轮式移动机器人结构设计论文(5)

其中： KHN为接触疲劳寿命系数，取KHN=0.95；

?Hlim齿轮接触疲劳强度极限，查得?Hlim=550MPa；

S为安全系数，取S=1。 从而求得： [?H]=522.5MPa 将所有已知量带入4-4式，求得： ?H=199.5MPa?[?H]=522.5MPa

从齿面接触疲劳强度上来说，齿轮是合格的。 2）齿根弯曲疲劳强度的校核

本文设计中的齿轮为一悬臂梁。其齿根应力图如4.2所示。

图4.2 齿根应力图

齿根危险截面的弯曲强度条件式[4]为

?F??F0?KFYtFaYSa?[?F]

bm式中：?F0为齿根危险截面处的理论弯曲应力；

YSa为载荷作用于齿顶时的应力校正系数，取YSa=1.625； YFa为载荷作用于齿顶时的齿形系数，取YFa=2.52； [?F]为弯曲疲劳许用应力

KFN?FE[?F]?（4-7）

S 其中： KFN为弯曲疲劳寿命系数，查得KFN=0.88； ?FE为弯曲疲劳强度极限，取?FE=380MPa； 取弯曲疲劳安全系数S=1.4。 从而求得： [?F]=238.86MPa 将所有已知量带入4-6式，求得： ?F=5.53MPa?[?F]=238.86MPa

由以上计算可知，设计的齿轮副是合格的。

c.壳体件材料的选择

壳体类零件它们的性能要求很低,所以尽量选择质量轻,价格低廉且符合设

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计要求的材料。如车体以及机械手臂的壳体可以全部选用硬铝合金分段铸造加工而成。本文选用的是ZAlSi9Mg，这是一种硬铝材料，强度大、质量轻，完全符合本文的设计要求。

机械手指不是壳体机构，它是实体的。本文设计的手指材料也选用同样的铝合金。这有利于材料的购买，同样这种材料是满足设计要求的。

本文设计的手指是有角度的，既可以抓去规则形状的物体，也可以抓去不规则物体。抓取规则物体时，手指和物体的接触大都是面接触，而抓取不规则物体时大都是线接触。对手指的校核就以线接触为准。

材料ZAlSi9Mg的弯曲应力240MPa，手指抓去的最大质量为300g，重力为2.94N。对比两者的力学性能和受力情况，很显然此材料来制造手指远远满足设计中的要求。，不会出现手指弯曲变形的情况。

d.车体支撑件材料的选择和校核

（1）材料的选择

车体支撑件由于与车轮轴之间为滚动摩擦,需要选取一种耐摩擦,同时要求强度大,质量轻,价格便宜的材料来制造。

工程塑料拥有良好的综合性能,其强度、刚度、冲击韧性、抗疲劳等不较高,特别是拥有很高的耐磨性。它可以在无润滑油的情况下有效的进行工作。由于它相对密度小,因此其强度高。

聚甲醛(POM)是一种比较常用的工程塑料。它是以线性结晶高聚甲醛树脂为基础的。它有着高强度、高弹性模量等优良的综合力学性能。其强度和金属近似,摩擦因数小并有自润滑性,因而耐磨性好。聚甲醛材料是一种相当便宜的材料。

由于本设计中的负荷低,移动机构的速度不快,从而此处选择有聚甲醛这种工程塑料来制造车体支撑件。

（2）支撑件的校核

支撑件是用来支撑机器人主要机械机构的，本文中共用四个支撑件，都和车轮配套使用，受力几乎一样为29.4N。

聚甲醛的抗压强度为125MPa，抗弯强度为980MPa，整个零件的强度和刚度是非常大的。从每个件的受力来看，材料聚甲醛的各个力学性能完全满足本文的设计要求。

支撑件和车轮轴是滚动摩擦配合，属于间隙配合。由于聚甲醛的耐摩擦性好，而机器人移动速度慢，从摩擦的角度来说，聚甲醛也是理想的支撑件材料。

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4.3本章小结

全方位移动机器人各零部件所要求的强度、刚度等都不同，应该选用不同的材料来制造加工。所以本章就依据机器人在工作过程中各零部件不同受力情况，以及机械设计的要求选用了不同的材料来制造零件，并对零件进行了强度校核，使其达到工作要求。

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致谢

首先要感谢我的导师---许瑛，在她的关怀和热心指导下，我顺利的完成了毕业设计。她认真负责的工作态度、严谨的教学作风深深的感染了我，同时在设计的过程中给我提出了设计的不足和改进办法，使我认识到了自己需要提高的地方，对以后在工作中的学习也会有很大的帮助。

其次，在设计的过程中，通过与同学的互相讨论和鼓励，使我对大学里所学的一些专业课程有了更进一步的了解和巩固，本次设计中，在老师和同学的身上学到了很多可贵的东西，让我认识到了交流的重要性。

最后，在即将踏上工作岗位之前，我再一次感谢为我们辛勤工作、付出汗水的老师们和相互帮助的同学们。

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