毕业设计(论文)--喷漆机器人设计.doc

28湖南理工学院南湖学院毕业设计 学号： 24111900372南湖学院毕业论文（设计）题目： 喷 漆 机 器 人 作 者 届 别 2011届 系 别 机械与电子工程系 专 业 机械设计制造及其自动化指导老师 职 称 讲 师 完成时间 2015年5月1日 I摘要现今机器人的产生和大量的推广是社会生产和发展的众多需要，机器人也是现代社会生产和先进科学发展的最新技术科学产品。先进的机器人之所以能够在严峻的低温、密闭的真空、严峻的高温、很深很深的深水、有害的放射性、有害性和有毒性等恶劣的环境下进行十分安全操作，从根本上解决了操作者的重大安全保障问题；它可以很快的实现国家的美好生产自动化，还可以改善多劳动条件，大量的减轻了劳动的强度的一种方法。该课题的最重要的重点内容就是有利的采用先进的机器人来更好的代替人来进行各种繁琐的稳定喷漆作业。4喷漆式机器人最主要的是由机器人的身体、执行器、传感器和控制器四部分组成。所以喷漆机器人主要是机器的大臂、小臂、传动系统和喷枪的设计。关键词：喷漆机器人、机器人分类、结构设计、传动系统、驱动机型、大臂、小臂Abstract Robots are now produce process and a lot of promotion is the development of social production and the many needs, robot is a modern social production and the recent development of advanced science and technology science products. Advanced robots are able to in the severe cold, airtight vacuum, severe high temperature, deep, deep, deep water, toxic and harmful radioactive and hazardous very safe operation under harsh environment, fundamentally solves the operators of major security problems; It can quickly achieve better production automation of the country, also can improve working conditions, a lot of one way to reduce the labor intensity.The subject is the important content of the most important advantage of the use of advanced robots to replace human better for the stability of various complicated paint. Spray type robot by robot is the most main body, at the end of the actuator, sensitive sensors and control of the controller of four parts. So spraying robot is a machine automation and electromechanical integration of advanced production equipment. Today has been frequently used in