==17.3 取i整＝17 查表采用行星齒輪結(jié)構(gòu)的 諧波減速器具體機(jī)構(gòu)及參數(shù)如下所示 ： 行星齒輪減速器 自齒 輸出端軸承 滾珠軸承 最大 允許軸向載荷 150N 最大允許安裝力 300N 推薦輸入速度 800rpm 減速比 17：1 輸出最大轉(zhuǎn)矩 15N.M 允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩 22.5N.M 具體安裝尺寸見下圖所示： 2.2.2機(jī)座電動機(jī)和大臂電動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同小臂采用相同原理 大臂電動機(jī)的設(shè)計(jì)： 初步估計(jì)大臂電動機(jī)的 負(fù)載為16kg 最大運(yùn)動速度為1.5m/s 同理求得P=288W 查相關(guān)手冊選步進(jìn)電動機(jī)的型號為：90BF003 具體參數(shù)如下： 電動機(jī)型號 相數(shù) 步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩 最大啟動功率 90BF003 3 1.5 1.96 1500HZ 質(zhì)量 外徑 長度 軸徑 最大運(yùn)行頻率 4.2kg 90mm 125mm 9mm 8000hz 由以上數(shù)據(jù)可得步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 由公式n＝==2000r/min 又由W===2.14r/s 實(shí)際轉(zhuǎn)速n’==20r/min 由公式得 i總＝==100 查表采用行星齒輪結(jié)構(gòu)的諧波減速器，具體參數(shù)如下表 ： 行星齒輪減速器 直齒 輸出端軸承 滾珠軸承 最大允許軸向載荷 250N 最大安裝力 410N 推薦輸入速度 8000rpm 減速比 100：1 輸出最大轉(zhuǎn)矩 26N.M 允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩 36N.M 具體安裝尺寸見下圖： 2.23機(jī)座電動機(jī)的設(shè)計(jì) 初步估計(jì)電動機(jī)最大載荷重量為m=30kg 最大運(yùn)動速度V＝1.5m/s 功率P＝FV=mgv=30×10×1.5＝450W 取安全系數(shù)為1.2 則P’＝P×1.2＝540W 考慮到傳動損失和摩擦，最終的電動機(jī)功率確定為P額=560W 查表找出電動機(jī)的具體參數(shù)如下表 電動機(jī)型號 相數(shù) 步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩 最大啟動功率 90BF001 4 1.8 3.92 2000HZ 質(zhì)量 外徑 長度 軸徑 最大運(yùn)行頻率 4.5kg 90mm 145mm 9mm 8000hz 求基座電動機(jī)的諧波減速比： 由公式n＝==2400r/min 又由基座傳動軸與噴槍幾乎處在 同一直線的特殊位置故： W===15r/s 實(shí)際轉(zhuǎn)速n’===143 最后求得總傳動比 i總＝==16.7 取i整＝17 基座電動機(jī)也采用同諧波減速器相聯(lián)一體的結(jié)構(gòu)。具體參見下圖，安裝尺寸見下： 行星齒輪減速器 直齒 輸出端軸承 滾珠軸承 最大允許軸向載荷 250N 最大安裝力 410N 推薦輸入速度 8000rpm 減速比 17：1 輸出最大轉(zhuǎn)矩 26N.M 允許瞬間輸出轉(zhuǎn)矩 36N.M 3.軸的設(shè)計(jì)和校核 軸的結(jié)構(gòu)決定與受力情況，軸上零件的布置和固定方式，軸承的類型和尺寸，軸的毛坯和制造，裝配工藝，以及運(yùn)輸，安裝等條件，軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)使軸受力合理，避免或減輕應(yīng)力集中。 3.1基座傳動軸的設(shè)計(jì) 取軸的材料為45鋼。調(diào)制處理。 a.軸經(jīng)同電動機(jī)輸出軸相同大小故d=9mm b. 各段軸徑的確定 初估軸徑后，就可按照軸上零件的安裝順序從出開始逐段確定軸徑，上面是軸段1的直徑。 軸段1上 用套筒開通鍵和電動機(jī)輸出軸相連。由于套筒幾乎不受軸向力故在套筒上開一緊盯螺釘螺釘采用。 軸段2上安裝套筒。右端用軸肩固定，考慮到軸的強(qiáng)度取軸徑＝18mm 軸段3上要安裝軸承，其直徑應(yīng)該便于軸承安裝，，故取軸段3的直徑為d=30mm 軸段4左端用軸肩固定軸承，有軸承的安裝尺寸可得＝40mm。根據(jù)尺寸結(jié)構(gòu)和便于控制軸段4末端采用圓孔型結(jié)構(gòu)。具體尺寸見圖。 C. 各段長度的確定 根據(jù)套筒及箱體結(jié)構(gòu)的尺寸?。?0mm 考慮到套筒長及箱體的長度?。?8mm 根據(jù)軸承寬度?。?4mm 由機(jī)器人的噴涂范圍及基座總長等因素取＝126mm 軸的結(jié)構(gòu)見下圖所示： 3.2軸的強(qiáng)度校核 軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求，進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。 a 計(jì)算軸上的轉(zhuǎn)矩T 主軸上的傳遞功率 ＝==0.7kw T=9.55** =9.55**=4.67*N b 軸的受力分析 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：=4.67*N=9.55** c 按彎矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 （1）。繪制軸受力簡圖。見圖a （2）。繪制垂直面彎矩圖b 軸承支撐力 =mg=32*10=320 又有*L=* = 計(jì)算彎矩 截面C右側(cè)彎矩 NM 截面C左側(cè)彎矩 NM d 繪制水平面彎矩圖 由于軸承水平面幾乎不受外力?？梢院雎圆凰?。 e 繪制彎矩圖 NM NM f 繪制轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化 ?。?.6 截面C處的當(dāng)量彎矩為 g 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 故滿足強(qiáng)度要求 3.3基座傳動軸上零件的校核 3.31鍵的校核： 根據(jù)軸徑的大小選擇鍵的類型， 由GB1096-79查表取鍵的規(guī)格：b*h=3*3 取鍵的系列長度L=12mm 鍵的材料選用45剛 校核擠壓強(qiáng)度： 又有L=12-3=9mm 。 