氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件設(shè)計(jì)論文[帶圖紙]

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 09機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（4）班

2、 </p><p>　　姓 名 楊永賀 學(xué) 號(hào) B09370126 </p><p>　　指導(dǎo)教師 李志剛 </p><p>　　系 主 任 胡明

3、 </p><p>　　二O 一三 年 五 月 二十一 日</p><p>　　浙 江 理 工 大 學(xué)</p><p><b>　　機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文誠(chéng)信聲明</b></p><

4、;p>　　我謹(jǐn)在此保證：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。論文主體均由本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。</p><p>　　聲明人（簽名）：楊永賀</p><p>　　2013年 5月 29日</p><p><b>　　摘

5、 要</b></p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手是以氣壓為驅(qū)動(dòng)力的機(jī)械手。機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，它主要是用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。所以氣動(dòng)機(jī)械手能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。但它的缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)闅怏w具有很

6、大的可壓縮性, 要做到氣動(dòng)機(jī)械手精確定位難度很大, 尤其是難以實(shí)現(xiàn)任意位置的多點(diǎn)定位；而且可壓縮性也帶來(lái)不能承受過(guò)重的負(fù)載的限制。傳統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng)只能靠機(jī)械定位置的調(diào)定位置而實(shí)現(xiàn)可靠定位, 并且其運(yùn)動(dòng)速度只能靠單向節(jié)流閥單一調(diào)定, 經(jīng)常無(wú)法滿(mǎn)足許多設(shè)備的自動(dòng)控制要求。</p><p>　　本課題經(jīng)過(guò)深刻的研究發(fā)現(xiàn)，目前生產(chǎn)線(xiàn)上的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程只能實(shí)現(xiàn)一次抓取和翻轉(zhuǎn)功能的，感覺(jué)這種機(jī)械手效率太低。所以本次設(shè)

7、計(jì)針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手，它在一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程能實(shí)現(xiàn)兩次抓取和翻轉(zhuǎn)，提高了工作效率，加快生產(chǎn)效率。全文由五章構(gòu)成：</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣動(dòng)裝置；機(jī)械手;翻轉(zhuǎn)裝置；夾瓶器；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Pneumatic manipulator is a robot which

8、 is based on Pressure-driven. The robot is the combination of expertise and expertise of an anthropomorphic machine electro-mechanical device, not simply instead of manual labor. It owns both the rapid response to the en

9、vironment state and the ability of a long continuous operation, high accuracy, and the resistance to harsh environments. It is mainly used to crawl at a fixed program, and carry objects and operate tools automatically. S

10、o Pneumatic Manipulato</p><p>　　After a deep study, we found that the pneumatic flip robot on the current production line can only be achieved crawling and flip function once in a movement process whose effi

11、ciency is too low. So we design a pneumatic flip robot which can achieve the two crawling and flipping in a motion process. There is no doubt that the pneumatic flip robot can improve work efficiency and speed up the pro

12、duction efficiency. </p><p>　　Key words: pneumatic devices; robot; turning device; clip bottle;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p&g

13、t;<b>　　Abstract</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展1</p><p>　　1.2.1國(guó)外氣動(dòng)機(jī)械手狀況1</p>&l

14、t;p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)氣動(dòng)機(jī)械手情況3</p><p><b>　　1.3發(fā)展趨勢(shì)3</b></p><p>　　1.3.1重復(fù)高精度3</p><p>　　1.3.2模塊化3</p><p>　　1.3.3無(wú)給油化4</p><p>　　1.3.4 機(jī)電氣一體化4</

15、p><p>　　1.4 機(jī)械手夾持部件結(jié)構(gòu)示意圖4</p><p>　　1.4.1 外夾持型機(jī)械手4</p><p>　　1.4.2 內(nèi)夾持型機(jī)械手5</p><p>　　1.5國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)舉例5</p><p>　　1.5.1與模具切割相結(jié)合5</p><p>　　1.5.2 機(jī)

16、械手虛擬樣機(jī)6</p><p>　　1.5.3 高精度機(jī)械手6</p><p>　　第2章 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1 抓取系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2.1 錐齒輪電機(jī)翻轉(zhuǎn)8</p><p>

17、　　2.2.2 鏈輪鏈條氣缸翻轉(zhuǎn)9</p><p>　　2.2.3 翻轉(zhuǎn)方案選擇9</p><p>　　2.3氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維建模、裝配思路10</p><p>　　2.3.1各部分零件設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3.2 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真10</p><p>　　2.3.3 研究思路方案、

18、可行性分析及預(yù)期成果11</p><p>　　第3章 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手重要零部件設(shè)計(jì)校核及其裝配12</p><p>　　3.1氣缸的設(shè)計(jì)和校核12</p><p>　　3.1.1 夾緊系統(tǒng)氣缸設(shè)計(jì)和校核12</p><p>　　3.1.2 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)氣缸設(shè)計(jì)和校核14</p><p>　　3.2齒輪設(shè)計(jì)和校核

19、15</p><p>　　3.2.1齒輪參數(shù)的選擇15</p><p>　　3.2.2齒輪幾何尺寸確定15</p><p>　　3.2.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算16</p><p>　　3.3齒條的設(shè)計(jì)和校核18</p><p>　　3.3.1齒條的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.4

20、固定機(jī)架上的軸設(shè)計(jì)和校核20</p><p>　　3.4.1求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩20</p><p>　　3.4.2求作用在齒輪上的力20</p><p>　　3.4.3 初步確定軸的最小直徑21</p><p>　　3.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.4.5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度23

21、</p><p>　　3.5圓錐滾子軸承的設(shè)計(jì)和校核25</p><p>　　3.6鍵連接設(shè)計(jì)和校核26</p><p>　　3.6.1輸入軸鍵計(jì)算26</p><p>　　3.6.2中間軸鍵計(jì)算26</p><p>　　3.6.3輸出軸鍵計(jì)算27</p><p>　　3.7聯(lián)軸器的設(shè)

