新型多功能氣壓立柱式四自由度工業(yè)機械手設(shè)計含開題及19張CAD圖

新型多功能氣壓立柱式四自由度工業(yè)機械手設(shè)計含開題及19張CAD圖,新型,多功能,氣壓,立柱,自由度,工業(yè),機械手,設(shè)計,開題,19,cad 摘 要 現(xiàn)在的科技發(fā)展很快，社會上大家對工業(yè)上使用的機械手關(guān)注度是越來越高，現(xiàn)在這個社會工業(yè)自動化越來越高，在各式的加工也還有平常生活里面工業(yè)機械手都進行了使用，所以現(xiàn)在機械手越來越多?，F(xiàn)如今，研發(fā)工業(yè)機械手技術(shù)相當有必要，論文研究的機械手是氣壓的，功能非常多，它的自由度有四個，機械手要想將動作實現(xiàn)，使用了五個氣缸，進行設(shè)計的時候，首先設(shè)計它的結(jié)構(gòu)，之后校核結(jié)構(gòu)里面的主要零部件，最后校核氣壓零件，將氣壓系統(tǒng)設(shè)計出來。 這篇論文設(shè)計的機械手實用性很強，設(shè)計里面機械部分跟氣壓部分緊密連接，完成論文之后，將我將大學期間學到的理論知識跟實踐結(jié)合起來。 關(guān)鍵詞：機械手；氣壓系統(tǒng)；四個自由度 38 Abstract With the modern science and technology level constantly increase, the industry manipulator by the broad masses of the people's attention in the society, in today's industrial automation intensity gradually improve society, industrial robots are used in various manufacturing and living in the life, the number of the manipulator is increased. Therefore, the development and production of industrial mechanical hand technology is extremely urgent. In this paper, the author designed a new pneumatic multi-functional manipulator in the field of industrial manipulator. The manipulator has four degrees of freedom and use five cylinders to complete the manipulator. During the whole design process, the author designed the structure and checked some major parts in the structure, and finally carried out the design of the pneumatic element checking and pneumatic system. Topic of this paper is a practical project, it will be the combination of mechanical design and pneumatic system design closely together, let me in the process, summed up the university four years learning theory knowledge but also enriched my design ideas. Key words: manipulator; Air pressure system; four degrees of freedom 目錄 摘 要 I Abstract II 1 引言 1 1.1選題背景及意義 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.2.1 世界機器人的發(fā)展 1 1.2.2我國工業(yè)機器人的發(fā)展 2 1.2.3發(fā)展趨勢 2 1.3本設(shè)計主要研究的內(nèi)容 4 1.3.1機械結(jié)構(gòu)部分 4 1.3.2機械手的驅(qū)動方式 5 2機械手的總體設(shè)計 6 2.1機械手的組成 6 2.2機械手的設(shè)計 6 2.2.1設(shè)計要求 6 2.2.2總體設(shè)計任務(wù) 6 2.2.3總體方案擬定 7 3 機械手各部件的載荷計算及校核 9 3.1 設(shè)計要求分析 9 3.2手指夾緊機構(gòu)的設(shè)計 9 3.3軸的設(shè)計： 10 3.3.1前臂回轉(zhuǎn)軸的強度初選尺寸及校核 