電動機械手結構設計

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1、1 緒論1.1工業(yè)機械手的概述工業(yè)機器手是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；由計算機控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)；他是可編程、具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進行人機聯系?？梢酝ㄋ椎睦斫鉃椤皺C器人是技術系統(tǒng)的一種類別，它能以其動作復現人的動作和職能；它與傳統(tǒng)的自動機的區(qū)別在于有更大的萬能性和多目的用途，可以反復調整以執(zhí)行不同的功能?！惫I(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設計是從二十世紀中葉開始的.我國的工業(yè)機械手是從80年代七五科技攻關開始起步,在國家的支持下,通過七五,八五科技攻關,目前已經基本掌握了機械手操作機的設計制

2、造技術,控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術,運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線（站）上獲得規(guī)模應用，孤焊機器人已經應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產品，機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結構。目前工業(yè)機械手仍大量應用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占

3、11.7%）。發(fā)達國家汽車行業(yè)機械手應用占總保有量百分比為23.4%53%，年產每萬輛汽車所擁有的機械手數為（包括整車和零部件）：日本88.0臺，德國64.0臺，法國32.2臺，英國26.9臺，美國33.8臺，意大利48.0臺。世界工業(yè)機械手的數目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉變，并且隨著電子技術的發(fā)展和科技的不斷進步，這項技術將日益完善。上料機械手與卸料機械手相比，其中

4、上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫材料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達180mm，最大抓握重量可達30公斤，最大行走距離為1200mm。根據作業(yè)要求及載荷情況，機械手各關節(jié)運動速度可調。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現可以通過編程實現。國內外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺

5、”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能夠對所抓取的工件進行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確地在機器上定位、定向。為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當的握力；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能：(1）能準確地抓住方位變化的物體；(2）能判斷對象的重量

6、；(3)能自動避開障礙物；(4)抓空或抓力不足時能檢測出來。這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為“智能機械手”，它是有發(fā)展前途的?，F在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的工作，危險的工作，單調重復的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部分，機械手的應用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。經濟性問題當然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經濟上看，不一定

7、總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設備節(jié)省人力和實現生產合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術方面和價格方面存在的問題得到解決，機械手的應用必將會飛躍發(fā)展。上料機械手和卸料機械手相對，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達180mm，最大抓握重量可達30公斤，最大行走距離為1200mm。根據作用要求和載荷情況，機械手各關節(jié)運動速度可調。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安

8、全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現可以通過編程實現。隨著機電一體化技術和計算機技術的應用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產及生活的各個領域，特別是工業(yè)機械手在生產加工中的廣泛應用。轎車半軸加工上料機械手設計在綜合多種機械手的設計原理和設計思想，根據轎車半軸加工的特點提出的，有一定的理論基礎，設計水平和應用價值。1.2機械手的構成與分類1.2.1機械手的構成機械人主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及人工智能等所組成。 (一)執(zhí)行機構包括末端執(zhí)行器、手腕、手臂、底座等部件，有的還

9、增設行走機構，一般視需要而定。1、末端執(zhí)行器即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型?；剞D型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內撐式;指數有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構則通過手指產

10、生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盤等構成，它是靠吸附力(如吸盤內形成負壓或產生電磁力)吸附物件，相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產生。用負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數量、吸附力大小，根據被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據特殊需要，手部還有勺式(

11、如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.2、手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位(即姿勢)。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等)與驅動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現手臂的各種運動。手臂可能實現的運動如下:手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉動，都需要有導向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉力矩以及手

12、臂回轉運動時在啟動、制動瞬間產生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。導向裝置結構形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導向型式。4、機座機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。5、行走裝置當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構，以實現工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構可分為有軌的和無軌的兩種。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。(二)驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳

13、動、電力傳動和機械傳動。通常一臺機械人只用一種驅動裝置。(三)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(四)人工智能觸覺、視覺、聽覺、嗅覺、力覺、壓覺、接近覺、滑覺、語言識別、邏輯判斷和學習等裝置，根據機器人的智能程度決定。1.2.2機械手的分類工業(yè)

14、機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。（一）按機器人的機構特征來分機器人的機械配置形式多種多樣，典型機器人的機構運動特征是用其坐標特性來描述的。按機構運動特征，機器人通?？煞譃橹苯亲鴺藱C器人、柱面坐標機器人、球面坐標機器人和關節(jié)型機器人等類型。1直角坐標機器人。直角坐標機器人具有空間上相互垂直的兩根或三根直線移動軸（見圖71），通過直角坐標方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。直角坐標機器人結構簡單，定位精度高，空間軌跡易于求解；但其動作范圍相對較小，設備的空間因數較低，實現相同的動作空間要求時

