运料机械手的设计毕业论文.docx

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1、运料机械手的设计毕业论文目 录1绪论11.1 课题背景11.2 设计目的12 手部结构12.1 设计时应考虑的几个问题12.2 驱动力的计算22.3 夹紧缸的设计计算 43臂部设计63.1 伸缩手臂运动驱动力计算63.2 液压缸缸筒内径D的确定 93.3 液压缸外径的设计及校核103.4 活塞杆设计参数及校核104机身升降机构设计 114.1 手臂偏重力矩的计算 114.2 升降不自锁条件分析计算 124.3 手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算 124.4 液压缸缸筒内径D的确定134.5 液压缸外径的设计及校核144.6 活塞杆设计参数及校核145机身回转机构设计155.1 回转缸驱动力矩的

2、计算155.2 回转缸尺寸的初步确定165.3 液压缸盖螺钉的计算165.4 动片和输出轴间的连接螺钉176液压及控制系统设计186.1 液压系统设计186.2 PLC控制系统设计21结论 30致谢31参考文献 321绪论1.1 课题背景机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中

3、，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。机械手得到了越来越广泛的应用，在机械行业中它可以用于零部件组装，工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已成为柔性制造单元FMC和柔性制造系统FMS中的重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可节省庞大的工件输送装置，结构紧凑且适应性强。柔性生产系统更容易适应当代瞬息万变的市场环境，有利于企业不断更新适销对路的品种，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑

4、都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是相当有意义的。1.2 设计目的进入21世纪，随着我国人口老龄化的到来，近年来在东南沿海还出现在大量的缺工现象，迫切要求我们提高劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行。本设计通过对机械电子工程专业本科四年所学知识进行整合，要完成一个将检测不合格的工件从生产线上搬出的机械手。其能够比较好地体现机械电子工程专业毕业生的理论水平，能够实现理论和实践的有机结合。毕业设计是工科学生的最后一个实践性环节，通过设计机械手机械结构、驱动系统和控制系统，使我能够熟练地运用所学的基础理论知识，初步掌握本专业课题研究的一般方法，独立完成课题设计，为毕

5、业后的工作打下良好的基础。2手部结构2.1 设计时应考虑的几个问题2.1.1 要具有足够的握力确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还要考虑在传送和操作过程中所产生的振动和惯性的影响，来保证工件不会产生松动或脱落。2.1.2 手指间要有一定的开闭角手指的开闭角是指两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度。手指的开闭角要保证工件能顺利进入或脱开。如果夹持不同直径的工件，则按最大直径的工件来考虑。2.1.3 要保证工件的准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，要根据被抓取工件的形状，选择相应的抓形。2.1.4 要有足够的强度和刚度手抓除受到被夹持工件的反作用力以外，还受到在运动过程中所产生

6、的振动和惯性的影响，所以要具有足够的强度和刚度来防止手抓的弯曲变形或折断，且尽量使结构简单紧凑，质量轻。2.1.5 要考虑被抓取对象的要求要根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。2.2 驱动力的计算如图2-1所示为滑槽式手部结构。在拉杆3作用下销轴2向上的拉力为F,并通过销轴中心0点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为耳、F2 ,其力的方向垂直于滑槽中心线OO1和002并指向O点，”和的延长线交0102于A及B, ZA0C = ZB0C = o根据销轴的力平衡条件，即Fx=0 得片=鸟；(2-1)ZFy=0 得 F1 = F(2-2)2 cos a耳=_b)图27

7、滑槽杠杆式手部结构、受力分析1-手指 2-销轴3-杠杆(2-3)销轴对手指的作用力为6。手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力）,假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以“表示。由手指的力矩平衡条件，即= 得Fxh = FNb h=a/cosaF= 2h cos2 aFN / a式中a一手指的回转支点到对称中心线的距离（mm）。Q工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。b夹片中间到手指回转支点的距离。由上式可知，当驱动力F一定时，a角增大则握力“也随之增加，但a角过大会导致拉杆的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此,一般取a

8、 = 30。40。这里取角a = 30。这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动和传力机构效率的影响，其实际的驱动力F实际应按以下公式计算，即：F实际=，/（2-4）本机械手的手臂伸缩移动速度为100mm/s ,手臂升降移动速度为100mm/s ,手臂回转移动速度为15。小，系统达到最高速度的时间根据设计参数选取，一般取 0.030.5s,取 0.5s,工件重量 G 为 100N, a = 65mm , b = 85mm, V 型钳口的夹角为120。，a = 30。时，拉紧油缸的驱动力F和与.际计算如下：手指对工件的夹紧力计算公式：(2-5

