畢業(yè)設(shè)計(jì)---plc控制氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。</p>

2、<p>　　工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。</p><

3、;p>　　而氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)來(lái)源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p>　　氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):</p>&

4、lt;p>　　(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題.</p><p>　　(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。</p>&l

5、t;p>　　(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。</p><p>　　(4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。</p><p>　　(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)

6、比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。</p><p>　　(6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。</p><p>　　本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)用氣動(dòng)機(jī)械手，機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)在X、Z 兩個(gè)坐標(biāo)方向上的移動(dòng)、繞Z軸的回轉(zhuǎn)，手部可以加緊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂品矫?，采用X-D圖法設(shè)計(jì)了控制該機(jī)械手動(dòng)作的氣動(dòng)控制系

7、統(tǒng)。這是一個(gè)開放的氣動(dòng)控制系統(tǒng)平臺(tái)。</p><p>　　該氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)部分：總體方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選型和機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　由于時(shí)間倉(cāng)促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒(méi)來(lái)得及解決的問(wèn)題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評(píng)指正并予以解決。</p><p><b>　　ABSTRACT</b>

8、;</p><p>　　In modern industry, the production process mechanization and automation has become a prominent theme. With the further development of industrial modernization, automation has become an important p

9、illar of the modern enterprise, no shop, no production lines, etc., have been everywhere. Meanwhile, modern production, there are a variety of production environments, such as high temperature, radiation, toxic gases, ha

10、rmful gases and underwater operations, and other occasions, the harsh production env</p><p>　　The robot is a compressed air pressure drive the pressure to drive the robot actuator movement. Its main features

11、 are: the media is very convenient source, the output force is small, pneumatic and prompt action, simple structure and low cost. However, because air has compressible characteristics, operating speed is unstable, the im

12、pact of large and low pressure gas source, focus generally 30 kg weight, weight Tiaojian arrested under the same hydraulic manipulator than the structure of large, So </p><p><b>　　朗讀</b></p>

13、;<p>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p>　　字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容</p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p>　　字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容</p><p><b>　　目 錄</b&

14、gt;</p><p>　　摘要…………………………………………………………………………… 1</p><p>　　ABSTRACT………………………………………………………………………</p><p>　　一 .緒論……………………………………………………………………… </p><p>　　1. 課題來(lái)源、目的及意義……………………………

15、…………………</p><p>　　2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………………</p><p>　　3. 研究?jī)?nèi)容、擬解決的問(wèn)題及設(shè)計(jì)要求………………………………</p><p>　　二 .總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………</p><p>　　1. 功能分解及結(jié)構(gòu)示意圖……………………………………

16、………… </p><p>　　2. 氣動(dòng)執(zhí)行元件簡(jiǎn)介…………………………………………………… </p><p>　　3. 氣缸類型的選擇及總體方案的確定………………………………… </p><p>　　三 .設(shè)計(jì)計(jì)算及元件設(shè)計(jì)選型……………………………………………… </p><p>　　1. 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì)....…………………

17、………………………… </p><p>　　2. 水平氣缸的計(jì)算及選型……………………………………………… </p><p>　　3. 垂直氣缸的計(jì)算及選型……………………………………………… </p><p>　　4. 齒輪齒條缸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………… </p><p>　　5. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及軸承的

18、壽命校核……………………… </p><p>　　四 .機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………… </p><p>　　1. 氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程 ……………………………………………</p><p>　　2. 機(jī)械手的控制要求 ………………………………………………… </p><p>　　3..氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p

19、><p>　　4. PLC的選擇和I/O口的分配 </p><p>　　5.PLC控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　五 工作總結(jié)………………………………………………………………………</p><p>　　六 致謝………………………………………………………………………………</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………

20、……………………………………………… </p><p><b>　　一 . 緒論</b></p><p>　　1. 課題來(lái)源、目的及意義</p><p>　　由于現(xiàn)在在外面實(shí)習(xí)，也去了幾家的工廠，很多工廠工作環(huán)境差，條件有限對(duì)于這種惡劣環(huán)境下工人們需要人工控制或者利用其他一些方法作為工具

21、來(lái)搬運(yùn)重物，而且都是一些機(jī)械的工作，我們完全可以利用機(jī)械手等機(jī)械來(lái)代替工人，從而高效率可靠的完成任務(wù)而且減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　鑒于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作[6]。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)，因此很適合在工

22、業(yè)領(lǐng)域特別是那些環(huán)境比較差溫度高，多震動(dòng)、噪聲大，灰塵多以及輻射等不適于人類長(zhǎng)期工作的環(huán)境中工作。這樣一來(lái)不僅提高了生產(chǎn)力，而且為生產(chǎn)力大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和難度，為生產(chǎn)提供了基本保障。 本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)機(jī)械手裝置，用以搬運(yùn)體積大，重量大，溫度高，有輻射等工業(yè)生產(chǎn)原材料或成品。 在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：</p><p>　?。?）可以高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的

23、傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　?。?）可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單

24、但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。</p><p>　　（3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于

25、有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p>　　綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.3.3機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　專用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)

26、等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。</p><p>　　早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。</p><p>　　50～6

27、0年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。</p><p>　　60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。</p><p>　　80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。</p><p&g

28、t;　　90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。</p><p>　　90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。</p><p>　　總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：</p><p>　　第一代機(jī)械手主要是靠

29、人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufactu

30、ring Cell)中重要一環(huán)</p><p>　　隨著工業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展和氣動(dòng)技術(shù)本身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。</p><p>　　80年代以來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域快速擴(kuò)展，特別是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(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)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣

31、動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動(dòng)技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；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)外都在大力開發(fā)研究。</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，而30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美