15、，機體本身的體積較大。主要用于印刷電路基板的元件插入、緊固螺絲等作業(yè)。2柱面坐標機器人。柱面坐標機器人的空間位置機構主要由旋轉基座、垂直移動和水平移動軸構成（見圖72），具有一個回轉和兩個平移自由度，其動作空間呈圓柱形。這種機器人結構簡單、剛性好，但缺點是在機器人的動作范圍內，必須有沿軸線前后方向的移動空間，空間利用率較低。主要用于重物的裝卸、搬運等作業(yè)。著名的Versatran機器人就是一種典型的柱面坐標機器人。3球面坐標機器人。其空間位置分別由旋轉、擺動和平移3個自由度確定，動作空間形成球面的一部分。其機械手能夠作前后伸縮移動、在垂直平面上擺動以及繞底座在水平面上轉動。著名的Unimate

16、就是這種類型的機器人。其特點是結構緊湊，所占空間體積小于直角坐標和柱面坐標機器人，但仍大于多關節(jié)型機器人。4、多關節(jié)型機器人。由多個旋轉和擺動機構組合而成。這類機器人結構緊湊、工作空間大、動作最接近人的動作，對噴漆、裝配、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應性，應用范圍越來越廣。不少著名的機器人都采用了這種型式，其擺動方向主要有鉛垂方向和水平方向兩種，因此這類機器人又可分為垂直多關節(jié)機器人和水平多關節(jié)機器人。如美國Unimation公司20世紀70年代末推出的機器人PUMA（見圖74）就是一種垂直多關節(jié)機器人，而日本山梨大學研制的機器人SCARA（見圖75）則是一種典型的水平多關節(jié)機器人。垂直多關節(jié)機

17、器人模擬了人類的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉軸（相當于大臂旋轉的肩部旋轉軸）帶動小臂旋轉的肘部旋轉軸以及小臂前端的手腕等構成。手腕通常由23個自由度構成。其動作空間近似一個球體，所以也稱多關節(jié)球面機器人。其優(yōu)點是可以自由地實現三維空間的各種姿勢，可以生成各種復雜形狀的軌跡。相對機器人的安裝面積其動作范圍很寬。缺點是結構剛度較低，動作的絕對位置精度磨較低。它廣泛應用于代替人完成裝配作業(yè)、貨物搬運、電弧焊接、噴涂、點焊接等作業(yè)場合水平多關節(jié)機器人在結構上具有串聯配置的二個能夠在水平面內旋轉的手臂，其自由度可以根據用途選擇24個，動作空間為一圓柱體。水平多關節(jié)機器人的優(yōu)點是在垂直方向上的剛性好，

18、能方便地實現二維平面上的動作，在裝配作業(yè)中得到普遍應用。(二)按用途分機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種:1、專用機械手它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加口工中心”附屬的自動換刀機械手。2、通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在規(guī)格性能范圍內，其動作程序是可變的，通過調整可在不同場合使用，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產品種的中小批量自動

19、化的生產。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以 “開一關”式控制定位，只能是點位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數控類型。(三)按驅動方式分1、 液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)，可實現連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。2、 氣壓傳

20、動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:介質李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。3、機械傳動機械手即由機械傳動機構(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等)驅動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，動作頻率大，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于工作主機的上、下料。4、電力傳動機械手即有特殊結

21、構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的機械手，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。(四)按控制方式分1、點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算

22、機進行控制。1.3 機器人的應用與發(fā)展1.3.1 工業(yè)機器人在工業(yè)生產中的應用工業(yè)機械手在生產中的應用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面：建造旋轉零件體自動線方面建造旋轉零件體（軸類、盤類、環(huán)類零件）自動線，一般都采用機械手在機床之間傳送工件。在實現單機自動化方面(1)各類半自動車床，有自行夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現全自動化生產。(2)注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動取料，可實現全自動生產。(3)沖床有自動上下沖壓循環(huán)，機械手上下料可實現沖壓上產自動化。鑄、鍛、焊、熱處理等方面總的來說，由于工業(yè)機械手的特點滿足了社會生

