畢業(yè)設計資料 換刀機械手

福建工程學院畢業(yè)設計（論文）

2014屆本科畢業(yè)論文題目：換刀機械手學生姓名：目錄27989目錄 193941.緒論 1303141.1機器和人類 155761.2技能運用 1179991.3設計方向的確定 1256722.PROE的運用 2105892.1三維軟件 2133242.1.1PROE的優(yōu)點 285522.1.2總體設計 380752.1.3機械手的規(guī)格參數(shù) 3182252.1.4換刀參數(shù) 3194572.1.5驅(qū)動方式的選擇和設計 4257262.1.6詳細方案 560622.2機器腰轉(zhuǎn)動 5296542.2.1詳細方案 5315192.3手爪部分 7233482.3.1機器人夾持器的運動和驅(qū)動方式 7157712.3.2詳細方案 784872.4機械手腕部的結(jié)構(gòu)設計 9241102.5液壓缸的設計 1062132.6導向套的設計 11240472.7中間結(jié)構(gòu)的組成 1268692.8齒輪的設計與強度計算 13157182.8.1齒輪強度的計算 132802.9驅(qū)動系統(tǒng)選擇 15200372.9.1具體采用方案 1837452.10總裝圖 18173643.計算分析確定系統(tǒng) 21142293.1液壓傳動系統(tǒng)選擇計算 21326953.1.1液壓系統(tǒng)方案 21258073.1.2參數(shù)選擇 22179193.1.3液壓元件的選擇 27220723.1.4液壓性能 2868183.2電機選型有關參數(shù)計算 28319593.2.1確電機規(guī)格： 28235004．總結(jié) 3012899參考文獻 311962致謝 32摘要經(jīng)過對關于機械設計專業(yè)所學知識統(tǒng)籌，闡述和剖析機器的每個零件的做法和由來，這一次是設計一個腰部負責轉(zhuǎn)動，身軀部分負責上下移動，水平部分負責左右移動的機器。開始先制作一張cad大體的運動方式的原理圖，然后從底部分析它的運轉(zhuǎn)，一個一個零件的假設，然后經(jīng)過公式計算等大體確立出它的圖形，接著用三維然間畫出來。之后，每個關節(jié)部位的鏈接確定用什么方式驅(qū)動，讓個個部分能夠銜接的上。關鍵詞：擬定原理圖，驅(qū)動方式的確定，部件的銜接AbstractAfteraboutprofessionalknowledgeinmechanicaldesignasawhole,andanalyzethemechanicalstructureandfunctionofallofindustrialmanipulatordesignintheformofacylindricalcoordinatencmachinetoolsintheknifemanipulator.Keypointsforthemachine'swaist,arm,handandsoonvariouspartsofthemechanicalstructureandthedesignofmanipulatorcontrolsystemtakingspecific.Indetailtheoveralldesignofthemanipulator,waiststructuredesign,designofmanipulatorarmstructure,designthestructureofthemanipulatorwrist,handsattheendofthedesign,thedesignofmechanicaltransmissionmechanismofthemanipulator,thedesignofmechanicaldrivesystem.Atthesametimeofhydraulicsystemandcontrolsystemhascarriedonthetheoreticalanalysisandcalculation.Keyways:Manipulator；Keywords:draftingprinciplediagram,thedeterminationofdrivecomponents1.