12KG下料機械手設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - I - 下料機械手設計 摘要 本文提出了機械手一般由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智能機械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。本篇是 按照給定的設計參數(shù)，完成了機械手的設計計算，通過計算，確定了機械手夾緊缸和升降缸的活塞直徑和活塞行程及回轉缸的結構尺寸、按照有關參考資料和設計任務書的要求，完成了機械手的總體布置和設計。根據(jù)設計計算的過程， 分手部，手臂伸縮，手臂回轉，驅動系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)介紹了 12寫了畢業(yè)設計說明書一份。 本設計的目的是利用機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應用。 關鍵詞 ：機械手； 執(zhí)行機構 ； 驅動系統(tǒng) ； 控制系統(tǒng)；電氣系統(tǒng) ; 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - he is It be in is to a s to It is in so on in as as is in by by is to KG 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 目錄 摘 要 . I . 一章 緒論 . 1 業(yè)機械手的設計目的 . 1 業(yè)機械手在生產中的作用 . 1 業(yè)機械手的分類 . 1 規(guī)格（所搬運的工件重量）分類 . 1 功能分類 . 1 用途分類 . 2 業(yè)機械手的組成 . 2 業(yè)機械手的技術發(fā)展方向 . 2 業(yè)機械手的設計的內容 . 3 第二章 手部的設計 . 4 部的功能、分類 . 4 鉗式手部設計的基本要求 . 4 鉗式手部的計算與分析 . 5 緊液壓缸的計算 . 5 壓缸直徑的確定 . 7 第三章 手臂的設計計算 . 8 臂作升降運動的液壓缸驅動力計算 . 8 壓缸活塞的驅動力 的計算 . 8 定液壓缸的結構尺寸 . 12 壓缸內徑的計算 . 12 壓缸壁厚計算 . 12 蓋螺釘?shù)挠嬎?. 13 第四章 手臂回轉液壓缸的設計計算 . 15 臂回轉時所需要的驅動力矩 . 15 轉缸內徑 D 的計算 . 17 蓋聯(lián)接螺釘和動片聯(lián)接螺釘計算 . 18 蓋聯(lián)接螺釘計算 . 18 片 與輸出軸聯(lián)接螺釘計算 . 19 鍵軸的設計校核 . 21 降液壓缸和回轉缸的軸承選擇 . 24 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 第五章 驅動系統(tǒng) . 25 械手驅動系統(tǒng)的選擇 . 25 類驅動系統(tǒng)的特點 . 25 業(yè)機械手驅動系統(tǒng)的選擇原則 . 25 壓驅動系統(tǒng) . 26 壓系統(tǒng)傳動方案的確定 . 26 算和選擇液壓元件 . 27 壓泵 . 27 擇液壓控制閥 . 28 擇液壓輔助元件 . 28 定液壓系統(tǒng) . 29 第六章 電氣控制系統(tǒng) . 35 氣控制系統(tǒng)簡介 . 35 械手的電氣控制 . 36 結論 . 37 致謝 . 38 參考文獻 . 39 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 1 第 1 章 緒論 業(yè)機械手的設計目的 工業(yè)機械手設計是機械手機械制造 ,機械設計和機械電子工程 (機電一體化 )等專業(yè)的一個重要的教學環(huán)節(jié) ,是學完技術基礎課及有關專業(yè)課的一次專業(yè)課內容的綜合設計 機械結構設計的能力 ,機電液一體化系統(tǒng)設計能力 ,掌握實現(xiàn)生產過程自動化的設計方法 機構分析與綜合 ,機械原理 ,機械設計 ,液壓與氣壓技術 ,自動控制理論 ,測試技術 ,數(shù)控技術 ,微型計算機原理及應用 ,自動機械設計等 )中所獲得的理論知識在實際中綜合地加以運用 ,使這些知識得到鞏固和發(fā) 展 ,并使理論知識和生產密切地結合起來 通過設計 ,培養(yǎng)學生獨立的機械整體設計的能力 ,樹立正確的設計思想 ,掌握機電一體化機械產品設計的基本方法和步驟 ,為自動機械設計打下良好的基礎 使學生能熟練地應用有關參考 ,計算圖表 ,手冊 ,圖冊 ,和規(guī)范 ;熟悉有關國家標準和部頒標準 ,以完成一個工程技術人員在機械整體設計方面所必須具備的基本技能訓練 . 