焊接机器人腕小臂结构毕业设计（机械cad图纸）

'本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828I本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人小臂腕部结构设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828摘要本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828介绍了焊接机器人技术发展的历程及我国焊接机器人技术研究的现状和发展前景。针对焊接机器人产业化中涉及到的新型结构本体设计、高性能机器人控制器技术及免维护系统设计等关键技术进行了研究，结合Motomanup-6焊接机器人，介绍了采用谐波齿轮减速器及交流伺服电机等精密传动部件进行机器人小臂和腕部结构设计，使得机器人结构变得越来越简单,传动环节减少，提高了系统的精度，减少维护，同时也简化了生产工艺，降低了生产成本。我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。我国到1997年底仅有焊接机器人500台，多为弧焊和点焊机器人，而且集中于汽车、摩托车和工程机械三个制造行业，因此我国焊接机器人的发展应首先扩大应用数量和应用领域。同时也要尽快建立有我国自主知识产权的机器人生产产业。关键词：弧焊焊接机器人、小臂腕部结构、交流伺服系统 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828I 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828II本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人小臂腕部结构设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828Abstract本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828IntroducedaweldingrobottechnologydevelopmentandthehistoryofChina"sweldingrobottechnologyonthestatusanddevelopmentprospects.Forweldingrobotinvolvedintheindustrializationofthenewbodystructuredesign,high-performancerobotcontrollertechnologyandmaintenance-freesystemdesignandotherkeytechnologieshavebeenstudied,withMotomanup-6weldingrobot,introducedtheuseofharmonicgearreducerACservomotorandtransmissioncomponentssuchasprecisionrobotarmandwriststructuraldesign,makesrobotsbecomemoreandmoresimplestructure,reducethetransmissionlinks,increasetheaccuracyofthesystem,reducemaintenance,butalsosimplifiedtheproductionprocess,reducingThecostofproduction.China"sweldingrobotapplicationmainlyconcentratedintheautomobile,motorcycle,engineeringmachinery,railwaylocomotive,andseveralothermajorindustries.Motorvehiclesarethelargestusersofrobotswelding,butalsothefirstusers.Backinthelate1970s,ShanghaielectricweldingmachinetoolfactoryandtheShanghaiInstituteofcooperationinthedevelopmentoftheCartesiancoordinatemanipulator,successfullyappliedtotheShanghaisedanchassiswelding.Chinatotheendof1997only500robotwelding,spotweldingandmorerobotsforwelding,andfocusonvehicles,motorcyclesandthreeconstructionmachinerymanufacturingindustry,thedevelopmentofChina"sweldingrobotshouldfirstexpandthenumberofapplicationsandapplicationfield.Atthesametime,assoonaspossibletheestablishmentofChina"sindependentintellectualpropertyrightsoftherobotmanufacturingindustry.Keywords：arcweldingrobot,smallarmandwriststructuraldesign,ACservosystem 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828II 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人小臂腕部结构设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828目录第一章前言.......................................................11.1选题背景....................................................11.2焊接机器人毕业设计问题的提出.................................41.2.1研究的基本内容，拟解决的主要问题............................41.2.2研究步骤、方法...........................................4第二章焊接机器人结构设计..........................................62.1小臂腕及结构设计.............................................62.1.1焊接机器人小臂及腕部结构设计方案............................62.1.2小臂及腕部整体机构的工作原理...............................72.2电机的选择...................................................82.3直齿圆锥齿轮设计：..........................................92.3.1传动比的选择.............................................92.3.2渐开线直齿圆锥齿轮几何计算...............................92.4链的选择及链轮设计..........................................112.4.1链传动的特点............................................112.4.2传动链的分类............................................122.4.3链的选择................................................132.5轴承的分类介绍..............................................142.6小臂腕部结构设计中必要的强度校核............................162.6.1圆锥齿轮强度校核.........................................162.6.2轴的强度校核............................................17第三章谐波减速器.................................................283.1谐波减速器的发展............................................283.2谐波减速器的应用............................................283.3谐波减速器的组成及工作原理.................................293.3.1柔轮常见的结构形式.......................................293.3.2波发生器常见的结构型.....................................303.3.3谐波减速器的工作原理.....................................303.3.4双刚轮谐波减速器.........................................323.4谐波齿轮传动特点..........................................333.5谐波减速器产品系列及结构的特点.............................343.6谐波减速器的选择...........................................353.7谐波减速器的安装使用与维护（本此设计所需系列）.............37第四章经济性分析..................................................38致谢...............................................................39参考文献........................................................40声明...............................................................42本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828III 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828第一章前言本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[1][2]机器人是一种在生产中能灵活完成特定操作，并有多种功能的机器。机器人一般由以下几部分组成：控制系统，驱动系统，执行(运动)装置，检测系统。