移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 目錄 第 1 章 . 緒論 . 3 能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要意義 . 3 內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展史 . 3 國外機(jī)器人的發(fā)展歷史 . 3 內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展歷史 . 4 務(wù)機(jī)器人的特點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù) . 4 論文的主要研究內(nèi)容 . 5 章小結(jié) . 5 第 2 章 . 6 述 . 6 要組成 . 6 部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) . 6 體部 . 7 機(jī) . 7 要技術(shù)參數(shù) . 8 電機(jī)的選型 . 8 動機(jī)構(gòu)的組成 . . 8 進(jìn)電機(jī)的選型比較 . 9 進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算 . 10 輪蝸桿傳動的選型設(shè)計(jì) . 12 機(jī)的效核 . 15 的較核及聯(lián)件的選型 . 16 蝸桿軸的較核 . . 16 蝸桿軸上軸承的選型 . 20 蝸輪軸的較核 . . 22 蝸輪軸上軸承的選型 . 26 鍵的較核 . 28 聯(lián)軸器的選型 . 28 章小結(jié) . 28 第 3 章 . 驅(qū)動機(jī)構(gòu)及其控制方式 . 29 概述 . 29 進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng) . 29 進(jìn)電機(jī)的工作特性 . . 29 進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng) . 31 章小結(jié) . 32 結(jié)束語 . 32 第 2 頁 共 34 頁 致 謝 . 33 參考文獻(xiàn) . 34 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 第 1 章 . 緒論 本章提要 . 本章從闡述智能 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的意義出發(fā) ,簡要地回顧智能機(jī)器人的發(fā)展歷史和當(dāng)前的技術(shù)水平。在此基礎(chǔ)上 ,對于智能檢測報(bào)警機(jī)器人這一產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù) ,以及開發(fā)現(xiàn)狀 ,也作了進(jìn)一步介紹。 能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要意義 智能機(jī)器人是具有感知 ,思維和行動能力的機(jī)器 ,是機(jī)構(gòu)學(xué)、自動控制、計(jì)算機(jī)、人工自能、光電技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、仿真技術(shù)等多種學(xué)科和技術(shù)的綜合成果，它從一個側(cè)面反映了一個國家科技發(fā)展的水平。更重要的是 ,作為新一代生產(chǎn)和服務(wù)的工具 ,它在國民生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域都占有更廣泛 ,更重要的位置 ,這對于人類開辟新的產(chǎn)業(yè) ,提 高生產(chǎn)和生活水平具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。因此智能機(jī)器人技術(shù)作為科技技術(shù)的一個分支 ,受到了世界各國的普遍重視。 發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)將對一個國家產(chǎn)生巨大的影響，主要集中在以下幾個方面： 1. 發(fā)展工業(yè)智能機(jī)器人可以增強(qiáng)一個國家的生產(chǎn)制造能力 2. 發(fā)展特種智能機(jī)器人可增強(qiáng)國家的可持續(xù)發(fā)展能力 3. 發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)可以提高國防實(shí)力 內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展史 國外機(jī)器人的發(fā)展歷史 美國是機(jī)器人的誕生地，早在 1962 年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比起號稱 機(jī)器人王國 的日本起步至少要早五六年。經(jīng) 過 30 多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。 縱 觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。 由于美國政府從 60 年代到 70 年代中的十幾年期間，并沒有把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對于企業(yè)來說，在只看到眼前利益，政府又無財(cái)政支持的情況下，寧愿錯過良機(jī)，固守在使用剛性自動化裝置上，也不愿冒著風(fēng)險(xiǎn)，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。加上，當(dāng)時(shí)美國失業(yè)率高達(dá) 6 65，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說是美國政 府的戰(zhàn)略決策錯誤。 