32、、日本等國(guó)家，該比例已達(dá)到6:4，甚至接近5:5。我國(guó)的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開始，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　目前在世界上日本、美國(guó)和歐盟氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)機(jī)械手方面最為領(lǐng)先。我國(guó)對(duì)氣動(dòng)技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械

33、手的研究與應(yīng)用都比較晚，但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大，我國(guó)自主研制的許多氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國(guó)家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機(jī)械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為研究高性能的氣動(dòng)機(jī)械手奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動(dòng)機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手將越來(lái)越廣泛地進(jìn)人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。</p><

34、p>　　3研究?jī)?nèi)容，擬解決的問(wèn)題及設(shè)計(jì)要求</p><p>　　(1)本課題的研究?jī)?nèi)容</p><p>　?、俅_定機(jī)械手的總體方案</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境布局以及氣動(dòng)機(jī)械手的特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)的的總體方案，分析 并解決存在的技術(shù)難題。最后根據(jù)考慮的技術(shù)方案確定機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)、功能和預(yù)期完成的動(dòng)作。</p><p>　　②設(shè)計(jì)機(jī)械

35、手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　可采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，將機(jī)械手分為若干個(gè)模塊，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)， 然后把這些模塊拼裝起來(lái)組成機(jī)械手。根據(jù)功能和尺寸要求匹配合適的氣缸，設(shè)計(jì)機(jī)械手基座、各氣缸之間連接關(guān)節(jié)等裝置。</p><p><b>　?、蹥鈩?dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　包括氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，繪出動(dòng)作程序圖，X-D線圖，

36、邏輯原理圖，氣動(dòng)回路原理圖。</p><p><b>　　(2)擬解決的問(wèn)題</b></p><p>　　解決機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)并具 </p><p>　　具體有：氣缸的計(jì)算及選型，氣動(dòng)控制，PLC程序的設(shè)計(jì)與編寫。</p><p><b>　　(3)設(shè)計(jì)要求&

37、lt;/b></p><p>　?、俟ぜ膸缀涡螤罴俺叽缛鐖D1.3：</p><p>　　圖1.3工件的幾何形狀和尺寸</p><p><b>　?、诠ぜ牟馁|(zhì)是鋼。</b></p><p>　?、鬯綒飧滓?.4m/s的速度做進(jìn)給，行程為200mm，緩沖長(zhǎng)度為20mm。</p><p>　

38、?、艽怪睔飧滓?.5mm/s的速度作上升、下降動(dòng)作，行程為300mm，緩沖長(zhǎng)度為20mm。</p><p>　?、葑ナ謯A緊、松開工件的時(shí)間都是0.5s。</p><p>　?、拮ナ峙c工件之間的摩擦系數(shù)為u=0.65。</p><p><b>　　總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.功能分解及結(jié)構(gòu)示意圖</

39、p><p>　　在總體方案里，氣動(dòng)機(jī)械手將模擬人手的部分動(dòng)作，按預(yù)先給定的程序、軌跡和工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)，完成工件的上料或卸料。這些動(dòng)作歸結(jié)起來(lái)可分解成以下幾個(gè)基本動(dòng)作：</p><p>　?。?）水平方向手臂的伸縮移動(dòng)</p><p>　　（2）垂直方向高度的上升、下降移動(dòng)</p><p>　?。?）繞某一個(gè)軸線（如Z軸）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)&l

40、t;/p><p><b>　?。?）手腕的旋轉(zhuǎn)</b></p><p>　?。?）手指的夾緊，放松</p><p>　　能實(shí)現(xiàn)以上四個(gè)基本動(dòng)作的氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1：</p><p>　　圖2.1 氣動(dòng)機(jī)械手框架圖</p><p>　　系統(tǒng)共有四個(gè)氣缸，從下到上，從左到右依次是：旋轉(zhuǎn)氣缸，該

41、氣缸是立柱的回轉(zhuǎn)缸，他實(shí)際上是個(gè)組合氣缸，是由兩個(gè)氣缸的組合中間以齒輪條杠連接兩缸的活塞，然后再主立軸的下端套上一個(gè)直齒圓柱齒輪，與氣缸齒輪條杠嚙合，把活塞的直線運(yùn)動(dòng)改變成立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)。左上的伸縮氣缸是機(jī)械手手臂的伸縮缸，用以實(shí)現(xiàn)手臂的伸長(zhǎng)與縮回。右上的升降氣缸是機(jī)械手升降缸，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升與下降。夾緊氣缸，機(jī)械手抓的夾緊與放松，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的手爪取放物件。</p><p>　　2.

42、氣動(dòng)執(zhí)行元件簡(jiǎn)介</p><p>　　氣動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。它包括氣缸和氣馬達(dá)。</p><p><b>　　(1)氣缸</b></p><p>　　氣缸的分類及典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　氣缸是將壓縮空氣的壓縮能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)并做功的執(zhí)行元件。氣缸按結(jié)構(gòu)形式分為兩大類：活塞式和膜片式。其

43、中活塞式又分為單活塞式和雙活塞式，單活塞式有有活塞桿和無(wú)活塞桿兩種。下面簡(jiǎn)單介紹幾種典型氣缸的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。</p><p><b>　?、倨胀飧?lt;/b></p><p>　　圖5為普通型單活塞桿雙作用氣缸的結(jié)構(gòu)圖。氣缸由缸筒，前后缸蓋，活塞，活塞桿，密封件和緊固件等零件組成。缸筒在前后缸蓋之間由四根拉桿和螺母將其連接鎖緊（圖中未畫出）。活塞與活塞桿相連，活塞上裝有密

