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汽車(chē)擋風(fēng)玻璃裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
設(shè)計(jì)（論文）題目：汽車(chē)擋風(fēng)玻璃裝配機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)院：
班級(jí)：
學(xué)生：
學(xué)號(hào)：
指導(dǎo)教師：
接受任務(wù)時(shí)間
系主任
2017.01.06
（簽名）
院長(zhǎng)
（簽名）
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求
主要內(nèi)容：通過(guò)查閱資料選擇裝配機(jī)器人動(dòng)力及傳動(dòng)方式，設(shè)計(jì)能夠完成汽車(chē)擋風(fēng)玻璃裝配
的結(jié)構(gòu)，通過(guò)估算載荷進(jìn)一步計(jì)算選取動(dòng)力及傳動(dòng)元件，然后進(jìn)行裝配機(jī)器人裝配圖以及主要零件
圖的繪制。
基本要求：①裝配機(jī)器人的主要零（部）件圖 6-8 張，裝配機(jī)器人裝配圖 1張；②裝配機(jī)器人
須滿足裝配自由度需要③撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)一份，內(nèi)容及格式符合“2017屆機(jī)械工程學(xué)院
畢業(yè)環(huán)節(jié)實(shí)施細(xì)則”中的相關(guān)要求。
2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明
[1] 李慧, 馬正先, 逄波. 工業(yè)機(jī)器人及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2016.11
[2] 聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第五卷)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.1
[3] 侯守明, 周俊平, 梁科. 機(jī)械制圖[M]. 北京：清華大學(xué)出版社.2017.1
[4] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第六版） [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版.2016.4
3．進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱
起
止 日 期
1
2
3
收集、準(zhǔn)備參考資料，查閱文獻(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告
2017.01.06-2017.03.17
2017.03.18-2017.04.17
2017.04.18-2017.05.17
完成所有設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算任務(wù)
進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)、計(jì)算、圖紙和撰寫(xiě)工作
完成所有圖紙繪制和畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（或畢業(yè)論文）的
撰寫(xiě)，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
4
5
2017.05.18-2017.05.26
2017.05.26-2017.06.09
答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯
摘 要
裝配機(jī)器人現(xiàn)在已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著一個(gè)重要的角色。本文針對(duì)汽車(chē)裝配行業(yè)
的生產(chǎn)使用要求，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人的發(fā)展情況，對(duì)用于裝配汽車(chē)玻璃的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)
行了設(shè)計(jì)說(shuō)明。本次設(shè)計(jì)基于機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于裝配和控制
的設(shè)計(jì)原則，對(duì)機(jī)器人的手部、腕部、小臂、大臂、底座的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)和強(qiáng)度
校核。該機(jī)器人可以在微機(jī)的控制下通過(guò)編程，驅(qū)動(dòng)直流司服電機(jī)工作，進(jìn)而帶動(dòng)各關(guān)
節(jié)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)玻璃的準(zhǔn)確裝配。
本文對(duì)汽車(chē)裝配機(jī)器人進(jìn)行了較全面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的各部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行
了詳細(xì)的介紹和設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的通用性和可靠性進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：減速器；裝配機(jī)器人；噴氣式吸盤(pán)；自由度；直流伺服電機(jī)
I
ABSTRACT
Assembly robots are now playing an important role in industrial production. In this paper,
the structure of the robot used for assembling automotive glass is described in the light of the
development of the automobile assembly industry. Based on the design principle of compact
robot structure, reliable work, simple structure, easy assembling and control, the design and
strength check of the robot's hand, wrist, small arm, large arm and base are respectively
designed. The robot can be programmed under the control of a microcomputer to drive the DC
motor, and then drive the motion of the joints to achieve accurate assembly of the automotive
glass.
In this paper, the automobile assembly robot is comprehensively designed, the system
structure of each part of the mechanical system is introduced and designed, and the generality
and reliability of the system are analyzed.
