簡(jiǎn)易機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū)課題名稱： 簡(jiǎn)易機(jī)械手機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 沈柳根 學(xué)號(hào)： 20110611119 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班級(jí)： 11機(jī)電 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 2015年1月5日摘要簡(jiǎn)易機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)化，功能相似，而工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程等專業(yè)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)

2、，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程內(nèi)容得綜合設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)提高學(xué)生的機(jī)械分析與綜合能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力、機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，掌握實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，展現(xiàn)了各個(gè)相關(guān)學(xué)科知識(shí)在這里的整合，有利于理解專業(yè)知識(shí)。 關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)易機(jī)械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；氣動(dòng)目 錄摘要I1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義11.1設(shè)計(jì)任務(wù)意義：11.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹：12 總體方案設(shè)計(jì)32.1 結(jié)構(gòu)分析32.3 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介33 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.1傳動(dòng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)53.2手指氣缸的設(shè)計(jì)63.3縱向氣缸的設(shè)計(jì)123.4橫向氣缸的設(shè)計(jì)134最終圖紙154.1裝配圖155 總結(jié)16參

3、考文獻(xiàn)17I1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義1.1設(shè)計(jì)任務(wù)意義：通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高分析和解決問(wèn)題能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計(jì)是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)的，是學(xué)生根據(jù)所學(xué)課程進(jìn)行的工程基本訓(xùn)練，課程設(shè)計(jì)的意義在于：1培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)（產(chǎn)品）的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或試驗(yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知 識(shí)領(lǐng)域。2通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)能力，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思路，掌握機(jī)電一體化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，為自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。3培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。4樹(shù)立正

4、確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng),同時(shí)最大限度的培養(yǎng)了學(xué)生分工協(xié)作完成大型設(shè)計(jì)的能力。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹：1. 基本要求：（1）總體設(shè)計(jì)：針對(duì)具體的原理方案，通過(guò)對(duì)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后給出機(jī)械系統(tǒng)的裝配圖（A1一張）。（2）根據(jù)要求，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份。 (3）設(shè)計(jì)選題分組進(jìn)行，每位同學(xué)采用不同方案（或參數(shù)）獨(dú)立完成；2該機(jī)械手的功能：機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，啟動(dòng)后，機(jī)械手將下降加緊工件上升右移再下降放松工件再上升左移八個(gè)動(dòng)作，完成一個(gè)工作周期（如圖 1 所示）。3任務(wù)要求：執(zhí)行元件：氣動(dòng)氣缸；運(yùn)動(dòng)方式：直角坐標(biāo)；4主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程400 mm；運(yùn)

5、動(dòng)負(fù)載質(zhì)量50 kg；移動(dòng)速度控制0.2 m/s。圖 1 搬運(yùn)任務(wù)2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 結(jié)構(gòu)分析機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié) 構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。1- 夾緊氣缸； 2-縱向氣缸 ；3-橫向氣缸； 4-常開(kāi)手部 5-固定支架導(dǎo)軌（2個(gè)）；6-彈簧圖 2 方案一示意圖2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹可以看出：圖示為

6、地面固定式，氣缸2固定在地面上的固定臺(tái)上，可以上下移動(dòng)；氣缸3通過(guò)與導(dǎo)軌相連，可以在水平方向移動(dòng)。氣缸1采用的是靠彈簧恢復(fù)的單作用氣缸，它與手爪構(gòu)成了一套常閉式夾緊裝置。3 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 本方案的機(jī)械設(shè)計(jì)中重在氣缸的設(shè)計(jì)，氣缸1的作用是物品的抓緊和釋放，氣缸2的作用是實(shí)現(xiàn)物料縱向的提升與下降，氣缸3的作用是實(shí)現(xiàn)物料的橫向移動(dòng)。對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達(dá)到動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度氣缸的設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示圖4 氣缸設(shè)計(jì)流程圖氣缸按結(jié)構(gòu)特征分類如圖 5單活塞桿氣缸是各類氣缸中應(yīng)用最廣的一

7、種氣缸。由于它只在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側(cè)承受氣壓作用 的面積不等，因而活塞桿伸出時(shí)的推力大于退回時(shí)的拉力。雙活塞桿氣缸活塞兩側(cè)都有活塞桿，兩側(cè)受氣壓作用的面積相等， 活塞桿伸出時(shí)的推力和退回時(shí)的拉力相等。單作用氣缸是由一側(cè)氣口供給氣壓驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，依靠彈簧力、外力或自重等作用返回；而雙作用氣缸是由兩側(cè)供氣口交替供給氣壓使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。結(jié)合課程設(shè)計(jì)的方案，夾緊氣缸1選擇單作用氣缸，依靠彈簧力恢復(fù)；縱向氣缸2選擇單作用氣缸，靠重力恢復(fù)；橫向氣缸3選擇雙作用氣缸圖5 氣缸結(jié)構(gòu)分類3.2手指氣缸的設(shè)計(jì)圖6 手指氣缸結(jié)構(gòu)圖（1）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