11 3.3.2前臂桿空心圓桿載荷的計算及校核 13 3.3.3升降臂桿回轉(zhuǎn)軸的尺寸選擇及校核 15 3.3.4升降臂桿重要心軸尺寸選擇及校核 16 4機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 19 4.1俯仰氣缸設(shè)計計算及校核 19 4.1.1氣缸內(nèi)徑的確定 20 4.1.2活塞桿直徑的確定 21 4.1.3缸筒長度的確定 21 4.1.4氣缸筒的壁厚的確定 22 4.1.5氣缸耗氣量的計算 23 4.1.6氣缸進排氣口直徑的計算 23 4.1.7活塞桿的校核 23 4.2夾緊氣缸設(shè)計計算與校核 25 4.2.1氣缸內(nèi)徑的確定 25 4.2.2活塞桿直徑的確定 26 4.2.3缸筒長度的確定 26 4.2.4氣缸筒的壁厚的確定 26 4.2.5氣缸耗氣量的計算 27 4.2.6氣缸進排氣口直徑的計算 27 4.2.7活塞桿的校核 28 5 氣壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計 30 結(jié) 論 31 參考文獻 32 致 謝 33 1 引言 1.1選題背景及意義 工業(yè)自動化程度越來越高，科技也一直在進步，所以工業(yè)生產(chǎn)辦法出現(xiàn)了根本性的變化，以前的生產(chǎn)方式是人工，現(xiàn)在的生產(chǎn)編程全自動化。舉個例子，有的工業(yè)生產(chǎn)載荷很大，工作強度也很大，危險系數(shù)非常大，人工再接著去進行工作已經(jīng)不現(xiàn)實，現(xiàn)在都用機器人去工作。一邊，工人工作強度沒有那么大，一邊，勞動生產(chǎn)率增強了不少。 完成論文之后，可以將學校幾年學到的專業(yè)知識跟實踐結(jié)合起來，學生自己去單獨思考，按照設(shè)計要求，合理運用所學的知識。論文研究的這款機械手，它的傳動方式用的是氣壓的。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 世界機器人的發(fā)展 上世紀初的時候，在生產(chǎn)機床、汽車行業(yè)就開始使用機械手。那個時候工業(yè)的發(fā)展還不是那么發(fā)達，美國人生產(chǎn)出來世界上第一條自動化生產(chǎn)線，在上料、下料的時候用機械手來進行，機械手同時還能夠抓取、傳送物料，所以從這些可以看出來，自動生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢還是相當不錯的。 科技一直在發(fā)展，對大物品進行搬運用人工來操作就沒有那么容易，所以研究出一款專門對貨品進行搬運，抓取的機器人。工人只需要對按鍵進行操控，機械手就可以自己搬運搭建貨品，這樣一來工人的勞動強度就沒有那么大，這樣去做成本就沒有那么大。軍事生產(chǎn)單位里面，機械手也有使用，用來生產(chǎn)，裝配一些易燃易爆或者是有毒的物品。這種機器的好處就是，不需要依附于一個工作主機，在人工的操作下，將需要的動作做完。大家將這樣的裝置叫做遙控操作機。 工業(yè)機械手研過了很久才被研發(fā)出來，那個時候美國人為了讓自己國家的工業(yè)自動化水平變高，所以就開始研發(fā)工業(yè)機械手，時間不長，研究成功了半自動化的工業(yè)機械手。之后，日本，蘇聯(lián)等這些當時比較發(fā)達的國家，也開始對工業(yè)機械手進行研發(fā)，這個里面以日本的機械手技術(shù)水平發(fā)展最快。 1.2.2我國工業(yè)機器人的發(fā)展 在中國，汽車的加工還有裝配行業(yè)是最早使用機械手的，這些機械手可以實現(xiàn)物料上還有下，噴漆并且搬運等這些非常累的工作。使用了工業(yè)機械手之后，工人的工作強度自然就沒有那么累，取代人工去進行一些比較危險的事情，不光能夠?qū)⑸a(chǎn)效率提高，還能夠?qū)a(chǎn)品質(zhì)量變得更好?，F(xiàn)在，加工行業(yè)里面大范圍使用機械手，特別是生產(chǎn)電腦，手機等電子產(chǎn)品的行業(yè)里面，還有對車輛的裝配還有金屬生產(chǎn)行業(yè)里面都大范圍使用機械手?，F(xiàn)代社會，科技發(fā)展的這么快，不管是生產(chǎn)還是裝配，都越來越復雜，對于工業(yè)機械手的自動化程度要求也是越來越高，所以相信將來使用工業(yè)機械手的地方會更多。 在中國，工業(yè)機械手的使用面非常大，國家對工業(yè)機械手的研究一直都有支持，在中國，智能機器人，還有特種生產(chǎn)機器人都有了很大的發(fā)展，并且技術(shù)水平也是一直在進步的，最讓我們覺得驕傲的就是在水下面使用的機器人，在技術(shù)上有了很大的突破，水下機器人能夠在水下六千米的深度工作，這項科技在全球來看，都是非常先進的，另外中國現(xiàn)在還研究出來無線遙控機器人，爬墻機器人，手術(shù)機器人等等這些比較特別的機器?，F(xiàn)在，中國的科研人員開始對機器人的視覺，觸覺，聽覺來進行研究，并且還取得了一些不小的成效。