天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械手課設(shè)資料

1、機(jī)械課程設(shè)計(jì)手指和腕部設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師：洪X教授 班級(jí)：機(jī)械XXXX班 學(xué)號(hào)：20XXXXXX 姓名：XXX目錄一、緒論1二、課程設(shè)計(jì)有關(guān)事項(xiàng)22.1基本要求22.2提交22. 3具體結(jié)構(gòu)形式22. 4技術(shù)要求2三、選題2四、手指設(shè)計(jì)24.1確定手部結(jié)構(gòu)24.2手部受力分析34.3手部夾緊力的計(jì)算44.4手部夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算44. 4.1夾緊缸主要尺寸的計(jì)算54. 4. 2缸體結(jié)構(gòu)及驗(yàn)算64. 4. 3活塞與活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算7五、手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算95. 1手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩95. 2回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算115.3手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核12六、參考文獻(xiàn)15一、緒論

2、機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民提供耐用消費(fèi)品 的產(chǎn)業(yè)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械 工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有 很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技 術(shù)水平的重要指標(biāo)。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略重 點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)械手是近兒十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手 的工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任 務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性， 機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)

3、境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊 的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置，在現(xiàn)代化 生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成 為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展， 使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然LI前還不如 人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)和勞動(dòng)，不知疲勞，不懼危險(xiǎn)，抓舉重物的 力量比人手大的特點(diǎn)，因此機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛的得到 7應(yīng)用。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特 長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)

4、環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力， 乂有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō) 它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè) 備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電氣液壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技 術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨多種學(xué)科的綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有 多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。二、課程設(shè)計(jì)有關(guān)事項(xiàng)：2. 1基本要求：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2）設(shè)計(jì)計(jì)算，校核計(jì)算3）草圖經(jīng)知道老師檢查，簽字后，完成CAD圖紙4）攜帶簽字后

5、的草圖與打印的裝配圖答辯，答辯后連草圖一并收回。2. 2提交1）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖和打印的總裝配各一張。2. 3具體結(jié)構(gòu)形式三坐標(biāo)形式選一種：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式，球坐標(biāo)式。設(shè)計(jì)參數(shù)：夾持圓柱型鐵質(zhì)工件；工件1：重5kg,直徑82mm工件2：重8kg,直徑105mm工件3：重12kg,直徑120mm2. 4技術(shù)要求：1）Z向：上下升降距離500mm2）X向：伸縮長(zhǎng)度300mm3）繞Z軸可轉(zhuǎn)角度120三、選題：3.1球坐標(biāo)手指和腕部設(shè)訃3. 2工件3四、手指設(shè)計(jì)4.1確定手部結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)訃要求設(shè)訃出的手部結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：4.2手部受力分析經(jīng)分析,由圖可知，手部結(jié)構(gòu)對(duì)稱，則人FF

6、= 2cosa 且斤=R由工M)=0得二你b且你=由兒何關(guān)系有h= cose由上述等式可得：c1_2b 9(y Fcos- aFNFN= 2b cosa 即 F二 c式中b 手指回轉(zhuǎn)中心到夾緊力作用點(diǎn)之間的距離；c 手指回轉(zhuǎn)中心到滑槽支點(diǎn)之間的距離；工件被夾緊時(shí)手指滑槽方向與回轉(zhuǎn)中心在水平方向的夾角。4.3手部夾緊力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)其大小、方向和 作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以 及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所產(chǎn)生的載荷(慣性力或慣性力矩)，以使工件保持可靠的夾緊 狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按下式計(jì)算(李允文，1994)：用&

7、“/GG = 5 x 1. 02 X 12 X 9. 8=720N式中：K1安全系數(shù)，取Kl = 1.5；K2工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。取K2 = 1.02；K3方位系數(shù)，根據(jù)工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定，K3 = 4G被抓工件所受重力(N), G=mg = 10X9. 8 = 98N。貝歸F 理論二cos2 gFn = 2 X 1 (- x cos2 30 x 720 = 3240 c50寶 4=4184“0.85式中一手指?jìng)髁π剩?0.85。4.4手部夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算4. 4.1夾緊缸主要尺寸的計(jì)算山前知，夾緊缸為單作用彈簧復(fù)位液壓缸，假設(shè)夾緊工件時(shí)的行程為25mm

8、, 時(shí)間為0.5s,則所需夾緊力為：尸=心：際+切=4148 +心式中：F活塞桿實(shí)際輸出力；P彈一彈簧壓縮時(shí)的作用力。其中：(厶+ S)=462/V18D/Z式中：G彈簧材料的剪切模量，對(duì)于鋼材，G = 8.1xlO5(/c/zr).D彈簧的鋼絲直徑(3mm)；DZ一彈簧中徑(30mm)；Z彈簧的有效圈數(shù)(18圈)；L及S活塞的行程及彈簧的與預(yù)縮量，L=25mm, S二20mm： F二4148+462=4880N5000N查表工作壓力取1什，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)單緊湊，取工作壓 力為2聊。4x48803.14x2x106x0.95F = -D2P/j 由公式 4 得:=49.2mm式中：