44、封圈、導(dǎo)向環(huán)及磁性環(huán)。為防止漏氣和外部粉塵的侵入，前缸蓋上裝有活塞桿用防塵組合密封圈。磁性環(huán)用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使活塞接近磁性開關(guān)時(shí)發(fā)生信號(hào)，即在普通氣缸上安裝磁性開關(guān)就成為可以檢測(cè)氣缸活塞位置的開關(guān)氣缸。</p><p>　　圖2.2 普通型單活塞桿雙作用氣缸</p><p><b>　　②無(wú)活塞桿氣缸</b></p><p>　　無(wú)桿氣缸沒(méi)有普通

45、氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，無(wú)桿氣缸由缸筒，防塵和抗壓密封件，無(wú)桿活塞，左右端蓋，傳動(dòng)舌片，導(dǎo)架等組成。拉制而成鋁氣缸筒沿軸向方向開槽，為防止內(nèi)部壓縮空氣泄露和外部雜物侵入，槽被內(nèi)部抗壓密封件和外部防塵密封件密封。內(nèi)、外密封件都是塑料擠壓成形件，且互相夾持固定。無(wú)桿活塞的兩端帶有唇形密封圈?；钊麅啥朔謩e進(jìn)、排氣，活塞將在缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)通過(guò)缸筒槽的傳動(dòng)舌片被傳遞到承受負(fù)載的導(dǎo)架上。此時(shí)，傳動(dòng)舌片將防塵密封件

46、與抗壓密封件擠開，但它們?cè)诟淄驳膬啥巳匀皇腔ハ鄪A持的。因此，傳動(dòng)舌片與導(dǎo)架組件在氣缸上移動(dòng)時(shí)無(wú)壓縮空氣泄露。</p><p>　　無(wú)桿氣缸缸徑范圍為25-63mm，行程可達(dá)10mm。這種氣缸最大的有點(diǎn)是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑長(zhǎng)行程的場(chǎng)合。在自動(dòng)化系統(tǒng)、氣動(dòng)機(jī)器人中或得大量應(yīng)用。</p><p><b>　?、勰て綒飧?lt;/b></p><

47、p>　　膜片式氣缸由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等主要零件組成。它可以是單作用式，也可以是雙作用式。其膜片有盤形膜片和平膜片兩種，多數(shù)采用夾織物橡膠材料。</p><p>　　膜片式氣缸與活塞式氣缸相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、制造容易、成本低、維修方便、壽命長(zhǎng)、泄露少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但膜片的變形量有限，其行程較短。這種氣缸適用于氣動(dòng)夾具、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥及短行程的工作場(chǎng)合。</p><p>&l

48、t;b>　?、軟_擊氣缸</b></p><p>　　沖擊氣缸是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為活塞組件的動(dòng)能，利用此動(dòng)能去做功的執(zhí)行元件。沖擊氣缸有缸筒、中蓋、活塞和活塞桿等主要零件組成。中蓋與缸筒固定，它和活塞把氣缸分割成三部分，即蓄能腔、活塞腔和活塞桿腔。中蓋的中心開有噴嘴口。</p><p>　　沖擊氣缸整個(gè)工作行程可簡(jiǎn)單地分成三個(gè)階段：復(fù)位段，儲(chǔ)能段，沖擊段。</p

49、><p>　　沖擊氣缸的用途廣泛，可用于鍛造、沖壓、鉚接、下料、壓配、破碎等多種作業(yè)。</p><p><b>　?、輸[動(dòng)氣缸</b></p><p>　　擺動(dòng)氣缸是由一個(gè)雙作用葉片式馬達(dá)和一個(gè)普通雙作用氣缸組成?；钊囊粋?cè)是圓形活塞桿，另一側(cè)是方形活塞桿。方形活塞桿能在擺動(dòng)馬達(dá)的葉片軸槽里滑動(dòng)，即葉片的擺動(dòng)通過(guò)方形活塞桿來(lái)傳動(dòng)。采用這種雙活塞桿結(jié)

50、構(gòu)的擺動(dòng)氣缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能同時(shí)分別實(shí)現(xiàn)直線和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　氣缸的活塞上裝有一個(gè)永久磁環(huán)，用行程開關(guān)可對(duì)氣缸直線行程位置進(jìn)行檢測(cè)。擺動(dòng)角度有電感式傳感器檢測(cè)。擺動(dòng)角度在0°-270°之間無(wú)級(jí)可調(diào)，氣缸行程范圍為1-100mm。</p><p>　　因擺動(dòng)氣缸的可調(diào)擋塊裝置和葉片之間是分開的，所以作用在擋塊上的沖擊力可由固定擋塊或自調(diào)式緩沖器吸收。另外，葉

51、片在行程終端也由彈性緩沖墊緩沖。為了便于調(diào)節(jié)，角度標(biāo)尺安裝在背面。</p><p>　　擺動(dòng)氣缸的活塞桿有中空雙活塞桿型的，可用于真空、噴射等?；钊麠U端部有連接其它元件的內(nèi)螺紋和半圓鍵。擺動(dòng)氣缸常用作氣動(dòng)機(jī)械手的手臂，在其上連接氣動(dòng)手指。</p><p><b>　　(2)氣馬達(dá)</b></p><p><b>　　氣馬達(dá)的分類及特點(diǎn)

52、</b></p><p>　　氣馬達(dá)是利用壓縮空氣的能量實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。按結(jié)構(gòu)形式可分為：葉片式、活塞式、齒輪式等。最為常用的是葉片式氣馬達(dá)和活塞式其馬達(dá)。葉片式氣馬達(dá)制造簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，但低速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好，適宜性能要求低或中功率的機(jī)械。目前在礦山機(jī)械及風(fēng)動(dòng)工具中應(yīng)用普遍。活塞式氣馬達(dá)在低速情況下有較大的輸出功率，它的低速性能好，適宜載荷較大和要求低速轉(zhuǎn)矩大的機(jī)械，如起重機(jī)、絞車絞盤、

