畢業(yè)設(shè)計----機(jī)械手設(shè)計

1、<p>　　第一章 總 論</p><p>　　1.1 機(jī)械手的概況及要求</p><p>　　1.1.1 機(jī)械手的概況</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置等構(gòu)成，它是一種能夠仿人操作、自動控制、可以重復(fù)編制程序、并能夠在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化生產(chǎn)設(shè)備。</p><p>

2、;　　機(jī)器人技術(shù)是結(jié)合了計算機(jī)、控制、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感器技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代十分活躍且應(yīng)用尤其廣泛的領(lǐng)域。它的應(yīng)用情況如何，是一個國家工業(yè)自動化水平的標(biāo)志。</p><p>　　機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器的特長的一種擬人的電子裝置，既有人對環(huán)境的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上來說它

3、是機(jī)器發(fā)展過程的必然產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性的設(shè)備，也是先進(jìn)的自動化生產(chǎn)過程中不可缺少的自動化設(shè)備。</p><p>　　機(jī)械人的應(yīng)用會帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　社會效益：</b></p><p>　　可以改善工作人員的勞動環(huán)境，使工人安全性提高，勞動強(qiáng)度降低。</p><

4、p>　　在科學(xué)研究和生產(chǎn)等眾領(lǐng)域機(jī)器人可以代替人類做人類難以完成的工作。</p><p>　　在無故障的情況下，工作時不會受到情緒的影響。</p><p><b>　　經(jīng)濟(jì)效益：</b></p><p><b>　　可以提高生產(chǎn)效率。</b></p><p><b>　　可以提高產(chǎn)品

5、質(zhì)量。</b></p><p><b>　　可以減少工作場地。</b></p><p>　　可以降低成本，包括勞動成本，節(jié)能和節(jié)省原材料。</p><p>　　可以簡化管理，降低庫存。</p><p>　　可以做到產(chǎn)品批量可大可小，品種多樣化，轉(zhuǎn)產(chǎn)周期快 </p><p>　　1.1.

6、2 對機(jī)械手的一般要求</p><p>　　機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手的主要目的，一是解決生產(chǎn)過程自動化，二是改善勞動條件，降低勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。因此要求機(jī)械手成本低，品種多樣化，零件、元件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、性能化、性能穩(wěn)定可靠。</p><p>　　一、降低機(jī)械手的成本</p><p>　　為擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍，必須降低機(jī)械手的成本。</

7、p><p><b>　　二、品種多樣化</b></p><p>　　為了適應(yīng)不同工作的需要，應(yīng)使機(jī)械手的品種多樣化，用機(jī)械手在更多的情況下代替手工勞動，進(jìn)而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，提高勞動效率，特別是那些工作比較單一、重復(fù)而且工作環(huán)境惡劣的工況下，更應(yīng)該注意設(shè)計和使用機(jī)械手。</p><p>　　三、零部件系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化</p>

8、<p>　　為了加速擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)縮短設(shè)計和制造時間，從而要求零部件的系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得部分件之間具有通用和互換性，并且這些零部件能夠快速地進(jìn)行組合成所需機(jī)器人。</p><p>　　四、要求產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠</p><p>　　機(jī)械手的一個重要指標(biāo)之一，就是其性能穩(wěn)定可靠，因而就要設(shè)計合理，制造精確，原件穩(wěn)定。</p><p>　　

9、1.2 機(jī)械手的組成及分類</p><p>　　1.2.1 機(jī)械手的組成</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置監(jiān)測裝置等組成。</p><p><b>　　1）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手完成握持工件（或工具）實現(xiàn)所需的各種運(yùn)動的機(jī)械部件，包括手部、手腕、手臂

10、和機(jī)身等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。</p><p>　　1、手部——是機(jī)械手中直接與工件或工具接觸用來完成握持工件或工具的部件。有些機(jī)械手直接將工具（如焊槍、噴槍、容器等）裝置于機(jī)械手前端，而不設(shè)置手部。由于同手部的接觸形式不同，可將其分為夾持式和吸附式手部。</p><p>　　夾持式手部由手指和傳力機(jī)構(gòu)所組成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型。回轉(zhuǎn)型手指結(jié)

11、構(gòu)簡單、制造容易，故應(yīng)用廣泛。平移型結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，應(yīng)用較少，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑的變化不會影響其軸心的位置，因此適合于夾持直徑范圍變化大的工件。</p><p>　　機(jī)器人的手指結(jié)構(gòu)取決于被抓物體的表面形狀、被抓部位和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形的和曲面的；手指有外夾式和內(nèi)撐式；指數(shù)有雙指數(shù)、多指數(shù)和雙手雙指式等。</p><p>　　2、手腕——是機(jī)械手中連接

12、手部與臂部主要用來確定手部工作時位置并擴(kuò)大臂部動作范圍的部件。一些簡易的機(jī)械手，也不設(shè)有手腕部件，將手部直接裝在手臂部件的端部。</p><p>　　3、手臂——是機(jī)械手中支承腕部和手部用來實現(xiàn)較大范圍運(yùn)動的部件。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地去抓去物體，并按其預(yù)定的要求將其運(yùn)送到所需的位置。為了使機(jī)械手能夠準(zhǔn)確地工作，手臂的三個自由度都要精確地定位。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的手臂通常

13、由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件和驅(qū)動源相互配合來實現(xiàn)手臂的各種需要的運(yùn)動。驅(qū)動部件主要油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等，驅(qū)動源主要由液壓、氣壓或電機(jī)等。</p><p>　　4、 機(jī)身——是機(jī)械手中用來支承手臂部件，并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置部件。</p><p><b>　　5、行走機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　當(dāng)工業(yè)機(jī)械手在需要完成較

14、遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時，可在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整體運(yùn)動。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌和無軌兩種。</p><p><b>　　2）、驅(qū)動系統(tǒng) </b></p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)是為了執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。通常有動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成，采用的動力源不同，其驅(qū)動系統(tǒng)的組成亦不相同。常用的驅(qū)動系統(tǒng)由液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)

15、動、電力驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動等四種形式，液壓驅(qū)動是由油缸、閥、油泵和油箱等組成；氣壓驅(qū)動系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、空壓機(jī)和儲氣罐等組成；電氣驅(qū)動系統(tǒng)是由一些電機(jī)、專用電機(jī)等組成。其中液壓和氣動應(yīng)用最多。</p><p><b>　　3）、控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，是執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求進(jìn)行工作，目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)

16、和電氣定位系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予的指令信息，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有誤時或發(fā)生故障時發(fā)出報警信號。</p><p><b>　　4）、位置監(jiān)測裝置</b></p><p>　　控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實際位置反饋給控制系