Key words: Reducer;assembly robot;jet suction;cup of freedom;DC servo motor
II
目錄
第 1章 緒論............................................................. 1
1.1裝配機(jī)器人的概念............................................... 1
1.2裝配機(jī)人的結(jié)構(gòu)................................................. 1
1.3選題背景....................................................... 2
1.4 裝配機(jī)器人研究的意義 .......................................... 2
1.5 本文主要內(nèi)容 .................................................. 2
第 2章 裝配機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案 ........................................... 3
2.1運(yùn)動(dòng)方案的確定................................................. 3
2.1.1機(jī)構(gòu)選型 ................................................. 3
2.1.2驅(qū)動(dòng)方式選擇 ............................................. 4
2.2運(yùn)動(dòng)方案的確定................................................. 5
2.2.1腕關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案 ......................................... 5
2.2.2小臂的傳動(dòng)方案 ........................................... 5
2.2.3大臂傳動(dòng)方案 ............................................. 6
2.2.4 腰身轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ............................................. 6
第 3章 基本設(shè)計(jì)參數(shù)及載荷的初步確定 ..................................... 7
3.1載荷的初步確定................................................. 7
3.2基本設(shè)計(jì)參數(shù)................................................... 7
第 4章 裝配機(jī)器人各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................... 8
4.1手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................... 8
4.1.1手部結(jié)構(gòu)選擇 ............................................. 8
4.1.2吸盤(pán)吸力的計(jì)算 ........................................... 9
4.1.3吸盤(pán)式手爪結(jié)構(gòu)的確定 .................................... 10
4.1.4手部及載荷總體質(zhì)量的確定 ................................ 10
4.2腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................. 10
4.2.1腕部結(jié)構(gòu)確定 ............................................ 10
4.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 .......................................... 11
4.2.3腕部齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...................................... 13
4.2.4腕部軸的設(shè)計(jì)與校核 ...................................... 24
III
4.3小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................. 28
4.3.1小臂擺動(dòng)電動(dòng)機(jī)選擇 ...................................... 28
4.3.2小臂 1軸直齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 ................................ 29
4.3.3小臂 2軸直齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 ................................ 33
4.4大臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................. 37
4.4.1大臂驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 .................................... 37
4.4.2大臂結(jié)構(gòu) ................................................ 38
4.5底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................. 38
4.5.1驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 ........................................ 38
4.5.2渦輪蝸桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .................................... 39
第 5章 軸承和鍵的選擇與校核 ............................................ 43
5.1軸承選擇與校核................................................ 43
5.1.1腕部 1軸軸承選擇與校核 .................................. 43
5.1.2腕部 2軸軸承選擇與校核 .................................. 43
5.2鍵的選擇與校核................................................ 44
5.2.1腕部 1軸鍵的選擇與校核 .................................. 44
5.2.2腕部 2軸錐齒輪鍵的選擇與校核 ............................ 44
5.2.3腕部 1軸鍵的選擇與校核 .................................. 44
第 6章 工業(yè)機(jī)器人的使用和維護(hù) .......................................... 45
6.1使用規(guī)程...................................................... 45
6.2維護(hù)和保養(yǎng).................................................... 45
第 7章 結(jié)論........................................................... 47
致 謝................................................................. 48
參考文獻(xiàn)............................................................... 49
IV
第 1 章 緒論
1.1 裝配機(jī)器人的概念
裝配機(jī)器人是柔性自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的核心設(shè)備，由機(jī)器人操作機(jī)、控制器、末端執(zhí)
行器和傳感系統(tǒng)組成。其中操作機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有水平關(guān)節(jié)型、直角坐標(biāo)型、多關(guān)節(jié)型和
圓柱坐標(biāo)型等;控制器一般采用多 CPU 或多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)編程;末
端執(zhí)行器為適應(yīng)不同的裝配對(duì)象而設(shè)計(jì)成各種手爪和手腕等;傳感系統(tǒng)又來(lái)獲取裝配機(jī)
器人與環(huán)境和裝配對(duì)象之間相互作用的信息。常用的裝配機(jī)器人主要有可編程通用裝配
操作手 (Programmable Universal Manipula-tor forAssembly)即 PUMA 機(jī)器人(最早出現(xiàn)
于 1978 年，工業(yè)機(jī)器人的祖始)和平面雙關(guān)節(jié)型機(jī)器人 (Selective Compliance Assembly
Robot Arm)即 SCARA 機(jī)器人兩種類型。與一般工業(yè)機(jī)器人相比，裝配機(jī)器人具有精度
高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點(diǎn)，主要用于各種電器的制造
行業(yè)。
1.2 裝配機(jī)人的結(jié)構(gòu)
機(jī)器人整機(jī)，基本上由兩部分組成，一是操作機(jī)，一是控制裝置，操作機(jī)是機(jī)器人
的本體結(jié)構(gòu)，包括：基座、驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)單元、手臂、手腕、末端執(zhí)行器、行走機(jī)構(gòu)以
及安裝在操作機(jī)上的各種感受裝置等?？刂蒲b置一般包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、司服驅(qū)動(dòng)系
統(tǒng)、電源裝置以及與操作者聯(lián)系的裝置等。
驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)單元是機(jī)器人的動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)動(dòng)力源的類別不同，可分為電機(jī)
驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)三類。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)在多數(shù)情況下采用直流、交流司服電機(jī)，也
可采用力矩電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。
手臂和手腕是機(jī)器人操作機(jī)中的基本部件，它由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成。
其結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，但多數(shù)機(jī)器人的手臂和手腕是由關(guān)節(jié)和桿件構(gòu)成的空間機(jī)構(gòu)，
一般有 3-10 個(gè)自由度組成，工業(yè)機(jī)器人一般有 3-6 個(gè)自由度，由于機(jī)器人具有多自由度
手臂、手腕的機(jī)構(gòu)，使操作運(yùn)動(dòng)具有通用性和靈活性，這也是區(qū)別于一般自動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。
末端執(zhí)行器是機(jī)器人手腕末端機(jī)械接口所連接的直接參與作業(yè)的機(jī)構(gòu)，如夾持器，
吸盤(pán)或其他作業(yè)工具。
1
1.3 選題背景
隨著汽車(chē)工業(yè)和零部件工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)裝配技術(shù)水平也有了較大的提高，國(guó)內(nèi)
對(duì)直接影響汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量及使用壽命和汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)最后環(huán)節(jié)的裝配及出廠試驗(yàn)日趨
重視，促進(jìn)了汽車(chē)產(chǎn)品裝配技術(shù)水平的提高。汽車(chē)擋風(fēng)玻璃裝配是汽車(chē)生產(chǎn)制造過(guò)程中
的一道必然工序，采用裝配機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)擋風(fēng)玻璃裝配自動(dòng)化與提高生產(chǎn)效率的必
要途徑。目前，在汽車(chē)擋風(fēng)玻璃裝配環(huán)節(jié)，基本依靠的是助力機(jī)械和工人的配合，存在
裝配速度緩慢，控制精度低，手工操作質(zhì)量不穩(wěn)定，操作危險(xiǎn)性高等問(wèn)題。急需一款全
自動(dòng)化的裝配機(jī)器人來(lái)解決這一系列問(wèn)題。
1.4 裝配機(jī)器人研究的意義
機(jī)器人應(yīng)用到生產(chǎn)中，在改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高企
業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面發(fā)揮了很大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，在汽車(chē)裝配行業(yè)中，人工已逐漸被自動(dòng)
化的生產(chǎn)線所取代，在擋風(fēng)玻璃的裝配中，基于汽車(chē)擋風(fēng)玻璃寬大，人工不易安裝和操
作的特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)一款自動(dòng)化裝配機(jī)器人能夠有效減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)量，節(jié)
約勞動(dòng)成本，改善工作環(huán)境，保證操作安全，促進(jìn)文明生產(chǎn)。
1.5 本文主要內(nèi)容
（1）通過(guò)閱讀學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)書(shū)籍和論文，確定了工業(yè)機(jī)器人使用方式，
完成工作方案的初步設(shè)計(jì)；
（2）設(shè)計(jì)了腰部、大小臂和腕部的傳動(dòng)方案，并總結(jié)出其總體設(shè)計(jì)方案；
（3）設(shè)計(jì)各軸結(jié)構(gòu)樣式，進(jìn)行三維建模，并利用 UG 軟件，選擇其驅(qū)動(dòng)電機(jī)類
型；
（4）對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行校核。
2
第 2章 裝配機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案
2.1 運(yùn)動(dòng)方案的確定
2.1.1 機(jī)構(gòu)選型
2.1.1.1 總體結(jié)構(gòu)選擇
機(jī)器人按運(yùn)動(dòng)形式可分為以下幾類：
直角坐標(biāo)機(jī)器人
圓柱坐標(biāo)機(jī)器人
極坐標(biāo)機(jī)器人
平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人
垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人
圖 2-1 機(jī)器人分類
3
綜合關(guān)節(jié)型機(jī)器人具有工作空間范圍大，占地面積??；靈活性高，能夠做到其他
種類機(jī)器人所無(wú)法做到的動(dòng)作，用途廣泛；沒(méi)有移動(dòng)關(guān)節(jié)，所以不需要設(shè)計(jì)導(dǎo)軌。轉(zhuǎn)
動(dòng)關(guān)節(jié)容易密封，由于軸承件是大量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，則摩擦小，慣量小，可靠性好；
驅(qū)動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩較小，耗能少等優(yōu)點(diǎn)。我們決定采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人。為滿足裝配
自由度需要，選擇圖所示結(jié)構(gòu)。
5 軸
圖 2-2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.1.1.2 腕部結(jié)構(gòu)選擇
手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，起支承手部和改變手部姿態(tài)的作用。手腕
按自由度數(shù)目可分為單自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。根據(jù)汽車(chē)擋風(fēng)玻
璃裝配需要，選用二自由度手腕即能滿足要求。二自由度手腕由 B 關(guān)節(jié)和 R 關(guān)節(jié)組
成，可實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)、俯仰和旋轉(zhuǎn)功能。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)方式選擇
工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式可以分為氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種類型。
它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，且適應(yīng)的工作場(chǎng)合也不同。三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)比較見(jiàn)表 2-1。
表 2-1 驅(qū)動(dòng)方式比較
特性
氣壓驅(qū)動(dòng)
液壓驅(qū)動(dòng)
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
輸出功率和使
氣壓較低，輸出功
油壓高，可獲得
適用于運(yùn)動(dòng)控制
用范圍
率小，當(dāng)輸出功率增大 較大的輸出功率，適 嚴(yán)格的中、小型機(jī)器
時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸將過(guò)大。 于重型，低速驅(qū)動(dòng) 人，輸出功率較大
4
控制性能和安
全性
控制性能好，控
位置的精確控制困難， 壓力、流量易控制， 制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)
阻尼效果差，低速不易 反應(yīng)靈敏，可無(wú)極調(diào) 速度、位置的精確控
控制，排氣有噪聲，泄 速，能實(shí)現(xiàn)速度、位 制，伺服特性好，控
漏對(duì)環(huán)境無(wú)影響
置的精確控制，傳動(dòng) 制系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)環(huán)境
平穩(wěn)，泄漏污染環(huán)境 無(wú)影響
結(jié)構(gòu)性能
結(jié)構(gòu)體積較大，結(jié)
結(jié)構(gòu)尺寸較氣動(dòng)
結(jié)構(gòu)性能好，噪
構(gòu)易于標(biāo)準(zhǔn)化，易實(shí)現(xiàn) 要小，易于標(biāo)準(zhǔn)化， 聲低，電動(dòng)機(jī)一般需
直接驅(qū)動(dòng)，密封問(wèn)題不 易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，密 配置減速裝置，除
突出
封問(wèn)題顯得重要
DD 電動(dòng)機(jī)外，難以
直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊
湊，無(wú)密封問(wèn)題
效率和制造成
效率低（為 0.15～
效率中等（為
0.3～0.6），管理結(jié)
構(gòu)較復(fù)雜，成本高
成本較高，效率
本
0.2）氣源方便，結(jié)構(gòu)
為 0.5 左右
簡(jiǎn)單，成本低
根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)，本文最終選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式。
2.2 運(yùn)動(dòng)方案的確定
2.2.1 腕關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案
圖 2-3 腕部結(jié)構(gòu)
2.2.2 小臂的傳動(dòng)方案
5
圖 2-4 小臂結(jié)構(gòu)
2.2.3 大臂傳動(dòng)方案
圖 2-5 大臂結(jié)構(gòu)
2.2.4 腰身轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
腰身采用伺服電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)蝸輪蝸桿將水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直方向旋轉(zhuǎn)
運(yùn)動(dòng)
6
第 3 章 基本設(shè)計(jì)參數(shù)及載荷的初步確定
3.1 載荷的初步確定
經(jīng)搜索查找得知，汽車(chē)擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)。按照鋼化玻璃，本次設(shè)計(jì)取長(zhǎng) a=1.5m,
寬 b=1.0m,厚度 h=7mm,密度 ρ=2.5g/?? 。由質(zhì)量計(jì)算公式 m=abhρ 得到質(zhì)量 m.