53、拉管機(jī)等。</p><p>　　由于使用壓縮空氣作為工作介質(zhì)，氣馬達(dá)有以下特點(diǎn)：</p><p>　?、儆羞^(guò)載保護(hù)作用。過(guò)載時(shí)，轉(zhuǎn)矩降低或停車，過(guò)載消除后立即恢復(fù)正常工作，不會(huì)產(chǎn)生故障</p><p>　?、诳梢詿o(wú)級(jí)調(diào)速?？刂七M(jìn)氣流量，就能調(diào)整馬達(dá)的功率和轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿资D(zhuǎn)到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。</p><p>　?、劬哂休^高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可直接

54、帶負(fù)載啟動(dòng)。</p><p>　?、芘c同類電動(dòng)機(jī)相比，重量只有電動(dòng)機(jī)的三分之一到十分之一，因此，其慣量小，啟動(dòng)停止快。</p><p>　?、葸m宜于惡劣環(huán)境使用，具有防火、防爆，耐潮濕、粉塵及振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?、藿Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修容易</p><p>　　⑦輸出功率相對(duì)較小，最大只有20KW左右。</p><p

55、>　?、嗪臍饬看?，效率低，噪聲大。</p><p>　　(3)氣動(dòng)機(jī)械手手指及真空吸盤</p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手抓取動(dòng)作最終是由手指來(lái)完成的。手指主要有手指氣缸和真空吸盤兩種結(jié)構(gòu)，在抓取異型、特殊工件時(shí)也有用膜片夾緊氣缸、氣囊來(lái)抓取工件的。</p><p><b>　　①手指氣缸</b></p><p>　　

56、手指氣缸俗稱抓手，是目前氣動(dòng)機(jī)械手在抓取技術(shù)中應(yīng)用最普遍的方式之一。它有平行手指HGP，擺動(dòng)手指HGW，旋轉(zhuǎn)手指HGR及三點(diǎn)手指HGD。</p><p><b>　　它的優(yōu)點(diǎn)有：</b></p><p><b>　　A.可實(shí)現(xiàn)雙向抓取</b></p><p><b>　　B.可自動(dòng)對(duì)中</b><

57、/p><p>　　C.抓手兩邊可安裝無(wú)接觸式檢測(cè)的行程開關(guān)</p><p><b>　　D.重復(fù)精度高</b></p><p><b>　　E.抓取力恒定</b></p><p>　　F.夾具形式多變，與抓手連接十分簡(jiǎn)便</p><p><b>　　抓取方式有：<

58、/b></p><p><b>　　A.外抓取</b></p><p><b>　　B.內(nèi)抓取</b></p><p><b>　　C.內(nèi)外聯(lián)合抓取</b></p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>

59、　　A.平行手指，最大抓取力：390N；合攏/打開時(shí)間：0.06-1.0s</p><p>　　B.擺動(dòng)手指，最大抓取力：530N；合攏/打開時(shí)間：0.02-1.0s</p><p>　　C.旋轉(zhuǎn)手指，最大抓取力：250N；合攏/打開時(shí)間：0.04-1.0s</p><p>　　D.三點(diǎn)手指，最大抓取力：320N；合攏/打開時(shí)間：0.01-1.0s</p>

60、;<p><b>　?、谡婵瘴P</b></p><p>　　目前，在傳輸和裝配生產(chǎn)線上，使用真空吸盤來(lái)抓取物體的例子越來(lái)越多，應(yīng)用真空技術(shù)可很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運(yùn)功能。需要說(shuō)明的是，這里提到的真空不是指由電動(dòng)機(jī)、真空泵等一系列輔助設(shè)備所組成的真空系統(tǒng)，而是指有壓縮空氣進(jìn)入真空發(fā)生器的噴嘴后，按照文丘里原理在真空發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)壓（最高可達(dá)-88KPa）。

61、因此，它是一種十分經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的真空系統(tǒng)，尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。</p><p>　　真空吸盤可以吸持平整光滑的工件表面，它的最小直徑為1mm，最大直徑為125mm（可以制作大于125mm的吸盤）。吸盤形狀一般分圓盤形和波紋形。圓盤真空吸盤一般用于吸取平整的工件，而波紋形真空吸盤吸取的工件表面允許有輕微不平、彎曲或傾斜。真空吸盤最小吸力為1.6N，最大吸力可達(dá)606N。真空吸盤由丁晴橡膠

62、、聚氨酯或硅橡膠等材料組成，其中硅橡膠真空吸盤可用于食品工業(yè)。它們工作溫度范圍分別為-20°到+80°，-20°到+60°，-40°到+200°。</p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手在抓取物體時(shí)，究竟是選抓手，還是選真空吸盤，是沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定的，一般根據(jù)具體工況而定。對(duì)于平板的抓取，通常較多使用真空吸盤，而對(duì)于長(zhǎng)方形、圓形物體，既可采用抓手又可采用真空吸盤來(lái)完

63、成。</p><p>　　抓手在抓取工件時(shí)，還應(yīng)考慮到抓手張開的角度不能影響相鄰工件。</p><p>　　3.氣缸類型的選擇及總體方案的確定</p><p>　　水平方向的伸縮移動(dòng)，B.垂直方向的上升、下降移動(dòng)</p><p>　　都可選擇普通型單活塞桿雙作用氣缸或無(wú)桿氣缸，但是考慮到無(wú)桿氣缸能夠節(jié)省安裝空間，又適合于小缸徑長(zhǎng)行程的場(chǎng)合，定

