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回形偏交型手腕及斜楔式夹持器的设计

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2

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回形偏交型手腕及斜楔式夹持器的设计
摘 要
本文的设计是回形偏交型手腕与斜楔式夹持器。本文首先对工业机器人的概况以及结构进行了介绍。工业机器人自本世纪60年代问世以来,在世界各国生产线上代替工人完成一系列复杂危险的动作。有着不可替代的作用。其一般由基座、腰部、臂部、腕部和手部五部分组成。然后根据设计要求，本文制定了一个由液压马达控制夹爪松开，以弹簧恢复力夹紧物体的设计方案.本方案对夹持器以及腕部进行了结构设计，同时对其主要零部件进行了选择、受力分析、设计、计算和校核。其主要内容包括：电动机和液压马达的选择计算，弹簧的设计计算，带和带轮的设计计算，齿轮、轴的设计计算和校核。本方案还对设备的可靠性、使用寿命以及设备的经济评价进行了分析。最后简单的阐述了此次设计过程中存在的问题.通过分析计算可以得出结论,此次设计基本满足设计要求。
关键词：手腕;工业机器人；夹持器；操作机

The wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp slanting design
Abstract
This article designs is the wrist enjambment eccentric and carves the type screw clamp slanting. Firstly, an overview of the industrial robot and structure were introduced。 Industrial robot since the advent of the 1960s, instead of workers to complete a series of complex and dangerous action in the world production line. Plays an irreplaceable role. Generally five parts of the base, waist, arm， wrist and hand。 Then, according to the design requirements, to develop a hydraulic motor to control the gripper release and the spring force clamping the object of design. This program on the gripper and wrist was structural design, and its major components were selected， force analysis, design, calculation and verification。 Its main contents include: the selection and calculation of the electric motor and hydraulic motor, spring design calculations， design calculations of the belt and pulley, gear， shaft design calculation and verification。 The program also analyzed the equipment reliability, service life and economic evaluation. Finally a simple exposition of the problems in the design process。 By analyzing the calculation can be concluded that the basic design to meet the design requirements。文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途
Key words ： wrist； Industrial robot；Gripper ；End effector

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1。1 工业机器人的概况 1
1.1.1工业机器人的由来 1
1。1.2 工业机器人的定义 1
1.1.3工业机器人的分类 1
1.1。4工业机器人的组成 3
1。1.5工业机器人的主要性能指标 5
1。1.6机器人机构的误差分析 6
1.2 工业机器人在我国的发展及市场 7
1.2。1我国研究开发现状 7
1。2。2工业机器人发展趋势 7
1.2.3工业机器人发展目标 7
1.2。4中国工业机器人市场统计数据 8
1。3 工业机器人在世界的发展及市场 8
1.3。1 国外工业机器人的发展 8
1.3。2全球工业机器人市场统计数据 8
2 工作原理及设计方案 9
2.1夹持器方案设计 9
2。1.1设计方案 10
2.1。2可行性分析 10
2。2 机器人回行偏交型手腕的工作原理 11
3 设计计算 12
3.1夹持器的计算 12
3.1。1受力分析 12
3。1.2夹爪齿轮的计算 13
3。1.3 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算 16
3。1.4液压马达的选择 17
3.2腕的计算 18
3.2。1电机的选择 18
3.2.2锥齿轮设计 21
3。2。3 同步带和带轮的设计 26
3.2。4轴的设计及校核 28
4 机械设备的环保、可靠性和经济分析 34
4.1 设备的环保措施 34
4。2 设备的可靠性 34
4。2.1 设备的可靠性定义 34
4。2.2 可靠度的计算 34
4。2。3 设备平均寿命 35
4.2。4 机械设备的有效度 35
4.3 设备的经济评价 36
4。3。1 投资回收期 36
4.3.2 盈亏平衡分析 37
4.3。3 设备合理的更新期 38
5 结论及存在的问题 39
5。1结论 39
5。2存在的问题 39
致 谢 40
参考文献 41