8、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)變化所產(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：式中 安全系數(shù)，通常取1.2-2.0； 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可用下式估算其中 a運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大升加速度 g重力加速度 g=9.8 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(jìn)行選定。 f摩擦系數(shù) G選取工件所受的重力（N） 設(shè)為1.5，將已知條件代入得：（2）氣缸的內(nèi)徑根據(jù)手指的幾何關(guān)系得： 由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道，要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小位100Kg，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸

9、出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率：由液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)表11-1：取=0.45根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得：D-活塞直徑，m；d-活塞桿直徑，m；P-許用壓力,；-彈簧反作用力，N 估算時(shí)取d=0.3D,=40N, P=0.5。代入上式得： 按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=80 mm（3）活塞桿直徑 由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm (4) 缸筒長(zhǎng)度的確定： 缸筒長(zhǎng)度S=L+B+20 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=0.20D= 0.20x80=16mm 由于氣缸的行程L=200mm

10、,所以S=L+B+20=236 mm（5）氣缸筒的壁厚的確定:由液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè)知：一般氣缸缸筒與內(nèi)徑之比/D1/10 ，其壁厚通常按薄壁筒公式計(jì)算：-實(shí)驗(yàn)壓力，一般取=1.5p(p為氣缸工作壓力)，；-缸筒材料的許用應(yīng)力，=/S；-材料的抗拉強(qiáng)度，；S-安全系數(shù)，S>=68。 通常計(jì)算出的壁厚往往很薄，考慮機(jī)械加工工藝性，往往將缸筒壁厚適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管與鋁合金管。下圖所列缸筒壁厚可供參考。假設(shè)所選材料為無(wú)縫鋼管，則由表知(6)氣缸耗氣量的計(jì)算： 氣缸的耗氣量是指氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所消耗的壓縮空氣量。耗氣量大小與氣缸的性能無(wú)關(guān)， 但它是選擇空壓機(jī)排氣量的重要依據(jù)。

11、(7)氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算 通常氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑大小與氣缸速度有關(guān)，根據(jù)ISO-15552、ISO-7180。氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑見(jiàn)下表（ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）氣缸直徑3240506380氣口尺寸汽缸直徑100125150200250氣口尺寸汽缸直徑320氣口尺寸查此表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為3.3縱向氣缸的設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)方案可以知道，縱向氣缸1不僅要承受負(fù)載50kg的重量，還要承受氣缸3及手指部分的重量，假設(shè)此重量為負(fù)載的十分之一，即5kg。則縱向氣缸實(shí)際的負(fù)載F=539N。進(jìn)一步求的理論負(fù)載（1）氣缸的內(nèi)徑由公式得： 查表后得：D=63mm。（2）活塞桿直徑 由d=0.3D 估取活塞

12、桿直徑 d=18.9 mm 查表后得：d=20mm(3) 缸筒長(zhǎng)度的確定： 缸筒長(zhǎng)度S=L+B+20 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=(0.200.25)D= 0.2063=13mm 由于氣缸的行程L=400mm ,所以S=L+B+20=433 mm（4）氣缸筒的壁厚的確定 選用無(wú)縫鋼管為材料，查表得：(5) 氣缸耗氣量的計(jì)算(6)氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為3.4橫向氣缸的設(shè)計(jì)(1)氣缸的內(nèi)徑 根據(jù)機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系得： ?。?0.2，g=9.8 得：F=130(近似) 根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得： 估算時(shí)取d=0.3D,P=0.5。代入上式得：按照GB/T2348-19

13、93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=50 mm(2)活塞桿直徑由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=15 mm查表得：d=16mm（3）缸筒長(zhǎng)度的確定：缸筒長(zhǎng)度S=L+B+20L為活塞行程；B為活塞厚度活塞厚度B=0.20D= 0.20X0.5=10mm由于氣缸的行程L=400mm ,所以S=L+B+20=430 mm（4）氣缸筒的壁厚的確定:假設(shè)所選材料為無(wú)縫鋼管，則由表知（5）氣缸耗氣量的計(jì)算：（6）氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為4最終圖紙4.1裝配圖最終圖紙如圖7所示：圖7 裝配圖5 總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)

14、,是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),暴露出了平時(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中存在的問(wèn)題:學(xué)習(xí)不夠深入,了解不透徹,導(dǎo)致在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,經(jīng)常對(duì)一些基本的知識(shí)點(diǎn)弄混.這次課程設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)前最后的一次練兵,對(duì)我來(lái)說(shuō)非常有意義。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來(lái)越廣泛?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，令我仍感慨頗多。一周的時(shí)間說(shuō)長(zhǎng)不長(zhǎng)，說(shuō)短也不短，在這一周里讓我學(xué)會(huì)了本課程在實(shí)際生活中的用途，學(xué)會(huì)了同學(xué)之間的互助團(tuán)結(jié)，學(xué)會(huì)了怎樣克服困難。付出了不少時(shí)間和精力，但學(xué)到了很多很多東西。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。我在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)有極大的幫助。在此謹(jǐn)向各位老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一起愉快的度過(guò)此次課程設(shè)計(jì)的各位同學(xué)