【全套帶圖】曲軸加工搬運機械手（圓柱坐標）設計

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購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 第 1 章 緒 論 業(yè)機械手概況 工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業(yè)重要的自動化裝備。 它是一種自動的、位置可控的、具有編程功能的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置以執(zhí)行各種任務。 而機械手臂的研究，開發(fā)和設計是從二十世紀中葉開始的。我國的工業(yè)機械手是從 80 年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”，“八五”科技攻關，目前已經基本掌握了機械手的設計制造技術，控制系統(tǒng)硬件及軟 件設計技術，運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，弧焊，點焊，裝配，搬運等機器人 30多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產線上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已經應用在汽車制造企業(yè)的焊裝生產線上。但總的來看，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用水平和國外比還有一定得距離，如：可靠性低于國外產品 ;機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結構。目前工業(yè)機械手仍大量應用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一位 （占 ，電器制造業(yè)第二位（占 ，化工第三位（占 。發(fā)達國家汽車行業(yè)機械手應用占保有量百分比為 53%，年產每萬量汽車所擁有的機械手數為（包括整車和零部件）：日本 ，德國 ，法國 ，英國 ，美國 ，意大利 機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來 實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度。自由度是機 械手設計的關鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有 2～ 3個自由度 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 上料機械手與通用機械手相比，其中上料機械手種的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材料擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達 180大抓握重量可達 30公斤。最大行走距離為 械手各關節(jié)運動速度可調。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉機構，小車行走機構，液壓泵站，電氣控制系統(tǒng)組成。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設置在行走小車上，結構緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用 種作業(yè)的實現可以通過編程實現。 國內外實際上使用的多為定位控制的機械手，沒有視覺及觸覺反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取的工件可以進行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確的在 機器中定位，定向。 為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當的握力； 另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。 因此，這種機械手具有以下幾個方面的性能： 1、 能準確的抓住方位變化的物體； 2、 能判斷對象的重量； 3、 能自動避開障礙物； 4、 抓空或抓里不足時能夠檢測出來。 這 種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為‘智能機械手 ’ 。 現在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重工作，危險工作，單調重復的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的消費工業(yè)部分，機械手的應用情況決不能說是最好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作范圍很狹小。這是主要原因。經濟性問題當然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經濟上來看，不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設備節(jié)省人力和實現生購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 產合格化得要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術方面和價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應用必將會飛躍發(fā)展。 