六自由度焊接机器人设计

.3.2小臂部件结构设计根据前面已经确定下来的小臂传动路线图，我们可以清楚的发现，虽然小臂在传动简图上只负责了一个自由度（小臂俯仰关节），但其实在实际上，手腕绕小臂的回转关节主要也是在小臂关节得以实现的。手腕绕小臂的回转关节，基本上全部结构均位于小臂上，靠螺钉与手腕连接。不仅如此，小臂还肩负着装置手腕部件的动力源——伺服电机及其传动机构。应该说，手腕的动力系统全部基于小臂，小臂的设计，大部分是设计手腕的动力传动装置在小臂上的布局安置。图14手腕绕小臂回转关节轴图14为手腕绕小臂回转关节的关键部位：小臂轴1组件。它由小臂轴1、两个圆锥滚子轴承及一个同步带轮组成。其中同步带轮靠键与小臂轴1径向固定，在轴端部有弹性挡圈固定同步带轮轴向方向。在小臂轴1的另一端，有12个M6的内六角螺钉沉孔，靠12个内六角螺钉与手腕相固连。小臂轴1组件固定在小臂基体上。图14手腕绕小臂回转关节轴下面考虑小臂基体的布局安排。前面已经提到，小臂基体没有特别的机构，其所实现的功能也只是为手腕的三个运动关节安置电机并提供支撑。需要在小臂上安置的部件包括：手腕端部俯仰关节电机及传动结构（包括同步带轮组、轴系）、手腕端部回转关节电机及传动结构（包括同步带轮组、轴系、联轴器）、手腕绕小臂回转关节电机及传动结构（包括同步带轮组、轴系）。由于已经确定了手腕端部两个关节的传动轴为空心轴嵌套结构，故应该有一个电机与空心轴同轴配置，依靠联轴器与空心轴的心轴连接；另一个电机配置在空心轴轴侧，图15小臂部件装配体通过同步带轮传递动力。手腕绕小臂回转关节电机也配置在轴侧；由于考虑到小臂的整体长度，不可能将连个轴侧电机形成前后配置，故将两个电机水平配置在小臂轴向下方。这样，小臂的径向尺寸即将超过200mm，但这是必要的。径向尺寸同样也影响着后面大臂的结构。（如图15所示）图15小臂部件装配体图中，装配体轴线位置为三根相互嵌套的空心轴系。由里至外，分别为小臂轴3、小臂轴2、小臂轴1。分别传递手腕端部回转关节动力、手腕端部俯仰关节动力和手腕绕小臂回转关节动力。三个伺服电机，分别安置在小臂基体后部的隔板上。隔板一共有三个，从前至后，分别位置为手腕绕小臂回转关节电机、手腕端部俯仰关节电机、手腕端部回转关节电机。其中，中间隔板还担负着同步带轮的定位。在小臂装配体中我们可以发现，在小臂后方布置的电机已经不可能再布置一根通轴来实现小臂的绕轴转动——如果非要这么设计，小臂的轴向高度将会再次的提高，尺寸也会大大增加。于是，在大臂-小臂连接处，我使用了两个法兰盘，通过12个M10内六角螺钉与小臂固连。图16手腕-小臂装配体至此，手腕-小臂组件已经可以完成。图16为手腕-小臂部件的三维模型，为了能完全显示其结构，其中部分零件设计为半透性。应该说，这一部分是机器人的关键部位。手腕-小臂的尺寸及性能，影响着机器人性能的很大一部分。图16手腕-小臂装配体3.3.3大臂部件结构设计由已经确定的小臂-大臂传动路线方案可以看出，小臂的驱动电机及传动部件安置在了大臂上；大臂的驱动电机及传动部件安置在了腰部上。前面已经说过，这样布置可以降低机器人的重心，而且可以预留出手腕电机及传动装置在小臂中布局的空间。将两个空轴孔，安置两对圆锥滚子轴承来承受小臂的全部重量。（如图17所示）图17大臂中间轴及小臂俯仰关节传动结构刚才已经说过，小臂俯仰关节动力及驱动均布局在大臂基体上，故作为大臂设计的一个重要环节，现在来讨论小臂俯仰关节的动力及传动配置。大小齿轮相互啮合，动力从电机轴输出后经由一组同步带传动传递到齿轮组上。在设计的初始阶段，中间轴（齿轮-带轮中间轴）的安置一度成为困扰我的问题。在二维图纸上增加了一个附加件，这个附加件一端用螺钉固定在大臂基体上，另一端用来安置中间轴的另一端。这样，中间轴完全固定，传动结构也因此而确定了下来。（如图17所示）其中透明体为中间轴的附加部件，用于支撑中间轴。图17大臂中间轴及小臂俯仰关节传动结构图18大臂俯仰关节轴至此，小臂的俯仰关节传动部件已经设计完毕。