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对于空心轴：d?A03d1P???0.5则计算查表取，取A?10304dn(1??)得,d?66mm,d1?0.5d?33mm
根据扭转强度及刚度计算，d'?17.23T1? 43[?]1??[?]——许用扭转剪应力，查表取为[?]?30，则d'?59.4mm,所以这里取d?66mm.
[2]输入轴（如下图）：
轴承套筒联轴器Φ45Φ60Φ501459323274561590图5-3 输入轴结构示意图
初步估算轴的直径：
[3]
dmin?A03P1.3161?1103?32.4mm n151.7241 输入轴的最小直径是安装联轴器处的直径d5?6。为了使所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器。考虑到键槽对轴强度削弱的影响，轴径增加5%~7%。从设计手册上查得，采用弹性柱销联轴器HL3YC35?60，GB/T5014-2003，其公称转矩Tn?630N.m，许
YB35?82用转速[n]?5000r/min，轴径在30~38之间，故取d5?6?35mm，半联轴器长L=82mm.
轴的结构设计：
为使半联轴器轴向定位，5-6段左端需制出一轴肩，并考虑套筒的内径尺寸和半联轴器的安装长度，故取d4?5?15mm。因半联轴器与轴配合部分的孔长度为82mm，为保证套筒轴向定位，故5-6段的长度取L5?6?90mm。根据轴的受力，选用角接触球轴承。为了便于轴承装
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Φ35R5长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 （论 文）
配，取装配轴承处的轴径d3?4?50mm，初选角接触球轴承46310，其基本尺寸为
d?D?B?50mm?110mm?27mm，与其配合轴段L3?4?27mm。由轴承端盖的结构设计，
取L4?5?15mm。为使右端滚动轴承轴向定位，且便于轴承的装卸，由手册查得46310轴承的安装轴径d2?3?60mm。左端为齿轮轴部分参数由齿轮参数确定。齿轮端面至箱体内壁距离取为a=10mm,滚动轴承应距e=5mm（轴承油润滑），齿轮2与齿轮4之间的距离c=20mm，故通过计算得L2?3?93mm。轴上各段直径和长度基本确定。
轴的校核：
由所确定的结构图可确定出简支梁的支撑距离L1?129mm, L2?118.5mm,据此可求出齿轮宽度中点所在的截面B的MH、MV、Mca。
齿轮的圆周力：Ft?2T1?5N d1齿轮的径向力：Fr?Ft?tan20??2N 齿轮的轴向力：Fa?0
水平面内所受支反力为： FH1?Ft?5N 垂直面内支反力为： FV1?Fr?2N
水平面弯矩：MH?FH1L1?645N.mm 垂直面弯矩：MV1?FV1L1?258N.mm 合成弯矩：M1?MH2?MV12?695 N.mm
转矩按脉动循环变化计算，取??0.6得：?T1?0.6?253.1554?152 N.mm
Me?M12?(?T)2?678 N.mm
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩及扭矩的截面强度。
M2?(?T)2Me2?ca???0.05MPa?[??1]?60MPa，所以轴的强度足够。
WW绘制当量弯矩图、转矩图如下：
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FFFratnFFv1H1TL1L2FtFHH1FHMFaMFv1HFMv1tFvMv2M1TMca1 M2MMTvaMca2 Mca aT
图5-4 轴的受力图
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[3]齿轮连接轴，轴的尺寸确定部分原理同输入轴部分，轴上各部分尺寸如下图：
10075Φ68Φ20Φ30170255
图5-5 齿轮连接轴结构示意图
齿轮校核部分原理同输入轴部分，这里从略。 5.3 机械手手臂部分设计及计算 5.3.1机械手手臂结构设计的原则：
手臂的作用是在一定载荷和一定速度下，实现机械手要求空间中的运动，在进行设计时，一般遵循以下原则：
（1）应尽可能使各关节轴相互平行，相互垂直的手应尽可能相交于一点，这样可以使其运动学正逆运算简化，有利于控制。
（2）机械手手臂机构与尺寸应满足机器人工作空间的要求
（3）为了提高机械手的运动精度与控制精度，应在保证机械手臂有足够的强度与刚度的条件下，尽可能从结构与材料上设法减轻手臂的重量，力求选用高强度的轻质材料，所以本次设计除基座外，各个手臂的壳体部分我选择了复合材料。同时进行手臂的结构优化设计，在保证所需强度与刚度的条件下，减轻机械手手臂的重量。
（4）机械手各关节的轴承间隙应尽可能减小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。
（5）机械手手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电动机负载和提高机械手手臂运动响应速度是有益的。在设计机械手手臂时，应尽可能利用在机械手手臂上安装的机电元器件与装置的重量来减少机械手手臂的不平衡重量，必要时还须设计平衡机构来平衡残留下的不平衡重量。
（6）机械手手臂在结构上要考虑个关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及内部电缆等的安装。
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5.3.1.1机械手大臂部分电动机的选择
[1]
由于重量为小臂及负载的和，故初步设置如下：
?设置启动角度??18,z则启动角速度?????0.314rad/s，设置启动时间ta?0.1s。
取?=200mm。设回转零件为一个半径为60mm，长400mm,重30Kg的圆柱形零件。
手臂回转的驱动力矩M驱，应该与手臂运动时所产生的惯性力矩M惯，以及各支撑处摩擦阻力矩M摩相平衡。即 M驱?M惯?M摩
惯性力矩的计算M惯?J????? ?(J0?Jc)?tata其中，J0?G2?? g计算Jc时，可把形状复杂的零件近似看成圆柱体，则
Jc?Jc?m2(l?3R2) 1230(4002?3?602)?0.427Kg?m2 12J0?30?0.22?1.2Kg?m2
M惯?(2.05?19.2)?0.314?5.11N?m 0.1各支撑处摩擦力矩M摩粗略估算为M摩?0.03M惯?0.15N?m
所以，M驱?M惯?M摩?5.26N?m 所需电机的输出功率为：P0?Tl?Nl
9550???=?减?联?3?4?5?62=0.96?0.99?0.98?0.99?0.95?0.972=0.824
所以 P0?T?n5.26?8??5.34?10?3kw
9550??9550?0.82422飞轮矩的计算： (GDl)?4gJ?4?9.8?21.25?63.78N?m
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