2
m=1.5×1×0.7×2.5=26.25kg
3.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)
（1）結(jié)構(gòu)形式：關(guān)節(jié)式
（2）自由度數(shù)：5
（3）驅(qū)動(dòng)方式：直流伺服電機(jī)
（4）最大持重：37Kg
°
（5）環(huán)境溫度：0～50 C
表 3-1 各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)
各軸運(yùn)動(dòng)范圍、
1軸：±180°
2軸：±45°
3軸：±45°
4軸：±90°
5軸：±180°
速度、
功率、
轉(zhuǎn)矩
15.1r/min
7.6r/min
22.6r/min
25.7r/min
31.2r/min
4.0KW
4.0KW
0.6KW
0.6KW
0.6KW
897.1Nm
1267.6Nm
117.0Nm
111.8Nm
83.6Nm
7
第 4 章 裝配機(jī)器人各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1 手部結(jié)構(gòu)選擇
按照工作原理可將末端執(zhí)行器分為以下幾類：
機(jī)械式夾持器
吸附式末端執(zhí)行器
多指靈巧手
圖 4-1 末端執(zhí)行器分類
考慮汽車(chē)擋風(fēng)玻璃的平面結(jié)構(gòu)，本次手部設(shè)計(jì)選用吸附式末端執(zhí)行器。它由吸盤(pán)、
吸盤(pán)架及氣路系統(tǒng)組成。可用于吸附平整光滑、不漏氣的各種板材和薄壁零件，如玻璃、
陶瓷等制品。
當(dāng)吸盤(pán)內(nèi)抽成負(fù)壓時(shí)，吸盤(pán)外部的大氣壓力將把吸盤(pán)緊緊地壓在被吸附的物體上。
吸盤(pán)負(fù)壓的產(chǎn)生方法有如下方法：
（1）擠壓排氣式
8
靠外力將吸盤(pán)皮碗壓向被吸物體表面，吸盤(pán)內(nèi)腔空氣被擠壓出去，形成內(nèi)腔負(fù)壓，
吸盤(pán)從而吸住物體。這種方式所形成的吸力不大，而且也不可靠。
（2）真空泵排氣式
當(dāng)控制閥將吸盤(pán)與真空泵聯(lián)通時(shí)，真空泵將盤(pán)內(nèi)空氣抽出，形成吸盤(pán)內(nèi)腔負(fù)壓，吸
盤(pán)吸住物體，當(dāng)控制閥將吸盤(pán)與大氣聯(lián)通時(shí)，吸盤(pán)失去吸力，被吸物體脫離吸盤(pán)。
（3）氣流負(fù)壓式
控制閥將來(lái)自氣泵的壓縮空氣接通至噴嘴，壓縮空氣通過(guò)形成高速射流，吸盤(pán)腔內(nèi)
的空氣被帶走，在吸盤(pán)內(nèi)腔形成負(fù)壓，吸盤(pán)吸住物體。當(dāng)控制閥切斷通往噴嘴的壓縮空
氣，并使吸盤(pán)內(nèi)腔與大氣相通，吸盤(pán)便釋放物體。吸盤(pán)的吸力 F 要大于被吸附物體的重
力，其所需吸盤(pán)的面積 S，可用一個(gè)吸盤(pán)或數(shù)個(gè)吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。
4.1.2 吸盤(pán)吸力的計(jì)算
在本次設(shè)計(jì)中，末端執(zhí)行器采用吸盤(pán)式手爪，吸盤(pán)采用噴氣式吸盤(pán)，吸盤(pán)的吸力是
由吸盤(pán)皮碗的內(nèi)、外壓力差造成的吸盤(pán)的吸力 F 可根據(jù)下式求得：
1
S
F =
(P - P)
0
f
K K K
2 3
（4-1）
1
N /cm
2
式中：? ——大氣壓力
0
N / c m
2
P ——內(nèi)腔壓力
cm
2
S ——吸盤(pán)負(fù)壓腔在工件表面上的吸附面積
? ——安全系數(shù)，一般取? =1.2-2
1
1
? ——工作情況系數(shù)，一般取? =1-3
2
2
? ——姿態(tài)系數(shù)：
3
1
當(dāng)吸盤(pán)表面處于水平位置時(shí)，取 1；當(dāng)吸附表面處于垂直位置時(shí)，取f
f 為吸盤(pán)與被吸取物體的摩擦系數(shù)，玻璃和橡膠的摩擦系數(shù) f =0.53。
取 G=370N，大氣壓力? =1.01′ 105 Pa ，內(nèi)腔壓力 P=0.2MPa，? =1.6，, ? =2，
0
1
2
? =1/0.53。由以上條件計(jì)算吸盤(pán)的吸附面積 S。由公式（3-2）得：
3
1
f (P0 - P)
GK K K ￡ S
1
2
3
9
1
f (P0 - P)
S 3
GK K K
1 2
即：
1
1
=
×370×1.6×2×
0.53
0.53×（10-2）
=526.9cm
初步選定由四個(gè)吸盤(pán)完成玻璃的吊裝，因此，所需每個(gè)吸盤(pán)的面積為
S=131.8 cm ，考慮到工作環(huán)境的變化，取每個(gè)吸盤(pán)的面積 S=135 cm 。因此吸盤(pán)的
2
2
2
直徑 D=13.13cm。取 D=13.2cm，即 D=132mm。
4.1.3 吸盤(pán)式手爪結(jié)構(gòu)的確定
吸盤(pán)式手爪與機(jī)器人的連接采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，支撐架與法蘭盤(pán)的連接采用焊接
結(jié)構(gòu)。末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)
圖 3-1 末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)
4.1.4 手部及載荷總體質(zhì)量的確定
考慮到在計(jì)算中的誤差和工作中的不確定因素，設(shè)定末端執(zhí)行器和載荷的總體質(zhì)量
為 80Kg。
4.2 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1 腕部結(jié)構(gòu)確定
腕部擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)均采用行星減速器和齒輪傳動(dòng)。腕部擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)分布在小臂
尾部?jī)啥恕?