但大臂的设计还没有结束。大臂俯仰关节的结构也要在此设计。由于大臂承重较大，因此不可能像设计小臂一样将整个重量由两个法兰盘及十数个螺钉完全承担。大臂俯仰关节设计分为两部分——大臂上布置一根通轴，大臂俯仰关节即绕次轴做俯仰运动。一组圆柱直齿齿轮负责传递大臂的俯仰动力，其中大齿轮通过内六角螺钉固定在大臂上，小齿轮则固定在腰部组件上。通过一大一小两齿轮的啮合达到俯仰的目的。图18大臂俯仰关节轴大臂俯仰关节轴结构如图18所示，其中俯仰关节轴为空心轴，两端分别有挡板用于和腰部组件轴向固定。在俯仰关节轴上安装有圆锥滚子轴承，一端由弹性挡圈来固定，另一端用紧顶螺母固定。3.3.4部件结构设计由前面确定的传动路线图我们可以确定，腰部的作用主要有两点：一是承担大臂、小臂、手腕的重量，作为一个支撑件；二是提供大臂俯仰关节的动力，因为大臂俯仰关节的动力源及传动机构设置在腰部组件上。至于腰部的回转关节相应组件，在此我没有考虑。我的设计思路是，腰部仅作为一个支撑件提供大臂等的支撑，并同时安置大臂的动力及附属装置；至于腰部回转关节的动力系统，我将它放置在了底座上，即底座组件。腰部回转关节与腰部组件通过十二个内六角螺钉与腰部回转关节轴相连。（如图19所示）图19腰部部件装配体大臂俯仰关节的伺服电机、传动的同步带轮、齿轮传动组的小齿轮都布置在腰部箱体上。通过在腰部箱体上设计的隔板来固定各个组件。为了便于安装，在安装伺服电机的相应位置上开有装配孔，安装电机可以再两个安装孔及箱体上方空置的情况下很方便的进行。图19腰部部件装配体经过上述设计，腰部所需要达到的功能均已完成，需要注意的一点就是各个部件之间的安装、配合关系及尺寸、干涉问题。在这里需要提一下零部件之间的干涉问题。由于大臂俯仰关节处的齿轮传动组大齿轮分度圆半径过大，因此可能会在安装时对腰部箱体产生一个干涉，即大齿轮会对腰部箱体产生碰撞，导致根本无法安装。经过三维图形的绘制，结果发现不会产生干涉问题，因此所设计的箱体可以被采纳。图20底座部件装配体3.3.5底座部件结构设计图20底座部件装配体现在进行焊接机器人最后一个部件——基座的结构设计。在总传动路线图中我们已经知道，基座主要是起着支撑固定的作用。另外还有就是要承担腰部回转关节的主要结构——传动及动力部件都包括在内。腰部回转关节的设计重点主要是负载的分配。腰部回转关节所要承担的负载为整个焊接机器人的自重及转动惯量，对应到实现的结构上就是既要承受竖直方向上的恒定载荷，还要承担水平方向上的转动惯量。关于实现结构，我是这样考虑的：在腰部回转关节下方配置一推力滚子轴承，用来承担竖直方向上的负载；同时在腰部回转轴上再加一个深沟球轴承，用来承担水平方向上的负载。（三维结构图如图20所示）腰部回转的动力主要由一个伺服电机通过一对蜗轮蜗杆啮合来提供。其中，蜗轮蜗杆传动是类似腰部回转结构所应用的典型结构之一。这里也可以采用直齿轮啮合传动的方式，但是相对蜗轮蜗杆来说，蜗轮蜗杆更为紧凑，底座部分空间相对占用较小。图22焊接机器人总装图2图21焊接机器人总装图1至此，焊接机器人所有结构设计均已顺利完成。在设计过程中，共绘制、装配了183个部件及转配体，对零部件的修改次数更是难以统计。本着二维——三维——二维的设计理念，最终完成了焊接机器人的结构设计。（如图21、22）图22焊接机器人总装图2图21焊接机器人总装图14零部件的计算及校核4.1直齿圆锥齿轮的校核计算已知焊接机器人手腕端部俯仰关节伺服电机的输入功率，锥齿轮轴所受转矩，锥齿轮传动效率98%，锥齿轮转速，齿数比，由伺服电机驱动，工作寿命20000小时。4.1.1选定齿轮材料，热处理方式，确定许用应力：由于焊接机器人运动精度要求比较高，故选用6级精度。由表10-1选锥齿轮材料，两个锥齿轮，其中一个锥齿轮材质为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48～55HRC；另一个锥齿轮材质为45，调质处理并表面淬火，齿面硬度为HRC45～50。由图10-21d得查锥齿轮接触疲劳强度极限；由图10-20c得查锥齿轮弯曲疲劳强度极限；取4.1.2按齿面接触疲劳强度进行设计传动转矩根据表10-6选取弹性影响系数（对α=20°的直齿圆锥齿轮），齿宽系数,选定齿轮齿数Z1=20,Z2=20大端模数取锥齿轮主要几何尺寸:由于大小齿轮齿数比为1：1，且分度圆锥角均为45°，故两齿轮基本参数相同：分度圆直径