automotive, aerospace, vehicles, ships, houses, furniture, home appliances, electronic products such as a large amount of coating production line.Keywords: spraying robot, robot classification, structural design, transmission system, driving model, arm, forearm目 录第一章 绪 论11.1引言11.2机器人的特点11.3机器人的构成及分类11.3.1工业机器人的构成11.3.2机器人的分类21.4研究工业机器人的意义和目的41.4.1研究工业机器人的意义41.4.2研究工业机器人目的8第二章 喷漆机器人的设计92.1确定驱动系统92.2确定驱动机型和自由度92.3确定传动方式92.4确定运动杆长和各轴的运动范围10第三章 喷漆机器人结构及传动系统设计113.1大臂及小臂设计113.1.1大臂驱动部分的设计113.1.2小臂驱动部分的设计183.1.3选择减速器203.1.4同步带的设计计算223.2喷漆机器人外形图24第四章 展望与发展25参考文献26致 谢27IV第一章 绪 论1.1引言随着科学发展的进步，先进的机器人即将成为近几十年乃至几百年来迅猛的发展的一门比较综合的学科机器人在大量的产生和大量的推广它是社会多生产和快速发展的需要，它也是现代最大的生产和最新的科学发展的新技术产品。最先进的科学的机器人不仅可以在严密有毒、严谨密闭、很大噪声、很有害、非常高温、非常低温、十分易燃、十分易爆等危险非常有害的差环境中来无限的代替人在长期的稳定的和无限的柔和工作，一般解决了大多数的操作者的安全性的保障大量问题。采取先进的机器人更加的能够扩大人类的多彩多样的活动多领域和提高有限的能力。先进的机器人可以在许多诸如深海、珊瑚礁、高压、高温、辐射、外层和内层空间等人类在不能够更多的适应生活的条件下长期可靠的稳定工作，因此在无尽的深海采矿、无尽的高空、无尽的宇宙探索、高度的高温、卫星的空间维修、无尽的密闭空间、无条件的高辐射条件下调试和缜密调整等领域，都可以无限依靠先进的机器人来进行更好的操作。随着计算机先进的科学技术、高度控制机器人、高度控制技术、高度控制工作、高度人工智能的发展，所有的先进科学机器人技术得到迅速猛劲的发展，就能够大量的出现更好和更为先进的和可匹配的正确视觉和真实的触觉的机器人。1.2机器人的特点1）机器人能够进行自动化生产；2）机器人能够提高产品品质，减少人工污染；3）机器人能够改善劳动条件；4）机器人能够持久，耐劳，可以把人从繁重的劳动中解放出来；5）机器人的灵活性、通用性强。1.3机器人的构成及分类1.3.1工业机器人的构成先进的科学机器人是由多种驱动的装置、多种可执行机构、多种能够智能系统、多种可控制系统的组成。1.手部先进的机器手部又叫先进的末端执行器，是先进工业机器人就可以直接进行各种的工作的各部分和各种各样的夹持器。而且在某些时候大多数人们就也会常常把这些诸如机器电焊枪、机器点焊头、机器油漆喷头、机器喷油嘴、机器水喷灌等划作先进的科学的机器人的先进机器手部。2.腕部先进的科学的机器手腕部是与先进的科学手部相连，通常先进的机器人就有3个自由度的空间，大多机器人作为轮系的多结构系统，它们多种结构系统主要的功能就是更好的带动先进的机器手部来完成想要的和自己预定的姿态，也就是操作机中的多结构系统中较为复杂和难懂的部分。3.臂部先进的科学的机器人臂部是被用来更好的连接机器腰部和机器腕部的，一般由两个或三个机器臂杆(小臂和大臂)来组成，这些都被用来带动机器胸部作平面运动。4.腰部先进科学的机器人的机器腰部通常是多种连接机器的多管和机器基座的多种构件，通常是及其用来做他的机器回转部件。5.