17、統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。</p><p>　　1.2.2 機(jī)械手的分類</p><p>　　1）、按驅(qū)動方式分類</p><p><b>　　1、液壓傳動機(jī)械手</b></p><p>　　液壓驅(qū)動主要通過油缸、閥、油泵和油箱等組成來實現(xiàn)傳動。它利用油

18、缸、油馬達(dá)及齒輪、齒條實現(xiàn)直線運(yùn)動；利用擺動油缸、油馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。</p><p><b>　　液壓驅(qū)動優(yōu)點：</b></p><p>　?。?） 液壓技術(shù)容易達(dá)到較高的單位面積壓力（常用油壓為25~63千克/平方厘米），較小的體積，可獲得較大的驅(qū)動力。</p><p>　?。?） 液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓

19、縮性較小，工作較平穩(wěn)、可靠，并可實現(xiàn)較高的位置精度。</p><p>　?。?） 液壓轉(zhuǎn)動中，力、速度、和方向比較容易實現(xiàn)自動控制。</p><p>　?。?） 液壓裝置采用油作介質(zhì)，具有良好的防銹和自潤滑效能，可以提高效率和使用壽命。</p><p>　?。?）可采用伺服型定位控制方式達(dá)到連續(xù)軌跡控制。</p><p>　　（6） 可把直線

20、油缸和回轉(zhuǎn)油缸直接做成手臂的一部分，結(jié)構(gòu)簡單，剛性</p><p>　?。?） 重量小、慣性小，可做到經(jīng)常快速且無沖擊的變速和換向，容易控制</p><p><b>　　且動作平穩(wěn)遲滯小。</b></p><p><b>　　液壓驅(qū)動的缺點：</b></p><p>　　（1）油液的粘度會因溫度的改

21、變而變化，影響工作性能，高溫時會引起燃燒甚至爆炸。</p><p>　?。?）液壓泄漏較難克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，價格較高。</p><p>　?。?）需要配備相應(yīng)的供油系統(tǒng)，管路系統(tǒng)復(fù)雜。</p><p>　?。?）對中型高速動作的機(jī)械手，如需實現(xiàn)聯(lián)動，則油泵、電機(jī)和油箱都較大，增加系統(tǒng)壓力，密封困難。</p><p>　　目

22、前高效專用設(shè)備和自動線大多采用液壓驅(qū)動，配合使用的機(jī)械手可直接引用機(jī)床動力源，簡化機(jī)械手結(jié)構(gòu)，液壓機(jī)械手是應(yīng)用最廣的驅(qū)動型式。</p><p><b>　　2、氣壓傳動機(jī)械手</b></p><p>　　氣壓驅(qū)動所采用的元件主要有氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等元件組成。一般采用4~6個大氣壓，個別達(dá)到8~10個大氣壓。</p><p><b&g

23、t;　　氣壓傳動的優(yōu)點</b></p><p>　?。?）不用增速機(jī)構(gòu)就能獲得較高的運(yùn)動速度，這正是簡易型機(jī)械手的一項主要性能，是其可以適應(yīng)各種快速自動搬運(yùn)的工作。</p><p>　?。?）空氣作為介質(zhì)對環(huán)境污染少，使用安全，不會引起燃燒、爆炸，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)。</p><p>　　（3）氣源獲得方便，很多工廠都設(shè)置有空氣壓縮機(jī)站集中供氣。<

24、;/p><p>　?。?）氣壓元件工作壓力較低，故要求亦較液壓元件低。機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡單，維修方便，造價低。</p><p>　?。?）可將直線氣缸和擺動氣缸做成手臂的一部分，結(jié)構(gòu)簡單，剛性好。</p><p><b>　　氣壓傳動的缺點：</b></p><p>　?。?）壓縮空氣常用壓力為4~6公斤/平方厘米，要獲得較大的

25、壓力，其結(jié)構(gòu)相對很大。</p><p>　?。?）空氣可壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到精確位置精度，技術(shù)要求較高。</p><p>　?。?）排除空氣中水分是一個很重要的問題，處理不當(dāng)，鋼類零件會生銹并導(dǎo)致機(jī)械手失靈。排出的空氣產(chǎn)生嘯叫聲，噪音大。</p><p>　?。?）采用簡易型“開—關(guān)”式控制。 </p><p>　　氣

26、動機(jī)械手若采用液壓緩沖后，能使它既保持高速的優(yōu)點，又克服脈動的缺點，使之運(yùn)動平穩(wěn)，從而擴(kuò)大適用范圍。</p><p><b>　　3、電氣傳動機(jī)械手</b></p><p>　　電氣驅(qū)動機(jī)構(gòu)都采用三相感應(yīng)電機(jī)作為動力，用大減速比減速來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動機(jī)。通用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電機(jī)、直流和交流伺服電機(jī)、變速箱等。</p><p>

27、　　電動機(jī)械手的主要特點是機(jī)械手的每個活動度都相應(yīng)配有一臺電動機(jī)以及有關(guān)變速傳動機(jī)構(gòu)。與液壓或氣壓機(jī)械手相比，驅(qū)動源和系統(tǒng)較簡單，電動機(jī)又是配套通用產(chǎn)品，規(guī)格齊全，容易得到，不需另行設(shè)計制造。在位置精度要求不高的情況下，控制亦較方便。但普通電機(jī)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動且轉(zhuǎn)速較高，一般都要配有變回轉(zhuǎn)運(yùn)動為直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)。因此，在驅(qū)動功能要求較大的情況下，整個裝置也較大。故電動機(jī)械手一般適用于提取重量不大，位置精度一般，活動度較少的機(jī)械手。若

28、采用特殊設(shè)計的專用電動機(jī)或特種電機(jī)，如功率伺服電機(jī)、功率布進(jìn)電機(jī)，直線電機(jī)等，就可以改善電動機(jī)械手的性能。</p><p><b>　　4、機(jī)械傳動機(jī)械手</b></p><p>　　實現(xiàn)這類機(jī)械手是由一臺普通電動機(jī)驅(qū)動或主機(jī)（如壓床、沖床等）的運(yùn)動部件來驅(qū)動，通過如干機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)（如連桿、凸輪、齒輪等機(jī)構(gòu)）來實現(xiàn)機(jī)械手的幾個活動度。其最大特點是結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，節(jié)

29、拍較快，不需要較復(fù)雜的液壓、氣壓與電控系統(tǒng)。投資小，上馬快，收效大。但它也有調(diào)整不便等缺點，故常用在工作對象專一，生產(chǎn)批量大，不需經(jīng)常調(diào)整的場合。</p><p><b>　　2）、按控制方式分</b></p><p>　　1、點位控制型機(jī)械手</p><p>　　點位控制型機(jī)械手的運(yùn)動軌跡是空間兩點之間連接。控制點數(shù)越多性能越佳，它基本能夠滿

