关节型机器人腕部结构及控制系统设计
c． 计算轴的支撑反力 在水平面上
l23341.9?2?2?7.13N FNH1?l233l1?39?22Fr
在垂直面上
FNV1?Ft?114N
d． 画弯矩图 见图4－2 在水平面上，a—a剖面左侧
MH?FNH1?L1?7.13?39?278Nmm
a—a 剖面右侧
M'H?Ftl2?24?33?2?396N mm 2在垂直面上
MV??Fnv1l1?114?39?2?2223Nmm 2合成弯矩，a—a剖面左侧
2?2434Nmm Ma?MH?MV?3962?222322a—a剖面右侧
M'a?M'H?M'V?3962?3962?560Nmm
22e． 画转矩图 见图4－2 T?Ftf. 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。
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d40?114??2280N22mm
关节型机器人腕部结构及控制系统设计
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-?889.5mm32d2?443M2?(?T)216102?(0.6?2280)2 ?e??????
W889.5h. 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
2bl(d?t)2342?70?(40-3)W?0.2d-?0.2?44-?1369.9mm3 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
M1369.9??1.53MPa， 弯曲应力 ?b?W889.5应力幅 ?a??b?1.53Mpa 平均应力 σm=0 切应力 ?T?T2292??2.46Mpa WT818.4 ?a??m?安全系数 S???T2?0.74Mpa
?K?1?3001?1.53?0.2?01.0?0.95?186.4
????a????m
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关节型机器人腕部结构及控制系统设计
S???K?1?1551.8?0.74?0.1?0.741.0?0.92?99
??? S?
?a????mS?S?S??S?22?186.4?99186.4?9922?86.75
查许用安全系数[S]=1.3～1.5，显然S>[S]，则a—a剖面安全。
6.3提腕的输出轴的设计。
a:轴的材料为45号刚，调制处理。
（1）. 求输出轴上的功率P3，转速n3和转矩T3
取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）??????，则
P3?P???0.6?0.97?0.97?0.564KW
11 n3?n1?2000??125 r/min
i16P30.564?9550000??43089.6N?mm T3?9550000N3125
（2）初步确定轴的最小直径 取A0=112，于是得dmin=A030.564P3=112?3=18mm n3125输出轴的最小直径显然是安装轴承的直径d1=20mm,L1=16mm。 轴段2的直径d2根据齿轮的尺寸选择d2=39mm,L2=36mm。
轴段3由于轴段3要固定在箱体上而且要起到连接转腕部分的箱体，所以考虑下来选择d3=20mm,L3=65mm。
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（3）轴的强度校核
a． 轴上的转矩T： 主轴上的传递的功率：
P3?P???0.6?0.97?0.97?0.564KW
11 n3?n1?2000??125 r/min
i16P30.564?9550000??43089.6N?mm T3?9550000N3125求作用在齿轮上的力：
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d'?mtz'?2?20?40(mm)2T32?43089 ??538.6(N)d3'160Fr?Fttg??59.65?tg20??21.71(N)Ft? Fr?Fttg?tg20?538.6??198.01N cos?cos8 Fa?Fttg????????tg8?75.69N b． 画轴的受力简图 见图4－2 c． 计算轴的支撑反力 在水平面上
l22?198.01?18?70.57N FNH2?L3l232.5?18?22FrFNH1?Fr-FNH2?198.01-70.57?128N 在垂直面上
FNV1?FNV2?Ft?269.3N 2d． 画弯矩图 见图4－2 在水平面上，a—a剖面左侧
?l1l2?MH?FNH1?????128?(16?36)?6656Nmm
?22?a—a 剖面右侧
?L2L3?M'H?FNH2????70?(18?32.5)?3535mm
?22?在垂直面上
?l1l2?MV??Fnv1????269.3?26?7001Nmm
?22?
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