1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化抛光机器人动力机械臂设计一、选题的背景与意义伴随着生活水平的提高工业产品的类型越来越多，需要抛光的工件种类不断增多。在工业的生产活动中抛光越来越成为一个不可或缺的环节。而抛光用抛光机由于其工件的多样性所以在市面上的抛光机也是多种多样，对应于不同的产品要有特定的抛光机才能进行抛光。复杂形状的产品需要多次的装夹加工甚至不能用机械抛光只能人工手动进行抛光。例如转椅的五脚型架，需要抛光的面为整个工件的空间曲面。面对该类工件只能运用人工抛光的手段才能进行抛光。然而人工抛光的缺陷也是显而易见的，首先，在无法自动加工的情况下人工抛光耗费了大量的人力劳动资源。其二，抛光
2、作业对人体的危害。抛光过程中产生的大量粉尘在工人加工过程中不可避免的会被吸入从而对人员健康产生极大地危害。第三，人工抛光其质量的不可靠性。由手动抛光完成的产品受到工人本身工作技术的影响，其质量很难得到保证，即使同一工人的工作也很难保证其抛光的稳定性。第四，人工抛光的效率问题。受到人的限制，手动抛光的生产效率不会有大幅度提升的空间，这对提高生产效率十分不利。因此人们不断的设计出各种不同类型的抛光机用以提高抛光的效率和质量。梁秀春曾提出过木工用抛光机的设计来解决家具工业化生产后的大批量抛光问题151。而杜书娟，郭忠达，余孝军在“触摸屏与PLC在磁流变抛光机的应用”13中提及PLC技术在抛光机中的运
3、用将自动控制技术融入抛光机中以求达到抛光生产的高效与自动化。随着自动化要求的不断提高，更多的新兴技术必将融入抛光机中从而使抛光作业由繁至简达到一类抛光机的多种抛光应用。而设计一种动力机械手臂尽量多的完成各类工件的抛光工作对于提高抛光工艺的效率等方面的意义是十分重大的。本次设计设想运用机械相关理论，设计出抛光机的动力机械臂配合机床的运动达到多个自由度使抛光机在抛光作业时能更为灵活。从而可以加工多类形状各异的工件达到简化抛光机种类提高工作效率的目的。2二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容1了解抛光机与动力机械臂的基本工作原理。2抛光机机械臂工作运动实现分析。3抛光机机械臂运动机构的设
4、计分析。拟解决的主要问题1抛光机动力臂的工作的运动分析。2抛光机机械动力臂的参数计算。三、研究的思路与技术方案研究的思路查阅机械期刊等相关参考资料，了解抛光机工作原理；收集国内外相关机构的研究情况和动力臂的参考资料；查阅机械结构的相关文献确定合适的动力臂结构；通过计算，确定完成动力臂结构的设计及其他零部件的选用；最终画出零件图和总装图。主要技术方案1查阅相关的机械文献期刊和参考资料，了解抛光机的工作原理，明确该机械臂对应的工作类型。2收集国内外相关抛光机的研究情况和动力机械臂的参考资料，了解抛光机的发展状况并比较其优缺点，提出自己的设计方案。3参考相关机械书籍，找到合适的机械臂结构，匹配的电机
5、动力源，确定机械臂的基本结构。4计算各项数据，确定机构中的参数，并根据参数选用设备。3四、研究的总体安排与进度2010年11月论文选题2010年11月23日指导教师下达毕业论文任务书、收集资料，完成文献综述、开题报告，提交论文研究框架等；2010年12月22日开题论证会之后撰写论文、修改、定稿、填写论文手册2011年3月份之前完成两篇外文文献翻译2011年3月完成毕业设计初稿2011年5月毕业设计定稿，完成、设计说明书等第八学期（102学期）第七周前第一轮答辩结束。主要参考文献1ALLENYYIAMIKEHEZLEPBTOMPOLBACOMPUTERCONTROLLEDOPTICALPINPO
6、LISHINGMACHINEJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY14620041561622LIANGLIAOA,FENGFENGJEFFXIA,_,KEFULIUBMODELINGANDCONTROLOFAUTOMATEDPOLISHING/DEBURRINGPROCESSUSINGADUALPURPOSECOMPLIANTTOOLHEADJ抛光机运动分析提出设计方案确定机械动力源、传动机构和执行机构计算各项参数查阅机械相关文献和期刊等参考资料收集和查阅国内外对抛光机动力臂机构的研究，并进行分析比较查阅机械结构运动分析的相关文献和参考资料，选择符合本