查表求得許用擠壓應(yīng)力＝(120－150)MP 故 擠壓強(qiáng)度足夠 3.3.2傳動軸上軸承的校核 滾動軸承的主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕和塑性變形。滾動軸承的計(jì)算準(zhǔn)為 針對疲勞點(diǎn)蝕進(jìn)行壽命計(jì)算，針對塑性變形進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，對于轉(zhuǎn)速較承 除進(jìn)行壽命計(jì)算外還需要計(jì)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。 課題中選用的軸承規(guī)格為：30206型。 具體參數(shù)如下表： 型號 D d T B C 額定動載荷 額定靜載荷 30206 62 30 17.5 16 14 41.2KN 29.5KN 如下圖所示： a. 求當(dāng)量動載荷P: 對于只受徑向載荷為主的軸承，當(dāng)量動載荷為： 其中＝3340N 查表得＝1.2 根據(jù)公式計(jì)算：=1.2*3340=4008N 軸承的壽命計(jì)算公式為： 查表得到：C=41200N 對于球類軸承=3 則有 ：＝＝116×1086＝125998>20000h 故滿足壽命要求。 b.軸承的精強(qiáng)度校核： 求當(dāng)量精載荷 由于軸承只承受徑向載荷，由于則 =17668.6 靜強(qiáng)度選擇軸承的計(jì)算公式為： 查表=2 則=3533.7N 查表后得到：=505*N 故滿足要求。 3.4大臂軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的材料選擇45號剛，調(diào)制處理。 各段軸徑的確定 軸段1由于和電動機(jī)配合故＝9mm 考慮到在軸段2上裝上套筒故取軸徑d=20mm 軸段3上安裝軸承，其直徑因該便于軸承的安裝，又因該符合軸承的內(nèi)徑系列。即軸段3的直徑和軸承型號的選則同時進(jìn)行，軸承型號為6..6型的深溝球軸承，故＝30mm 軸段4的右端固定軸承故?。?5mm 各段長度的確定 各段長度主要根據(jù)軸上零件的配合部分長度確定，還和箱體及軸承蓋等零件又關(guān)。 考慮到套筒長取軸段1＝30mm 軸段2上安裝套筒，取長為26mm 根據(jù)軸承的尺寸取軸段3＝14mm 根據(jù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)取軸段4＝83mm 3.4.1 軸的強(qiáng)度校核 大臂傳動軸式一個傳動力矩的軸如下圖所使的結(jié)構(gòu)： a 軸上轉(zhuǎn)矩 主軸上傳遞的功率 又公式代入d＝9mm c=110 則 NM b 畫出垂直面彎矩圖（如下圖） 水平面的支撐反力： 軸承支撐反力，由 則軸承 支撐反力為： 計(jì)算彎矩，取截面C處研究對象。 經(jīng)計(jì)算： C 繪制水平面彎矩圖 由于水平面幾乎不受力的作用，故不予考慮。 d 繪制合成彎矩圖 e 繪制轉(zhuǎn)矩圖：如下圖所示 轉(zhuǎn)矩T＝9.55×＝5250NM f 繪制當(dāng)量彎矩圖 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化 取＝0.6 截面C處的當(dāng)量彎矩為： ＝3150NM g 校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度 完全滿足要求。 3.5大臂上零件的校核 3.51軸段1上鍵的校核 由軸的直徑確定鍵的類型，根據(jù)GB1096-79選取鍵的類型 B*h=3*3 其中L=12mm 校核擠壓強(qiáng)度： ，又有L=12-3=9mm 又由轉(zhuǎn)矩T=5.25* 故 故強(qiáng)度滿足要求 3.5．2軸承的校核。 滾動軸承的計(jì)算準(zhǔn)為 針對疲勞點(diǎn)蝕進(jìn)行壽命計(jì)算，針對塑性變形進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，對于轉(zhuǎn)速較承 除進(jìn)行壽命計(jì)算外還需要計(jì)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。 大臂傳動軸選用的軸承規(guī)格為：6006型。 求當(dāng)量動載荷 式中為徑向載荷 為軸向載荷 為載荷系數(shù) 由于軸承主要承受徑向載荷故當(dāng)量動載荷為： 其中＝424.7N又根據(jù)工作條件查表得到＝1.2 則＝1.2×424.7＝509。64N 根據(jù)公式計(jì)算壽命： 查表C=10200N 對于球類軸承＝3 則＝66790.6>20000h 故滿足要求。 靜強(qiáng)度校核： 求當(dāng)量靜載荷 軸承主要承受徑向載荷，取＝ 則＝293.04 靜強(qiáng)度校核選用公式: 查表?。? 則有： 查表得到=50500N 則可得到：。符合靜強(qiáng)度要求。 箱體的設(shè)計(jì) 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 結(jié)論 》。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 謝辭 在此我要特別感謝我們的指導(dǎo)教師常主任給我的無盡的幫助，對我的指導(dǎo)，陪伴我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們能夠按時保質(zhì)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時我還要感謝我同組的同學(xué)對我的幫助和大力支持，使我能夠盡可能在短的時間完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) 〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)〉〉 〈〈機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)〉〉 〈〈機(jī)械制圖〉〉 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 附錄：六張圖紙 噴吐機(jī)器人的裝配圖 。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。