30、足于各種需求，結(jié)構(gòu)簡單，絕大部分機(jī)械手是點位控制型。</p><p>　　2、連續(xù)軌跡控制型機(jī)械手</p><p>　　連續(xù)軌跡控制型機(jī)械手的運(yùn)動軌跡是空間任意連續(xù)曲線，它能在三位空間中做極其復(fù)雜的動作，工作性能完美，但控制部分比較復(fù)雜。</p><p>　　控制方式分開關(guān)式和伺服式兩種。</p><p><b>　　3）、按功能分

31、類</b></p><p>　　機(jī)械手可以分為專用和通用機(jī)械手兩種：</p><p><b>　　1、專用機(jī)械手</b></p><p>　　它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)，如自動機(jī)床、自動線的上、下料機(jī)械手和“

32、加工中心”附屬的自動換刀機(jī)械手。</p><p><b>　　2、通用機(jī)械手</b></p><p>　　它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變化生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。</p>

33、<p>　　1.3 國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展趨勢</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關(guān)注。在新的世紀(jì)，機(jī)器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。 1、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢 從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機(jī)器人

34、技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 2、工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 據(jù)UNECE/IFR預(yù)測，至2007年，全球新安裝裝機(jī)器人的數(shù)量將從2003年的81800套增至2007年的106000套，年平均增長7%。其中，日本2

35、003-2007年工業(yè)機(jī)器人的銷售將從2003年的31600增長至2007年的41000套；歐洲2003-2007年工業(yè)機(jī)器人將從2003年的27100套增長至2007年的34000套；北美2003-2007年工業(yè)機(jī)器</p><p>　　1.4車輪生產(chǎn)車間現(xiàn)狀</p><p>　　馬鋼車輪輪箍廠的車輪在輸送過程中，其環(huán)節(jié)是通過落垛機(jī)將8塊車輪落成垛后，通過天車吊走，然后再通過懸臂吊將車輪

36、一塊一塊從上自下吊上輥道輸送線輸送給加工機(jī)床，加工后的車輪再通過懸臂吊吊往翻轉(zhuǎn)輥道，在翻轉(zhuǎn)輥道上將車輪進(jìn)行逐個翻轉(zhuǎn)，再經(jīng)過堆垛后，運(yùn)往烘漆爐旁，通過懸臂吊對車輪進(jìn)行人工上下料，把車輪掛在烘漆爐輥道輸送線的鉤子上，送進(jìn)烘漆爐，從烘漆爐出來的車輪再進(jìn)過懸臂吊將其逐個堆垛。由于懸臂吊是依靠人工手動控制，費(fèi)時費(fèi)力，并且在上料過程對輥道撞擊較大，在高速發(fā)展的現(xiàn)代自動化的水平下，這種現(xiàn)狀亟待于改進(jìn)，以提高生產(chǎn)力，給公司帶來更多的生產(chǎn)效益。</

37、p><p>　　1.5課題的內(nèi)容和意義</p><p>　　1.5.1課題的內(nèi)容</p><p>　　本課題的內(nèi)容就是改進(jìn)火車輪烘漆爐上下料生產(chǎn)線，設(shè)計出一套火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手，使得能夠?qū)囕嗊M(jìn)行自動堆垛和解垛上下料，目前上下料都是通過人工去控制懸臂吊對車輪進(jìn)行上下料，不僅效率低而且還伴隨著諸多缺點，是為此決定設(shè)計火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手以實現(xiàn)車輪在輥道上進(jìn)行自動

38、上下料，從而能夠大大地提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　該機(jī)械手的動力是通過三個液壓缸來實現(xiàn)的，第一個液壓缸是頂升液壓缸起頂升作用，將車輪頂起到位或下降到規(guī)定高度；第二個液壓缸是夾緊液壓缸，來對車輪進(jìn)行自動夾??；第三個液壓缸是翻轉(zhuǎn)液壓缸起翻轉(zhuǎn)作用，對車輪進(jìn)行翻轉(zhuǎn)將其掛往火車輪烘漆輪輸送輥道的鐵鉤上或翻下。從而達(dá)到自動化生產(chǎn)。</p><p>　　1.5.2課題的意義</p>

39、<p>　　火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的設(shè)計成功，可以自動完成成垛車輪的解垛，將其翻轉(zhuǎn)掛往烘漆爐輸送輥道上，不再需要多人進(jìn)行操作，用那低效率的懸臂吊去懸掛火車輪。并可以將PLC控制運(yùn)用其中，增加可靠性，從而了降低工人的勞動強(qiáng)度和由于人為愿意導(dǎo)致的失誤率，同時增加設(shè)備的可靠性，減少對相應(yīng)輸送線的輥道的機(jī)械沖擊。目前該項目在國內(nèi)外還是一個空白，如能應(yīng)用成功將會給車輪廠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　

40、　第二章 火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手方案設(shè)計</p><p>　　對火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的基本要求是能夠快速、準(zhǔn)確地頂起、夾緊、翻轉(zhuǎn)以及夾起和放下。這就要求它們應(yīng)具有較高精度、快速反應(yīng)能力，由于火車輪具有相當(dāng)?shù)闹亓浚笏x的動力驅(qū)動裝置具有一定的承載能力；同時機(jī)械手還要具有一定的通用性，從而能夠適應(yīng)不同尺寸系列的火車輪；在設(shè)計過程中應(yīng)盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性。</p

41、><p>　　2.1 火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的組成及結(jié)構(gòu)</p><p>　　火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手主要由頂升裝置、夾緊裝置、翻轉(zhuǎn)裝置和烘漆爐輸送輥道四部分組成，它們在規(guī)定的控制命令作用下相互協(xié)調(diào)工作，來完成火車輪的頂升、夾緊、翻轉(zhuǎn)、掛上輸送輥道等一系列周期性動作。設(shè)計其整體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。</p><p>　　a

42、 b</p><p>　　圖2.1. 火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1、夾緊機(jī)械手 2、翻轉(zhuǎn)齒輪 3、翻轉(zhuǎn)軸 4、翻轉(zhuǎn)齒條 </p><p>　　5、機(jī)架 6、翻轉(zhuǎn)液壓缸 7、火車輪 8、車輪定位架 9、頂升液壓缸 </p><p>　　10、夾緊機(jī)械手回轉(zhuǎn)鉸鏈 11、

43、導(dǎo)向架 12、夾緊液壓缸 13、夾緊液壓缸鉸鏈 </p><p>　　2.1.1、火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的組成</p><p>　　火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手主要用來完成火車輪的上下料，其主要由頂升裝置、夾緊裝置、翻轉(zhuǎn)裝置和烘漆爐輸送輥道四部分組成。</p><p><b>　　1、頂升裝置 ：</b></p><p&g