齿顶圆直径齿根圆直径锥距齿宽取齿根角顶锥角根锥角锥齿轮设计全部数据详见表34.1.3齿根弯曲疲劳强度验算验算公式齿形系数、齿根修正系数计算如下：齿形系数及应力校正系数由《机械设计》表10-5查取由于，故齿根弯曲疲劳强度安全。4.1.4圆周速度综上所述，手腕端部俯仰关节直齿圆锥齿轮设计校核完毕。由于在所有的三对锥齿轮中，手腕端部俯仰关节直齿圆锥齿轮的负载、传递转矩最大，而且三对锥齿轮其他参数基本一致，故对其他两对锥齿轮不予校核。4.2直齿圆柱齿轮的校核在本次毕业设计中，一共设计到了三组直齿圆柱齿轮。此三组直齿圆柱齿轮由《机械设计手册（软件版）V3.0》软件校核。数据如下：4.2.1小臂俯仰关节直齿圆柱齿轮校核小臂俯仰关节直齿圆柱齿轮校核数据分列如下：表6小臂俯仰关节直齿圆柱齿轮校核数据校核项目齿轮1齿轮2设计参数传递功率P=0.75(kW)传递转矩T=28.09(N·m)转速n1=255(r/min)n2=85.00(r/min)传动比i=3原动机载荷特性SF=均匀平稳工作机载荷特性WF=均匀平稳预定寿命H=20000(小时)布置与结构布置结构形式ConS=开式布置形式悬臂布置悬臂布置材料及热处理齿面啮合类型GFace=硬齿面热处理质量级别Q=ML材料及热处理Met1=45<表面淬火>Met2=40Cr<表面淬火>硬度取值范围HBSP1=45～50HBSP2=48～55硬度HBS1=48HBS2=52材料类别MetN1=0MetN2=0极限应力类别MetType1=11MetType2=11齿轮精度第Ⅰ组精度JD11=6JD21=6第Ⅱ组精度JD12=6JD22=6第Ⅲ组精度JD13=6JD23=6齿厚上偏差JDU1=FJDU2=F厚下偏差JDD1=LJDD2=L齿轮基本参数模数(法面模数)Mn=4端面模数Mt=4.00000螺旋角β=0.000000(度)基圆柱螺旋角βb=0.0000000(度)齿数Z1=25Z2=75变位系数X1=0.00X2=0.00齿宽B1=25.00(mm)B2=20.00(mm)齿宽系数Φd1=0.250Φd2=0.067总变位系数Xsum=0.000标准中心距A0=200.00000(mm)实际中心距A=200.00000(mm)齿数比U=3.00000端面重合度εα=1.71443纵向重合度εβ=0.00000总重合度ε=1.71443分度圆直径d1=100.00000(mm)d2=300.00000(mm)齿顶圆直径da1=108.00000(mm)da2=308.00000(mm)齿根圆直径df1=90.00000(mm)df2=290.00000(mm)齿顶高ha1=4.00000(mm)ha2=4.00000(mm)齿根高hf1=5.00000(mm)hf2=5.00000(mm)全齿高h1=9.00000(mm)h2=9.00000(mm)齿顶压力角αat1=29.531394(度)αat2=23.753764(度)分度圆弦齿厚sh1=6.27905(mm)sh2=6.28273(mm)分度圆弦齿高hh1=4.09866(mm)hh2=4.03290(mm)固定弦齿厚sch1=5.54819(mm)sch2=5.54819(mm)固定弦齿高hch1=2.99023(mm)hch2=2.99023(mm)公法线跨齿数K1=3K2=9公法线长度Wk1=30.92187(mm)Wk2=104.57413(mm)齿顶高系数ha*=1.00顶隙系数c*=0.25压力角α