22、計(jì)和校核27</p><p>　　第4章 三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真29</p><p>　　4.1 整體裝配圖29</p><p>　　4.2夾緊系統(tǒng)裝配圖29</p><p>　　4.3氣缸推動(dòng)和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝配圖30</p><p>　　4.4 氣缸推動(dòng)夾緊裝置系統(tǒng)裝配圖30</p><p&g

23、t;　　第5章 總結(jié)與展望32</p><p><b>　　5.1總結(jié)32</b></p><p><b>　　5.2展望32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p

24、><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　近20年來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合, 使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高, 控制方式更靈活, 性能更加可靠; 氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的迅速發(fā)

25、展, 對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求;由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn), 國(guó)內(nèi)外都在大力研發(fā)氣動(dòng)機(jī)械手。</p><p>　　1.2氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展</p><p>　　1.2.1國(guó)外氣動(dòng)機(jī)械手狀況</p><p>　　從各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看, 近30多年來(lái), 氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代, 液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為9：1,

26、而30多年后的今天, 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國(guó)家, 該比例已達(dá)到6：4, 甚至接近5：5。</p><p>　　90年代初，有布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Y.Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開(kāi)發(fā)研制的電子氣動(dòng)機(jī)器人--"阿基里斯"六腳勘測(cè)員，也被稱(chēng)為FESTO的"六足動(dòng)物"[12]。Y.Bando教授采用了世界上著名的德國(guó)FESTO生產(chǎn)的氣動(dòng)元件、可編程控制器和傳感器等，創(chuàng)造了

27、一個(gè)在荷馬史詩(shī)中最健壯最勇敢的希臘英雄--阿基里斯。它能在人不易進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域、污染或放射性的環(huán)境中進(jìn)行地形偵察。六腳電子氣動(dòng)機(jī)器人的上方安裝了一個(gè)照相機(jī)來(lái)探視障礙物，能安全的繞過(guò)它，并在行走過(guò)程中記錄和收集數(shù)據(jù)。六腳電子氣動(dòng)機(jī)器人行走的所有程序由FPC101-B可編程控制器控制，F(xiàn)PC101-B能在六個(gè)不同方向控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，最大行走速度0.1m/s。通常如果有三個(gè)腳與地面接觸，機(jī)器人便能以一種平穩(wěn)的姿態(tài)行走，六腳中的每一個(gè)腳都有三

28、個(gè)自由度，一個(gè)直線(xiàn)氣缸把腳提起、放下，一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)控制腳伸展、退回，另一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)氣缸都裝備了調(diào)節(jié)速度用的單向節(jié)流閥，使機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)保持平穩(wěn)，即在無(wú)級(jí)調(diào)速狀態(tài)下工作。控制氣缸的閥內(nèi)置在機(jī)器人體內(nèi)，由FPC101-B可編程控制器控制。當(dāng)接通電源時(shí)，氣動(dòng)閥被切換到</p><p>　　上停止機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，如果機(jī)器人的傳感器在它的有效范圍內(nèi)檢測(cè)到障礙物，機(jī)器人也會(huì)自動(dòng)停止。&l

29、t;/p><p>　　由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的氣動(dòng)攀墻機(jī)器人，它能在兩個(gè)相互垂直的表面上行走(包括從地面到墻面或者從墻面到天花板上)。該機(jī)器人軸心的圓周邊上裝備著等距離(根據(jù)步距設(shè)置)的吸盤(pán)和氣缸，一組吸盤(pán)吸力與另一組吸盤(pán)吸力的交替交換，類(lèi)似腳踏似的運(yùn)動(dòng)方式，使機(jī)器人產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。這種攀墻式機(jī)器人可被用于工具搬運(yùn)或執(zhí)行多種操作，如在核能發(fā)電站、高層建筑物氣動(dòng)機(jī)械手位置伺服控制系統(tǒng)的研究或船舶上進(jìn)行清掃、檢

30、驗(yàn)和安裝工作。機(jī)器人用遙控方式進(jìn)行半自動(dòng)操作，操作者只需輸入運(yùn)行的目標(biāo)距離，然后計(jì)算機(jī)便能自動(dòng)計(jì)算出必要的單步運(yùn)行。操作者可對(duì)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控。</p><p>　　國(guó)外的設(shè)計(jì)人員對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)非常成熟。Wright等人分析比較了機(jī)械手與人手抓取系統(tǒng)，并把機(jī)械手分成與機(jī)器人手臂和控制系統(tǒng)相兼容、安全抓取和握持對(duì)象、準(zhǔn)確的完成復(fù)雜性任務(wù)三種類(lèi)別。許多工廠的機(jī)械手的例子和機(jī)械手設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針也被描述進(jìn)去了。Ph

31、am等人總結(jié)了機(jī)械手在不同應(yīng)用環(huán)境下設(shè)計(jì)方案應(yīng)該如何選擇。在他們的研究中，影響機(jī)械手如何選擇的變量如下：（a）成分，（b）任務(wù),(c)環(huán)境，（d）機(jī)械臂和控制條件。“成分”這個(gè)變量包括幾何、形狀、重量、表面質(zhì)量和溫度，這些因素都需要考慮好。對(duì)于可重構(gòu)系統(tǒng)，他們以形狀和大小為標(biāo)準(zhǔn)又把這個(gè)變量分成了其他家族。對(duì)于“任務(wù)”這個(gè)變量，除了機(jī)械手的類(lèi)型、不同組成部分的數(shù)量、準(zhǔn)確性及周期需要考慮外，還有主要的操作處理如抓取、握持、移動(dòng)和放置都要考慮