44、t;　　直接與火車輪接觸，按照所需的控制命令，逐個地將火車輪頂升到位，然后停止，當(dāng)夾緊機(jī)械手1將車輪7夾走后，頂升液壓缸9動作，將下一個車輪頂?shù)轿?，依次下去。其主要由頂升液壓?組成。</p><p><b>　　頂升液壓缸9 ：</b></p><p>　　給頂升裝置提供動力源，上料時驅(qū)動車輪上升或下料時驅(qū)動下降，由于堆垛后八個火車輪疊加在一起，高度較高，為減少地面

45、上所挖坑的深度，采用雙形程雙作用液壓缸。</p><p><b>　　2、夾緊裝置：</b></p><p>　　主要對火車輪進(jìn)行抱住夾緊，以使車輪能夠安全翻轉(zhuǎn)，不至于車輪從中脫落發(fā)生意外事故。其主要有夾緊機(jī)械手1和夾緊液壓缸12組成。</p><p>　　夾緊機(jī)械手：與車輪直接相接觸，對車輪進(jìn)行夾取，其結(jié)構(gòu)如圖2.1.b所示。

46、 </p><p>　　夾緊液壓缸： 驅(qū)動夾緊機(jī)械手使夾緊機(jī)械手能夠?qū)疖囕嗊M(jìn)行夾緊和放松。</p><p><b>　　3、翻轉(zhuǎn)裝置：</b></p><p>　　當(dāng)夾緊裝置對車輪進(jìn)行夾緊和放松后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)液壓缸6的驅(qū)動下使得齒條上下運(yùn)動，從而帶動齒輪的旋轉(zhuǎn)，齒輪安裝在翻轉(zhuǎn)軸上面，以達(dá)到對火車輪進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的功能。其結(jié)構(gòu)主要

47、由翻轉(zhuǎn)液壓缸6、齒輪2、齒條4和翻轉(zhuǎn)軸3組成。</p><p>　　翻轉(zhuǎn)液壓缸6 ：給翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供翻轉(zhuǎn)動力，采用單形程液壓缸。</p><p>　　4、烘漆爐輸送輥道 ：</p><p>　　對火車輪起到輸送功能，按照控制的規(guī)定要求上料時將掛好的車輪或下料時將爐內(nèi)的車輪輸送到位。</p><p>　　2.1.2火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)&

48、lt;/p><p>　　頂升裝置中由頂升液壓缸9來完成動作，驅(qū)動成垛火車輪上升或下降；翻轉(zhuǎn)裝置中由翻轉(zhuǎn)液壓缸6來提供動力加以驅(qū)動，在齒條4和齒輪2的作用下翻轉(zhuǎn)；夾緊裝置中由夾緊液壓缸12來提供動力，夾緊機(jī)械手1在夾緊液壓缸的作用下繞夾緊機(jī)械手回轉(zhuǎn)鉸鏈10張開或縮小，導(dǎo)向架11起到導(dǎo)向定位和支撐作用。</p><p>　　1、機(jī)械手的夾緊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　

49、（1）、 夾緊機(jī)械手部分是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其與火車輪直接接觸，要能夠?qū)④囕啽ё。诜D(zhuǎn)的過程中不至于出現(xiàn)脫落，和在烘漆爐下料的時，在夾緊液壓缸的作用下火車輪在下位時能將火車輪頂起，根據(jù)本機(jī)械手的功用將其結(jié)構(gòu)設(shè)計成如圖2.1b所示結(jié)構(gòu)，該機(jī)械手設(shè)計時將手臂、手指和手腕設(shè)計為一個整體，以簡化結(jié)構(gòu)并能很好地滿足機(jī)械手的性能要求，從而能夠降低設(shè)備成本和維修費(fèi)用，提高其經(jīng)濟(jì)效益，并且在設(shè)計時將于車輪接觸的部分設(shè)計成前半部分為圓弧形，后半部分

50、設(shè)計成直線性，以使得在夾取不同型號的車輪時滿足以下功能。</p><p>　　其一、車輪的中心保持在一條直線上；</p><p>　　其二、與火車輪的圓周較好地接觸，使得在翻轉(zhuǎn)過程中安全可靠；</p><p>　　其三、下料時在夾緊液壓缸的作用下，能夠?qū)⒒疖囕唺A緊后在摩擦力和支持力的作用下能使車輪頂起，便于下料。</p><p>　　（2）、

51、夾緊裝置設(shè)計時應(yīng)注意的問題：</p><p>　?。?）、夾緊機(jī)械手應(yīng)有足夠的夾緊力；</p><p>　?。?）、夾緊機(jī)械手應(yīng)有一定的開閉范圍，其大小要滿足不同型號的車輪的尺寸需求；</p><p>　　（3）、應(yīng)保證工件在夾手內(nèi)準(zhǔn)確定位；</p><p>　?。?）、結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊簡單，重量輕，慣量要小，減少成本和維修費(fèi)用；</p&

52、gt;<p>　?。?）、根據(jù)應(yīng)用條件考慮通用性；</p><p>　?。?）、具有足夠的剛度和強(qiáng)度。</p><p>　　2.2 火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的工作原理</p><p>　　2.2.1火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的循環(huán)圖設(shè)計</p><p>　　在間歇作用型的自動機(jī)械中，產(chǎn)品在機(jī)械中周期性地承受加工，其順序給出兩相鄰產(chǎn)

53、品之間的時間間隔稱為“工作循環(huán)”。機(jī)械手的上料工作循環(huán)圖如圖2.2所示：當(dāng)一垛火車輪放好后，夾緊液壓缸開始動作，4秒鐘夾緊機(jī)械手將車輪夾緊，然后翻轉(zhuǎn)液壓缸開始動作，經(jīng)過6秒車輪由水平位置翻轉(zhuǎn)到垂直位置，夾緊液壓缸開始動作，4秒鐘后將車輪松開，此時車輪掛在輸送輥道的鐵鉤上，輸送輥道開始動作，14秒后輸送輥道的鐵鉤停止在下一個規(guī)定位置，夾緊液壓缸將車輪放下后，翻轉(zhuǎn)液壓缸開始動作，經(jīng)過4秒將機(jī)械手夾手由垂直位置翻轉(zhuǎn)到水平位置。頂升液壓缸在車輪

54、開始向上翻轉(zhuǎn)的同時開始動作，經(jīng)過14秒將下一個車輪頂升到位。輸送輥道動作的同時夾緊液壓缸、頂升液壓缸和翻轉(zhuǎn)液壓缸已進(jìn)入下一個周期的動作，周而復(fù)始下去！工作循環(huán)時間如表2.1所示，同理機(jī)械手下料循環(huán)過程與上料過程類似！</p><p>　　圖2.2 機(jī)械手的上料工作循環(huán)圖</p><p>　　1、夾緊液壓缸：夾緊、松開 2、翻轉(zhuǎn)液壓缸：上升、下降</p><p&g

