机器人技术及其应用毕业论文(编辑修改稿)

机器人技术及其应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

机器人技术及其应用毕业论文 图 29 整体效果图 机器人技术及其应用毕业论文 3 零部件材料选择与计算 零件设计的一般要求 机械零件是组成机器的最小也是最基本的单元，所有机器最终都是通过一个一个零件设计组装而成的。 每一个零件的设计都可能影响机器的使用或者性能、成本等，因此设计零件时首先要满足机器的使用功能要求，在实现功能的同时综合考 虑零件生产加工的经济性。 机器在设计完成后都有负载能力、使用寿命的要求，即在规定的负载下在预期的使用寿命内机器不会出现各种可能的实效，这也是要通过零部件的设计保证的，即要求机器的动力源能够提供足够的功率、力或者力矩，机械零件在强度、刚度、耐磨性等方面满足一定的要求，这样才能保证机器工作的可靠性和使用寿命。 机器的成本同样也是通过零部件的设计来体现，零件的生产制造成本降低必然会带来机器整体成本的下降，因此在设计零部件时要加工工艺性方面多加考虑，包括选择合理的材料、合适的毛坯形式，根据情况选择制定合适的加工 精度、表面粗糙度等，并使零件的结构尽量简单、合理、易于加工装配。 另外，能够使用标准化、系列化和通用零件时一定要使用，提高互换性。 零件材料的选择 选择合适的零件材料使设计零件时首先要考虑的问题，不同的材料的强度、加工性能、密度、价格等都有非常大的差异，要根据机器的要求具体选择，例如对机器质量有限制时就应该选用密度小的材料。 通常机械零件的材料主要是金属，包括黑色金属（钢材）、有色金属（铜、铝等）及其合金，另外，还有部分非金属材料（工程塑料如尼龙 66）等也常用来加工金属零件。 他们各自有自己的特点，物理 性能有很大差别。 例如工程塑料和钢材的密度就可能相差五倍左右。 从材料选择的使用要求、加工性能和经济性、质量限制等方面考虑，合理选择机械臂的零件材料。 操作臂的材料选择主要有机械臂的主体部分，包括支架、导向机构、伸缩机构等、各关节处壳体等尺寸体积较大的零件，各个关节处的传动轴，传动零件如齿轮系、带轮等。 机器人技术及其应用毕业论文 1）大尺寸零件：任务要求设备的总体质量在 20Kg 以内，在强度满足的情况下应该尽量减少质量，因此选择密度小而强度高的铝合金材料，例如硬铝合金 2A1锻造铝合金 606 6063 等。 他们都有较高的强度， 6061 和 6063 的可加工性能要好于2A12。 虽然铝合金比常用的钢材价格要高，但其密度也要小很多。 例如支架，在截面面积接近的情况下，根据 ug的分析数据显示，使用型钢时每根支撑体的质量是 12kg左右，这样操作臂的总质量就远大于任务要求。 相应地，使用铝合金时每根支撑柱的质量只有 4kg 左右。 因此对于机械臂的主体材料，选择硬铝合金或者锻造铝合金是比较合理的。 另外，对于可移动平台，因为要降低重心，使得操作臂行驶时更稳定，应选用铸铁或钢板这样密度大的材料。 2）传动轴：在操作臂中，传动轴是很重要的零件，它们的强度、刚度 等性能直接影响操作臂的工作性能。 常用传动轴的材料是碳素钢和合金钢，碳素钢价格低廉，进行热处理后物理性能也较好，应用很广泛。 而合金钢的机械性能和热处理性能都更优秀，通常传动大动力并要求减小尺寸时采用。 洗车机械操作臂要传递的动力较小，采用碳素钢可以满足设计要求，选择 45 钢，并进行热处理。 3）传动件：操作臂中的传动零件主要是齿轮和带轮。 对于齿轮而言，其设计要求是齿面耐磨性及齿芯的韧性。 通常采用热处理的钢材作为加工材料。 齿轮有软齿面齿轮和硬齿面齿轮之分，前者用于强度、速度精度要求相对较低的场合，常用材料有45 钢 、 40Cr 等；后者主要用于高速、重载、传动精度高的场合，常用材料为 20Cr、20CrMnTi 等。 两者的加工精度也有差别，通常软齿面齿轮 8 级精度，而硬齿面齿轮则达到 5 到 6 级精度。 