三轴工业机器人结构设计说明书正文

种的经常更换产品的生产过程自动化的通用。在机械制造中，工业机器人既有效地用统自动化不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性。在柔完成传送装备和其它操作。工业机器人和基本工艺装备、辅助以及控制装置一起形成随着工业技术和经济的惊人发展标志着多种中小批量生产水平的F（性制造系统（工厂自动化FSA技术重要组成之一的率之一。计,在设计中老师给予了很大的指导和帮助，在此谨致谢意。第一章、现抓取搬运工件或工具的自动化装置而它“机械手有一些区别“工业机器人”多数指程序可变的独立的抓取、搬运工件工具的装置“机械手”多数是指附属于主、种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三完成各种作业的机电自动化生 的机械部件，包括：手部、腕部、，还有机身和行走机构。 单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万降至97年的6.5万。、机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机器、检测、工业机器人系统控制向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而机器人则采用视觉、声觉、力虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来机器人。当代机器人系统的发展特点不是追求全治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即加局部自主系统构成完整的操作系统，使智能机器人走出进入实用化阶段。发射到火星上的“”机器人就是这种系统成功应用80年代“七五”计划科技攻坚开始起步，在国家的支持下，通13030条自动喷漆生产线（站）上获得广泛应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装200台，约占全球已安装为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥第一轴：转动角速度为90s0～270底座：能够实现第一臂转角(0-270度)第二章机器人的结构分连接。在工业机器人的控制装置中，有电动机驱动电路、PTPCP据的装置和定位控制电路等。信息处理装置通过信息传输装置与机器人本体相连，多如图2-1，该机器人具有六自由度，即大臂的回转、臂的左右摆动、臂的上下摆动、手M1回转运动，且与大臂相连的所有其它、腕及机械构件也随大臂一起作回转运动；后另一由电动机M2直接驱动作左右摆动还有第三臂由电动机M3直接驱动作上摆动；最后，手腕的回转、伸缩及手爪的抓取由其它三个电动机驱动。第一轴（大臂）的结大臂的结构图（2-1）及其传动原理简图（2-2-2-2.2方案一：第一轴：齿轮传动（直齿或斜齿1500r/min的原动机，则u1=1500/15=100,星齿轮传动。摆线针轮行星齿轮传动有如下优点：1）11～87，二级传动比为121～7569，三级传动比可达446571；2）结构紧凑、体积小、重量轻。如将量约减轻1/2～1/3以上；3）效率较高。一般效率为0.92～0.94，最高可达0.97；4）传动结构复杂，加工制造较。第三章计3.1电动机的选第一轴的电动机的选，Fb MON3-1-如图3-1-1，该轴的转动轴与第二轴的转动轴不同，Fb MON3-1- J m20.809.5(15cos15)2

J2

m(a2b2c2d2)m

（3-1-44.8(0.220.120.1220.062)44.8

J J电

J电

轮 轮

减 1500.452减

1Jm22500.2521

J总23.45.742202.7228.12540而转动角加速度

v

2

M由式（3-1-7）MJ总150.3927.8541181.179

0.31181.17917.71MMP=3KW，n=1000r/minMGMAM28.4Nm第四动第一轴的传动结构第一轴的传动方案已确定，采用三级斜齿轮传动，且电动机的功率为P=3KWn=1000r/min，u=1000/15=66.67。—、传动比的分配：已知斜齿轮的传动比u≤6，再根据传动时前面降得慢，而 u=2.44.875.7第一级斜齿轮的传动设计计算已知电动机的功率P=3KWn=1000r/min传动比则械特性表)选得大、小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48～7(GB10095-88)选小齿轮齿数Z1=35，大齿轮齿数Z2=uZ1=2.435=841432Kt32Ktd u1ZHZE()2