64、位精度高，于是在本方案里選用無(wú)桿氣缸。</p><p>　　C.繞某一個(gè)軸線（如Z軸）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)</p><p>　　可選擇齒輪齒條缸或擺動(dòng)氣缸，但擺動(dòng)氣缸一般是用作氣動(dòng)機(jī)械手的手臂，在其上連接氣動(dòng)手指，而本方案的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，考慮到齒輪齒條缸定位精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，于是選用齒輪齒條缸。</p><p>　　D. 手指的夾緊，放松</p>

65、<p>　　可選擇平行手指氣缸，擺動(dòng)手指氣缸，旋轉(zhuǎn)手指氣缸，三點(diǎn)手指氣缸和真空吸盤。手指的選擇，是沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定的，一般是根據(jù)具體工況條件而定。對(duì)于平板的抓取，通常較多使用真空吸盤，而對(duì)于方形、圓形的物體，通常使用手指氣缸來(lái)完成?？紤]到工件的形狀是圓柱體，宜采用手指氣缸，手指氣缸里平行手指氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能明確，兩個(gè)手指夾持圓柱形工件的兩個(gè)端面，接觸面積大，抓取穩(wěn)定，于是采用兩手指的闊形氣動(dòng)手指氣缸。</p>&l

66、t;p>　　綜合以上分析，執(zhí)行元件的初步選擇如下表1：</p><p>　　表1 執(zhí)行元件的初步選擇</p><p>　　由以上初選的執(zhí)行元件類型，組成總體的方案圖如圖2.3：</p><p>　　圖2.3 總體方案圖粗略圖</p><p>　　三 . 設(shè)計(jì)計(jì)算及元件設(shè)計(jì)選型</p><p>　　1.手部夾緊氣缸

67、的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</b></p><p>　　本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：</p><p>　　其工件重量G=10公斤，</p><p>　　手指的活動(dòng)角度，,摩擦系數(shù)為</p><p>　　(1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為:</

68、p><p>　　(2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式:</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　圖3.1 機(jī)械手爪圖</p><p><b>　　(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力:</b></p><p>　　、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件

69、的最大加速度取時(shí)，則:</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為。</p><p><b>　　、氣缸的直徑</b></p><p>　　本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工

70、作時(shí)的總阻力，其公式為:</p><p>　　式中: - 活塞桿上的推力，N</p><p>　　- 彈簧反作用力，N</p><p>　　- 氣缸工作時(shí)的總阻力，N</p><p>　　- 氣缸工作壓力，Pa</p><p>　　彈簧反作用按下式計(jì)算:</p><p><b>　　

71、Gf = </b></p><p>　　式中:- 彈簧剛度，N/m</p><p>　　- 彈簧預(yù)壓縮量，m</p><p><b>　　- 活塞行程，m</b></p><p>　　- 彈簧鋼絲直徑，m</p><p>　　- 彈簧平均直徑，.</p><p&g

72、t;<b>　　- 彈簧有效圈數(shù).</b></p><p>　　- 彈簧材料剪切模量，一般取</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:</p><p>　　由以上分析得單向作用氣缸的直徑:</p><p><b>　　代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得</b></p><p>

73、;<b>　　所以:</b></p><p><b>　　查有關(guān)手冊(cè)圓整，得</b></p><p>　　由,可得活塞桿直徑:</p><p>　　圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式</p><p><b>　　有:</b></p><p><b&g

74、t;　　其中，[]，</b></p><p><b>　　則:</b></p><p><b>　　滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>　　、缸筒壁厚的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑

75、之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:</p><p>　　式中:6- 缸筒壁厚，mm</p><p><b>　　- 氣缸內(nèi)徑，mm</b></p><p>　　- 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa</p><p>　　材料為:ZL3,[]=3MPa</p><p>　　代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:

76、</p><p><b>　　取，則缸筒外徑為:</b></p><p>　　二．水平無(wú)桿氣缸的計(jì)算及選型</p><p>　　無(wú)桿氣缸與普通氣缸的結(jié)構(gòu)與工作原理并不相同。普通氣缸有圓柱形的活塞桿，并且其動(dòng)力的輸出也是通過(guò)活塞桿與外界相連來(lái)實(shí)現(xiàn)的，于是普通氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算選型有它的一整套的流程：</p><p>　?、儆晒?/p>

77、況來(lái)確定氣缸的實(shí)際負(fù)載：</p><p>　?、谟蓺飧椎倪\(yùn)動(dòng)速度來(lái)確定氣缸負(fù)載率；</p><p>　?、塾晒剿愠鰵飧椎睦碚撦敵隽?；</p><p>　?、苡晒接?jì)算出氣缸的缸徑；</p><p>　?、莶楸戆赐扑]值取活塞桿的直徑。</p><p>　　而無(wú)桿氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算選型則是按照另一套流程：</p>

78、<p>　　①按圖8 力矩及負(fù)載示意圖計(jì)算出相應(yīng)的力矩及負(fù)載；</p><p>　　②根據(jù)計(jì)算所得出的力矩及負(fù)載查樣本《SMC氣動(dòng)元件》，選型無(wú)桿氣缸；</p><p>　　③列出無(wú)桿氣缸的基本參數(shù)，以供后面使用。</p><p>　　(1)負(fù)載計(jì)算及氣缸選型</p><p>　　水平無(wú)桿氣缸所受負(fù)載（暫不考慮連接組件的重量）&