1 绪论
1。1 工业机器人的概况
1。1.1工业机器人的由来
在机器人诞生之前，机器人理论和机器人学科就已经存在.1920年捷克作家卡雷尔•查培克在其剧本中最早使用机器人一词。剧中机器人这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器,是一种人造的劳动力。它是最早的工业机器人设想.
20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后,美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手。通过在系统中加入力反馈,可使操作者获知施加力的大小。主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生以及近代机器人的设计与制造作了铺垫。
1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节。1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
1。1.2 工业机器人的定义
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
1.1。3工业机器人的分类
目前对机器人还没有统一的分类标准。下面简要介绍几种不同的分类方法。
1．按驱动方式分类
按驱动装置的动力源，机器人可分为以下几种.
(1） 液压式机器人。这种机器人的驱动系统通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成，这种机器人通常具有很大的抓举能力并且结构紧凑，动作平稳，耐冲击、耐振动，防爆性好,但对制造精度和密封性能要求较高,否则易发生漏油而污染环境。
(2) 气压式机器人。其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成。特点是气源方便，动作迅速，结构简单、造价较低、维修方便，但难于进行速度控制，并因气压不可太高，故抓举能力较小。
（3） 电动式机器人。电力驱动是目前机器人使用的最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，可以采用多种灵活的控制方案.驱动电机一般采用交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机.由于电机速度高，通常还须采用减速机构（如谐波减速机构、轮系减速机构、滚珠丝杠和多杆机构）.目前也有一些用特制电机直接进行驱动,以简化机构，提高控制精度。
其他还有采用混合驱动的机器人，如液-气混合驱动机器人或电—气混合驱动机器人。
2．按用途分类
机器人按用途可分为下列几种。
(1） 搬运机器人。这种机器人用途很广，一般只需点位控制，即被搬运零件无严格的运动轨迹要求,只要起始点和终了点位姿准确,如机床用的上下料机器人，工件堆垛机器人等。
（2） 喷涂机器人。这种机器人多用于喷漆生产线，常为手把手示教型，重复位姿精度要求不高，但由于漆雾易燃，以前多采用液压驱动，目前则更多地采用防爆电机或交流伺服电机驱动。
（3） 焊接机器人.这是汽车生产线上使用最多的一类机器人，又可分为点焊和弧焊两类，点焊机器人负荷大,动作快，一般要有6个自由度，但只需实现点位控制.弧焊机器人负荷小，速度低，通常5个自由度即能进行工作,但对运动轨迹要求较严，必须实现连续路径控制，即在运动轨迹的每一点都必须实现预定的位姿要求,目前也大多采用6自由度。
（4） 装配机器人。这类机器人要求有较高的位姿精度，或者手腕应具有较大的柔性。装配机器人目前大多用于电器插件的装配，而如何应用于一些难度较大的装配作业正是人们大力研究的课题。装配机器人通常要有6个自由度，还要求有一定的智能,如力感觉或视觉。有时还要求使用双臂协调动作的机器人或多机器人协调工作。
（5） 其他用途的机器人。如航天用机器人，探海用机器人,以及排险作业机器人等.
3．按操作机的位置机构类型和自由度数量分类
操作机的位置机构是机器人的重要外形特征,故常用作分类的依据.按这一分类要求，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型机器人.
操作机本身的自由度最能反应机器人的作业能力，也是分类的重要依据。按这一分类要求,机器人可分为4自由度、5自由度、6自由度和7自由度机器人。
4．其他分类方式
除上述分类方式外,机器人还可按控制方式分为点位控制机器人和连续控制机器人；按负载大小分为重型、中型、小型和微型机器人；按基座型式分为固定式和移动式机器人；按操作机运动链的型式分为开链式、闭链式、局部闭链式机器人等等用。
1.1.4工业机器人的组成
工业机器人通常由执行机构、驱动-传动装置、控制系统和智能系统四部分组成。这些部分之间的相互作用可用如下图所示的方框图表示.
图 1.1 机 器 人 各 组 成 部 分 之 间 的 关 系
位 形 检 测
智 能 系 统
工 作 对 象
执 行
机 构
驱 动-
传 动
装 置
控 制 系 统 （二）
控 制 系 统 （一）