*=20(度)端面齿顶高系数ha*t=1.00000端面顶隙系数c*t=0.25000端面压力角α*t=20.0000000(度)检查项目参数齿距累积公差Fp1=0.03763Fp2=0.06057齿圈径向跳动公差Fr1=0.03000Fr2=0.04025公法线长度变动公差Fw1=0.02270Fw2=0.02907齿距极限偏差fpt(±)1=0.01210fpt(±)2=0.01325齿形公差ff1=0.00961ff2=0.01118一齿切向综合公差fi'1=0.01302fi'2=0.01466一齿径向综合公差fi''1=0fi''2=0齿向公差Fβ1=0.01000Fβ2=0.00500切向综合公差Fi'1=0.04724Fi'2=0.07175径向综合公差Fi''1=0.04200Fi''2=0.05635基节极限偏差fpb(±)1=0.01137fpb(±)2=0.01245螺旋线波度公差ffβ1=0.01302ffβ2=0.01466轴向齿距极限偏差Fpx(±)1=0.01000Fpx(±)2=0.00500齿向公差Fb1=0.01000Fb2=0.00500x方向轴向平行度公差fx1=0.01000fx2=0.00500y方向轴向平行度公差fy1=0.00500fy2=0.00250齿厚上偏差Eup1=-0.04838Eup2=-0.05299齿厚下偏差Edn1=-0.19352Edn2=-0.21197中心距极限偏差fa(±)=0.02086强度校核数据接触强度极限应力σHlim1=960.0(MPa)抗弯疲劳基本值σFE1=480.0(MPa)接触疲劳强度许用值[σH]1=1248.0(MPa)弯曲疲劳强度许用值[σF]1=664.7(MPa)接触强度极限应力σHlim2=1010.9(MPa)抗弯疲劳基本值σFE2=520.0(MPa)接触疲劳强度许用值[σH]2=1314.2(MPa)弯曲疲劳强度许用值[σF]2=720.1(MPa)接触强度用安全系数SHmin=1.00弯曲强度用安全系数SFmin=1.40接触强度计算应力σH=314.1(MPa)接触疲劳强度校核σH≤[σH]=满足弯曲疲劳强度计算应力σF1=34.8(MPa)σF2=32.7(MPa)弯曲疲劳强度校核σF1≤[σF]1=满足σF2≤[σF]2=满足强度校核相关系数齿形做特殊处理Zps=特殊处理齿面经表面硬化Zas=不硬化齿形Zp=一般润滑油粘度V50=120(mm^2/s)有一定量点馈Us=不允许小齿轮齿面粗糙度Z1R=Rz＞6μm(Ra≤1μm)载荷类型Wtype=静强度齿根表面粗糙度ZFR=Rz≤16μm(Ra≤2.6μm)圆周力Ft=561.800(N)齿轮线速度V=1.335(m/s)使用系数Ka=1.000动载系数Kv=1.175齿向载荷分布系数KHβ=1.000综合变形对载荷分布的影响Kβs=1.000安装精度对载荷分布的影响Kβm=0.000齿间载荷分布系数KHα=1.312节点区域系数Zh=2.495材料的弹性系数ZE=189.800接触强度重合度系数Zε=0.873接触强度螺旋角系数Zβ=1.000重合、螺旋角系数Zεβ=0.873接触疲劳寿命系数Zn=1.30000润滑油膜影响系数Zlvr=1.00000工作硬化系数Zw=1.00000接触强度尺寸系数Zx=1.00000齿向载荷分布系数KFβ=1.000齿间载荷分布系数KFα=1.456抗弯强度重合度系数Yε=0.687抗弯强度螺旋角系数Yβ=1.000抗弯强度重合、螺旋角系数Yεβ=0.687寿命系数Yn=1.93873齿根圆角敏感系数Ydr=1.00000齿根表面状况系数Yrr=1.00000尺寸系数Yx=1.00000复合齿形系数Yfs1=4.22020Yfs2=3.96771应力校正系数Ysa1=1.58584Ysa2=1.76781结论经过校核，齿轮组大小齿轮均满足要求。