緒論1.1機器和人類 從人類使用道具開始，就已經(jīng)注定了工具的發(fā)展，這是一個艱辛的過程。人類總是想方設法讓自己所處的環(huán)境更加的簡單便利，從而不斷的改進身邊的工具。從開始的使用木頭，使用石頭，到后來的青銅時期。期間人類發(fā)現(xiàn)工具的的改進不斷改善人們的生活。經(jīng)過幾千年的沉淀，人類的機械水平已經(jīng)到了很高的程度。就交通工具而言如自行車，電動車，小轎車，火車，地鐵，動車。這些都是由無數(shù)個小機器組成的大器械。給人類帶來方便的同時，更節(jié)約了人類的時間。在二戰(zhàn)期間，武器的制造，它的精密程度就之間關系到一個國家的命運?，F(xiàn)在家家戶戶電器的總類繁多，如電視，冰箱，空調(diào)，洗衣機，熱水器，直接影響著單戶的生活水平。由此可見，人類的生活已經(jīng)離不開機器。一個國家的強弱離不開機器。一個世界的格局離不開機器。現(xiàn)在國內(nèi)的技術水平和一些發(fā)達國家還是有比較大的差距，只有找到我們國內(nèi)自己的優(yōu)勢，去開發(fā)，去研究，才能進一步突破自動化生產(chǎn)水平，讓產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量得到本質(zhì)性的提升，不管是從經(jīng)濟上還是技術上都是值得國內(nèi)重視和挖掘的。所以，對機械手的研究和設計是一項十分有意義的課題。1.2技能運用在這個設計的過程中，我們不僅要熟悉應用平時上課老師教導我們的知識，更要經(jīng)常去圖書館查閱資料，側(cè)面完善我們的知識。向從開始的cad原理圖的模擬成型后，在選用材料過程中要不斷查閱書籍，經(jīng)過大量的假設和計算才能大體的弄出一個模型來，弄完模型后，尺寸和尺寸之間的銜接正常情況是沒有那么剛好的，還要不斷的回頭修改原來以為確定的零件。然后再用proe畫出來，有時候即便畫出東西來，在實踐中理論上可以，可是生產(chǎn)過程中可能你設計的東西根本就制造不出來，所以要經(jīng)常到實驗室觀察機臺，測量尺寸。有些標準的零件可以通過一些軟件直接導入proe。在合理的情況下，允許稍作改動已符合所設計的實際情況。這是一個動手動腦的過程。在畫cad圖紙的時候，可以由proe先導出工程圖，但是導出的圖紙，有很多錯誤，要反復修改添加，這是一個培養(yǎng)耐心和細心的工作。一個設計不僅考驗的的專業(yè)水平，而且還要考慮的你各方面的綜合素養(yǎng)。1.3設計方向的確定在設計過程當中要把握一個方向。這次畢業(yè)設計的重心是按照之前提交的一份設計流程來擬定設計方向。全面涉及機械手所處境況以及整個流程的操作安排，條件吻合的前提下，要做到機構(gòu)簡明，運用標準，規(guī)劃整齊，選用欠當?shù)牧慵?，讓支出最小化：并且還要保證它的可行性。這這個過程中運用到的知識有機械設計基礎，控制工程基礎，電工電子技術，機械原理與課程設計，機械制圖，proe等在設計過程中做到運用自如，深入了解，做到知其然知其所以然，在設計過程中了解自己的不足之處，提升自己的技能，完善自己的技能，為將來工作打好基礎。當然，設計過程中卡點錯誤是在所難免，要敢于面對，勤于求教，正所謂三人行必有我?guī)?，只有這樣才能學精學透。

2.PROE的運用2.1三維軟件2.1.1PROE的優(yōu)點

Proe是一款多功能軟件，接觸機械專業(yè)幾年的過程中proe的版本也在不斷的完善，已經(jīng)是三維領域的先鋒。平面繪圖在設計的過程中所有的估算假設都是建立在proe的草繪當中這些給繪圖者帶來了巨大的好處，不僅節(jié)約了時間，還提高了效率。三維圖畫

在平面繪圖大體模擬好的情況下，proe的好處在于平面的作圖過程清晰可見，還可以把二維的圖形經(jīng)過它的功能如，拉伸，旋轉(zhuǎn)等轉(zhuǎn)化成三維的圖畫。這樣在視覺上不但讓繪圖的人對零件有了更好的感觀效果，而且能讓物體更加真實的展現(xiàn)在我們眼前。銜接性質(zhì)