10
小臂1軸
腕部 2軸
小臂 2軸
腕部 3軸
腕部 1軸
圖 4-2 小臂和腕部結(jié)構(gòu)
4.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇
4.2.2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇
（1）載荷繞腕部 1 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
設(shè)定 1 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 w=120°/s=2.10rad/s=20r/min,載荷整體尺寸為矩形，轉(zhuǎn)動(dòng)
慣量按式進(jìn)行計(jì)算
m
? = (?2+?2)
（4-2）
1
12
80
×(1.52+12)
=
12
=21.67kg. m2
（2）對(duì)軸進(jìn)行受力分析
52mm
22mm
G
?1
?2
圖 4-5 腕部 1 軸受力圖
輸出軸受重力和軸承的支撐力作用，初定? =52mm，? =22mm，受力如圖（4-5）
1
2
根據(jù)軸的受力平衡得 G+? =?2
1
得
800+? = ?2
1
G? =??2
1
800×0.052=? ×0.022
1
求得? =1891N, ? =2691N
1
2
?
由公式
? = (? ? + ? ? )
（4-3）
?
1
1
2
2
2
取 f=0.02,初定 ? =? =0.045m 得摩擦力矩
1
2
0.02
? = 2 ( 1891 × 0.045 + 2691 × 0.045)
?
=2.07N.m
?
? =?
（4-4)
?
?
11
假定軸的加速過(guò)程為勻加速，取啟動(dòng)時(shí)間為 t=0.5s。得慣性力矩
2.1
? =21.67 × =91.02N.m
?
0.5
由公式
? = ? (? + ??)
（4-5）
?
?
?
取? =1.2，得總的驅(qū)動(dòng)力矩
?
? = 1.2×(2.07 + 91.02)=111.71N.m
?
（3）電動(dòng)機(jī)選擇
??=2×???
???
?
（4-6)
選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)
式中：? 負(fù)載峰值力矩，單位是 N.m
??
? 負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速，單位是 rad/s
??
?傳動(dòng)效率，取?=0.8
111.7×2.10
=586.47W
0.8
由此，電動(dòng)機(jī)所需功率
??=2×
取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：130ZYT152，其額定功率為? =0.75 kw,，額定轉(zhuǎn)速 1500r/min,額
?
定轉(zhuǎn)矩 4.5N.m。軸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比 u=75,腕部均采用 u=1 的齒輪傳動(dòng)，輸入齒輪傳
動(dòng)取傳動(dòng)比? =1.5，減速器傳動(dòng)比? =50，選取諧波減速器 XB3100，其傳動(dòng)比? =50，
1
2
2
輸出轉(zhuǎn)矩 T=338N.m。輸入功率 P= 0.524 kw，最高輸入轉(zhuǎn)速 n=1500r/min。
4.2.2.2 擺動(dòng)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)選
（1）腕部自身相對(duì)于 2 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
設(shè)定腕部擺動(dòng)角速度為 W=100°/s=1.92rad/s=18.34r/min,將腕部看作繞 2 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓
柱，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按公式
1
? = ??2
（4-7）
2
12
計(jì)算
初步估測(cè)腕部質(zhì)量 m
3
圓柱尺寸：R=100mm, ρ=7.8g/cm ,h=250mm
m=∏?2hρ=72.67kg
1
? = ×72.67×0.12=0.061kg.?2
2
12
（2）載荷繞 2 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
由平移軸定理：
? =? +m?2
12 2‘
（4-8）
載荷繞 2 軸平行自身軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
?
80
? = ?2= ×1.52=15kg. m2
2‘
12
2
12
m? =110×0.22=4.4 kg. ?2
載荷對(duì) 2 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)總慣量為
12
?12=15+4.4 kg. m2=19.4 kg. m2
總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
J=? +? =19.4+0.061 kg. m =19.47 kg.
2
m2
2
12
（3）力矩計(jì)算
載荷作用下的彎矩
M=mgl=800×200 N.mm =160000N.mm
由
得
? ×98=M
1
? =1632.7N
1
軸主要受載荷的彎矩作用
? = ? =1632.7N
2
1
由公式（4-3），取 f=0.02, ? =? =0.055m
1
2
0.02
? = 2 × (1632.× 0.055 + 1632.7 × 0.055)=1.8N.m
?