70 年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機(jī)器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國第 4 頁 共 34 頁 際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力。 進(jìn)入 80 年代之后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業(yè)界才對機(jī)器人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機(jī)器人迅 速發(fā)展。 盡管美國在機(jī)器人發(fā)展史上走過一條重視理論研究，忽視應(yīng)用開發(fā)研究的曲折道路，但是美國的機(jī)器人技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在： （ 1）性能可靠，功能全面，精確度高； （ 2）機(jī)器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首； （ 3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用； （ 4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、 站崗及太空探測方面。 內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展歷史 我國已在 “ 七五 ” 計(jì)劃中把機(jī)器人列 入 國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。目前，示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。 1986 年 3月開始的國家 863 高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的 內(nèi)容。就目前來看，我們應(yīng)從生產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實(shí)用型機(jī)器人和某些特種機(jī)器人 。 務(wù)機(jī)器人的特點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù) 前面主要介紹了本課題的技術(shù)平臺智能機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r ,在這一節(jié)中主要從產(chǎn)品的角度出發(fā) ,介紹智能檢測報(bào)警機(jī)器人所屬的服務(wù)機(jī)器人這一大范疇的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。它對于該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)具有指導(dǎo)性的意義。 智能檢測機(jī)器人從其產(chǎn)品的功能上劃分 ,是屬于近年來剛剛興起的服務(wù)機(jī)器人的范疇。關(guān)于服務(wù)機(jī)器人的定義目前還并不統(tǒng)一 ;簡單地說 ,它是指一種能夠自主或半自主運(yùn)行 ,且為人類 健康 ,安全和設(shè)備運(yùn)行提供服務(wù)的智能機(jī)器。因此 ,服務(wù)機(jī)器人存在自身的一些特點(diǎn) ,主要集中在以下三方面 : (1) 任務(wù)要求 涉及到探測 ,報(bào)警等多種功能 ,顯然其任務(wù)具有多樣性和靈活性的特點(diǎn)。因此 ,為了實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù) ,服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)必須更重視載體尺寸、重量、能買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 量供給、導(dǎo)航、避障等多方面的功能 ,同時(shí)配備相應(yīng)的完成任務(wù)的工具。 (2) 工作環(huán)境 結(jié)構(gòu)化環(huán)境和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境 而服務(wù)機(jī)器人通常在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中工作 。不過在環(huán)境中 ,機(jī)器人與人或環(huán)境設(shè)施可能經(jīng)常發(fā)生互動即所謂的突發(fā)事件。因此 ,機(jī)器人必須具有靈活能力 ;換而言之 ,環(huán)境是隨時(shí)變的。因此 ,服務(wù)機(jī)器人的工作環(huán)境更為復(fù)雜 ,受外界的影響 ,干擾更多。 (3) 機(jī)械結(jié)構(gòu) 務(wù)和工作環(huán)境決定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式。按照其本體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動能力 ,可將服務(wù)機(jī)器人分為靜止式和移動式兩類。最常見的服務(wù)機(jī)器人是移動式的 ,其中以輪式結(jié)構(gòu)最為廣泛。 