机器人的控制系统包括：控制电脑和伺服控制器。机器人的动力驱动主要有：电动、气动、液压驱动等。机器人的执行(运动)部分主要指机器人用于完成任务的机体装置，主要由机械传动系统和末端执行器组成。传动机构用于把驱动器产生的动力传递到机器人的各个关节和动作部位，实现机器人平稳运动。常见的传动机构有以下几种：a、齿轮传动b、丝杠传动机构c、皮带传动和链传动机d、流体传动e、连杆传动：机器人的检测系统是指机器人身上的各种传感器。机器人最常采用的基本传感器有：视觉传感器、力觉传感器、触觉传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等。传感器是机器人的感觉器官机器人工作时，电脑根据传感器获得的信息控制机器人动作。它主要分为内部传感器和外部传感器两大类。工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、具有多功能多自由度的操作机，是机器人家族中最重要的成员，主要由机械手臂、控制装置、机座、能源装置和驱动装置等几部分构成从结构上分为：模仿人类关节结构的关节型工业机器人、直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标机器人。从用途上可分为：焊接机器人、机器加工机器人、装配机器人、喷漆机器人、检查、测量机器人、移动式搬运机器人等等。焊接机器人主要包括弧焊机器人和点焊机器人。有用于大工件焊接的大型焊接机器人，也有用于小工件焊接的精巧小型焊接机器人；有单台操作，也有两台以上的组合操作。经过四十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。1.1选题背景本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-1- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。这两种焊接机器人在工业机器人中所占的大致比例。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊接、卸料等多种任务，机器人可以根据程序要求和任务性质，自动更换机器人手腕上的工具，完成相应的任务。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控制方便，且不需要焊缝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制要求比较低。点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用大大提高了汽车装配焊接的生产率和焊接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一条生产线上对不同的车型进行装配焊接。在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利大，它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。虽然机器人一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。而机器人价格的降低使一些中小企业投资购买机器人变得轻而易举。因此，工业机器人的应用在各行各业得到飞速发展。根据UNECE的统计，2001年全世界有75万台工业机器人用于工业制造领域，其中38.9万在日本、19.8万在欧盟、9万在北美，7.3万在其余国家。至2004年底全世界在役的工业机器人至少有约100万。我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-2- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828当前，焊接机器人的发展主要集中于提高智能化水平。通过在机器人上安装如视觉、力觉、听觉等传感器，使机器人能根据工件和环境的变化，自动修正运动路径、焊枪姿态、焊接参数，使之具有更强的自适应能力。另一一方面是开发功能更多、更强的机器人离线编程软件。随着机器人在生产中应用的增多，离线编程变得十分必要。当前，国际市场上出售的焊接机器人离线编程软件功能还不多．离线编程过程操作人员需要较多地参与。今后的发展方向，主要是赋予软件更多的自主功能，如具有优化避免碰撞的路径、焊枪姿态、焊接参数的自主规划的功能，并使焊枪能连续而稳定地运动，即机器人的关节在运动时尽可能远离其极限位置和奇异空间。焊接机器人的发展还需依赖工业机器人本身的发展，这方面主要是提高机器人运动轨迹的精度和稳定性，特别是用于精密激光焊接与切割的机器人对这些性能要求更高。众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程中，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其它加工过程的检测那么容易。焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高升产效率，更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。因此，汽车制造业成为焊接机器人应用的主要行业。国外一些年产20万辆以上的大型汽车制造厂及其不见生产厂，一般都有300--400占各种类型的机器人在生产中服务。在汽车行业的机器人应用中以焊接机器人和喷涂机器人为主，其中焊接机器人占75％以上。国际上发达工业国家的机器人使用密度非常高，在汽车行业尤其如此，它是一般制造业机器人使用密度的5—10倍。由于我国机器人技术发展的时间较短，无论是一般制造业还是汽车制造业，其机器人的使用密度都非常低，所拥有的机器人数量与工业发达国家的平均水平相比都还具有相当大的发展空间。由于机器人控制速度和精度的提高，尤其是电弧传感器的开发并在机器人焊接中得到本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-3- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[3][4]应用，使机器人电弧焊的焊缝轨迹跟踪和控制问题在一定程度上得到很好解决，机器人焊接在汽车制造中的应用从原来比较单一的汽车装配点焊很快发展为汽车零部件和装配过程中的电弧焊。机器人电弧焊的最大的特点是柔性，即可通过编程随时改变焊接轨迹和焊接顺序，因此最适用于被焊工件品种变化大、焊缝短而多、形状复杂的产品。这正好又符合汽车制造的特点。尤其是现代社会汽车款式的更新速度非常快，采用机器人装备的汽车生产线能够很好地适应这种变化。另外，机器人电弧焊不仅用于汽车制造业，更可以用于涉及电弧焊的其它制造业，如造船、机车车辆、锅炉、重型机械等等。因此，机器人电弧焊的应用范围日趋广泛，在数量上大有超过机器人点焊之势。1.2焊接机器人毕业设计问题的提出本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281.2.1研究的基本内容，拟解决的主要问题机器人主体的关节结构由腰部、大臂、小臂、腕部等几部分组成，如图1.1所示。设计任务主要是焊接机器人小臂和腕部结构的设计，莫托曼焊接机器人外形尺寸的基础上，设计其内部结构。机器人的小臂和腕部结构主要包括:电机、谐波减速器、圆锥齿轮、链轮、链、谐波减速器几个部分组成。对机器人的电机进行选择，电机是机器人运转的动力源，机器人最早使用的电机是步进电机，后来又发展到直流伺服电机。焊接机器人每一个关节旋转速度均较低，所以在电机选择过程中功率要求小，主要考虑电机的尺寸是否满足焊接机器人外形尺寸的要求。由于焊接机器人要求速度较低，由电机转速要经过大减速比的减速器减速后才能达到焊接机器人速度要求，因此减速器选择减速比范围较大的。谐波减速器具有结构简单，重量轻，体积小，传动比范围大，承载能力高，损耗小，效率高，齿的磨损小且均匀等许多特点。链的选择及链轮的设计，链传动是属于具有中间挠性件的啮合传动，主要由主动链轮、链条和从动链轮组成，链传动的制造与安装精度要求低，安装与维修简便，链轮齿受力较小、强度较高、磨损较轻，有较好的缓冲、吸振能力。最后是对小臂和腕部结构设计中必要的地方，进行强度校核。1.2.2研究步骤、方法1、首先确定设计课题：焊接机器人小臂腕部结构设计，机器人本体结构分析；本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-4- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282、通过互联网、图书馆书库、图书馆数据库和实地调研等等手段查询相关资料，了解国内外的研究情况；3、机器人小臂系统设计；4、焊接机器人手部的逆运算程序及结果仿真，5、进行总体价格估计，对其经济性进行分析。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图1.1焊接机器人本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-5- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计第二章焊接机器人结构设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.1小臂及腕部结构设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.1.1焊接机器人小臂及腕部结构设计方案以前我们所接触到型号较老的焊接机器人,所需的电机由于型号类型比较少,体积和重量都比较大,所以安装的位置大部分都选择在机器人的后部和结构腹腔内,但是随着进口品牌的进驻,国外的许多型号先进的电机被引入,完全可以满足现在工业设计中,各种不同的需求。我在设计中所选取的电机是由兰州电机厂经德国西门子公司许可，按其技术制造的各种型号的电机，电机的功率从几十瓦到上千瓦，尺寸从几十毫米到上百毫米，可以满足不同领域的不用需求，所以在机器人小臂及腕部的设计中，选择了适合的电机，安装在了关节的附近，可以更好的实现焊接过程中，机器人的传动。避免了使用以前体积和重量都很大的电机，减化了设计的过程，也是结构设计更为合理。我们所设计的焊接机器人是关节结构，每一部分都采取关节设计，有六个不同的自由度，每一关节都装置有角度零位及正负方向限位开关。设计任务主要是焊接机器人小臂和腕部结构的设计，已知实验室莫托曼焊接机器人外形尺寸的基础上，设计其内部结构。第一种小臂和腕部设计方案：小臂和腕部部分共有三个自由度，小臂的旋转、腕部的仰摆、腕部的旋转。小臂旋转处结构采用交流伺服电机经谐波减速器减速直接驱动小臂旋转，腕部仰摆采用交流伺服电机经谐波减速器驱动圆锥齿轮轴转动，由与之啮合的圆锥齿轮带动套在轴上的腕部旋转，腕部的旋转直接由交流伺服电机经谐波减速器驱动，与小臂旋转结构类似，如图2.1所示。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281．电机2.谐波减速器3.圆锥齿轮4.谐波减速器5.电机图2.1设计方案一本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-6- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828第二种小臂和腕部设计方案：手腕的仰摆采用交流伺服电机经谐波减速器减速，带动圆锥齿轮轴转动，再经过链轮、链传动驱动安装了手腕的轴旋转，使腕部与轴一起转动，从而达到腕部的仰摆。