目前，工業(yè) 機械手 有很大一部分應用于制造業(yè)的物流搬運中。極大的促進物流自動化，隨著生產的發(fā)展，搬運機器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機械手大量的應用到物流搬運機器人領域。 在手爪的機械結構方面根據所應用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機械結構來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的 目標任務，采取多種運動方式相結合的方式來達到預定的目的。 驅動方面采用了一臺工業(yè)機器人多種驅動方式的情況，有液壓驅動，氣壓驅動，步進電機驅動，伺服電機驅動等等。愈來愈多的搬運機器人是采用混合驅動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅動方式的優(yōu)點，避免缺點。并且在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高。 在搬運機械手的控制方面，出現了多種控制方式。如：由原始的電控的機械手，較先進的基于工控機控制的，基于 一步的嵌入式 有采用 在物料搬運方面近年來呈現出的趨勢 就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運的發(fā)展都是由單一設備走向成套設備，由單機走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著物料搬運系統(tǒng)也提出了新的要求。其特點是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準時到達要求的地點。這一趨勢在機械工業(yè)方面得到了很大的應用。其中采用了機器人等先進的物料搬運技術，促進了機械工業(yè)的技術進步和生產水平提高。 業(yè)機械手的分類 機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手； 按適用范圍可分為專用機械手和 通用機械手兩種； 1、 專用機械手 附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種機械手工作對象不變，動作較簡單，結構簡單，實用可靠，適用于成批，大批量生產自動線或專機作為自動上，下料用。 2、 通用機械手 具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變，動作靈敏，動作靈活多樣的機械手。通用機械手工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于工件經常變換的中，小批量自動化生產。 按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工 中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。 業(yè)機械手在工業(yè)生產中的應用 工業(yè)機械手在生產中的應用非常廣泛，可以歸納為以下一些方面： 1、 建造旋轉零件體（軸類，盤類，環(huán)類零件）自動線，一般都采用機械手在機床之間傳送工件。 2、 在實現單機自動化方面。 （ 1） 各類半自動車床，有自行夾緊，進刀，切削，退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現全自動化生產。 （ 2） 注塑機有加料，合模，成型，分模等自動工作循環(huán)， 裝上機械手自動取料，可實現全自動生產。 （ 3） 沖床有自動上下沖壓循環(huán)，安裝機械手上下料，可實現沖壓生產自動化。 3、 鑄、鍛、焊、熱處理等加工方面。 總 的來說，由于工業(yè)機械手的特點滿足了社會生產的需要，進而帶來了經 效益。 其特點： 1、 對環(huán)境的適應性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體 害的場所，機械手不受影響。 2、 機械手能持久，耐勞，可以把人從繁重的單調的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。 3、 動作準確，可保證穩(wěn)定和 產品的質量，同時，可避免人為的操作錯誤。 4、 通用性靈活性好，特別是 通用工業(yè)機械手，能適應產品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產的需要。 5、 采用機械手能明顯的提高勞動生產率和降低成本。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 第 2 章 工業(yè)機械手的設計方案 業(yè)機械手的組成 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構，驅動機構和控制部分所組成，各部分關系如下框圖 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構包括抓取部分（手部），腕部，臂部和行走機構等運動部件所組成。 1、 手部：直接與工件接觸的部分，一般是會轉型或平移型。 傳力機構的形式較多。常用的有：滑槽杠桿式，連桿杠桿式，彈簧式等。 2、 腕部：是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓 取物體的方位。 3、 臂部：手部是支撐被抓取物件，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指抓取物件，并按預定要求將其搬運到給定的位置。該設計的手臂有 四 個自由度，采用 圓柱 坐標（ 前后、上下直線往復運動和左右旋轉 ） 。