7、次设计的机械臂结构。确定动力臂的整体结构参考机械设计手册完成本次课题设计要求4INTERNATIONALJOURNALOFMACHINETOOLSMANUFACTURE482008145414633XIANGZHANGCARSTENKREWETBERNDKUHLENKOTTERAUTOMATICCLASSIFICATIONOFDEFECTSONTHEPRODUCTSURFACEINGRINDINGANDPOLISHINGJINTERNATIONALJOURNALOFMACHINETOOLSMANUFACTURE46200659694杨小芳史耀耀段继等整体叶盘五坐标数控抛光机设计与应用J科学技术
8、与工程第10卷第9期2010年3月16711815201009206105。5刘涛高慧莹罗杨费玖海PG510型单面抛光机的研制J电子工业专用设备总第187期。6王武刚吕玉山摆式抛光机的运动摩擦学分析J现代制造工程2009年第1期。7胡晓珍李伟超精密双面抛光机结构的优化设计J制造技术与机床2009年第3期。8汤迎红吴运新周鹏陶瓷抛光机磨头凸轮的改进设计J机械工程师2006年第3期。9卫振峰张维林陈万仰等行星抛光机的结构特点及改进意见J纺织器材第1期第21卷。10吕惠泽自动砂带曲轴抛光机的特点及结构分析J设计与研究1992年第12期。11刘伟王伟李和仙等行星式研磨抛光机的设备改造设计J机电技术20
9、10年第1期。12陈丽芬王志坚陶瓷抛光机磨头及其驱动部件的建模与动态特性分析J中国陶瓷工业2008年10月第15卷第5期。13杜书娟郭忠达余孝军触摸屏与PLC在磁流变抛光机中的应用J现代商贸工业第19卷第9期。14王会强孙维连温新林等国内外金相试样抛光机的发展概况J热处理2007年第22卷第3期。15梁秀春木工用抛光机的设计J机械工程与自动化第6期总第139期。516冯申吉晓丹陈敏加工小型零件的磁力抛光机的设计J机床与液压20051NO12。17郑晓斌薛毓强新型柔性抛光机控制系统的设计与实现J电工电气2010NO1。18何峰基于PLC的曲轴抛光机控制系统设计J机车车辆工艺第2期2010年4月。
10、6毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化抛光机器人动力机械臂设计文献综述正文摘要本文首先介绍了抛光机的工作原理，然后通过概述目前国内外的抛光机的发展状况，比较提出其自身存在的一些优点和缺陷，最后按照本次的设计要求提出自己的设计思路。关键词抛光机；动力臂；自动化。引言抛光机是一种电动工具，在工业机械的生产过程中需要对完成加工的零件进行有效的表面处理。是工件符合装配的要求或者使用的需要。因此几乎任何机械的生产都需要有抛光工件这一步骤，而抛光质量的好坏直接影响到该机械的最终功能。所以对不同的工件设计出合适的抛光设备对保证其机械功能是十分重要的。2抛光机的工作原理抛光机是一种电动工具，抛光机由底座、抛
11、盘、抛光织物、抛光罩及盖等基本元件组成。电动机固定在底座上，固定抛光盘用的锥套通过螺钉与电动机轴相连。抛光织物通过套圈紧固在抛光盘上，电动机通过底座上的开关接通电源起动后，便可用手对试样施加压力在转动的抛光盘上进行抛光。抛光过程中加入的抛光液可通过固定在底座上的塑料盘中的排水管流入置于抛光机旁的方盘内。抛光罩及盖可防止灰土及其他杂物在机器不使用时落在抛光织物上而影响使用效果12。抛光机操作的关键是要设法得到最大的抛光速率，以便尽快除去磨光时产生的损伤层。同时也要使抛光损伤层不会影响最终观察到的组织，即不会造成假组织。前者要求使用较粗的磨料，以保证有较大的抛光速率来去除磨光的损伤层，但抛光损伤层
12、也较深；后者要求使用最细的材料，使抛光损伤层较浅，但抛光速率低34。7解决这个矛盾的最好的办法就是把抛光分为两个阶段进行。粗抛目的是去除磨光损伤层，这一阶段应具有最大的抛光速率，粗抛形成的表层损伤是次要的考虑，不过也应当尽可能小；其次是精抛或称终抛，其目的是去除粗抛产生的表层损伤，使抛光损伤减到最小。抛光机抛光时，试样磨面与抛光盘应绝对平行并均匀地轻压在抛光盘上，注意防止试样飞出和因压力太大而产生新磨痕。同时还应使试样自转并沿转盘半径方向来回移动，以避免抛光织物局部磨损太快在抛光过程中要不断添加微粉悬浮液，使抛光织物保持一定湿度。湿度太大会减弱抛光的磨痕作用，使试样中硬相呈现浮凸和钢中非金属夹
