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手腕手爪部分重量为m?15kg
G?mg?15kg?10N/kg?150N（其中重力加速度取g?10N/kg） ..........................（5.1） 轴向载荷为Fma?150N （3）初算导程：
丝杠螺母转速为n?2000r/min，直臂移动速度为v?167mm/s
nm?n?2000r/min
初算导程为Ph?v/nm?4.99mm，所以选取Ph?5mm （4）选工作寿命：Lh?20000h （5）由表查得，
'Cam?fwFma(60nmLh)1/3/100fafc?2677.7N， .............................................................（5.2） ''?feFma?1005N Cam式中，查机械手册得，精度系数为fa?0.9 查机械手册得，可靠性系数为fc?1 查机械手册得，载荷性质系数为fw?1.2 查机械手册得，预加载荷系数为fe?6.7 所以，Cam?2677.7N
（6）静载计算：由机械手册查得，fsFamax?300N，式中fs?2 ..........................（5.4） （7）选取滚珠丝杠型号：采用外循环导珠管埋入式CDM 1605-3.5-P5型。 其中d0?16，d2?13.5，Ph0?5，Ca?11.1kN，Coa?24.6kN 故满足承载能力要求。
1（8）计算预紧力：FP?Famax?50N，Famax?Fam ................................................（5.5）
3（9）dn值校验
由机械手册查得，d0nmax?16?2000?32000?70000，故符合要求。 （10）临界转速校核
nc?107fd2/L2r/min ....................................................................................（5.6） c2?2507式中，查机械手册得，f?21.9
lc2?ldown?1086mm
n?0.8nc?0.8?2507r/min?2006r/min 故满足转速要求 （11）螺杆强度：
螺杆材料为45钢，经调质处理，其许用应力为[?p]?60MPa
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螺杆当量应力为：
?ca?(4F2T14?1502120)?3()?()?3()2?1.13MPa?[?p] ....（5.7） 2323?d20.2d23.14?13.50.2?13.5式中，T1?9.55P1?120N?mm n故符合强度要求 (12)系统刚度计算Kb
机械刚度的指标称为刚性，滚珠丝杠的刚性取决于螺母与螺杆之间轴向负荷珠槽接触刚性及由螺杆轴的刚性来决定。机械驱动系统总刚性的惯性经由测试，可将螺帽—螺杆及钢珠—珠槽两者间的刚性合二为一，成为螺帽刚性Kn，因此
111 ....................................................................................................（5.8）??KbKSKn11FP311.7d217.752)?0.8?442()3?617.6 KS?16.8??16.8??4.32Kn?0.8?R(0.1C0.1?25.6l024502?Kb?11??4.35N/?m KsKn5.3 锥齿轮设计
锥齿轮传动的特点：圆锥齿轮的简称是锥齿轮，它是用来实现两相交轴之间的传动的,轴角称为两轴交角S，根据传动需要来确定它的值，一般情况下采用90°。在截圆锥体之上排列着锥齿轮的轮齿，轮齿从齿轮的小端到大端逐渐延伸变大，如下图所示。由于这个特点，在圆柱齿轮中的每个有关\圆柱\的名称在锥齿轮中就变成了\圆锥\，如节锥、基锥、分度锥、齿顶锥等。其轮齿有曲线齿、斜齿和直齿等形式。斜齿和直齿形式的锥齿轮计算设计、机械制造和安装都比较简单，不过因为有比较大的噪声，所以多用在低速传动中（＜5m/s）；曲线齿锥齿轮具有噪声小、传动平稳和承载的能力相对较大等特点，多用于高速重载的场合。此次采用S=90°的标准直齿锥齿轮传动设计。
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图5.4 锥齿轮
计算条件：负载转矩为T1?0.120N?m，直线锥齿轮，传动比为为i?锥齿轮转速为n1?3000r/min,n2?2000r/min
材料选为45钢，经调质处理，齿面硬度为HBS=217~255， 齿面粗糙度为RZ1?RZ2?3.2?m 锥齿轮设计计算： 1.初步计算：
电机轴端齿轮转矩为T1?0.120N?m 载荷系数为K?1.5 齿数比为i?1.5
'?1.1， 估算时，安全系数取为SH'接触疲劳强度极限知?Hlim?525MPa
n03000??1.5，n2000因此在估算时的齿轮的许用接触应力?3估算结果为：de'1?1951'HP?'?Hlim'SH?525（5.9） MPa?477MPa ................
1.11.5?0.120?15.76mm
1.5?4772所以得de'2?ide'1?23.64mm
考虑到丝杠需要从锥齿轮2的中心穿过，并且所选用丝杠的公称直径为d0?16mm，丝杠螺母为D1?36mm，因此取de2?72mm，de1?48mm 2.几何计算
齿数：取z1?24,z2?36
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大端模数：me?3.强度校核
de1?2mm .....................................................................................（5.10） z11）.齿根弯曲疲劳强度设计
KFYtFaYSa其条件为 ?F????F? .....................................................................（5.11）
bm?1?0.5?R?其中 载荷系数为 K?KAKvK?K? YFa 为齿形系数 YSa 为应力校正系数 ?R 为齿宽系数
查机械手册得 KA＝1 查图得 Kv＝1.09 查机械手册得 K?＝1.4 查表得 K?＝1.2 可得 YFa＝2.1 可得 YSa＝1.5 其中?R取常用值1/3 代人计算得
?F?KFY1.5?10?2.1?1.5tFaYSa??0.562 .......................（5.12）
bm?1?0.5?R?2??1?0.5/3??24即?F???F??380MPa，故安全。 2）.齿面接触疲劳强度计算 其条件为?H?5ZEKT1?R*?1?0.5?R?du312???H? ................................................（5.13）
其中ZE 为弹性影响系数 代人计算得
查机械手册得ZE＝162MPa
12?H?5ZEKT1?R*?1?0.5?R?du312?5*162*1.5*0.121/3*?1?0.5/3?*24*1.532?4.528MPa
.....................................................................................................................................（5.14）
即?H???H??540MPa，所以设计安全。
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5.4 电机选型
计算条件：
丝杠移动速度为v?167mm/s，丝杠轴向工作载荷约为Fm?150N 圆锥齿轮传递效率为??0.95 设计计算：
丝杠工作的功率为：P1?Fv?150N?167?25.05 ...................................................（5.15） 丝杠转矩为T1?9.55P1?0.120 n电机选用同步转速为n0?3000r/min的三相异步电机，速比为i?所以电机输出轴的负载转矩为：
n03000??1.5 n2000TL?0.120?0.084
1.5?0.95n0TL?26.39 ..........................................................................（5.16） 9.55电机输出轴功率为PL?所以选用型号为YS5012的三相异步电动机
5.5 机械手直臂部分三维出图及主要零部件出图
图5.1 直臂结构三维图
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