32、。在合適的地方設(shè)計(jì)核實(shí)的機(jī)械手，必須考慮所有的因素，而且驗(yàn)證性的測(cè)試必須要多做。為了減少疲勞效應(yīng)，pham等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于選擇機(jī)械手的專(zhuān)家系統(tǒng)。瑞典EIET ROIUX 公司于最近創(chuàng)造一種新產(chǎn)品一一氣動(dòng)機(jī)械手。這種機(jī)械手以壓縮空氣為動(dòng)力, 小巧靈便,它裝在一個(gè)圓形豎柱上, 該圓柱又能上下移動(dòng)0 至150 </p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)氣動(dòng)機(jī)械手情況</p><p>　　我國(guó)改革開(kāi)放

33、以來(lái)，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。1986年至2003年間，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年第增率達(dá)24.2，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率10的水平。雖然市場(chǎng)和應(yīng)用發(fā)展迅速，但是我國(guó)的氣動(dòng)技術(shù)與歐美、日本等國(guó)相比，還存在著相當(dāng)大的差距。我國(guó)在氣動(dòng)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)的方面，缺乏先進(jìn)的儀器與設(shè)備，研究開(kāi)發(fā)手段落后，技術(shù)力量差，每年問(wèn)世的新產(chǎn)品數(shù)量極其有限。在許多開(kāi)發(fā)與研究領(lǐng)域還是空白，因此必須跟蹤國(guó)外氣動(dòng)技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)向，以減小差距，提高我國(guó)氣動(dòng)技術(shù)的水平。&l

34、t;/p><p><b>　　1.3發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　1.3.1重復(fù)高精度</p><p>　　精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確, 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差, 這個(gè)誤差是

35、可以預(yù)測(cè)的, 因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍, 它通過(guò)一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展, 以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。</p><p><b>　　1.3.2模塊化</b></p><p>　　有的

36、公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱(chēng)為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱(chēng)為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承, 使它具有高剛性、高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)。模塊化氣動(dòng)機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能

37、, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對(duì)提高模塊化氣動(dòng)機(jī)械手和氣動(dòng)機(jī)器人的性能起到了十分重要的支持作用。因?yàn)橹悄荛y島本來(lái)就是模塊化的設(shè)備, 特別是緊湊型CP 閥島, 它對(duì)分散上的集中控制起了十分重要的作用, 特別對(duì)機(jī)械手中的移動(dòng)模塊。</p><p><b>　　1.3.3無(wú)給油化</b></p><p>　　為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥

38、、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無(wú)污染要求, 不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問(wèn)世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步, 新型材料(如燒結(jié)金屬石墨材料) 的出現(xiàn), 構(gòu)造特殊、用自潤(rùn)滑材料制造的無(wú)潤(rùn)滑元件, 不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境, 而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)。</p><p>　　1.3.4 機(jī)電氣一體化</p><p>　　由“可編程序控制器-傳感器-氣動(dòng)元件”組成的典型的控制

39、系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件, 使氣動(dòng)技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制” 進(jìn)入到高精度的“ 反饋控制”; 省配線(xiàn)的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線(xiàn)、配管和元件, 而且拆裝簡(jiǎn)單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　而今, 電磁閥的線(xiàn)圈功率越來(lái)越小, 而PLC 的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線(xiàn)圈變得越來(lái)越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來(lái)越離不開(kāi)PLC, 而閥島技術(shù)的發(fā)展, 又使

40、PLC 在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手。</p><p>　　1.4 機(jī)械手夾持部件結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.4.1 外夾持型機(jī)械手</p><p>　　圖1-2為一種較簡(jiǎn)單平行開(kāi)閉手爪的結(jié)構(gòu)。氣缸的活塞有壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，通過(guò)活塞桿7上的支點(diǎn)軸2帶動(dòng)撥叉3轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)傳動(dòng)軸4使手爪1沿導(dǎo)向槽做平行移動(dòng)，圖中為雙作用氣缸，也可為單作用氣缸返回運(yùn)動(dòng)靠彈

41、簧完成。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是重量輕，體積小，最小型重量為75g，最大型為300g，因此，可以與小型機(jī)械手配套使用。</p><p>　　1.4.2 內(nèi)夾持型機(jī)械手</p><p>　　前面介紹的是外加持機(jī)械手，下面介紹一種內(nèi)加持的機(jī)械手。圖1-3所示的基于鉸桿-杠桿串聯(lián)增力機(jī)構(gòu)的內(nèi)夾持氣動(dòng)機(jī)械手, 主要由氣壓缸、鉸桿1 和1c、杠桿2和2c組成。當(dāng)壓縮空氣的方向控制閥處于圖1所示左位工作狀態(tài)時(shí),

42、 氣壓缸的左腔即無(wú)桿腔進(jìn)入壓縮空氣, 推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng), 導(dǎo)致鉸桿1和1c的壓力角A變小, 通過(guò)角度效應(yīng)第一次把輸入力放大, 然后傳遞到恒增力杠桿機(jī)構(gòu)2和2c上, 再一次將輸入力進(jìn)行放大, 變?yōu)閵A持工件的作用力F。當(dāng)方向控制閥處于右位工作狀態(tài)時(shí), 氣壓缸的右腔即有桿腔進(jìn)入壓空氣, 推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng), 夾持機(jī)構(gòu)松開(kāi)工件。</p><p>　　1.5國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)舉例</p><p>

43、;　　1.5.1與模具切割相結(jié)合</p><p>　　第一個(gè)是鄭州輕工業(yè)學(xué)院和紡織工學(xué)院的老師設(shè)計(jì)的機(jī)械手，如圖1-4所示，它是與磨具切割想配合的一種設(shè)計(jì)。如圖所示，機(jī)械手由手部——手指（3）和夾緊氣缸（1）、手腕——拉伸臂（2）和拉伸氣缸（4）、手臂——?jiǎng)冸x臂（5）和剝離氣缸（6）以及底座（D）組成。機(jī)械手的手部采用單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)式活動(dòng)手指配合以固定手指，在夾緊氣缸（1）的作用下夾持模組橡膠襯圈上的“凸耳”。為使手