只是機器人的傳感器還有自助遙控技術(shù)，全智能化裝配方面的技術(shù)還剛剛才開始進行研究，跟國外的技術(shù)水準來比，還是落后了很多的。我們國家，工業(yè)機器人的市場前景相當不錯，將來相信生活中有了機器人之后，我們的生活會變得更加舒適，更加便利。 1.2.3發(fā)展趨勢 機械手現(xiàn)在的發(fā)展方向是更加智能化，所以未來的機械手它身上有各式各樣的機械手，可以對人體系統(tǒng)進行檢測，進行感知，外面的環(huán)境出現(xiàn)改變了，它也能夠做出相應(yīng)的變化，這樣自己才能夠適應(yīng)新的工作，生產(chǎn)產(chǎn)品并且對產(chǎn)品進行個裝配，比方說將視覺還有距離傳感器裝在機械手上面，那么機械手可以自己準確的將需要生產(chǎn)的產(chǎn)品找出來，那么生產(chǎn)線上的生產(chǎn)就可以實現(xiàn)自動化，將來的工廠可以實現(xiàn)無人工廠。到現(xiàn)在為止，機械手可以說獲得了相當大的進步。在機械手上面裝了微型攝像機之后，就好像機械手長了眼睛，另外安裝了光學測距儀器、微型計算機，機械手可以自己對距離進行測量，機械手進行工作，通過微型攝像機觀察外面的情況，比方說有些零件的特點，之后將這些信息傳送到系統(tǒng)里面，通過計算機分析這些資料，系統(tǒng)就會它做出反應(yīng)，這樣就可以帶動機械手進行各種工作。這樣的機械手正常工作的地點都是精度非常高的。 同一時間，機械手能夠工作的地方也是越來越多，相信將來機械手在人們的生活里面可以幫助人們做更多的事情。  1.3本設(shè)計主要研究的內(nèi)容 論文里面研究的多功能機械手自由度有四個，傳動方式氣壓的，它要進行的事情： 機械方面 機械手的結(jié)構(gòu)有下面幾部分：機械手爪，機械前臂，機械大臂還有機械底座。對產(chǎn)品進行抓取通過機械手爪來進行，可以對橡膠塊進行夾緊，進行放松，在夾緊的時候是左右夾緊的；機械手爪跟機械大臂連接通過機械前臂來實現(xiàn)，焊接一個空心圓跟方管就焊接成機械前臂。要想實現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作就需要法蘭盤才行，對機械手來說，最大的零部件就是機械大臂，它能夠工作的范圍跟機械手其他部分相比，要大很多，機械手要進行左右擺動，還有俯仰動作的時候，在軸承跟軸的配合下才能實現(xiàn)；這個機械手要進行支撐通過支座來實現(xiàn)，在支座的幫助下能夠在進行工作的地點對它進行固定。 1.3.1機械結(jié)構(gòu)部分 1.確定運動方式 要想機械手能夠?qū)崿F(xiàn)自己需要的動作，那么就要將它對于的方案定下來，論文里面運動方式用的是球坐標裝置。 2.機械前臂的構(gòu)造 機械前臂進行的動作是回轉(zhuǎn)的，要想實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)動，它的驅(qū)動是氣壓的。 3.機械大臂的構(gòu)造 對機械手來說，主要結(jié)構(gòu)就是機械大臂，它不光能夠左右轉(zhuǎn)動，還能夠進行俯仰動作，那么抓取的貨品就能夠向上，向下。在俯仰氣缸的作用下，活塞桿就被推著動作，這樣就能夠?qū)钊麠U的長進行控制，這樣俯仰動作就實現(xiàn)了。 4.機械手爪的構(gòu)造 驅(qū)動機械手爪的時候用的是氣壓的方式。 5.機械手的底座構(gòu)造 用立柱來作為機械底座的構(gòu)造，底座的驅(qū)動是氣壓，它能夠?qū)崿F(xiàn)的動作是回轉(zhuǎn)的。 1.3.2機械手的驅(qū)動方式 論文設(shè)計的機械手驅(qū)動是氣壓的，使用氣壓傳動之后，機械手各個動作都能夠進行，使用氣壓傳動之后，機械手臂可以進行回轉(zhuǎn)，俯仰的動作，并且機械手爪也能夠進行抓取。  2機械手的總體設(shè)計 2.1機械手的組成 絕大部分機械手的組成有：機械部分，傳動部分還有控制部分。 機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：作為這個部分，它的組成有機械手爪夾緊部分，機械前臂，機械大臂，還有立柱。 傳動系統(tǒng)：因為有這個部分，可以讓機械手實現(xiàn)各式各樣的動作，這就是機械手的動力，機械手每個運動部分的機械部分都能得到機械能，這樣關(guān)節(jié)部分就能動起來。 控制系統(tǒng)：這個部分可以對機械手的各種動作來進行控制，比方說控制機械手進行夾緊，放松，機械手向上，向下以及緊急剎車等這些事情。 2.2機械手的設(shè)計 2.2.1設(shè)計要求 論文設(shè)計的這個機械手能夠?qū)崿F(xiàn)下面的動作：最開始的樣子到機械手爪打開，之后機械手爪將物品夾緊，之后機械手臂進行俯仰動作，接著機械手臂進行轉(zhuǎn)動，機械手爪松開，將物品放下，之后立柱又回到最開始的樣子。 論文設(shè)計機械手的動作數(shù)據(jù)： （1） 機械手工作的范圍在3000mm。 （2） 機械手向上，向下的距離在1300mm。 （3） 抓取產(chǎn)品的大小是270mm-650mm。 （4） 抓取產(chǎn)品的重是50kg-110kg 2.2.2總體設(shè)計任務(wù) （1）確定多功能機械手的結(jié)構(gòu)：是立式的。 （2）確定自由度：機械手在空間上可以運動多少個個數(shù)就是自由度，自由度越是多，那么機械手能夠動作的方向就多，控制的話難度也很大，論文設(shè)計的自由手有四個，這樣就可以將設(shè)計任務(wù)完成。 （3）確定傳動方式 a:液壓傳動、b：氣壓傳動、c：電機傳動、d：機械聯(lián)動。這個里面用的最多的就是液壓傳動還有氣壓傳動。 液壓傳動：這樣的傳動方式精度很高，因為潤滑系統(tǒng)非常不錯，并且工作的速度很快，控制的話也很便利，再加上液體沒法壓縮，那么說定理相當大，正常液壓系統(tǒng)都會在體型很大，很重的工業(yè)生產(chǎn)里面，但是進行生產(chǎn)的時候，會把周邊環(huán)境弄得非常臟，只要是液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障了，修理起來沒有那么容易。 氣壓傳動：氣動結(jié)構(gòu)就沒有那么復雜了，并且不管是裝還是養(yǎng)護花的錢都沒有那么多。工作時候氣壓沒有那么大，用的時候安全性就比較好了。氣壓傳動，它的介質(zhì)就是空氣，這樣的資源是非常多的，并且對環(huán)境不會有污染；使用氣壓傳動，溫度過高的狀況是不會出現(xiàn)的，就算是工作環(huán)境超載了，工作依然能夠正常進行。不過，氣壓傳動還是有很多不好的地方的，比方說排氣系統(tǒng)噪聲是很大的，正常都要安裝消聲器，這樣噪聲就沒有那么大了；定位的時候，精準度沒有那么高，工作時候也比較慢，在一些運動速度非?？斓牡胤綒鈮簜鲃邮褂镁筒磺‘斄恕? 電機傳動：正常都是在步進電機還有伺服電機上使用，這樣的電機都是用在程序非常復雜，并且運動軌跡非常明顯的機械手上，機械手體型不大。機械手速度比較慢還有非常重的機械手上會用直流電機，使用電機傳動，一般使用的機械手是驅(qū)動力矩很大，傳送信號很快，并且能夠?qū)崿F(xiàn)靈活控制的。 機械聯(lián)動：這樣的傳動動作很穩(wěn)，能夠運動的區(qū)間沒有多大，并且構(gòu)造也沒有那么簡單，正常使用的機械手自由度不多，并且對速度傳送很快的。 按照上面介紹的，論文里面?zhèn)鲃佑玫氖菤鈮旱摹? 2.2.3總體方案擬定 論文里面設(shè)計的機械手是立柱式的，自由度有四個 下面對這四個自由度的具體狀況進行介紹： （1） 手腕回轉(zhuǎn)自由度。機械手腕要實現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作，通過氣缸才能進行，這個氣缸是剎車氣缸，可以控制機械手腕立馬將動作結(jié)束。 （2） 機械前臂回轉(zhuǎn)自由度。機械前臂要想進行回轉(zhuǎn)動作，也是需要氣壓缸才能夠?qū)崿F(xiàn)動作，這個氣缸也是剎車氣缸，那么可以控制機械臂桿能夠立即將動作停下來。 （3） 大臂的俯仰運動自由度。通過氣壓缸能夠讓機械大臂進行俯仰動作，在活塞桿的長還有行程開關(guān)來對這個俯仰動作進行控制。 （4） 底座的回轉(zhuǎn)自由度。底座要想進行回轉(zhuǎn)動作，也要通過氣壓缸才行，并且有剎車氣缸之后，底座就能夠很快的停下來。  3 機械手各部件的載荷計算及校核 3.1 設(shè)計要求分析 論文設(shè)計的多功能機械手是立柱式的，傳動方式用的是全氣壓的，它的自由度有四個，機械手腕進行回轉(zhuǎn)，機械前臂桿進行回轉(zhuǎn)，機械大臂桿實現(xiàn)俯仰動作，機械底座進行回轉(zhuǎn)。這些動作要想全部完成，那么就要在機械手的各個部分將實現(xiàn)裝置裝起來：在機械手部安裝抓取裝置，在機械手腕安裝回轉(zhuǎn)裝置，在機械前臂安裝回轉(zhuǎn)裝置，在機械大臂安裝俯仰裝置，在機械底座安裝回轉(zhuǎn)裝置，這些所有部件的動力還有控制都通過氣缸來實現(xiàn)。 3.2手指夾緊機構(gòu)的設(shè)計 論文里面機械手抓取物料用的是夾鉗式的，用Q235生產(chǎn)夾取面，機械手爪上分布了很多凸點，這樣摩擦力就加大了，翻看材料可以知道抓取物品跟夾持面之間摩擦系數(shù)是0.5。通過單活塞還有兩個作用的氣缸，那么機械手指就能夠?qū)崿F(xiàn)夾緊，放松的動作，機械手要進行往復動作通過曲柄滑塊裝置來進行。 算出來物品被機械手指夾緊的力： 。 進行計算： = 這個里面： ——將物品向豎直方向提升的時候最快速度，用下面的式子算： ——對物品進行提升的時候，在數(shù)值方向上最快上升的速度。 —系統(tǒng)實現(xiàn)最快速度的時候要用多久，論文里面定0.5s。 算出來：。 查看表格2-1算出來=1。 表3-1 ——物品的重力（）。 