此方案中小臂旋转和腕部旋转的结构与设计方案一中相同，如图2.2所示。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[5][6]1．电机2.谐波减速器3.圆锥齿轮4.齿轮5.链条6.谐波减速器7.电机图2.2设计方案二对两种方案进行比较后得知：第一种方案的结构简单，需要的零部件少，圆锥齿轮传动精确，从腕部旋转的驱动器交流伺服电机到腕部仰摆处距离大，需要设计一根细长轴，造成小臂外壳材料的浪费，而且直接啮合的圆锥齿轮会影响到腕部仰摆的角度范围。第二种方案是在第一种方案的基础上，在圆锥齿轮传动后增加了链传动，结构复杂，但在腕部旋转处可以为手腕留出一定的空间，保证腕部仰摆的角度范围。所以从结构设计合理和经济的两方面综合考虑，选择第二种方案来进行结构设计。2.1.2小臂及腕部整体机构的工作原理大部分机器人腕关节是由伺服电机带动谐波减速器直接驱动的。这时由于腕关节中的每一个转动轴都是直接由各作动器驱动的,因而腕关节的各个转动轴都彼此独立,于是腕关节的姿态、方位控制就变得比较容易解决。腕关节能完成摆动、附仰、转动运动,如图2.3所示,小臂连接一个转动副,使其手部实现摆动。接着再与转动副连接,使其手部实现附仰。然后,再与转动副连接,实现手部的转动。实现手部摆动的具体结构。如该图所示,电机2与刚轮5固连在小臂1上,摆动轴6与转动的小臂7相固连;实现手部俯仰的具体结构又如该图所示,电机8与摆动的小臂7相固连,经谐波减速器9、圆锥齿轮10,运动改变方向。输出轴11在附仰的小臂12上转动。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-7- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281.机器人小臂;2.电机;3.发生器;4.柔轮;5.刚轮;6.传动轴;7.摆动小臂;8.电机;9.谐波减速器;10.圆锥齿轮;11.俯仰轴;12.俯仰小臂;13.刚轮;14.柔轮;15.柔轮(二柔轮固连);16.刚轮;17.发生器;18.电机;19.转动小臂。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.3小臂及腕关节传动示意图如果输出轴11与附仰的小臂12传动距离太远,可用齿形链传动来加长距离;实现手部转动具体结构再如该图所示,电机18与转动的小臂19(即手部)及复波式谐波减速器的刚轮16相固连,另一刚轮13(刚轮13与16是分离的)与附仰的小臂12相固连。当电机18轴转动时,复波式谐波减速器的发生器15转动,柔轮14和15(柔轮14和15相固连)转动,由于受到与附仰的小臂12相固接的刚轮13传动的干扰,刚轮16运动,转动小臂19(手部)也运动。由上分析可知,当伺服电机2、8、18转动时,转动小臂19(手部)就可以获得摆动、附仰、转动的运动。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.2电机的选择本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828在本次设计中，我所设计部分所采取的电机是1FT5系列交流伺服电机。它包括电机的定子、转子和一个检测电机转速和转子位置的无刷反馈系统。采用稀土电磁材料（釤钴合金）形成转子中的激磁磁场。高质量材料的应用带来以下优点：本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828（1）高功率密度，长度短和重量轻（2）转子惯性小（3）抗退磁性高（4）扭矩的温度稳定性高（5）电流一扭矩关系在很大范围内为线性本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-8- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281FT5电机的连续扭矩和过载力几乎在整个扭矩范围内为常数，采用相应的本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398286SC61晶体管脉宽调制变频器。它的过载能力可适应驱动装置的动态需求和驱动装置的总惯性矩。1FT5系列交流伺服电机的静扭矩范围从0.15到90Nm，额定转速从1200到6000r/min，为了适应不同的安装条件，这种电机具有标准型和短型两种不同的结构形式。在标准型和短型电机没有风冷，防护等级为1P64.采用正温度系数的热敏电阻作为过热保护的标准元件。对于有个别需求的，可以加风冷装置，以获得较大的扭矩。1FT5系列交流伺服电机可与谐波齿轮箱连接成为一个紧凑的单独驱动装置，可以获得较高的齿轮传动降速比。且质量平衡，因而传动平稳，振动小，输出轴的轴承能承受径向和轴向载荷，润滑脂能维持200000工作或五年以内，外形尺寸小，重量轻的多重特点。小臂及腕部所用的三个电机型号选择如下：小臂旋转处选用1FT5042-0AF01，功率为400w转速3000rpm手腕仰俯所用电机选用1FT5034-0AF01，功率为200w转速3000rpm手腕旋转所用电机选用1FT5070-0AF01(此款电机为1FT5系列交流伺服电机中的短型电机，体积小，适合放在手腕处)，功率为50w转速3000rpm本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.3直齿圆锥齿轮设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.3.1传动比选择因为手腕部俯仰B轴允许的最大转速为5.85rad/s,电机转速为3000rpm，经谐波减速器XB3－50以80的减速比减速后，速度已经满足B轴转速要求，所以在齿轮传动处选择较小的传动比，i=1.5。2.3.2渐开线直齿圆锥齿轮几何计算本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828表2.1渐开线直齿圆锥齿轮几何计算本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828名称分度圆直径齿数代号dZ小齿轮d1＝40Z1＝20大齿轮d2＝1.5×40＝60Z2＝30本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-9- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828大端模数节锥角锥距齿高周节变位系数mäRbPXä1äääö2m＝d1/Z1＝d2/Z2＝22121122b=R×R=0.3×36.05=10.8P=ðm=6.28X1=－X2=0.46[1－(Z1/Z2)]＝0.26本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828齿顶高ha齿根高齿顶间隙fahfha1=m(1＋x1)=2.52hf1=m(1.2－x1)=1.88ha2=m(1－x1)=1.48hf2=m(1.2＋x1)=2.92本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828齿根角齿顶角eèfèèe=0.2m=0.4f1=arctan（hf1/R）=2.9822本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828(正常收缩齿)齿顶圆锥角(正常收缩齿)èäaáèäáäèa1=arctan（ha1/R）=3.99111èääèa2=arctan（ha2/R）=2.35222本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828齿根圆锥角äfäf1=ä1－èf1=30.72ääf2=ä1－èf2=51.67ä本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828齿顶圆直径节锥顶点到轮dada1=d1＋2ha1cosAk=d/2－hasin1ä=44.2=28.6da2=d2＋2ha2cosAk=d/2－hasin2ä=61.6=18.8本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828冠距离Ak大端分度圆弧Ak12ð112122本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828齿厚SS1=m（2+2x1tan2á+xu)=3.512S2=P－S1=6.28-3.51=2.7722本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828分度圆弦齿厚SS1=1(1－S1/6d1ä)=3.5S2=S2(1－S2/6d2ä)=2.8本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828分度圆齿高HaHa1=ha＋s1cos1/4d1=2.58Ha2=ha＋s2cos2/4d2=1.5本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由于小齿轮总体尺寸很小，所以将圆锥齿轮中的小齿轮直接设计成齿轮轴，以满足齿轮的强度要求，大齿轮则通过键与轴连接固定。 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-10- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.4链的选择及链轮设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.4.1链传动的特点链传动是一种应用较广的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮所组成。链轮上制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间扰性的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比，传动效率较高；又因链条不需要象带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动（中心距离最大可达十多米）时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的主要缺点是：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。链传动主要在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。例如：在摩托车上应用了链传动，结构上大为简化，而且使用方便可靠。链传动还可用于低速重型及极为恶劣的工作条件下，例如掘土机的运行机构，虽受到土块、泥浆及瞬时过载等影响，但仍能很好的工作。按用途不同，链可分为：传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而在一般机械传动中，常用的是传动链。