業(yè)機械手在生產中的作用 a b c ，熱處理等熱加工方面 業(yè)機械手的分類 規(guī)格（所搬運的工件重量）分類 a 搬運重量在 1b 搬運重量在 10c 搬運重量在 50d 搬運重量在 500功能分類 a 有固定程序和可變程序兩種。固定程序由凸輪轉鼓或擋塊轉鼓控 制， 可變程序用插銷板或轉鼓控制來給定 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 2 程序。 b 工業(yè)機械手 這種工業(yè)機械手由人工通過示教裝置領教一遍，由記憶元件把程序記錄下來，以后機械手就自動按記憶的程序重法進行循環(huán)動作 c 可通過更換穿孔帶或其他記憶介質來改變工業(yè)機械手的動作程序，還可以進行多機控制。 d 由電子計算機通過各種傳感元件等進行控制，具有視覺，熱覺，觸覺，行走機構等 用途分類 a 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。這種機械手工作對象 不變，動作固定，結構簡單，使用可靠，適用于成批，大量生產的生產自動線或專機作為自動上，下料用。 b 具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變，動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于工件經(jīng)常變換的中，小批量自動化生產。 業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成 a 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構由抓取部分 (手部 ),腕部 ,肩部和行走機構等運動部件組成 b 驅動機構 有氣動 ,液動 ,電動和機械式四種形式 c 控制系統(tǒng) 有點動控制和連續(xù)控制兩種 方式 也有采用可編程序控制器控制 ,微型計算機數(shù)字控制 ,采用凸輪 ,磁盤磁帶 ,穿孔卡等記錄程序 并注意其加速度特性 . d 基體 (機身 ) 基體是整個機械手的基礎 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 3 業(yè)機械手的技術發(fā)展方向 國內外實際上使用的定位控制的機械手 ,沒有 視覺 和 觸覺 反饋 世界各國正積極研制帶有 視覺 和 觸覺 的工業(yè)機械手 ,使它能對所抓取的工件進行分辨 ,選取所需要的工件 ,并正確地夾持工件 ,進而精確地在機器中定位 ,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 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?shù)奈樟?;另一種是直接檢測指部與物體的滑落位移 ,來修正握力 . 因此這種機械手就具有以下幾個方面的性能 a b c d 這種具有感知能力并能對感知的信息作出反應的工業(yè)機械手稱為智能機械手 ,它是具有 發(fā)展前途的 . 現(xiàn)在 ,工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單復雜的操作方面節(jié)省人力 ,其效益是代替人從事繁重的工作和危險的工作 ,在惡劣環(huán)境下尤其明顯 部門 ,機械手的應用情況決不能說是很好的 但采用機械手只限于一小部分工序 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小 采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟上看不一定總是合算的 ,然而 ,利用機械手或類似機械設備節(jié)省和實現(xiàn)生產合理化的要求 ,今后 還會增長 . 業(yè)機械手的設計的內容 a 特別是傳感 ,控制方式與機械本體的有機結合的設計 方案 . b 腕部 ,肩部和機身的結構 . c d e f g 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 4 第 2 章 手部的設計 部的功能、分類 機械手的手部是用來抓取并握緊工件的，它包括手爪和夾緊裝置兩部分。夾持工件的迅速、靈活、準確和牢靠程度，直接影響到機械手的性能， 是機械手的關鍵部件之一。由于被握持工件的形狀，尺寸大小，重量，材料性能，表面狀況等的不同，所以工業(yè)機械手的手部結構是多種多樣的，大部分的手部結構是根據(jù)特定的工件要求而設計的。歸納起來，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持和吸附兩大類。 夾持類常見的主要有夾鉗式，此外還有鉤托式和彈簧式。