23、產的需要，進而帶來了經濟效益。其特點：(1)對環(huán)境的適應性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體有害的場所，機械手不受影響。(2)機械手能持久、耐勞、可以把人從單調的繁重的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。(3)動作準確，可保證穩(wěn)定和提高產品的質量，同時可避免人為操作的錯誤。(4)通用性靈活性好，特別是通用機械手，能適應產品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產的需要。(5)采用機械手能明顯的提高勞動生產率和降低成本。1.3.2機器人的發(fā)展與前景國際上第一臺工業(yè)機器人產品誕生于20世紀60年代，當時其作業(yè)能力僅限于上、下料這類簡單的工作。此后機器人進人了一個緩慢的發(fā)展期，直到進人20

24、世紀80年代，機器人產業(yè)才得到了巨大的發(fā)展，成為機器人發(fā)展的一個里程碑，這一時代被稱為“機器人元年”。為了滿足汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的需要，這個時期開發(fā)出的點焊機器人、弧焊機器人、噴涂機器人以及搬運機器人等四大類型的工業(yè)機器人系列產品已經成熟，并形成產業(yè)化規(guī)模，有利地推動了制造業(yè)的發(fā)展。為進一步提高產品質量和市場競爭能力，裝配機器人及柔性裝配線又相繼開發(fā)成功。20世紀90年代以來，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等快速發(fā)展，工業(yè)機器人技術也得到了飛速發(fā)展。現在工業(yè)機器人已發(fā)展成為一個龐大的家族，并與數控（NC）、可編程、控制器（PLC）一起成為工業(yè)自動化的三大技術支柱和基本手段，廣泛應用于制造業(yè)

25、的各個領域之中。工業(yè)機器人技術從機械本體、控制系統(tǒng)、傳感系通行統(tǒng)，到可靠性、網絡通信功能的拓展等方面都取得了突破性的進展。機械本體方面，通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設計等現代設計方法的運用，機器人操作機已實現了優(yōu)化設計。以德國KUKA公司為代表的機器人公司，已將機器人并聯平行四邊形結構改為開鏈結構，拓展了機器人的工作范圍，加之輕質鋁合金材料的應用，大大提高了機器人的性能。此外采用先進的RV減速器及交流伺服電機，使機器人操作機幾乎成為免維護系統(tǒng)。控制系統(tǒng)方面，性能進一步提高，已由過去控制標準的6軸機器人發(fā)展到現在能夠控制21軸甚至27軸，并且實現了軟件伺服和全數字控制。傳感系統(tǒng)方面，激光傳感器

26、、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應用，并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性。日本KAWASAKI、YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國KUKA、REIS等公司皆推出了此類產品。網絡通信功能的拓展，日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的聯接，使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設備向標準化設備發(fā)展。另外，由于微電子技術的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應用，使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。除了工業(yè)

27、機器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的機器人系統(tǒng)也有了長足的進展。農業(yè)生產環(huán)境的的復雜性和作業(yè)對象特殊性使得農業(yè)機器人研究難度更大，農業(yè)機器人的應用尚未達到商品化階段，但農業(yè)機器人技術的研究已經在土地耕作、蔬菜嫁接、作物移栽、農藥噴灑、作物收獲、果蔬采摘等生產環(huán)節(jié)取得了一些突破性進展。例如，日本的耕作拖拉機自動行走系統(tǒng)、聯合收割機自動駕駛技術、無人駕駛農藥噴灑機，英國的葡萄枝修剪機器人、蘑菇采摘機器人和擠牛奶機器人，我國的農業(yè)機器人自動引導行走系統(tǒng)、蔬菜嫁接機器人，法國的水果采摘機器人，以及荷蘭開發(fā)的擠奶機器人等。機器人技術用于海洋開發(fā)，特別是深海資源的開發(fā)，一直是的許多國家積極關注的目標

28、。法國、美國、俄羅斯、日本、加拿大等國從20世紀70年代開始先后研制了幾百臺不同結構形式和性能指標的水下機器人。法國的EPAVLARD、美國的AUSS、俄羅斯的MT-88等水下機器人已用于海洋石油開采、海底勘查、救撈作業(yè)、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護、以及大壩檢查等方面。我國在90年代中期研制的“CR-01”水下機器人在太平洋深海試驗成功，海深達 6000m 以上，使我國在深海探測和探索方面躍居世界先進水平。近年來隨著各種智能能機器人的研究與發(fā)展，能在宇宙空間作業(yè)的所謂空間機器人就成為新的研究領域，并已成為空間開發(fā)的重要組成部分。美、俄、加拿大等國已研制出各種空間機器人，如美國NASA的空間