雖然針對不同的應(yīng)用場合和服務(wù)對象 ,服務(wù)機(jī)器人在形式 ,功能等方面存在著較大的差別 ,但在設(shè)計(jì)和開發(fā)服務(wù)機(jī)器人的過程中 ,也 存在一些共性的地方服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)可歸納為以下幾個方面 : 環(huán)境的表示 環(huán)境感知和信號處理 控制系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu) 復(fù)雜任務(wù)和服務(wù)的實(shí)時(shí)規(guī)劃 適應(yīng)于作業(yè)環(huán)境的機(jī)械本體結(jié)構(gòu) 研制低功耗 ,長時(shí)間工作的功能部件 這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展直接影響到服務(wù)機(jī)器人作為一個行業(yè)的應(yīng)用前景。雖然以前服務(wù)機(jī)器人一度被認(rèn)為是一個幾乎不可獲利的行業(yè) ,但隨著近年來 ,家用服務(wù)機(jī)器人和娛樂機(jī)器人市場開拓所獲得的巨大成功 ,人們的觀念正在發(fā)生變化。美國 ,日本和歐洲的一些大公司也紛紛進(jìn)入 了服務(wù)機(jī)器人的市場。 論文的主要研究內(nèi)容 本論文主要以智能檢測報(bào)警機(jī)器人這一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)為中心 ,詳細(xì)敘述了該產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)思想 ,設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)過程。通過將現(xiàn)代智能機(jī)器人領(lǐng)域的一些成熟技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)中 ,達(dá)到獲得直接的 ,感性認(rèn)識的目的 ;同時(shí)也以具體應(yīng)用為基礎(chǔ) ,對這一領(lǐng)域中的一些焦點(diǎn)的前沿問題作了進(jìn)一步的研究。整個論文主要闡述了以下兩個方面的問題： (1) 智能檢測報(bào)警機(jī)器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃和設(shè)計(jì) (2) 以步進(jìn)電機(jī)為主要驅(qū)動部件的機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 章小結(jié) 本章以智能 檢測報(bào)警這一產(chǎn)品的開發(fā)為平臺 ,闡述了發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)的重要意義 ,并著重介紹了與該產(chǎn)品相關(guān)的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展。由于智能檢測報(bào)警機(jī)器人從產(chǎn)品的角度出發(fā) ,是屬于服務(wù)機(jī)器人的范疇 ,本章也同時(shí)針對服務(wù)機(jī)器人在開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中存在的一些共性問題 ,作了進(jìn)一步的闡述。在此基礎(chǔ)上 ,對整個課題的第 6 頁 共 34 頁 研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù) ,作了具體的規(guī)劃。 第 2 章 本章提要 本章主要介紹了智能檢測報(bào)警機(jī)器人的產(chǎn)品要求 ,功能分析和性能特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出了該產(chǎn)品的總體原理和具體功能模塊的實(shí)現(xiàn)思路 ,從而對其形成一個完整的 設(shè)計(jì)方案。 述 隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展 ,人們的學(xué)習(xí)和工作越來越繁重 ,于是怎樣更大程度地將人們從煩瑣的日常事務(wù)中解脫出來 ,就成為了新一代服務(wù)機(jī)器人所追求的目標(biāo) ,而智能化正是這一目標(biāo)的集中體現(xiàn)。 本文介紹的智能檢測報(bào)警機(jī)器人初步實(shí)現(xiàn)了無人情況下的自主工作方式 ,它結(jié)構(gòu)獨(dú)特 ,靈活 ,且自備電源 ,由機(jī)載單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制 ,由一個步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)頭部系統(tǒng)的驅(qū)動，在頭部轉(zhuǎn)動的過程中 ,它通過頭部攜帶的超聲波檢測裝置 ,檢測周圍的事物 ,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有移動物體時(shí)便報(bào)警 ,達(dá)到其看守防盜的目的。該機(jī)的優(yōu)勢在于其局部的自主化和智能化 ,它 可以無需人的操控而自主的進(jìn)行檢測 ,并且在遇到移動物體時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的報(bào)警。 要組成 部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 如圖 2示 ,該機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿傳動 ,將蝸桿軸由聯(lián)軸器直接連接到電機(jī)上 ,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。蝸輪通過軸與機(jī)器人頭部相連接 ,從而使得蝸輪的轉(zhuǎn)動帶動機(jī)器人頭部的旋轉(zhuǎn)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 圖 2器人頭部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 體部 機(jī)器人的底部呈圓盤狀采用地腳螺栓將其固定在地上 ,分軀干 ,上端蓋 (與頸部一體 )兩塊直接澆鑄出來然后通過螺釘 連接 ,頭部同樣也分為兩個半球直接澆鑄出來然后通過螺栓連接在一起。 