操作臂的齿轮系传动精度、载荷大小及速度要求都不是很高，故选用软齿面齿轮即可达到设计要求，材料选择 40Gr。 而对于带轮而言，其对耐磨性、抗冲击性等要求都较低，因此常见的金属包括钢材、铝合金、铜等材料都可以用来加工带轮。 在本设计中，同样采用铝合金。 另外对于操作臂中的其他一些零件，比如轴承座，端盖等都采用 6061 铝合金，形状较复杂不容易机 加工得到的采用铸造铝合金。 零部件计算 腕关节计算 1）电机功率选择 机器人技术及其应用毕业论文 洗车刷形状为圆盘形，直径 米，预计洗车摩擦力 20 牛，假设洗车摩擦力均匀分布于刷面上，则单位面积上摩擦力 P=。 则刷面的摩擦力矩 0sM Prds （ 31） 0. 1 20 63 6. 6 2 r dr = m 洗车刷转速ω取 1r/s，即 ，则消 耗功率 P=Mω = 瓦 选择 DC60 直流减速电机，转速 3200 r/min，输出扭矩 kg/cm，减速比取 1：50。 电机减速器输出轴输出转速 64 r/min，扭矩 N m ，满足功率及扭矩要求。 2）洗车刷轴强度校核 洗车刷轴与洗车刷相连，传递扭矩和轴向力，受力分析如图 31 所示。 图 31 洗车刷轴受力分析 其中 T 的大小为 m，刷轴为空心轴结构，内径 d1=8mm,外径 d=15mm，则β =d1/d=。 轴的抗弯截面系数 4 3 4 3 3( 1 ) ( 1 0 . 5 3 3 ) 1 5 9 7 4 7 . 1 5W d m m        （ 32） 所以 c =T/W= 1。 （ 33） 故刷轴强度满足设计要求。 俯仰关节计算 1）电机选择 俯仰关节处选择步进电机，要求步进电机能够实现自锁。 转速 n 约为 1rad/s，最大转矩小于 4 N m。 则电机功率较小，取 15 瓦足以满足功率要求。 最终选择57BYGH250E02 型步进电机。 其最大静扭矩为 cm。 采用减速比为 1： 3 的齿轮减速后扭矩满足要求。 机器人技术及其应用毕业论文 2）齿轮及轴设计： 大锥齿轮传递转矩 T1=4000 N mm， 取齿轮模数为 ，小齿轮齿数 1z =21，大齿轮齿数 2z =63。 则大小齿轮的分度锥角分别为 11 1ta n 1 8 .4 3u   ， 2 =  （ 34） 大圆锥齿轮的当量分度圆 22(1 )mRdd  = （ 35） 齿轮受力分析： 21222 2 4 0 0 0 1 2 1 . 96 5 . 6 2 5ttmTF F Nd      （ 36） 2 2 1ta n c o s 1 2 1 .9 ta n 2 0 c o s 1 8 .4 3 4 2 .0 9atF F N      （ 37） 2 2 1ta n sin 1 2 1 . 9 ta n 2 0 sin 1 8 . 4 3 1 4 . 0 3rtF F N      （ 38） 锥齿轮轴受力分析如图 32 所示。 图 32 锥齿轮轴受 力分析 在竖直平面内，轴上受齿轮的切向力 2tf ，连接件的力 1f 和 2f ，大小约为 10 牛，以及轴承竖直方向的支承力 1vf 和 2vf。 分别对轴承两个支承点取矩得： 1 2 1 29 6 6 9 .1 8 5 1 1vtf f f f       （ 39） 即： 1 ( 10 69 .1 12 1. 9 85 10 11 ) / 96vf       1vf = 机器人技术及其应用毕业论文 同理可得： 2vf = 在水平面内，轴上受到齿轮的轴向力 af 和径向力 rf ，以及轴承水平方向的支承反力 1Hf 和 2Hf。 用上述方法同样可求得： 1Hf = 2Hf = 所以轴上的弯矩为： 竖直方向： 1126 .9 15 .9 24 70 .2VvM f f N m m      （ 310） 水平方向： 11222 6 . 9 6 5 8 . 56 9 . 1 7 2 2 . 1HHM f N m mM f N m m       。