29、機器人Sojanor等。Sojanor是一輛自主移動車，重量為11.5kg，尺寸63048mm，有6個車輪，它在火星上的成功應用，引起了全球的廣泛關注。服務機器人是近年來發(fā)展很快的一個領域，已成功地應用于醫(yī)療、家用、娛樂等人類生活的方方面面。作為服務機器人的一個重要分支，醫(yī)用機器人的主要運用在護理、康復、輔助診斷和外科手術等場合。1998年5月德、法兩國醫(yī)生成功利用機器人完成了一例心臟瓣膜修復手術，包括對病人心臟瓣膜的修整和再造。這次手術中使用的是美國直覺外科研究所研制的醫(yī)用遙控機器人系統(tǒng)。1998年6月，機器人又完成了首例閉胸冠狀動脈搭橋手術。機器人技術與外科技術的結合，為病人帶來福音。可以

30、預見，在21世紀各種先進的機器人系統(tǒng)將會進入人類生產、生活的各個領域，成為人類良好的助手和親密的伙伴。2 總體設計方案2.1結構類型的要求和確定機械結構設計的要求，包括對機器整機的設計要求和對組成零件的設計要求兩個方面，兩者相互聯系、相互影響。 (1).對機器整機設計的基本要求 對機器使用功能方面的要求：實現預定的使用功能是機械設計的最基本的要求，好的使用性能指標是設計的主要目標。另外操作使用方便、工作安全可靠、體積小、重量輕、效率高、外形美觀、噪聲低等往往也是機械設計時所要求的。對機器經濟性的要求：機器的經濟性體現在設計、制造和使用的全過程中，在設計機器時要全面綜合的進行考慮。設計的經濟性體

31、現為合理的功能定位、實現使用要求的最簡單的技術途徑和最簡單合理的結構。 (2).對零件設計的基本要求 機械零件是組成機器的基本單元，對機器的設計要求最終都是通過零件的設計來實現，所以設計零件時應滿足的要求是從設計機器的要求中引申出來的，即也應從保證滿足機器的使用功能要求和經濟性要求兩方面考慮。 要求在預定的工作期限內正?？煽康墓ぷ?，從而保證機器的各種功能的正設計簡單合理的零件結構、合理規(guī)定零件加工的公差等級以及認真考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性等。另外要盡量采用標準化、系列化和通用化的零部件。任何一種機器都有動力機、傳動裝置和工作機組成。動力機是機器工作的能量來源，可以直接利用自然資源（也稱

32、為一次能源）或二次能源轉換為機械能，如內燃機、氣輪機、電動機、電動馬達、水輪機等。工作機是機器的執(zhí)行機構，用來實現機器的動力和運動能力，如機器人的末端執(zhí)行器就是工作機。傳動裝置則是一種實現能量傳遞和兼有其它作用的裝置。為實現總體機構在空間的位置提供的6個自由度，可以有不同的運動組合，根據本課題可以將其設計成以下3種方案：1圓柱坐標型 這種運動形式是通過一個轉動，兩個移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)，工作空間圖形為圓柱型。它與直角坐標型比較，在相同的工作空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大。2直角坐標型 直角坐標型工業(yè)四自由度的工業(yè)機器人，其運動部分由三個相互垂直的直線移動組成，其工作空間圖

33、形為長方體。它在各個軸向的移動距離，可在各坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高、結構簡單，但機體所占空間體積大、靈活性較差。3.球坐標型 又稱極坐標型，它由兩個轉動和一個直線移動所組成，即一個回轉，一個俯仰和一個伸縮運動組成，其工作空間圖形為一個球形，它可以作上下俯仰運動并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結構緊湊、工作空間范圍大的特點，但結構復雜。2.2規(guī)格參數手部負重：10kg（抓取物體的形狀為圓柱體，圓柱體半徑、高度自定，密度）自由度數：3個，沿Z軸的上下移動，繞Z軸的轉動，沿X軸的伸縮坐標型式：圓柱坐標手臂運動參數：伸縮行程（X）：450mm伸縮速度（）：

34、升降行程（Z）：150mm升降速度（）： 回轉范圍（）：定位方式：閉環(huán)伺服定位重復定位精度：驅動方式：電動控制方式：MGS-51單片微機2.2總體設計方案 使用現在機械設計方法和電動傳動技術進行設計，采用圓柱式坐標。各手臂結構選用封閉式空心截面形狀傳動方式，選用同步帶，螺旋傳動和齒輪傳動三種傳動方式，驅動裝置采用步進電動機，控制系統(tǒng)選用單片機的點位控制方式2.4工作原理機的輸出經過減速器變速后，通過齒輪傳動使腰部繞垂直軸線旋轉，其旋轉角度為270，大臂固定在腰部從動輪上，并隨著腰部一起轉動，從而實現手臂的整體旋轉。大臂的升降機構由腰部來實現，此結構為步進電動機帶動蝸桿使蝸輪傳動，依靠蝸輪內孔的