基座一般的先进科学机器的机器基座是整个科学届机器人的主要支持的部分，他有自己固定式和自己移动式两种稳定的形式。该先进机器的部件必须具有能够有足够的刚度、弹性、稳定性和硬度。1.3.2机器人的分类1.按机械手的几何结构分先进的机器人和先进的机械手的大量机械配置的多种形式。它常见的多样结构形式是用直角的坐标性质来快速描述它的。我们直角坐标结构性质特别包括直角面坐标结构多种空间、柱状极坐标三维结构多种空间、球面空间坐标结构多种空间、多种关节式球面空间坐标结构多种空间和二式笛卡儿多种坐标结构空间等。这里最简单的介绍的是柱面三维、多种关节式球面空间坐标结构和球面空间结构等三种最常见的先进的科学机器人。柱面坐标机器人：柱面坐标机器人由垂直柱子、底座构成和水平手臂(或机械手)。图1-1 柱面坐标机器人球面空间坐标机器人 ：这种先进的机器人如图1-2示。它特别是像法式坦克的炮塔型式相似。图1-2 球面坐标机器人这种机器人的工作包迹形成大部分的球面，我们把它称为关节式球面机器人10。2.按用途分工业机器人按它的用途和作业的类别划分，有先进的冲压机器人、先进的焊接机器人、先进的搬运机器人、先进的装配机器人、先进的喷漆机器人、先进的浇注机器人、先进的检测精确机器人、先进的采掘精确机器人、先进的切削加工精确机器人、先进的水下精确机器人等。先进的军事机器人：它用于严谨的军事事业目的或强有进攻性的或严密的防御性的。它又可以分为先进的科学空中军用科学多种机器人、科学海洋军用多种机器人和科学地面军用多种机器人4。1.4研究工业机器人的意义和目的1.4.1研究工业机器人的意义近年来，国外的各种类型机器人的发展非常迅速。据国内报导，目前全世界上在生产中所使用的先进机器人和先进机器手总的机器台数已达30万台，其中示教先进机器人已达4.8万台，其中特别是突出的是日本的机器人，其中先进的工业机器人的产值，在7983五年中，就连续往上以年增长30%的高速度快速发展，至1983年日本的先进机器人已拥有先进的机械手和各种先进科学工业机器人12万台（即占世界的2/3）。欧洲的各国各地也在急速的加快速度进行先进的机器人的研制和多种应用。在国外的环境下为什么要推出大力发展先进的工业机器人呢？总体上来说，是因为先进机器人的特点满足了多种社会生产的多种需要和发展。现在我们对先进的科学工业机器人的各种特点和它所带来的多种经济以及社会效益的提高分述如下：先进的科学工业机器人对差的环境的适应性特别强，它能够任意的代替人更高从事危险、更有害和更复杂的操作。在人无法接近的地方，或者在特别长的时间工作对人体有害的场所，工业机器人都不受影响。我们大量的只要根据工作好的和安全的环境条件进行超合理的优化设计，并且能够选用多种适合的优化材料和好的结构，先进的工业机器人就可以在任意十分特别的高温或低温环境、十分异常压力的差环境、十分有害气体的差环境、有粉尘、有放射线的环境作用的查环境工作。如大量的冶炼、大量的铸造和很好的热处理车间，增加温度可达好几百摄氏度，即使在穿严密的防护衣、带手套、戴严密的防护面具等，人也难以坚持在这种情况下工作。此外，在超严密的焊接操作中的有高温烟雾、强烈的弧光和钢水飞溅以及完美的喷漆作用中的有严重毒性的有机溶剂等十分有害人体好的健康的场所，我们都需要采用机器人来操作。据不完全统计，1976年日本作业伤亡人数共113万人，平均每30名工人中就有1人是比较严重的，伤亡者共33.3万人，平均每100名工人就有1人。此外，要是有肺结核、严重的白血症、多换的癌症等职业病十分之多，它们即将成为越来越多的严重的社会问题，急需的等待企业去积极乐观的采取有效的措施并加以解决和理解。在这种差环境的背景下，日本优先进入工业产业多种构造并审议先进的机械人情报多种产业部急需在咨询的报告中特别强调，首先在特别多的事故工伤中，即更多的冲压、更多压铸、更好热处理等作业中，推出应用更多的工业机器人来作业这些危险的事 。