一旦畫好了一個三維圖形，當你畫第二個圖形的時候，他不當當時獨立的，可以通過proe的裝配功能，讓它們組合起來，當然要有一定的依據(jù)，通過一些面，軸線，或者點之間的對齊，配對等方法組合在一起。相對獨立每個零件專配完后，各個零件是相對獨立的，如果這個零部件需要一些修改，可以獨立的對它進行，但是原來的裝配可能有所誤差。這要具體情況來分析。數(shù)據(jù)管理：現(xiàn)在市場上喜歡一些速度快，間接方便的軟件，為了進一步實現(xiàn)這種效率，需要多學科的設計人員對同一產(chǎn)品進行研究。對這塊的開發(fā)，就是應用于同時進行的工程。裝配管理：Pro/ENGINEER的一些命令如“配合”，“對齊”，“擦入”等一系列命令使各部件裝配在一起。最關鍵的優(yōu)勢在于大型配件不限制它的零部件的數(shù)量。易于使用：選擇簡單，包括菜單欄，工具欄，導航欄，瀏覽器等。這些以直觀的方式展現(xiàn)在用戶面前，而且提供在線幫助幫助答疑解惑。2.1.2總體設計機械手的工業(yè)設計考慮方面眾多，盡量做到結(jié)構(gòu)簡便易操作，安全可靠安裝維修方便。在確保機械手強度剛性足夠的前提下，盡量減輕機械手的重量。追求強度高且輕質(zhì)量的材質(zhì)。根據(jù)設計和結(jié)構(gòu)確定的坐標系與基本參數(shù)的設計問題，給出了，都已經(jīng)確定。1．用手爪抓取物體的機器這種機械手工作范圍廣，定位精度好可以廣泛應用，對于小批量自動化生產(chǎn)是個不可多得的機械手。本機械手的控制定位方式是簡便的點定位操作，控制方式不是很復雜。2．經(jīng)過分析選擇圓柱坐標的坐標機械手，手臂的運動方式是通過液壓進出油實現(xiàn)x軸的伸縮。結(jié)構(gòu)簡單伸縮精準的優(yōu)勢。且占用面積不大，運動范圍廣。3．機械手的自由度有三個。機械手的自由度是相對固定坐標的運動：1腰部的回轉(zhuǎn)2手臂的升降4．手臂收縮。根據(jù)工業(yè)機械的規(guī)格是一方面，還需要確定的其他組件的設計。2.1.3機械手的規(guī)格參數(shù)抓重：30N（額定抓取重量或額定負荷）自由度：3坐標形式：圓柱坐標最大工作半徑：1200㎜手臂最大中心高（下降時）：800㎜2.1.4換刀參數(shù)水平伸縮行程：0～400㎜伸縮速度：50㎜／s垂直升降行程：100㎜升降速度：200㎜／s回轉(zhuǎn)范圍：０○～１８０○回轉(zhuǎn)速度：45○／s手腕參數(shù)①.回轉(zhuǎn)范圍：０○～１８０○②.回轉(zhuǎn)速度：１８０○㎜／s手指夾持范圍：Ф５０～Ф７０定位精度：±１㎜驅(qū)動方式：氣壓傳動電氣控制方式：PLC點位程序控制電氣操作方式：手動和自動2.1.5驅(qū)動方式的選擇和設計驅(qū)動方式的形式有很多種，主要有如下幾種形式。1．液壓傳動：是用油的壓力推動活塞桿來驅(qū)動，這種驅(qū)動方式對密封裝置的選用要求高，這是因為油的泄露對機械損傷大，進而影響他的性能，工作環(huán)境不宜在高溫低溫下工作。2．氣壓傳動：是收縮空氣壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作。其主要特點：空氣就是來源，對環(huán)境不會照成污染，動作敏捷，構(gòu)造簡單，價格便宜，售后修理方便。由于空氣的可壓縮特性，導致機械速度的不穩(wěn)定性，并且氣源壓力低導致抓取的重量通常在30公斤以下，適合高速，輕載，高溫和粉塵的工作環(huán)境。。3．機械傳動：通常是齒輪與齒輪之間的嚙合運動，常用到的有直齒推動齒齒輪，齒輪帶動扇形齒輪運動，這部分通常是用在手爪的工作，電能由工作機提供。其特點是操作準確，動作平率高，缺點機構(gòu)較大，工作流程不可變。4．電力傳動：一般由步進電機和直線電機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，由于對轉(zhuǎn)換機構(gòu)的依賴性不是很大，故機械結(jié)構(gòu)簡便。歸納上述四種驅(qū)動方式，結(jié)合機械手的設計要求的各種規(guī)格的缺點，應采用液壓驅(qū)動來實現(xiàn)的。故，本機械手采用液壓傳動作為驅(qū)動方式。