機械設計制造及其自動化畢業論文：自動上下料機械手直臂與夾持部件的三維設計及主要零部件設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 形態 ,按坐標形式大致可以分為以下 4 種 : (1)中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 7 直角坐標型機械手 。(2)圓柱坐標型機械手 。 (3)球坐標 (極坐標 )型機械手 。 (4)多關節型機機械手。 圖 機械手基本形式 按照機械手的工作環境采用直角坐標型機械手，其特點是結構簡單緊湊，定位精度高，比較滿足設計要求。 機械手直臂部分的主要部件及運動 在直角坐標型機械手的基本方案選定后，根據設計任務，為了滿足設計要求，關于機械手具有 4個自由度 即：手爪張合；手腕回轉；直臂升降；橫臂平移 4個主要運動。 機械手主要由 3個大部件和 4個電機組成：（ 1）手部 ，采用絲桿螺母結構，通過電機帶動實現手抓的張合。（ 2） 腕部，采用一個步進電機帶動蝸輪蝸桿實現手部回轉90176。 ~180176。（ 3）臂部，采用滾珠絲杠，電機帶動絲桿使螺母在橫臂上移動來實現手臂平動，帶動絲桿螺母使絲桿在直臂上移動實現手臂升降。 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 8 圖 機械手直臂與夾持部件總裝三維圖 圖 二維示意圖 機械手的技術參數 （ 1）用途：數控機床自動上下料 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 9 （ 2）設計技術參數 : 抓重 :600g (夾持式手部 ) 自由度數 :4個自由度 坐標型式 :直角坐標型 橫臂手臂長度 :2180mm 手臂最大高度 : 手臂運動參數 升降行程： 920mm 升降速度： 167mm/s 手腕運動參數 回轉范圍 : 0180176。 本章小結 本章對機械手的整體部分進行了總體方案設計分析，從中選擇了機械手的基本形式以及自由度，確定了本設計采用電機驅動，并給出了設計中機械手的一些技術參數。下面的設計計算將以此進行。 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 10 3 機械手手爪的三維設計 手部設計基本要求 （ 1） 應具有適當的夾緊力和驅動力。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需的驅動力大小是不同 的。 （ 2） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度） ? ? ，以便于抓取工件。 （ 3） 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，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 （ 4） 應保證手抓的夾持精度。 典型的手部結構 （ 1） 回轉型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 （ 2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。 （ 3）平面平移型。 機械手手爪的設計計算 選擇手爪的類型及夾緊裝置 本設計是設計抓取圓柱形物塊的機械手。 常用的工業機械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。本設計機械手采用夾持式手指 ,夾持式機械手按運動形式可分為回轉型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結構簡單 , 適于夾持平板和圓柱類材料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差為零。 通過綜合考慮，本設計選擇移動型手爪，采 用絲杠螺母這種傳動結構方式。 運行方式為電機帶動直齒輪使絲杠轉動繼而帶動手爪接觸塊移動，從而形成手爪的張合，當手爪抓到零件時，電機停止，手爪形成自鎖，帶動零件移動。 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 11 圖 二維手爪結構圖 手爪夾持范圍計算 加工毛坯尺寸： Φ 20Φ 30 長度： 100 左右 毛坯質量（以鋼材的密度計算）：約 246g555g（按最大 600g 計算） 裝夾深度：約 25mm 縱向定位精度： 橫向定位精度： 1mm 手爪接觸塊為橡膠，橡膠具有 彈性大，定伸強度高，抗撕裂性和電絕緣性優良 ，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳 等特點。 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 12 圖 手爪橡膠 滑動絲杠設計 設計條件： 需自鎖 絲杠長度 145mm 最大質量共計約 1100g。 絲杠載荷：絲杠豎直時承受最大軸向力 NFa ? ， G=mg (g 取 10N/kg)。 設計計算：（計算部分由小組成員張益完成本人參與討論） （ 1） 牙型、材料和許用應力 采用梯形單頭螺紋 螺桿材料選 45 鋼，調制處理， 2/360 mmNs ?? ，由機械手冊查表可得 許用拉應力 2/72~1205~3 mmNsp ?? ?? .................................................................（ ） 手爪部分為輕載，螺母材料選耐磨鑄鐵。由機械手冊查表可得 許用彎曲應力 2/60~50 mmNbp ?? ， 取 2/50 mmNbp ?? ； 許用剪應力 2/40 mmNp ?? 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 13 由機械手冊查表可得 許用壓強 2/8~6 mmNPp ? ，取 2/6 mmNPp ? （ 2） 按耐磨性計算螺桿中徑 由表中公式，pPFd ? ? ， ....................................................................................（ ） 采用整體螺母式，取 ?? ， mmPFd p ???? ? 