夾持類手部按其手指夾持工件時的運動方式，可分為手指回轉型和手指平移型兩種。 吸附類可分有氣吸式和磁吸式。 鉗式手部設計的基本要求 1 手指握力（ 夾緊力）大小要 適當。 除工件的重力外，要能保證工件在傳送過程中不松動或脫落，還考慮轉送或操作過程中所產生的慣性和振動，以保證工件夾鉗安全可靠； 2 夾持范圍要與工件相適應。 手爪的開閉角度 (手爪張開或閉合時兩個極限位置所擺動的角度 )應能適應夾緊較大的直徑范圍； 3 夾持精度要高。 既要求工件在手爪內有準確的相對位置，又不夾壞工件表面。一般需根據(jù)工件的形狀選擇相應的手爪結構：如圓柱形工件應采用帶 v 形槽的手爪來定位；對于工件表面光潔度較高的，應在手爪上鑲銅、夾布膠木或其他軟質墊片等； 4夾持動作要迅速、靈活； 5要求結構緊湊，重量輕，效率高。 在保證本身剛度，強度的前提下，盡量可能使結構結構緊湊，重量輕，以利于減輕手臂的負載。 6 應考慮通用性和特殊要求。 一般情況下，手部多是專用的，為了擴大它的使用范圍，提高它的通買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 5 用化程度，以適應夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調整的辦法 。 鉗式手部的計算與分析 緊液壓缸的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對其大小，方向和作用點進行分析，計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產生 的載荷（慣性力或慣性力矩）。以使工件保證可靠的夾緊狀態(tài)。 手指加在工件上的夾緊力可按下式計算 : 1 2 3n K K(2式中：1K 安全系數(shù) ,通常取 K 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響性力的影響 . 22 1+ (2其中： a 運載工件時重力方向的最大上升加速度 g 重力加速度 a 可按下式估算 t=(2式中 : 運載工件時重力方向的最大上升速度 t 系統(tǒng)達到最高速度的時間；根據(jù)設計參考選取 計中取 t K 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定 設計中粗略計算30 . 5 s i n 0 . 5 s i n 6 0 40 . 1K f q = = =， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 6 G：被抓取工件所受 重力 G=12 2夾鉗式手抓形狀圖 假設 工件移動速度為 s， V 型鉗口的角度 2 =120 ,a=35b=105 =30。取 1K= 2 1+ = 51 =3K =4 那么夾緊力 1 . 5 1 . 5 4 1 1 7 . 6 1 0 5 8 . 4N 創(chuàng) ? 驅動力 ( ) 22 1 0 5 8 . 4c o s 3 0?算 = ( ) 22 1 0 5 1 0 5 8 . 435 c o s 3 0 = 考慮手爪的機械效率 h 取 么 4 7 6 2 . 8 5 6 0 3 . 2 90 . 8 5 h= = =算買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 7 壓缸直徑的確定 表 2壓缸壓力與載荷關系 載荷 0 工作壓力 根據(jù)載荷選取工作壓力 P= d=據(jù) ( )224 所以 ( ) 241 0 . 5D 創(chuàng) -= 64 5 6 0 3 . 2 93 . 1 4 1 . 5 0 . 7 510創(chuàng) ?=m =49 2壓缸內徑尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 根據(jù)表 2取 內徑 D=50 以 活塞桿直徑為 d=5 合 機械設計手冊 第三十一章中關于液壓缸的基本安裝尺寸表 31得到液壓缸的個部分尺寸。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 8 第三章 手臂的設計計算 手臂的設計通常是先進行粗略的估算 ,或 類比同類結構 ,根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸 ,在進行校核計算 ,修正設計 ,如此反復數(shù)次 ,繪出最終的結構，對臂部的要求主要有： 一臂部應承載能力大、剛性好、自重輕： 機械手中常用無縫鋼管作導向桿，用工字鋼或槽鋼作支撐板。這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重。 二臂部運動速度要高、慣性要?。?機械手的運動速度一般是根據(jù)生產節(jié)拍的要求來決定的。