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抓料机小臂及抓爪部分设计【7张图纸】

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抓料机 小臂 部分 部份 设计
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抓料机小臂及抓爪部分设计

21页 7500字数+说明书+外文翻译+7张CAD图纸【详情如下】

传动原理图.dwg

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抓料机小臂及抓爪部分设计说明书.doc

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抓料机小臂设计

摘要1

Abstract2

前 沿2

绪 论4

第一章 抓料机总体设计5

1.1 主要技术参数见表1-16

第2章 手指设计7

2.1 设计时要注意的问题7

2.2  零件的计算8

2.3 紧力的计算:8

第3章 移动关节的设计计算10

3.1驱动方式的比较10

3.2汽缸的设计10

第4章 小臂的设计12

4.1 设计时注意的问题12

4.2 小臂结构的设计12

4.3 轴的设计计算13

4.4 轴承的选择14

4.5 轴承摩擦力矩的计算:15

4.6 驱动选择15

第5章 大臂的设计计算16

5.1 结构的设计16

5.2  轴的设计计算17

5.3轴承的选择17

5.4 轴承摩擦力矩的计算18

5.5 伺服系统的选择19

第6章 机身的设计20

鸣 谢21

参考文献21


摘要

   抓料机小臂采用两个回转关节和一个移动关节;两个回转关节控制前后左右运动,而移动关节则实现上下运动,其工作空间如工作空间图,它的纵截面为矩形的回转体,纵截面高为移动关节的行程长,两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。

关键词: 抓料机 轴承 汽缸Abstract

Selective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints , two slew joints control the moving of the front and back left and right . the move joints control the moving of up and down . the work room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints’ journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .

Key words: manipulator axletree cylinder

   抓料机是一种模仿人手部分动作,按照预先设定的程序,轨迹或其他要求,实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产,是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置,开始主要用来实现自动上下料和搬运工件,完成单机自动化和生产线自动化,随着应用范围的不段扩大,现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动,减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率。

   平面关节型机器人又称SCARA型装配机器人,是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写,意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性,在垂直方向有较大的刚性。它结构简单,动作灵活,多用于装配作业中,特别适合小规格零件的插接装配,如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。

   总体设计的任务:包括进行抓料机的运动设计,确定主要工作参数,选择驱动系统和电控系统,整体结构设计,最后绘出方案草图。


1.1 主要技术参数见表1-1


表1-1

抓料机类型平面关节型

抓取重量2.2Kg

自由度3个(2个回转1个移动)

大臂长700mm,回转运动,回转角240,步进电机驱动 单片机控制

小臂长600mm,回转运动,回转角240,步进电机驱动 单片机控制

移动关节气缸驱动 行程开关控制

手指气缸驱动 行程开关控制

第2章 手指设计

抓料机的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到抓料机的工作性能,它是抓料机的关键部件之一。

2.1 设计时要注意的问题

(1) 手指应有足够的夹紧力,为使手指牢靠的夹紧工件,除考虑夹持工件的重力外,还应考虑工件在传送过程中的动载荷。

(2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关,而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。