圓柱 坐標占空間 小 ，工作范圍 大 ，慣性大， 且不能抓取底面物體 ，一般為專用機械手。 4、 行走機構：有的工業(yè)機械手帶有行走機構。該機械手采用 V 型導軌作為底座行走機構（ X 軸向直線移動） 5、 驅動機構：有氣動，液動，電動和機械式四種形式。該機械手采用液壓驅 動。 6、 控制系統(tǒng)：點位控制及連續(xù)控制。 7、 機身。 2． 2 規(guī)格參數 工業(yè)機械手的規(guī)格參數是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標，一般包括以下幾個方面： 1、 抓重：額定抓取重量或額定負荷，單位為公斤。該機械手抓重為 30 2、 自由度數目和坐標形式：該機械手整機，手臂和手腕等運動共有 4 個自由度，購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 坐標形式為 圓柱 坐標。 3、 驅動方式：液動。 4、 手臂運動參數： 800、 手腕運動參數：小于 180° 6、 手指夾持范圍： Φ65~Φ85 7、 定位精度： ± 3、 輪廓尺寸： 2350*1950*900(9、 整機重量：略。 計路線與方 案 計步驟 1、 查閱相關資料。 2、 確定研究技術路線與方案構思。 3、 結構和運動學分析。 4、 根據所給規(guī)格，范圍，性能進行分析，強度及運動學校核。 5、 根據所給技術參數進行計算。 6、 繪制工作裝配圖草圖。 7、 繪制總圖及零件圖等。 8、 總結問題進行分析解決。 究方法和措施 使用現代設計方法和液壓傳動技術進行設計， 采用圓柱 坐標（ 4 個自由度） 章小結 本章主要按照機械手 的 組成初步擬定了總體的設計方案和 設計路線 ，制定了初步的設計步驟，給出該機械手的相關參數。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 第三章 計算與分析 部 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾鉗式，該機械手采用夾鉗式手部設計。 夾鉗式手部由手指，傳動機構和驅動裝置組成，它對抓取各種形狀的工件有較大的適應性，可以抓取軸，盤，套類零件，該機械手采用 2 個手指。 鉗手部設計的基本要求 1、 應具有適當的夾緊力和驅動力。 2、 手指應具有一定得開閉范圍。 3、 應保證工件在手指內的夾持精度。 4、 要求結構緊湊，重量輕，效率高。 5、 考慮通用性和特殊要求。 部的計算與分析 1、 手部受力分析： 如圖 部受力簡圖 2、 由拉桿力平衡條件： 00???? 得 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 ?P ?2 '11 由 ?M （ F ） =0 得 ??1 ?a ??? ?2c o 初選 0? 50? ?30?? 3、 夾緊力計算 21? （ 1K 取 2K =1+a/g? 設 機械手緩沖時最大加速度為 20m/K ( =????N ( 所以 31 7c o ???? ( 取 3655?? ?計算實際 (N ) 4、 確定油缸直徑 D 4??實際P ( 22 )P 選取柱塞 壓力油工作壓力 240 所以 ? ? ?? 實際（ 根據液壓油缸內徑及活塞桿外徑系列（ 2348選取油缸內徑為 40活塞桿直徑為 ??d ( 壁厚?D＜ 選夾緊缸壁厚 10?? （ 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 持誤差分析 工件平均半徑 05 ??? 1202 ?? 偏轉角 ? 按最佳偏轉角確定 ?60s ?? ? 取 2倍工件平均半徑 50? ? ?B o ss ? ?? R＞ ???? s i nc o ss i i nm a x m a ?????????? ? ?i nc o ss i i n m a i ??????????? ???? ? ?? ?1 ?????? 所以夾持誤差滿足設計要求。 部 部設計的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，用以擴大機械手的動作范圍，適應性強。手腕具有獨立的自由度，手腕有繞 X 軸轉動的一個自由度。該機械手采 用手腕的回轉運動機構為回轉油缸，它結構緊湊，靈活，自由角度符合設計要求，它要求嚴格密封，才能保證穩(wěn)定的輸出轉矩。 1、 腕部處于臂部的最前端，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結構，重量和動力載荷直接影響著臂部的結構，重量和運動性能。因此在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 2、 腕部作為機械手的執(zhí)行機構，由承擔連接和支撐作用，除了保證力和運動的要求，以及具有足夠的強度，剛度外還應綜合考慮，合理布局及腕部和手部的連接，腕部自由度的位置檢測，管線布置，以及潤滑，維修，調整等問題。 3、 腕部設計應充分估計 環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點，有關材料及電控點測元件的耐熱性等）。 部回轉力矩的計算 腕部回轉時，需要克服一下幾種阻力： 1、 腕部回轉支承處的摩擦力矩 M 摩 由圖 知： M 摩 = 2f（ 2 (式中： 軸承處支承反力（ 可由靜力學平衡方程求得。 