機(jī)械手課程設(shè)計(jì)---工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　班級(jí)：機(jī)械電子091班 </p>

2、<p>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　姓名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　完成日期：2012-5-25

3、 </p><p>　　第一章 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的3</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求3</p><p>　　第二章 腕部設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求4</p><p>　　2.2碗

4、部的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.3碗部設(shè)計(jì)的計(jì)算6</p><p>　　2.4拉緊裝置原理7</p><p>　　第三章 手臂的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1手臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算10</p><p>　　3.3缸蓋聯(lián)接螺釘和動(dòng)片聯(lián)接

5、螺釘計(jì)算11</p><p>　　3.4夾緊缸彈簧的確定12</p><p>　　第四章液壓系統(tǒng)控制13</p><p>　　4.1液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)及電磁鐵動(dòng)作順序表13</p><p>　　4.2 機(jī)械手總的液壓控制圖13</p><p>　　4.3 現(xiàn)場(chǎng)器件跟PLC的連線14</p>&

6、lt;p>　　4.4 PLC三菱編程梯形圖：15</p><p>　　第五章 參考文獻(xiàn)20</p><p>　　第一章 機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決

7、專業(yè)范圍內(nèi)的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來(lái)事業(yè)的開(kāi)拓都具有一定意義。</p><p><b>　　其主要目的：</b></p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)

8、的一般程序規(guī)范和方法。</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求</p><p>

9、;　?。ㄒ唬┰紨?shù)據(jù)及資料</p><p><b>　?。?）原始數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　a、生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000件（兩班制生產(chǎn)）</p><p>　　b、自由度（四個(gè)自由度）</p><p><b>　　臂轉(zhuǎn)動(dòng)210°</b></p><p>　　臂

10、上下運(yùn)動(dòng) 300mm</p><p>　　臂升長(zhǎng)（伸縮） 400mm</p><p>　　手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±180°</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　a、上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）</p><p>

11、　　b、液壓原理圖（一張）</p><p>　　c、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（一份）</p><p><b>　?。?）技術(shù)要求</b></p><p><b>　　主要參數(shù)的確定：</b></p><p><b>　　坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)</b></p><p>

12、<b>　　抓重：200N</b></p><p><b>　　自由度：4個(gè)</b></p><p>　　臂的運(yùn)動(dòng)行程：伸縮運(yùn)動(dòng)400mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)210°， </p><p><b>　　升降運(yùn)動(dòng)300mm</b></p><p>　　

13、e、 臂的運(yùn)動(dòng)速度：伸縮運(yùn)動(dòng)＜250mm/s，</p><p>　　回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)＜90°/s</p><p>　　升降運(yùn)動(dòng)＜70mm/s</p><p>　　f、 腕部的運(yùn)動(dòng)行程：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)180°</p><p>　　g、 腕部的運(yùn)動(dòng)速度：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)＜90°/s</p><p>　　h、

14、 定位方式：電位器（或接近開(kāi)關(guān)等）設(shè)定，點(diǎn)位控制</p><p>　　i、 手指夾持范圍：棒料直徑φ50－φ70mm，</p><p>　　長(zhǎng)度450－1200mm</p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式：液壓（中、低系統(tǒng)）</p><p><b>　　定位精度：±3mm</b></p><p>

15、;　　控制方式：PLC控制</p><p>　?。ǘ┝喜坌问郊胺治鰟?dòng)作要求</p><p><b>　?。?）料槽形式</b></p><p>　　由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自用輸送的輸料槽，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其他動(dòng)力源和特殊裝置，所以本課程題采用此種輸料槽。</p><p>　?。?）動(dòng)

16、作要求分析如圖1.1所示</p><p><b>　　動(dòng)作一：送料</b></p><p><b>　　動(dòng)作二：預(yù)夾緊</b></p><p><b>　　動(dòng)作三：手臂上升</b></p><p><b>　　動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)</b></p>

17、<p><b>　　動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)</b></p><p><b>　　動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn)</b></p><p><b>　　圖1.1要求分析</b></p><p><b>　　第二章 腕部設(shè)計(jì)</b></p><p>　　腕部是連接手部和

18、臂部的部件，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，使機(jī)械適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。</p><p>　　2.1腕部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　1）力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。</p><p>　　2) 必須考慮的工作條件。在高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作，考慮熱膨脹，壓力油的粘度和有關(guān)材料及電控制元件的耐熱性。</p><p>

19、;　　2.2碗部的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1)選取手腕部分的自由度。如下圖2-1所示，手腕運(yùn)動(dòng)有：繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)稱為上下擺動(dòng)；繞Z軸稱為左右擺動(dòng)。這里選用一個(gè)自由度的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸，它的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，靈巧，能基本滿足工作要求。</p><p>　　圖2-1 腕部的自由度（1—臂部 2—腕部 3—手部）</p><p>　　2)