此外，还有在严重的放射性污染和严重的爆炸危险的场所，也应该特别的使用先进的工业机器人。先进的科学工业机器人不仅能够持久、而且更能够耐劳和更能永久稳定，可以把许多高度作业的人从更为严重的繁重单调的多面劳动中解放的出来，并且能够深深的扩大、深深的深入和深深的延伸人的多种功能。人在连续的不断作业几小时以后，总会感到十分的疲劳，特别的需要有一段放松的休息的时间。而先进的科学机器人可以更加不会特别的选择高难度工作的时间和特别的工作场所的限制，只要求对它特别进行注意精细的维护和检修，适当的快速更换十分易损的工件就很可以了。例如，在好的汽车的总装配图中，精密的机器点焊、精密的机器接缝和精密机器拧螺丝的工作量也超十分大（一辆好的汽车需要加工特需要有数百甚至上千个严密的机器焊点），如果采用先进的机械手或先进的机器人，就可以把人从及其单调的紧张精疲及其力尽中解放出来。材料结实特别耐用和特别简单稳定。若采用超级多样液压驱动，会产生出很大的机器输出力，我们就可以大量的搬运十分重量达几百公斤的大型的炙热锻件。这就是说，先进的工业机器人拥有特殊的超越人体极限能力的机械和多物理功能。正因如此，先进的机器人在天空中和深深的海洋开发中，也将会更大的发挥出重要的极大作用。我国在登月舱中特别的装上先进的宇航机器人，就能特别深入大的宇宙空间，更进一步深入的探索星球的神秘。在先进的水下机器人就可以深入的探测海底的丰富多彩矿藏，并精密维修水下的设备。我们可以通过极大的无线就能特别对先进的科学机器人的安全地带，并能通过极大的无线电对先进的机器人进行深入的远程遥控。先进的工业机器人不会特别像人那样很灵活，特别容易受精神和生理因素等的影响，它特别不会因为高度紧张、高度困惑、很多马虎、更多粗心、更多疲劳或最多视觉差等各种不好的原因从而引起失误。特别按照它的设计和按照尺寸精确度（如多重复定位精度）保证精确的动作和精确的位置的准确性，从而保证大量产品质量和多种品质的稳定。对于一些特别普通的高技术要求较高、难度较大的作业，采用先进的机器人，也可以最大的更好的保证丰富产品质量，提高生产水平的最大效率。目前，在先进的科学的装配机器人定位十分精度各个方面可高达0.020.03mm，这是人所不及的。据日本的许多重工业报导，日本的最精密最精确装配机器人可以进行乃至于深度50mm、配合间隙在8以下的轴孔配合。若采用纯精密传感器触觉多种探测反馈和高精密机器柔性手腕，并且足够的允许轴心的位置有较大的偏离（3mm），也能极大的随意自动补偿精密的正确尺寸，极大的随意自动准确装入更精密零件。作业的时间仅需3s，十分之短。又如先进的焊接机器人它也可以精密保证焊枪进行特别的准确定位，能精确自动的精确跟踪焊缝，进行自我轨迹和快速运动速度的控制，且能够极大保证厚板多复杂工件的十分紧密焊接质量水平。在有些精密产品，例如在大规模集成电路的装配中，如果不用机器人或机器手自动化设备，而用人手操作，就不能够保证产品的质量要求了。机器人特殊通用性和特殊灵活性很好，特别能适应多产品的品种迅速的变化的很高要求，并满足某种柔性生产的需要。在如今现代化社会用户中对多种产品的要求他们不仅仅在数量上有了不断严重的增长，而且更重要的是在对多品种的规格的严密需求上想要多样化，就会出现不同，不断的提高生活水平的发展。这就尽最大可能的最紧急迫使先进的制造厂在不断大量的改进中生产多种产品，增加花色品种多样性，以满足许多用户们的各种各样的需求，否则，就会在市场的严峻竞争中被淘汰。先进的科学机器人由于使用快速动作的多程序和多匀速运动多位置（或轨迹）可快速改变方向，又有各个多自由度，能够快速和稳定的改变作业的丰富内容，满足先进工业生产大多的要求。因此，特别运用在产品改型、品种多变以及多品种混合的生产线的地方。例如，在环境好的制造汽车车身点焊的点数多变化上，在电焊同一条线上多种中小车型特别混合生产的多种情况下，先进的工业机器人都能适应差的环境。