軸承直徑 （ m） f — 軸承的摩擦系數，對于滾動軸承 f= 為簡化計算取 M 摩 =阻力矩 圖 部回轉力矩簡圖 件重量 2、 克服由于工件 偏 M 偏 = e （ 式中 ： e — 工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離（ m） 3、 克服起動慣性所需的力矩 M 慣 起動過程近似等加速運動，根據手腕回轉的角加速度 ω 及起動所用的角速度ψ 起 ： M 慣 =（ J+J 工件 ） 3 （ 式中： J 工件 — 工件對手腕回轉軸線的轉動慣量 （ J — 手腕回轉部分對手腕回轉軸線的轉動慣量（ ω — 手腕回轉過程中的角速度（度 /秒） 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 ψ — 起動過程所轉過的角度 (度 ) 手腕回轉所需要的驅動力矩應當等于上述三項之和 M 總 =M 偏 +M 摩 +M 慣 因為手腕回轉部分的轉動慣量（ J+ J 工件 ）不是很大，手腕起動過程所產生的轉動力矩也不大，為了簡化計算，可以將計算 M 偏 ， M 摩 。 適當放大，而省略掉 M 慣 ，這時 M 偏 +M 摩 ） 設手爪，手爪驅動油 缸及回轉油缸轉動件為一個等效圓柱體，高為 7（ ，直徑為 22（ 其重量為 G=N）摩擦阻力矩 M 摩 =阻力矩 起動過程所轉過的角度 ψ 起 =18°， 等速轉動角速度 ω =200° /s。 則 M 慣 =（ J+J 工件 ） 3 查型鋼表有： J= J 工件 = 3 m3 （ = 代入 M 慣 = N2 m） M 偏 =0 M 摩 =阻力矩 M=阻力矩 +、 回轉油缸所產生的驅動力矩計算： 回轉油缸所產生的驅動力矩必須大于總的阻力矩，圖 所示為機械手的手腕回轉運動所采用的單葉片回轉油缸，定片 1 與缸體 2相連，動片 3與轉軸 5相連，當 a， 片帶動轉軸回轉達到手腕回轉目的。 式中： M 總 手腕回轉總的阻力矩 P 回轉油缸工作壓力 R 缸體內徑半徑 r 輸出軸半徑 b 動片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設定 b， R， 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 D/d= ， 2，取 D/d=2，2 設 r=40（ R=100（ b=30（ 確定回轉油缸工作壓力： P≥ ? ?22=47 （ N/ 由于系統(tǒng)工作壓力 P=N/，所以回轉油缸工作壓力足以克服摩擦力。 部 部設計的基 本要求 手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。他的作用是支撐腕部和手部（包括工件），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。手臂的各種運動由油缸驅動和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況分析，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直接影響機械手的工作性能。 機身是固定的，它是直接承受和傳動手臂的部件，實現臂部的升降，回轉等運動。 臂部要實現所要求的運動，需滿足下列的各項基本要求： 1、 對于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越大，則剛度越差，而且其剛度隨著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。為了提高剛度，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力（而且不僅是一個方向的彎曲力）也受扭轉力，應選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機械手常用無縫鋼管坐導向桿，用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂剛度，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。 臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關，而且同支承的剛度和支撐件間距離有很大關系，要提高支承剛度，除從支座的結構形狀，底板的剛度以及支座與底板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。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 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。 (4)設計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性越低，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(huán)節(jié)，以減少重要部件的間隙，從而提高剛度。 (5)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大部分自重和抓取重量。 (6)提高活塞和缸體內徑配合精度，以提高手臂前伸時的剛度。 2、臂部運動速度要 高，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(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂的移動，回轉和上升均要求勻速運動，（ 為常數），但在手臂的起動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求起動時間的加速度 和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 圖 中 A 點為起動位置， B 點位緩沖位置， C 點為終點位置， 對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設計在 1500~1000 mm/s，最大回轉角度設計在 180° /大部分形行程距離上平均移動速度為 1000mm/s，平均回轉角速度為 90° /s。