圖 2器人主體圖 機(jī) 選用步進(jìn)電機(jī) ,由步進(jìn)電機(jī)直接帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。因?yàn)橥ㄟ^控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入就可直接控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度 ,因此選用步進(jìn)電機(jī)較合適 ,脈沖的輸入便由單片機(jī)控制。 第 8 頁 共 34 頁 要技術(shù)參數(shù) 度 ,因?yàn)槲佪喭ㄟ^軸直接與機(jī)器人頭部相連 ,所以蝸輪的轉(zhuǎn)速2 1 / 要求蝸輪蝸桿的使用壽命為 25000h ，機(jī)器人頭部的質(zhì)量5m , 10(包含摩擦阻力 ) 頭部直徑 20;頸部高 5h ,粗 10 ;軀干404060盤大直徑 100直徑 60 40電機(jī)的選型 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是智能檢測報(bào)警機(jī)器人的主要執(zhí)行部件之一 ,它是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此 ,驅(qū)動機(jī)構(gòu)的性能直接影響到系統(tǒng)的工作特性和功能的實(shí)現(xiàn) ,具有重要的意義。 動機(jī)構(gòu)的組成 . 智能檢測報(bào)警機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)構(gòu)由以下三部分組成 :(一 ) 核心驅(qū)動部件 (二 ) 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng) ; (三 ) 機(jī)器人頭部 圖 2動機(jī)構(gòu)的組成 其總體工作過程如下 :由 單片機(jī)產(chǎn)生一定頻率的驅(qū)動脈沖信號 ,通過步進(jìn)電機(jī)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) ;步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動通過蝸輪蝸桿傳動 (減速 )帶動頭部轉(zhuǎn)動 ;從而改變超聲波的發(fā)射方向 ,起到檢測周圍運(yùn)動物體的檢測報(bào)警功能。 假設(shè)由單片機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖信號的頻率為進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的分頻數(shù)為K ;步進(jìn)電機(jī)的步距角為 ;蝸輪蝸桿的齒數(shù)為 1z 和 2z ;機(jī)器人頭部的直徑為 D ;則整個傳動過程可以定量計(jì)算如下 : 21zI z (2 (22(2 將式 2入 2得 12122Dv f I K (2其中 v 為機(jī)器人頭部的線速度 ;I 為蝸輪蝸桿的減速比。 由式 2以看出 ,機(jī)器人的頭部轉(zhuǎn)動速度正比于單片機(jī)的輸出脈沖頻率。在實(shí)際的系統(tǒng)中 ,由于機(jī)器人要檢 測移動物體。因此 ,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度比較低 ,頭部的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為 1 / 。 進(jìn)電機(jī)的選型比較 步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的電氣機(jī)械。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的電脈沖數(shù)成正比 ,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)成正比 ,轉(zhuǎn)矩是由磁阻作用所產(chǎn)生的 ,旋轉(zhuǎn)方向則取決于脈沖的順序。因此 ,步進(jìn)電機(jī)一定要與脈沖控制聯(lián)系起來才能運(yùn)行。 步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)歸納如下 : (1) 步進(jìn)電機(jī)只能在一定脈沖電源供電下才能運(yùn)行 (2) 步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入脈沖嚴(yán)格成正比 ,因此 ,電機(jī)轉(zhuǎn) 動一周后沒有累積誤差 ,具有良好的跟隨性 (3) 由步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動控制器組成的開環(huán)控制系統(tǒng) ,既簡單又可靠 (4) 步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速與位置控制性能良好 (5) 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快 ,自啟動能力強(qiáng) (6) 輸出力矩較大 ,屬于力矩型電機(jī) 當(dāng)然 ,步進(jìn)電機(jī)也存在一些缺點(diǎn) : (1) 效率較低，輸入功率有很大一部分轉(zhuǎn)為熱能消耗 第 10 頁 共 34 頁 (2) 步進(jìn)電機(jī)存在低頻震蕩 ,失步和高頻失步等缺陷 (3) 步進(jìn)電機(jī)自身噪聲和振動較大 進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算 如圖 2示 ,機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動的阻力 F=10N,轉(zhuǎn)速 1 / ,頭部載荷平穩(wěn) ,在常溫下工作。 (1)電動機(jī)所需工作功率為 : P 工作機(jī)所需功率為 : 1000w 動裝置的總效率為 : 221 2 3 按機(jī)械傳動和摩擦副的效率概率值表 ,確定各部分效率 :雙頭蝸桿傳動1=軸器效率2=動軸承傳動效率 (一對 )3= 所需電動機(jī)的功率為 : d 0 0 0 2 0 0 22 因載荷平穩(wěn) ,電動機(jī)額定功率 (2)0 軸 (電機(jī)軸 ) 0 0 . 4 1 W0 1 5 . 5 / m i n r0000 . 4 19 5 5 0 9 5 5 0 2 5 2 . 6 . 5 m 1 軸 (蝸桿軸 ) 01011 5 . 5 1 5 . 5 / m i 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 5 09 5 5 01112 軸 (蝸輪軸 ) 12121 5 . 5 1 / m i . 5 2 8 6 5 09 5 5 02223 軸 (機(jī)器人頭部軸 ) 9 23231 1 / m i 3 5 09 5 5 0333表 2 各軸的運(yùn)動和動力參數(shù) 軸名 功率 /矩 /( . )T N 轉(zhuǎn)速/( / 傳動比 i 效率 輸入 輸出 輸入 輸出 電機(jī)軸 桿軸 輪軸 865 機(jī)器人頭部軸 由于要求機(jī)器人的頭部轉(zhuǎn)速為1 6/，所以根據(jù) 蝸輪蝸桿的傳動比可算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,可以選擇步距腳為 3 的步進(jìn)電機(jī) ,每秒鐘給 31個脈沖 ,這樣就可以達(dá)到電機(jī)的需求轉(zhuǎn)速。 再根據(jù)上面所算的數(shù)據(jù) ,故可選擇 70阻式步進(jìn)電機(jī)。其數(shù)據(jù)見下表： 型號 相數(shù) 額定電 壓 靜態(tài)電 流 步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩 空載啟動頻 率 質(zhì)量 第 12 頁 共 34 頁 70 27V 3A 3/m 1600輪蝸桿傳動的選型設(shè)計(jì) (1) 初步選型 根據(jù)表 柱蝸桿蝸輪參數(shù)的匹配 (摘自 10085 初選 蝸桿 ,其中心距 60a ;傳動比 ;模數(shù) ;蝸桿分度圓直徑1 25d 蝸桿頭數(shù)1 2Z ;蝸輪齒數(shù)2 31Z ;蝸輪變位系數(shù)2 0x ;蝸輪分度圓直徑2 1 22 2 9 5d a d x m m m ;蝸桿直徑系數(shù)1 / 1 0q d m由1z和 q 查表 11 18 36 蝸輪的轉(zhuǎn)矩 2122 /2/1/2/1 又 11 2z ;2 31z 2 m (電機(jī)選型中計(jì)算得 ) 選擇蝸桿材質(zhì) 40火硬度 45輪圈材質(zhì) 屬模鑄造 ,在表 查得 220H P b M P a s c 4111 查表 71 0 0 000 從圖 得 N 時(shí) 其許用接觸應(yīng)力為 M P 注 : 動 ”速度 ”影響系數(shù) ; 命系數(shù) (2) 接觸強(qiáng)度驗(yàn)算 確定 K 值 K買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 取 7 級精度 2 1K取 100% 3 1K( 圖 取 30C 4 1K( 表 工作平穩(wěn) 5 1K( 表 154321 M P 5/3195/1 5 1 5 0/1 5 1 5 0 122 M P a 接觸強(qiáng)度足夠 (3) 彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算 確定2 (表 圖 50 (表 M P F P 2 1 2 22 0 0 0 / ( c o s )F K T d d m Yo 312 0 0 0 ) 2 . 5 5 0M P a M P a 彎曲強(qiáng)度足夠 (4) 該蝸桿傳動 (軸交角 90 )的幾何尺寸計(jì)算 表 1 蝸桿蝸輪幾何尺寸 名稱 代號 公式 結(jié)果 中心距 a 1 2 2( 2 ) / 2a d d x m 60桿頭數(shù) 1z 由實(shí)際需要確定 2 第 14 頁 共 34 頁 蝸輪齒數(shù) 2z 21z 31 齒行角 a 20 或 20 20 模數(shù) m c o 動比 i 12/輪變位系數(shù) 2x 122 c o m 0 蝸桿直徑系數(shù) q 1 /q d m 10 蝸桿軸向齒距 桿導(dǎo)程 1zP 桿分度圓直徑 1d 1d 25桿齒頂圓直徑 1*1 1 1 122d h d h m 30桿齒根圓直徑 1*1 1 1 12 2 ( )f f ad d h d h m c 19隙 c *c 開線蝸桿基圓直徑 111t a n / t a 桿齒頂高 1*1h m 桿齒根高 1*1 ()h c m 3桿齒高 1h 1 1 1h h 桿導(dǎo)程角 11ta n /m z d 111836 蝸桿齒寬 1b 1 1 2121 . 2 ( 1 2 0 . 1 )3 . 4 ( 1 3 0 . 