35、螺紋帶動絲杠升降運動，為防止絲杠轉動，采用了由絲杠上端的花鍵與固定箱體的花鍵套組成的導向裝置小臂通過一旋轉軸固定在大臂末端，其驅動電機固定在大臂的另一端，通過同步帶傳動帶動小臂旋轉，其旋轉的角度為300。小臂內部安裝有一個步進電動機，通過扇形齒輪齒條轉化為實現手抓的開合3 機械手部分計算及其分析3.1手部計算與分析3.11手部設計的基本要求(1)應具有適當的夾緊力和驅動力。(2)手指應具有一定的開閉范圍。(3)應保證工件在手指內的夾持精度。(4)要求結構緊湊，重量輕，效率高。(5)應考慮通用性和特殊要求。3.1.2夾緊力計算手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據，必須對其大小、方向、作用點

36、進行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。其工件質量G=10kg，V形手指的角度2=，摩擦系數根據手部結構的傳動示意圖，其驅動力為：根據手指加持工件的方位，可得握力計算公式： 所以實際驅動力： 因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取0.94，并取為1.5若被抓去工件的最大加速度為時則：所以， 所以夾持工件時所需夾緊的驅動力為1563N。.3.1.3手爪的夾持誤差及分析 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產中

37、，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，避免產生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結構參數，見圖3-2，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內。在機械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過。手部的最終誤差取決于手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補償能力。圖3-2 夾持不同工件時的夾持誤差圖3-2中， 為工件直徑，工件直徑為60mm，尺寸偏差，則， ， 本設計為扇形齒條回轉型夾持器，屬于兩點回轉型手指夾持，如圖3-3所示。圖3-3扇形齒條回轉式鉗爪若把工件軸心位置C到手爪兩支點連線的垂直距離CD以X表示，根據幾何關系有： 簡化為：在設計中，希望給定的和來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長手

38、指長度，但手指過長，使其結構增大，另一方面可選取合適的偏轉角，使夾持誤差最小，這時的偏轉角稱為最佳偏轉角。只有當工件的平均半徑取為時，夾持誤差最小。此時最佳偏轉角的選擇對于兩支點回轉型手爪（尤其當值較大時），偏轉角的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現在抓取半徑較小時，兩手爪的和邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑，以為條件確定兩支點回轉型手爪的偏轉角，即下式：其中， 。V型鉗的夾角代入得出： 則 則，此時定位誤差為和中的最大值。分別代入得：所以，夾持誤差滿足設計要求。3.2 機械手腕部計算及其分析手腕部件設置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部

39、運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變得更靈巧，適應性更強。手腕部件具有獨立的自由度，此設計中要求有繞中軸的回轉運動。機器人手腕自由度數，應根據作業(yè)需要來設計。機器人手腕自由度數愈多，各關節(jié)的運動角度愈大，則機器人腕部的靈活性愈高，機器人對作業(yè)的適應能力也愈強。但是，自由度的增加，也必然會使腕部結構更復雜，機器人的控制更困難，成本也會增加，也必然會使腕部結構更復雜，機器人的控制更困難，成本也會增加。因此手腕的自由度，應根據實際作業(yè)要求來確定。在滿足作業(yè)要求的前提下，應使自由度數盡可能的少。一般的機器人手腕的自由度為2至3個，有的需要更多的自由度，而有

40、的機器人手腕不需要自由度，僅憑手臂和腰部的于東就能實現作業(yè)要求的任務。因此，要具體問題具體分析，考慮機器人的多種布局，運動方案，選擇滿足要求的最簡單的方案。機器人腕部安裝在機器人手臂的末端，在設計機器人手腕時，應力求減少其重量和體積，結構力求緊湊。為了減輕機器人腕部的重量，腕部機構的驅動器采用分離傳動。腕部驅動器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅動，并選用高強度的鋁合金制造。機器人手腕要求與末端執(zhí)行器相聯，因此，要有標準的聯接法蘭，結構上要便于裝卸末端執(zhí)行器。機器人的手腕機構要有足夠的強度和剛度，以保證力與運動的傳遞。要設有可靠的間隙調整機構，以減少空回間隙，提高傳動精度。手腕各關節(jié)軸轉動要有限