传动链传递的功率一般在100kW以下，链速一般不超过15m/s，推荐使用的最大传动比imax=8.传动链有短节距精密滚子链（简称滚子链）、齿形链等类型。其中滚子链使用最广，齿形链使用较少。1．与齿轮传动比较：（1）链传动的制造与安装精度要求低，安装与维修简便。（2）链轮齿受力较小、强度较高、磨损较轻。通常链轮由较多的齿同时与链条啮合，接触位置接近结根，而且齿槽圆弧半径大，齿根应力集中小，所以链轮齿承载能力较大，齿面磨损也比齿轮轻。（3）链传动有较好的缓冲、吸振能力。（4）链传动中心距适应范围大，特别在中心距较大或在多轴传动中，链传动易于布置、安装、调节。（5）在链条上安装适当的附件可以实现输送功能。但在要求中心距小，瞬本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-11- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828时传动比恒定，传动比大、转速高、噪声小时，链传动的使用性能不如齿轮传动。2．与带传动比较：（1）链传动的转速比准确，传动效率高。（2）链条对轴的作用力小。（3）链传动的尺寸较紧凑，在传递功率相同的情况下，链条传动比常用的胶带要窄些，链轮直径也比带轮直径要小，所以机构尺寸比带传动紧凑。（4）链条拆装方便。（5）链传动能在较大的传动比和较大的中心距下工作。（6）链传动的环境适应能力强。（7）链条的磨损伸长比较缓慢。（8）链传动在可燃气体下工作安全可靠，因为不易发生摩擦生电现象，不会引起燃烧。但是在要求噪声小，不准有润滑油，中心距大，转动速度很高的情况下，链传动的使用性能不如带传动。综上所述，在手腕仰摆处选用链传动。2.4.2传动链的分类传动链按传递方式分摩擦传动与啮合传动两大类，按产品结构分传动用短节距滚子链、传动用双节距滚子链、传动用套筒链、重载传动用弯板滚子链、传动用齿形链、销合链和无级变速链等。1.传动用短节距精密滚子链及套筒链传动用短节距精密滚子链及套筒链节距从4.7625（03C）～114.30mm（72B），横跨A系列和B系列的单排、双排以及多排，是应用最为广泛的链条。根据不同用途，配上各种附件，也可作为输送链用。用在发动机里，又派生出摩托车传动链、发动机正时用链、以及石油钻机传动链等产品系列。2.传动用双节距滚子链双节距滚子链是短节距滚子链派生出来的一种轻型链条（节距增大一倍，滚子套筒销轴都不变）。传动用双节距滚子链链板多为∞形，应用在中小载荷、中低速和中心距较大的传动装置中。随着链传动的推广，传动用双节距滚子链派生出了一些特殊场合用链条，如不锈钢链、高耐磨链、工程塑料链等。节距从25.4～101.60mm不等，传动链加上不同的附件可作为输送链用，并且这种传动链正越来越多地被运用在输送设备上。3.重载传动用弯板滚子链及销合链重载传动用弯板滚子链适用于低速重载、有冲击传动工况，链板为弯链板，本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-12- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828易于拆装，无内外节之分。由于这种链条工作于重载工况下，多为大节距链。国内这种链条节距在63.5～103.20之间。销合链链节由可锻铸铁铸成并用销轴连接起来，没有内外链节之分，易于拆装。由于结构简单，成本低廉，销合链是早期使用较为广泛的一种传动链。加上特殊附件，也可作输送链用。适用于中低速、重低载荷以及工作环境比较脏污的工况。由于铸件疲劳寿命较短，这种链条逐渐地被重载弯板滚子链取代。4.传动用齿形链传动用齿形链结构简单，没有套筒和滚子，只有销轴和链板。用于高速、低噪声等工况，按导向形式分内导式和外导式，按接触方式分内接触式和外接触式两种。节距从6.35～38.1mm，片数从5～47片不等。5.无级变速链无级变速链包括滑片链、摆销链、滚柱链、套环链等四个种类，其中以滑片式无级变速链使用较为广泛，应用在各种型式的链式无级变速器内。摆销式无级变速链主要应用在国外一些轿车链式无级变速器及其他精密、大功率、高速机械上。无级变速链由于其高强度、低噪音、耐磨损、寿命长等优点，在无级变速的应用中正越来越多地扩大应用领域。2.4.3链的选择本次设计中，所选的传动链是齿形传动链，齿形链上设有导板，可以防止链条在工作时发生侧向窜动，导板有内导板和外导板两种。内导板可以较为精确的把链定位于适当的位置，所以导向性好，工作可靠，适用于高速及重载传动，外导板齿形链，没有开导向槽，结构简单，导向性差，外导板容易在销轴连结处出现松动。齿形链按铰接结构不同可分为：圆销式、轴瓦式和滚柱式三种，如图2.4本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.4齿形链的分类本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-13- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828圆销式齿形链，铰链承压面积小，压力大，磨损严重，所以不采用，轴瓦式齿形链承压面积大，压力小，但因为轴瓦与销轴表面是滑动摩擦，所以磨损也较为严重，经过比较还是选用滚柱式齿形链，它的载荷沿全链均匀分布，以滚动摩擦代替滑动摩擦，所以显著地减小了有害阻力。根据手册查阅，选择GB10855-89型内导式滚柱式齿形链，基本参数和主要要求尺寸，选择链的型号为CL06单排，节距p＝9.525。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.5轴承的分类介绍本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281.深沟球轴承最具代表性的滚动轴承，用途广泛，可承受径向负荷与双向轴向负荷，适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合，带钢板防尘盖或橡胶密封圈的密封型轴承内预先充填了适量的润滑脂外圈带止动环或凸缘的轴承，即容易轴向定位，又便于外壳内的安装最大负荷型轴承的尺寸与标准轴承相同，但内、外圈有一处装填槽，增加了装球数，提高了额定负荷。2.角接触球轴承套圈与球之间有接触角，标准的接触角为15°、30°和40°，接触角越大轴向负荷能力也越大，接触角越小则越有利于高速旋转，单列轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷，角接触球轴承适用于高速及高精度旋转，结构上为背面组合的两个单列角接触球轴承共用内圈与外圈，可承受径向负荷与双向轴向负荷，无装填槽轴承也有密封型。3.四点接触球轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷,单个轴承可代替正面组合或背面组合的角接触球轴承,适用于承受纯轴向负荷或轴向负荷成份较大的合成负荷,该类轴承承受任何方向的轴向负荷时都能形成其中的一个接触角（α），因此套圈与球总在任一接触线上的两面三刀点接触,主要适用的保持架：铜合金切制保持架.4.调心球轴承由于外圈滚道面呈球面，具有调心性能，因此可自动调整因轴或外壳的挠曲或不同心引起的轴心不正,圆锥孔轴承通过使用紧固件可方便地安装在轴上.5.圆柱滚子轴承圆柱滚子与滚道呈线接触，径向负荷能力大，即适用于承受重负荷与冲击负荷，大多用于机床主轴主要适用的保持架：钢板冲压保持架（Z形）、铜合金切制保持架、销式保持架、合成树脂成形保持架。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-14- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398286.圆锥滚子轴承该类轴承装有圆台形滚子，滚子由内圈大挡边引导，设计上使得内圈滚道面、外圈滚道面以及滚子滚动面的各圆锥面的顶点相交于轴承中心线上的一点，单列轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷，双列轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，适用于承受重负荷与冲击负荷。7.调心滚子轴承该类轴承在球面滚道外圈与双滚道内圈之间装有球面滚子，按内部结构的不同，分为R、RH、RHA和SR四种型式,由于外圈滚道的圆弧中心与轴承中心一致，具有调心性能，因此可自动调整因轴或外壳的挠曲或不同心引起的轴心不正,可承受径向负荷与双向轴向负荷。特别是径向负荷能力大，适用于承受重负荷与冲击负荷。8.推力球轴承由带滚道的垫圈形滚道圈与球和保持架组件构成,与轴配合的滚道圈称做轴圈，与外壳配合的滚道圈称做座圈。双向轴承则将中圈秘轴配合,单向轴承可承受单向轴向负荷，双向轴承可承受双向轴向负荷（二者均不能承受径向负荷）9.推力圆柱滚子轴承由垫圈形滚道圈（轴圈、座圈）与圆柱滚子和保持架组件构成。圆柱滚子采用凸面加工，因此滚子与滚道面之间的压力分布均匀,可承受单向轴向负荷,轴向负荷能力大，轴向刚性也强。10.推力滚针轴承分离型轴承由滚道圈与滚针和保持架组件构成，可与冲压加工的薄型滚道圈（W）或切制加工的厚型滚道圈（WS）任意组合,非分离型轴承是由经精密冲压加工的滚道圈与滚针和保持架组件构成的整体型轴承,可承受单向轴向负荷,该类轴承占用空间小，有利于机械的紧凑设计,大多仅采用滚针和保持架组件，而把轴及外壳的安装面作为滚道面使用。11.推力圆锥滚子轴承该类轴承装有圆台形滚子（大端为球面），滚子由滚道圈（轴圈、座圈）挡边准确引导设计上使得轴圈和座圈滚道面以及滚子滚动面的各圆锥面的顶点相交于轴承中心线上的一点，单向轴承可承受单向轴向负荷，双向轴承可承受双向轴向负荷，双向轴承将中圈与轴配合，但由于采用间隙配合，因此必须用轴套等使中圈轴向定位主要适用的保持架：铜合金切制保持架。12.推力调心滚子轴承该类轴承中球面滚子倾斜排列，由于座圈滚道面呈球面，具有调心性能，因此可 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-15- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828允许轴有若干倾斜,轴向负荷能力非常大，在承受轴向负荷的同时还可承受若干径向负荷,使用时一般采用油润滑。本次结构设计中,采用了深沟球滚子轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.6小臂腕部结构设计中必要的强度校核本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828应力循环次数：N＝60njL7=60×62.5×2×8×300=1.8×10772.6．