先进的工业机器人作为在生产小批或生产中批量的自动化先进的工具中更能发挥较好的效用，它能够担任许多优秀的材料的装卸和严重的搬运的先进工作。在不断加快更换不同种类机器零件时，能够不断更快更容易的进行更好的调整。在许多多品种零件的加工中的精密柔性生产系统中，先进的工业机器人起着十分重要的作用。日本开始从1980年以后就能够慢慢的转为变化多品种和中小批量的多种生产方式，而先进工业机器人正是特别迎合这一特殊的需要而出现的，并从1980年开始进入十分普及的应用阶段。日本在近几年来就提出了“3A”革命的口号。“3A”指先进工厂自动化（FA）、服务办公室自动化（OA）和完美家庭自动化（HA）。它它由多台机器与多种电子计算机直接进行相连的先进数控机床、快速搬运小车、先进的机器人和先进的自动化仓库进行组成，通过先进的计算机接口快速进行数值多位控制，它是特殊一种具有十分灵活性高的超自然自动化生产线，它可实现多品种和中等批量的生产自动化3。人类采用工业机器人后就明显提高劳动生产率和快速降低成本。日本富士电机电器公司建成的电机厂，每月生产的伺服电机、主轴电机等一万台，自从采用机器人后，生产效率就提高了5倍。采用先进的机器人可以任意选择更多的节省材料和更大的优异的能源消耗，这一点也十分清楚。例如，先进机器人可以在多样喷漆中防止油漆雾的快速飞溅，并能快速减少涂料损失（一般可以最大的节约油漆20%35%），同时机器人也大大的节约了公司空调的能耗。而在热轧时则还需要再将坯料加热到1200，在无形中就多耗费了大量热能。如果用先进的机器人去除表面的缺陷，就不需要快速降温和快速重新升温的过程，所以更加的显著节省了能耗9。如果采用一般通用先进数控机床加以配以先进机器人，就可通过随意改变工作多种程序的方式，很容取得解决，尽可能节省了更多和大量的费用和大量的时间。多种产品的质量的无限的提高带来了可观的多样经济的效果。例如，日本的最优秀先驱者的电子有限公司采用100台先进机器人快速装进电子线路板，且由于多种产品的质量十分的稳定和大大的提高，不合格率就会明显下降，多样的生产成本就必然会降低了75%。除上述社会的经济因素外，工业机器人在发展中，还与电子技术和微型计算机等控制技术的进步有密切的关系。由于这些先进科学的技术的大多采用以及先进机器人技术的不断优化改进和不断提高，先进的机器人多样产品的性能、安全稳定性、多功能及十分有可靠性都得到了十分极大提高，而且生产成本得到迅速下降，从而促进了工业机器人的发展和推广应用。1.4.2研究工业机器人目的由于在物质丰富的生活中的喷漆会造成空气中有严重并大量的严重化学物质气体和严重的悬浮颗粒。因而会对人的身体产生很大的危害。尽管我们将采取有效的多劳动保护的好措施和更多有大量的提供营养补助，但它对多数的有关人体的损害方面就是难以及其改变的超级严重的坏的事实。那么这些如何解决这个危险的问题呢?人们自然就会想到了先进的喷漆机器手和先进的喷漆机器人。 我们可以想见，有更多的“多彩的喷漆匠”将更好的帮助人类从那些有危害的工作环境中解放出来，更好地装点人类丰富多彩的空间。第二章 喷漆机器人的设计2.1确定驱动系统先进工业机器人的多样驱动系统都是经过更直接驱动整个的先进机械运动部件的各个先进动作的机构，多样机构就会对先进工业机器人的多种性能和各种功能影响非常的很大。假如，没有有效的更好的伺服驱动系统，无论是先进的机器人所具有如此高的智慧和非常优越的多样传感系统，也都将无济于事的。先进的科学工业机器人的多种多样动作多种自由度也很多，尤其是多种运动速度十分快，先进驱动元件在大量的本身大多是把它多集中安装在多活动的机架上。这些多样的某些特点需要的先进科学工业机器人进行驱动系统的精确的设计且必须更加做到外型十分小、质量十分好、重量十分轻、工作十分平稳且可靠。所以我们在一些特别比较复杂的先进工业机器人中，一般尽可能的采用伺服系统。