手臂伸縮時所產生的慣性力為 F 慣 =m — 質量 （ a — 加速度 （ m/s2） G — 手臂運動件質量 （ g — 重力加速度 （ s2） △ t — 起動或制動時間 △ v — 起動或制動的速度差 手臂回轉時產生的慣性力矩為： M 慣 ==0）t??? 式中： J? — 角加速度 （° /s） △ ω — 起動或制動的角速度差 （° /s） J— 臂部回轉件對回轉中心的轉動慣量 （ 臂部零件對其重心的轉動慣量 （ 、 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 臂部零件作為重心位置的質點對臂部回轉中心的轉動慣 ｐ 2； ｐ — 回轉半徑； 為減少轉動慣量： （ 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） 減少手臂運動件的輪廓尺寸。 （ 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），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。 （ 4） 驅動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。 3、 手臂動作應靈活 為減少手臂運動件之間的 摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。 對于懸臂式機械手，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，以減少對升降支承軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現象(自鎖 )。為此必須計算使之滿足不自鎖條件。 如圖 （ 1） 偏重力矩的計算步驟： ① 計算零件重量，可分解為規(guī)則的體型進行計算。 ② 計算零件重心位置，求出重心至回轉軸線的距離。 ③ 求重心位置并計算偏重力臂 ｐ G 總 =G 工 +G 爪 +G 腕 +G 臂 +?? += i ｐ = ???? ????? ? ?臂腕爪工臂臂腕腕爪爪工工= ????④ 計算偏重力矩 M 偏 =G 總 ｐ = 買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 圖 受 慣性力簡圖 (2)升降導向柱不自鎖條件 手臂在 G 總 的作用下有向下的趨勢，而立柱導套防止手臂這種趨勢。 由力的平衡有 2 總 ｐ 2= 所謂不自鎖的條件： G 總 ＞ 2=22h＞ 2ｐ f 取 f= h＞ 4、 位置精度要求高 一般說來，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；關節(jié)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(huán)節(jié)以減少或消除傳動、嚙合件的間隙。 除此之外，要求機械手通用性要好，能適合多種作業(yè)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(yè)區(qū)粉塵大的接攜手，還要設置防塵裝置等。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 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，再進行校核計算，修正設計。 為了便于進行液壓機械手的設計計算，我們分別就伸縮缸，升降缸，回轉油缸的設計敘述如下： 縮油缸的設計計算 1、 作水平伸縮直線運動油缸的驅動力 根據油缸驅動時所需克服的負載，摩擦，密封裝置及慣性等幾個方面的力，確定油缸所需的驅動力。 油缸活塞的驅 動力 圖 示 P = P 摩 ＋ P 密 ＋ P 回 ＋ P 慣 式中： P 摩 － 摩擦阻力。手臂運動時，運動表面間的摩擦力。如導向裝置、活塞和缸壁等處的阻力。 圖 由于導向桿相對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 ? ? = 0 ?總Y? = 0 總 ?????? ?P 摩 = ＋ =＋購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 所以： P 摩 = ?????? ?? a 2總? = 353 ?????? ?? 15 15152 3 267N 式 中： 參與運動的零部件的總重量（含工件重） （ L － 手臂參與運動的零部件的總重量的重心 (a－ 導向支承的長度 (?? － 摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對鑄鐵： 取 ? = 對鑄鐵） ?? = （ 4/? － ? /2）3 ? ② P 密 － 密封裝置處的摩擦阻力，“ 0”型密封。當油缸工作壓力小于 100（ ?；钊麠U直徑為油缸直徑的一般，活塞與活塞桿都采用“ 0”型密封圈密封時，油缸密封處的總的摩擦力為： P 封 1 ＋ P 封 2 = 中： P 封 1 ＋ P 封 2 = = N） P 封 3 = 式中： p － 工作壓力 （ P 15d ,所以應進行穩(wěn)定性校核。 P≤ 3 = 106 式中： 臨界力?？砂床牧狭W有關公式計算 － 2 ～ 4 大柔度桿的臨界力 ? = 1??? 臨界力 P= ?（ =???= 106 式中： ? － 活塞桿的計算柔變 (柔度系數 ) l －活塞桿的計算長度 （ F － i= 4 ???J－ 活塞桿截面對中性軸的慣量 （ J= ?? ?? d E－ 106 ( 彈性模量 ? －長度折算系數 ? － 特定的柔度值 ， ? 1 = = ?? = ? — 比例極限。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 i = 430= k = ???