9、D液壓缸內(nèi)徑;P液壓缸工作壓力;一液壓缸工作效率，=095。III JB826-66標(biāo)準(zhǔn)系列將缸內(nèi)徑圓整為D = 50mm,同理查得活塞桿直徑d=32m,液壓缸內(nèi)徑系列JB826-66(mm)20253240*50*5563*(65)70(75)80*(85)90*(95)100*(105)110125*(130)140*160*180200*250注：1 括號(hào)內(nèi)的尺寸盡可能不用。2. *號(hào)為(JB1086-67)標(biāo)準(zhǔn)系列活塞桿直徑系列(JB82666)101214161820222528(30)323540455055(60)63(65)70(75)80(85)90(95)液壓缸工作壓力作用

10、在活塞液壓缸工作作用在活塞液壓缸工作上的外力F (N)壓力(Mpa)上的外力F (N)壓力(Mpa)(50000.曠120000300002. 04. 05000100001. 52. 030000500004. 05. 010000200002. 53. 0500005. 07. 04. 4. 2缸體結(jié)構(gòu)及驗(yàn)算缸體采用45號(hào)鋼無(wú)縫鋼管，由JB1068-67查得可取缸筒外徑為60m,則壁 厚 6 =5mm。(1) 液壓缸額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全(李 壯云，2008)Pn W0.35X咤型235x340x106(0.062-OOF =36.36mnD；0.062式中：D缸筒內(nèi)

11、徑(m)：DI缸筒外徑(m)；o s缸筒材料的屈服點(diǎn)，(45號(hào)鋼為340MPg )。已知工作壓力P=2MP 人-工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量人為：z _ z G1丿=人+ 2g 式中：人-工件對(duì)過(guò)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N心”川）：G-工件的重量（N）;-工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距（cm）,3-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度（弧度/S）；卜-起動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間（S）；起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（弧度）。2、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏M偏=G + G3S（ N cm）式中：手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量（N）；勺-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距(cm)當(dāng)工件的重

12、心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則3、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩“対M = 4(Ra“2 + RbOm 封 2(N - cm)式中：心，心-轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm);/-摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承/對(duì)于滑動(dòng)軸承i =01 ；心，心-處的支承反力(N),可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解, 根據(jù)工M) = 0,得：RJ + GJ3/J2+GJRb =I同理，根據(jù)SM(F)=0,得：R _G(+/J + G2(/+/2)+ G3(/_ 厶)式中：6-的重量(N)從厶厶,如圖5-2所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).4、轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選 用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以

13、分析。5. 2回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)液壓缸，它的原理 如圖4-2所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把氣 腔分隔成兩個(gè)當(dāng)壓縮氣體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔 的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉液壓缸的壓力P驅(qū)動(dòng)力 矩M的關(guān)系為：2M噸2）ffi 4 2式中回轉(zhuǎn)液醫(yī)伺馳力5c）R體內(nèi)壁半徑（）七出軸半徑（）動(dòng)片食度（：上心泌動(dòng)力矩和圧力的關(guān)系式足對(duì)于低壓脫背圧為誓的情況下而之的若低K腔有一定的背壓.劉上式中的p應(yīng)代以工作壓力P,與背壓P?之差.5.3手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核1. 尺寸設(shè)計(jì)液

14、壓缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為b = 50mm,液壓缸內(nèi)徑為。二190mm,半徑尺=95“”，軸徑 2 =70mm,半徑R = 35咖,液壓缸運(yùn)行角速度0）=90/s ,加速度時(shí)間/二0. Is, 壓強(qiáng) P = OAMPa則力矩：0.4x 1 ()6 x 0.1(0.0952 -0.035?)=156(N?)2. 尺寸校核（1）測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量竹=1,分析部件的質(zhì)量分布情況,質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑/=50和的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:2_ 10x0.0522= 0.0125（燈加 2）工件的質(zhì)量為5鏡，質(zhì)量分布于長(zhǎng)/ = 100勸的棒料上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:ml25 x 0.12_ V2=0.0042

15、(花2)假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長(zhǎng)心150的棒料來(lái)說(shuō)，最大偏心勺=50叫 其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:J = J e +/%叮= 0.0042 +5 xO.052= 0.0167 (kgjn2)=(0.0125 +0.0167)一=26.3(N?)（2）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，勺=,夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸=50勸，則:=10xl0x0 + 5xl0x 0.05=2.5(N.m)(3) 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩為“縻，對(duì)于滾動(dòng)軸承/=001, 對(duì)于滑動(dòng)軸承f二0.1,心，如為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑，/=30切， 心=20”“，心円為軸頸處的支承反力，粗略估計(jì)心=300,心=150N,=彳(尺4 +映)(300 x 0.02 +150 x 0.03)=2=005(N”3. 回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與 選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在此處估計(jì)“封為“耶 的3倍，M 封=3