1. 执行机构
执行机构(也称操作机）是机器人赖以完成工作任务的实体,通常由杆件和关节组成。从功能的角度，执行机构可分为：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。
（1） 手部
手部又称末端执行器，是工业机器人直接进行工作的部分，可以是各种夹持器。有时人们也常把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器人的手部.
（2） 腕部
腕部与手部相连，通常有3个自由度，多为轮系结构,主要功用是带动手部完成预定姿态,是操作机中结构最为复杂的部分。
（3） 臂部
臂部用以连接腰部和腕部，通常由两个臂杆（小臂和大臂）组成，用以带动腕部作平面运动。
（4） 腰部
腰部是连接臂和基座的部件，通常是回转部件，腰部的回转运动再加上臂部的平面运动，就能使腕部作空间运动。腰部是执行机构的关键部件，它的制造误差、运动精度和平稳性，对机器人的定位精度有决定性的影响。
(5） 基座
基座是整个机器人的支持部分，有固定式和移动式两种.该部件必须具有足够的刚度和稳定性.
2。驱动-传动装置
工业机器人的驱动—传动装置包括驱动器和传动机构两个部分，它们通常与执行机构连成一体.传动机构常用的有谐波减速器、滚珠丝杠、链、带以及各种齿轮轮系。驱动器通常有电机（直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机）、液动或气动装置,目前使用最多的是交流伺服电机。
3.控制系统
控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。前者发出指令协调各关节驱动器之间的运动,同时还要完成编程、示教/再现以及和其他环境状况（传感器信息)、工艺要求、外部相关设备（如电焊机)之间的信息传递和协调工作。后者控制各关节驱动器，使各杆按一定的速度、加速度和位置要求进行运动.
4.智能系统
智能系统是目前机器人系统中一个不够完善但发展很快的子系统.它可分为两个部分:感知系统和分析—决策智能系统。前者主要靠硬件（各类传感器）实现；后者主要靠软件（如专家系统）实现.
1。1.5工业机器人的主要性能指标
现工业机器人的性能指标很多,下面简要介绍一些与操作机的分析和设计关系最为密切的性能指标。
1．有关负荷方面的性能指标
(1） 与负荷有关的性能指标主要有:额定负荷,即在正常运行条件下施加到机械接口处最大负荷的容许值，其中也包括末端执行器、附件和工件的惯性力.
（2） 限定负荷，即在额定负荷状态所限定的运行条件下使机器人机构部分不发生破坏或不出故障时机械接口处所能承受的最大负荷.
（3） 最大推力和最大扭矩，即在保证机构不发生损坏的条件下作用到机械接口处的最大推力（不包括惯性力）和最大扭矩。
2.有关运动方面的性能指标
与运动有关的性能指标主要有:
(1） 自由度，即操作机独立驱动的关节数.
(2） 单轴最大工作范围和工作速度。
(3) 合成速度，即各轴的速度分量的合成速度，它常表现为机械接口中心或腕中心的线速度。
3．有关几何空间方面的性能指标
与几何空间有关的性能指标主要有：
(1） 工作空间，它决定了工作范围，通常以腕点中心在操作机运动时所占有的体积表示，在特性图上，用该空间的主剖面边界以及向基座的正投影的边界两个视图表示。
(2） 灵活度，它表示操作机在工作空间各点抓取物体的灵活程度，可有不同的数量指标，我们认为操作机末杆位姿图最能直观而准确地表示这一特性。所谓末杆位姿图，是末杆在工作空间最大边界的一些转折点（关键点)上的两个极限位置的投影图.
4．有关精度方面的性能指标
与精度有关的性能指标主要有位姿精度、距离精度、轨迹精度等.其中最重要的而且在产品样本上必须标出的是位置重复精度，即指令位置和从同一方向重复响应n次后实到位置不一致的程度。
5．有关动力源和控制方面的性能指标
与动力源和控制方面有关的性能指标主要有驱动方式(电、液、气）和容量、程序存贮容量、插补方式、编程方式以及分辨率等.其中，分辨率是指操作机各轴可有效反应的最小距离或角度。
1。1.6机器人机构的误差分析
现工业机器人要在更广泛的领域得到应用，面临着诸多向题.从机器人机构学的角度分析,主要有两大问题。其一是高速问题,这与操作机的轻量化，惯性匹配,最短时间控制等有关。其二是高精度问题，这与机构的误差，目标轨迹和实际轨迹的误差等有关。
影响机器人机构精度的主要原因有机械零件、部件的制造误差，整机装配误差及机器人的安装误差。另外，还有温度、力等的作用使操作机杆件产生的变形，传动机构的误差,控制系统的误差（如插补误差、伺服系统误差、检测元器件误差）等。这些误差的测定及补偿在实际中有时是十分必要的。因此需要引起足够的重视。
1.2 工业机器人在我国的发展及市场
1.2。1我国研究开发现状
我国工业机器人研究开始于20世纪80年代中期。在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变，促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。
但随着我国门户的逐渐开放,国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争与冲击。就目前来说，我国还处在一个机器人消费型的国家。
来自中科院沈阳自动化所专家课题组的预测表明，今年，我国机器人市场保有量将增至48600台.年销售额约90多亿元.根据发展趋势预测，到2015年，我国机器人市场容量将达十几万台套.
1。2.2工业机器人发展趋势
随着计算机技术不断向智能化发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及在系统中的群体应用，工业机器人在不断向着智能化方向发展，以满足多样化、个性化的需求，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。
工业机器人向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化的可重构化、控制技术的开放化、PC化和网络化、伺服驱动技术的数字化和分散化、多传感器融合技术的实用化、工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面.
1。2.3工业机器人发展目标
工业机器人技术主体的发展目标是：瞄准国际前沿高科技发展方向.创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。通过发展工业机器人技术提高我国制造业乃至整个工业的装备技术水平。促进装备制造业的结构调整与产品的升级换代，带动全行业的科技进步与产业提升，扩大非制造领域机器人技术的应用，增强我国的国家安全与综合国力。实现跨越式发展，建立若干机器人技术工程研究开发中心，提高技术和产品开发与自主创新能力,形成我国机器人技术产业化发展的技术源头.
结合我国国情,加强我国工业机器人应用工程的开发，使之与国民经济的发展密切相结合。经过近十年的努力，我国在工业机器人应用工程的开发方面已具有相当的实力。利用国家863计划在工业机器人技术和自动化装备研究开发所形成的技术优势,全面掌握工业机器人及机器人大型自动化成套装备设计、开发和制造技术。
1.2。4中国工业机器人市场统计数据
2009年，中国共销售机器人5525台,比2008年减少30％.其中，焊接机器人占49％，搬运机器人占29%.中国将会在2010年夏天重回增长轨迹。在未来的一年，中国工业机器人市场将保持稳健势头。2010年1月份,中国机器人销量激增。所以总的来说，中国机器人装配量将在未来几年保持高于平均水平的增长趋势。可预计，2010年中国机器人装配量增长将超过50％。在2011年至2013年,平均增长率将在25％左右.