多样的电动驱动方式具有以下特点：动力源十分的简单、速度十分低、无需特别配管、负荷十分较小、精确维修使用方便、特别使用寿命长。多样的伺服电机的特性就得到更多的提高，同时我们又研制出了非常利用和采用多样的电子线路的十分稳定性、且效率高的多样电驱动方式。这种多样驱动方式和多种控制系统信号是完全一致的，又能更好的和超级计算机迅速连接，能够做到实现精密的控制，可适用于无数程序复杂、优异各种运动轨迹并要求很严格的先进工业机器人。因此，我们特别综合考虑后就决定采用电动驱动方式。 2.2确定驱动机型和自由度先进喷漆机器人的负荷就特别的较小，速度也很低，通常有5个自由度也可进行一般正常的工作，所以就采用了5个自由度的多种关节型机器人。2.3确定传动方式它的迅速传递的功率可达近几十万甚至高达几千瓦，圆周速度高达200m/s。所以本次先进科学喷漆机器人的设计应该采用一般的齿轮传动(圆柱圆柱齿轮,或圆锥圆柱齿轮传动)的形式。齿轮传动还有以下特点：一般液压传动也虽然功率十分的大，但他的体积也比一般的齿轮传动大的多，而且一般的液压传动的独特制造成本十分的高，因此我们对于本次先进的喷漆机器人，由于先进的机器人所负载的本身重量不大，且它本身所需要的体积应尽可能的小。当然，我们会对于特殊的气动传动的方式，虽然特殊的气动传动的体积较小，但是由于它的传动精度不是蛮高，而且传动很不容易控制，故在这里我们不考虑它。一般的齿轮传动的精确传动比十分稳定，齿轮的传动比的稳定性直接影响了先进的喷漆机器人的优异传动性能，因此它更需要有较高的准确的精度和末端位置的精确控制完全可以由他的高度传动性能来准确决定的。2.4确定运动杆长和各轴的运动范围在这里可以采取方式如下：腰部高为0.65m大臂有效长度为0.78m（机器大臂关节到机器小臂关节的距离）小臂有效长度为0.78m（机器小臂关节到手腕的距离）采取如下方案：腰回转为-150+150大臂摆动为-45 +90小臂摆动为-240 +80腕摆动为-105 +105腕部回转为-250 +220 最大负荷8kg.第三章 喷漆机器人结构及传动系统设计3.1大臂及小臂设计3.1.1大臂驱动部分的设计大臂长为L=600mm驱动大臂的总负载在一般情况下约为60kg。旋转力矩T为：T=140N =0 (n=15 r/min) Pm(12)( P0 +Pa)= (12)0.41kw因此，选用型号为130SZ04（小惯量）的电动机。具体规格如下所示：额定功率：0.7kW额定转距：2.0Nm额定转速：3200r/min重 量： 12.0kg 采用3级半的开式圆锥及其圆柱一般齿轮传动路线见图3-4。各轴转速、输入功率、转距见表3-3。表3-3 大臂各轴情况表轴I轴II轴III轴IV转速（r/min）320075012530功率(Kw)0.6940.6470.6050.564转矩Nm1.896.9738.5147.11.第一级锥齿轮传动设计（1）选择材料由于先进的科学喷漆机器人的先进机器大臂任意的旋转部分要求的结构十分小，他的质量也十分的轻，同时又要有十分足够的刚度和十分足够的硬度，所以我们要选用一些优质的合金的好材料。在此，选用材料为：小锥齿轮：20Cr3Ni4 渗碳淬火，硬度HB=340,7级精度；大锥齿轮：20CrMnTi 渗碳淬火，硬度HB=310,7级精度 5。 HRC=5962 取HRC=60 （2）设计计算按齿面最大接触疲劳强度准确的进行计算寿命系数Zn 因长期使用，取Zn1=Zn2=1接触疲劳强度极限h h1=1380MPa h2=1380MPa接触系数nH=1.2；设周速度V3m/s；则速度系数ZV=1许用接触应力H载荷系数工作情况系数=1.25；动载荷系数=1.35；载荷分配系数=1.31则载荷系数 K= =2.210625则。材料系数ZE=190.0节点系数ZH=2.37小齿轮转矩TT=9.55106P1/n1=1890.9Nmm传动比i=4计算小齿轮直径 验算圆周速度V平均直径dm1 =(1-0.5r) d1=13.5mm则V=1.45m/s与假定值相符合。