1 )z b z mz z m 2時(shí) ，時(shí) ， 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 蝸輪分度圓直徑 2d 2 2 1 222d m z a d x m 95輪齒頂圓直徑 22 2 22ad d 100輪齒根圓直徑 22 2 22fd d 89輪齒頂高 2*22()m h x 輪齒根高 2*22()m h x c 輪齒高 2h 2 2 2h h 輪齒寬 2b 輪齒厚 1s 按蝸桿節(jié)圓處軸向齒槽寬 機(jī)的效核 該伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件輸出軸所承受的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 效慣量轉(zhuǎn)矩為 電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 : T 慣考慮到機(jī)械的總傳動效率 時(shí) ,則 T 慣（ ） /蝸輪軸的慣量 : 2232111 ) 5 蝸輪的慣量 : 22 2 214J m R 23 蝸桿軸的慣量 : 2333 41 24 所以 23321 4.0 總即等效轉(zhuǎn)動慣量為 : 23 總慣第 16 頁 共 34 頁 則 : 由于總傳動效率為 以 : ( 2 5 5 0 . 4 ) / 0 . 7 5 3 4 0 . 5 T N m m 慣（ ） /若選用 75應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ,其最大靜轉(zhuǎn)矩m a x 8 8 2 m m。當(dāng)采用三相六拍通電方式 ,為保證帶負(fù)載能正常啟動和定位停止 ,電動機(jī)的啟動和制動轉(zhuǎn)矩 查表 知m a x/ 0 , 因?yàn)?,故該電機(jī)可以使用。 的較核及聯(lián)件的選型 桿軸的較核 (1) 求蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩 2 5 0 m m蝸 桿(2) 求作用 在蝸桿上的力 圓周力向力向力 st n (3) 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼 ,調(diào)質(zhì)處理，初估軸的最小直徑，查表取 115A 可得 50 0 311m i n 所以取 10d 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 圖 2桿軸的結(jié)構(gòu)圖 (4) 軸的強(qiáng)度較核 1 求軸的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖 (見圖 2軸的支承跨距 120L 。 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖 ,扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖 (見圖 2從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩 圖中可以看出 ,C 截面的當(dāng)量彎矩最大 ,是軸的危險(xiǎn)截面。 C 截面處的M,M ,T 及 支反力 水平面 1 20 1022 2 10直面 1 7 . 4 52aV a r F F N 21 0 . 0 5V r R N 彎矩 H 060 1 垂直面 44760 1 合成彎矩 M 22 7 4 8 . 2 M N m m 扭矩 T T=250 當(dāng)量彎矩 18 頁 共 34 頁 圖 2軸的計(jì)算簡圖 2 較核軸的強(qiáng)度 軸的材料為 45鋼 ,調(diào)質(zhì)處理，由表 426 5 0 /B N m m 則 0 . 0 9 0 . 1B,買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 即 25 8 6 5 /N m m 。取 2 6 0 /N m m ，軸的計(jì)算應(yīng)力為 : 23 / 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可 知 ,該軸滿足強(qiáng)度要求。 (5)精確較核軸的疲勞強(qiáng)度 1 判斷危險(xiǎn)截面 危險(xiǎn)截面應(yīng)該是應(yīng)力較大 ,同時(shí)應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。從受載情況觀察 ,截面C 上的但應(yīng)力集中不大 ,而且這里的軸徑最大 ,故截面 C 不必較核 ,從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察 ,截面 4 的應(yīng)力集中最嚴(yán)重且受扭矩的作用 ,分析可知危險(xiǎn)截面為 4 截面 (左側(cè) )。 2 計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力 截面左側(cè)彎矩 M 為 截面上的扭矩 T 為 250 抗彎截面系數(shù) 333 抗扭截面系數(shù) 333 6 7 截面上的彎曲應(yīng)力 22 4 9 . 4 0 . 7 4 /3 3 7 . 5b M N m 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 2250 0 . 3 7 /675 m 彎曲應(yīng)力幅 20 . 7 4 / m m彎曲平均應(yīng)力 0m扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等 ,即 20 . 3 7 0 . 1 8 5 /22 m m 3 確定影響系數(shù) 軸 的 材 料 為 45 鋼 , 調(diào) 質(zhì) 處 理 ， 由 表 4得 26 0 0 /B N m m , 21 2 7 5 /N m m , 21 1 4 0 /N m m 。 第 20 頁 共 34 頁 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù) k,k，根據(jù) / 1 / 1 5 0 7, / 1 7 / 1 5 1 . 1 3,由表 4插值后可得 , 。 尺寸系數(shù),，根據(jù)軸截面為圓截面查圖 4 , 。 表面質(zhì)量系數(shù),，根據(jù) 26 0 0 /B N m m 和表面加工方法為精車 ,查圖 4 0 。 