关节型机器人腕部结构及控制系统设计
选Kt?1.3。
求许用接触应力和许用弯曲应力：
??H1???H1limZN1?580?1.1?638MPaSHmin1??H2???HlimZN2?580?1.02?591.6MPaSHmin1??F1???F1limYSTSFminSFmin230?2YN1??1MPa?306.67MPa1.51.5
??F2???F2limYSTYN2?210?2?1MPa?280MPa将有关值代入（4－1）得：
?ZHZEZ?d1t?3?????H2??2KtT1u?1???ud?22?1.8?189.8?0.9?2?1.3?121002?1?3??mm ?591.60.82???45.45mm则v1??d1tn160?1000???45.65?200060?1000?4.552m/s
z1v120?4.752?m/s?0.936m/s 100100动载荷系数Kv?1.0；使用系数KA?1；动载荷分布不均匀系数K??1.02；齿间载荷分配系数Ka?1，则KH?KAKvK?Ka?1.01?1.0?1.02?1.0?1.03 修正d1?d1t3KH1.03?45.65?3?40.41mm Kt1.3m?d140.41?mm?2mm z120取标准模数m?2mm。 c.计算基本尺寸
d1?mz1?2?20?40mmd2?mz2?2?80?160mm22 ?z1?z2?40?160a?m??100mmd. 校核齿根弯曲疲劳强度
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复合齿形系数YFS1?4.1，YFS2?3.8
取 Y??0.7 校核两齿轮的弯曲强度
?F1? ?2KT1?dz1m23YFS1Y? （4－3）
2?1.03?12100?4.1?0.7MPa
0.8?202?2.53?111.02MPa???F1?
?F2??F1?YFS23.8?110.02?MPa?103.97MPa???F2? YFS14.1所以齿轮完全达到要求。
表5－4齿轮的几何尺寸
名称 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 齿槽宽 中心距 顶隙
符号 公式 d d1?mz1?2?20?40mmd2?mz2?2?80?160mm ha ha?ha?m?1?2?2mm hf h da1 df1 hf?(ha??c?)m?(1?0.25)?2?2.5mm h?ha?hf?2?2.5?4.5mm da1?d1?2ha?44mm da2?d2?2ha?164mm df1?d1?2hf?33.75mmdf2?d2?2hf?158.75mm db1 db1?d1cos??37.56mmdb2?d2cos??150.24mm p??m?3.14?2?6.28mm s??m/2?3.14mm e??m/2?3.14mm p s e a c a?(d1?d2)/2?100mm c?c?m?0.25?2?0.5mm 第二级传动使用圆柱齿轮传动，齿轮采用45号钢，调质处理后齿面硬度180~190HBS，齿轮精度等级为7极。取z1?20,则z2?4?20?80。经计算齿轮满足要求。
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表5－5齿轮的几何尺寸
名称 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 齿槽宽 中心距 顶隙
符号 公式 d d1?mz1?2?20?40mmd2?mz2?2?80?160mm ha ha?ha?m?1?2?2mm hf h da1 df1 hf?(ha??c?)m?(1?0.25)?2?2.5mm h?ha?hf?2?2.5?4.5mm da1?d1?2ha?44mm da2?d2?2ha?164mm df1?d1?2hf?33.75mmdf2?d2?2hf?158.75mm db1?d1cos??37.56mmdb2?d2cos??150.24mm p??m?3.14?2?6.28mm s??m/2?3.14mm db1 p s e a c e??m/2?3.14mm a?(d1?d2)/2?100mm c?c?m?0.25?2?0.5mm 5.3摆腕腕部分齿轮设计
第一极圆柱齿轮传动：齿轮采用45号钢，调质处理后齿面硬度180~190HBS，齿轮精度等级为7极。取z1?20,则z2?2?20?40。经计算齿轮满足要求。小齿轮作成齿轮轴。
a. 设计准则
按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 b.按齿面接触疲劳强度设计
齿面接触疲劳强度条件的设计表达式
?ZHZEZ?d1t?3??[?]H??2KT1u?1? （4－1） ??ud?2其中， ?d?0.8，u?2，
Z??0.90，ZE?189.8MPa，ZH?1.8，
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P=mgV=10*10*3=300w/s n=150r/s
P0.3T1?9.55?106?9.55?106?12100N?mm
n150选择材料的接触疲劳极根应力为：
?H1lim?580MPa ?H2lim?560MPa
选择材料的接触疲劳极根应力为：
?F1lim?230MPa ?F2lim?210MPa 应力循环次数N由下列公式计算可得
N1?60n1at （4-2）
?60?2000?300?8?16
?4.23?109
N14.23?109??2.16?109 则 N2?u2接触疲劳寿命系数ZN1?1.1,ZN2?1.02 弯曲疲劳寿命系数YN1?YN2?1
接触疲劳安全系数SHmin?1，弯曲疲劳安全系数SFmin?1.5,又YST?2.0，试选Kt?1.3。
求许用接触应力和许用弯曲应力：
??H1???H1limZN1?580?1.1?638MPaSHmin1??H2???HlimZN2?580?1.02?591.6MPaSHmin1??F1???F1limYSTSFminSFmin230?2YN1??1MPa?306.67MPa1.51.5
??F2???F2limYSTYN2?210?2?1MPa?280MPa将有关值代入（4－1）得：
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?ZHZEZ?d1t?3?????H2??2KtT1u?1???ud?22?1.8?189.8?0.9?2?1.3?121002?1?3??mm ?591.60.82???45.45mm则v1??d1tn160?1000???45.65?200060?1000?4.552m/s
z1v120?4.752?m/s?0.936m/s 100100动载荷系数Kv?1.0；使用系数KA?1；动载荷分布不均匀系数K??1.02；齿间载荷分配系数Ka?1，则KH?KAKvK?Ka?1.01?1.0?1.02?1.0?1.03 修正d1?d1t3KH1.03?45.65?3?40.41mm Kt1.3m?d140.41?mm?2mm z120取标准模数m?2mm。 c.计算基本尺寸
d1?mz1?2?20?40mmd2?mz2?2?80?160mm22 ?z1?z2?40?160a?m??100mmd. 校核齿根弯曲疲劳强度
复合齿形系数YFS1?4.1，YFS2?3.8
取 Y??0.7 校核两齿轮的弯曲强度
?F1? ?2KT1?dz1m23YFS1Y? （4－3）
2?1.03?12100?4.1?0.7MPa
0.8?202?2.53?111.02MPa???F1?
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