(3) 应能保证工件在手指内准确定位。

(4) 结构尽量紧凑重量轻,以利于腕部和臂部的结构设计。

(5) 根据应用条件考虑通用性。

内容简介:
翻译Current driveline concepts1. Engine developmentsGasoline and Diesel engines are the dominant drive units of today. Hybrid concepts and fuel cells have so far only conquered market niches or have not yet developed beyond the design stage.New injection technologies, such as pump nozzle and common rail, are now common for Diesel engines. This resulted in significant fuel savings and improved driving dynamics due to raised torque and performance.Presently, multi-point injection is the dominant method for gas engine concepts. Increasingly stringent emission laws, the requirements of the European Parliament and the voluntary commitment of the European automobile industry to reduce the average CO2 emission of newly registered passenger cars by 25% by the year 2008 compared to the year 1995, will require significant reductions in fleet consumption and emissions within the next few years. this will result in a diversification of drive concepts for gas engines .DI versions will share the market with displacementreduced, supercharged engines , electromechanical and mechanical valve-gear systems and their combinations .The future-oriented concepts of complete de-throttling of the gas engine by means of charge stratification or volumetric efficiency control and shifting of the load cycle into the efficiency-optimal range of the engine graph will decisively contribute to the technology of the gas engine in the coming decades .Downsizing and supercharging will significantly raise specific maximum engine torque levels in the next few years.2. Transmission types The Manual Transmission/MT and the Automatic Transmission/AT are the transmissions presently firmly established in the market . For some years the market has seen the appearance of the Automated Manual Transmission/AMT and the Continuously Variable Transmission/CVT, whose shares in the market are still very small.Manual transmissions are cheap , of relatively small size ,and their spur gears provide good efficiency , Consumption largely depends on the drivers shifting style and the vehicle concept.The comfort of an automatic transmission is approached through automated shifting and cluthing . More gears snd the concomitant enhanced spacing also increase comfort . High efficiency ,favorable weight and low cost are factors that ate retained.Traction interruption , associated with automated shifting and regarded as impairing comfort , will be reduced in future AMTs by an optimized gearshift process . The powershifting double-clutch transmission with two separate transmission input shafts is part of this development . Gears are preselected in the load-free section of the transmission ,gear steps ate changed under full load through controlled trolled torque transfer from the first to the second clutch.Ats have undergone a continuous development process in recent years an have