79、lt;/p><p>　　根據(jù)，查《SMC氣動(dòng)元件》（P4.93），選型如下表2 ：</p><p>　　表2 水平無(wú)桿氣缸選型結(jié)果</p><p><b>　　(2)動(dòng)作時(shí)間計(jì)算</b></p><p><b>　　(3)耗氣量計(jì)算</b></p><p>　　該機(jī)械接觸式無(wú)桿氣

80、缸為取自SMC公司的外購(gòu)件，其具體部件圖詳見《SMC氣動(dòng)元件》（P4.96），這里不再贅述。</p><p>　　3.垂直無(wú)桿氣缸的計(jì)算及選型</p><p>　　(1)負(fù)載計(jì)算及氣缸選型</p><p>　　水平無(wú)桿氣缸的重量在選型參數(shù)里沒(méi)有提供，估算為</p><p>　　根據(jù)查《SMC氣動(dòng)元件》（P4.93）選型如下表3 ：</p

81、><p>　　表3 垂直無(wú)桿氣缸選型結(jié)果</p><p><b>　　(2)動(dòng)作時(shí)間計(jì)算</b></p><p>　　該機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸為取自SMC公司的外購(gòu)件，其具體部件圖詳見《SMC氣動(dòng)元件》（P4.96），這里不再贅述。</p><p>　　上文中多次出現(xiàn)的符號(hào)W1,W2,W3,M1,M2,M3分別是負(fù)載和力矩的表示

82、符號(hào)</p><p>　　具體所表達(dá)的意義如 圖3.3力矩及負(fù)載示意圖 所示： </p><p>　　4.齒輪齒條缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　?。?）負(fù)載分析</b></p><p>　　齒輪齒條缸的負(fù)載力W在Y-Z平面內(nèi)垂直向下，負(fù)載力矩在 </p><p>　　Y-Z 平面

83、內(nèi)順時(shí)針?lè)较蚝蚗-Z 平面逆時(shí)針?lè)较?。而齒輪齒條缸則</p><p>　　圖 3.3 力矩及負(fù)載示意圖 提供的是X-Y平面內(nèi)的驅(qū)動(dòng)力矩， 負(fù)載力矩在X-Y平

84、面內(nèi)的分量為0。齒輪齒條</p><p>　　缸只需克服摩擦力和摩擦力矩等。</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)定齒條前進(jìn)、后退的速度是0.2m/s,齒輪齒條缸的緩沖長(zhǎng)度為10mm。設(shè)定軸所傳遞的功率為P=60W=0.06kW，則</p><p>　　所以，齒輪齒條缸的軸向負(fù)載

85、力</p><p>　　又齒輪齒條缸的平均速度v=0.2m/s=200mm/s,查《氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　表2-8，選負(fù)載率</b></p><p><b>　　理論輸出力</b></p><p>　　齒輪齒條缸的氣缸缸徑</p><p>　

86、　故選取齒輪齒條缸的缸徑</p><p>　　為保證齒輪齒條的強(qiáng)度，取它們的模數(shù)</p><p><b>　　取齒輪的齒數(shù)</b></p><p><b>　　則齒輪的分度圓直徑</b></p><p>　　而左回轉(zhuǎn)或右回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角</p><p>　　所以，齒輪齒條缸的行程&

87、lt;/p><p><b>　　取齒輪的齒寬系數(shù)為</b></p><p><b>　　于是，齒輪的齒寬為</b></p><p>　　齒輪齒條缸里的齒輪的零件圖如圖3.4 .1齒輪齒條缸的齒輪</p><p>　　圖 3.4.1 齒輪齒條缸的齒輪</p><p><b&g

88、t;　?。?）密封設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在氣動(dòng)元件中所采用的密封大致分為兩類：動(dòng)密封和靜密封。類似缸筒和缸蓋等固定部分所需的密封成為靜密封，至于活塞在缸筒里作往復(fù)運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)所需的密封成為動(dòng)密封。以下分別介紹氣缸各種基本密封以及本方案的選擇。</p><p>　?、俑咨w和缸筒連接的密封</p><p>　　一般采用O形密封圈安裝在缸蓋與缸筒配合

89、的溝槽內(nèi)，構(gòu)成靜密封。有時(shí)也采用橡膠等平墊圈安裝在連接止口上，構(gòu)成平面密封。本方案里選用的O形密封圈安裝在缸蓋與缸筒配合的溝槽內(nèi)。</p><p><b>　　②活塞的密封</b></p><p>　　活塞有兩處地方需要密封：一處是活塞與缸筒間的動(dòng)密封，除了用O型密封圈和唇形圈外，也有用W形密封圈，它是把活塞與橡膠硫化成一體的一種密封結(jié)構(gòu)，W形密封是雙向密封，軸向尺寸

90、小。另一處是活塞與活塞桿連接處的靜密封，一般用O形密封圈。本方案里活塞與缸筒間的動(dòng)密封選用U形密封圈，活塞與活塞桿連接處的靜密封選用O形密封圈。</p><p><b>　?、刍钊麠U的密封</b></p><p>　　一般在缸蓋的溝槽里放置唇形密封圈和防塵圈，或防塵組合圈，保證活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封和防塵。本方案里選用的是O形密封圈和防塵組合密封圈。</p>

91、<p><b>　　④緩沖密封圈</b></p><p>　　有兩種方法：一種是采用孔用唇形密封圈安裝在緩沖柱塞上；另一種是采用氣缸緩沖專用密封圈，它是用橡膠和一個(gè)圓形鋼圈硫化成一體構(gòu)成，壓配在缸蓋上作緩沖密封。這種緩沖專用密封的性能比前者好。本方案選用的是后者。</p><p><b>　?。?）動(dòng)作時(shí)間計(jì)算</b></p&