4.2.2大臂俯仰关节直齿圆柱齿轮校核大臂俯仰关节直齿圆柱齿轮校核数据分列如下：表7大臂俯仰关节直齿圆柱齿轮校核数据校核项目齿轮1齿轮2设计参数传递功率P=1.5(kW)传递转矩T=133.86(N·m)转速n1=107(r/min)n2=26.75(r/min)传动比i=4.00原动机载荷特性SF=均匀平稳工作机载荷特性WF=均匀平稳预定寿命H=20000(小时)布置与结构布置结构形式ConS=开式布置形式悬臂布置悬臂布置材料及热处理齿面啮合类型GFace=硬齿面热处理质量级别Q=ML材料及热处理Met1=45<表面淬火>Met2=40Cr<表面淬火>硬度取值范围HBSP1=45～50HBSP2=48～55硬度HBS1=48HBS2=52材料类别MetN1=0MetN2=0极限应力类别MetType1=11MetType2=11齿轮精度第Ⅰ组精度JD11=6JD21=6第Ⅱ组精度JD12=6JD22=6第Ⅲ组精度JD13=6JD23=6齿厚上偏差JDU1=FJDU2=F厚下偏差JDD1=LJDD2=L齿轮基本参数模数(法面模数)Mn=4端面模数Mt=4.00000螺旋角β=0.000000(度)基圆柱螺旋角βb=0.0000000(度)齿数Z1=25Z2=100变位系数X1=0.00X2=0.00齿宽B1=25.00(mm)B2=20.00(mm)齿宽系数Φd1=0.250Φd2=0.050总变位系数Xsum=0.000标准中心距A0=375.00000(mm)实际中心距A=375.00000(mm)齿数比U=4.00000端面重合度εα=1.73208纵向重合度εβ=0.00000总重合度ε=1.73208分度圆直径d1=150.00000(mm)d2=600.00000(mm)齿顶圆直径da1=162.00000(mm)da2=612.00000(mm)齿根圆直径df1=135.50000(mm)df2=585.50000(mm)齿顶高ha1=6.00000(mm)ha2=6.00000(mm)齿根高hf1=7.25000(mm)hf2=7.25000(mm)全齿高h1=13.25000(mm)h2=13.25000(mm)齿顶压力角αat1=29.531394(度)αat2=22.887942(度)分度圆弦齿厚sh1=6.27905(mm)sh2=6.28293(mm)分度圆弦齿高hh1=4.09866(mm)hh2=4.02467(mm)固定弦齿厚sch1=9.42(mm)sch2=9.42(mm)固定弦齿高hch1=2.99023(mm)hch2=2.99023(mm)公法线跨齿数K1=3K2=12公法线长度Wk1=46.3828(mm)Wk2=212.10039(mm)齿顶高系数ha*=1.00顶隙系数c*=0.25压力角α*=20(度)端面齿顶高系数ha*t=1.00000端面顶隙系数c*t=0.25000端面压力角α*t=20.0000000(度)检查项目参数齿距累积公差Fp1=0.03763Fp2=0.06897齿圈径向跳动公差Fr1=0.03000Fr2=0.04400公法线长度变动公差Fw1=0.02270Fw2=0.03140齿距极限偏差fpt(±)1=0.01210fpt(±)2=0.01367齿形公差ff1=0.00961ff2=0.01197一齿切向综合公差fi'1=0.01302fi'2=0.01538一齿径向综合公差fi''1=0fi''2=0齿向公差Fβ1=0.01000Fβ2=0.00500切向综合公差Fi'1=0.04724Fi'2=0.08094径向综合公差Fi''1=0.04200Fi''2=0.06160基节极限偏差fpb(±)1=0.01137fpb(±)2=0.01285螺旋线波度公差ffβ1=0.01302ffβ2=0.01538轴向齿距极限偏差Fpx(±)1=0.01000Fpx(±)2=0.00500齿向公差Fb1=0.01000Fb2=0.00500x方向轴向平行度公差fx1=0.01000fx2=0.00500y方向轴向平行度公差fy1=0.00500fy2=0.00250齿厚上偏差Eup1=-0.04838Eup2=-0.05468齿厚下偏差Edn1=-0.19352Edn2=-0.21872中心距极限偏差fa(±)=0.02300强度校核数据接触强度极限应力σHlim1=960.0(MPa)抗弯疲劳基本值σFE1=480.0(MPa)接触疲劳强度许用值[σH]1=1248.0(MPa)弯曲疲劳强度许用值[σF]1=664.7(MPa)接触强度极限应力σHlim2=1010.9(MPa)抗弯疲劳基本值σFE2=520.0(MPa)接触疲劳强度许用值[σH]2=1314.2(MPa)弯曲疲劳强度许用值[σF]2=720.1(MPa)接触强度用安全系数SHmin=1.00弯曲强度用安全系数SFmin=1.40接触强度计算应力σH=537.1(MPa)接触疲劳强度校核σH≤[σH]=满足弯曲疲劳强度计算应力σF1=98.2(MPa)σF2=91.9(MPa)弯曲疲劳强度校核σF1≤[σF]1=满足σF2≤[σF]2=满足强度校核相关系数齿形做特殊处理Zps=特殊处理齿面经表面硬化Zas=不硬化齿形Zp=一般润滑油粘度V50=120(mm^2/s)有一定量点馈Us=不允许小齿轮齿面粗糙度Z1R=Rz＞6μm(Ra≤1μm)载荷类型Wtype=静强度齿根表面粗糙度ZFR=Rz≤16μm(Ra≤2.6μm)圆周力Ft=2677.200(N)齿轮线速度V=0.560(m/s)使用系数Ka=1.000动载系数Kv=1.018齿向载荷分布系数KHβ=1.000综合变形对载荷分布的影响Kβs=1.000安装精度对载荷分布的影响Kβm=0.000齿间载荷分布系数KHα=1.000节点区域系数Zh=2.495材料的弹性系数ZE=189.800接触强度重合度系数Zε=0.869接触强度螺旋角系数Zβ=1.000重合、螺旋角系数Zεβ=0.869接触疲劳寿命系数Zn=1.30000润滑油膜影响系数Zlvr=1.00000工作硬化系数Zw=1.00000接触强度尺寸系数Zx=1.00000齿向载荷分布系数KFβ=1.000齿间载荷分布系数KFα=1.000抗弯强度重合度系数Yε=0.683抗弯强度螺旋角系数Yβ=1.000抗弯强度重合、螺旋角系数Yεβ=0.683寿命系数Yn=1.93873齿根圆角敏感系数Ydr=1.00000齿根表面状况系数Yrr=1.00000尺寸系数Yx=1.00000复合齿形系数Yfs1=4.22020Yfs2=3.95000应力校正系数Ysa1=1.58584Ysa2=1.79000结论经过校核，齿轮组大小齿轮均满足要求。4.3轴的校核计算由于焊接机器人各部分重量暂时还无法确定下来，故对于轴的校核我决定校核已知转速、转矩及传递功率的轴。在目前已经确定尺寸材料的轴中，小臂最细轴不仅满足上述已知条件，而且轴向尺寸长（550mm），轴的长径比很大（直径：轴长=18：550=1：30.56）。故在以小臂最细轴为代表进行轴的校核。从小臂装配图上我们可以看出，小臂最细轴的受力情况比较简单：轴的一端与联轴器直接相连，由电机出获得动力；中间两端在较远的跨度上分别有轴承支撑。由于小臂最细轴中间没有任何支持，故校核其强度时，只需考虑扭转强度条件进行计算。轴的扭转强度条件为：其中：——扭转切应力，Mpa; T——轴所受的扭矩，N·mm; ——轴的抗扭截面系数，; n——轴的转速，r/min； P——轴传递的功率，Kw； d——计算截面处轴的直径，mm； ——许用扭转切应力，MPa；对于小臂最细轴，材料为45，它的许用扭转切应力=25~45MPa。已知其传递功率为50W，工作转速为86.67r/min，截面轴径为18mm。故扭转切应力显然，小臂最细轴满足扭转强度条件。接下来对小臂最细轴进行轴的扭转刚度校核计算。轴的扭转变形用每米长的扭转角度来表示。