能算出來： 通過雙作用氣缸驅(qū)動就，機械手就能夠?qū)崿F(xiàn)夾緊，放松的動作，在曲柄滑塊裝置里面，耗費的能源在15%，那么算出來機械手指夾緊的載荷就是： 3.3軸的設(shè)計： 軸這個零件相當關(guān)鍵，在機械手里面，軸是用來當做支承零件，回轉(zhuǎn)零件，它的作用是沒法取代的，軸套跟軸的匹配一定要非常完美，只有這樣軸的使用時間才能變得更長，并且用的效果也是相當不錯，通常來說軸轉(zhuǎn)動之后，帶著機械手臂進行回轉(zhuǎn)動作，俯仰動作，換句話來說，對于機械手來說，關(guān)鍵點就是軸。 按照作用在上面的載荷不一樣，軸有三種：回轉(zhuǎn)軸，傳動軸，心軸。機器在進行運動的時候，會有彎矩，扭矩作用在上面，這就是轉(zhuǎn)軸；傳動軸的話，正常只有轉(zhuǎn)矩作用在上面，彎矩的話只有一點點，普通的機器，同軸度精準度是沒有那么高。還有一種軸是心軸，他只有彎矩作用在上面。 設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)，是為了讓他符合動作需求，那么要分析軸的抗彎強度還有抗扭能力，將他們的數(shù)據(jù)算出來，要知道軸上強度最大的地方在哪里，這樣避免軸出現(xiàn)斷裂的狀況，又或者因為拉力很大，導致軸出現(xiàn)很大的形狀改變，軸進行工作的時候，根據(jù)真正的生產(chǎn)要求進行穩(wěn)定工作，校核這個軸的時候，只需要對危險截面進行校核就可以了，要是對于每一種強度的要求都可以符合，那么這個軸肯定是滿足要求的，也就是說在設(shè)定的狀況下，這個軸是能夠很好進行工作的。接下來就要設(shè)計軸，并且對軸進行校核。 3.3.1前臂回轉(zhuǎn)軸的強度初選尺寸及校核 論文設(shè)計的這個機械手前臂回轉(zhuǎn)軸，主要是拉應(yīng)力作用在上面，那么只需要分析抗拉強度就行了，軸的材質(zhì)主要有碳鋼還有合金鋼，從花銷上來看，碳鋼花的錢更少，碳鋼對于應(yīng)力集中的問題能夠很好的應(yīng)對，并且要熱處理碳鋼，進行一些化學生產(chǎn)辦法之后，軸的強度才能變高，耐磨性自然也能變好，論文里面原材料用Q235。 確定機械前臂桿腕的回轉(zhuǎn)軸大小，并且進行校核: 1. 確定回轉(zhuǎn)軸的大小 初步確定回轉(zhuǎn)軸上面截面最弱的那個地方，直徑大小40mm 2. 校核抗拉強度 分析了之后，作用在機械小臂回轉(zhuǎn)軸上面的力是拉力 已經(jīng)知曉σ=FA Ｆ＝（Ｍ爪+m）×g ∴σ=（Ｍ爪+m）×gπ×r2 ∴σ=73+110×10π×x202=1.46Mpa 表3-2 從3-2這個表里面能夠知道，Q235這種材質(zhì)，它的直徑大小是40mm，那么[σ]=225Mpa ∴σ?[σ] 可以看出來這個回轉(zhuǎn)軸對于強度的需求能夠滿足。  3.3.2前臂桿空心圓桿載荷的計算及校核 表3-3抗彎扭合成強度計算軸頸公式 計算作用在空心圓上的拉力F=M爪+m×g 計算作用在空心圓桿上的彎矩M=F×L圓桿 ∴ M=M爪+m×g×L圓桿=73+110×10×0.584N?m =1068N?m 從3-2表里面可以知道，軸d=21.68×3MσP×131-α4 ∴σP=M1-α4×21.683d3 從表里面可以知道α=d1d 這里面 可以算的到： σp=98.4Mpa 論文里面圓桿用的是固定的，同一時間載荷都是穩(wěn)定的狀態(tài) ∴ σp=σ+1p 材料用的是: Q235,Q235F 坯料直徑的大小/mm: 76mm 　 硬度（HB）: 　 MPa 不小于|抗拉強度 MPa 不小于|屈服點 MPa 不小于|彎曲疲勞極限 MPa 不小于|扭轉(zhuǎn)疲勞極限 靜應(yīng)力的許用值 疲勞應(yīng)力的許用值 ∴ σp<[σp] 那么從彎曲強度來看，空心圓桿符合需要。  3.3.3升降臂桿回轉(zhuǎn)軸的尺寸選擇及校核 圖3-5 升降臂桿主回轉(zhuǎn)軸剖視圖 1：確定主回轉(zhuǎn)軸的大小 對主要回轉(zhuǎn)軸的危險截面直徑進行初步確定60mm 2：分析作用在回轉(zhuǎn)軸上的力，并且進行校核 進行分析之后，論文里面作用在回轉(zhuǎn)軸上的彎矩是： F=M總×g=（M爪+M管+m）×g =（73+20+110）×10=2030N M=F×L ∴ M=2030×1.465N?m=2974N?m 因為論文里面用的是實心軸，那么： d=21.683Mσp ∴ σp=M×21.683d3=140MPa ∴ ∴σp<[σp] 那么從彎曲強度來看，這個回轉(zhuǎn)軸完全符合要求。 3.3.4升降臂桿重要心軸尺寸選擇及校核 圖3-6升降臂桿主受力心軸 論文設(shè)計的機械手升降臂桿的主心軸只有彎矩作用在上面，只需要對抗彎強度進行分析，用Q235來生產(chǎn)升降臂桿的心軸，對他的面進行鍍鉻處理。 1. 確定心軸的大小 初步確定軸的直徑是40mm 2. 