由公式（4-4）
1.92
? =19.47 ×
?
=74.77N.m
0.5
由公式(4-5)，取? =1.2
?
? = 1.2×(1.8 + 74.77)=91.89 N.m
?
（4）電動(dòng)機(jī)的選擇
選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)，由式（4-6）得
91.89×1.92
??=2×
=441.08kw
0.8
取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：130ZYT152，其額定功率為? =0.75 kw,，額定轉(zhuǎn)速 1500r/min,額
?
定轉(zhuǎn)矩 4.5N.m。軸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比 u=75,腕部均采用 u=1 的齒輪傳動(dòng)，輸入齒輪傳
動(dòng)取傳動(dòng)比? =2，減速器傳動(dòng)比? =37.5，選取諧波減速器 XB3100，其傳動(dòng)比? =40，
1
2
2
輸出轉(zhuǎn)矩 T=338N.m。輸入功率 P= 0.524 kw，最高輸入轉(zhuǎn)速 n=1500r/min。
4.2.3 腕部齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.2.3.1 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1.腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸輸入軸錐齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1）選用標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)，壓力角 20°。
2）參考[5]表 10-6，選用 7 級(jí)精度。
3）選擇齒輪材料為鉻鉬釩合金鋼，齒面硬度 320HBS。
13
4）選擇齒輪齒數(shù) Z1=Z2=21，u=1。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）由式（4-9）試算齒輪分度圓直徑
? ≥ 3√
4?
?
? ?
× ( ? ?
)2
（4-9）
?? 1
2
? (1?0.5? )
[? ]
?
?
?
2）確定公式中的參數(shù)。
①試選? =1.3。
??
②齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。
?1=123.6N.m=1.236×105N.mm
③選取齒寬系數(shù)? =0.3。
?
④由[5]圖 10-20 查得區(qū)域系數(shù)Z = 2.5。
H
⑤由[5]表10 ? 5查得材料的彈性影響系數(shù)Z = 189.8MPa。
E
⑥計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
由[5]圖10 ? 25d查得齒輪接觸疲勞極限σHlim = 750MPa。
由式（? = 60???? ）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
?
? = 60 × 20 × 1 × （2 × 8 × 250 × 10） = 4.8 × 107
由圖 10-23 查取接觸疲勞壽命系數(shù)? =1.1。
??
取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（[?]= ? ????）得
?
[? ]
?
? ?
1.02?750
1
?
???
=
[?]=
=765MPa
[? ]
?
3）試算分度圓直徑。
3
4?
?
? ?
× ( ? ?
)2
[? ]
?
dt≥
√
?? 1
2
? (1?0.5? )
?
?
4×1.3×1.236×105
2
0.3×(1?0.5?0.3) ?1
2.5×189.8
)2
765
3
=√
× (
=104.5mm
調(diào)整齒輪分度圓直徑。
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
圓周速度 V。
d =d ×(1-0.5× ? )=104.5×0.85mm=88.82mm
m
t
?
∏×103.46×20
V =
m
m/s=0.094m/s
60×1000
14
當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)? 。
?
3
b=? ??√?2 + 1/2=0.3×104.5× √2/2=22.17mm
?
? = ?/? =0.25,取? =0.4
?
?
?
4）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)? 。
?
①由[5]表 10-2 查得系數(shù)? =1。
?
②根據(jù)? =0.116m/s,8 級(jí)精度，由[5]教材圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)? =1.03。
?
?
③直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分布系數(shù)? =1。
?
④由[5]表 10-4 用插值法查表得 7 級(jí)精度，齒輪懸臂時(shí)，齒向載荷分布
數(shù)? =1.189。
??
由此得實(shí)際再和你系數(shù)。
? =? ? ? ?
? ? ? ? ??
（4-10）
=1×1.03×1×1.189
=1.23
3
1?
??
???
由式? = ? √ 可按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑
1
3 1.23
?1=104.5× √
=102.6mm
1.3
相應(yīng)的齒輪模數(shù)
m=? /? =102.6/24=4.28mm
1 1
（3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
?
?
?? 1
× ??????
3
√
1）由式
m≥
（4-11）
2 2√ 2
? (1?0.5? ) ?
? 1
[? ]
? +1
?
?
試算模數(shù)
2）確定公式中各參數(shù)值。
①試選? =1.3。
??
?
?
?? ??
②計(jì)算
。
[? ]
?
分錐角? =? =arctan（1/u）=45°,可得當(dāng)量齒數(shù)
1
2
? =? =24/cos45°=33.95
?1 ?2
由[5]圖 10-17 查得齒形系數(shù)? =2.55。
??
由[5]圖 10-18 查得應(yīng)力修正系數(shù)? =1.65。
??
由[5]圖 10-24 查得齒根彎疲勞強(qiáng)度極限??? =580MPa。
由[5]圖 10-22 取彎曲疲勞壽命系數(shù)? =0.98。
??
15
? ?
?
???
取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.7，由式[σ]=
?
? ?
0.98×580
1.7
?
???
=
[? ]=
MPa=334.36MPa
?
?
試算模數(shù)。
?
?
× ??? ??
?
3
?? 1
√
m≥
2 2√
? (1?0.5? ) ? ? +1
? 1
2
[? ]
?
?
1.3×1.236×105
2.55×1.65
×
334.36
3
√
=
0.3×(1?0.5×0.3) 24 1 +1
2
2√ 2
=2.26mm
3）調(diào)整齒輪模數(shù)
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
①圓周速度 V。
d =m z =54.1mm
1 1 1
??1=? （1-0.5? ）=54.1×0.85=45.99mm
1
?
