自動上下料機械手設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 d mm?? 所需驅動力矩 3 16 30Md mm???? 驅[ ]T () 取 d=50mm 所以機械手的擺動采用單葉片回轉油缸，定片與缸體固連，動片與轉軸固連，當兩油口分別進出油時，動片帶動轉軸轉動達到腕部擺動目的。 22 ()2p b R rMM???總 () 又因為： Dd =— , 2b 2Dd? ，取 Dd =2， 2bDd? =3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉油缸工作壓力 2222 1 0 .5 8 /()MP kg cmb R r???總 () 由于系統工作壓力遠遠大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。 選鍵并校核強度 轉軸直徑 d=40mm,由 GB109579選鍵為 b? h=12? 8 轉軸直徑 d=50mm,由 GB109579選鍵為 b? h=20? 10 鍵校核如下公式 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業設計（論文） 18 p? =2T? 310 /kld? [ p? ]， K—— 接觸面的高度 0 .4 0 .4 8 3 .23 2 .2 4 [ ]0 .4 0 .4 1 0 41 3 .2 0 8 [ ]p a ppph m mmpk h m m????? ? ???? ? ? ??? 取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得 []p? =100aP 所以滿足要求 臂部 計算與分析 臂部設計的基本要求 手臂部件是機械手的主要執行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉動。 臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內的任意一點 。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉和 俯 仰 運動。手臂的各種運動由油缸驅動和各種傳動機構來實現，從背 部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動載荷，而且自身運動又較多，故受力復雜。因而，它的結構，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。 機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的 部件，實現臂部的回轉等運動。臂部要實現所要求的運動，需滿足下列 各項基本要求： 機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結構上采用水平懸伸 梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支 臂桿的伸縮不斷變化，對于機械手的運動性能，位置精度和負荷能力等影響 很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長度，還應注意： (1)根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機身既受 彎曲（而且不僅是一個方向的彎曲）也受扭轉，應選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內部還可以布置驅動裝置，傳動機構以及管道，有利于結構的緊湊，外形整齊。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業設計（論文） 19 臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關，而且同支撐的剛 度和支撐件間距離有很大關系，要提高剛度，除從支座的結 構形狀，底板 的剛度以及支座與底版的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。 (3)合理布置作用力的位置和方向 在結構設計時，應結合具體受力情況，設法使各作用力的變形相互抵消 。 (1)設計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應盡可能使結構簡單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調整補償環節，以及減少重要不見的間隙，從而提高剛度 。 (2)水平放置的手臂，要增加導向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導向桿承受部分或者大部分自重 。 (3)提高活塞和剛體 內徑配合精度，以提高手臂 俯 仰 的剛度。 ，慣性要小 機械手臂的運動速度是機械手主要參數之一，它反映機械手的 生產水平，一般時根據生產節拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉 俯 仰 均要求均速運動，（ V和w為常數），但在手臂的啟動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設計在 1000～ 1500mm/s，最大回轉角速度設計在 180/o s 內，在大部 分行程距離上平均移動速度為 1000mm/s 內，平均回轉角速度為 90/o s 內。 為減少轉動慣量的措施 ： (1)減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質高強度材料。 (2)減少手臂運動件的尺寸輪廓。 (3)減少回轉半徑，在安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸）， 盡可能在前伸位置下進行回轉動作 ，并且 驅動系統中設有緩沖裝置。 為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。 