55、t;　　3、頂升液壓缸：頂升 4、烘漆爐輸送輥道：輸送</p><p>　　表2.1 火車輪烘漆爐機(jī)械手上料工作時間表</p><p>　　2.2.2火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的工作原理敘述</p><p>　　機(jī)械手的工作原理的敘述在此根據(jù)所設(shè)計機(jī)械手上下料的工作循環(huán)圖2.2加以說明。</p><p><b>　

56、　上料時：</b></p><p>　　車輪廠的車輪經(jīng)堆垛輸送到位，在一垛車輪放好后，夾緊液壓缸開始動作，驅(qū)動夾緊裝置中的夾緊機(jī)械手將火車輪抱住夾緊，然后翻轉(zhuǎn)液壓缸開始動作，在翻轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動在，帶動齒條的上升，在齒條和齒輪的配合作用下使得夾緊機(jī)械手和火車輪整體能夠由水平位置翻轉(zhuǎn)到規(guī)定的角度達(dá)到垂直的位置，翻轉(zhuǎn)到位后，夾緊液壓缸動作，將火車輪放下掛在輸送輥道的鐵鉤上，接著輸送輥道開始動作，輸送到下一個

57、規(guī)定的位置。在輸送輥道輸送車輪的同時翻轉(zhuǎn)液壓缸也開始驅(qū)動，將夾緊機(jī)械手翻轉(zhuǎn)到水平位置。在夾緊液壓缸向上驅(qū)動的同時頂升液壓缸也開始動作，將下一個車輪頂升到位。然后依次周期地下去重復(fù)上面動作。</p><p><b>　　下料時：</b></p><p>　　火車輪經(jīng)輥道將從烘漆爐輸送出來的火車輪輸送到位后，夾緊液壓缸開始動作，將火車輪夾緊，由于機(jī)械手夾手后半部為直線段，

58、車輪在夾緊機(jī)械手的摩擦力和支持力的作用下，將車輪頂起后，翻轉(zhuǎn)液壓缸開始動作，通過齒輪齒條的作用將夾緊機(jī)械手由垂直位置翻轉(zhuǎn)到水平位置后，此時夾緊液壓缸開始動作，將火車輪松開，活塞桿升出到位，翻轉(zhuǎn)液壓缸開始動作，將夾緊機(jī)械手又由水平位置翻轉(zhuǎn)到垂直位置，在夾緊機(jī)械手開始向上翻轉(zhuǎn)的同時，頂升液壓缸開始動作，將車輪下降到位后停止。當(dāng)夾緊液壓缸將車輪夾緊頂起后，烘漆爐輸送輥道就開始工作，將下一個車輪輸送到規(guī)定的位置，等待機(jī)械手的下料。依次周而復(fù)始重

59、復(fù)前面周期性的動作。</p><p>　　2.3火車輪烘漆爐上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　該機(jī)械手能夠滿足多種型號的車輪上下料，具有較好的通用性，而且結(jié)構(gòu)簡單，動作效率高，能夠大大地提高車間生產(chǎn)效率，改善目前的工作環(huán)境和工作強(qiáng)度，對車輪廠的應(yīng)用具有著重要的意義。其結(jié)構(gòu)方面主要有以下特點：</p><p>　　1、 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用一對齒輪、齒條傳動，大大簡

60、化了結(jié)構(gòu)，并且工廠具有現(xiàn)有</p><p>　　設(shè)備，大大降低了設(shè)備成本</p><p>　　2、 夾緊裝置中的夾緊機(jī)械手采用二指式，并且把手腕、手臂設(shè)為一個整體，簡化了結(jié)構(gòu)。直接與車輪接觸的夾手結(jié)構(gòu)的特別設(shè)計能夠非常好的滿足夾緊后頂起的功能，并能夠保證不同型號的車輪在夾取時中心在同一條直線上</p><p>　　3、 頂升液壓缸采用雙作用雙形程液壓缸，能夠大大地減

61、少地下凹坑的深度</p><p>　　4、 采用液壓驅(qū)動，可以獲得較大的驅(qū)動力，液壓介質(zhì)的可壓縮性較小，工作較平穩(wěn)、可靠，并可實現(xiàn)較高的位置精度</p><p>　　5、 將PLC控制運(yùn)用其中，增加可靠性，從而了降低工人的勞動強(qiáng)度和由于人為愿意導(dǎo)致的失誤率，同時增加設(shè)備的可靠性，減少對相應(yīng)輸送線的輥道的機(jī)械沖擊</p><p>　　第三章 機(jī)械手力能參數(shù)計算<

62、/p><p>　　烘漆爐上下料機(jī)械手采用液壓驅(qū)動，對液壓缸的選型應(yīng)滿足特定的工作要求，不同的工況條件所選用的液壓缸應(yīng)根據(jù)其具體使用的環(huán)境而定。</p><p>　　3.1 頂升液壓缸的設(shè)計</p><p>　　頂升液壓缸在頂升裝置中提供驅(qū)動力。起到頂升或降低車輪的作用，在上料過程中將一疊車輪逐個頂升到位或在下料過程中將其逐個降低到位。由于車輪堆垛后，八個車輪疊加在一起具

63、有相當(dāng)?shù)母叨?，如果選用單級液壓缸就會占據(jù)較多的空間，對生產(chǎn)車間來說是不利的，并且會加大生產(chǎn)早期投資，故在此將其設(shè)計成多級升縮式液壓缸，同時由于車輪八個疊加在一起，重量較大，考慮到液壓缸的驅(qū)動力問題，將其設(shè)計成雙形程液壓缸?？紤]到實際工作狀況等問題，設(shè)計時采用雙作用液壓缸。故在頂升裝置中的頂升液壓缸設(shè)計成雙作用雙行程的升縮式液壓缸，其結(jié)構(gòu)原理圖如3.1所示</p><p>　　圖3.1 雙作用雙行程液壓缸</

64、p><p>　　液壓缸的設(shè)計需對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析、負(fù)載計算和在確定其工作壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)行系列設(shè)計。首先根據(jù)使用要求確定液壓缸的類型，再按負(fù)載和運(yùn)動要求確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，必要時需進(jìn)行強(qiáng)度驗算，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、活塞桿直徑d、液壓缸的行程H等。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。</p

65、><p>　　1、頂升液壓缸驅(qū)動力計算</p><p>　　單個最重火車輪的質(zhì)量</p><p>　　則： </p><p>　　活塞頂升時液壓缸的推力：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中： —單個火車輪的重量，