1.3 工业机器人在世界的发展及市场
1.3.1 国外工业机器人的发展
美国是机器人的诞生地，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五六年.经过40多年的发展,美国现已成为世界上的机器人强国之一.她的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位,其技术全面、先进,适应性也很强。
日本素有“机器人王国”之称,其工业机器人的发展令人瞩目，无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一。在经历了短暂的摇篮期之后，快速跨过实用期，迈入普及提高期。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境,却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件.目前，德国工业机器人的总数占世界第二位，仅次于日本又称末端执行器部。
1.3。2全球工业机器人市场统计数据
2009年全球经济危机导致工业机器人销售量骤减，相比2008年，2009年工业机器人新安装量下降了47%，仅6万台.是1994年以来最低的一年。机器人安装量从来没有下降这么严重。2010年全球工业机器人市场将强劲上扬,增长约27％，新安装量为76000台。这个增长主要来自于中国、韩国和东南亚国家,当然机器人主要供应国日本和北美也会大量增加。

图1。2 工业机器人夹持器夹爪
2 工作原理及设计方案
2。1夹持器方案设计
斜楔式夹持器是齿轮齿条啮合使夹爪开合夹持物品，并且由电机的转动带动齿轮轴,齿轮轴带动齿条花键轴向下压下图1。2中齿条花键轴从而使两个夹爪张开;闭合时，电机带动齿条花键轴向上运动，图1.2中齿条花键轴在压缩弹簧的作用下向上运动使夹抓闭合，夹持住夹持物。液压马达电机带动齿轮齿条。
2。1。1设计方案
1、实现齿轮轴旋转;
2、通过齿轮轴旋转带动齿条使两个夹爪张开，实现夹持动作；
3、通过法兰与手腕的联接，实现空间旋转；
4 通过弹簧的弹力推动活板向上运动，带动齿条花键轴向上运动，从而使夹抓闭合夹紧。
2。1.2可行性分析
传动方案的选择：
1。齿轮齿条传动：效率高、精度好，刚度好，可实现运动方式变化.
2。蜗轮传动：大速比，交错轴,体积小，回差响应小，刚度小，转矩大效率低，发热大。
3。谐波传动：大速比，同轴线，响应快，体积小，重量轻，回差小，转矩大。
4。方案比较：经比较,齿轮齿条和谐波传动较好，但谐波传动定位比较困难,因此，选用方案1齿轮齿条传动。方案3备选。
精定位装置的设计构想：
1.棘轮配合电磁铁。
2。内棘轮配合电磁铁。
3.超越离合器配合电磁铁。
驱动装置:采用交流电动机驱动方式。
通过分析计算，查阅相关的资料，利用计算机完成各框架部分以及装配图和零件图的设计。通过实验解决各种技术问题。
由于液压马达技术的飞速发展，液压马达的效率不断提高，因而使用液压马达驱动更为可靠方便,设备的可改造性也更好，可控性，可精密操作性比其他驱动方式更好因此选用液压马达驱动.
在电机的各种种类中，其中一种为液压马达,它比其它种类电机相比有以下优点：
1传动效率高、精密性好、重量轻、反应快。
2工作平稳,能在大范围内实现无级调速，还可以在运行过程中进行调速。
3已实现标准化、系列化和通用化，具有较大的机动性。
由于传动的精密要求和夹持器的夹抓需要张开一定角度等要求， 因此选用液压马达传动。
综合比较本方案较好,成本较低，方案合理