（4-2-（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由标准圆柱齿传动的端面重合度10.82

20.84

=120.820.84（4）.1T95501

9550

2.865

N（5）.3-2-1（圆柱齿轮齿宽系数ød装置状两支承相对小齿轮作对称布两支承相对小齿轮作对称小齿轮作悬臂布选取齿宽系数由材料的弹性影响系数ZE表，查得ZE 得大、小的接触疲劳强度极限HLim1=Hlim2=1170Mpa； 01Lh60N2

u

2.4由接触疲劳系数图表，查得KHN10.86KHN20.871%，S=1,[[

=KHN1H =KHN2HH

0.86117010.8711701

则取[]H=([H1+[H2)/2=10122).试算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式（4-2-1）

≥d

21.6根据计算的结果及电动机的输出轴径，取d1t=50 60

601000

计算齿宽b及摸数bd

d1tcos

50cos14 h2.25mnt2.251.39计算纵向重合度

bh0.318dz1tg0.3180.935tg14（5）

KA1根据2.498，7得动载荷系数KV=1.07；KHKH=2.728，KF查得KF=2.45KHAKFAKHAKFA

KKAKVKFKF3Kd13K

5033.51.6 计算模数nm=d1cos64.91cos14 n 2KTYcos2KTYcos231zYFad FKKAKVKFa

（3-2-11.071.2根据纵向重合度

2.498得Y=0.88

cos3

cos3

zv

cos3

cos3

由齿形系数YFa及应力校正系数YSa

YFa1=2.44；YFa2由齿形系数YF

应力校正系数YSa

YSa1=1.654；YSa2

FE1FE2Mpa由弯曲疲劳系数KFN1=0.86，KFN2S=1.4，

KFN1S

KFN2S

YFa1YSa1=2.441.654 YFa2YSa2=2.1961.782[]F

2）32323.22.8651040.880.9352

mn=2mm计算中心距a(z1z2

(3584)2 2将中心距圆整为a=122.5arccos(z1z2

13

值改变不大,故参数、K、ZHd1d2

z2

352 842

bdd10.9

圆整后取B2=65mm；B1=70mm考 设计的要求，故大、小齿轮都选用硬齿面。由查表(常用齿轮材料及其40Cr7(GB10095-88)选小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数Z2=uZ1=4.8724=11714。由设计计算公式（3-2-1）（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由标准圆柱齿传动的端面重合度10.78

20.87

=120.780.87（4）.T9550P955030.97

Nn1 n1（5）.由表（圆柱齿轮齿宽系数ød）选取齿宽系数ød=0.9；由材料的弹性影响系数ZE表，查得ZE 得大、小的接触疲劳强度极限HLim1=Hlim2=1170Mpa；N1601Lh60N2

u1.8

4.873.7由接触疲劳系数图表，查得KHN10.88KHN20.91%，S=1,[[

=KHN1H =KHN2HH

0.88117010.911701

则取[]H=([]H1+[]H2 2).试算小齿轮分度圆直径d1t321.6321.66.691045.872.433189.80.9 ()

32.922 60

601000

计算齿宽b及摸数bd

0.932.922

d1tcos

h2.25mnt2.251.331计算纵向重合度

bh0.318dz1tg0.3180.924tg14

KA1根据0.718，7动载荷系数KV=1.05；KH)表，查得KH=1.41KF)图，查得KF=1.37KHAKFAKHAKFA=1.2，KKAKVKFKF331.783Kd13K