13、杂物及铸铁中石墨相产生“曳尾”现象；湿度太小时，由于摩擦生热会使试样升温，润滑作用减小，磨面失去光泽，甚至出现黑斑，轻合金则会抛伤表面。为了达到粗抛的目的，要求转盘转速较低，最好不要超过600R/MIN；抛光时间应当比去掉划痕所需的时间长些，因为还要去掉变形层。粗抛后磨面光滑，但黯淡无光，在显微镜下观察有均匀细致的磨痕，有待精抛消除57。精抛时转盘速度可适当提高，抛光时间以抛掉粗抛的损伤层为宜。精抛后磨面明亮如镜，在显微镜明视场条件下看不到划痕，但在相衬照明条件下则仍可见到磨痕。抛光机抛光质量的好坏严重影响试样的组织结构，已逐步引起有关专家的重视。近年来，国内外在抛光机的性能上作了大量的研究工
14、作，研究出不少新机型、新一代的抛光设备，正由原来的手动操作发展成为各种各样的半自动及全自动抛光机8913。3抛光机的发展作为工业生产中不可或缺的生产设备，抛光机在生产活动中被频繁的应用。因此如何提高抛光机的工作效率以及在生产中解放人工的劳动以达到半自动乃至全自动将会成为抛光机发展的趋势。从简单的手动抛光器械（图）到半自动（图2）以及全自动抛光设备14（图3）8图一图二图三根据生产要求的不断提高，抛光机的更新也在不断进行以适应各类工件的要求。例如，结构简单的砂带传动抛光机，蜗杆抛光机等。冯申，吉晓丹，陈敏提到的加工小型零件的磁力抛光机15。磁性研磨广泛用于零件的抛光与研磨。复杂小型零件或棱角去毛
15、刺及倒棱等研磨加工当不能使用滚筒时大都采取手工作业而用滚筒时又有研磨不到的地方。研磨复杂小型零件的磁性研磨装置可以解决这个问题。对于磁极形状比较复杂或者气隙较大时采用磁场图法计算电磁感应器的磁路该种方法在工程中得到应用。用以抛光小型零件。随着人们的生活水平的不断提高，家具等以前人工定制的产品，由于其需求的不断增大也已转化为工业化批量生产。为解决家具产品的抛光问题梁秀春曾提出过木工用抛光机的设计，用以解决该类问题16。伴随着抛光工艺的进步以及对生产效率的要求PLC控制技术等数控技术也被运用于大型的抛光机中，以达到高效自动的要求。杜书娟，郭忠达，余孝军在“触摸屏与PLC在磁流变抛光机的应用”中提及
16、PLC技术在抛光机中的运用。触摸屏以界面形式使操作状态、当前过程值以及连接的PLC的故障可视化,并通过组态变量建立触摸屏与PLC的通讯,使触摸屏上的各项设定值输入PLC,同时PLC接收现场各状态检测信号,按预先编写的程序实现计算和控制输出功能,从而实现对抛光机整个运动过程的控制。由此可以大大的节省人工劳动以达到较高的自动化程度。随着抛光机不断融合更多的高新控制技术，其自动化发展必将日新月异。就现阶段而言抛光机的自动化依然有限。只有某一产品有大量的需求时才会单一开发该类产品的自动化抛光机。但是大多数的设计都具有单一性只适合一类产品，所以能够设计出多用途的高自动化抛光机是很有意义的1718。94本
17、次抛光机器人机械臂的设计很大一部分的抛光机由于其加工工件类型的关系并不需要机械臂。但对于一些产品由于其形状原因普通的抛光机不能很好的进行抛光，可能需要多次的装夹或者特殊的装夹器械。导致效率底下成本上升。因此设计具有一定功能的动力臂来实现该类产品的抛光动作是十分必要的（图4，5）。图四图五本次设计的抛光动力臂配合机床的运动期望能够达到多个自由度，使抛光机能够进行更为灵活的抛光动作以便抛光多种形状各异的工件。抛光臂由两台电机带动分别负责动力臂的摆动以及控制砂轮的转动。根据所需动力的大小按各项参数计算得到合适的电机，确定机械臂的基本结构能够确保负载其本身重量便于加工。总体来讲，本次设计一类简单的有一
18、个自由的机械臂结构在机床的辅助运动下可以完成较灵活的加工，达到节约成本改善抛光机械的目的。参考文献1ALLENYYIAMIKEHEZLEPBTOMPOLBACOMPUTERCONTROLLEDOPTICALPINPOLISHINGMACHINEJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY14620041561622LIANGLIAOA,FENGFENGJEFFXIA,_,KEFULIUBMODELINGANDCONTROLOFAUTOMATEDPOLISHING/DEBURRINGPROCESSUSINGADUALPURPOSECOMPLIANTTOOLHEA
19、DJINTERNATIONALJOURNALOFMACHINETOOLSMANUFACTURE482008145414633XIANGZHANGCARSTENKREWETBERNDKUHLENKOTTERAUTOMATICCLASSIFICATIONOFDEFECTSONTHEPRODUCTSURFACEINGRINDINGANDPOLISHINGJINTERNATIONALJOURNALOFMACHINETOOLSMANUFACTURE46200659694杨小芳史耀耀段继等整体叶盘五坐标数控抛光机设计与应用J科学技术与工程第10卷第9期2010年3月16711815201009206105