2.2 机器人回行偏交型手腕的工作原理

工作原理

图2.1传动Ⅰ工作原理图
置于小臂后部的电机Ⅰ，通过带轮（3)和带轮(4）传动，带动腕壳摆动，完成末杆绕自身轴线β转动。

图2。2传动Ⅱ工作原理图
置于小臂后部的电机Ⅱ，通过带轮(7）和带轮（8）传动齿，经锥齿轮副（9、10)啮合，带动腕壳摆动，完成末杆绕自身轴线α转动。

图2。3传动Ⅲ工作原理图
置于手腕后部的电机（Ⅲ），通过联轴器(11），经锥齿轮副（12、13）啮合，完成末杆绕自身轴线γ转动.
3 设计计算
3.1夹持器的计算
3。1.1受力分析
钢的静摩擦系数＝0。1 G=30.4N
(3.1）

3。1。2夹爪齿轮的计算
设齿条的速度v=0.1m/s;齿轮的速度v=0.1m/s
初选齿轮的齿数z=26
初选齿轮为7级精度的直齿圆柱齿轮；材料选用40Cr调质钢；硬度为209HBS
1按齿面接触强度设计
由文献［2］设计计算公式（10-9a）进行试算
即 （3。2）
确定公式内各计算参数数值
（1） 试选载荷系数 =1.3
（2） 由于悬臂布置，则取 =0。4
（3） 齿条齿轮传动，所以
（4） 材料的弹性影响系数 =189.8
（5） A 按MQ级质量要求取接触疲劳强度极限 MPa
B 取 N=
C 由图10-19查得接触疲劳寿命系数
按失效概率为1％，安全系数 S=1
接触疲劳许用应力：
MPa （3.3）
1） 计算
（1)试算
由式(3。2)得
=2。32
=38。58mm
(2） b==mm (3.4)
（3）计算齿宽与齿高之比 b/h
模数 （3。5)
齿高 （3。6)
b/h=15.43/3。339=4.62
（4)计算载荷系数
(a)由于工作机运动平稳,则使用系数
（b） 根据 v=0。1m/s ； 7级精度，由图10—8查得，动载系数
（c）直齿轮 ，
则齿间载荷分配系数取
7级精度，对称布置则
查表10—4得
（3.7）

查图10—13得

(3。8)
(5)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，
(3.9）
mm
（6)计算模数
mm
2按齿根弯曲强度设计
由文献［2］公式10—（5）得弯曲强度的设计公式为
(3.10）
1） 确定公式内的计算数值
（1） 载荷系数
（2） 材料按ML级质量要求取值 MPa
按图10—18查得弯曲疲劳寿命系数
取弯曲疲劳安全系数 S=1。5
MPa （3.11)
（3）查表10—5取齿形系数
齿轮应力校正系数
由式(3。10)得

mm
3 几何尺寸计算
综上取 m=2mm
则 mm
mm 取b=20mm
4 验算
N

故齿轮合适
3.1。3 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算
1． 该弹簧在一般载荷条件下工作，中径D=20mm，外径mm。初选n=20。
夹紧力 取 (3。12）

（3。13）
由 得行程

当弹簧压缩变形量mm,压力N, 当弹簧压缩变形量mm,压力N。
2．因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第Ⅲ类弹簧来考虑.用碳素弹簧钢丝C级.并根据mm， 估计弹簧直径为3mm.由表16-3暂选MPa,则根据表16—2可知MPa。
3.根据强度条件计算直径
选旋绕比C=6，则由文献[2]公式(16-4）得