44、指在夾持襯圈的過(guò)程中不出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象，特在手指端部加工有鋸齒型斜槽，拉伸臂（2）和剝離臂（5）在后部鉸支的拉伸氣缸（4）和剝離氣缸（6）的作用下，分別繞支點(diǎn)（B）和支點(diǎn)（C）擺動(dòng)，同時(shí)在切割裝置的配合下，完成襯圈的拉伸、切割和剝離任務(wù)。機(jī)械手通過(guò)底座（D）與自動(dòng)剝離機(jī)有機(jī)相連，與剝離機(jī)其他機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動(dòng)作[9]。</p><p>　　1.5.2 機(jī)械手虛擬樣機(jī)</p><p>　　第二種設(shè)計(jì)的新

45、型氣動(dòng)機(jī)械手的虛擬樣機(jī)如圖1-5所示,其中腰部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)由比例流量閥式擺動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn); 大臂和中臂之間的俯仰運(yùn)動(dòng)由比例流量閥驅(qū)動(dòng)單出桿雙作用直線(xiàn)汽缸實(shí)現(xiàn)。而中臂與小臂之間由可調(diào)支撐件來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)角度, 并配合調(diào)節(jié)小臂的螺紋連接件, 來(lái)控制機(jī)械手末端在笛卡爾空間坐標(biāo)系中的位置。手抓部位的夾持力通過(guò)控制直線(xiàn)氣缸來(lái)調(diào)節(jié)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的機(jī)械手虛擬樣機(jī)中, 底座與軀干以固定副相連, 軀干與大臂以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連, 大臂

46、與中臂以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連, 中臂、可調(diào)支撐和小臂以固定副相連, 小臂與手腕以固定副相連, 直線(xiàn)氣缸部位以平動(dòng)副相連, 添加約束后如圖所示。</p><p>　　1.5.3 高精度機(jī)械手</p><p>　　第三種如圖1-6所示。機(jī)械手具備有：水平缸X軸方向移動(dòng)、垂直升降缸Y軸方向運(yùn)動(dòng)、伸縮缸Z軸方向伸縮及伸擺缸繞Z軸選裝四個(gè)自由度（手指開(kāi)合不記）。由于手臂采用懸臂方式，活塞缸所承受的徑向彎曲力矩

47、較大，為解決這個(gè)問(wèn)題，我們用了具有良好導(dǎo)向性能的高精度導(dǎo)軌型無(wú)桿缸和導(dǎo)向型伸縮缸。手指采用兩只肘潔是卡爪，通過(guò)鋁合金奧通和伸擺缸連接，增強(qiáng)了伸縮氣缸的導(dǎo)向型和抗彎能力。手指采用自行設(shè)計(jì)的V型塊，也可以根據(jù)被夾工件實(shí)際形狀要求設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)。無(wú)桿缸、升降缸和伸擺缸通過(guò)硬質(zhì)鋁合金連接板連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和連接。位移傳感器和無(wú)桿缸相連，檢測(cè)X軸方向位移。 </p><p>　　第2章 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)&

48、lt;/p><p>　　對(duì)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的抓取系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)和連接系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括抓取部件、翻轉(zhuǎn)部件及連接部件和氣動(dòng)執(zhí)行部件。根據(jù)氣動(dòng)執(zhí)行部件來(lái)驅(qū)動(dòng)抓取部件中的齒條運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪、齒條一起運(yùn)動(dòng)，最終造成兩個(gè)齒條的相互運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)外部的抓取功能。然后通過(guò)連接部件實(shí)現(xiàn)兩根軸在同一條線(xiàn)上的不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)翻轉(zhuǎn)部件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)抓取物件同時(shí)翻轉(zhuǎn)的功能。</p><p>　　2.1 抓取系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)&l

49、t;/p><p>　　如圖所示，本次設(shè)計(jì)所夾取物件形狀為圓柱型，即罐裝瓶子之類(lèi)的。原理分析如下:齒條1與夾緊臂1用螺釘連接，齒輪2與夾緊臂2也是如此；齒條1與齒條2通過(guò)齒輪連接；當(dāng)推動(dòng)軸由于氣動(dòng)裝置往左推進(jìn)時(shí)，這時(shí)夾緊臂1，軸帶動(dòng)齒條1往左動(dòng)，從而帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最終帶動(dòng)齒條2向右移動(dòng),在外部實(shí)現(xiàn)了夾緊被抓物件的要求。在實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能后，推動(dòng)軸由于氣動(dòng)裝置往右退回時(shí)，夾緊裝置的兩個(gè)葉片就會(huì)放開(kāi)，從而松開(kāi)被夾物件。<

50、/p><p>　　2.2 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 錐齒輪電機(jī)翻轉(zhuǎn)</p><p>　　原理說(shuō)明：通過(guò)電機(jī)推動(dòng)底下的齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)斜齒輪1也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，由圖可見(jiàn)斜齒輪2和斜齒輪3也跟著以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。由于夾緊裝置與斜齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定，則兩個(gè)夾緊裝置也會(huì)以相反方向?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)，即一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)兩次抓取和不同方向的翻轉(zhuǎn)。</p><

51、;p>　　2.2.2 鏈輪鏈條氣缸翻轉(zhuǎn)</p><p>　　圖2-3 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)2</p><p>　　原理說(shuō)明：通過(guò)底下氣缸推動(dòng)齒條1向后方向移動(dòng)（這時(shí)鏈輪1由于齒條的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)；由于夾緊裝置1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與鏈條1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定，所以?shī)A緊裝置也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)），帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)齒條2向下移動(dòng)（與齒條1方向相反），帶動(dòng)鏈條2以與鏈條1相反的方向運(yùn)動(dòng)，最終使夾緊裝置2產(chǎn)生與夾緊裝置1相反方向的轉(zhuǎn)