66、N</p><p>　　—八個火車輪的總重量， N</p><p><b>　　—液壓缸安全系數(shù)</b></p><p>　　2、液壓缸行程H計算</p><p>　　單個火車輪的厚度=205mm，液壓缸總行程H為：</p><p>　　其中： —液壓缸需升出的高度， mm</p&g

67、t;<p>　　—液壓缸未升出余量， mm</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.5-35，取：</p><p>　　3、液壓缸作用時間t：</p><p>　　按照所需的工作要求，頂出一個車輪所用的時間在14秒內(nèi)完成，即</p><p><b>　　t=14(s)</b></p>&

68、lt;p>　　4、液壓缸的輸出速度v：</p><p>　　每頂出一個車輪時，液壓缸的活塞升出一個車輪的厚度，升出的過程在一個作用時間內(nèi)完成，則：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p><b>　　5、液壓缸的直徑</b></p><p>　　圖3.2所示為所選取的伸

69、縮式液壓缸的結(jié)構(gòu)圖，它由兩級（或多級）活塞缸套裝而成，主要組成零件有缸體、活塞、套筒活塞、缸蓋等。缸體兩端有進(jìn)、出油口A和B。當(dāng)A口進(jìn)油，B口回油時，先推動一級活塞向右運(yùn)動，由于一級活塞的有效作用面積大，所以運(yùn)動速度低而推力大。一級活塞右行至終點時，二級活塞在壓力油的作用下繼續(xù)向右運(yùn)動，因其有效作用面積小，所以運(yùn)動速度快，但推力小。套筒活塞既是一級活塞，又是二級活塞的缸體，有雙重作用。若B口進(jìn)油，A口回油，則二級活塞先退回至終點，然后一

70、級活塞才退回</p><p>　　1、活塞 2、套筒 3、口形密封圈 4、缸徑 5、缸蓋</p><p>　　由于二級活塞缸產(chǎn)生的工作壓力小，故因先計算二級活塞缸的缸徑， </p><p>　?。?）、計算活塞缸直徑</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.4-3預(yù)選工作壓力為：</p>

71、<p>　　根據(jù)液壓缸作用力公式：</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　其中： —活塞桿升出的推力 ， N</p><p>　　—二級活塞缸的缸徑， mm</p><p><b>　　—液壓缸工作壓力，</b></p><p>&l

72、t;b>　　—液壓缸工作時效率</b></p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械手冊4表23.6-33將其圓整，圓整后?。?lt;/p><p>　?。?）、計算活塞缸的直徑</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手冊4表23.6-59查得二級活塞缸的外徑=95mm，</

73、p><p>　　根據(jù)速度比的要求來計算一級活塞缸的直徑,首先根據(jù)所選定的工作壓力由機(jī)械手冊4的表23.6-58選擇速度比： </p><p><b>　　=1.46;</b></p><p><b>　　根據(jù)速比公式：</b></p><p><b>　?。?-4）</b><

74、/p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械手冊4表23.6-33將其圓整，圓整后?。?lt;/p><p>　　6、計算活塞桿直徑d</p><p>　　根據(jù)速度比的要求計算來計算活塞桿的直徑d,首先根據(jù)所選定的工作壓力由機(jī)械手冊4的表23.6-58選擇速度比=1.46;</p>

75、<p>　　根據(jù)速比的變形公式：</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得： </p><p>　　根據(jù)機(jī)械手冊4表 23.6-34將其圓整，圓整后?。?lt;/p><p>　　由以上計算知頂升液壓缸的基本數(shù)據(jù)為：</p><p>　　根據(jù)T

76、G系列伸縮式套筒液壓缸的型號參數(shù)表3-1</p><p>　　選擇頂升液壓缸的型號為4TG-E180x2000，</p><p>　　型號含義如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 TG型液壓缸型號含義</p><p>　　3.2夾緊液壓缸設(shè)計</p><p>　　夾緊液壓缸選用單行程雙作用液壓缸，其原理圖如3

77、.4圖示：</p><p>　　圖3.4單形程雙作用液壓缸</p><p>　　由于升縮范圍不是太大無需選用升縮式液壓缸。夾緊液壓缸在夾緊裝置中安裝位置及結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。夾緊時活塞向內(nèi)運(yùn)動，活塞承受拉力。松開時活塞桿升出，活塞承受推力。</p><p>　　圖3.5夾緊液壓缸的安裝為位置以及結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1、液壓缸驅(qū)動力

78、計算</p><p>　　夾緊液壓缸驅(qū)動力計算時按最重的火車輪重量進(jìn)行計算，在烘漆爐下料的過程中，夾緊機(jī)械手應(yīng)在夾緊液壓缸的作用下，依靠車輪與夾緊部位的摩擦力和支持力的作用下將車輪頂起，此時的液壓缸承受的作用力最大。頂起開始時按照最大火車輪在下位時計算，頂起后車輪處于上位。如圖3.6所示。 </p><p>　　圖3.6夾緊裝置中車輪處于上下位示意圖</p>&

79、lt;p>　　對火車輪進(jìn)行受力分析，如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 火車輪受力示意圖</p><p><b>　　根據(jù)受力示意圖知：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p>

80、<p>　　其中： —單個最重火車輪的重量， Kg</p><p>　　—機(jī)械手夾手對火車輪的支持力， N</p><p>　　—火車輪與夾手間的滑動摩擦力， N</p><p>　　—滑動摩擦系數(shù)，=0.2</p><p>　　—安裝時機(jī)械手夾手導(dǎo)向桿與火車輪造型時的RIGHT面的夾角</p><p>

81、;　　由式（3-6）、（3-7）得： </p><p><b>　　（3-8）</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得: </b></p><p><b>　　此時摩擦力為：</b></p><p>　　對機(jī)械手夾手進(jìn)行受力分析如圖3.8示</p>&l

82、t;p>　　圖3.8 機(jī)械手夾手進(jìn)行受力示意圖</p><p><b>　　對O進(jìn)行力矩平衡：</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　其中： —液壓缸的作用力， N</p><p>　　—車輪的對夾手的支持力， N</p><p

83、>　　—夾緊機(jī)械手的重量 ， N </p><p>　　—摩擦力f對O點的力臂， mm</p><p>　　—液壓缸的作用力對O點的力臂， mm</p><p>　　—夾緊機(jī)械手的重量對O點的力臂（的數(shù)值是通過pro/E對其進(jìn)行質(zhì)量分析獲得）， mm</p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：</b&g

84、t;</p><p>　　則夾緊液壓缸的驅(qū)動力：</p><p>　　由于在火車輪上升的過程中夾角在變化，此時所承受的力是一個變化的力。以下對其在上升的過程中所處的不同角度進(jìn)行分析。</p><p><b>　　當(dāng)時：</b></p><p>　　由式（3-8）得： </p><p>　　代入數(shù)據(jù)

