工作条件选择合适的轴承类型，尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。
按滚动轴承承受载荷的作用方向，常用轴承可分为三类，即径向接触轴承、向心角接触球轴承和轴向接触轴承。
在机械手的设计中，通常使用角接触球轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承和推力球轴承的组合件。选择轴承要根据它所支承的轴的粗度（一般轴径的设计要先由计算的强度来确定基本尺寸，再根据GB/T2822-81来选取标准尺寸，也可以根据标准件如轴承等决定）来决定的，选定轴承后，还要进行轴承的寿命计算，可以根据下面的经验公式来计算。
Lh10轴承的寿命：
106106C??L10?()60n60nFp (3-13)
6式中 L10-----基本额定寿命(10r)
?------寿命指数，球轴承的?=3，滚子轴承的?=10/3 C------L10=1时，轴承所承受的动载荷，也称之为基本额定动载荷。C?Co，查标准件手册的轴承部分即可以得到CO
n------轴承转速 当量动载荷
Fp?XFR?YFA (3-14)
式中 FR----轴承承受的径向荷 FA----轴承承受的轴向载荷 X----径向载荷系数，查表3-3
Y-----轴向载荷系数，查表3-3
在实际计算中，考虑机械工作中的冲击、振动对机械受载的影响，应引入载荷性质的系数
fp（表2.1），因此轴承的当量动载荷计算公式为
FP?fp(XFR?YFA)
(3-15)
表2.2 载荷性质系数fp
载荷性质 机械举例 载荷性质系数 fp 平稳运转或轻微冲击 轻度冲击的运转 剧烈冲击、振动的运转 电动机、空调机、水泵等 机床、起重机、传动装置、风机、造纸机等 破碎机、轧钢机、振动筛、工程机械等 1.0---1.2 1.2---1.5 1.5---3.0 2.4 设计实例和典型计算
表2.3 设计任务与要求 活动要求 有效工作半径0.8m， 重复定位精度0.5mm。 腰部转速 大臂 小臂 手腕旋转 r/min 19 m/s 1.3 m/s 1.3 r/min 39 手腕摆动 r/min 23
其机械结构，如图2-1所示：以大臂的电机选择为例
首先取丝杠长550mm，其上螺纹长200mm，下面开始进行具体的设计：
1).执行机构的设计
(1).选取丝杠的材料：调制45钢， 直径：d=32mm，
长：L=550mm，
导程：10；钢球直径：6.35;丝杠外径：30.3；轴径：24.3;循环圈数：4
螺纹升角?：
tan??nP?d2 式3-6 P10取 n=5, P=4,
??arctan?arctan?6.48??d228?则
(2).电动机的负载力矩
1M?[(J1?J2)?2?J3?1]?M1i 式3-7
取 i?28
J1?1m1r22kgms2=0.000104462 式3-8
丝杠的转动惯量：
j2=m小臂l小臂2/3+2=40x(0.67-0.09+0.2)2/3+40x(0.444-0.2)2=10.493
j3=3.147
取丝杠的最高转速为 n?13r/s 设电机可在 0.1s内达到最大速度，所以
弧度/秒 角加速度： ??2?n?8.168m/s2 螺母的加速度： a?nS?10?3?8.168?3?10?3?0.0245螺母的惯性力： F2?m2a?0.002205N 螺母对丝杠的转矩： M1?F2(tan??f)d2?0.0035kgms2 2 f-----摩擦系数，可查表得 所以加速阶段的电机输出转矩为
M?M2?M1?0.00918NM
2).选取电动机
电动机的型号主要靠其启动阶段的负载扭矩来决定，由公式
Tst=TL/max/(0.3----0.5) 式3-4 式中 TL/max?M
故 Tst=TL/max/(0.3----0.5)=(0.0184---0.031)NM 步进电机的步距角： ??i?min 式3-2
360?p ?min=
it 式3-1
t=S, i=28,
?p?0.1mm
360??p ?min=
it=1.28°
查手册，选取：90BYG550A型步进电机。从而小臂驱动电机选择90BYG550A足够。 3).丝杠的强度校核
丝杠的强度可用公式3-10来进行校核，
dmin?39.55?106PP?C30.2[?t]nn
取 C=110
n=13×60=780r/min 功率 P=Tn/9550000
T=0.031×1000=196Nmm
dmin?3丝杠最小直径：
9.55?106PP?C30.2[?t]nn=17.35901mm
丝杠的强度足够了，且考虑结构和工艺的要求，取 dmin?24mm。 4).锥齿轮传动
参照《机械设计》第九章，设计锥齿轮如下： 材料：调制45钢。
模数为： m?1.5 齿轮1齿数：z1?25
齿轮1分度圆直径：d1?z1m?37.5mm 齿轮1齿宽：b1?5mm
齿轮2齿数：z2?z1i2?25x1?25 齿轮2分度圆直径：d2?z2m?37.5mm 齿轮2齿宽：b2?5mm
m3??d124齿轮1质量：
b1?钢?0.043kg
齿轮2质量： 等效转动惯量的折算
m2??d224b2?钢?0.043kg
J?通过公式3-12，
J0J3J1J2?????? ?Jni1i2?ini2?ini3?ini4?in
J0i1i2?1?2J1i1i2?1?2J2i2?2增加机械效率因子，变换公式如下：
J?算到电机轴的转动惯量：
???J3
式中， J0-----车轮的转动惯量 设连杆轮质量为： m0?0.39kg
J0?12m0r0?0.001248kgms22，r0为连杆轮的半径
则
kgms2 J1-----电机轴上的齿轮的转动惯量，J3?0.000018J2=J3=J0
I0=i1=i2
查表4-3，得 ?1?0.7,?2?0.95
J?则，
J0i1i2?1?2?J1i1i2?1?2?J2i2?2?J320.00509kgms=
可知电机的负载转矩： T?J??T1?2.084NM
由此，再参照式3-1和3-2算出步矩角，可选择步进电机110BYG550B
5)其余类似部件的选择如上述计算过程。 腰部旋转驱动电机选用130BYG250E
3 机械手驱动电机的优化选择
3.1 前言
我们针对机械行业的需要,采用步进电机驱动,设计制造了一种HJ（焊接） 型六自由度、全电动、连续轨迹示教、空间关节型机器人(以下简称HJ机器人或HJ) ,用于