1圆锥齿轮强度校核1、齿轮材料及热处理：大小齿轮材料均为45钢正火表面硬度均为HB180－2202、许用应力：查表得óHlim=490MpóFlim=175Mpih其中ni为电机满载转速，经谐波减速器减速后为62.5取2班制8h300天，则N1N2=N1/u=1.8x10/1.5=1.2x10本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828查表接触疲劳寿命系数Zn和弯曲疲劳寿命YN求得许用应力为óZ分别为：Zn＝1.0，YN＝1.0本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[óH]=óhlimsHYN=490×11=490本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[óF]=FlimsFN=175×11.3=134.6本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398283、齿轮齿数和齿宽系数ϕR本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828Z1=20Z2=30=i×Z1本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828取ϕ4、小齿轮所传递的转矩T1R=0.3−3本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828T1=9550pnm=9550×200×10 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ40133982837.5=50.9本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-16- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398285、载荷系数K查表得KA=1本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398288级精度Kv=1.25，取Ká=1，Kâ=1，本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828ooK=K6、齿根弯角强度校验齿形系数YFaä1=53.7ä2=56.3Z1AKvKáKâ=1.25Z2本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828当量齿数Zv1=cosä1=24.04Zv2=cosä2=72.1本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由表得查得：YFa1应力修正系数=2.65YFa2=2.24本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828查表得Ysa1=1.58Ysa2=1.75本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828齿根弯曲强度校验：óF1=4kT1YFa1Y2Sa1=0.64<[óF1]本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828ϕR(1−0.5ϕR)2Z1m3u2+1本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828óF2=0.64×2.24×1.752.65×1.58=0.6<[óF]本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[因此所设计的圆锥齿轮满足强度要求9][10]。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282.6.2轴的强度校核1、圆锥齿轮轴的强度校核（1）．结构设计已知轴传递的功率P=0.2KW,转速为37.5r/min,根据轴的受力分析选取圆锥滚子轴承,为便于轴承的装配,取装轴承处的直径d1=47mm,圆锥齿轮分度圆直径d1＝40。材料为45钢。结构如图2.5： 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-17- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.5圆锥齿轮轴本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828（2）．按弯扭合成强度条件计算一、圆锥齿轮受力分析及计算扭矩本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828T1＝9550Pnm=9550×0.237.5=50.9Nm本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828切向力Ft=′2T1dm1=2×50.90.04o=2545No本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828F=Fttaná=2545×tan20′=925.2N（压力角á=20）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828径向力Fr1=Fcosä1=769.7N′本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828轴向力Fa1=Fsinä1Ft=513.3N本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828法向力Fn=cosá=2708.3N本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828FdM==10.27Nm二、计算弯矩扭矩图由于轴承为圆锥滚子轴承，在受力分析时将轴简化为简支梁，竖直方向受力分析如图2.6（a）分别计算Fb和FcFr=Fb−Fc 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398282本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-18- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828Ma+0.048Fc=0.032Fr本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828解得Fc=299.2NFb=1068.9本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828分析画出竖直方向所受剪切力Fs和弯矩Mv图,如图2.6（b）、（c）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.6竖直方向所受剪切力和弯矩图本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828水平方向受力分析：受力图如图2.7（d）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828计算FHb解得和FhcFr=FHb+FHc32Fr=−48FHc本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828FHb=4241.7NFHc=−1696.7N本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828分析画出水平方向所受剪切力FHs和弯矩MH图,如图2.7e）、（f）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-19- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由公式M=M2H+2图2.7水平方向所受剪切力和弯矩图MV计算总弯矩M，并画出总弯矩图M。如图2.8（g）扭本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828矩T如图2.8（h）所示本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.8总弯矩图本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828（3）．由第三强度理论进行弯扭合成校核由弯矩图M可知b处为危险截面，对b截面进行强度校核计算。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-20- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由公式óca=ó2+4ô2=M2+WáT2本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398283ðd计算公式W=，其中d=33.5mm带入公式计算得ó=26.32d链轮线速度V=2.57×=2.57×0.041=0.105m/s设链所受的力为，F=P/V=178.75/0.105=1702.4N由于扭转切应力为对称循环应力取á=1，W为抗弯截面系数，由抗弯截面系数32由轴的常用力学性能表查得[ó−1]=170~217所以由计算可知óca<[ó−1]，满足强度要求。2、第二根轴强度校核（主动链轮安装处轴）（1）．结构设计已知电机的功率P=0.2KW,转速为3000r/min。取圆锥齿轮得机械效率为0.98，链传动的机械效率为0.95，由于机械磨损，取机械效率为0.96。则轴所传递的功率为P＝200×0.98×0.95×0.96＝178.75W电机转速经过谐波减速器和圆锥齿轮减速传递到轴，此轴的转速为n=3000/(80×1.5)=37.5r/min=2.57rad/s211每个链轮所受的力为Ft1，Ft1=F1/2=851.2N根据轴的受力分析选取圆锥滚子轴承,为便于装配,取右端装配轴承处d1=47mm,左端装配轴承处直径d2＝55mm圆锥齿轮分度圆直径d2＝60。材料选45钢。结构如图2.9所示：本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.9主动链轮轴本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-21- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828F×20+F×10+F×65=F×85F=459.7NF=−1302.3N（2）．按弯扭合成强度条件计算一、轴的受力分析，将轴简化为简支梁，受力分析如图向受力分析如图2.10（b），其中Fa2=Fr1=769.7N，Fr2Ft=2545N计算FHd和FHc：Ft+FHc+FHd=2Ft1c解得：c2.10（a）。水平方=Fa1=513.3N，本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.10水平方向受力分析图本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828计算分析得轴各截面所受得剪切力和弯矩，分别画出水平方向受剪力Fs图和弯矩MH图，如图2.10（c）和图2.11（d）所示。 