湖北理工学院 毕业设计（论文）
进电机通过传动装置来控制腕部转动一个很小角度。脉冲接着一个一个的发来，步进电机便一步一步的转动，从而带动手腕转动到所需要的角度。
因此手腕结构为步进电机带动涡轮蜗杆运动的结构：其主要功能是控制手爪的转向，从而使其能准确的抓取零件和放置零件。
运行方式为步进电机带动蜗轮蜗杆转动，继而控制手腕的转动，转到一定的角度
(90°或180°)时电机停止转动，手爪产生自锁，进而完成手腕的转动功能。
4.3 腕部的设计计算
计算条件：夹取工件重量600g左右，回转角度为180°。 4.3.1 蜗轮轴的设计计算 设计计算： （1）选择轴的材料
轴的材料选择为45钢，经调质处理。由机械手册表6-1-1查得：?b?650MPa，
?s?360MPa，??1?270MPa，??1?155MPa
（2）初步确定最小轴径 按表选取A?115
?3P211.9?10?115?3?10.6mm ..................................由机械手册查得 dmin?A3（4.1） n215（3）轴的结构设计
图4.1 蜗轮轴结构图
（4）键的选择与校核
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1、蜗轮连接键
选择普通平键为8?7?20
2T22?7.576?103由机械手册可查得 p1? ??12MPa .......................................（4.2）
D1k1l130?3.5?12由机械手册可查得?pp?100MPa 所以p1??pp 2、轴端连接键
选择普通平键为5?5?20。 2T22?7.576?103由机械手册可查得 p2?（4.3） ??25MPa ......................................
D2k2l216?2.5?15由机械手册可查得?pp?100MPa 所以p2??pp （5）轴的强度校核 其条件为 ?ca??M/W?2?4??T/2W??M2?(?T)2/W????1?....................（4.4）
2其中?ca —— 轴的计算应力，MPa；
M —— 轴所受的弯矩，Nmm M?MH2?MV2； ............................（4.5） T —— 轴所受的扭矩，Nmm； W —— 轴的抗弯截面系数，mm3；
??1 —— 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值按表计算
223.45?1.13????0.6*7.576??M???T??ca????4????W??2W?0.145622M2???T?W2?M2???T?0.2d322?0.2*10.63?..........................................................................................................................................（4.6） 即?ca??σ-1?＝270MPa，故所设计的轴安全。 4.3.2 蜗轮齿轮设计 计算条件：
蜗轮轴输出功率为P2?11.9?10?3kW，转速为n?15r/min，负载转矩为
TL?7.576N?m，传动比为i?50。工作寿命为Lh?20000h
设计计算：
1选择材料和加工精度
蜗杆材料选用45钢、蜗轮材料选用ZCuAl10Fe3、加工精度为7级
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1.初选几何参数
z1?1，z2?50
2.计算蜗轮蜗杆传动效率和蜗杆输入转矩
粗算传动效率为??(100?3.5i)%?(100?3.550)%?0.753 ..............................（4.7）
P11.91?9.55??7.576N?m ...........................................（4.8） n15T7.576?0.201N?m ................................................（4.9） 蜗杆输入转矩为 TL?1?i?50?0.753蜗轮输出转矩为T1?9.553.确定许用接触应力?Hp 蜗杆输入功率为PL?TLn00.201?750（4.10） ??15.78w ...................................................
9.559.55滑动速度为vs?6.8m/s、?Hbp?115N/mm2、Zs?0.88
N?60n2Ln?60?15?20000?1.8?107、ZN?0.76 ..............................................（4.11）
?Hp??HbpZsZN?115?0.88?0.76N/mm2?76.912N/mm2 ..................................（4.12）4.求载荷系数K
动载荷系数为K1?1.1、啮合质量系数为K2?0.96、小时载荷率为JC?15%、小时载荷率系数为K3?0.68、环境温度系数为K4?1.37、工作情况系数为K5?1.0 由于不带风扇，K6?1
所以：K?K1K2K3K4K5K6?1.1?0.96?0.68?1.37?1.0?1?0.984 .......................（4.13） 5.计算m和q值
151502151502 m3q?3()KT2?3()?0.984?7.576?4.87mm .......................（4.14）
z2?Hp50?76.912其中取 m3q?5mm，m?2，q?16 7.蜗轮齿面接触强度的校核验算
?H?14783KT2147830.984?7.576 ???71.35??Hp ....................................（4.15）
d2d110032所以接触强度足够。
4.3.3 步进电机选型
计算条件：手腕电机载荷约为85N，蜗轮轴转速为n?15r/min 设计计算：
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手腕转动90?时的时间约为t?1s，
期间做功为W?m1gh2?m2gh2?11.9J ......................................................................（4.16） 蜗轮轴输出功率为P1?涡轮轴转矩为T1?9.55电机轴输出转矩为TL?电机轴输出功率为PL?W11.9J ??11.9?10?3kW ................................................（4.17）
t1sP11.91 ?9.55??7.576N?m ..............................................（4.18）
n15T27.576 ??0.201N?m ..............................................（4.19）
i?50?0.753TLn00.201?750 ??15.78w .............................................（4.20）
9.559.55步距角取???i?0.018??50?0.9?。 ...................................................................（4.21） 静力矩为Tsmax?(2~3)TL?(2~3)?0.201?(0.402~0.603)N?m .........................（4.22） 选用型号为57BYG450C的永磁感应子式步进电机
4.4 手腕部分出图及主要零部件出图
图4.2 手腕三维图
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