50

计算模数nm=d1cos34.113cos14 n 根据设计计算公式（3-2-2）KKAKVKFa

11.071.2根据纵向重合度

1.713

Y=0.8zv

cos3 cos3

cos3cos3

由齿形系数YFa及应力校正系数YSa

YFa1

YFa2由齿形系数YF

应力校正系数YSa

YSa1=1.596；YSa2齿轮的弯曲疲劳强度极限图,查得FE1FE2Mpa由弯曲疲劳系数KFN1=0.87，KFN2S=1.4，

KFN1S

KFN2S

YFa1YSa1=2.5921.596 YFa2YSa2=2.1581.792[]F

321.726321.7266.691040.80.9242

1.257

mn

a(z1z2

(24117)1.5108.9872将中心距圆整为aarccos(z1z2

arccos(24117)22值改变不大,故参数、K、ZH d1

35

d2

z2

84

bdd10.936.937 圆整后取B2=35mm；B1=40mm第三级的传动条件：电动机的功率为P=0.9KW，n=85.565，传动比u=5.7，设计计算考虑设计的要求，故大、小齿轮都选用硬齿面。由48～55HRC。选用精度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故7(GB10095-88)。选小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数Z2=uZ1=5.724=13714。由设计计算公式（3-2-1）（1）.Kt1.6（2）.

ZH2.433（3）.由标准圆柱齿传动的端面重合度10.78

20.88

=120.780.88（4）.1T95501

9550

0.37

N（5）.由下表（圆柱齿轮齿宽系数ød）选取齿宽系数ød=0.8；（6）.由材料的弹性影响系数ZE表，查得ZE （7）.查得大、小的接触疲劳强度极限HLim1=Hlim2=1170（8）.N1601Lh60N2

u3.7

5.7（9）.由接触疲劳系数图表，查得KHN10.9KHN20.93（10）.1%，S=1,[

=KHN1H

0.911701

[

=KHN2HH

0.9311701

则取[]H=([]H1+[]H2 2).试算小齿轮分度圆直径d1t，由计算公式（3-2-1）321.6321.63.151050.8 60

60

计算齿宽b及摸数bd

0.854958.43

d1tcos

54.958

bh计算纵向重合度0.318dz1tg0.3180.824tg14

KA1根据0.246，7得动载荷系数KV=1.04；KH

KH=1.2877KF)图，查得KF=1.27KHAKFAKHAKFA=1.2，KKAKVKFKF331.613Kd13K

54.958

计算模数nm=d1cos55.072cos14 n 2KTYcos2KTYcos231zYFad FKKAKVKFa

11.041.2根据纵向重合度

1.523

Y=0.8zv

cos3 cos3

cos3cos3

由齿形系数YFa及应力校正系数YSa

YFa1

YFa2由齿形系数YF

应力校正系数YSa

YSa1=1.596；YSa2由齿轮的弯曲疲劳强度极限图,查得FE1FE2(7)由弯曲疲劳系数KFN1=0.88，KFN2=0.91；S=1.4，

KFN1S

KFN2S

(9)

YFa1YSa1=2.5921.596

YFa2YSa2=2.141.83[]F

2）33 0.8242

2.009

mn=2.5a(z1z2

(24137)2.5 2将中心距圆整为a=207arccos(z1z2

arccos(24137)2.52值改变不大,故参数、K、ZHd1d2

z2

24137

bdd10.861.715 圆整后取B2=49mm；B1=55mm4.估计摆线轮内孔半径rn=(0.4～0.5)rp经查表选用 C=105000 C0=71000D1=97mm b=27mm da=60mm 3）名义径向载荷RR=1.3TCzP

K1rp

K1rp

当量动载荷P=fFR=1.3 fF—动载荷系数，一般取fF=1.2～1.5轴承相对转速n=n+nH=1000+1000 轴承Lh

(C)103

h60

Lh≥15000h估计摆线轮内孔半径

rn

rp经查表选用 C=114600 C0=85200 D1=121.5 da=77mmDa=114.6mm a=7mm3）名义径向载荷R

K1r K1rp当量载荷

P=fFR=1.3 轴承相对转速n=n+nH=1000+1000 承的Lh

(C)103

h60

Lh≥15000h L21.5bc （bbc332013LL1L21952

L1L2

K1rp FP

MWax

0.1d

因为F＞[FP斜齿轮传动轴上的轴

295503795.17

FrFttgn/cos297.93

194.27

0.65Pf(XFrYFa