確定了生產節(jié)拍和行程范圍，就確定了手臂的運行速度 (或角速度 )。在一般情況下，于臂的移動和回轉均要求勻速運動 (V 和為常數(shù) )，但在手臂的起動和終止 瞬間，運動是變化的。為了減少沖擊，要求起動時間的加速度和終止前的減速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 臂作升降運動的液壓缸驅動力計算 根據(jù)液壓缸運動時所需要克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾個方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅動力。 壓缸活塞的驅動力的計算 F F= + + + ?摩 密 回(3式中 摩擦阻力。 密封裝置處的摩擦阻力。 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力。 F 啟動或者制動時，活塞桿所受的平均慣性。 G 零部件及工件所受的總重力。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 9 圖 3降時的受力示意圖 如圖 3示，由圖可知， 2=G 而 即， G (3其中 以從 機械設計手冊 中查取。 f 取 入式 (3求出 密的計算 2 3F F F+封 封 封(31 2 0 6 7 . 6 1 8 7 . 6G G + = + =臂 工買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 10 活塞與活塞桿處都采用“ O”形密封圈，液壓缸密封處的總摩擦力為： 12 0 . 0 3 封 封(33 P p=封(3式中 F 驅動力 P 工作壓力（ d 伸縮油管的直徑 (m) l 密封的有效長度（ m） 為了保證“ O”形密封圈裝入密封溝槽，并與配合件接觸后起到嚴格的密封，在加工密封溝槽時考慮密封圈的預壓縮量 02 3K=0 2?(3設計時取 K=步擬訂 d =4d=5那么 根據(jù)式 (3求出 0 8d = 又根據(jù)式 (3出 l=出以上 2個結果后，可根據(jù)式 (3出 3 P p=封=1 1000000 0.=N 的計算 (3式中 G 參與運動的零部件所受的總重力（包括工件重量） g 重力加速度，取 由靜止加速到常速的變化量 起動過程時間。一般取 0.5 s，對輕載低速運動部件取較小值，對重載取較大值 初步設計時取 0.1 m/s 較小值 1 2 0 6 7 . 6 1 8 7 . 6G = + = N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 11 那么 =1 8 7 . 6 0 . 1 8 1 . 2 2 49 . 8 1 0 . 0 1 =N 回的計算 一般背壓阻力較小，可按 算。 根據(jù)以上分析，結合式 (3知： F F= + + + ?摩 密 回 =后計算得： F=定液壓缸的結構尺寸 壓缸內徑的計算 當油進入無桿腔時： 21 4 當油進入有桿腔時： ( )222 4 液壓缸的有效面積： 1= 故有： 114 1 . 1 3Pp h h=（無桿腔） (3214FD （有桿腔） (3式中 F 驅動力（ N） 1P 液壓缸的工作壓力（ d 活塞桿的直徑（ m） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 12 D 液壓缸的直徑 （ m） h 液壓缸的機械效率。 初步設計中取機械效率為 入已求得的 F 值 可得 D=據(jù)表（ 2選取液壓缸直徑 D=110 液壓缸壁厚計算 等壁厚 ： 即 16 ( )1 12 . 3 D d -(3式中 P 液壓缸內工作壓力 j 強度系數(shù)（當為無縫鋼管時 j ） 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標準壁厚值 液壓缸內徑（ m） 壁 ： 即 16 時 12 s=(3 即當 110 . 4 12 1 . 3D 琪=桫(3式中 s= b 材料抗拉強度 n 安全系數(shù)， n= 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 13 一般常用缸體材料的許用應力 鍛綱 =110120鐵 =60縫鋼管 =100110過以上分析，考慮到承受的壓力，選用厚壁的計算公式，缸體材料選用無縫鋼管，因此 =100110此根據(jù)式 (3計算出壁厚為 d =蓋螺釘?shù)挠嬎?缸蓋的受力為保證聯(lián)接的緊密性 ,必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 t，然后決定螺釘?shù)臄?shù)目 0F+ 24 F 驅動力（ N） Z 螺釘數(shù)目 P 工作壓力（ 預緊力 危險剖面直徑 (m) 螺釘?shù)膹姸葪l件為 022111 . 