20、 采用具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部機(jī)構(gòu)，直接用回轉(zhuǎn)液體壓驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)，具有機(jī)構(gòu)緊湊，靈活等優(yōu)點(diǎn)。如圖下圖2-2所示的腕部結(jié)構(gòu)，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從A-A剖面視圖上可以看出，回轉(zhuǎn)葉片（簡(jiǎn)稱動(dòng)片）用螺訂，銷釘和轉(zhuǎn)軸10連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5，7進(jìn)出油涳，實(shí)現(xiàn)手部12的旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2-2用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓力缸實(shí)現(xiàn)腕部旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)</p>

21、<p>　　2.3碗部設(shè)計(jì)的計(jì)算</p><p>　　基本參數(shù)：抓重G=200N,回轉(zhuǎn)符號(hào)= ，行程，速度<,以最大負(fù)荷計(jì)算，當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，用估算法，工件重100N，長(zhǎng)度取1100mm,</p><p><b>　　如圖2-3所示。</b></p><p>　　圖2-3 腕部受力簡(jiǎn)圖</p

22、><p>　　腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力。</p><p><b>　　1）計(jì)算扭矩</b></p><p>　　設(shè)重力集中于離手指中心350mm處，即扭矩為：</p><p>　　==200x0.35=70</p><p>　　2) 油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩</p><

23、;p>　　F=5kg, S=10cm</p><p><b>　　=</b></p><p>　　3)擺動(dòng)缸的磨擦力矩</p><p>　　=250N （估算值）</p><p>　　S=15mm （估算值）</p><p><b>　　=S= 3.75</b><

24、/p><p>　　4）擺動(dòng)缸的總摩擦力矩M</p><p>　　=70+4.9+3.75=78.65</p><p><b>　　由公式/8 </b></p><p>　　B----葉片密度,這里取b=3cm</p><p>　　-----擺動(dòng)缸內(nèi)徑,這里取12cm ，取4cm 。</p>

25、<p><b>　　所以代入公式得</b></p><p>　　P=8T /=8x43.65/0.03x(0.12-0.04)x10=0.909</p><p><b>　　又因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>

26、;　　Q =W ()</b></p><p><b>　　=0.754/s</b></p><p><b>　　=75.4/s</b></p><p><b>　　2.4拉緊裝置原理</b></p><p>　　如圖所示,油缸右腔停止進(jìn)油時(shí),彈簧力夾緊工作,油缸右腔

27、進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。</p><p>　　右腔推力，取油缸內(nèi)徑D=45mm，油缸壓力P=</p><p><b>　　3179.25N</b></p><p>　　根據(jù)鉗爪夾緊的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：</p><p><b>　　F </b></p><p>　　其中=

28、2150=300N ，代入上公式有</p><p><b>　　F==1350N</b></p><p><b>　　則實(shí)際夾緊力為</b></p><p>　　取 =1.5 ，=1.1 ，=0.85則有</p><p>　　=2620.59 N</p><p>　　經(jīng)圓

29、整取=2700 N</p><p>　　計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng)L，即</p><p><b>　　==12.99mm</b></p><p>　　經(jīng)圓整取L=13mm</p><p><b>　　第三章 手臂的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1手臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p

30、><p>　　手臂回轉(zhuǎn)后液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，手臂回轉(zhuǎn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，采用回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力情況可化簡(jiǎn)成圖4-20。</p><p>　　圖4-20 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力圖</p><p>　　驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)的力矩M驅(qū)，與手臂起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M慣及各密封裝置的摩擦阻力矩M摩相平衡。</p><p>　　M驅(qū)＝M慣+M摩+M回

31、 （3－1）</p><p>　?。?）M摩——密封裝置處的摩擦力矩（N·m）</p><p>　　M摩＝M摩’+M摩”</p><p>　　估計(jì)取 F’=350N ,F”=600N</p><p>　　估計(jì)取 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D=200mm ,輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑 d=80mm , 動(dòng)片寬度b

32、=100mm </p><p>　　M摩’=F’R＝350×0.15÷2＝26.25N·m</p><p>　　M摩”＝2F”R＝2×600×0.15÷2=90N·m</p><p>　　所以， M摩＝26.25+90=116.25N·m</p><p>　　

33、(2)M——手臂起動(dòng)時(shí)的慣性力矩</p><p><b>　　M=J0=</b></p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的角速度變化量（rad/s），在起動(dòng)過(guò)程中=，取=60°/s</p><p>　　——起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間（s）,取=0.5s</p><p>　　J0——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)

