机器人机械机构设计的概念和特点-山东大学课程中心3.0.ppt

山东大学创新教育通识核心课程 人工智能与机器人 cyj@sdu.edu.cn 88399323 山东大学 对于静刚度要求高的轴，如机器人运动主轴，工作时不允许有过大的变形，则应按刚度约束条件来设计轴的尺寸。对于高速或载荷作周期变化的轴，为避免发生共振，则应需按临界转速约束条件进行轴的稳定性计算。 曲轴原理视频 螺旋传动视频 Solidworks动画制作螺旋传动视频教程 (5)内螺纹： (6)外螺纹： 键的分类： 1、平键　　按用途分，平键可分为普通平键、导向键和滑键三类，其中普通平键应用最为广泛，用于静联接 。 与一般机械设备相比，机器人结构的动力特性是十分重要的，这是材料选择的出发点。材料选择的基本要求是：强度高、弹性模量大、重量轻、阻尼大、材料价格低。 金属材料分类 　　金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。 黑色金属包括铸；铸铁、钢材； 有色金属包括有铝及其合金、铜及铜合金。 常用材料及其选用原则 机器人结构中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。 黑金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铸铁。 铸 铁 常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。但其抗拉强度较钢差。 灰铸铁常用作机架或壳座。 球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。 用途：工业机器人底座，齿轮、壳体等 钢 钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件。 钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。 结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢） 碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。 含碳量在0.1%~0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。 中碳钢的含碳量在0.3%~0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。 含碳量在0.55%~0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。 合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。可制作某些特殊用途的钢，比如：耐热钢、耐磨钢等。 有 色 金 属 合 金 有色金属合金具有良好的减磨性、跑合性、抗腐蚀性、抗磁性、导电性等特殊的性能，主要有铜合金、轴承合金和铝合金。 纯铝具有很好的塑性，可制成管、棒、板等。但铝的强度和硬度较低。 加入镁、锰、铜、锌、硅等元素而组成的为铝合金，提高铝的实用性能。 在机器人用材料中特别竞赛机器人铝合金用得较多。 非 金 属 材 料 非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料。机械制造中应用的非金属材料种类很多，有塑料、橡胶、陶瓷、木料、毛毡、皮革、棉丝等。 机械材料选用的原则 从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则： 经济性 选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。 耐用性 还要考虑重量、腐蚀、耐用性等。 此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。 其 它 材 料 有时为了降低制作费用，还要寻找一些身边能够利用的材料（如包装盒、饮料瓶、瓦楞板、自行车内胎、