85、得: </p><p><b>　　此時摩擦力：</b></p><p>　　有式（3-7）得： </p><p>　　由式（3-9）代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：</p><p>　　則夾緊液壓缸的驅(qū)動力：</p><p><b>　　當(dāng)時：</b></p>&

86、lt;p>　　由式（3-8）得： </p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得: </b></p><p><b>　　此時摩擦力為：</b></p><p>　　有式（3-7）得 </p><p>　　由式（3-9）代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：</p><p>　　則夾緊液壓

87、缸的驅(qū)動力：</p><p>　　由以上計算分析知，在火車輪夾緊上升的過程中，液壓缸所受的夾緊力不斷變化，而且，不斷變大，故應(yīng)取車輪在上升到最上位時所受的力，也即：</p><p><b>　　2、液壓缸的行程H</b></p><p>　　火車輪在夾手中處于不同位置時，兩夾手之間的夾角大小是變化的，當(dāng)車輪處于上位和下位時液壓缸動作的兩個極特殊

88、位置。</p><p>　　當(dāng)最大徑車輪在下位時，液壓缸作用的長度：</p><p>　　當(dāng)其在最上位時，液壓缸作用的長度：</p><p><b>　　則液壓缸的行程：</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.5-35，?。?lt;/p><p>　　其中： —液壓缸夾緊升出的作用長度

89、，mm</p><p>　　—液壓缸活塞余量未升出,mm</p><p>　　—液壓缸活塞升出時，保證機(jī)械手夾手在松開后與車輪在運(yùn)動中不接觸取=30mm</p><p>　　3、液壓缸的作用時間</p><p>　　由所設(shè)定的控制要求，液壓缸在夾緊和松開的動作時間均為4s，即作用時間：</p><p>　　4、液壓缸的

90、輸出速度</p><p>　　根據(jù)液壓缸作用時的升縮長度和作用時間可知：</p><p><b>　　5、液壓缸的缸徑</b></p><p>　　由于夾緊時液壓缸活塞受力最大，松開時液壓缸運(yùn)動只受本身的摩擦力作用，受力較小，故因根據(jù)夾緊時所受的最大的力進(jìn)行計算。</p><p>　　由于夾緊液壓缸的安裝位置在兩夾緊機(jī)械

91、手之間，使得結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)較小，并根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.4-3預(yù)選定工作壓力為：</p><p>　　參照機(jī)械設(shè)計手冊4的表23.6-58選擇速比：</p><p>　　夾緊液壓缸受力作用如圖3.9所示</p><p>　　圖3.9 夾緊液壓缸受力示意圖</p><p>　　根據(jù)雙作用液壓缸的計算公式：</p><p>

92、;<b>　?。?-11）</b></p><p>　　其中： —液壓缸的驅(qū)動力，N</p><p>　　—液壓缸的直徑 ，mm</p><p>　　—活塞桿的直徑， mm</p><p>　　—液壓缸的工作壓力，</p><p><b>　　—液壓缸工作效率</b><

93、;/p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.6-33，圓整后取：</p><p>　　6、活塞桿直徑d的計算</p><p>　　根據(jù)速比的計算公式（3-4），計算活塞桿的直徑d，代入數(shù)據(jù)得: </p><p>　　根據(jù)機(jī)械手手冊4表圓整后?。?lt

94、;/p><p>　　由以上計算知頂升液壓缸的基本數(shù)據(jù)為：</p><p>　　根據(jù)液壓缸的型號參數(shù)表3-2</p><p>　　選擇夾緊液壓缸的型號為：D25WENN-63/36-80M-IA-92</p><p>　　型號說明：等速缸，尾部耳環(huán)式，裝內(nèi)置式位移傳感器，缸徑為63mm桿徑為36mm，行程為80mm，油口為公制螺紋，桿頭為ISO標(biāo)準(zhǔn)

95、螺紋，耳環(huán)為A型，鉸軸至桿端距離為92mm。</p><p>　　3.3翻轉(zhuǎn)液壓缸設(shè)計</p><p>　　翻轉(zhuǎn)液壓缸主要是用來將機(jī)械手夾手和車輪由水平位置翻轉(zhuǎn)至垂直位置或?qū)⑵溆纱怪蔽恢梅D(zhuǎn)到水平位置，其力通過齒輪齒條加以傳動。其原理跟夾緊液壓缸的原理圖3.3相類似。</p><p><b>　　1、驅(qū)動力計算</b></p>&

96、lt;p>　　圖3.10 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)受力分析</p><p>　　如圖3.10所示，對翻轉(zhuǎn)軸中心O取力矩平衡得：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　其中： —液壓缸的作用力， N</p><p>　　—單個火車輪的重量， N</p><p>　　（取最重的火

97、車輪重量=5870N）</p><p>　　—機(jī)械手夾手的重量，=384N</p><p>　　—機(jī)械手夾手導(dǎo)航架的重量=740N</p><p>　　—翻轉(zhuǎn)齒輪的分度圓半徑，mm</p><p>　　—火車輪的重心到翻轉(zhuǎn)軸的力臂，=1124mm</p><p>　　—機(jī)械手夾手的重心到翻轉(zhuǎn)軸的力臂，=821mm<

98、;/p><p>　　—導(dǎo)航架的重心到翻轉(zhuǎn)軸的力臂，=306mm</p><p>　　注：和的數(shù)值是通過PRO/E對所創(chuàng)建的元件進(jìn)行質(zhì)量分析獲得。</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　則液壓缸的驅(qū)動力為：</p><p>　　其中： 為安全系數(shù)，取</p>

99、;<p><b>　　2、液壓缸行程H</b></p><p>　　翻轉(zhuǎn)液壓缸使其翻轉(zhuǎn)的過程，即將機(jī)械手夾手由水平位置翻轉(zhuǎn)到垂直位置或?qū)⑵溆纱怪蔽恢梅D(zhuǎn)到水平位置，從而知道其整個過程齒輪轉(zhuǎn)過四分之一圓周。</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　所以液壓缸行程為：<

100、;/b></p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.5-35，?。?lt;/p><p>　　其中： —翻轉(zhuǎn)一個齒輪液壓缸升出的長度， mm</p><p>　　— 液壓缸活塞未升出的余量, mm</p><p>　　3、液壓缸的作用時間</p><p>　　由所設(shè)定的控制要求知:</p>&

101、lt;p><b>　　向上翻轉(zhuǎn)時=6s</b></p><p><b>　　向下翻轉(zhuǎn)時=4s</b></p><p>　　4、液壓缸的輸出速度</p><p>　　當(dāng)液壓缸夾緊火車輪向上翻轉(zhuǎn)時：</p><p>　　當(dāng)液壓缸向下翻轉(zhuǎn)時：</p><p>　　為能夠同時滿