34、動(dòng)慣量（N·m·s2）。若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為， 則</p><p><b>　　J0=Jc+</b></p><p>　　式中 Jc——回轉(zhuǎn)零件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　Jc=</b></p><p>　　取手臂回轉(zhuǎn)零件質(zhì)量m=120K

35、g，回轉(zhuǎn)時(shí)手臂長(zhǎng)度l=1100mm</p><p><b>　　Jc==12.1</b></p><p>　　Jo=12.1+120×0.352=26.8</p><p>　　M慣＝12.1x=25.33N·m</p><p>　　M回——回轉(zhuǎn)液壓缸回油腔的背壓反力矩</p><p

36、><b>　　M回==</b></p><p><b>　　取,</b></p><p>　　M回==562.5 N·m</p><p>　　M驅(qū)=149.5+25.33+562.5=737.3 N·m</p><p>　　3.2驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><

37、;p>　　如圖4-21所示回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩M驅(qū)′</p><p><b>　　M驅(qū)′==</b></p><p>　　圖4-21 回轉(zhuǎn)液壓缸計(jì)算圖</p><p><b>　　回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D的計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)

38、 M驅(qū)= M驅(qū)′</p><p><b>　　M驅(qū)=</b></p><p>　　式中 D——回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑（m）</p><p>　　M驅(qū)——作用在動(dòng)片的外載荷力矩</p><p>　　p——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa）</p><p>　　d——輸出軸與動(dòng)片聯(lián)接處的直徑（m），

39、初步設(shè)計(jì)時(shí)按 選取</p><p>　　b——?jiǎng)悠瑢挾龋╩）</p><p><b>　　D==0.21m</b></p><p>　　為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí)，可選用</p><p>　　所以 </p><

40、p>　　3.3缸蓋聯(lián)接螺釘和動(dòng)片聯(lián)接螺釘計(jì)算</p><p>　　（1）缸蓋聯(lián)接螺釘計(jì)算 缸蓋與回轉(zhuǎn)液壓缸的缸體用螺釘聯(lián)接時(shí)，其螺釘?shù)膹?qiáng)度計(jì)算方法與伸縮液壓缸缸蓋螺釘強(qiáng)度計(jì)算方法相同。</p><p>　?。?）動(dòng)片與輸出軸聯(lián)接螺釘計(jì)算 動(dòng)片與輸出軸用螺釘聯(lián)接的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-22。聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱地安裝，并用兩個(gè)銷釘定位。聯(lián)接螺釘?shù)淖饔檬牵菏箘?dòng)片與輸出軸的配合面緊密接觸不留

41、間隙，當(dāng)油腔通高壓油時(shí)，動(dòng)片受油壓作用，產(chǎn)生一個(gè)合成液壓矩，克服輸出軸上所受的外載荷力矩。</p><p>　　動(dòng)片的受力情況如圖4-22b所示。</p><p>　　依動(dòng)片所受力矩的平衡條件，有：</p><p>　　圖4-22 動(dòng)片與輸出軸聯(lián)接方式及動(dòng)片受力圖</p><p>　　于是得 </p>&

42、lt;p>　　式中 FQ——每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力（N）</p><p>　　Z——螺釘數(shù)目，Z=6</p><p>　　f——被聯(lián)接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取f=0.15</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為</b></p&g

43、t;<p>　　常用螺釘材料的屈服極限</p><p>　　螺釘材料為45號(hào)鋼，所以取MPa</p><p>　　所以 </p><p>　　3.4夾緊缸彈簧的確定</p><p>　　彈簧工作載荷F=50N</p><p><b>　　最大軸直徑</b></p&

44、gt;<p><b>　　最小筒直徑</b></p><p><b>　　彈簧剛度</b></p><p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表30.2－8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得</p><p>　　材料直徑d=2.5mm,彈簧中徑D=25mm,節(jié)距P=10.4mm .</p><p>　　單

45、圈彈簧工作極限載荷下變形量為7.075mm，單圈彈簧剛度。</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p>　　曲度系數(shù)＝1.14，G－彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材G=</p><p>　　Z=110mm,則活塞缸總長(zhǎng)L=150mm。</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)控制</b>

46、</p><p>　　4.1液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)及電磁鐵動(dòng)作順序表</p><p>　　4.2 機(jī)械手總的液壓控制圖</p><p>　　4.3 現(xiàn)場(chǎng)器件跟PLC的連線</p><p>　　4.4 PLC三菱編程梯形圖：</p><p><b>　　第五章 參考文獻(xiàn)</b></p>&l