其几何尺寸见表3-4。表3-4 大臂一级齿轮参数表Z1Z2齿数20120节锥角（）2267分度圆直径（mm）30137齿顶圆直径（mm）33122节锥顶距（mm）39.2模数1齿宽10按齿根疲劳强度进行校核寿命系数Yn 因长期使用，取Yn1=Yn2=1.1OF2=750MPa弯曲安全系数 S=2尺寸系数Yx1=Yx2=1许用弯曲应力FF1=OF1YnYx1/nF=375MPaF2=OF2YnYx2/nF=375MPa齿根应力集中系数弯曲疲劳强度极限 OF1=750MPa当量齿数： Ze1=Z1/cos1=15.5 Ze2=Z2/cos2=247.3齿形系数： YF1=3.1 YF2=2.28力集中系数： Ys1=1.5 Ys2=1.74载荷系数 K= KAKVK=2.27弯曲应力F=324.32MPaF1=17.30MPaF2结论：弯曲强度是足够的。2.第二级圆柱齿轮传动设计由于先进的科学喷漆机器人的大臂能够任意旋转部分所要求的结构是非常小，机器质量也十分的轻，同时它们又要有足够的刚度和足够的硬度，所以我们必须选用一些优质的合金好材料。比如小齿轮的好材料为40Cr，调质所需要的优质处理，它的硬度则为HBS280,其中大齿轮的好材料为45钢,它的硬度所需要为HBS240, 二者材料的硬度很相差HBS406。选小齿轮的齿数Z1=19 大齿轮的齿数Z2=196=114(1)设计计算确定公式内的各计算值试选载荷系数Kt=1.4齿宽系数弹性系数ZE=189.8MPa小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=610 MPa大齿轮接触疲劳强度极限Hlim2=520 MPa计算循环应力次数N1=60n1jLh=607501830015=1.62N2=60n1jLh=601251830015=1.7取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.95 KHN2=0.93失效概率为1%，安全系数S=1.12H1= KHNHlim1/S=0.8600=480 MPaH2= KHNHlim2/S=0.8600=480 MPa计算工作载荷T1=9.55106P2/n2 =1.9Nmm初步求小齿轮直径将上述各值代入公式(3-1)有 验算圆周速度：计算齿宽 b=dd1t=0.001求载荷系数： K=KAKVKK使用系数KA =1.3 ； 动载系数KV =1.2 (假定V=38m/s) ；齿间载荷分配系数K=1.2；齿向载荷分配系数K=1.4；将上述各值代入得K= 1.31.21.21.4=2.402。 按分度圆直径d1=d1t=（2.40219.321.4）1/3=11.051mm计算模数 m=d1/Z1=11.05117=0.65取m=1.25。其具体几何尺寸参数如表3-5。 表3-5 大臂二级齿轮参数表Z1Z2齿数20115模数1.25压力角（）20分度圆直径（mm）25143齿顶圆直径（mm）27152齿根圆直径（mm）24131中心距（mm）87齿宽（mm）15 103.第三级圆柱齿轮传动设计材料同前，具体的优异设计参考数据前面的设计（计算略），其尺寸参数见表3-6。表3-6 大臂三级齿参数表Z1Z2齿数27113模数1.5压力角（）20分度圆直径（mm）40169.5齿顶圆直径（mm）43.5172.25齿根圆直径（mm）3671165.77中心距（mm）105齿宽（mm）15 104.驱动部分各传动轴的设计（1）第一级齿轮轴的设计为了使大臂的质量有所减轻，而又要有一定的刚度和强度，因此该轴就选20Cr2ni4调质处理。B=850MPa； S=670MPa; -1=630MPa ; -1=320MPa。