9、)式中K安全系数，通常取1.22.0,取1.5;(2-6)K2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估算=1+- = 1 + (0.1/0.5)/9.8 = 1.02gK.方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定按工业机械手设计中的选取& =4。= 1.5xl.02x4xl00N = 612N(2-7)由滑槽杠杆式结构的驱动力计算公式。算=F=2b cos2 aFv / a 得F,v =2x85x cos230x612/65 = 1200N*1舁取手指传力效率 =0.85,贝 ijF实际=F“.算/ = 1200/0.85 = 1412N2.3夹紧缸的设计计算2.3

10、.1 夹紧缸主要尺寸的计算由前知，夹紧缸为单作用弹簧复位液压缸，设夹紧工件时的行程为30mm,时间为0.5s,则所需夹紧力为：表27按载荷选择工作压力载荷/KN50工作压力/Mpa0. 811.5-22.5-3344525工作压力取IMP,考虑到为使液压缸结构尺寸简单紧凑，取工作压力为2.5MP o表2-2按工作压力选取d/D工作压力/MpaW5.05.。7. 027.0d/D0. 50. 550. 62-0. 700.7选取d = 0.5D得：，4FI4x 1412D = j=J2= 28mm.丫孙 Vx2.5x106x0.95式中：D液压缸内径P液压缸工作压力n液压缸工作效率，7 = 0-

11、95根据液压缸内径系列(JB826 -66)选取液压缸内径，D = 30mm:同理查得活塞杆直径d = 15mm2.3.2 缸体结构及验算缸体采用45号无缝钢管，由JB1068-67,查得可取缸筒外径50mm2.3.3 液压缸额定工作压力Pn(MP)应低于一定极限值，以保证工作安全Pv0.35x4(仄- 0D=76.16A 坦(2-9)式中：D缸筒内径口缸筒外径5 缸筒材料的屈服点，45号钢为340MPa已矢口工作压力Pn =2.5MPa76.16MPa ,故安全。2.3.4 缸筒两端部的计算(1)缸筒底部厚度的计算此夹紧缸采用了平行缸底，底部设有油孔，则底部厚度为 2 0.4330 Pmax

12、D = 6.8mm(2-10)加(。-d。)考虑结构要求，取h = 10mm式中：D缸筒内径匕ax 一一液压缸最大工作压力，取Pmax=邛 =5MPO-缸底材料的许用应力，材料为45号钢,(7 = = 120MP , n 为安全系数，取 n = 5。n 5(2)缸筒底部联接强度计算缸筒底部采用螺钉联接法兰式缸头，材料为35号钢，联接图如下:图2-2外卡环联接图卡环尺寸一般取：h l 8 5mm(2-12)11=月=3 = 25mm外卡环a-b侧面的挤压应力4为:PM _4X106X(0.06)2/?(2D,-/2)- 0.05x(2x0.06-0.05)25.04MP310MP(2-13)Pm

13、ax。：(D/if-D24x106x(0.06)2(0.06 0.05)2(0.05)2=27.43MP520MP(2-14)故知缸筒底部联接安全。(3)缸筒端部联接强度计算缸筒端部与手指是用螺钉联接，联接图如下:图2-3螺钉联接图缸筒危险截面A -A上的拉应力。：.除X明*翁等38出(2-15)(2-16)(2-17)螺纹处的拉应力：(T = 01x10-6 =竺您xl0-6 = 26.26”尸-dxZ-0.0041342x44 ,4螺纹处的剪应力:则合成应力：4=J/+3产=37.4MP。司=120M为则知螺纹连接处安全可靠。其中：K拧紧螺纹的系数，取K = 3&螺纹连接处的摩擦系数，%=

14、0.12o螺纹外径，。= 0.006azz4螺纹底径，4 = 0.004134mZ螺钉数量，Z = 43臂部设计3.1 伸缩手臂运动驱动力计算(3-1)计算液压缸的总机械载荷/=+G+工 +式中，为外加的载荷，因为水平方无外载荷，故为0；冗为活塞上所受的惯性力；F加为液压缸内的密封阻力；Fnu)为导向装置的摩擦阻力；3.1.1 1的计算 G Avr -(3-2)g g N式中，G 为液压缸所要移动的总重量，取为100KG ；g为重力加速度，9.8m/?；Av为速度变化量，取200mm/s；Z启动或制动时间，一般为0.010.5s,取0.2s将各值带入上式，得：=100N3.1.2 %的计算当液压缸工(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用。型密封,作压力小于lOMpa o液压缸处