41、位開關，并設計硬限位，以防止超限造成機械損壞。因此，應基本滿足一下要求：（1）力求結構緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。（2）結構考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3）必須考慮工作條件對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕

42、部沒有太多不利因素。3.3手臂結構設計設計機械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機械手，完成直線伸縮動作，機械手臂性能要求：功能性的要求機械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準確，工作協(xié)調。適應性的要求為便于調整，適應工件大小不同的要求，起止位置要方便調整，要求設置可調式定位機構。為了控制慣性力，減少運動沖擊，動力的大小要能與負載大小相適應，如步進電機通過程序設計改變運動速度，力矩電機通過調整工作電壓，改變堵力矩的大小，達到工作平穩(wěn)、動作快捷、定位準確的要求?？煽啃缘囊罂煽啃允侵府a品在規(guī)定的工作條件下，在預

43、定使用壽命期內能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機械手可自動完成預定工作，廣泛應用在自動化生產線上，因此要求機械手工作必須可靠。設計時要進行可靠性分析。壽命的要求產品壽命是產品正常使用時因磨損而使性能下降在允許范圍內而且無需大修的連續(xù)工作期限。設計中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤滑措施、合理設計零件的形面等。因各零部件難以設計成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。經濟的要求機械產品設備的經濟性包括設計制造的經濟性和使用的經濟性。機械產品的制造成本構成中材料費、加工費占有很大的比重，設計時必須給予充分注意。將機械設計課程中學到的基本設計思想貫穿到設計中。人機工程學的要求人機工

44、程學也稱為技術美學，包括操作方便宜人，調節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護保養(yǎng)容易等。本設計中要充分考慮外形設計，各調整環(huán)節(jié)的設計要方便人體接近，方便工具的使用。安全保護和自動報警的要求按規(guī)范要求，采取適當的防護措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設計都必須考慮的，是必不可少的。在程序設計中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機構卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設置報警裝置。機械手臂的結構要求：應盡可能使機器人手臂各關節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機器人運動學正逆運算簡化，有利于機器人的控制。機器人手臂的機構尺寸應滿足機器人工作空間的要求。工

45、作空間的形狀和大小與機器人手臂的長度，手臂關節(jié)的轉動范圍有密切的關系。但機器人手臂末端工作空間并沒有考慮機器人手腕的空間姿態(tài)要求，如果對機器人手腕的姿態(tài)提出具體的要求，則其手臂末端可實現的空間要小于上述沒有考慮手腕姿態(tài)的工作空間。為了提高機器人的運動速度與控制精度，應保證機器人手臂有足夠的強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。力求選用高強度的輕質材料，通常選用高強度的鋁合金制造機器人的手臂。目前，在國外，也在研究用碳纖維復合材料制造機器人手臂。碳纖維復合材料抗拉強度高，抗震性好，比重?。ㄆ浔戎叵喈斢趧偟?/4，相當于鋁合金的2/3），但是，其價格昂貴，且在性能穩(wěn)定性及其

46、制造復雜形狀工件的工藝上尚存在問題，故未能在生產實際中推廣應用。目前比較有效的辦法是用有限元法進行機器人手臂結構的優(yōu)化設計。在保證所需要強度與剛度的情況下，減輕機器人手臂的重量。機器人各關節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減少機械間隙所造成的運動誤差。因此各關節(jié)都應有工作可靠、便于調整的軸承間隙調整機構。機器人的手臂相對其關節(jié)回轉軸盡可能在重量上平衡，這對減小電機負載和提高機器人手臂運動的響應速度是非常有利的。在設計機器人的手臂時，應盡可能利用機器人在安裝的機電元器件與裝置的重量來減小機器人手臂的不平衡，必要時還要涉及平衡機構來平衡手臂參與的不平衡重量機器人手臂在結構上要考慮各關節(jié)的限位開關和具有一定

47、緩沖能力的機械限位塊，以及驅動裝置，傳動機構及其它元件的安裝。3.3.1設計參數伸縮長度：450mm單方向伸縮時間：1.52.5S；定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于；前端安裝機械手，伸縮終點無剛性沖擊；3.3.2手臂伸縮的尺寸設計與校核手臂伸縮采用煙臺氣動元件廠生產的標準，參看此公司生產的各種型號的結構特點，尺寸參數，綜合本設計的實際要求，尺寸系列初選內徑為。尺寸校核在校核尺寸時，只需校核內徑=63mm，半徑R=31.5mm的尺寸滿足使用要求即可，設計使用壓強P=0.4MPa。則驅動力： 測定手腕質量為50kg，設計加速度則慣性力為： 考慮活塞等的摩擦力，設定摩擦系數k=0.2，所以，總受