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-22- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828计算力F和F：d2F=F+FM=F=23.09Nm图2.11水平方向受剪力和弯矩图二、分析画出竖直方向所受剪切力Fvs和弯矩Mv，竖直方向受力如图2.12（e）c2对C点受弯矩计算：Fr2×55+M2=FVd×65解得：FVc=−276.3NFVd=789.6N式中负号表示与图中所示力的方向相反画出竖直方向受力的剪力FVs、弯矩MV图，分别如图2.12（f）、图2.13（g）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.12竖直方的剪力弯矩图本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-23- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由公式M=M2H+M2V计算总弯矩M，并画出总弯矩图M。如图2.13（h）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828扭矩T如图2.13（i）所示本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.13总弯矩图本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ40133982822M+áT22由公式ó=ó+4ô=3ðdW=d=60mm（3）．由第三强度理论进行弯扭合成校核由弯矩图M可知e处为危险截面，对e截面进行强度校核计算。W由于扭转切应力为对称循环应力取á=1，W为抗弯截面系数，由抗弯截面系数32带入公式计算得óca=2.7本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-24- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由轴的常用力学性能表查得[ó−1]=170~217本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828所以由计算可知óca<[ó−1]，满足强度要求。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398283.第三根轴强度校核（手腕仰摆处轴）（1）结构设计结构如图2.14所示，选取圆锥滚子轴承支撑,为便于轴承的装配,取装轴承处的直径d1=47mm。材料选择为45钢。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.14手腕仰摆轴本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828（2）受力分析，画出弯矩、扭矩图将此轴简化为简支梁，如图2.15（a）所示本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.15弯矩图 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-25- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由于腕部转矩很小，因此忽略腕部对此轴的转矩和力。Ft1为链轮所受的切向力，经分析可知轴在竖直方向不受力，因此只进行水平方向的受力分析，如图2.15（b）所示。计算FVa和FVb：2Ft1=FVa+FVbFt1×21+FVb×66=Ft1×87解得：FVa=851.2NFV2=851.2N画出剪力Fs、弯矩MH图，如图2.16（c）、2.16（d）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.16剪力弯矩图本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ40133982822M+áT由公式ó=ó+4ô=其中T＝0（2）由第三强度理论进行弯扭合成校核由弯矩图M可知由弯矩图可知，ab段为危险截面，对ab段截面进行强度校核计算。W由于扭转切应力为对称循环应力取á=1，W为抗弯截面系数，由抗弯截面系数本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-26- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828计算公式W=ðd3，其中d=33.5mm本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ40133982832带入公式计算得óca=ó=MW=5.347本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由轴的常用力学性能表查得[ó−1]=170~217[11][12]本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828所以由计算可知óca<[ó−1]，满足强度要求。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398284.第四根轴强度校核（驱动小臂旋转处的轴）（3）结构设计轴的结构如图2.17所示，此轴主要承受扭矩，由电机参数可查出扭矩TT＝0.6Nm本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图2.17小臂手部旋转轴本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828T由计算公式ó=式中W为抗扭截面系数3333ðdbt(d−t)ð186×3.5(18−3.5)W=−=−=1021.88Tó=ô==0.62<[ó]满足强度要求。（4）强度校核经分析可知，轴上有键槽处为危险截面，以直径较小的轴处来校核强度。WT查抗扭截面系数表可计算162d162×18WT 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-27- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828第三章谐波减速器本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398283.1谐波减速器的发展本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828谐波传动的出现是随着五十年代空间科学，宇航尖端技术的发展而产生的。它是在一九五三年由美国C.W.MUSSER发明的，一九五九年得到批准美国专利，一九六零年在纽约展出实物，并开始应用在许多领域上。一九六一年开始介绍到我国。谐波传动的原理与建立在刚体力学基础上的传动的齿轮传动不同。谐波传动时间里在薄壳弹性变形理论基础上的一种新型传动，它的出现被认为是机械传动中的重大革命，谐波传动的发展必将推动许多工业产品的革新和革命。因而引起了人们的重视，国外已建立了许多专门研究中心。据资料介绍，美国有大量研究中心从事谐波传动的研制工作，如国家航空、宇航局，空军，陆军、海军研究中心，尤其是著名的美国联合制鞋机械公司（简称U.S.M.C）等。此外世界其它工业发达国家，如德国、英国、瑞士都开展了谐波传动的研制工作及推广应用这项技术。我国自一九六一年开始从事了这项技术的研究。长期以来，虽然从事谐波传动研制的单位很多，但由于人力的分散，没有固定的专业队伍，又无专门从事谐波传动的研究机构和专门生产的厂家，又无系列化，标准化谐波传动减速器作为商品提供用户使用，因而影响了这项技术的推广应用及发展。近年来，随着四化建设需要，国民经济各部门需要应用这项新型传动技术越来越普遍，谐波传动技术在我国有了较快的发展。一九八零年在电子工业部领导组织下，北京机械工程学会谐波传动组协助下，成立了电子工业部通用谐波传动减速器标准化工作组，并拟定了“中小功率通用谐波减速器标准草案”，其低速轴输出力矩从0.2kgm到200kgm至650kgm。并与机械工业部洛阳轴承厂联合研制为通用谐波减速器用的标准化柔性轴承系列。其柔性轴承的最小外径为25毫米，到最大外径为200毫米（至315毫米）。目前正在研制中。并且确定了具有先进小模数齿轮加工设备和检测设备的专业化生产谐波减速器的工厂。这一切将有益于进一步推动谐波传动在我国的发展及应用。3.2谐波减速器的应用本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828谐波减速器在国内于六七十年代才开始研制，到目前已有不少厂家专门生本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-28- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828产，并形成系列化。广泛应用于航天、航空、航海、舰船、军工、数控机床、加工中心、机器人、机械臂、假肢、纺织机械、化纤机械、化工机械、石油机械、冶金机械、矿山机械、轻工机械、食品机械、印刷喷绘机械、纸箱包装机械、橡塑机械、能源机械、节能设备、农林牧渔机械、医疗设备、通讯设备、电子产品制造设备、雷达设备、卫星地面接收设备、气象设备、真空制造设备、半导体制造设备、玻璃制造设备、晶体制造设备、自动控制设备、建材机械、电动工具、自动焊接设备、电缆制造设备、电动阀门、高级仪器仪表、计量仪器、分析仪器、电工工具、光学制造设备、核设施、高能物理实验研究设备、空气动力实验研究设备等行业。3.3谐波减速器组成及工作原理本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828谐波传动主要由波发生器、柔轮和刚轮三部分组成，如图3.1所示。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图3.1谐波减速器主要组成部分3.3.1柔轮常见的结构型式柔轮的结构型式与谐波传动的结构类型选择有关。柔轮和输出轴的联结方式直接影响谐波传动的稳定性和工作性能。1．筒形底端联接式：本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-29- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828结构简单，联接方便，制造容易，刚性较大，应用较普遍。2．筒形花键联接式：轴向尺寸较小，扭转刚性好，传动精度较高，联接方便，承载能力较大。3．筒形销轴联接式：轴向尺寸较小，结构简单，制造方便，但载荷沿齿宽分布不均匀。3.3.2波发生器常见的结构型波发生器是迫使柔轮发生弹性变形的重要元件，按变形的波数不同，常用的有双波和三波两种。双波发生器的结构型式主要有滚轮式、凸轮式、偏心盘式和行星式，如图3.2所示。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828滚轮式又分为：双滚轮式：图3.2双波发生器种类图例本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828结构简单，制造方便，形成波峰容易，但柔轮变形未被积极控制，承载能力较低，多用于不重要的低精度轻载传动。多滚轮式：柔轮变形全周被积极控制，承载能力较高，多用于不宜采用偏心盘式或凸轮式波发生器的特大型传动。