2.1.6詳細方案圖2-1機械手原理布局圖對于本機械手，因為設計要求換刀的刀具為小型刀具，一方面考慮到機床的結(jié)構(gòu)布局以及機械手的具體情況，在滿足工藝要求的前提下盡量讓成本最小化。本機械手的運動方式是兩個直線運動，一個為x軸的伸縮，一個為z軸的伸縮，以及其實的機械手腰部轉(zhuǎn)動，經(jīng)過統(tǒng)籌分析，機械手有三個自由度，用到的是腰的旋轉(zhuǎn)，身軀的上下移動，以及水平手臂的左右移動。工作的大體原理如圖2-1所示。2.2機器腰轉(zhuǎn)動腰部的轉(zhuǎn)動是這次先分析的對象，大體的思路是腰部到手臂的零件分析。在proe中的草圖也是先從腰部開始。2.2.1詳細方案當前，最常用的腰部回轉(zhuǎn)方式有電機配合齒輪進行腰部回轉(zhuǎn)，以及使用擺動液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn)，由于電動的控制形式精度高，結(jié)構(gòu)緊密，而且無需其他的輔助元件[3]。另一方面機械手的腰部轉(zhuǎn)動是頭一個機構(gòu)，頭一個關節(jié)，對機械手的最終的精度高低起著重要的作用，所以最后決定采用電動的方式驅(qū)動腰部的運轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)速和扭矩的分析中我們發(fā)現(xiàn)正常的電機都無法驅(qū)動腰部的工作，但是我們可以通過傳動比較大的齒輪傳動解決這一難題。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖2-2，圖2-3所示：其原理如下：電機轉(zhuǎn)動，帶動建的轉(zhuǎn)動從而帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，大齒輪作用于另一個鍵帶動腰部回轉(zhuǎn)運動。接著工作臺轉(zhuǎn)動，電機停止工作，回轉(zhuǎn)臺也停止工作。圖2-2底座（未剖）圖2-3底座（剖圖）2.3手爪部分2.3.1機器人夾持器的運動和驅(qū)動方式工業(yè)機器人手爪一般為雙指手爪。按手指的工作形式有兩種，一種為回轉(zhuǎn)型，另一種為移動型。抓取方式有兩種，一種是從外面加緊，一種是從里面向外撐開。手爪的驅(qū)動方法：1.氣動驅(qū)動：手指運動的走向是氣流的作用使它運動的。氣動夾持器的優(yōu)勢在于成本低，在市場上也比較好賣。此外，空氣是可以壓縮的，壓縮到一定程度有反作用力，這一點是工作運動中所需要的。2.電動驅(qū)動:這種手爪，夾持器，是電機提供電力，電能變成機械能推動齒輪工作，在這個過程中收到的阻力比較大。電力驅(qū)動模式可以實現(xiàn)力和位置控制。要特別注意的是在工作過程中會產(chǎn)生火花，故在有防爆的環(huán)境下是不行的。3.液壓驅(qū)動：液壓驅(qū)動形式的傳動剛度大，可以持續(xù)控制軌跡。由于設計主要采用液壓來完成機械手的運動，和較大的傳動剛度要求設計的，因此液壓傳動的方式來完成機械手的運動。2.3.2詳細方案水平的手臂被油推動，完成杠的前進，手爪部分是兩個爪的部件合成，中間連接的部分是杠推動，單爪見和工件相互作用受到的力相等，方向相反。而這次得工件直徑范圍是50mm。詳細機構(gòu)如圖2-3所示：其原理是：油進入進油口后活塞移動，齒條跟著運動，接著齒條和齒條之間齒合，另一齒輪帶動扇形齒輪活動，兩個手指張開，然后通過保壓口回油活塞向后運動，齒條，驅(qū)動齒輪1、扇形反轉(zhuǎn)，夾持器關閉。這一系列運動是通過油的進出來實現(xiàn)運動的。手爪如圖2-4圖表2-4手爪部分機構(gòu)圖2-5機械手末端執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖2.4機械手腕部的結(jié)構(gòu)設計圖2-4手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)設計原則：考慮到腕部伸縮過程中會造成手腕的脫落，所以在軸上加了個螺母用于防脫落。