48、力 由于，所以標準CTA的尺寸符合實際使用驅動力要求。導向裝置 電動機驅動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，應采用導向裝置。具體的安裝形式應該根據本設計的具體結構和抓取物體重量等因素來確定，同時在結構設計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉中心的慣量。 導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設計采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。平衡裝置 在本設計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力平衡力矩平衡狀態(tài)，減少手爪一側重力矩對性能的影響，故在手臂的伸縮一側

49、加裝平衡裝置，裝置內加放砝碼，砝碼的質量根據抓取物體的重量的運行參數視具體情況加以調節(jié)，務求使兩端盡量接近平衡。3.3.3手臂升降的尺寸設計及校核尺寸設計 運行長度設計為，內徑為，半徑，運行速度，加速時間，壓強，則驅動力為： 尺寸校核測定手腕質量為80kg，則重力： 設計加速度，則慣性力： 考慮活塞等的摩擦力，設定一摩擦系數k=0.1， 所以，總受力 所以，設計尺寸符合實際使用要求。3.3.4手臂的尺寸設計與校核尺寸設計 長度設計為，內徑為，半徑，軸頸，半徑，運行角速度，加速度時間，壓強， 則力矩： 尺寸校核測定參與手臂轉動的部件的質量，分析部件的質量分布情況，質量密度分布在一個半徑r=200

50、mm的圓盤上，那么轉動慣量： 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設定一摩擦系數k=0.2， M摩 = 總驅動力矩： M驅 = M摩 + M驅 所以，設計尺寸滿足使用要求。3.4腰部結構設計工業(yè)機器人的腰座，就是圓柱坐標機器人，球坐標機器人及關節(jié)型機器人的回轉基座。它是機器人的第一個回轉關節(jié)，機器人的運動部分全部安裝在腰座傷，它承受了機器人的全部重量。在設計機器人腰座結構時，要注意以下設計原則：腰座要有足夠大的安裝基面，以保證機器人在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。腰座要承受機器人全部的重量和載荷，因此機器人的基座和腰部軸及軸承的結構及軸承的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力。機器人的腰座是機器人的

51、第一個回轉關節(jié)，它對機器人末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度的保證。腰部回轉運動要有相應的驅動裝置，它包括驅動器（電動、液壓及氣動） 及減速器。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。腰部結構要便于安裝、調整。腰部與機器人手臂的聯結要有可靠的定位基準面，以保證各關節(jié)的相互位置精度。要設有調整機構，用來調整腰部軸承間隙及減速器的傳動間隙。6. 為了減輕機器人運動部分的慣量，提高機器人的控制精度，一般腰部回轉運動部分的殼體是由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或者鑄鋼材料制成。3.5 齒輪齒條的設計計算1選定齒輪類型，精度等級，材料及

52、齒數1)按照所設計的傳動方案，選用齒輪齒條傳動。2）磁吸式機械手為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）3）材料選擇。由機械設計表101選擇小齒輪為40Cr（調質），硬度為280HBS，齒條材料45鋼（調質）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 4）閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，小齒輪的齒數 =20-40,所以選擇小齒輪的齒數 =24。 2.按齒面接觸強度設計由機械設計計算公式（109a）進行試算，即 定公式內的各計算數值試選載荷系數 =1.3計算小齒輪傳遞的轉矩 由機械設計中表107選取齒寬系數=1由機械設計中表106查得材

53、料得彈性影響系數=189.8(5) 由機械設計中圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600MPa；齒條的接觸疲勞強度極限=550MPa；(6) 由機械設計中式1013計算應力循環(huán)次數=(7)由機械設計中圖1019查得接觸疲勞壽命系數=0.9; =2.5(8)計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數S=1，由機械設計中式（1012）得 計算試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值因為齒條的接觸疲勞壽命系數較大，所以較大，所以小齒輪的較小所以代入小齒輪的值 mm=65.396mm計算圓周速度v v=m/s=3.29m/s計算齒寬b b= .=165.396mm=65.396m

54、m 計算齒寬與齒高之比b/h 模數 =/=65.396/24 mm=2.725 mm 齒高 h=2.25=2.252.725=6.13mm b/h=65.396/6.13=10.67計算載荷系數 根據v=3.29m/s,7級精度，由圖108查得動載系數=1.12直齒輪，假設100N/mm。由表103查得=1.2；由表102查得使用系數=1；由表104查得7級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時， =1.12+0.18(1+0.6)+0.23b將數據代入后得 =1.12+0.18(1+0.6)1+0.2365.396=1.423由b/h=10.67, =1.423查圖1013得=1.35；故載荷系數