20、。105刘涛高慧莹罗杨费玖海PG510型单面抛光机的研制J电子工业专用设备总第187期。6王武刚吕玉山摆式抛光机的运动摩擦学分析J现代制造工程2009年第1期。7胡晓珍李伟超精密双面抛光机结构的优化设计J制造技术与机床2009年第3期。8汤迎红吴运新周鹏陶瓷抛光机磨头凸轮的改进设计J机械工程师2006年第3期。9卫振峰张维林陈万仰等行星抛光机的结构特点及改进意见J纺织器材第1期第21卷。10吕惠泽自动砂带曲轴抛光机的特点及结构分析J设计与研究1992年第12期。11刘伟王伟李和仙等行星式研磨抛光机的设备改造设计J机电技术2010年第1期。12陈丽芬王志坚陶瓷抛光机磨头及其驱动部件的建模与动态特
21、性分析J中国陶瓷工业2008年10月第15卷第5期。13杜书娟郭忠达余孝军触摸屏与PLC在磁流变抛光机中的应用J现代商贸工业第19卷第9期。14王会强孙维连温新林等国内外金相试样抛光机的发展概况J热处理2007年第22卷第3期。15梁秀春木工用抛光机的设计J机械工程与自动化第6期总第139期。16冯申吉晓丹陈敏加工小型零件的磁力抛光机的设计J机床与液压20051NO12。17郑晓斌薛毓强新型柔性抛光机控制系统的设计与实现J电工电气2010NO1。18何峰基于PLC的曲轴抛光机控制系统设计J机车车辆工艺第2期2010年4月。11本科毕业论文（20届）抛光机器人动力机械臂设计12摘要摘要本文简述了
22、抛光机在工业生产中的广泛应用，同时叙述了抛光机机械臂机构对于抛光机合理加工简化加工流程以及提高工作效率的重要作用，列举几个抛光机具体事例的应用，通过介绍各类型抛光机总结出本次设计的抛光机机械臂结构。叙述了设计的基本思路。在阅读相关文献资料后初步确定了抛光机的基本数据，通过确定普通抛光机的抛光功率与抛光转速确定抛光机所选用的电机型号。在选定电机的情况下估算抛光功率，以及传动机构形式。选用多轴传动来传递转矩。初步确定抛光机各轴最小直径以及轴承等配件型号。通过焊接连接两手臂转动部分使其达到周向的转动。同时在转速与转矩的考虑下选用蜗杆涡轮来降低转动电机转速，提高电机功率。最后通过校核确定各部件的强度合
23、理。列出个部分的尺寸以便作图。关键词抛光机；机械臂；多轴传动。13ABSTRACTABSTRACTTHISPAPERBRIEFLYDESCRIBESTHEPOLISHERWIDEAPPLICATIONININDUSTRIALPRODUCTION,ALSODESCRIBESTHEIMPORTANTROLEOFTHEPOLISHINGMACHINEMECHANICALARMINSTITUTIONSINPOLISHINGMACHINESREASONABLEPROCESSINGSIMPLIFIEDPROCESSANDENHANCEWORKEFFICIENCYLISTSSEVERALPOLISHINGM
24、ACHINECONCRETEEXAMPLESOFAPPLICATIONS,THROUGHTHEINTRODUCTIONOFTHEVARIOUSTYPESOFPOLISHINGMACHINESUMMARIZESTHEDESIGNOFPOLISHINGMACHINEMECHANICALARMSTRUCTURETHATWEWILLDOTALKINGABOUTTHEDESIGNBASICIDEATHEBASICDATAABOUTTHEPOLISHINGMACHINEISDETERMINEDAFTERREADINGTHERELATEDDOCUMENTSTHEPOLISHINGMACHINEPOLISHI
25、NGPOWERANDPOLISHINGSEEDAREDETERMINEDBYTHEORDINARYPOLISHINGMACHINEUNDERTHECONDITIONOFTHESELECTEDMOTORPOWER,ANDESTIMATINGPOLISHINGFORMOFTRANSMISSIONMECHANISMCHOOSETHEMULTIAXIALTRANSMISSIONTOTRANSFERTORQUEPRELIMINARYSURETHEAXISMINIMUMDIAMETERINPOLISHINGMACHINEANDBEARINGACCESSORIESMODELTHROUGHTHEWELDING