52、動(dòng)。這時(shí)就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)兩次抓取和不同方向的翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.2.3 翻轉(zhuǎn)方案選擇</p><p>　　由于第一種方案中的齒輪斜齒輪和斜齒條的配合在實(shí)際生產(chǎn)中比較難以加工，制作成本和要求都很大；第一種方案的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不符合本次設(shè)計(jì)氣壓驅(qū)動(dòng)的要求，而且電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)效率也不高；相比較而言，第二種方案的鏈輪鏈條設(shè)計(jì)制作成本較低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)方式為氣缸驅(qū)動(dòng)

53、，符合本次設(shè)計(jì)要求；所以經(jīng)過(guò)最后的校核和評(píng)估，本次設(shè)計(jì)采用低二種方案。</p><p>　　2.3氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維建模、裝配思路</p><p>　　2.3.1各部分零件設(shè)計(jì)</p><p>　　氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手各部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用Pro/Engineer軟件建立三維模型，進(jìn)行裝配分析，進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分別對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行建模，再裝配分析是否出現(xiàn)尺寸大小不

54、配套還有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死等問(wèn)題，如果有的話(huà)必須調(diào)整方案或數(shù)據(jù)。最后通過(guò)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)最后的裝配。裝配完后進(jìn)行投影二維圖紙并標(biāo)注，某些重要的零部件要進(jìn)行剖視處理。最后得到較好的裝配圖、二維圖紙和三維圖紙。</p><p>　　2.3.2 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真</p><p>　　通過(guò)建立的三維模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，分抓取系統(tǒng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)三個(gè)階段進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)要看能不能運(yùn)動(dòng)

55、的起來(lái)，確保氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和氣動(dòng)的功能。</p><p>　　本設(shè)計(jì)論文擬采用理論分析與三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)的方法，在前人的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維Pro/E環(huán)境完成氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)仿真，并對(duì)其進(jìn)行初步的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對(duì)</p><p>　　目前,隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的不斷發(fā)展,三維造型軟件功能不斷完善,傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)正逐漸被三維實(shí)體設(shè)計(jì)所代替。</p><p>　　

56、Pro /Engineer是美國(guó)PTC公司于1988年開(kāi)發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化的三維實(shí)體模型(3DS)設(shè)計(jì)軟件,它不僅具有CAD 的強(qiáng)大功能,同時(shí)還具有CAE 和CAM 的功能,廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、加工制造及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理等領(lǐng)域。而且能同時(shí)支持針對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行同步設(shè)計(jì),具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)、全相關(guān)性、以特征為基礎(chǔ)的參數(shù)式模型和尺寸參數(shù)化等優(yōu)點(diǎn)。采用三維CAD 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,是

57、和實(shí)物完全相同的數(shù)字產(chǎn)品,零部件之間的干涉一目了然,Pro/Engineer 軟件能計(jì)算零部件之間的干涉和體積,把錯(cuò)誤消滅在設(shè)計(jì)階段[9]。</p><p>　　運(yùn)用Pro/ E三維設(shè)計(jì)平臺(tái),通過(guò)對(duì)特征工具的操作,避免高級(jí)語(yǔ)言的復(fù)雜編程,所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手,便于研究人員通過(guò)對(duì)界面特征工具的操作,生成氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手實(shí)體模型，甚至輸出所需要的工程圖及相關(guān)分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究人員完成其設(shè)計(jì)構(gòu)思、減輕勞

58、動(dòng)強(qiáng)度、提高效率和精度、改善視覺(jué)的立體效果,并可有效地縮短研制周期,提高設(shè)計(jì)制造的成功率;也為后續(xù)的3D運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　2.3.3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果</p><p>　　氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手Pro/ E運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分:運(yùn)動(dòng)仿真是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容, 在Pro /E的Mechanism模塊中,通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器使其運(yùn)動(dòng)起來(lái),來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的

59、運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)仿真技術(shù)可以在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)后, 對(duì)各種零件進(jìn)行裝配后模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng), 從而檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求, 可以檢查機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中各種運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)軌跡校核。同時(shí), 可直接分析各運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置、運(yùn)動(dòng)量以及各運(yùn)動(dòng)副之間的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系及關(guān)鍵部件的受力情況。在Pro /E環(huán)境下進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析,不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模、也不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程,而是以實(shí)體模型為基礎(chǔ),集

60、設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析于一體,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析的參數(shù)化和全相關(guān),反映機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以PTC公司的三維建模軟件Pro/E及其中的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真功能建立氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真模型。首先在Pro/E中建立氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維CAD模型，然后完成氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的裝配，設(shè)置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的初始位置，添加驅(qū)動(dòng)和約束，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。在整個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)建立模型等前續(xù)工作進(jìn)行不斷的修改和完善，才能生成所

61、要求的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的仿真模型。</p><p>　　可行性分析:抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究是機(jī)械手方面研究的基礎(chǔ)。因此，對(duì)具有理想結(jié)構(gòu)的抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、控制理論、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意義的。因此,要進(jìn)行抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，從幾何、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)關(guān)系等不同角度對(duì)機(jī)械手進(jìn)行研究, 使機(jī)械手能比較完美的在抓取和翻轉(zhuǎn)物體。在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)論文進(jìn)行氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)

62、機(jī)械手設(shè)計(jì)與仿真，在基本原理上是可行的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，以及Pro/ E設(shè)計(jì)工具，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績(jī)，掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)。</p><p>　　指導(dǎo)老師在氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過(guò)深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。

63、</p><p>　　第3章 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手重要零部件設(shè)計(jì)校核及其裝配</p><p>　　3.1氣缸的設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　3.1.1 夾緊系統(tǒng)氣缸設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手氣缸采用煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用CTA型