92、gt;<p><b>　　（5）緩沖性能校核</b></p><p>　　氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到行程終端位置時(shí)，為避免活塞與缸蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞而造成機(jī)件變形、損壞及極強(qiáng)的噪聲，氣缸必須采用緩沖裝置。通常缸徑小于16mm的氣缸采用彈性緩沖墊，缸徑大于16mm的氣缸采用氣墊結(jié)構(gòu)。由于本方案里所選擇的氣缸的缸徑大于16mm，故所采用的是氣墊緩沖結(jié)構(gòu)。</p><p>　

93、　氣缸的緩沖裝置由緩沖柱塞、節(jié)流閥和緩沖腔室等構(gòu)成，如圖3.4.2所示為氣缸緩沖裝置實(shí)現(xiàn)緩沖的工作原理圖。在活塞高速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞右腔的空氣經(jīng)缸蓋柱塞孔和進(jìn)排氣口排向大氣。在氣缸活塞桿行程進(jìn)入終端前，緩沖柱塞依靠緩沖密封圈將缸蓋柱塞孔堵住。于是，封閉在活塞和缸蓋之間的環(huán)形腔室內(nèi)的空氣只能通過(guò)節(jié)流閥排向大氣。由于節(jié)流閥流通面積很小，環(huán)形腔室內(nèi)的空氣背壓升高形成氣墊作用，迫使活塞迅速減速，最后停下來(lái)。改變節(jié)流閥的開度，就可以調(diào)節(jié)緩沖速度。

94、</p><p>　　圖3.4.2 緩沖結(jié)構(gòu)</p><p>　　該齒輪齒條缸是自制件，其部件圖詳見圖紙。</p><p>　　5．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及軸承的壽命校核</p><p>　　在本方案里軸是起立柱的作用，將齒輪齒條缸產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)通過(guò)軸傳給垂直氣缸，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作，首先必須實(shí)現(xiàn)齒輪齒條缸的齒輪與軸的連接，以及軸和垂直氣缸的連接，

95、其次就是軸的支承。</p><p>　　齒輪齒條缸與軸的連接可以通過(guò)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，而借助一個(gè)法蘭，就能很好地將軸和垂直氣缸連接起來(lái)了。</p><p>　　軸的支承采用一對(duì)滑動(dòng)軸承，由于軸既承受軸向載荷，又承受徑向載荷，而角接觸球軸承正好能夠承受這種載荷，并且采用一對(duì)角接觸球軸承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)，故本方案里采用了一對(duì)角接觸球軸承，并且采取反裝的安裝形式，為了避免兩個(gè)軸承之間同心的問(wèn)題，

96、選取了兩個(gè)大小不同軸承，一個(gè)是7206C,一個(gè)是7207C。</p><p>　　軸的結(jié)構(gòu)以及軸上零件的布置如圖3.5.1 軸的結(jié)構(gòu)及軸上零件的布置</p><p>　　圖3.5.1 軸的結(jié)構(gòu)和軸上零件的布置</p><p>　　該軸的軸上零件有齒輪、軸承、套筒、法蘭。其中，齒輪是齒輪齒條缸的一部分，是與齒條相嚙合的。而齒條的速度前面已經(jīng)給定，</p>

97、<p><b>　　齒輪的分度圓直徑為</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　而在機(jī)械手回轉(zhuǎn)帶動(dòng)立柱回轉(zhuǎn)的過(guò)程中，工件、手指氣缸、水平無(wú)桿氣缸、垂直無(wú)桿氣缸的重心均沒(méi)有升高或降低，而是保持在原來(lái)的高度。所以，在此過(guò)程中，軸并沒(méi)有傳遞有效功率。但事實(shí)上，在立柱回轉(zhuǎn)的過(guò)程中還是消耗了功，比如克服摩擦做功，像滾

98、動(dòng)軸承與軸之間的摩擦及滾動(dòng)軸承自身的摩擦，還有齒輪齒條缸的緩沖過(guò)程也有功的損耗。總之，在此，為校核軸的強(qiáng)度，可設(shè)定軸上傳遞的功率P=0.4kW。</p><p>　　綜上所述，現(xiàn)設(shè)計(jì)機(jī)械手立柱軸。初始條件為：傳遞功率P=0.4kW，轉(zhuǎn)速n=42.5r/min，齒輪的齒寬B=36mm，齒數(shù)Z=30，模數(shù)m=3mm，軸端裝有法蘭。</p><p>　　以下是設(shè)計(jì)及校核過(guò)程。</p>

99、<p><b>　　（1）選擇軸的材料</b></p><p>　　選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1查得：</p><p><b>　?。?）初步計(jì)算軸徑</b></p><p><b>　　選C=110</b></p><p>

100、　　考慮到軸端法蘭需開鍵槽，將其軸徑增加5%，故取軸的最細(xì)軸端直徑為</p><p><b>　?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軸工作要求，軸上所支承的零件主要有齒輪、軸端法蘭以及滑動(dòng)軸承。參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，可確定軸的各段尺寸，又為便于裝拆方便與軸的生產(chǎn)加工，初步確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.5.2軸的結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>

101、　　圖3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　?。?）按彎扭合成校核</p><p>　　①畫出受力簡(jiǎn)圖（如圖12 軸的受力分析，彎矩圖，扭矩圖和彎扭合成圖）</p><p>　　畫出軸的受力簡(jiǎn)圖，求出支反力，對(duì)于零件作用于軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩（因軸上零件如齒輪、法蘭等均有寬度）可當(dāng)作集中力作用于軸上零件的寬度中點(diǎn)。對(duì)于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式的不同而