3.3.3谐波减速器的工作原理柔轮轮体很簿，其上有一段为特制的完整的(360度)齿圈。波发生器的径向最大尺寸稍大于柔轮内孔直径，装配时把它放人柔轮内孔，使柔轮齿圈段变为椭圆形，并使椭圆长轴处两点的轮齿和刚轮相啮合，而短轴处的轮齿脱开，若发生器旋转，则柔轮和刚轮啮合区也随着变化，轮齿依次助进人啮合和脱离。对于双波(如图3.3)的传动规律是：波发生器转一圈，柔轮相对于刚轮在圆周方向转过本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-30- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828两个齿距的弧长，它有两个啮合区。一般波数n可写成：n=Z2一Z1式中：Z2—刚轮齿数Z1—柔轮齿数对于刚轮固定的谐波传动的减速比i为：本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828i=−Z1Z2−Z1本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图3.3谐波减速器原理图1.刚轮2.柔轮3.波发生器本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828当波发生器为主动时，凸轮在柔轮内转动，就近使柔轮及薄壁轴承发生变形（可控的弹性变形），这时柔轮的齿就在变形的过程中进入（啮合）或退出（啮离）刚轮的齿间，在波发生器的长轴处处于完全啮合，而短轴方向的齿就处在完全的脱开。波发生器通常成椭圆形的凸轮，将凸轮装入薄壁轴承内，再将它们装入柔轮内。此时柔轮由原来的圆形而变成椭圆形，椭圆长轴两端的柔轮与之配合的刚轮齿则处于完全啮合状态，即柔轮的外齿与刚轮的内齿沿齿高啮合。这是啮合区，一般有30%左右的齿处在啮合状态；椭圆短轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全脱开状态，简称脱开；在波发生器长轴和短轴之间的柔轮齿，沿柔轮周长的不同区 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-31- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[15][16]段内，有的逐渐退出刚轮齿间，处在半脱开状态，称之为啮出。波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。对于双波发生器的谐波齿轮传动，当波发生器顺时针转动1/8周时，柔轮齿与刚轮齿就由原来的啮入状态而成啮合状态，而原来脱开状态就成为啮入状态。同样道理，啮出变为脱开，啮合变为啮出，这样柔轮相对刚轮转动（角位移）了1/4齿；同理，波发生器再转动1/8周时，重复上述过程，这时柔轮位移一个齿距。依此类推，波发生器相对刚轮转动一周时，柔轮相对刚轮的位移为两个齿距。柔轮齿和刚轮齿在节圆处啮合过程就如同两个纯滚动（无滑动）的圆环一样，两者在任何瞬间，在节圆上转过的弧长必须相等。由于柔轮比刚轮在节圆周长上少了两个齿距，所以柔轮在啮合过程中，就必须相对刚轮转过两个齿距的角位移，这个角位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的。波发生器的连续转动，迫使柔轮上的一点不断的改变位置，这时在柔轮的节圆的任一点，随着波发生器角位移的过程，形成一个上下左右相对称的和谐波，故称之为：“谐波”。3.3.4双刚轮谐波减速器由于在手腕处谐波减速器的安装尺寸及结构要求比较特殊，需要做成两个刚轮，其中一个为固定轮，一个为输出轮。谐波减速器由于采用双刚轮结构，刚轮直接输出，所以结构更加紧凑；由于柔轮与刚轮啮合时，齿与齿间均匀接触，同时齿的啮入和啮出是随柔轮的变形逐渐进入和退出齿间的，所以传动更加平稳；由于实现了一个固定一个输出的双刚轮结构，所以减速比更大。结构如图3.4所示。波发生器转一周时，由于柔轮比固定钢轮少转（Z2-Z11）个齿的角度，即柔轮反转周。而输出钢轮相对柔轮反转（Z3-Z12）个齿的角度，即输出钢轮相对柔轮反转周，输出钢轮与波发生器同向转周，则减速比本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828式中：Z-与固定刚轮啮合的柔轮齿数；Z-与输出刚轮啮合的柔轮齿数；Z-本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ40133982811122本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828固定刚轮齿数；Z3-输出刚轮齿数；H-波发生器本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-32- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281.柔轮2.固定钢轮3.输出钢轮4.波发生器本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828图3.4双刚轮谐波减速器原理图3.4谐波齿轮传动的特点本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281.结构简单，体积小，重量轻。谐波齿轮传动的主要构件只有三个：波发生器、柔轮、刚轮。它与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多。2.传动比范围大单级谐波减速器传动比可在50—300之间，优选在75—250之间；双级谐波减速器传动比可在3000—60000之间。3.同时啮合的齿数多。双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%，甚至更多些。而在普通齿轮传动中，同时啮合的齿数只有2—7%，对于直齿圆柱渐开线齿轮同时啮合的齿数只有1—2对。正是由于同时啮合齿数多这一独特的优点，使谐波传动的精度高，齿的承载能力大，进而实现大速比、小体积。4.承载能力大。谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，在材料和速比相同的情况下，受载能力要大大超过其它传动。其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-33- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398285.运动精度高。由于多齿啮合，一般情况下，谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右。6.运动平稳，无冲击，噪声小。齿的啮入、啮出是随着柔轮的变形，逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的，啮合过程中齿面接触，滑移速度小，且无突然变化。7.齿侧间隙可以调整。谐波齿轮传动在啮合中，柔轮和刚轮齿之间主要取决于波发生器外形的最大尺寸，及两齿轮的齿形尺寸，因此可以使传动的回差很小，某些情况甚至可以是零侧间隙。8.传动效率高。与相同速比的其它传动相比，谐波传动由于运动部件数量少，而且啮合齿面的速度很低，因此效率很高，随速比的不同（u=60-250)，效率约在65—96%左右（谐波复波传动效率较低），齿面的磨损很小。9.同轴性好。谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴位于同一轴线上。10.可实现向密闭空间传递运动及动力。采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。11.可实现高增速运动。由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点，加之体积小、重量轻的优点，因此是理想的高增速装置。对于手摇发电机、风力发电机等需要高增速的设备有广阔的应用前景。12.方便的实现差速传动。由于谐波齿轮传动的三个基本构件中，可以任意两个主动，第三个从动，那么如果让波发生器、刚轮主动，柔轮从动，就可以构成一个差动传动机构，从而方便的实现快慢速工作状况。这一点对许多机床的走刀机构很有实用价值，经适当设计，可以大大改变机床走刀部分的结构性能。3.5谐波减速器产品系列及结构的特点本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281、XB1系列：单级谐波齿轮传动减速器系列（1）、结构特点：柔轮是杯型筒状带底结构，筒体长度约为直径0.85；刚轮的齿数比柔轮的齿数多2个齿。当刚轮固定，波发生器为输入，柔轮为输出时， 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-34- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828减速比i=－ZR/2，负号表示输出轴转动方向与波发生器转动方向相反。（2）、优缺点A、优点：相同的机型（机型：指柔轮的内径尺寸即波发生器柔性轴承的外径尺寸按公制尺寸表示）XB1系列结构与别的谐波传动结构相比，承载力大，扭转刚度及谐波传动效率均比环状柔轮结构的XB3系列高，此外，传动精度也比XB3系列高。B、缺点：轴向尺寸太大，由于存在长筒柔轮扭转刚度的提高受到一定影响。目前，国外已开发出新齿轮短筒的谐波传动减速器系列产品，如日本谐波传动株式社会开发出CSF系列产品。由于缩短了柔轮筒体长度，因此扭转刚度、精度都提高。2、XB2系列——内啮复波谐波传动减速器系列；减速比的范围300－106（1）柔轮结构特点：柔轮环状，分两排齿。第一级柔轮齿数为ZR1，第一级刚轮齿数为ZG1比ZR1多2个齿；第二级柔轮齿数为ZR2，第二级刚轮齿数为ZG2比ZR2多2个齿。减速比计算I＝I1×I2/(I1-I2＋1)其中I1=|Zr1/2|,I2＝|ZG2/2|(2)优缺点优点：传动比大，在传递相同载荷、相同减速比情况下，比其它任何传动的体积小、重量轻。缺点：A：传动效率低；B：因柔轮有轴向串动不适合立式传动。3、XB3系列——扁平式齿啮输出谐波传动减速器系列产品（1）结构特点：柔轮为环状结构，具有齿数比柔轮多2个齿的输入刚轮；输出刚轮的齿数与柔轮齿数相同。当输入刚轮固定，波发生器输入时，柔轮为从动。通过与输出刚轮齿式连接输出。减速比计算为：i＝－ZR/2（“－”号表示输出轴旋转方向与输入轴旋转方向相反）（2）优缺点优点：轴向尺寸小，重量轻，体积小。缺点：与XB1系列相同机型相比，承载能力偏小、精度偏低、刚度偏小、传动效率偏低，（在额定输入转速及额定输出载荷下，随传动比的变化，传动效率约55％～65％）。另外，由于柔轮有轴向串动不适合立式安装使用。4、XBF2，XBF3相位调节器用谐波传动减速器（又名：差速谐波传动减速器）（1）结构特点：具有环状的单排齿的柔轮，波发生器具有两个柔性轴承。第一级刚轮的齿数比柔轮齿数多2个齿，第二级刚轮的齿数与柔轮齿数相同。3.6谐波减速器的选择本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由于焊接机器人要求速度较低，由电机3000rpm转速要经过大减速比的减速器减速后才能达到焊接机器人速度要求，因此减速器选择减速比范围较大的谐波减速器。