26、CONNECTSTHETWOMECHANICALARMMEANWHILEINTHESPEEDANDTORQUETOCONSIDERCHOOSESWORMTURBINEROTORTOREDUCESPEED,IMPROVEMOTORROTATIONOFPOWERFINALLYDETERMINEDBYCHECKINGOFALLPARTSOFSTRENGTHISREASONABLETHESIZEARELISTEDTODRAWINGKEYWORDSPOLISHINGMACHINE；MECHANICALARM；MULTIAXLETRANSMISSION14目录摘要12ABSTRACT13目录141前言17
27、11设计的背景意义1712设计的目的1713设计的内容与主要问题18131设计的基本内容18132主要解决问题1814设计的思路与解决方案18141设计的思路18142解决方案182总体设计方案1921方案11922方案21923方案选择20153电机的选择204齿轮与蜗杆涡轮的参数计算2141锥齿轮的基本参数计算21411按齿面接触疲劳强度计算22412按齿根弯曲强度设计23413齿轮校核2442蜗杆涡轮的参数计算24421蜗杆蜗轮粗算24422蜗杆涡轮的主要参数与几何尺寸25423校核265轴的设计计算2751轴1的设计计算27511设计27512校核28513轴承与键的选择2952轴2的
28、设计计算29521设计29522校核30523轴承与键的选择3153轴3的设计计算31531设计31532校核32533轴承与键的选择3454轴4的设计计算34541设计34542校核35543键与轴承的选择366机械臂联接结构3761轴1外壳3762锥齿轮外壳3763轴2外壳371664联轴器外壳3765空心轴3和437总结38参考文献39附录错误未定义书签。171前言11设计的背景意义伴随着生活水平的提高工业产品的类型越来越多，需要抛光的工件种类不断增多。在工业的生产活动中抛光越来越成为一个不可或缺的环节。而抛光用抛光机由于其工件的多样性所以在市面上的抛光机也是多种多样，对应于不同的产品要
29、有特定的抛光机才能进行抛光。复杂形状的产品需要多次的装夹加工甚至不能用机械抛光只能人工手动进行抛光。例如转椅的五脚型架，需要抛光的面为整个工件的空间曲面。面对该类工件只能运用人工抛光的手段才能进行抛光。然而人工抛光的缺陷也是显而易见的，首先，在无法自动加工的情况下人工抛光耗费了大量的人力劳动资源。其二，抛光作业对人体的危害。抛光过程中产生的大量粉尘在工人加工过程中不可避免的会被吸入从而对人员健康产生极大地危害。第三，人工抛光其质量的不可靠性。由手动抛光完成的产品受到工人本身工作技术的影响，其质量很难得到保证，即使同一工人的工作也很难保证其抛光的稳定性。第四，人工抛光的效率问题。受到人的限制，手
30、动抛光的生产效率不会有大幅度提升的空间，这对提高生产效率十分不利。因此人们不断的设计出各种不同类型的抛光机用以提高抛光的效率和质量。梁秀春曾提出过木工用抛光机的设计来解决家具工业化生产后的大批量抛光问题151。而杜书娟，郭忠达，余孝军在“触摸屏与PLC在磁流变抛光机的应用”13中提及PLC技术在抛光机中的运用将自动控制技术融入抛光机中以求达到抛光生产的高效与自动化。随着自动化要求的不断提高，更多的新兴技术必将融入抛光机中从而使抛光作业由繁至简达到一类抛光机的多种抛光应用。而设计一种动力机械手臂尽量多的完成各类工件的抛光工作对于提高抛光工艺的效率等方面的意义是十分重大的。12设计的目的本次设计设
31、想运用机械相关理论，设计出抛光机的动力机械臂配合机床的运动达到多个自由度使抛光机在抛光作业时能更为灵活。从而可以加工多类形状各异的工件达到简化抛光机种类提高工作效率的目的。可以尽量的减少人工抛光的工作量，降低抛光条件给操作人员带来的健康危害。1813设计的内容与主要问题131设计的基本内容1了解抛光机与动力机械臂的基本工作原理。2抛光机机械臂工作运动实现分析。3抛光机机械臂运动机构的设计分析。132主要解决问题1抛光机动力臂的工作的运动分析。2抛光机机械动力臂的参数计算。14设计的思路与解决方案141设计的思路查阅机械期刊等相关参考资料，了解抛光机工作原理；收集国内外相关机构的研究情况和动力臂
