关节型机器人腕部结构及控制系统设计
图4－2轴的受力分析和弯扭矩图
a． 轴上的转矩T：
主轴上的传递的功率：P轴?p?0.8?0.48kw
T?9.55?106?Pn ?9.55?106?0.482000
?2292Nmm
求作用在齿轮上的力：d'?mtz '?2?20?40(mm)F2Tt?d'?2?2292?114.6(N) FFr?FFttgtcostg?40????59114.65.6??tgtgcos2020r?8??2141.719 (N)Fa?Fttg??114.6?tg8?16.1N b． 画轴的受力简图 见图4－2 c． 计算轴的支撑反力
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4-8）
（ 关节型机器人腕部结构及控制系统设计
在水平面上
Frl4FNH2?2?41.9?21l33?5?21?8.54N
2?l3?l42FNH1?Fr-FNH2?24-8.54?15.46N 在垂直面上
FNV1?FNV2?Ft2?29N d． 画弯矩图 见图4－2 在水平面上，a—a剖面左侧
MH?FNH1???l6?2?l5?l4?2???15.46?49?757.54Nmm
a—a 剖面右侧
M'F?l4?H?NH2??l2?l3?2???8.54?59?503.86mm
在垂直面上
MFnv1??l6?2?l5?l4?V??2???29?49?1421Nmm
MV2??15?49??735N
合成弯矩，a—a剖面左侧
Ma?M2222H?MV?757.54?1421?1610Na—a剖面右侧
M'a?M'222H?M'V?503.862?735?890.63Nmm
e． 画转矩图 见图4－2 T?Fdt2?114?442?2508Nmm
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mm 关节型机器人腕部结构及控制系统设计
f. 判断危险截面
a—a截面左右的合成弯矩左侧相对右侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要左侧满足强度校核就行了。
g.．轴的弯扭合成强度校核 许用弯曲应力
σ]=[σ[1bσ0]b=100Mpa，]=60Mpa，[σ1]b[60α===0.6
100σ0]b[a—a截面左侧
2bl(d?t)2350?70?(44-3)W?0.1d-?0.1?44-?818.4mm32d2?443M2?(?T)216102?(0.6?2508)2 ?e??????
W818.4h. 轴的疲劳强度安全系数校核
查得抗拉强度 σB=650Mpa，弯曲疲劳强度?1?300Mpa，剪切疲劳极限
?1?155Mpa，等效系数ψσ=0.2， ψτ=0.1
a—a截面左侧
bl(d?t)242?70?(44-3)23W?0.2d-?0.2?44-?1462.9mm3
2d2?443ετ=0.92；轴经磨削查得Kσ=1，Kτ=1.8；查得绝对尺寸系数???0.95，
加工，表面质量系数β=1.0。则 M1360.57??1.66MPa， 弯曲应力 ?b?W818.4应力幅 ?a??b?1.66Mpa 平均应力 σm=0 切应力 ?T?T2292??2.46Mpa WT818.4 ?a??m??T2?0.73Mpa
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安全系数 S???K?1?3001?1.66?0.2?01.0?0.95155?180.7
??? S???a????m?K?1???? S?2?a????m1.8?0.73?0.1?0.731.0?0.92?100
S?S?S??S?2?180.7?100180.7?10022?88.15
查许用安全系数[S]=1.3～1.5，显然S>[S]，则a—a剖面安全。
6.2提腕的输入轴的设计与校核。
a:轴的材料为45号刚，调制处理。 1 求输入功率，转速和转矩。
根据电机的基本参数可以知道p1=0.6kw
n1=2000r/min T1=9550000?0.6?2000?2860N/mm 2初步确定轴的最小直径。 取A0=112，于是得dmin=A03P0.6=112?3=10mm n2000 根据联轴器的型号选轴的最小直径是12mm。 所以轴段1d1=12mm,L1=39mm.
轴段2是齿轮轴，根据齿轮的尺寸确定d2=40mm,L2=33mm。
2.2轴的强度校核
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a． 轴上的转矩T：
主轴上的传递的功率：P轴?p?0.8?0.48kw T?9.55?106?Pn ?9.55?106?0.482000 ?2292Nmm
求作用在齿轮上的力：
d'?m'tz?2?20?40(mm)F2Tt?d'?2?229240?114.6(N) Fr?Fttg??59.65?tg20??21.71(N) Fr?Fttg?cos??114.6?tg20cos8?42.1N Fa?Fttg??114???tg8?16.1N
b． 画轴的受力简图 见图4－2
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