對于懸臂式的機械手，其傳動件，導向件和 定位件布置應合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發生“卡死”的現象（自鎖現象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 (1)計算零件重量，可分解為規則的體形進行計算。 (2)計算零件重心位置，求出重心至回轉軸線的距離 。 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業設計（論文） 20 (3)求重心位置并計算偏重力臂 ? n21 i= ? + = GG G G G G ?? ? ? ? ? ?總 爪 腕 臂 () 2 2 2 222n11i=nii=GGG G G GG G G GX???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ????爪 腕 臂爪 腕 臂 () (4)計算偏重力 矩 n11i= GM G X?????總偏 () 一般說來，直角和圓柱坐標式機械手位置精度教高；關節式機械手的位置最難控制，精度差；在手冊上加設定位裝置和自檢測機構，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環節以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。 除此之外，要求機械手同用性要好，能適合做種作業的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業區粉塵大的機械手，還要設置防塵裝置等。 手臂的設計計算 通常先進行粗略的估算，根據運動參數初步確定有關機構的主要尺寸，在進行校核計算，修正設計。 為了便于進行液壓機械手的設計計算，分別 俯 仰 缸回轉油缸的設計敘述如下： 設小臂 L=40cm,D=60cm 則 m= 2 2 30. 05 0. 4 7 10 22R lp k g??? ? ? ? ? ? 則手臂總重 fm m m m??總 回桿 ， L=100mm m?回 2 2 30. 05 0. 1 7 10R lp??? ? ? ? ?= 22 29 7 0. 79 52 .4 9m k g? ? ? ?總 . 俯 仰 缸的設計計算 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業設計（論文） 21 圖 仰俯缸的設計尺寸圖 設 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當手臂處在仰角為 1? 的 位置 1OA 時，驅動力 P通過連桿機構產生的驅動力矩為 11c os( )M Pb ????驅 因為 111 A D B Ctg O D O D? ??， 又因為 1 1 1117 6 c o s 6 0 7 6 1 5 c o s 6 0 5 1 17 6 7 6 s in 6 0 4 1oooA D B C B O a m mO D C A B m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 1tg? = ， 1? =15o ， 11c os( )M Pb ????驅 而 P= 24D P P P? ??封 背 P— 油缸的工作壓力（ 2/kg cm ） D— 油缸內徑（ cm） P封 — 活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（ kg） P背 — 通油箱， P背 =0 ?? 取 ? =10600kg M?驅 10600? ? cos( 60)? = cm 當手臂處在俯角為 2? 的位置 2OA 時，驅動力 P通過連桿機構產生的驅動力 22P b c osM ????驅 （ ） 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業設計（論文） 22 因為： 2221A E A EO E O C E C? ?? ?2tg 2 2 2 2c os 2. 9A E B C O B O C b ??? ? ? ? ? ? 1OC c? 2 2 2sinEC A B b ??? 所以 1 22 2c o s 15s in oba tg cb ???? ???? 則 c o s (1 5 3 0 ) 9 5 0 5 0 . 7 6 ?oM P b k g c m? ? ?驅 當手臂處在水平位置即 OA?? 為驅動力矩時 c o s (1 5 3 0 ) 9 5 0 5 0 . 7 6 ?oM P b k g c m? ? ?驅 因為 M M M M? ? ?驅 慣 偏 摩 由于手臂與支柱連軸有振動軸承，摩擦力矩較小 M摩 =0 所以 M M M??驅 慣 偏 驗證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于 1? 時 1 s inMpcb?? ??? ??驅1 1 1bcosb c o s ( t g + ) () =16 0 .3 5 60 .1 5 c o s 6 0 0 .0 50 .1 5 c o s( 6 0 )0 .3 0 .1 5 sin 6 0o ootg ??????? =1134kgf 選取 dD =， 所以 1 ap MP? 2 2 664 4 1 1 3 4 0 . 4 9 1 010p d p DD p ????? ? ? ? ??? ? () 2 64 1 10D ??? ? D= 中國石油大學（北京）現代遠程教育畢業設計（論文） 23 整理得到 D=63mm，則 d=45mm。 液壓缸壁和外徑計算 2[ ]yPD? ?? () 63 52 60 mm? ???? P MP?? []? 高強度鑄鐵， []? =60aP 1 26 63 2 5 73D D m m? ? ? ? ? ? 液壓缸為平底缸差，其厚度 t按強度要求計算 無孔時 20 .4 3 3 []1 .50 .4 3 3 6 3 1 .6 760yPtDmm??? ? ? ? () 取 t=3mm 液壓缸工作行程的確定 由 1 1 2 2A B A B S?? 則 S=16mm 則由表 26中的系列尺寸查得（液壓系統設計手冊） S=25cm 則活塞桿 L=30cm 活塞桿的穩定性校核，活塞桿由 45 鋼制成。 桿長 300mm， d=45mm 最大壓力 P=1134N 設穩定安全系數為 89stSn ?? ， 3 5 0