64、氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為63/63。</p><p>　?。?）在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑=63mm,半徑R=31.5mm的氣缸的尺寸滿(mǎn)足使用要求即可,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng),則驅(qū)動(dòng)力：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　（2）.測(cè)定手腕質(zhì)量和重物的質(zhì)量之和為7kg,設(shè)計(jì)加速度，則慣性力</p><

65、;p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　（3）.考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù)。</p><p>　　=70×0.2=14 （3-3）</p><p>　　=70+14=84 （3-4）</p>

66、<p>　　所以標(biāo)準(zhǔn)CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。</p><p><b>　　（2）活塞桿的計(jì)算</b></p><p>　　1）按強(qiáng)度條件計(jì)算：當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)（L≤10d），可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d。</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p&

67、gt;　　式中為氣缸的推力（N）；</p><p>　　活塞桿材料的許用應(yīng)力(Pa)；</p><p>　　材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；</p><p>　　安全系數(shù)，S≥1.4。</p><p>　　按縱向彎曲極限力計(jì)算：氣缸承受軸向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力達(dá)到極限力以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝

68、方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。</p><p><b>　　當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí)</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比 時(shí)</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><

69、p>　　式中活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度（m）</p><p>　　—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑（m），</p><p><b>　　實(shí)心桿：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　空心桿： </b></p><p>&l

70、t;b>　　（3-9）</b></p><p>　　為活塞桿橫截面慣性矩，</p><p><b>　　實(shí)心桿：</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　空心桿：</b></p><p>&

71、lt;b>　　（3-11）</b></p><p>　　空心活塞桿內(nèi)徑直徑（m）；</p><p><b>　　活塞桿截面積</b></p><p><b>　　實(shí)心桿：</b></p><p><b>　　（3-12）</b></p><

72、p><b>　　空心桿：</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　為系數(shù)，</b></p><p>　　為為材料彈性模量，對(duì)鋼??；</p><p>　　為材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼??；</p><p><

73、;b>　　為系數(shù)，對(duì)鋼取</b></p><p>　　3.1.2 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)氣缸設(shè)計(jì)和校核</p><p>　?。?）尺寸設(shè)計(jì)：此部分選用單片葉片式擺動(dòng)氣馬達(dá)需設(shè)計(jì)其葉片內(nèi)直徑與葉片軸直徑計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　葉片寬度設(shè)計(jì)為b=9mm,氣缸內(nèi)

74、徑為D1=53mm, 軸徑D2=13mm, ,葉片數(shù)n=1,,</p><p><b>　　則理論驅(qū)動(dòng)力矩 ：</b></p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　=12.276</b></p><p>　?。?）尺寸校核：測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部

75、件的質(zhì)量=2kg,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑=53mm的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　=2×0.053×0.053/2</p><p><b>　　=0.03（）</b></p><p>&l

76、t;b>　　(3-17)</b></p><p>　　=0.03×(180/1)=5.4</p><p>　　考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù),</p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　=0.2×5.4=1.08</p><p

77、><b>　　總驅(qū)動(dòng)力矩</b></p><p><b>　　(3-19)</b></p><p>　　=5.4+1.08=6.48</p><p>　　故設(shè)計(jì)尺寸滿(mǎn)足使用要求。</p><p>　　3.2齒輪設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　3.2.1齒輪參數(shù)的選擇&l

78、t;/p><p>　　齒輪模數(shù)值取值為=5，主動(dòng)齒輪齒數(shù)為=6，壓力角取=20°，齒輪螺旋角為=，齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪達(dá)到的值來(lái)確定。齒輪的轉(zhuǎn)速為，齒輪傳動(dòng)力矩25，轉(zhuǎn)向器每天工作8小時(shí)，使用期限不低于5年．</p><p>　　主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5材料制造并經(jīng)滲碳淬火，而齒條常采用45號(hào)鋼或41Cr4制造并經(jīng)高頻淬火，表面硬度均應(yīng)在56HRC以上。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓

79、鑄。</p><p>　　3.2.2齒輪幾何尺寸確定</p><p><b>　　齒頂高：</b></p><p><b>　　(3-20)</b></p><p><b>　　齒根高：</b></p><p><b>　　(3-21)<

80、/b></p><p><b>　　齒高：</b></p><p><b>　　(3-22)</b></p><p><b>　　分度圓直徑：</b></p><p><b>　　(3-23)</b></p><p><

81、b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　(3-24)</b></p><p><b>　　齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　(3-25)</b></p><p><b>　　基圓直徑：</b></p

82、><p><b>　　(3-26)</b></p><p><b>　　法向齒厚為：</b></p><p><b>　　(3-27)</b></p><p><b>　　端面齒厚為：</b></p><p><b>　　(3

83、-28)</b></p><p>　　分度圓直徑與齒條運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系：</p><p><b>　　(3-29)</b></p><p><b>　　齒距：</b></p><p>　　由于齒輪轉(zhuǎn)速低，是一般的機(jī)械，故選擇8級(jí)精度。</p><p><b&g

84、t;　　(3-30)</b></p><p>　　齒輪中心到齒條基準(zhǔn)線(xiàn)距離：</p><p><b>　　(3-31)</b></p><p>　　3.2.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　1齒輪精度等級(jí)、材料及參數(shù)的選擇</p><p>　?。?）齒輪模數(shù)值取值為，主動(dòng)齒輪

85、齒數(shù)為，壓力角取=20°.</p><p>　?。?）主動(dòng)小齒輪選用20MnCr5或15CrNi6材料制造并經(jīng)滲碳淬火，硬度在56-62HRC之間，取值60HRC.</p><p>　　（3）齒輪螺旋角初選為=°</p><p>　　2齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(3-32)</b&