become even more comfortable ,lighter and economical . New gear set comfortable , lighter and economical .New gear set concepts and more gear steps will continue this trend . Their very high level of comfort ,how ever , is associated with a complex design and a relatively high weight and limited efficiency .Comfortable shifting with the CVT is principlerelated . Acceleration ideally follows the traction hyperbola , The initial engine speed increase fllowed by comtinuos transmission ratio variation , how ever ,is new .There is a delay between the initiation of acceleration and the following response . The hydraulically produced frictional connection in the variator , which transfers the torque to the output ,suggests increased consumption . Wide spacing , however ,lowers this for vehicles with manual transmissions.3. Starting componentsToday ,there basic concepts are available for shifting and starting :. the dry clutch ;. the wet clutch ;. the torque converter;The dry clutch is known for . its very good efficiency;. its good controllability;. its drag torque free feature:. its relatively small mass moment of inertia . The very good efficiency of the normally-closed dry clutch is due to the absence of auxiliary power .Other solutions always need pressure and thus additional power in the bridged or closed condition .Wet clutch advantage are :. little mass ;. very small mass moment of inertia;. very good controllability;. high power density and great torque capacity.The wet clutch is therefore optimally suited for vehicles with small installation space and very high torque levels.Due to its function as a hydrodynamic hydraulic transmission ,the torque converter with or without slip-controlled lockup clutch and torsionalvibration damper offers . efficiency advantages in the non-bridged condition and . and a torque translated by the hydraulic transmission as well as. over load protection 目前的传动系概念1 发动机的发展汽油和柴油发动机是目前主要的驱动元件,混合驱动和燃料电池仍处于设计开发阶段尚未占领市场。新型的喷射技术,如共轨泵喷射,通常被应用于柴油发动机。它大幅度降低了油耗并由于提高了发动机的转矩和性能改善了动态传动特性。目前多点直接喷射广泛应用于汽油发动机。为了满足苛刻的排放法规,欧洲议会和欧洲汽车工业协会要求在 2008年将新注册的轿车的 CO2排放量在 1995年水平上降低 25%,这需要在近几年内明显降低车辆的能耗和排放,这导致了汽油发动机用传动系的多样化。直接喷射系统将通过减少排量,发动机增压、机电一体化或机械式阀门配气机构系统及他们的组合占领部分市场。采用分层进气或容积效率控制的汽油机多气门技术和是发动机工作在高效率区的负荷循环换挡概念将是全分离节气门汽油发动机今后几十年的两大主要技术。小型化和发动机增压技术在未来几年内将明显提高发动机最大转矩的水平。2 变速器类型手动变速器(MT)和自动变速器(AT)是目前变速器市场的主要产品,几年前市场上开始出现机械自动变速器(AMT)和无级变速器(CVT) ,但它们仅占有极小的市场份额。手动变速器便宜,体积较小、并且圆柱齿轮组的效率很高,能耗主要取决于驾驶员的换挡技术和车辆形式。自动变速器的舒适性体现在自动换挡和离合器的自动工作上,教多的挡位及相应增加的间距也改善了舒适性,效率高、重量合适和成本底是该类变速器生存的要点。换挡时存在的牵引力中断现象对舒适性有影响,将来的 AMT可通过采用优化换挡措施减少之。有两根对立变速器输入轴的双离合器动力换挡变速器是 AMT的一个发展方向,它在变速器的无负荷部分进行预换挡,通过控制第一和第二离合器上的转矩转移实现所挂挡位的加载过程。自动变速器经过这些年的不断发展,已变得更舒适、更轻和更经济。新型的齿轮组和更多的挡位将继续是其发展趋势。但是他们非常高的舒适性导致了复杂的设计相对较大的质量和有限的效率。从理论上讲,CVT 具有很高的换挡舒适性。其加速度与牵引力的双曲线非常吻合。然而新问题是发动机起始转速的增加与无级变速器速比变化有关。这里存在一个起始加速度和其响应之间的滞后,将转矩传递至输出端时液力产生的摩擦连接会增加能耗。同时较宽的距离降低了它在手动变速器的车辆上的应用。3 起动元件目前有三种不同的换挡和起动形式:干式离合器湿式离合器变矩器干式离合器具有如下特性:非常高的效率良好的控制性能转矩过载保护特性转动惯量相对较小常闭干式离合器的高效率是由于不需要辅助动力的缘故。