102、足上下翻轉(zhuǎn)的速度要求，則取兩者最大值：</p><p>　　5、液壓缸缸徑的計算</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊4表23.4-3預(yù)選定工作壓力為：</p><p>　　由液壓缸的計算公式：</p><p>　　其中: —液壓缸的驅(qū)動力， N</p><p>　　—液壓缸的直徑， mm</p>&

103、lt;p>　　—液壓缸的工作壓力， </p><p><b>　　—液壓缸工作效率</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　查機(jī)械設(shè)計手冊4表23.6-33，將其圓整后取：</p><p>　　6、液壓缸活塞桿直徑d</p><p>

104、;　　根據(jù)所選的工作壓力參照機(jī)械設(shè)計手冊4表23.6-58速比?。?lt;/p><p>　　根據(jù)速比計算公式（3-4），代入數(shù)據(jù)得：</p><p>　　查機(jī)械設(shè)計手冊4表23.6-34,將其圓整后?。?lt;/p><p>　　由以上計算知頂升液壓缸的基本數(shù)據(jù)為：</p><p>　　根據(jù)液壓缸的型號參數(shù)表3-2，</p><p&

105、gt;　　選擇翻轉(zhuǎn)壓缸的型號為：D25JGNB-80/45-250M-I</p><p>　　型號說明：等速缸，地腳固定式，裝內(nèi)置式位移傳感器，缸徑為80mm桿徑為45mm，行程為250mm，油口為公制螺紋，桿頭為ISO標(biāo)準(zhǔn)螺紋。</p><p>　　由前面的選擇的液壓缸可知；三種液壓缸的基本參數(shù)歸納如3-3表所示：</p><p>　　3.4、齒輪、齒條的設(shè)計&l

106、t;/p><p>　　3.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>　　1）根據(jù)所設(shè)計的機(jī)構(gòu)，齒輪選用漸開線直齒圓柱齒輪</p><p>　　2）上下料機(jī)械手為一般的工作機(jī)器，速度不高，故選用七級精度（GB10095-88）</p><p>　　3）材料選擇。由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-1選擇:</p><p&

107、gt;　　齒輪：37SiMoV,調(diào)質(zhì)，硬度320~340HB</p><p>　　齒條：35SiMn，調(diào)質(zhì)，硬度280~300HB</p><p>　　二者材料硬度差為由機(jī)械設(shè)計手冊3圖14-1-23和圖14-1-52按MQ級質(zhì)量要求取值，得：</p><p><b>　　、</b></p><p><b>　

108、　、</b></p><p><b>　　4）選擇齒輪齒數(shù)</b></p><p>　　3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計課本[3]計算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>

109、　　其中： —齒輪分度圓直徑， mm</p><p><b>　　—載荷系數(shù)</b></p><p>　　—齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩， N.mm</p><p><b>　　—齒寬系數(shù)，</b></p><p>　　—齒輪齒條傳動比，所以，</p><p>　　—材料的彈性影響系數(shù)

110、，</p><p>　　—接觸疲勞許用應(yīng)力， </p><p>　　1、 確定公式（3-13）內(nèi)的各計算值</p><p>　　(1) 試選擇載荷系數(shù)=1.3，</p><p>　　(2) 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。∟.mm）</b></p><p&g

111、t;　　(3) 由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-7選取齒寬系數(shù)=0.3，</p><p>　　(4) 由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)：</p><p>　　(5) 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　　齒輪齒條工作時，在一個周期T=18s內(nèi)接觸兩次，則：</p><p><b>　　次</b></

112、p><p>　　其中： ____齒輪齒條工作時間, h(初設(shè)工作時間為50000小時,)</p><p>　　(6) 由機(jī)械設(shè)計課本[3]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：</p><p>　　(7) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機(jī)械設(shè)計課本[3]式（10-12）得：</p>

113、<p><b>　　取兩者的較小值。</b></p><p><b>　　2、數(shù)值計算</b></p><p>　　(1) 計算齒輪分度圓直徑</p><p>　　將以上各數(shù)值代入公式（3-13）得：</p><p>　　(2) 計算圓周速度v</p><p>

114、　　齒輪的圓周速度即為齒條的上升或下降的速度，也就是頂升液壓缸的輸出速度，所以：</p><p><b>　　(3) 計算齒寬</b></p><p>　　(4) 計算和齒寬與齒高之比b/h</p><p>　　模數(shù) </p><p>　　齒高 </p>

115、<p>　　齒輪寬厚比 </p><p>　　(5) 計算載荷系數(shù) </p><p>　　根據(jù)，7級精度，由機(jī)械設(shè)計課本[3]10-8查得動載荷系數(shù) ；</p><p>　　直齒輪，假設(shè)。由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-3查得：</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-2查得使用系數(shù)：</p&

116、gt;<p>　　由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-4查得7級精度、齒輪相對支承懸臂布置時;</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)帶入后得：</b></p><p>　　由,,查機(jī)械設(shè)計課本[3]圖10-13得：</p><p><b>　　故載荷系數(shù)：</b></p><p>　　(6) 按

117、實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由機(jī)械設(shè)計課本[3]式（10-10a）得：</p><p><b>　　(7) 計算模數(shù)m</b></p><p>　　3.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度計算 </p><p>　　由機(jī)械設(shè)計課本[3]式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為：</p><p><b>　　(3-14)&

118、lt;/b></p><p>　　1.確定公式中各計算數(shù)值</p><p>　　(1) 由機(jī)械設(shè)計手冊3圖14-1-52查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為：,查得齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為：.</p><p>　　(2) 由機(jī)械設(shè)計課本[3]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為：</p><p>　　(3) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p>

119、;<p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由機(jī)械設(shè)計課本[3]式（10-12）得：</p><p>　　(4) 計算載荷系數(shù)</p><p>　　(5) 查取齒形系數(shù)</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計課本[3]表10-5查得：</p><p>　　(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計課

120、本[3]表10-5查得：</p><p>　　(7) 計算齒輪齒條的并加以比較</p><p><b>　　齒條的數(shù)值較大。</b></p><p><b>　　2、設(shè)計計算</b></p><p>　　將以上的各計算數(shù)值帶到公式（3-14）得：</p><p>　　對比計算

121、結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)6.99。</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊3表將齒輪模數(shù)就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值?。?lt;/p><p><b>　　則齒輪的齒數(shù)為：</b><

122、/p><p>　　由此設(shè)計出的齒輪齒條傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。</p><p>　　3.4.4幾何尺寸計算</p><p>　　1、 計算分度圓、齒頂圓和齒底圓直徑：</p><p><b>　　2、計算中心矩</b></p><p>　　3、計