分析作用在軸上的力，并且進行校核 將支反力算出來 將作用心軸上的力，彎矩圖紙都畫出來，圖3里面就是 圖3-7 軸的受力分析圖 用Q235生產(chǎn)軸，翻看表格3-2，知道它的許用彎曲應(yīng)力是 表 3-4軸的常用材料及其主要力學性能  4機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 論文里面?zhèn)鲃硬糠志褪菤飧?，這次的氣缸有兩個雙作用的，還有三個夾緊氣缸。橫向氣缸可以夾緊，放松物料；縱向氣缸可以讓機械臂桿進行俯仰動作；夾緊氣缸三個，可以在機械手緊急剎車的時候保護它。對氣缸的結(jié)構(gòu)有兩個要求：第一，氣缸要盡量的輕一些，那么材質(zhì)可以少用點，并且運動可以快一點；第二，裝在氣缸上的活塞桿，對剛度是有要求的，要是剛度不滿足需要，活塞桿肯定會出現(xiàn)形狀改變，那么運動，定位精準度就不好了，可以看出來這是很關(guān)鍵的。 圖1里面就是設(shè)計氣缸的順序： 圖4-1 氣缸設(shè)計流程圖 一般氣缸有單作用的，還有雙作用的。氣缸要是單作用的，高壓氣體在氣缸的一頭進去，之后在空氣壓力的作用下，活塞桿推著進行單向動作，之后活塞桿要想進行反向動作，需要別的力才能實現(xiàn)；氣缸是雙作用的，它的氣能夠從氣缸的兩頭進去，活塞桿實現(xiàn)往復動作，通過兩頭的氣壓來實現(xiàn)，但是兩頭的氣壓不一樣大，這樣出現(xiàn)的力也就不一樣大。要想讓活塞桿進行往復動作，并且是有一定規(guī)律性的，論文里面?zhèn)鲃泳陀脝蜗蚧钊麣飧住? 4.1俯仰氣缸設(shè)計計算及校核 算氣缸數(shù)據(jù)的時候，對氣缸跟活塞中間的摩擦還有活塞桿跟限位中間的接觸摩擦都要進行考慮，沒有工作的時候，氣缸會有真正的輸出力。論文里面出現(xiàn)的負載力就是267kg。正常要想將氣缸的直徑還有相關(guān)數(shù)據(jù)進行確定，那么就要先知道負載率β： 表4-1 翻看液壓傳動資料里的表4-1： 負載的平均運動速度 ，確定，那么真正氣壓缸載荷： F=F0×β 這里面F0=M爪+M管+M中臂桿+m×g =73+20+110+64×10 =2670N ∴ F=2670×0.6=1602N 4.1.1氣缸內(nèi)徑的確定 表4-2 FP=1.2716020.6×106 根據(jù)標準對數(shù)據(jù)進行圓整，那么 氣缸的直徑 表4-3 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 4.1.2活塞桿直徑的確定 已經(jīng)知曉 那么活塞桿的直徑是，從表里面才可以將活塞桿的直徑定下來 活塞桿直徑系列 表4-4 4.1.3缸筒長度的確定 算缸筒的長 活塞的厚B=(0.6~1.0)D= 0.7×80=56mm 已曉得氣缸行程了 ,那么 導向套滑面的長是A: 在時，確定A=(0.6~1.0)D；在,確定。 那么 將導線長度的最小值算出來H： 已經(jīng)曉得氣缸行程的最大值是L，在缸筒的直徑是D的時候，那么導向長度最小值： H≥L20+D2 數(shù)值放進去，那么導向長的最小值H≥50020 +802 =65mm 算出來活塞桿的長 4.1.4氣缸筒的壁厚的確定 翻看液壓資料能曉得氣缸筒的厚度，用下面式子來算：δ ≥P.D2σ 氣缸通的壁厚，理論上的數(shù)據(jù)：要是氣缸的用途是一般的，是算出來數(shù)據(jù)的七倍；氣缸要是大的，就是酸的數(shù)據(jù)的二十倍，之后進行圓整，一直到規(guī)范的管材的大小。 參照液壓氣壓傳動關(guān)資料，算缸筒壁的厚度，并且進行校核： σ=σbn, 論文里面液壓缸用45號鋼生產(chǎn)，σb，σ =6005 安全系數(shù) P—作用在缸筒壁上最大的工作壓力（MPa）。在時，； 在， 那么就曉得工作壓力是0.6 MPa比16 MPa還要小 δ ≥P.D2σ= 0.9×802×120 =0.3mm 看下面表4-5，將氣缸體壁的厚度數(shù)值進行圓整δ = 7 mm 表4-5 4.1.5氣缸耗氣量的計算 Q = πD24ts = πD2?V4ηv P+PaPa = π 0.082 ×0.05m/s4×0.95?0.6+0.10.1 =1.85×10-3m3/s 4.1.6氣缸進排氣口直徑的計算 v—從排氣口這個地方空氣流過去的速度 ~15（ms） 具體數(shù)值 計算的式子 d0 = 2Qπv 將數(shù)值放到里面 d0 = 2×1.85×10-3π×12=14.014 mm 下面表里面是氣缸排氣口的直徑大小 表4-6 那么定氣缸排氣口的直徑大小15 mm ~25（ms） 4.1.7活塞桿的校核 因為論文里面活塞桿的長L>10d，那么不光要校核強度，還要校核穩(wěn)定性。按照這些要求，用45號鋼生產(chǎn)活塞桿。 翻看機械資料，還有液壓氣動資料，校核活塞桿的穩(wěn)定性： 用式子 FP0 ≤ FKnK 這里面 將數(shù)值放到里面 因為細長桿的比值LK ≥ 85m 也就是FK = mEJπ2L2 圓桿是實心的： J = πd464 式子里頭：； × 1011 Pa ； 表4-7 把數(shù)值放到里面算 × 104 N 已經(jīng)曉得 FKnK = 2.971× 104 > FP0 ∴ 那么說活塞桿穩(wěn)定性是完全滿足要求； 校核活塞桿的強度： 用式子 d ≥ 4Fp0πσ σ=σbn ，安全系數(shù)； σb 缸筒材料的抗拉強度(Pa) 用45號鋼生產(chǎn)σb ，σ=σbn = 6005 = 那么 4Fp0πσ ，那么強度符合設(shè)計需要； 按照上面介紹的，對活塞桿不管是強度還是穩(wěn)定性都滿足需要。 