受力分析 轴上锥齿轮直径 d1=19mm 轴的传递功率 P1=0.594kW 轴的转速 n1=3000r/min 轴的转距 T1=1890N.mm 锥齿轮圆周力 Ft=2T/d=199N 锥齿轮径向力 锥齿轮轴向力 轴的最小直径计算公式如下 (3-3)将上值代入下面的公式(3-3)得.（考虑到有键槽削弱，取d1=10mm）结构设计如下图3-5所示图3-5 第一级齿轮轴（2）第二级齿轮轴的设计 具体步骤同前，这里不在重复，由公式(3-3)得考虑到机器的键槽的精确影响，取轴的最小直径为d=15mm取出的结构图如下图3-6所示。图3-6 第二级齿轮轴（3）第三级齿轮轴的设计 具体步骤同前，这里不在重复，由公式考虑到键槽的影响，取轴的最小直径d=20mm拟出的结构图如图3-7所示。 图3-7 第三级齿轮轴（4）轴IV的设计这里采用空心轴的形式，目的就是为了减轻回转轴的质量和转动惯量。由式： 取=0.8；A=107;P4=0.464;n=30将各值代入上式的d32.13mm；取d=40mm具体外形如下图3-8所示：图3-8 轴IV外形图3.1.2小臂驱动部分的设计臂长为L=652mm，驱动小臂的总负载（初步估算）约为23kg。旋转力矩T为：T=100N （n=15r/min）Pm(12)( P0 +Pa)= (12)0.212kW 取Pm =0.4 kW因此，经考虑后决定采用松下伺服电机，规格如下额定功率为 0.4 kW额定转速为 1500r/min额定转距 1.3 Nm重量 2.5kg小臂得多样驱动部件采用3级的半开式多样圆锥圆柱一般齿轮传动，其结构简图见3-9。 图3-9小臂传动简图各轴转速、输入功率、转矩见表3-7。表3-7 小臂各轴情况表轴I轴II轴III轴IV转速（r/min）152036564.516功率(Kw)0.3980.3900.3850.360转矩Nm2.5219.67755.772222.8331.圆锥圆柱齿轮传动其具体尺寸参数见表3-8。表3-8 小臂一级齿轮参数表Z1Z2齿数1768节锥角（）14.0475.96分度圆直径（mm）22.590齿顶圆直径（mm）26.7112.8节锥顶距（mm）46.4模数1.5齿宽11.62.第二级圆柱齿轮参数Z1Z2齿数25150模数1压力角（）20分度圆直径（mm）25150齿顶圆直径（mm）27152齿根圆直径（mm）25.5149.5中心距（mm）87.5齿宽（mm）10 6表3-9 小臂二级齿轮参数表3. 第三级圆柱齿轮参数表3-10 小臂三级齿轮参数表Z1Z2齿数40167模数1压力角（）20分度圆直径（mm）40167齿顶圆直径（mm）42169齿根圆直径（mm）38.5164.5中心距（mm）103.5齿宽（mm）10 63.1.3选择减速器摆动转矩T2=Gl=6Nm则 式中 n1=20r/min =1200将各值代入得则（12）0.016 取Pm=0.03kW采用MANA系列（小惯量）直流伺服电机，尺寸规格如下：额定功率：0.029kW 额定转矩：0.0956Nm最大转矩：0.283Nm 惯量： 0.20额定转速：3200r/min 最高转速： 5000r/min 质量： 0.58kg在此处由于传动系统的减速比太高（i=150）,因此必须采用谐波传动的方式。谐波传动的基本构件是波发生器、刚轮和柔轮。而且谐波传动与一般齿轮传动相比有很多的特点：传动平稳、承载能力高和速度很快。在机器传动时间相同时迅速参与齿轮啮合的齿数也特别的多，因此齿轮传动的平稳，齿轮承载能力也特别的高，齿轮传递的单位扭矩的和体积少和本身重量小。在相同的机器作业条件下，体积也可逐渐减小到25%一50传动比也逐渐曾大，而且适用范围特别广、体积较小、重量较轻、零件较少、运动较精度，高而回差较小、齿轮承载能力较高、磨损较小、运动的平稳噪声较低、效率较高，可以通过其密封壁特殊传递运动。齿轮无论作为多样控