另一方面在軸伸縮過程中，可能導致腕部的轉(zhuǎn)動，因此在軸上開了個鍵槽，放了個長12mm，寬6mm，厚6mm的鍵用于防止軸肩的轉(zhuǎn)動。如圖2-52.5液壓缸的設計圖2-5液壓缸圖2-5液壓缸結(jié)構(gòu)設計原則：為了應對導套，液壓缸頂端制成圓柱形，油進入液壓缸推動活塞桿運動，油到達出油口時，活塞停止推動，活塞桿通過保壓口回油活塞退回。如圖2-5所示；2.6導向套的設計圖2-6導向套結(jié)構(gòu)設計原則：導向套的功能一是保證導桿精度，導向套頂面的兩個孔是由于機械手設計是選用液壓的方式，這樣可以防止油的外泄。如圖2-6所示；2.7中間結(jié)構(gòu)的組成圖2-7圖2-8中間結(jié)構(gòu)設計原則：從輸入液壓缸進油口的油，然后推動活塞移動，從而帶動導柱和移動，由于本設計主要采用液壓方式，所以必須有一個密封圈，密封圈的作用是預防塵埃的進入。結(jié)構(gòu)如圖2-7所示；2.8齒輪的設計與強度計算圖2-9齒輪結(jié)構(gòu)原理：由于齒輪與齒輪之間運動時存在齒間間隙，傳動的精度受到影響，所以采用較大的傳動比，大齒輪選用模數(shù)m=2，齒數(shù)為150，小齒輪選用m=2，齒數(shù)為30，,大齒輪帶動軸，所以在齒輪上方做一個凸臺，用鍵銜接。從而帶動腰部運動，防止齒輪的滑動。如圖2-8所示；2.8.1齒輪強度的計算(1)齒輪材料的選擇一般使用減速，沒有特殊的要求進行選擇，45鋼。（2）采用熱處理的方式，在量不大的生產(chǎn)中選擇軟齒面。小齒輪調(diào)質(zhì)，229～286HBS，大齒輪正火，169～217HBS。（3）小齒輪轉(zhuǎn)矩T1T1=9550N/n=9550*0.18/1320·m=55.2N·m,齒數(shù)比u=z1/z2=n1/n2=150/30=5。（4）初取載荷系數(shù)K′因齒輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù)K′無法準確確定，需預選。一般可在K′=1.7～1.9范圍內(nèi)選取。在確定齒輪參數(shù)后，在進行校核。初取K′=1.8.（5）選取齒寬系數(shù)因為相對于軸承對稱布置，取=1，得=0.4。（6）初取重合度系數(shù)一般直齒輪傳動，在1.1～1.9之間。這里初取=1.8，==1.6。（7）確定許用接觸疲勞應力[]接觸應力變化總次數(shù)（按每年300個工作日計）：=60n=60*2940*1*12000=2.12X=60n=60*294*1*12000=2.12X壽命系數(shù)=0.95，=1（圖6-34），彈性系數(shù)=189.8（表6-7），接觸疲勞極限應力=560Mpa(圖6-32c)，=500Mpa(圖6-32c)，最小安全系數(shù)，按表6-8，失效概率低于1/100，=1，許用接觸疲勞應力按式（6-28）有：【】=560/1X0.95Mpa[]=500/1X1Mpa=500Mpa（8）按齒面接觸疲勞應力初步計算中心距a節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5(圖6-30)。按式（6-35）；

a=(10+1)Xmm=274.5mm,取a=275mm。（9）初取齒寬b齒寬b=a=0.1X275mm=27.5mm。（10）取標準模數(shù)按表6-2，取m=2.5mm（11）確定齒數(shù)由a=m/2(),有=2a/m=2X275/2=180,及u==5,解得=30，=150，實際齒數(shù)比u=5.2，傳動比誤差（5.2-5）/5=0.4%（在5%允許范圍內(nèi)）。（12）載荷的系數(shù)K1）系數(shù)，按表6-5，取1。2）齒間載荷分布系數(shù)，由式（6-13）計算重合度=1.89，按圖6-24，=1.32，故K==1X1.32X1.61X1.32=1.61,K<,偏于安全。（13）確定重合度系數(shù)，由式（6-26），===0.84.（14）確定齒寬b取=20mm，=20mm(微小于)（15）驗算齒根彎曲疲勞強度1）齒形系數(shù)，按圖6-27，=2.52，=2.18。