4.2夾緊氣缸設(shè)計計算與校核 要是根據(jù)一般辦法進行安裝，會有很大的徑向力作用在氣缸國賽干上面，那么需要活塞桿的強度就有很高的要求，并且用很多的原材料，這樣活塞桿使用時間變少了，那么說安裝辦法不行。那么要裝一組滑動工字型導軌在夾緊氣缸的下面，這樣可以對夾緊氣缸的徑向力進行承受，這個辦法會讓這個系統(tǒng)變得更加的簡單，合理性更好。 從手抓夾緊力能夠知道：橫行氣缸載荷的總數(shù)就是:F總=1960.6N ∴ F=F總×β=1960.5×0.6 4.2.1氣缸內(nèi)徑的確定 表4-8 FP= 1.27 F總P?=1.271176.30.6×106 根據(jù)標準GB/T2348-1993，對數(shù)據(jù)進行圓整 氣缸缸徑尺寸系列 表4-9 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 4.2.2活塞桿直徑的確定 已曉得 對活塞桿的直徑進行確定 從表里頭將活塞桿的直徑定下來 活塞桿直徑系列 表4-10 4.2.3缸筒長度的確定 計算缸筒的長 將活塞的厚算出來 已曉得氣缸行程是 , 導向套滑動面長度A: 在的時候，確定；在的時候,確定。 那么 導向長度的最小值H： 按照經(jīng)驗，在氣缸行程最大的時候L，缸筒的直徑是D，那么導向長度的最小值就是：H≥L20+D2 將數(shù)值放到里面，那么導向長度最小值H≥35020 +632 =49 mm 算出來活塞桿的長 4.2.4氣缸筒的壁厚的確定 翻查液壓氣壓資料，缸筒壁的厚度用下面式子算：δ ≥P.D2σ 理論上，氣缸筒壁厚的數(shù)據(jù)：要是氣缸用途是一般的，那么它的數(shù)據(jù)就是算出來數(shù)值的七倍；氣缸要是很大的，那么理論數(shù)據(jù)就是算出來數(shù)據(jù)的20倍，之后進行圓整，那么就得到管材的大小。 翻看液壓氣壓資料，算缸筒壁的厚度數(shù)值并且進行校核 σ=σbn,用45號鋼生產(chǎn)缸筒σb，σ =6005 安全系數(shù)； 當時，； 當時， 那就曉得工作壓力只有0.6兆帕，比16兆帕還要小， δ ≥P.D2σ= 0.9×632×120 翻看表格4-11 氣缸筒壁的厚數(shù)據(jù)進行圓整δ 表4-11 4.2.5氣缸耗氣量的計算 Q = πD24ts = πD2?V4ηv P+PaPa = π 0.0632 ×0.05m/s4×0.95?0.6+0.10.1 =1.15×10-3m3/s 4.2.6氣缸進排氣口直徑的計算 v—從排氣口這個地方空氣經(jīng)過的速度，區(qū)間在 （ms）定 用式子 d0 = 2Qπv 數(shù)值放進去算 d0 = 2×1.15×10-3π×12=11.05 mm 氣缸進排氣口直徑 表 4-12 確定氣缸排氣口的直徑是10 mm 4.2.7活塞桿的校核 論文里面活塞桿長超過10d，那么除了校核強度，還要校核穩(wěn)定性，從前面介紹的，用45號鋼生產(chǎn)活塞桿。 翻查機械設(shè)計資料，還有液壓氣動資料，校核穩(wěn)定性： 用式子 FP0 ≤ FKnK 數(shù)值放到里面算 已經(jīng)曉得細長桿的比值LK ≥ 85m 也就是 FK = mEJπ2L2 圓桿是實心的： J = πd464 式子的里面：；× 1011 Pa ； 表4-13 L— 安裝氣缸的時候長度就是活塞桿的長 數(shù)值放進去計算 × 104 N 已經(jīng)曉得 FKnK =0.59 × 104 > FP0 那么活塞桿的穩(wěn)定性是符合設(shè)計要求的； 校核強度： 用式子 d ≥ 4Fp0πσ σ=σbn ，安全系數(shù)n=5； 原材料是45號鋼，抗拉強度σb ，σ=σbn = 6005 那么 4Fp0πσ ，所以強度符合需要； 按照上面介紹的，活塞桿不管是穩(wěn)定性還是強度都符合設(shè)計需要。  5 氣壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計 論文設(shè)計的機械手，氣壓控制系統(tǒng)用了剎車氣缸三個，一個控制手指進行夾緊，放松的氣缸，還有一個氣缸控制機械大臂的升降。對控制面板上的急停按鈕進行操控，那樣就能夠?qū)θ齻€剎車氣缸進行控制，將夾緊按鈕按下去，氣缸就夾緊了，將放松按鍵按下去，那么氣缸就放松了；將上升，下降按鍵按下去，這樣機械大臂就能夠進行向上，向下的動作。詳細的控制辦法下面圖紙5-1里面展示： 圖5-1 結(jié) 論 論文設(shè)計的是多功能機械手，對機械手進行設(shè)計有手指夾緊裝置，有機械臂桿部分，要進行傳動還有控制通過氣壓傳動控制來實現(xiàn)，要進行的事項有： 1. 