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-35- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828这次设计所用的谐波减速器是由北京谐波传动技术研究所生产的,根据机器人结构需要,内部结构中所需的谐波减速器都采用卧式谐波减速器,谐波减速器R系列分三种类型：XB1单级卧式谐波传动减速器，杯形柔轮结构减速比范围i=63~315；XB2大速比复波谐波传动减速器，减速比范围i=2000~3000；XB3扁平式偕波传动减速器，减速比范围i=63~200。根据焊接机器人的外形尺寸和传动比要求，机器人小臂和腕部分别选择不同类型和传动比的谐波减速器。由于该焊接机器人Motomanup-6型的最大速度：R轴（手臂横摆旋转）5.85rad/s，即电机输入3000r/min的转速，输出转速为5.85rad/s，则由此计算传动比本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828i1=3000×2ð60×5.85=53.6（3-1）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由此传动比初选谐波减速器XB－60，减速比为i＝80的减速器。1B轴（手腕俯仰）最大转速为5.85rad/s，即电机输入3000r/min转速，输出转速为5.85rad/s，则由此计算传动比本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828i2=3000×2ð60×5.85=53.6（3-2）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由此传动比初选谐波减速器XB1－60，减速比为i2＝80的减速器。最初选择的是本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828XB1杯形减速器，但是由于杯形谐波减速器尺寸比较长，占用的空间大，如果本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828采用，导致设计圆锥齿轮传动部分时，没有足够的空间，因此将杯形谐波减速器改为扁平式谐波减速器，型号选用扁平式XB3—50型，减速比选择i2=80T轴（手腕回旋）最大转速为8.73rad/s，即电机输入3000r/min转速，输出转速为8.73rad/s，则由此计算传动比本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828i3=3000×2ð60×8.73=35.9（3-3）本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828由于手腕旋转处同样由于外形尺寸很小，选用的谐波减速器为扁平式- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ40133982836-XB3—40 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828型，减速比选择i3=80。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398283．7谐波减速器的安装使用与维护本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ4013398281.谐波齿轮减速机可适用于24小时连续工作，可正反两向运转。起动或运转中短时最大尖峰负荷不超过额定负荷的1.5倍。2.本减速机输入与输出同轴。单级减速机（XB1型）输出轴与输入轴转向相反，内啮复波式减速机（XB2）输出轴与输入轴转向相同。3.本减速机无自锁功能，如用在可能出现逆旋转—增速时的场合必须严格限制低速轴的转速和扭矩以免发生过载损坏机件。4.本减速机的输入轴和输出轴不能承受较大的轴向力和径向力，当使用在有较大轴向力和径向力的场合时应采取适当措施。5.与本减速机配套的传动装置采用联轴器联接时同轴度不得超过联轴器允许的范围。6.当使用三角皮带轮进行传动时，三角皮带安装不能过紧以免造成轴承损坏。7.当使用链轮进行传动时链轮的安装不得过松，否则在起动时会产生冲击，发生危险。8.在减速机输入轴、输出轴上安装联轴器、齿轮、链轮、皮带轮等传动件时不允许直接用铁锤敲击（可用木槌、橡皮槌、紫铜、铅块等轻轻打入）也可利用轴端螺栓通过压板压入。9.减速机安装使用时，必须注入润滑油（脂润滑除外）油位高度以油标显示部位为准。在正常情况下润滑油可采用20#号机油。10.各系列谐波减速机，从25-80机型均采用零零号半流体脂润滑（出厂时已加好）；从100-250机型均采用20#号机油或粘度相当、润滑更好的润滑油。11.减速机在正常工作情况下第一次工作500小时需更换新润滑油，以后可在工作3000—4000小时更换一次，若工作在高温、多尘、有害气体及潮湿的恶劣条件下，则要适当缩短润滑油更换周期。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-37- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828第四章经济性分析本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828随着现代工业的高速发展,在产品的制造生产过程中,机器人起到了举足轻重的作用。焊接自动化的焊接机器人在焊接技术中能提供稳定的焊接质量，减轻人的劳动强度，提高工作效率，降低成本。因此焊接机器人的研制具有广泛的市场前景。焊接机器人是一种典型的机械电子一体化产品，在设计中处处考虑到经济性和节能及环保等性能，选用了大量的机电产品。器件评估如下：首先，采用性能较为出色的1FT5系列交流伺服电机，代替以往的液压驱动，解决了液压系统存在漏油等问题。电机是焊接机器人的主要动力源，小臂腕部结构处电机功率小，在产品价格上具有明显的优势。更为重要是在结构设计中,大量采用谐波减速器来进行降速,机器人的尺寸更为小巧,避免了因为体积过大,而需要大量的进行外壳的加工。其次，电力系统成本低、更新快，可以用信控制技术进行控制，从而不断增大机械传动效率和经济效率，提高了机械的可用程度。另外，机械本体设计材料选取降低了成本，在零件设计时大多采用了铸铁和铸钢，是总成本下降提高了经济效益，尽量选用标准件，这样节省了不必要的加工成本和劳动消耗，零件设计时尽量避免材料的浪费，如需要强度满足，就可以由小零件代替大零件，节约了成本。对其进行价格预估：4个电机4X5000=20000元;4个谐波减速器4X1000=4000元其余轴承，结构铸件，以及齿轮链条等估价6000元总价格为20000+4000+6000=30000元综上，本设计中考虑了经济、节能、环保等要求，符合机械设计中经济技术的要求。本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-38- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828参考文献本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[1][2][3][4][5][6][7][8][9]余达太.工业机器人应用工程.北京机械工业出版社,1999.国产机器人走向实用化.机器人技术与应用,1999(11):8～9马香峰.工业机器人的操作机设计.冶金工业出版社,1996,9.4林尚杨.焊接机器人及其操作机应用.机械工业出版社,2000.5蔡自兴.机器人学.清华大学出版社,2000.9孙学俭.机器人技术基础.北京石油化工学院,1999.2孙学俭、薛龙、张宝生.机器人用交流伺服电机系统.北京石油化工学院院报,1996.12交流伺服单元应用技术研究报告.机电部北京机械工业自动化研究所,1990.12日本机器人协会.机器人技术手册.科学出版,1997.2本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[10]成大先.机械设计手册（单行本）减速器、电机与电器.化学工业出版社,2004[11]刘泽九.轴承应用手册.机械工业出版,1996.7[12]机械工业出版社.滚动轴承设计.机械工业出版社,2007.3[13]杨黎明.机械设计.兵器工业出版,1998.7[14]尚德广、王德俊.多轴疲劳强度科学出版社,2007.2[15]金茨勃格.谐波齿轮传动－原理、设计与工艺国防工业出版社,1982.11[16]程乃士.减速器和变速器设计与选用手册.机械工业出版社2007.01[17]钱学龙双刚轮谐波减速器在DRAGON型排险机器人中的应用机械设计与制造2006.12[18]王可.现代机械传动装置制造新工艺、新技术与新标准当代中国音像出版社,2004.4[19]徐春燕.机械设计基础.理工大学出版社,2006.8[20]机械工业出版社.齿轮传动-机械设计手册单行本，机械工业出版社，2007.3[21]北京谐波传动技术研究所.选用参考，出版地：北京[22]张伟、汪和平.弧焊机器人在工业企业中的应用.安徽科技,2001.09[23]R.Kovacevic,Y.M.ZhangandL.Li.MonitoringofWeldJointPenetrationBasedonWeldPoolGeometricalAppearance.WeldingJournal.1996,Vol.75(10):317s-329s[24]R.W.RichardsonandD.A.Gutow.CoaxialArcWeldPoolViewingforProcessMonitoringandControl.WeldingJournal.1984,Vol.63(3):43-50[25]Salisbury,J.K.1982.Kinematicsandforceanalysisofarticulatedhands.PhDThesis,StanfordUniversity,DepartmentofMechanicalEngimeering.[26]Rosheim,M.E.1993.Modularwrist.USPatent5,239,883.本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-40- 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828焊接机器人腕小臂结构系统设计本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828[27]ANewZero-DimensionRobotWrist:DesinandAccessibilityAnalysis.DanielC.H.YangJasonW.Rauchfuss.MechanicalandAcrospaceEngineeringDepartmentUniversityofCalifornia.LosAngeles,California,90095-1597USA.本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828 本科机械毕业设计论文CAD图纸QQ401339828-41-'