32、的参考资料；查阅机械结构的相关文献确定合适的动力臂结构；通过计算，确定完成动力臂结构的设计及其他零部件的选用；最终画出零件图和总装图。142解决方案1查阅相关的机械文献期刊和参考资料，了解抛光机的工作原理，明确该机械臂对应的工作类型。2收集国内外相关抛光机的研究情况和动力机械臂的参考资料，了解抛光机的发展状况并比较其优缺点，提出自己的设计方案。3参考相关机械书籍，找到合适的机械臂结构，匹配的电机动力源，确定机械臂的基本结构。4计算各项数据，确定机构中的参数，并根据参数选用设备。5画出机械臂装配图以及若干零件图。192总体设计方案在设计过程中涉及机械臂的整体结构，传动电机位置以及在扭矩变换电机减
33、速装置的选择、设计等方面有较多的不同。在比较各种方案的可行性后从中选出一种最优方案作为本次设计的主体思路。21方案1本次设计的焦点在于由两台电机的动力输出分别控制机械臂的抛光动作和整体机械臂的转向动作。由于两台电机的功用不同其转速与扭矩要求不尽相同。通过查阅文献可知，一般较小型抛光机的功率约为1200W，转速1500R/MIN。在设计其传动结构时，为抛光机的加工方便通过多轴的传递使抛光机机械臂成几字状。如图图21方案一通过电机1传动控制抛光机的抛光盘转动，已达到抛光的效果。电机2负责控制整个机械臂的缓慢摆动，在加工时便于抛光盘的位置摆正。同时可为电机2安装一减速器或蜗杆蜗轮在降低电机2转速的同
34、时提高其扭矩。22方案2两方案中抛光机电机的基本数据一致。在设计传动机构时为传动的简便与效率考虑将电机安装于第二轴末端，减少电机功率在传动时的损耗，同时便于安装。如图20图22方案二在电机2的输出轴上安装一减速器或者蜗杆蜗轮一提高其扭矩降低其转速。23方案选择在选择过程中考虑到方案2的设计传动方式相较于方案一更加合理。在较少的传递轴的传动下电机的功率能更好的被用于抛光作业。通过选择的电机显示，由于电机1的重量比较小将电机1安装于轴2末端不会给机械臂的摆动带来过大的扭矩负担。同时两部电机安装于不同层面上也避免了在安装结构上的复杂设计。在电机2的减速装置选择方面。通过计算比较发现该处减速装置的减速
35、比需要达到25才能有效的提高电机2转矩。在相同的传动比下齿轮减速器的设计难以实现如此大的传动比。同时蜗杆蜗轮机构由于其特殊的自锁特性非常适用于机械臂摆动停止时防止回落的要求。综上所述本次设计的最终方案为方案2的传动机构与电机安装方式。同时选择更加适合于机械臂结构的蜗杆蜗轮机构作为其减速装置。通过选定方案插于相关数据设计计算各相关零件。3电机的选择根据以上条件的判定可得，至电机部分传动电机所需的输出功率经过各级传21动消耗约为P1200/0980981250W。通过查阅有关资料在此选取的电机为130BC3100三相反应式步进电机。其具体参数尺寸如下电机型号130BC3100相数3相电流A80电阻
36、028欧电感11MH步距角06/12保持转矩12NM转动惯量105KGCM2重量10KG图51电机正视图由于机械手的转动频率与速度不大，电机重量仅10KG为安装方便，电机一安装于负责机械手臂旋转轴的外壳之上，在机械手臂转动时随着手臂一起转动。负责转动的电机为求方便等因素影响，而且也符合转矩要求故也取为130BC3100。4齿轮与蜗杆涡轮的参数计算41锥齿轮的基本参数计算该锥齿轮负责轴1与轴2之间的传动转向，取其传动比为1，设齿轮齿数为4022411按齿面接触疲劳强度计算由设计计算公式32250119221RRKTHZED（31）确定个系数值（1）初选载荷系数3KKAV2计算小齿轮传递转矩T1M
37、MNN7640150021105951059555（3）齿宽系数31R（4）材料弹性影响系数MPAE81899表106（5）齿轮接触疲劳强度极限MPAH600LIM（查19图1021D）（6）应力循环系数N60NJLH4147910。7接触疲劳寿命系数KHN09。（8）计算接触疲劳需用应力安全系数为S1（查191021）MPAMPASKHNH54060090LIM计算（1）试算齿轮分度圆直径D1，带入H32250119221RRKTHZED280676531764035408189922322MM（2）圆周速度VSMNDV/281510006011（3）计算齿宽B4272276979311DR
38、BMM模数MMD1/Z67280/40168MM齿高NN22M3696MM（4）计算载荷系数根据V5281M/S。7级精度。由图108查得动载系数KV115锥齿轮1F由表102得KA1。由表109KFBEKHH2521515151。KKAKVH258823根据修正公式5DD13KTK6728004764358823MM。（32）（6）计算模数MMD/Z64047/4016412按齿根弯曲强度设计有弯曲强度计算公式3222150114FYSYFUZRRKTM33确定公式中个计算数值的值（1）有图1020C查得齿轮的弯曲强度极限MPAF500（2）由图1018取弯曲疲劳寿命系数KFN085（3）计