翻查所有機械手有關(guān)系的材料，清楚知道現(xiàn)在世界上各個國家工業(yè)機械手的狀況，還有將來向什么方向發(fā)展，另外我們國家還需要向什么方向去努力。 2. 按照任務(wù)書的需要，設(shè)計了機械手有四個自由度，分析了很多次，并且進行總結(jié)，所以就知道設(shè)計的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，并且也能夠?qū)嵤? 3. 算出來機械手的夾緊力矩，之后對比這些傳動部分好的地方還有不好的地方，之后確定傳動還有控制用的氣壓的。 4. 實際上機械手在進行工作的時候，用氣壓零件，因為符合氣壓缸還有活塞桿的要求，之后校核他們的穩(wěn)定性還有強度，這樣就能夠?qū)鈮毫慵拇笮《ㄏ聛恚⑶覍⑺觅Y料定下來，之后將主要機械結(jié)構(gòu)圖畫出來。 參考文獻 [1] 郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術(shù)[M].北京：科學出版社.2008-7.7～11，15，19，26～30，40，44～45，51，68，79～84，91. [2] 原魁.工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].工廠自動化.2007.第1期.34～38. [3] 周壽明，鄧成良.可用于生產(chǎn)線的工業(yè)機器人研究[J].科技創(chuàng)新導報.2008.第27期.59-61. [4] 羅璟，趙克定，陶湘廳，袁銳波.工業(yè)機器人的控制策略探討[J]，機床與液壓.2008-10第10期.95～100. [5] 張新聚，曹慧勤，楊雪.程控通用機器人設(shè)計[J].液壓與氣動.2007.第2期.63～ 64. [6] 李文明.機械手的研究與設(shè)計[D].武漢：華中科技大學.2007. [7] 郭洪紅.工業(yè)機械人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學.2006.5. [8] 王小玲.工業(yè)機械手的PLC控制[J].機電工程技術(shù).2004.第9期.32～36. [9] 許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007-10.38～40，41，48～51，68～77，79～104，123～131，141～163. [10] 成大先.機械設(shè)計手冊液壓傳動[S]，第4版.北京：化學工業(yè)社.2007-9.20-3～20-5，20-13，20-74～20-100， 20-117，20-184，20-277，20-281～20-306，20-390～20-392，20-401～20-419，20-427～20-454，20-471～20-484，20-508～540，20-640，20-708～20-711，20-740～20-741，20-767. [11] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊液壓傳動與控制[S]，第4版.北京：機械工業(yè)出版社.2007-7.23-49～23-58，23-64～23-66，23-134～23-135，23-170～23-171，23-173～23-174，23-254～23-255，23-490～23-491，23-498～23-499，23-561，23-581～23-584. [12] 張培志，朱宏俊.電氣控制與可編程序控制器[S].北京：化學工業(yè)出版 社.2009-1.120. [13] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[S]，第6版.北京：高等教育出版社.2007-4.109，170～177. [14] 劉鴻文.材料力學[S]，第4版.北京：高等教育出版社.2008-12.12-25,29-37. [15] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[S]，第7版.北京：高等教育出版社.2007-12.5～18，263～273. 致 謝 說明書到這里基本上就完成了，在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)了自己很多專業(yè)知識不足的地方，老師指導我怎么去查找資料，怎么去解決問題，并且之前在學校學的東西也已經(jīng)忘記了，因為有老師的幫助，我才能更好的完成本次設(shè)計。所以，在這里要特別感謝我的指導老師。另外，我還要謝謝我的同學們，因為有你們的陪伴，我才能在這么短的時間內(nèi)完成本次設(shè)計，謝謝大家。 這次畢業(yè)設(shè)計，對于我來說，也是一次磨煉的機會，當然了，我在這里尤其要謝謝我的老師，因為您的教導，我才能有扎實的專業(yè)知識，因為有您的引導，我才能在遇到困難的時候，努力克服，感謝老師。