= 106 P = 3 = 106 = 缸端蓋的聯接方式及強度計算 。 為保證聯接的緊密性，必須規(guī)定螺釘的間距 而決定螺釘的數目。 缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘聯接。 缸蓋螺釘的計算 ： 為保證聯接的緊密性，必須規(guī)定螺釘的間距 表 4－ 8。進而決定螺釘的數目。 在這種聯接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力0 和預進力0Q′之和。 s?= ??s??式中： ? = － 為驅動力 （ Z － 螺釘數目 P － 工作 動力 （ ?s? － 預緊力 （ ?s? = K? K = 釘的強度條件為： 合?= = 214 ??? ? ??? 0 — 計算載荷 （ 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 表 螺釘間距 壓力 p 的關 系 工作壓力 螺釘間距 5 — 15 < 150 15 — 25 < 120 25 — 50 < 100 50 — 10 < 80 ??? = ( 抗拉許用應力 n = — 螺紋內徑 （ 表 常用螺釘材料的流動極限 鋼號 10 3 35 45 40cr s?( 2100 2200 2400 3200 3600 6500—9000 缸體螺紋計算 合?= ? ? ? ??? ??4 ? ? 2014 ??(式中： 0?= P + ?s?P = 42? ?s? = ( P D － 油缸內徑 應考慮螺紋拉應力和扭應力合成作用系數取 蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算： （ 1）缸蓋連接螺釘計算 缸蓋與回轉油缸的缸體用螺釘聯接時，其螺釘的強度計算方法 同伸縮油缸缸蓋螺釘強度計算。 螺釘的強度條件為 ? ? ? ???? ??j 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 或 ? ??? 式中： 螺釘的內徑 （ 算載荷 （ ??? — 螺釘材料作用拉應力 身 機身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般是實現臂部的升降、回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構成機身的卻敢于底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結構和受力情況就愈復雜。機身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。 章小結 本章只要對機械手的手部，腕部，臂部，機座進行了詳細的計算 分析以及相關校核。 對手部夾持誤差進行了分析，對伸縮和升降油缸進行了設計計算和選型。對相關液壓元件進行了選型 和校核。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 第 4章 液壓系統(tǒng) 壓缸的工況圖 根據前面設計的好的各液壓缸的參數，繪制各液壓缸的 P— Q— N— 1、活塞缸工況圖的繪制 已知參數（包括設計出的參數）： t) ， t) ， i — 表示第幾個缸的參數 ?????????????????224)()(4)()(無桿腔進油 ? ?? ? ????????????????? ??22224)()(4)()(有桿腔進油 Ni(t) = t) 3 t) 2、擺動缸工況圖的繪制 已知參數： t) ， ? i (t)， i (t) = ? ??????? ? 228)( t) = [－ ]* ? i (t) Ni(t) = t) 3 ? i (t) （ 1） 雙作用 夾緊油缸 40 201 = ????????? s 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 （ 2）手腕回轉缸 100 40 302 = ????????????????2 ≤ 2?1/s 注意：忽略角加速度和角減速度的影響。 （ 3）手 臂升降活塞缸 80 60 ????????? 3 9 6 7 ≤ cm/s （ 4） 手臂伸縮 活塞 缸 50 25 ????????? ≤ cm/s 工 況圖 （ 1） 夾緊缸： 無桿腔進油情況下： ?????222/ 6/ 8/ 0?????圖 桿腔進油時 工況圖 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 有桿腔進油情況下： ?????222/ 9/ 4/ 8（ 42 － 22 ）34?= 270 s 圖 （ 2） 手腕回轉缸 ?????222/ 6 4 8/ 4 4 8/ 3 0 883（ 102 － 42 ）32?= s ????? 8 2 2 圖 回轉缸工況圖 （ 3） 手 臂升降活塞缸： 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 ?????222/ ?3 82 = 37.4 s ?????圖 因為以上是無桿腔進油的工況，當有桿腔進油時，整個手臂自重會使它產生復值負荷，所以不作有桿腔進油的工況圖。 （ 4） 手 臂伸縮活塞缸： 無桿腔進油情況下： ?????222/ ?????圖 有桿腔進油情況下： 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 ?????222/?3 (52 － = s 圖 算和選擇液壓元件 壓泵的選 擇 （ 1）計算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和。即： ∑ ?P ∑ ?P — 管道和各類閥的全部壓力損失之和。 可先估計，一般取： ∑ ?P = （ 5～ 8）3 105 2） 計算液壓泵的流量 式中： K — 泄露折算系數，一般， K= 3）選擇液壓泵的規(guī)格 參照設計手冊或產品樣本，選取其額定壓力比 5～ 60%，其流量與上述計算一直的液壓泵。 （ 4）計算功率，選用電動機 按工況圖，找出所有缸 N— s（計算值）和泵額定流量的乘積，然后除以泵的總效率 η p = 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 確定液壓泵的流量壓力和選擇泵的規(guī)格 泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進油路有一定的壓力損失，所以，泵的工作壓力為： ∑ ? P 液壓泵的最高工作壓力 執(zhí)行元件的最高工作壓力 ∑ ? P — 進油管路中的壓力損失，初算時， 簡單系統(tǒng)可取 ∑ ? P = 5 述計算所得的 考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡，階段出現的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲備量并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力 ( n = p = 5= 流量的確定。液壓泵的最大流量應為： q) 液壓泵的最大流量 (∑ q) 同時工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這是溢流閥正進行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量 3~2 L/L — 系統(tǒng)泄露系數，一般取 = 1.2 32 = 。根據以上算得 查閱有關手冊，現選用 泵的基本參數為：每轉排量： 125~mL/r；泵的額定壓力 0 動機轉速 450r/積效率 η r= 總效率 η = 液壓泵匹配的電 動機的選定。首先分別計算出不同工況時的功率，取它們之間的最大值作為選取電動機規(guī)格的依據。由于在速度較小時，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當流量在 1L/圍內時，可取 η = 時，還應注意到，為了使所選擇的電動機在經過泵的流量特性曲線最大功率點時，不致停轉，需進行驗算，即 ? ≤ 21~3) 泵的工作壓力： P=2 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 N 電 = ?? = 103 （ W） = 選電機： 4,N = W , n=1430 選擇液壓控制閥的原則 按控制閥的額定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量原則。 擇液壓輔助元件的要求 （ 1）濾油器 按泵的最大流量選取流量略大些的濾油器，濾油精度在為 100μm 網式或線段式濾油器即可。 （ 2）有關和管接頭 油管和管接頭的通徑與閥一致來選取。 （ 3）油箱容積 V=5意： 位若為 L/V 的單位為（ 3 位若為 m3/V 的單位為 m3 體選擇液壓元件 （ 1）換向回路 夾緊缸換向選用二位四 通閥，其他缸全部選用 B 型的三位四通電磁換向閥。選用 B 型 電磁閥便于微機控制，選中位為 0型是是定位準確。 （ 2）調建方案 從工況圖可知，本系統(tǒng)是功率較小的，故選簡單的進油路節(jié)流閥調速。同樣的道理，選用單泵供油，力求獲得較好的經濟性。 （ 3）緩沖回路 應便于微機控制，提高自動化程度。 （ 4）系統(tǒng)的安全可靠性 為防止伸縮缸在氧氣一定角度后的自由下滑，都采用單向順序閥來平衡。 根據動作要求編制液壓系統(tǒng)動作 循環(huán)及電磁動作順序表。 液壓元件的選擇：確定管道尺寸： 本系統(tǒng)主油路流量 q=31 L/油路的允許流速為 v=4m/s，則內徑 d=4.6 =： 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 液壓油箱的作用是儲存液壓油，分離液壓油中的雜志和空氣，同時，起到分散的作用。 1、 液壓油 箱 有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容積 在中低壓 系統(tǒng)中（ p≤ ,可取 V=( 5~3 ) 式中： V — 液壓油箱幼小容量； 液壓泵額定流量 V = 33 33 故 V = 120L 應當注意：設備停止運轉后，設備中的那部分會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從郵箱中溢出，郵箱中的液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的 1. 液壓油箱的外型尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，需設計液壓油箱的外型尺寸，一般尺寸比（長：寬：高）為 1:1: 1~1 :2:3 因此，長：寬：高 =4:5:6 所以 長為 400為 500為 600 在小型液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥根據工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，決定采用定量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調速。這種調速回路具有效率高，發(fā)熱小，和速度剛性好的特點，并且節(jié)流閥裝在回油路中，對液壓缸具有一定得緩沖作用。 確定供油方式： A＞ A＞ 103/1056=定流量為 056cm/=π /4（ =計算在各工作階段液壓缸所需的最大流量 Q 夾 =π /42（ D 夾 2 2）2 v 夾 =2 D 上 22 v 上 =2 (D 下 2 2) 2 v 下 =2 D 出 22 v 出 =