由 GB/T ，可選 10?d ， ?P ， 922 ??Dd ， ?D ， ?d ， 81?D的梯形螺紋、中等精度。螺桿左右兩端分別采用不同的旋向，螺旋副標記分別為： eHLHTr 7/7210 ?? ， eHTr 7/7210 ?? 。 螺母高度 mmdH ???? ? ，取 mmH 11? 則螺紋圈數 62/11/ ??? PHn 圈 （ 3） 自鎖性驗算 由于單頭螺紋，導程 mmPS ?? ，故螺紋升角為 39。 rc t a na rc t a n 2 ????? dS?? ........................................................................（ ） 由機械手冊查表可得鋼和耐磨鑄鐵的 ~?f ，取 ?f ，可得 39。50615c o s r c t a n2c o sa r c t a n39。 ????? ?? f ...................................................................（ ） 39。??? ，故自鎖可靠。 （ 4） 螺桿強度校核 由機械手冊查表可得，螺紋摩擦力矩 mmNFdM at ??????????? )39。50639。43t a n()39。t a n(21 21 ??， ...................（ ） 代入以下公式得 ptca mmNdMdF ??? ?????????? 2232223323 /) (3) ()(3)4(...（ ） （ 5） 螺母螺紋強度校核 因螺母材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋強度即可。 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 14 由機械手冊查表可得 牙根寬度 mmPb ???? ，基本牙高 mmPH ???? 代入以下中的公式得 pmmNbnD F ??? ??????? 24 / ...........................................（ ） bpb nbDFH ??? ????? ???? 224 1 ................................................（ ） （ 6） 橫向振動校核 對于鋼制螺桿 m i n/71415170 2262 3216 rl dn ccc ??????? ? ...........（ ） 應滿足轉速 m in/5 7 1 3 rnn c ?? （ 7） 效率 由回轉運動轉化為直線運動時 ~)39。50639。43t a n( )39。43t a n()~()39。t a n( tan)~( ???? ???? ?? ?? .........（ ） 效率取為 ?? 直齒輪設計 表 直齒輪參數表 項 目 符號 齒輪 1 單位 單位 齒 輪 2 單位 幾何參數： 齒 數 Z 20 35 法 向 模 數 m n 毫米 法 向 壓 力 角 αn 20 度 有 效 齒 寬 b 12 毫米 齒 頂 高 系 數 ha* 1 頂 隙 系 數 c* 標 準 中 心 距 a0 毫米 中 心 距 a 42 毫米 分 度 圓 直 徑 d 30 毫米 毫米 基 圓 直 徑 d b 毫米 毫米 頂 圓 直 徑 d a 33 毫米 57 毫米 根 圓 直 徑 d f 毫米 毫米 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 15 齒 頂 高 h a 毫米 毫米 齒 根 高 h f 毫米 毫米 全 齒 高 h t 毫米 弧 齒 厚 S t 毫米 毫米 名 義 轉 矩 T N178。m N178。m 名 義 功 率 P Kw Kw 轉 速 n 3500 r / min 1998 r / min 材 質 支 承 形 式 非對稱支承 電機選型 計算條件：空行程最長 mml 60? ，夾緊時間不超過 設計計算：（電機選型部分和組長商量而定） 螺母移動平均速度 smmsmmtlv / ??? ， .....................................................（ ） 絲杠的平均轉速 srn /? 摩擦轉矩 mmNFdMT at ???????????? )39。50639。43t a n()39。t a n(21 211 ??.................（ ） mmNFDT ??????? ? ........................................................（ ） mmNT ??03 故 mmNTTTT q ???????? ........................................................（ ） ???? nTP qq 選用轉速為 min/35000 rn ? 的直流電機，速比 ?? nni 齒輪傳動效率 ?? 、滑動螺旋傳動效率 ?? 總效率 9 ???? ??? 電機軸驅動轉矩： mmNiTT qL ???? ? ............................................................（ ） 電機軸輸出功率： 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 16 WnTP LL 0 ???? ............................................................................（ ） 電機選用 40ZY02 直流電動機 機械手手爪的三維出圖及其主要零部件出圖 圖 手爪三維圖 圖 直齒輪絲桿 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 17 圖 電機齒輪 圖 齒輪箱 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 18 圖 手爪接觸塊連接件和絲桿螺母 圖 手爪裝配件 本章小結 本章對機械手手爪的類型及夾緊裝置進行了設計。先對絲杠螺母式的手部結構進行設計分析，然后對手爪滑動絲杠進行計算設計，對直齒輪和電機進行了選型。最后用 Pro/e 畫出三維圖 ,用 AutoCAD 畫出二維圖（二維圖見附錄）。 中國計量學院現代科技學院本科畢業設計（論文） 19 4 機械手手腕部分的三維設計 （ 1） 力求