2)應力修正系數(shù)，按圖6-28，=1.64，=1.83。3）重合度系數(shù)，按式(6-23),=0.25+0.75/1.89=0.65。4）彎曲疲勞極限應力，按圖6-31c,=240MPa,按圖6-31c,=220Mpa。5）壽命系數(shù)=60X2940X1X12000=2.12X=60n=60*294*1*12000=2.12X按圖6-33，=0.9，=0.95。6）試驗齒輪的應力修正系數(shù)，按國家標準規(guī)定，=2。7）最小安全系數(shù)，按表6-8，失效概率低于1/100，=1.25。8）許用彎曲應力，按式（6-27）有【】=240X2X0.9/1.25Mpa=346Mpa【】=220X2X0.95/1.25MPa=334MPa9)齒根彎曲疲勞應力，按式（6-32）=(2000X1.61X55.2X2.52X1.64X0.65)/(50X30X2)MPa=159.2mpa<【】=(2000X1.61X55.2X2.18X1.83X0.65)/(500X25X2)MPa=18.43mpa<【】（16）設計結(jié)果中心距a=180mm；模數(shù)m=2；齒數(shù)=30；=150；分度圓直徑=60mm,=300mm；齒寬=15mm，=20mm;齒輪精度6級；齒輪材料：小齒輪45鋼，調(diào)質(zhì)，229～286HBS,大齒輪45鋼，正火，169～217HBS。2.9驅(qū)動系統(tǒng)選擇機器的制作過過程中首先想到它是干什么用的，用在什么樣的地方，要和什么東西配合是什么東西可以讓它工作起來，制作當中想一想它最后做出來價格會不會便宜，想到這幾點后，最后定其選用方式。正常情況下：1.材料應該選用剛度比較好的材料，怕在工作過程中收到壓力扭矩力作用后照成過大的破壞。2.焊接的機器正常情況用的是伺服電機，焊接過程要移動到某個點，然后確定它的位置。但是如果直接選用液壓或電動伺服系統(tǒng)就可以完成一系列操作。點焊和搬運機器人任意點負荷控制的液壓驅(qū)動系統(tǒng)。。1.機器人驅(qū)動系統(tǒng)電機的選擇機器人的馬達驅(qū)動系統(tǒng)應根據(jù)機器人的使用，功能，選定的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合各種電機，所表現(xiàn)出來的特點，考慮了性能價格比的結(jié)構(gòu)特點。依照機械手各運動關節(jié)的需求、電機轉(zhuǎn)動速度、負載的額定力矩、速度大小的特征、額定功率大小、等一系列參數(shù)來確定電機的選用。驅(qū)動電機及其主要特點，不同類型的結(jié)構(gòu)，性能特點和使用范圍，適用于驅(qū)動在表2-10：表2-10驅(qū)動電動機對比2.伺服驅(qū)動器（1）步進電機驅(qū)動器它是由脈沖脈，環(huán)狀，功率這三個部分建立，功率放大在步進電機中占主要位置，脈沖發(fā)生器能夠依照啟動制動速度三個關鍵點，改變其它因素，和電機建立起關系。功率放大器的功用就是由分配器得來的毫安電流擴大成安培用于驅(qū)動電機。采用高電壓驅(qū)動電路的功率放大器。該電路有高低電源。當繞組只是瞬間功率讓繞組對高壓開關，使目前的快速建立。當步進電機額定電流只有在低電壓電源每相繞組。時間加入高電壓的控制電路實現(xiàn)的長度。（2）直流電機驅(qū)動器大陸內(nèi)地很多廠現(xiàn)在都在用PWM。電壓確定下來是不改變的，而脈沖寬度可與電路控制改變，電機兩端的電壓隨著脈沖的變化而變化，進一步轉(zhuǎn)變電機轉(zhuǎn)速。這類伺服驅(qū)動器的構(gòu)成由電流內(nèi)環(huán)和速率外環(huán)決定。PWM的有點在于調(diào)速局限比較大、在低速度下特征好，反應敏捷、功用良好、負載能力良好。用在一些機床上。表3-1電機帶動齒輪工作原理圖2.9.1具體采用方案在三維軟件估畫好齒輪的時間段，就準備開始選用電機，腰部這個部分，是個起到承上啟下的作用，精度方面要求比較高，步進電機就比較合適。又由于兩處都是使用液壓缸，兩處的伸縮長度有所不同。所以，水平方向的伸縮要考慮到定位，所以使用電業(yè)伺服液壓缸來啟動。