∏×??1
60×1000
?
∏×45.99×22.2
=0.054m/s
? =
?
1=
60×1000
②齒寬 b。
b=? ? √?2 + 1 /2=0.3×54.1× √2 /2 = 11.48mm
?
1
?
=0.25, ? 取 0.4
?
??1
?
?
③ 寬高比 b/h。 h=(2?? + ? )? =(2×1+0.25)×1.79=4.027mm
?
b/h=11.48/4.027=2.86
4）計(jì)算載荷系數(shù)? 。
?
①根據(jù) V=0.054m/s，8 級(jí)精度，由[5]圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)? =1.02。
?
②取齒間載荷分布系數(shù)? =1。
??
③由[5]表 10-4 用插值法插得??? = 1.181，于是? =1.12。
??
載荷系數(shù)為
由式
? =? ? ? ? =1×1.02×1×1.12=1.143
? ? ? ?? ??
3
??
=2.26× 3√
1.143
1.3
m= ? √
=2.17mm
?
???
選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2.5mm，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算分度圓直徑
d=102.6mm,z=d/m=102.6/2.5=41.04,取 z=42。
幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑 d=42×2.5mm=105mm
分錐角? =? =arctan（1/1）=45°
1
2
齒輪寬度
b=? ? √?2 + 1 /2=0.3× 105 × √2/2=22.28mm 取 b=22。
? 1
16
（4）齒輪采用整體結(jié)構(gòu)
（5）主要設(shè)計(jì)結(jié)論
齒數(shù)? = ? =42,分度圓直徑? = ? = 105mm，模數(shù) m=2.5mm,壓力角?=20°，變位
1
2
1
2
系數(shù) x =x =0,分錐角? =? =45°，齒寬 b =b =22mm,齒輪材料選用鉻鉬釩合金鋼調(diào)質(zhì)處理，
1
2
1
2
1
2
齒輪按 7 級(jí)精度設(shè)計(jì)。
2. 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸齒輪設(shè)計(jì)
由于整個(gè)腕部齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比均取為 1，齒輪只起傳動(dòng)作用，無(wú)減速作用，傳遞的
轉(zhuǎn)矩基本不變，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸齒輪與腕部轉(zhuǎn)動(dòng)輸入齒輪選擇一致。
4.2.3.2 腕部擺動(dòng)錐齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
①選用標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動(dòng)，壓力角 20°。
②參考[5]表 10-6，選用 7 級(jí)精度。
③選擇齒輪材料為鉻鉬釩合金鋼，齒面硬度 320HBS。
④選擇齒輪齒數(shù) Z1=Z2=24，u=1。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）由式（4-9）試算齒輪分度圓直徑
4? ?1
? (1 ? 0.5? )2
? ?
?
?)2
3
??
d ≥ √
× (
[? ]
?
?
?
2）確定公式中的參數(shù)。
①試選? =1.3。
??
②齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。
?1=87.1N.m=8.71×104N.mm
③選取齒寬系數(shù)? =0.3。
?
④由[5]圖 10-20 查得區(qū)域系數(shù)? =2.5。
?
⑤由[5]表 10-5 查得材料的彈性影響系數(shù)? =189.8MPa。
?
⑥計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
由[5]圖 10-25d 查得齒輪接觸疲勞極限?? =750MPa。
由式（N=60nj?? ）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
?
N=60×20×1×（2×8×250×10）=4.8× 107
由圖 10-23 查取接觸疲勞壽命系數(shù)? =1.02。
??
取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（[σ]= ? ????）得
?
[? ]
?
17
? ?
1.02?750
1
?
???
=
[?]=
=765MPa
[? ]
?
試算分度圓直徑。
2
3
4????1
? ?
× ( )
? ?
? (1?0.5? )2 [? ]
?
dt≥
√
?
?
4×1.3×0.871×105
2
0.3×(1?0.5?0.3) ?1
2.5×189.8
)2
3
=√
× (
765
=93.0mm
調(diào)整齒輪分度圓直徑。
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
圓周速度 V。
d =d ×(1-0.5× ? )=93..0×0.85mm=79.01mm
m
t
?
∏×79.01×20
60×1000
V =
m
m/s=0.083m/s
當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)? 。
?
3
b=? ??√?2 + 1/2=0.3×93.0× √2/2=19.73mm
?
? = ?/? =0.25,取? =0.4
?
?
?
3）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)? 。
?
①由[5]表 10-2 查得系數(shù)? =1。
?
②根據(jù)? =0.083m/s,8 級(jí)精度，由[5]教材圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)? =1.0。
?
?
③直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分布系數(shù)? =1。
?
④由[5]表 10-4 用插值法查表得 7 級(jí)精度，齒輪懸臂時(shí)，齒向載荷分布
數(shù)? =1.189。
??
由此得實(shí)際載荷分布系數(shù)。
? =? ? ? ? =1×1.0×1×1.189=1.20
?
? ? ? ??
3
1?
??
???
由式? = ? √ 可按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑
1
3
1.20
? =93.0× √ =91.1mm
1
1.3
相應(yīng)的齒輪模數(shù) m=? /? =91.1/24=3.8mm
1
1
（3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
3
????1
? (1?0.5? )2? 2√?2+1
?
× ??? ??
?
由式 m≥
√
試算模數(shù)
[? ]
?
?
1
18
確定公式中各參數(shù)值。
1）試選? =1.3。
??