86、gt;</p><p><b>　?、旁嚾?。</b></p><p>　?、菩饼X輪的轉(zhuǎn)矩=25。</p><p><b>　?、侨↓X寬系數(shù)。</b></p><p><b>　?、三X輪齒數(shù)。</b></p><p><b>　?、蓮?fù)合齒形系數(shù)

87、=。</b></p><p><b>　　許用彎曲應(yīng)力：</b></p><p><b>　　(3-33)</b></p><p>　　為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值。</p><p><b>　　(3-34)</b></p><p>&l

88、t;b>　　試取。</b></p><p><b>　?、蕡A周速度 </b></p><p><b>　　(3-35)</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　(3-36)</b></p&g

89、t;<p><b>　?、擞?jì)算載荷系數(shù)</b></p><p>　?、?查表得使用系數(shù)=1</p><p>　　② 根據(jù)和8級(jí)精度，查表得</p><p>　?、?查表得齒向載荷分布系數(shù)</p><p>　　④ 查表得齒間載荷分布系數(shù)</p><p><b>　　(3-37

90、)</b></p><p><b>　?、?修正值計(jì)算模數(shù)</b></p><p>　　＝ (3-38)</p><p><b>　　故前取不變。</b></p><p>　　3齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核</p><p>&l

91、t;b>　　校核公式為　</b></p><p><b>　　(3-39)</b></p><p><b>　?。?）許用接觸應(yīng)力</b></p><p>　　查表得，。安全系數(shù)。</p><p><b>　　(3-40)</b></p><

92、;p>　?。?）查表得彈性系數(shù)。</p><p>　　（3）查表得區(qū)域系數(shù)。</p><p>　?。?）重合度系數(shù)　　</p><p><b>　　(3-41)</b></p><p><b>　?。?）螺旋角系數(shù)</b></p><p>　?。?

93、 (3-42)</p><p>　　由以上計(jì)算可知齒輪滿(mǎn)足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，即以上設(shè)計(jì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.3齒條的設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　3.3.1齒條的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)齒輪齒條的嚙合特點(diǎn):</p><p>　　（1）齒輪的分度圓永遠(yuǎn)與其節(jié)圓相重合,而齒條的中線(xiàn)

94、只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)才與其節(jié)圓相重合.</p><p>　?。?）齒輪與齒條的嚙合角永遠(yuǎn)等于壓力角，因此齒條模數(shù),壓力角齒條斷面形狀選取圓形，選取</p><p><b>　　齒數(shù)：</b></p><p><b>　　螺旋角：</b></p><p><b>　　端面模數(shù)：</

95、b></p><p><b>　　(3-43)</b></p><p><b>　　端面壓力角：</b></p><p><b>　　(3-44)</b></p><p><b>　　法面齒距：</b></p><p><

96、;b>　　(3-45)</b></p><p><b>　　端面齒距：</b></p><p><b>　　(3-46)</b></p><p><b>　　齒頂高系數(shù)：　　</b></p><p><b>　　(3-47)</b><

97、;/p><p><b>　　法面頂隙系數(shù)：　</b></p><p><b>　　齒頂高：　　　　　</b></p><p><b>　　(3-48)</b></p><p><b>　　齒根高：　　　　　</b></p><p>&l

98、t;b>　　(3-49)</b></p><p>　　齒高： 　 </p><p><b>　　(3-50)</b></p><p><b>　　法面齒厚：　　　　</b></p><p><b>　　(3-51)</b></p>

99、<p><b>　　端面齒厚：</b></p><p><b>　　(3-52)</b></p><p>　　3.4 固定機(jī)架上的軸設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　3.4.1求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p>　　3.4.2求作用在齒輪上的力</p><p&g

100、t;　　已知高速級(jí)小圓錐齒輪的分度圓半徑為</p><p><b>　　(3-53)</b></p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　(3-54)</b></p><p>　　圓周力、徑向力及軸向力的方向如圖3-1所示</p><

101、p>　　3.4.3 初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,取，得，輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。</p><p>　　聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）課程設(shè)計(jì)》表17-4，

102、選HL2型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為160000，半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為。</p><p>　　3.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1擬定軸上零件的裝配方案（見(jiàn)圖3-2）</p><p><b>　　圖3-2 軸內(nèi)力圖</b></p><p>　　2根據(jù)軸向定位的要求確

103、定軸的各段直徑和長(zhǎng)度</p><p>　?、艦榱藵M(mǎn)足半聯(lián)軸器的軸向定位，1-2軸段右端需制出一軸肩，故取2-3段的直徑。</p><p>　　⑵初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）課程設(shè)計(jì)》表15-7中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30306，其尺寸為，，而。這對(duì)軸承均采用軸肩進(jìn)行軸向定

104、位，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）課程設(shè)計(jì)》表15-7查得30306型軸承的定位軸肩高度，因此取。</p><p>　　⑶取安裝齒輪處的軸段6-7的直徑；為使套筒可靠地壓緊軸承，5-6段應(yīng)略短于軸承寬度，故取。</p><p>　?、容S承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑油的要求，求得端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取。</p><p&g

105、t;　?、慑F齒輪輪轂寬度為55mm，為使套筒端面可靠地壓緊齒輪取。</p><p><b>　　⑹由于，故取。</b></p><p><b>　　3軸上的周向定位</b></p><p>　　圓錐齒輪的周向定位采用平鍵連接，按由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為50mm，同時(shí)為保證齒輪與

106、軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的尺寸公差為。</p><p>　　4確定軸上圓角和倒角尺寸</p><p><b>　　取軸端倒角為。</b></p><p><b>　　5求軸上的載荷</b></p><p><b>

107、;　　表1 軸上的載荷</b></p><p>　　6按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)及軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力</p><p><b>　　(3-55)</b></p><p>　　前已選定軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表