55、 K=11.121.21.423=1.913 (6)按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式（1010a）得 =65.396mm=74.38mm （7）計算模數m m=/ =74.38/24=3.1 3. 按齒根彎曲強度設計 由式（105）得彎曲強度的設計公式為 確定公式內的各計算值由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500MPa；齒條的彎曲疲勞強度極限=380MPa；由圖查得彎曲疲勞壽命系數=0.85; =2.5計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S=1.4,由式（1012）得 MPa=303.57MPa MPa=678.57MPa （4）計算載荷系數K K=11.121.21

56、.35=1.814 (5) 查取齒形系數 由表105查得=2.65; =2.06(6) 查取應力校正系數 由表105可查得=1.58; =1.97計算小齒輪，齒條的并加以比較 =0.01379 =0.00598 小齒輪的數值大。2)設計計算 mm=2.052mm 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數2.052并就近圓整為標準值m=2.5，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數 這樣設計出的齒輪傳

57、動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 4.幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 =302.5=75 2)計算齒輪寬度 b=175=75 取=75, =80。 5. 驗算 N=2652.8NN/mm =35.37N/mm100N/mm,合適。3.6.鍵的設計計算 鍵是一種標準零件,通常用來實現軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩,有的還能實現軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。平鍵是其中的一種。平鍵連接具有結構簡單，裝拆方便，對中性好的優(yōu)點。而普通圓頭平鍵在鍵槽中軸向固定良好。 選擇齒輪與軸連接所用的鍵。 在此次設計的裝置中，直齒圓柱齒輪安裝在軸的兩個支承點

58、間，齒輪和軸的材料都是鍛鋼，用鍵構成靜聯接。裝齒輪處的軸徑d=56mm，齒輪輪轂寬度為80，載荷為輕微沖擊。1.選擇鍵聯接的類型和尺寸 此齒輪有定心精度要求，應選用平鍵聯接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據d=56mm從表61中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=16，高度h=10。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=70（比輪轂寬度小些）。 2. 校核鍵聯接的強度 鍵，軸，輪轂的材料都是鋼，由表62查得許用擠壓應力=100-120MPa，取其平均值，=110MPa。鍵的工作長度l=L-b=7016=54，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.510=5。 因為電動機的額定功

59、率=11Kw,=0.909，=1500r/min,i=1.5625所以軸上的輸入功率P=11Kw0.909=10Kw 軸的轉速 n=(1500/1.5625)r/min=960r/min所以軸上的轉矩T=9550P/n=(955010960)Nm=99.48Nm由式(61)可得 =(299.481000)(55456)=13.16MPa =110MPa（合適）鍵的標記為： 鍵1610 GB/T 10961979選擇從動V帶輪與軸連接所用的鍵。 從動V帶輪的材料為鑄鐵，軸的材料是鍛鋼，用鍵構成靜聯接。從動V帶輪的軸徑d=35mm，V帶輪輪轂寬度為100，載荷為輕微沖擊。1.選擇鍵聯接的類型和尺寸

60、 此從動V帶輪有定心精度要求，應選用平鍵聯接。選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據d=35mm從表61中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10，高度h=8。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90（比輪轂寬度小些）。 2. 校核鍵聯接的強度 鍵，軸的材料都是鋼，輪轂的材料為鑄鐵，由表62查得許用擠壓應力=50-60MPa，取其平均值，=55MPa。鍵的工作長度l=L-b=9010=80，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.58=4。 由式(61)可得 =(299.481000)(48035)=17.76MPa =55MPa（合適） 鍵的標記為： 鍵108 GB/T 10961979選擇主動V帶輪與電動機主軸連接所用的鍵。 主動V帶輪的材料為鑄鐵，軸的材料是鍛鋼，用鍵構成靜聯接。主動V帶輪的軸徑d=42mm，V帶輪輪轂寬度為100，載荷為輕微沖擊。1.選擇鍵聯接的類型和尺寸 此主動V帶輪有定心精度要求，應選用平鍵聯接。選用圓頭普通平鍵（A型）。 根據d=42mm從表61中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=12，高度h=8。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=90（比輪轂寬度小些）。 2. 校核鍵聯接的強度 鍵，軸的材料都是鋼，輪轂的材料為鑄鐵，由表62查得許用擠壓應力=50-60MPa，取其