2）計(jì)算? ??。
???
[? ]
?
分錐角? =? =arctan（1/u）=45°,可得當(dāng)量齒數(shù)
1
2
? =? =24/cos45°=33.95。
?1 ?2
由[5]圖 10-17 查得齒形系數(shù)? =2.55。
??
由[5]圖 10-18 查得應(yīng)力修正系數(shù)? =1.65。
??
由[5]圖 10-24 查得齒根彎疲勞強(qiáng)度極限?? =580MPa。
由[5]圖 10-22 取彎曲疲勞壽命系數(shù)? =0.98。
??
? ?
?
???
取彎曲疲勞安全系數(shù) s=1.7，由式[σ]=
?
? ?
0.98×580
1.7
?
???
=
[? ]=
?
MPa=334.36MPa
?
試算模數(shù)。
????1
? (1?0.5? )2? 2√?2+1
?
× ??? ??
?
3
√
調(diào)整齒輪模數(shù)
m≥
[? ]
?
?
1
1.3×0.871×105
0.3×(1?0.5×0.3)2242√12+1
2.55×1.65
×
334.36
3
√
=
=2.01mm
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
①圓周速度 V。
d=mz=48.2mm
? =d（1-0.5? ）=48.2×0.85=40.92mm
?
?
∏×??1
60×1000
?
∏×40.92×19.1
1=
=0.042m/s
? =
?
60×1000
②齒寬 b。
b=? ?√?2 + 1 /2=0.3×48.2× √2 /2 =10.23mm
?
?
=0.25, ? 取 0.4
?
??
?
?
③ 寬高比 b/h。
h=(2?? + ? )? =(2×1+0.25)×1.79=4.027mm
?
b/h=10.23/4.027=2.55
3）計(jì)算載荷系數(shù)? 。
?
①根據(jù) V=0.042m/s，8 級(jí)精度，由[5]圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)? =1.0。
?
②取齒間載荷分布系數(shù)? =1。
??
19
③由表 10-4 用插值法插得??? = 1.181，于是? =1.10。
??
載荷系數(shù)為
由式
? =? ? ? ? =1×1.0×1×1.11=1.11
? ? ? ?? ??
3
??
1.11
=2.01× 3√ =1.91mm
m= ? √
?
???
1.3
選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2mm，按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑 d=93.0mm,為了防止
大小齒輪嚙合干涉，取大錐齒輪直徑 d=145mm,z=d/m=72.5,取 z=73。
幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑
d=73×2mm=146mm
分錐角? =? =arctan（1/1）=45°
1
2
齒輪寬度
b=? ? √?2 + 1 /2=0.3× 146 × √2/2=30.98mm 取 b=31mm。
? 1
（4）齒輪采用整體結(jié)構(gòu)
（5）主要設(shè)計(jì)結(jié)論
齒數(shù)?1=?2=73,分度圓直徑? = ? = 146mm，模數(shù) m=2mm,壓力角?=20°，變位系
1
2
數(shù) x =x =0,分錐角? =? =45°，齒寬 b =b =31mm,齒輪材料選用鉻鉬釩合金鋼調(diào)質(zhì)處理，
1
2
1
2
1
2
齒輪按 7 級(jí)精度設(shè)計(jì)。
4.2.3.3 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)中間傳動(dòng)直齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1）選用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱輪傳動(dòng)，壓力角 20°。
2）參考[5]表 10-6，選用 7 級(jí)精度。
3）選擇齒輪材料為鉻鉬釩合金鋼，齒面硬度 320HBS。
4）選擇齒輪齒數(shù) Z1=Z2=24，u=1。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）由式（4-12）試算齒輪分度圓直徑
3 2????
?d
u+1
u
? ? ?
× ( ? ? ?
)2
? ≥ √
1
×
（4-12）
t
[? ]
?
2）確定公式中的參數(shù)。
① 試選? =1.3。
??
② 齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。
?1=119.9N.m=1.199×105N.mm
③選取齒寬系數(shù)? =1。
d
④由[5]圖 10-20 查得區(qū)域系數(shù)? =2.5。
?
⑤由[5]表 10-5 查得材料的彈性影響系數(shù)? =189.8MPa。
?
20
⑥由式（）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)??
? =arcos[? ????/(? + 2? )]
?
?
（4-13）
（4-14）
?
1
1
= arcos[24 × ???20°/(24 + 2 × 1)]
=29.841°
? =? （tan? ? ????′）/3.14
?
1
?
=24×(tan29.841°-tan20°)/3.14
=1.603
4???
3
? =√
?
（4-15）
4?1.603
=√
3
=0.894
⑦計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
由[5]圖 10-25d 查得齒輪接觸疲勞極限?? =750MPa。
由式（N=60nj?? ）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
?
N=60×20×1×（2×8×250×10）=4.8× 107
由圖 10-23 查取接觸疲勞壽命系數(shù)? =1.02。
??
取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（[σ]= ??? ???）得
?
?
[σ]= ??? ????
1.02?750
=
=765MPa
?
1
試算分度圓直徑。
2
3
2??? ?1
?d
u+1
u
× (? ? ?
? ? ?)
d ≥ √
×
（4-16）
t
[??
]
3 2×1.3×1.199×105
1+1
1
2.5×189.8×0.894
)2
750
√
×
× (
=
1
=58.5mm
調(diào)整齒輪分度圓直徑。
3）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
圓周速度 V。
∏×? ×?
∏×58.5×20
m/s=0.062m/s
V =
m
?
=