108、15-1查得，故安全。</p><p>　　3.4.5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度</p><p>　　1判斷危險(xiǎn)截面截面5右側(cè)受應(yīng)力最大</p><p>　　2截面5右側(cè)抗彎截面系數(shù)</p><p><b>　　(3-56)</b></p><p><b>　　抗扭截面系數(shù)</b>

109、</p><p><b>　　(3-57)</b></p><p><b>　　截面5右側(cè)彎矩M為</b></p><p><b>　　(3-58)</b></p><p><b>　　截面5上的扭矩為</b></p><p>&l

110、t;b>　　(3-59)</b></p><p><b>　　截面上的彎曲應(yīng)力為</b></p><p><b>　　(3-60)</b></p><p>　　截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為</p><p><b>　　(3-61)</b></p><

111、;p>　　軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得，，。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》附表3-2查取。因， ，經(jīng)插值后查得，，又由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》附圖3-2可得軸的材料敏感系數(shù)為，故有效應(yīng)力集中系數(shù)為</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》附圖3-2的尺寸系數(shù)，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為，軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理

112、，即，則綜合系數(shù)為</p><p><b>　　又取碳鋼的特性系數(shù)</b></p><p><b>　　計(jì)算安全系數(shù)值</b></p><p><b>　　故可知安全。</b></p><p>　　3.5圓錐滾子軸承的設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　初步

113、選擇滾動(dòng)軸承，由《機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）課程設(shè)計(jì)》表15-7中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30306，其尺寸為， ，，</p><p><b>　　表2 支反力 </b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　則</b></p>&l

114、t;p><b>　　則</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　故合格。</b></p><

115、p>　　3.6鍵連接設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　3.6.1輸入軸鍵計(jì)算</p><p>　　1校核聯(lián)軸器處的鍵連接</p><p>　　該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長(zhǎng)度，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，</p><p><b>　　，故單鍵即可。</b></p><p>　　2校核圓錐齒輪處

116、的鍵連接</p><p>　　該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長(zhǎng)度，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，</p><p><b>　　，故單鍵即可。</b></p><p>　　3.6.2中間軸鍵計(jì)算</p><p>　　1校核圓錐齒輪處的鍵連接</p><p>　　該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長(zhǎng)度，則鍵聯(lián)接

117、所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，，故單鍵即可。</p><p>　　2校核圓柱齒輪處的鍵連接</p><p>　　該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長(zhǎng)度則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：，，故單鍵即可。</p><p>　　3.6.3輸出軸鍵計(jì)算</p><p>　　1校核聯(lián)軸器處的鍵連接</p><p>　　該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長(zhǎng)度，

118、則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b>　　，故單鍵即可。</b></p><p>　　2校核圓柱齒輪處的鍵連接</p><p>　　該處選用普通平鍵尺寸為，接觸長(zhǎng)度，則鍵聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b>　　(3-63)</b></p><p>&

119、lt;b>　　，故設(shè)計(jì)雙鍵。</b></p><p>　　3.7聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　在軸的計(jì)算中已選定聯(lián)軸器型號(hào)。</p><p>　　輸入軸選HL1型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為160000，半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為。</p><p>　　輸出軸選選HL3型彈性柱

120、銷(xiāo)聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為，半聯(lián)軸器的孔徑，故取，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為。</p><p>　　第4章 三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　基于以上的計(jì)算和校核，可以在三維軟件中進(jìn)行建模，現(xiàn)在把所建的重要三維模型顯示如下。氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維模型的建立是和其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行的，懸架的三維模型可以使設(shè)計(jì)的懸架各個(gè)部件的相互位置和裝配關(guān)系更加直觀，能夠直接檢驗(yàn)裝配關(guān)系是否正

121、確。</p><p>　　完成各個(gè)部件的三維模型后，再利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)零件的相互關(guān)系進(jìn)行整體裝配。圖4-1所示的是氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手整體裝配好以后的狀態(tài)模型。</p><p><b>　　4.1 整體裝配圖</b></p><p>　　如圖4-1所示，本次所設(shè)計(jì)的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手，是由兩個(gè)夾緊裝置和一個(gè)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)構(gòu)成。由于本此時(shí)機(jī)械手的部件設(shè)計(jì)，所以

122、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的固定外殼以及固定標(biāo)準(zhǔn)件都沒(méi)有畫(huà)出。由本圖可看出，本次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手已經(jīng)基本完成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的兩次不同方向翻轉(zhuǎn)的功能，符合本次設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　　圖4-1 整體裝配</b></p><p>　　4.2夾緊系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　夾緊系統(tǒng)的三維建模很好的實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初的設(shè)計(jì)目標(biāo)，即以氣缸為驅(qū)動(dòng)

123、力推動(dòng)齒輪齒條運(yùn)動(dòng)，使得外部的夾緊裝置相中間夾緊。當(dāng)夾緊裝置夾緊物件時(shí)，機(jī)械手就可以開(kāi)始進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，即翻轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖4-2 夾取系統(tǒng)</b></p><p>　　4.3氣缸推動(dòng)和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目的就是讓兩邊的夾緊裝置以相反方向進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，這里著重要提及的就是相反方向的翻轉(zhuǎn)，只有建立在

124、相反方向的基礎(chǔ)上，這套構(gòu)思和這套方案才有意義。還有，由圖4-3可知，鏈條的鏈結(jié)是通過(guò)一塊小鐵板焊接在齒條的背部的，由于氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手只實(shí)現(xiàn)來(lái)回的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以鏈條底部和齒條固定的地方也只實(shí)現(xiàn)來(lái)回的平移運(yùn)動(dòng)，它運(yùn)動(dòng)的距離不會(huì)使它進(jìn)入鏈輪的旋轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)的。</p><p>　　圖4-3 氣缸推動(dòng)和翻轉(zhuǎn)</p><p>　　4.4 氣缸推動(dòng)夾緊裝置系統(tǒng)裝配圖</p><p&g