39、算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1。由式（查191012）得MPAMPASFKFF425500850（4）计算载荷系数KKAKAVKFKF111512252588（5）取齿形系数，查表105得Y42F6取应力校正系数，查表105得Y671S（7）计算009430FYFAYSA。计算125100943024061131764058824322MMM对比计算结果，由接触疲劳强度计算的模数M大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数。由于齿轮模数M的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数125MM就近圆整为标准只15MM接触疲劳
40、强度算得的分度圆直径D164047得出齿轮齿数。Z43。则锥齿轮基础几何尺寸为24分度圆直径DZM645MM齿根角262F锥距RMMMZZ6452/2122分锥角45。齿宽BMMDD521。由此可以得出轴1与轴2之间的传动锥齿轮。图示图31锥齿轮413齿轮校核由于在计算过程中是根据锥齿轮所受最大扭矩，通过计算其齿根齿面疲劳强度公式得出的锥齿轮基本数据故其强度无需校核。42蜗杆涡轮的参数计算421蜗杆蜗轮粗算初步估算机械臂整体重约80KG，折合施轴上的转矩为200NM。取电机为130BC3100。其保持转矩为12NM。选定蜗杆涡轮传动比I25蜗杆头数为2,。涡轮齿数为50,。计算由式传动中心2H
41、ZPZEKTA（34）1确定作用于涡轮的转矩为T250NM按Z2，取效率为08。（2）确定载荷系数K因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数1；由表115选取使用系数151A；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数051V；则25KAV111510512135（3）确定弹性影响系数ZE选用铸锡磷青铜涡轮和45钢蜗杆相配，故取ZE160MPA21。（4）确定接触系数ZP假设我刚分度圆直径D1和传动中心距A的比值为035，从图1118中可查得ZP29。5确定许用接触应力H根据涡轮的材料，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,从表117查得涡轮的基本许用应力H268MPA。应力循环次数N60JN2LH
42、432107寿命系数KHN877103241008328则HKHNH08328268223MPA（6）计算中心距2HZPZEKTA1094MM取中心距A125MM。由表112中得模数M4MM，蜗杆分度圆直径D40MM。3201AD由图1118中得ZP265ZPZP计算结果可用。422蜗杆涡轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向齿距PA5612MMM。直径系数Q10。齿顶圆直径DA1D12HAM46MM。齿根圆直径DF1D12（HAMC）30MM。分度圆导程角“5730蜗杆轴向齿厚SA1/2M628MM。模数M4MM（2）涡轮涡轮齿数Z251。变位系数X2075。验算传动比I51/2255,传动比
43、误差为002。在允许范围之内。分度圆直径D2MZ2204MM。涡轮喉圆直径DA2D22HA2218MM。26齿根圆直径DF2D22HF2200MM。涡轮咽喉圆母圆半径RG2A1/2DA216MM。涡轮齿宽B075DA136MM。模数M4MM。423校核校核齿根弯曲疲劳强度FYYFAMDDKTF22153136当量齿数ZV297980COS22ZX2075由图1119中可得YFA2203螺旋角系数Y07786许用弯曲应力FNFF从表118中查得涡轮的基本许用弯曲应力F56MPA。寿命系数97665801032410FN。F5606583685MPA。F188259MPA。齿根弯曲强度在最大静载荷