手爪的的活動是由液壓缸進油推動活塞桿向前運動，活塞桿與齒輪相互作用，接著齒輪與扇形齒輪配合來使手爪閉合，當油到出油口是，壓力變小，通過保壓口回油，活塞返回，齒輪倒轉(zhuǎn)帶動扇形齒輪倒轉(zhuǎn)，手爪張開。2.10總裝圖圖3-2機械手總裝結(jié)構(gòu)；工作路線：步進電機的電機軸轉(zhuǎn)動——軸上的鍵于小齒輪配合——小齒輪轉(zhuǎn)動——小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)動——大齒輪上帶動鍵——鍵間接與腰部回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動——液壓缸左上方進油驅(qū)動——活塞導柱向上移動——手臂液壓缸進油驅(qū)動——活塞導桿向右移動——齒輪轉(zhuǎn)動（手爪撐開）——抓物——保壓回油手爪閉合——手臂活塞導桿向左移動——液壓缸活塞導桿向下移動——電機工作完畢——動作結(jié)束原理：電機轉(zhuǎn)動帶動小齒輪，小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，腰部大齒輪與套筒間由于鍵的作用從而帶動其轉(zhuǎn)動，通過液壓缸1推動活塞1向上運動，活塞1帶動導柱1向上移動，達到一定位置停止向上移動，通過另外一個液壓缸2推動活塞2向右移動，達到一定位置停止移動，通過油路把油輸入手爪，帶動里面的活塞運動，從而帶動了齒條向下運動，齒條帶動齒輪1轉(zhuǎn)動然后再帶動扇形齒輪轉(zhuǎn)動，手爪伸開抓取，通過保壓口的回油活塞向上運動，齒條向上運動，齒輪和扇形齒輪倒轉(zhuǎn)，手爪關閉。然后通過液壓缸2驅(qū)動導柱向左移動達到一定位置停止，然后再驅(qū)動液壓缸1使得導柱1向下移動，達到一定位置停止，電機停止，工作臺停止運動。通過驅(qū)動液壓缸的油路往復操作。如圖2-10所示；

3.計算分析確定系統(tǒng)3.1液壓傳動系統(tǒng)選擇計算3.1.1液壓系統(tǒng)方案由于腰部是由油推動活塞桿運動，手臂也是油推動液壓桿運動。所以我們要從液壓馬達和液壓缸中選擇一個，下表3-3：表3-1液壓執(zhí)行元件比較對機械手的圓筒形的設計，具有3個自由度，旋轉(zhuǎn)，兩個直線自由度的運動。選用活塞桿時分析得到，不但要求工作過程中環(huán)境原因，載荷要素，定位方式，布局情況等各種客觀原因，綜合分析，最后腰部使用電機驅(qū)動，兩個直線自由度由液壓控制。由于兩個移動副的關系，因此采用單活塞液壓缸。3.1.2參數(shù)選擇壓力是由外面的承載決定，對液壓缸影響很大，油的多少直接影響液壓缸的速度，這兩個數(shù)據(jù)都是很重要的，要經(jīng)過計算來確定。1.液壓缸的總機械載荷液壓缸結(jié)構(gòu)機械載荷情況沒有外部負載得到是0；活塞上慣性力；密封阻力；導向摩擦阻力；回油阻力；（1）計算總重量液壓缸是80公斤；重力加速度；速度變化量；啟動時間，制動時間通常是0.01到0.5之間，假設為0.04根據(jù)計算的：=1.03（2）計算液壓缸封閉摩擦負載壓力，如液壓缸的工作壓力＜15，進油運作腔面積；啟動：553N運動：=272N（3）計算手臂導桿，內(nèi)導桿，導向套兩者機械手總重量加上刀具，是100公斤；摩擦系數(shù)，取f=0.1；數(shù)據(jù)計算得：=10（4）計算回油時形成阻力回油壓力，通常0.3~0.5，=0.3單位（）活塞面積帶入公式，總機械負荷對活塞效應。2.手爪液壓缸壓力計算手爪抓住刀具，刀具不會落下的條件是：是手爪爪緊的力；安全系數(shù)，通常取1.2~2；是動載系數(shù)，慣性力用估算，換刀時的加速度，方位系數(shù)，查表選??；刀具的重量5；帶入數(shù)據(jù)得：=100；理論驅(qū)動力的計算：式中，是活塞缸最低驅(qū)動力；是夾緊力至回轉(zhuǎn)支點垂直距離；是扇形齒輪分度圓半徑；為手指夾緊力；效率選擇0.90；其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得計算驅(qū)動力計算公式為：為計算驅(qū)動力；安全系數(shù)用1.2；運動時條件系數(shù)用1.1；帶入數(shù)據(jù)，計算得：=120所以油液需要提供的動力是柱塞缸油壓；是柱塞截面積；一系列計算得到油壓大概：3.