材 料彎曲扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù),，取 , 由上面結(jié)果可得 7 51 21 8 4 01 22 2 1 8 . 1查表 4的許用安全系數(shù) S值 ,可知該軸安全。 桿軸上軸承的選型 根據(jù)蝸桿軸 的軸徑初選深溝球軸承型號為 : 軸承代號 基本尺寸 /裝尺寸 /本額定載荷/極限速度( /r 質(zhì)量 61802 d=15 D=24 B=5 22000 中 Y=2.3,e=. 計(jì)算軸承的支反力 (1). 水平支反力 12 20 1022R R N (2). 垂直支反力 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 1 ( 6 0 0 . 5 ) / 1 2 0V r m d F 3). 合成支反力 221 1 1 1 0 . 5 R N 2 2軸承受力圖 2. 軸承的派生軸向力 由式 5得 : 2/1 2/2 3. 軸承所受的軸向載荷 第 22 頁 共 34 頁 因 2 2 13 . 9 5 2 . 3 6 . 2 5 F S N S 由式 5 2 2 3 . 9 5 2 . 3 6 . 2 5 S F S N 222 N4. 軸承的當(dāng)量動載荷 1 因11/ 6 . 2 5 / 1 0 . 5 0 . 6 0 . 1 9A R e 查表 510 . 5 6 , 2 . 3由式 5 r 2 因22/ 2 . 3 / 1 0 . 5 0 . 2 1 0 . 1 9A R e 查表 510 . 5 6 , 2 . 3由式 5 r 5. 軸承壽命 因12故應(yīng)按1由表 5 5得 1, 1。按式 5 rp 310631016 6010 故可得該軸承絕對滿足要求。 輪軸的較核 . 1. 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩為 2 8 6 5 m m 2. 求作用在蝸輪上的力 3 . 9 5 N 20 N 7 . 4 N 3 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼 ,調(diào)質(zhì)處理，按式 4估軸的最小直徑。查表取 115A ，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 可得 322m i n 所以取 10d 圖 2蝸輪軸的結(jié)構(gòu)圖 4. 軸的強(qiáng)度較核 1 求軸的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖 0L . 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖 ,扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖 (見圖 2)，從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出 ,C 截面的當(dāng)量彎矩最大 ,是軸的危險(xiǎn)截面。 C 截面處的M,M ,T 及 第 24 頁 共 34 頁 支反力 水平面 1 3 . 9 5 1 . 9 7 522 2 1 5直面 1 8 . 3 52aV a r F F N 21 0 . 9 5V r R N 彎矩 H 920 1 垂直面 1 6 760 1 合成彎矩 M 22 1 7 1 . 6 M N m m 扭矩 T T=2865 當(dāng)量彎矩 2 722 2 較核軸的強(qiáng)度 軸的材料為 45鋼 ,調(diào)質(zhì)處理，由表 426 5 0 /B N m m 則 0 . 0 9 0 . 1B,即 25 8 6 5 /N m m 。取 2 6 0 /N m m ，軸的計(jì)算應(yīng)力為 : 23 / 2 7 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知 ,該軸滿足強(qiáng)度要求。 5. 精確較核軸的疲勞強(qiáng)度 1 判斷危險(xiǎn)截面 危險(xiǎn)截面應(yīng)該是應(yīng)力較大 ,同時(shí)應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。從受載情況觀察 ,截面C 上的但應(yīng)力集中不大 ,而且這里的軸徑最大 ,故截面 C 不必較核 ,從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察 ,截面 4 的應(yīng)力集中最嚴(yán)重且受扭矩的作用 ,分析可知危險(xiǎn)截面為 4 截面 (左側(cè) )。 2 計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力 截面左側(cè)彎矩 M 為 1 截面上的扭矩 T 為 2 8 6 5 m m 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 答辯無憂，值得下載！ 抗彎截面系數(shù) 333 抗扭截面系數(shù) 333 6 7 截面上的彎 曲應(yīng)力 24 2 . 9 0 . 1 3 /3 3 7 . 5b M N m 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 22865 4 . 2 5 /675 m 彎曲應(yīng)力幅 20 . 1 3 / m m彎曲平均應(yīng)力 0m扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等 ,即 24 . 2 5 2 . 1 2 5 /22 m m 3 確定影響系數(shù) 軸 的 材 料 為 45 鋼 , 調(diào) 質(zhì) 處 理 ， 由 表 4得 26 0 0 /B N m m , 21 2 7 5 /N m m , 21 1 4 0 /N m m 。 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù) k,k，根據(jù) / 1 / 1 5 0 7, / 1 7 / 1 5