3 44Q Q = ?合 14 3式中 計算載荷（ N） ; 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 14 s= n=d 螺紋內徑 螺釘材料屈服極限（見表 3 表 3常用螺釘材料的屈服極限 鋼 號 10 35 45 40Cr s （ 210 220 240 320 360 650900 9000 根據(jù)以上分析 取 k= n=釘數(shù)目 Z=6 選擇剛的材料為 40 以 s= 240 4=2512 N K 2512=3768 N 所以根據(jù)式 （ 3 14 4 1 . 3 3 7 6 8 m 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 15 第四章 手臂回轉液壓缸的設計計算 臂回轉時所需要的驅動力矩 采用回轉液壓缸實現(xiàn)手臂回轉運動時，其受力情況可簡化成圖 4動手臂回轉的力矩 M ，應該與手臂起動時所產生的慣性力矩M 及各密封裝置處的摩擦力矩 平衡。 M M M M= + +封 回（ 4 式中 密封裝置處的摩擦力矩（ N M） （ 4 1b p F m=封 12 2 ( ) r F R m= = 2=00= D （ 4 式中 回轉缸動片的角速度變化量（ ， 在起動過程中 w 起動過程的時間 0J 手臂回轉部件（包括工件）對回轉軸線的轉動慣量 若手臂回轉零件的重心與回轉軸的距離為 r ，則 20 r=+ （ 4 式中 回轉零件對重心軸線的轉動慣量 回轉缸回油腔的背壓反力矩 22()2Rr bb d = （ 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 16 初定 b=5 R=4 r=21b=0.5 m =以 2=2()2d = = 1b p F m=封 = 12 2 ( ) r F R m= = M M M=+封 封 封=件轉動 慣量： 根據(jù)圓柱體的轉動慣量計算公式： 212z =(4平行軸定理： 2z c z d=+(4已知： m=12R=d=入上式（ 4式（ 4得： 212z = m 2zc z d=+ =2N m 夾緊缸的轉動慣量： 根據(jù)空心圓柱轉動慣量計算公式： ( )222z r=+(4已知： m=R=r=d=入式 (4 （ 4得： ( )222z r=+ = m 2zc z d=+ =文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 17 = m 由以上分析可得手臂包括工件對回轉軸線的轉動慣量 0J J J=+工 件 缸= m 根據(jù)式 (400= D 取 w =t =得 M =根據(jù)式（ 4 M M M M= + +封 回 = m 轉缸內徑 D 的計算 回轉液壓缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅動力矩 M ( )222Rr b d = 4 根據(jù) ( )228pb = 28d=+（ 4 式中 D 回轉缸內徑（ m） M 作用在動片的外載荷力矩 (N m) P 回轉缸工作壓力（ d 輸出軸與共片聯(lián)接處的直徑（ m） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 18 初步設計時按 取 b 動片寬度（ m） 為減少動片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇選 片寬度（及液壓缸寬度）時，可選用 22D 回轉液壓缸內徑（ m） 根據(jù)以上分析以及式（ 4得 28d=+=63 2 5 3 . 4 5 0 73 0 . 0 2 1 10創(chuàng) ?=據(jù)表 2取 內徑 D=190蓋聯(lián)接螺釘和動片聯(lián)接螺釘計算 蓋聯(lián)接螺釘計算 缸蓋與回轉缸的缸體用螺釘聯(lián)接，其螺釘除了應具有足夠的強度外還要保證聯(lián)接的緊密性，同時在缸蓋所受的合成液壓力的作用下，聯(lián)接一定要有足夠的剩余預緊力，以免形成間隙造成漏油。 每個螺釘在危險截面（螺紋根部橫截面）上承受的拉力 工件載荷 即 0Q Q Q F=+式中 k = 1 . 5 1 . 8Q S QF k F=?（取 ） 故 20 2 . 6 2 . 6 4= ? P 缸蓋所受的合成液壓力； z 螺釘數(shù)目；01Dz 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - - 19 螺釘中心所在圓直徑； 油缸內油液工作壓力； 螺釘間距，當工作壓力在 5152150 1 80t 又 0 1 9 0 2 5 2 1 5D D m + = + =013 . 1 4 2 1 57