轮胎装配机器人结构毕业设计.docx

上理工人，学本科毕业论文轮胎装配机器人结构设计姓名学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化指导教师陈劲杰副教授完成日期上海理工大学全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人（签名）:日期:轮胎装配机器人结构设计摘要随着全球汽车制造工业的迅速发展，在汽车装配作业中，出现了以装配机器人为核心,在一个装配单元中适应多种装配作业的综合系统。装配机器人的出现和迅猛发展，有效取代了手工或简单机械的装配作业，尤其对于批量生产，大大降低了制造成本，从而提高生产效率，加速汽车工的业自动化进程。装配机器人的工作内容，主要是实现将一些对应的零件装配成一个产品部件或产品，有零件的装入、压入、钾接、嵌入、喷涂和拧螺丝等作业。此外还有一些为装配工作服务的作业，如输送、搬运、检测和安置等工作。因此，本课题选取仿人手臂的关节型机器人,针对其结构紧凑、占用空间少、运动空间大、运转灵活、定位准确、动作迅速等优点，总体构思一台六自由度轮胎装配机器人，完成其中三个自由度的相关结构设计。本文主要内容如下：根据轮胎装配机器人的功能要求，结合相关机器人设计方案的对比，得出最优方案，设定相关设计参数，确定各个关节的运动机构及动力的传递方式，根据各轴的受力特点，选择适当的轴承和安装方式。通过各种电机特点的对比和各关节力矩估算，选择合适的电机驱动。结构方案确定后，利用CATIA三维结构建模进行可行性模拟分析，避免干涉，修正参数，优化结构。根据传动比和功率设计一对啮合齿轮传动，通过计算确定齿轮尺寸。另外，利用有限元分析对关键零件的危险截面进行分析，得出其形变应力和位移，从而校核该零件的刚度和强度。最终绘制轮胎装配机器人的二维装配图和零件图。关键词：装配机器人、机械臂、结构设计STRUCTUREDESIGNOFTIREASSEMBLYROBOTSABSTRACTWiththerapiddevelopmentofglobalvehicleproduction,thereisanintegratedsystemwithassemblyrobotasthecoreinautomobileassembly,whichcanadapttothevariousassemblyoperationsinoneassemblyunit.Assemblyrobot,whichdevelopsrapidlyafteremergence,haseffectivelyreplacesthemanualproductionorsimplemechanicalassembly,especiallyinmassas to increase profits,uction.Itsignificantlyreducesthemanufacturingcostssoacceleratetheprocessofautomobileindustrialautomation.Themainworkofassemblyrobotsistomakesomecorrespondingpartsbeassembledintoaproductorpart,involvingthemount,indentation,riveting,embedment,sprayingofapartandtwistingthescrew.Besidessomeservicesfortheassemblyjobsareincluded,suchastransportation,handling,detection,andplacement.Thereforethisthesisselectshuman-likearmofjoint-robotasstudysubject,aimingtotheadvantagessuchascompactchip,takinguplessspace,moremovingspace,flexibleoperation,accurateposition,prompt,designsatireassemblyrobotwithasix-degreefreedom,andfinishestherelatedstructuraldesignofthree-degreefreedom.Themaincontentofthisthesisisasfollows:accordingtothefunctionalrequirementsoftireassemblyrobots,comparingwiththedesignofrelatedrobots,theauthorobtainstheoptimaldesign,setsdesignparameters,identifiesthejointmechanismandmodeoftransmittingpower,selectsappropriatebearingofshaftsandinstallationbasedonthecharacteristicsofaxialforce,andchoosestherightmotordriveaftercomparingdifferentmotorsandestimatingtorquesofjoints.Oncethestructuraldesignisdetermined,theauthorwillcarryoutthesimulationandanalysisofthefeasibilitybyCATlAthreedimensionalstructuremodeling,avoidinterference,updateparameters,andoptimizethestructure.Accordingtotransmissionratioandpower,apairofmeshinggearsisdesigned,andgearsizesaredeterminedbasedontheresultsofcalculation.Inaddition,throughanalyzingdangeroussectionsofkeypartsbyfiniteelementsanalysissoftware,theauthorobtainsthedeformationstressanddisplacementsoastocheckitsstiffnessandstrength.Atlasttheauthorwilldrawouttwo-dimensionalassemblyandpartsdrawingoftireassemblyrobots.Keywords：TireAssemblyRobots,RoboticArm,StructuralDesign摘要ABSTRACT第1章绪论1.1 研究背景和意义11.2 汽车轮胎简介11.3 装配机器人定义及其基本组成21.3.1 1装配机器人的定义21.3.2 装配机器人的基本组成31.3.3 装配机器人的分类31.4 装配机器人的国内外发展现状及其发展趋势41.4.1 装配机器人的发展现状41.4.2 装配机器人的发展趋势41.5 设计任务及主要研究内容51 .5.1设计任务52 .5.2主要研究内容5第2章轮胎装配机器人总体结构设计72.1 轮胎装配机器人结构概述72.1.1 轮胎装配机器人设计思路72.1.2 轮胎装配机器人方案优化72.2机械臂设计要求102.3机器人运动机构设计分析122. 3.1小臂旋转机构设计123. 3.2小臂摆动机构设计144. 3.3腕部旋转机构设计155. 3.4末端执行器的选择152.4本章小结16第3章机械臂电机选型176. 1电机选型原则176.2 各关节力矩估算186.3 各关节功率估算196.4 电机选型193. 5本章d、结20第4章三维结构建模214. 1三维建模软件简介214.2三维模型展示227. 3本章4、结25第5章主要零件的设计分析和校核计算265.1传动齿轮的设计265.Ll选择齿轮材料及精度等级265.L2按齿面接触疲劳强度设计265.L3按齿根弯曲强度设计275.L4最终几何尺寸确定285.2 主要零件有限元分析295 .2.1软件概述296 .2.2零件的有限元位移分析305.3 本章小结31第6章结论与展望326 .1研究结论327 .2展望32参考文献33致谢34第1章绪论1.1 研究背景和意义装配是产品生产的后续工序,在制造业中占有重要地位,在人力、物力、财力消耗中占有很大比例,作为一项新兴的工业技术，装配机器人应运而生。但其份额在机器人应用领域中却很小。究其原因,一方面是由于装配操作本身比焊接、喷涂、搬运等复杂；另一方面,机器人装配技术目前还存在一些亟待解决的问题。如对装配环境要求高，装配效率低，缺乏感知与自适应的控制能力,难以完成变动环境中的复杂装配等问题。尽管存在上述问题,但由于制造业装配所具有的重要意义,装配机器人的发展具有很大潜力。另外，当今汽车制造工业迅猛发展，尤其是装配作业环节备受关注，而装配机器人的出现和发展，大大节约了劳动成本，有效提高了生产效率，加速了工业自动化的进程。鉴于此，特别选取汽车轮胎装配机器人结构设计作为课题，运用所学机械设计理论知识，实践毕业设计。1.2 汽车轮胎简介汽车轮胎是橡胶与纤维材料及金属材料的复合制品，外形如图1-1,制造工艺是机械加工和化学反应的综合过程。橡胶与配合剂混炼后经压出制成胎面；帘布经压延、裁断、贴合制成帘布筒或帘布卷；钢丝经合股、包胶后成型为胎圈；然后将所有半成品在成型机上组合成胎坯，在硫化机的金属模型中，经硫化而制成轮胎成品。图1-1汽车轮胎外形图1-2轮胎规格及技术参数轮胎通常由外胎、内胎、垫带3部分组成。也有不需要内胎的，其胎体内层有气密性好的橡胶层，且需配专用的轮辆。如图1-2,普通轮胎的技术规格和参数如下：（1）轮胎外径：是在相应的轮上安装轮胎并按规定气压充气后，在没有承重时的轮胎直径。（2）轮胎总宽：是指包括轮胎则面的文字及花纹的轮胎最大宽度。（3）适用轮辆宽：是适合轮胎性能的轮辆宽度。标准轮辆：最适合的宽度和形状；（用in表示）适用轮辎：能够使用的轮辎。（4）轮直径：是指适合轮胎的车轮的轮辆直径，同轮胎内径相同。（5）轮胎断面宽：从轮胎的总宽中去除轮胎侧面的文字及花纹厚度的宽度。（6）轮胎高：是用轮胎外径减去轮辆直径后的数字的1/2。（7）胎面宽：是轮胎踏面的宽度。是指两面最突出部分的宽度。（8）胎面半径：是指胎面部分的曲率半径。在选用轮胎时，都有具体的规格可以依据，例如：185/70R1486H,对应如下：185：胎面宽（毫米）70：扁平比（胎高÷胎宽）R：子午线结构14：钢圈直径（寸）86：载重指数（表示对应的最大载荷为530公斤）H：速度代号（表示最高安全极速是210公里/小时）汽车轮胎充气后，务必用平衡器进行平衡调整。即使是微小的失衡也会在高速行驶时产生振动，因此要对所有车轮进行平衡调整。一般将平衡锤安置于轮举罔法兰上比较便于调整，铝制车