44、下满足强度要求。零件具体如图所示图32蜗杆蜗轮275轴的设计计算通过查阅文献资料初步确定抛光机的基本数据。其中抛光机抛光转速设为N1500R/MIN抛光功率为1200W，各轴间有效传动功率为098，计算个轴以及零件基本数据如下。标示抛光盘轴为轴1，从抛光盘至电机各轴分别标注。51轴1的设计计算511设计轴1用于直接安装抛光盘，以及连接水平轴轴2。轴1的轴上功率可知为抛光功率P1200W，转速N1500R/MIN。根据以上数据初步设计轴1。其结构简图如下所示图41轴1（1）确定轴的材料为45钢，调质处理。初步确定轴的最小直径。由表153取A0112。DMINA03NP1040MM。取最小轴径为1
45、5MM。轴1的最小直径为L1段直径由于轴的转矩变化较小，同时考虑安全余量取轴1段L1直径为15MM，同时初步选定轴承为GB/T29219947002C2为满足轴承，锥齿轮与轴的配合取轴1L1段长为50MM。为满足轴承的轴向定位要求L1和L2之间有一轴肩，取轴肩高度为2MM。同时取得L2轴段直径为19MM，为了满足零件的加工方便的要求取L2段轴的长度为200MM，L3段视具体抛光盘要求，根据轴承要求暂设为直径15MM长度60MM。（3）轴承前后端分别用轴承端盖固定。（4）根据轴径选择固定轴与锥齿轮键的型号为615GB/T1096200328512校核（1）根据轴的结构图做出轴的计算简图图42轴1
46、校核图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出轴的危险截面为锥齿轮处轴承其中NDTFT9236112。NFTFR97601SINTAN。NFTFA94601COSTAN。MMNDFAMA2819662。NFN1252961。NFN225592。NFV3811661。NFV411152。总弯矩M129272NMM。29扭矩T7640NMM。（2）按弯扭合成应力校核轴的强度设轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取60轴的应力计算MPAWTMCA9971922。前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表151查得其许用应力为60MPA，故安全。513轴承与键的选择根据轴径选择轴承为GB/T2921
47、9947002C根据轴径选择固定轴与锥齿轮键的型号为615GB/T1096200352轴2的设计计算521设计轴2用于传动电机动力至轴1。已知锥齿轮的传动比为1，设抛光机轴间传动效率为098。轴2的轴上功率可知为抛光功率P/0981225W，转速N1500R/MIN。根据以上数据初步设计轴,2。（1）确定轴的材料为45钢，调质处理。初步确定轴的最小直径。由表153取A0112。DMINA03NP105MM。为方便起见取最小轴径为15MM。轴2的最小直径为L1段直径由于轴的转矩变化较小，同时考虑安全余量取轴1段L1直径为15MM，同时初步选定轴承为GB/T29219947002C2为满足轴承，锥
48、齿轮与轴的配合取轴2L2段长为50MM。为满足轴承的轴向定位要求L1和L2之间有一轴肩，取轴肩高度为2MM。同时取得L2轴段直径为19MM，为了满足零件的加工方便的要求取L2段轴的长度为250MM，L3段要求连接电机必须配合联轴器，所以同时在此选取联轴器型号。联轴器的计算转矩TCAKAT3。差表141，考虑到转矩变化很小，故取KA13。T955106P/N95500001225/15007800NMM则TCAKAT313780010140NMM按照计算转矩TCA应该小于联轴器公称转矩的条件，查标准机械设计手册联30轴器选用刚性联轴器中的凸缘联轴器为GB/T58432003GY1型联轴器。为满足
49、轴2轴承与半联轴器的安装要求取轴2L3段直径为15MM长度为20MM。L4段直径14MM长度30MM以配合半联轴器。（3）根据轴径选择固定轴与锥齿轮键以及半联轴器的型号为620GB/T10962003。轴2简图如下所示图43轴2522校核（1）根据轴的结构图做出轴的计算简图图44轴2校核图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出轴的危险截面为锥齿轮处轴承其中31NDTFT9236112NFTFR97601SINTANNFTFA94601COSTANMMNDFAMA2819662NFN282841NFN38472NFV29888651NFV3288842总弯矩M1292722NMM扭矩T7640NMM（2