液壓缸參數(shù)確定剛性是主要考慮的方面，應盡可能確保機械手的機構(gòu)和工作的平穩(wěn)性能。在畫圖過程中發(fā)現(xiàn)，根本就無法直接確定出兩個參數(shù)，要一個一個參數(shù)來對照，需要一些輔助的零件。歸納總結(jié)逐一的客觀因素，先大體構(gòu)建液壓缸的框架結(jié)構(gòu)和參數(shù)要求。表3-2垂直液壓缸參數(shù)注：系統(tǒng)壓力閥調(diào)定手爪柱塞缸工作壓力。由于在一定的軸向荷載作用下的垂直液壓缸的負載，在這里液壓缸符合要求，最好先確定液壓缸的機構(gòu)剛性問題，若剛性夠大則扛壓能力越好。表3-3水平伸縮液壓缸參數(shù)由于伸縮缸，他的軸向上沒有承載顯性的作業(yè)載荷（由于手爪抓取工件，受到豎直向下的力），軸向大部分承受摩擦力，徑向載荷的力占據(jù)比較大，載荷方式為彎矩，讓它形成彎曲變形。由于機械手必須是靈活的，臥式液壓缸活塞桿與較大的工作行程。但是考慮到一點缸體的長度越長越不平穩(wěn)，很可能變彎。由于導向桿懸掛的地方會受到彎曲變形，所以增加一個輔具支撐解決這一難題。表3-4垂直液壓缸參數(shù)4.液壓缸強度較核（1）缸筒壁厚的較核當D/時，缸內(nèi)徑；是缸筒假設壓力，缸額定壓力，估；計算結(jié)果得出，假設可行，液壓缸壁厚強度符合。（2）活塞桿直徑的較核直徑較核公式是活塞桿上作用力；作為活塞桿所對應材料的許用應力，；經(jīng)計算較核發(fā)現(xiàn)之前的估值城里，活塞桿強度滿足。3.1.3液壓元件的選擇1.液壓泵（1）運動時液壓泵的壓力計算工作壓力，假設是；進油路假設是調(diào)速閥，可估取值范圍在零點五到一點五，取1。則液壓泵工作時的壓力（2）流量的分析是泄露因數(shù)，取1.1；流量的最大值經(jīng)計算得=3.140解得（3）液壓泵電機功率最大流量估取為3.140；液壓泵實際工作壓力，5；液壓泵總效率，0.8；帶入得：==。2.控制元件的選擇控制結(jié)構(gòu)是標準形式的配件，根據(jù)這次得手臂部分選擇油的開始和結(jié)束，暫時不作介紹。3.油管及其他輔助裝置的選擇（1）開始時設計的油管只要符合要求，保證壁不會斷裂和損害，讓軀體部分可以順利的完成活塞桿的推動。當流量達到最大值,出口直徑選；進口的直徑會比較大一點，剩下部分用就夠了。（2）油箱容量一郵箱的流量是泵流量的三倍到五倍，暫時這邊選五倍的，容積3.1.4液壓性能先草繪液壓系統(tǒng)圖，進一步計算壓力損損耗。在通過比較挑個合適的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用液壓回路簡單，效率高，低功耗，低熱量，油箱容量達到更大的，因此，沒有溫升的計算。3.2電機選型有關參數(shù)計算3.2.1確電機規(guī)格：液壓泵選用CB-D型液壓泵，額定壓力P=1Mpa，工作流量在32～70ml/r之間。選用80L/min為額定流量的泵，因此：傳動功率N=P×Q/η（3.2）式中：η=0.8（經(jīng)驗值）所以代入公式（3.1）得：N=1×8×103×106/60×0.8=0.167KN選取電動機y2-631-2型電動機，額定功率0.18KW，轉(zhuǎn)速為1320r/min。表3-3電機的參數(shù)

4．總結(jié)這次機械手的設計基于大學學習的一次統(tǒng)籌和知識點的了解，利用所學的知識對各個知識點的牽引，實現(xiàn)對機械手各個機構(gòu)的設計，組成一個可以完成三個自由東的機械手，在構(gòu)造機械手的框架的過程中，細節(jié)繁多，每個結(jié)構(gòu)之間的關系密切，每個節(jié)點之間都要瞻前顧后，才能更妥當完善的完成整個機構(gòu)的整合。在這個過程中，能夠很好的反應出機械設計制造及其自動化的專業(yè)知識，很好的顯示畢業(yè)生的理論研究程度，和實踐的操作本領，能正確了解研究方向，針對性強，實現(xiàn)了理論和實踐