圆轴扭转角[单位为(°)/m]的计算公式为：光轴 阶梯轴 其中：T——轴所受的扭矩，N·mm； G——轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于钢材，； ——轴截面的极惯性矩，，对于圆轴，； L——阶梯轴所扭矩作用的长度，mm 、、——分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩，单位同前； z——阶梯轴受扭矩作用的轴段数。轴的扭转刚度条件是： 其中，为轴每米长度的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取；对于精密传动轴，可取，对于精度要求不高的轴，可以大于小臂最细轴为光轴，即 作为精密传动轴，小臂轴故小臂最细轴满足扭转刚度校核计算。综上所述，小臂最细轴满足条件，为合格传动轴。结论机器人焊接机，又称焊接机器人，在实际工业生产中得到了长足的应用。本次设计的焊接机器人，属于关节型六自由度工业机器人，驱动方式为伺服电机驱动。自由度分配情况为：手腕关节——三自由度，分别为手腕端部的俯仰关节、手腕端部的回转关节和手腕整体绕轴线的回转关节；小臂关节——一自由度，为小臂绕水平轴的俯仰关节；大臂关节——一自由度，为大臂绕水平轴的俯仰关节；腰部关节——一自由度，为腰部绕竖直轴的回转关节。焊接机器人的传动方案为；手腕部三个关节驱动电机均放置在小臂后方，动力由长轴传递至手腕执行器。其中手腕端部俯仰及端部回转关节的传动使用了三组直齿圆锥齿轮，用以改变动力传动方向，配合同步带轮最终将动力传动至运动件。小臂俯仰关节动力及动力传动机构布置在大臂上，经由带轮——齿轮传动。大臂俯仰关节动力传动机构，齿轮组小齿轮及带轮——电机部件布置在腰部，齿轮组大齿轮与回转轴固定在大臂组件上。腰部回转关节，电机及蜗杆布置在基座上，蜗轮同回转轴一并固定在腰部组件上。机器人整体重心靠下，有利于系统的稳定性与可控性。机器人组件及零部件的详细设计，全部均基于AutoCAD2012软件的二维草图绘制和UG6.0软件的三维造型和虚拟装配。设计的总体思路为：首先运用AutoCAD软件草拟二维草图，确定各传动系统、各子部件之间相互关系及大致尺寸；然后使用UG软件对各个零、部件进行三维建模，并通过虚拟装配检验各个零、部件及装配体之间的相互关系，运用干涉检查对零、部件进行修改及优化；最后，在机器人三维模型已经建立完毕的情况下运用逆向工程技术生成二维零件图及装配图，使用AutoCAD软件进行修改，并最终完成符合国标标准的工程视图。焊接机器人的工作范围为：腰部回转关节可进行±170°回转；大臂俯仰关节的俯仰范围为0°～180°；小臂俯仰关节的俯仰范围为-40°～205°；手腕绕小臂回转关节回转范围为360°；小臂端部俯仰关节俯仰范围为±105°；小臂端部回转关节回转范围为360°。参考文献[1]张建民，机电一体化系统设计第2版．北京：北京理工大学出版社，2001[2]张涛，机器人引论，机械工业出版社，2010.4[3]林尚扬、陈善本、李成桐，焊接机器人及其应用，机械工业出版社，2000[4]刘大胜、李庆杰、曲道奎，焊接机器人的发展现状与趋势，机械工人（加工热），2001（9），6—9[5]刘大胜，焊接机器人的现状与发展，科技成果纵横，2001.5（56），42—43[6]黄政艳，焊接机器人的应用现状与技术展望，装备制造技术，2007（3），46—48[7]毛鹏军、黄石生等，焊接机器人技术发展的回顾与展望，焊接，2001（8），6—10[8]陈善本、林涛等，智能化焊接机器人技术，机械工业出版社，2006.1[9]朱进满，焊接机器人的应用，现代制造，2005，（12）：42—47[10]唐新华，焊接机器人的现状及发展趋势，电焊机，2006.3，第36卷（3）[11]李宪政、于中涛，焊接机器人在工程机械行业的应用，机械工人，2008（18），43—45[12]郭洪红，工业机器人技术，西安电子科技大