102、異，可查軸承樣本。</p><p><b>　　②軸受力分析</b></p><p><b>　　軸上傳遞的轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　齒輪的圓周力</b></p><p>　?、塾?jì)算作用于軸上的支反力</p><p>　?、苡?jì)算軸的彎矩，

103、并畫出彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖（如圖3.5.3軸的受力分析，彎矩圖，扭矩圖和彎扭合成圖）</p><p>　?、萦?jì)算并畫出當(dāng)量彎矩圖</p><p>　　圖3.5.3 軸的受力分析，彎矩圖，扭矩圖和彎扭合成圖</p><p><b>　?、扌：溯S的強(qiáng)度</b></p><p>　　一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需對(duì)危險(xiǎn)截面校核即

104、可，而軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知：a-a截面彎矩最大且截面尺寸也非最大，屬于危險(xiǎn)截面；b-b截面當(dāng)量彎矩較大且截面尺寸最小，也屬于危險(xiǎn)截面。</p><p>　　a-a處的當(dāng)量彎矩為</p><p>　　b-b處的當(dāng)量彎矩為</p><p><b>　　強(qiáng)度校核：查表得，</b&g

105、t;</p><p>　　所以，軸的強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　　（5）軸承的壽命校核</p><p>　　軸承壽命校核的初始條件如下：</p><p>　　由前面軸承部件承受載荷的示意圖如圖3.5.4 軸承部件受載荷示意圖。軸承的受力平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速n=42.5r/min;軸承1的軸頸直徑d=35mm，軸承2的軸頸直徑d=30mm,要求軸承

106、的使用壽命（即軸承預(yù)期壽命）為10000h。</p><p><b>　　軸承的軸向載荷為</b></p><p>　　圖3.5.4 軸承部件受載荷示意圖</p><p>　　以下是壽命校核的過(guò)程：</p><p>　　軸承1：30207，軸承2：30206</p><p>　　查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)

107、計(jì)》滾動(dòng)軸承樣本得，</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8查得，</p><p>　?、儆?jì)算派生軸向力S1,S2</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-9查得30200型軸承派生軸向力S=0.5Fr，則可求得軸承1，2的派生軸向力為：</p><p>　　②計(jì)算軸承所受的軸向載荷</p><p><b&g

108、t;　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　并由圖3.5.4分析知，軸承2被“壓緊”，軸承2被“放松”。由此可得，</p><p><b>　?、塾?jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷</b></p><p><b>　　軸承1：</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7經(jīng)插值得，</p>

109、<p><b>　　軸承2；</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7經(jīng)插值得，</p><p><b>　?、茌S承壽命計(jì)算</b></p><p><b>　　軸承1：</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7經(jīng)插值得，</p>

110、<p><b>　　軸承2：</b></p><p>　　所以，軸承1，2的壽命都滿足要求。</p><p>　　四 . 機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　1 . 氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程</p><p>　　圖4.1 氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程 </p><p>

111、　　如圖4.1 所示由夾緊，升降兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作，夾緊缸通過(guò)一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，升降缸通過(guò)一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；伸縮缸實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)缸是兩個(gè)氣缸通過(guò)齒輪齒條的嚙合，通過(guò)雙電兩位四通電磁閥控制兩氣缸同時(shí)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手真反轉(zhuǎn)。</p><p>　　所有機(jī)械手的動(dòng)作均由氣壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手臂的伸出、回縮、提升、下降等動(dòng)作的轉(zhuǎn)換時(shí)在電磁閥換向閥和限位

112、開關(guān)的控制下進(jìn)行的。</p><p>　　2 . 機(jī)械手的控制要求</p><p>　　為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾?、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。</p><p>　　手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿

113、足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推。(回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于 </p><p>　　回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。(單步運(yùn)行：供試用，即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。</p><p>　　(單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期

114、后 </p><p><b>　　停止在原點(diǎn)位置</b></p><p>　?、苓B續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。</p><p>　　該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。

115、若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。</p><p><b>　　氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安排圖</p><p>　　1：手動(dòng)截止閥 2：儲(chǔ)氣缸 3：分水濾氣器 4：減壓閥

116、 5： 油霧器 </p><p>　　6、7、8、9：節(jié)流閥加單向閥 10、11、12、13：雙電兩位三通電控閥</p><p>　　工作方式伸縮，上下，夾緊與旋轉(zhuǎn)部分：</p><p>　　電磁線圈3Y2得電，手臂伸出。伸出到3QS2處伸出停止；電磁線圈3Y1得電，手臂回縮，縮到3QS1是縮回停止；電磁線圈2Y1得電，手臂上升，直到2QS1時(shí)上升停止；電

117、磁線圈2Y2得電，手臂下降，直到2QS2時(shí)下降停止，同理線圈1Y1得電手爪夾緊，失電則放松。當(dāng)電磁線圈4Y1的電視主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到4QS1處，旋轉(zhuǎn)停止，反轉(zhuǎn)即使4Y1得電，到4QS2處時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　4 . PLC的選擇和I/O口的分配</p><p>　　機(jī)械手的工作需要24個(gè)輸入端子，輸出端子需要七個(gè)，根據(jù)控制要求即端子數(shù)選用FX2n-48MR型PLC。FX2n

118、-48MR輸入輸出皆有24個(gè)點(diǎn)，滿足控制要求而又節(jié)約成本，I/O口端子接線圖如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 I/O口端子接線圖</p><p>　　輸入輸出觸點(diǎn)分配及使用如圖標(biāo)注所示。</p><p>　　5 . PLC控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　1.PLC總體結(jié)構(gòu) </p><p>　　X7、