根据公式（16-12）得
mm
取d=3mm
mm
4.根据刚度条件，计算弹簧圈数n
由公式（16-9)得弹簧刚度为
N/mm
弹簧圈数n为

取n=17圈
此时弹簧刚度为
N/mm
3。1.4液压马达的选择
完成动作所需的最小功率为
（3.14)
（3。15）
N
W

由此选择液压马达

表 3.1 摆动液压马达YMD30 摆角:～
额定理论转矩

排量

额定理论起动转矩

重量

内泄漏量

71
30
24
5。3
315
（1）电机实际流量 （3.16）
容积效率 机械效率
排量
转速 r/min
每转的内泄漏量
实际排量
实际流量 L/min
（2）功率 （3。17）
入口压力和出口压力差 MPa

W
此液压马达为最合适的动力机

3。2腕的计算
3.2。1电机的选择
传动Ⅰ
电机选择计算部分由参考文献[2]得
计算轴承摩擦力引起的转矩

图3.1 力的分析图
=230

T=f+f
=0.003×1312.7×22+90×0.003×22+1312.7×0.003×17.5=167。4
输出功率： （3.18)
总效率: （3。19）
所需电机功率： （3.20）
据表4。2—9取 取
（3。21）
所需电机转矩：
（3.22)
根据转矩选步进电机130BF02
静态力矩100
传动Ⅱ
当末端执行机构转至水平方向时,此传动受转矩最大,按此转矩来选所需电机。
输出功率:
输出轴:
总效率：
所需电机功率：
据表4.2—9取 取

所需电机转矩：

根据转矩选步进电机 130BYG4501
转矩：27000Nmm
传动Ⅲ
由于此传动是完成自由度的旋转，而此自由度主要目的是在手腕进行旋转时使末端执行机构相对地面保持不转。所以的转速与大小相同但方向相反.
转速

图3。2力的分析图

由于此转动只受摩擦力,所需转矩很小,所以选用的电机转矩不需很大.
故选用电机 32BY001
静态力矩:3.9Nmm
3.2。2锥齿轮设计
（ 1 ）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数
Error! Bookmark not defined.Error! Bookmark not defined.Error! Bookmark not defined.Error! Bookmark not defined.Error! Bookmark not defined.(Error! Bookmark not defined.。Error! Bookmark not defined.)选用锥齿轮文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途
Error! Bookmark not defined.(Error! Bookmark not defined..Error! Bookmark not defined.）选用8级精度
Error! Bookmark not defined.(1.3）材料选择小齿轮30CrMnSi。调质硬度为360HBS；大齿轮30CrMnSi调质 硬度为310HBS
（1。4）取=22 i=1.2 =u=取=27。为软齿面传动,按齿轮接触疲劳强度设计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。
( 2 )按齿轮接触疲劳强度设计算
Error! Bookmark not defined. （3.23）
Error! Bookmark not defined.（2.Error! Bookmark not defined.)试选.
＊ MERGEFORMAT （2。Error! Bookmark not defined.）材料的弹性影响系数=189.8
Error! Bookmark not defined.（Error! Bookmark not defined.。Error! Bookmark not defined.）
＊ MERGEFORMAT Error! Bookmark not defined.（2.Error! Bookmark not defined.)由图10—21d按齿面硬度查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别是
＊ MERGEFORMAT Error! Bookmark not defined.（Error! Bookmark not defined.。Error! Bookmark not defined.）应力循环次数

(3。24）
（3.25）
＊ MERGEFORMAT (2.Error! Bookmark not defined.）由图10-19查得接触疲劳系数
(Error! Bookmark not defined.。Error! Bookmark not defined.)计算接触疲劳寿命许用应力，取失效率为1%,安全系数S=1。1
由式（10—21）得
== (3.26）
==
取=

( 3 ）计算
Error! Bookmark not defined.＊ MERGEFORMAT （Error! Bookmark not defined.。Error! Bookmark not defined.）试算小齿轮分度圆直径

=2.92
=54.37mm
Error! Bookmark not defined.（Error! Bookmark not defined..Error! Bookmark not defined.)计算圆周速度
m/s (3。27)
Error! Bookmark not defined.（Error! Bookmark not defined.。Error! Bookmark not defined.)计算载荷系数

由表10—2得
由图10-8中低级精度和求得
齿间载荷系数及可取1
由表10—9