转换到电机上的转矩为
M电===17.71N·m
根据要求M电 4.4手臂 4.4.1手臂作用概述 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。 4.4.2电机选择 由上可知，自大手臂往后的各轴，其重量都算在大手臂的负荷上。所以，大手臂的转动惯量也不小。必须仔细计算往后的零部件的转动惯量再来选择电动机。 大手臂的转动惯量; J2=（a2+b2+c2+d2）+mp2=（0.22+0.12+0.122+0.062）+44.8×0.352=5.742kg.m2 电动机转动惯量 J电2=8.5×0.42=1.366kg.m 摆线减速器转动惯量： J减=150×0.452=30.375kg.m 大手臂总惯量： J总=5.742+1.366+30.375=40.602kg.m 所以电动机的转矩为 M电=14.17N.m 根据要求M电 J3=34×0.2=1.36kg.m 2 2 222 - 12 - 电动机转动惯量 J电3=100×0.52=25kg.m 摆线减速器转动惯量 J减3=150×0.452=30.375kg.m 所以小手臂总的转动惯量为 J总=23.43+1.36+25+30.375=80.165kg.m 对应在电动机上 M电=9.45N.m 根据要求M电 2 22 4.5传动结构设计计算 机器人传动方案已经确定为直流力矩电机传动，电动机功率为P=3KW，转速为1000r/min 4.5.1大臂设计 因为伺服电机是经过了调速的，所以输出端的速度很低，因此低速级选用直齿圆柱齿轮传动。小齿轮材料选用了40Cr，调质处理，硬度241-286HBS。大齿轮材料ZG35CrMo，调制处理，硬度190-240HBS，精度8级。 取小齿轮齿数Z1=20，则Z2=i，Z1=5×20=100，大齿轮齿数Z2＝100。 根据齿面接触疲劳强度 6×（1）T1=9.55×106?P1/n1??=9.55×10×(3/75)×0.99=378180Nmm （2）初选载荷系数为Kt=1.4 （3）查表取齿宽系数为φd=1 （4）查表取弹性系数为ZE=188.9MP （5）查表取节点区域系数为ZH=2.5 （6）根据齿轮的硬度查表取小齿轮的接触疲劳强度极限为?Hlim1=1150MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限为?Hlim2=1120MPa。 （7）取工作寿命为15年，每年工作250天，2班制 小齿轮的应力循环次数N1=60n1jLh=60×75×15×250×16=2.7×108 大齿轮的应力循环次数N2=N1/5=5.7×107 确定传动尺寸 1 2a - 13 - （1） 初算小齿轮分度圆直径d1t，代入【δH】中较小值 d1t=29.04mm （2）按K值对d1t进行修正 ??56.85?15004.46m/s 由圆周速度v= ?dn??60?100060?1000 查表取动载荷系数为Kv=1.20 查表取齿间载荷分布系数为K?=1.2 查表取齿向载荷分布系数为K?=1.07 查表取使用系数为KA=1.00 所以载荷系数K=KA?Kv?K??K?=1.54 按K值对d1t进行修正 K1.543d?d?31t56.85? 1==58.68mm Kt1.4（4）确定模数m以及主要尺寸 m=d1/Z1=2.93mm，取整m=3mm。 中心距a=m(Z1?Z2)/2=3??20?100?/2=180mm 分度圆直径d1=m?Z1=60mm，d2=m?Z2=300mm 齿宽b=?d.d1=60mm，取小齿轮齿宽b1=70mm，大齿轮齿宽b2=65mm ???c??.m=3.75mm 齿顶高ha1=ha2=ha?m=3mm，齿根高hf1=hf2=?ha确定各个参数数值 （1）查表取弯曲疲劳寿命系数YN1=0.95，YN2=0.98 （2）查表取齿形系数和应力校正系数 （3）查表取齿宽系数为φd=1 （4）查表取弹性系数为ZE=188.9MPa2 （5）查表取节点区域系数为ZH=2.5 （6）根据齿轮的硬度查表取小齿轮的接触疲劳强度极限为?Hlim1=1150MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限为?Hlim2=1120MPa。 （7）取工作寿命为15年，每年工作250天，2班制 小齿轮的应力循环次数N1=60n1jLh=60×75×15×250×16=2.7×108 大齿轮的应力循环次数N2=N1/5=5.7×107 1- 14 - 4.5.2小臂设计 （1）四杆机构设计计算 搬运机器人的小臂的俯仰动作是通过铰链四杆机构来完成的，安装在驱动力臂上的直流伺服电机通过铰链四杆机构驱动小臂实现俯仰运动。采用铰链四杆机构的目的是把直流伺服电机放到驱动力臂上，减轻小臂的重量，也降低了大臂驱动装置的负载，减少运动过程中产生的动载荷与冲击，提高整个搬运机器人的响应速度。 这个铰链四杆机构共有三种设计方案，分别是双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇对于双曲柄机构来说机架为最短边，又因为大臂为机架而且长度为665mm，如果采用双曲柄机构，其它杆的杆长太长，而且上一章确定小臂的长度为630mm，因此双曲柄机构不符合要求。对于双摇杆机构来说机架为最短边的对边，既大臂与最短杆相对。如果采用双摇杆机构，会导致其他两杆的长度过长，在一定方向上占有的空间太大，而且小臂的俯仰角度不好确定，势必会增加设计难度。综合以上分析，在这里采用曲柄摇杆机构具体如图4.1所示。ab边代表大臂，长度为1000mm，ad边代表底杆,长度为400mm，dc边代表后杆，长度为1000mm，bc边代表小臂长两个连接点间的部分，长度为200mm。ab边为机架，ad边为摇杆，bc边为曲柄。这种结构首先满足了bc边长度小于小臂长度这一条件，而且所占的空间小，底杆和后杆的质量比其他两种方案要小. 图4.1四杆机构示意图 (2)齿轮的设计与校核计算 电磁式直流伺服电机经调速后要通过一个齿轮组来传递动力，再通过齿轮带动铰链四杆机构运动，从而实现小臂的俯仰运动。 选定材料、热处理方式、精度等级及齿数 因为电磁式直流伺服电机是经过调速的，所以输出端的速度较低，因此低速级选用直齿圆柱齿轮传动。 - 15 - 选择小齿轮材料40Cr，调质处理，硬度241-286HBS。大齿轮材料ZG35CrMo，调制处理，硬度190-240HBS，精度8级。 取小齿轮齿数Z1=24，则Z2?i1Z1=5×24=120，大齿轮齿数Z2＝120。 按齿面接触疲劳强度设计 确定各个参数数值 （1） 64×T1=9.55×106×?P1/n1??=9.55×10×(0.4/0.75)×0.99=5.04×10Nmm （2）初选载荷系数为Kt=1.4 （3）查表取齿宽系数为φd=1 （4）查表取弹性系数为ZE=188.9 （5）查表取节点区域系数为ZH=2.5 （6）根据齿轮的硬度查表取小齿轮的接触疲劳强度极限为?Hlim1=1150MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限为?Hlim2=1120MPa。 （7）取工作寿命为15年，每年工作250天，2班制 小齿轮的应力循环次数N1=60n1jLh=60×75×15×250×16=2.7×108 大齿轮的应力循环次数N2=N1/5=5.7×107 （8）查表取接触疲劳寿命系数为ZN1=1.08，ZN2=1.19 （9）取安全系数为SH=1 ??H?1= ?Hlim1.ZN1?Hlim2.ZN2SH=1242MPa =1332.8MPa SH确定传动尺寸 ??H?2= （1）初算小齿轮分度圆直径d1t，代入??H?中较小的值 42?1.4?5.04?105?1?188.9?2.5?d1t?3????=29.04mm 15?1242?2 （2）按K值对d1t进行修正 60?100060?1000查表取动载荷系数为Kv=1.075 由圆周速度 v??dn???29.04?1500=2.28m/s 查表取齿间载荷分布系数为K?=1.2 - 16 -