其他结构的解决方法常常要在结合或闭合时压力因而辅助动力。湿式离合器的优点是:质量小非常小的转动惯量非常优秀的控制性能高的功率密度和大的传扭能力因此湿式离合器可很好的适用于那些安装空间小并需传递大传递大转矩的车辆。变矩器的功能可看成一流体动力的液力变速器,带或不带滑差控制锁止离合器和扭转减振器的变矩器具有如下功能:未结合时功效好转矩通过液力变速器传递过载保护- 1 -抓料机小臂设计摘要 .1Abstract .2前 沿 .2绪 论 .4第一章 抓料机总体设计 .51.1 主要技术参数见表 1-1 .6第 2 章 手指设计 .72.1 设计时要注意的问题 .72.2 零件的计算 .82.3 紧力的计算: .8第 3 章 移动关节的设计计算 .103.1 驱动方式的比较 .103.2 汽缸的设计 .10第 4 章 小臂的设计 .124.1 设计时注意的问题 .124.2 小臂结构的设计 .124.3 轴的设计计算 .134.4 轴承的选择 .144.5 轴承摩擦力矩的计算: .154.6 驱动选择 .15第 5 章 大臂的设计计算 .165.1 结构的设计 .165.2 轴的设计计算 .175.3 轴承的选择 .175.4 轴承摩擦力矩的计算 .185.5 伺服系统的选择 .19第 6 章 机身的设计 .20鸣 谢 .21参考文献 .21- 2 -摘要抓料机小臂采用两个回转关节和一个移动关节;两个回转关节控制前后左右运动,而移动关节则实现上下运动,其工作空间如工作空间图,它的纵截面为矩形的回转体,纵截面高为移动关节的行程长,两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。关键词: 抓料机 轴承 汽缸AbstractSelective Compliance Assembly Robot Arm have two slew joints and one move joints , two slew joints control the moving of the front and back left and right . the move joints control the moving of up and down . the work room as work room drawing . the vertical section is a rectangle slew . the high of the vertical section is move joints journey ,the move angle of the two slew joints decide the big and small and figure of the vertical section .Key words: manipulator axletree cylinder - 3 -前 沿受整个国民经济增长的影响,原材料工业、能源、石油、化工、汽车等各个行业都会有非常大的发展。在这些行业发展的同时直接会带动散料机械装备工业的发展。就钢铁工业而言,受建筑、汽车工业的影响,钢铁工业飞速发展,我国已经连续六年局世界第一产钢大国,同时又是第一钢铁消费大国。到2002年钢的产量已经达到1.8亿吨,并以每年300万吨的速度增长。近几年在股市上钢铁板块普遍看好,建筑业的发展和技术的提高加大了对钢铁的需求,中国建筑业在钢铁的应用数量方面和世界发达国家相比还有很大的差距,随着建筑业的不断发展这一行业对钢铁的需求会更会加大。汽车进入百姓耐用消费品市场已经开始,汽车产业的发展也拉动钢材的需求量。机械制造业、家用电器、造船业、石油天然气、集装箱等各行业的发展都会拉动中国钢铁企业的发展,使钢铁企业加大投入,并且现在已有部分民营资本进入钢铁行业。钢铁事业的发展离不开矿石和煤炭,而煤炭和矿石的运输和储存必须使用散料机械,这些设备包括皮带运输机,装船机、卸船机,抓料机等散料机械。在钢铁企业的发展过程中加大了钢的产量,也加大了对煤炭和矿石的需求,国产矿石和目前进口的矿石数量已经满足不了钢铁企业发展的要求,会有更多的矿石进口到中国,其中会有来自澳大利亚、巴西的铁矿石通过港口转运到各个钢铁企业。南部沿海的广西、广东各个口岸,华东地区、山东、渤海湾等各大港口会进口更多的来自国外的铁矿石,所以在钢铁企业的发展过程中最先发展的是沿海各个口岸的交通。在新建的矿石港口的泊位中也将以大吨位船只的泊位为主。在钢铁企业矿石需求发展港口的同时还会同时发展钢铁企业内的原料长场的建设,这里会包括在钢铁企业内部的一次料场和二次料场,同时钢铁企业也会加大对煤炭的需求,将有大量的煤炭经过北方港口装船运往南方,所以,在钢铁行业快速发展的推动下,在港口和钢铁企业,散料机械会有一个十分巨大的市场发展空间。散料机械在港口行业的高速发展已经开始并会持续一定的时间。 在电力方面,前几年部分电力部门出现了供大于求的矛盾,部分电厂限制发电或只是部分机组开机,受国民经济持续增长的影响,各行各业用电量也在不断的增长。现在在南方的部分地区出现了电力紧缺的情况,为缓解和解决电- 4 -力紧缺的矛盾,在电力方面必然会加大其投入。电厂的增加使煤炭的需求量增加,各个煤矿会加大煤炭产量,以满足电力市场对煤炭的需求,在电力方面也存在着大量的煤炭北煤南运,同钢铁行业一样,也会大幅度增加散料机械的需求量。电厂和港口都会因为电力企业的发展增加对散料机械的需求。 在沙石、水泥等建材行业也随着国民经济的发展和固定资产投入的加大而得到迅猛的发展。散料机械虽然在建材行业的应用设备形式较小,但其在全国的数量是巨大的,混匀堆取料机、刮板取料机、皮带运输机的数量同样会有一个大的发展。 绪 论国内堆取料机的设计已有近四十年年的历史,最早制造的一两台设备投入使用也有三十四年的历史。最早的抓料机设计可以追溯到 1966 年,当时参加设计和研制的单位有:北京钢铁设计院、大连工矿车辆厂、北京起重机械研究所、鞍山钢铁设计院、哈尔滨重机厂、华北电力设计院、东北电力设计院、西北电力设计院等单位。 当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备,国外当时已使用了十余年,为满足当时的社会需要开发了我国早期的抓料机。这些单位为中国抓料机事业的早期发展做出了贡献,奠定了这一行业的基础。虽然当时的产品和现代产品在质量上和控制水平上存在着很大的差别,但这些早期的产品对当时的电力企业和钢铁企业的发展起到了十分重要。八十年代,随着电力工业和钢铁工业的发展,抓料机的事业也得到了十分迅猛的发展,在电力部门的使用数量有很大的提高,并且在港口上的使用量剧增。宝钢的原料码头,秦皇岛港、连云港、北仑港、西基港、烟台港、天津港、大连港等相继一大批港口增设了散料码头用于煤炭或矿石的转运。九十年代国内抓料机的事业发展更是向数量更多,应用更广的方向发展。在钢铁企业、电力企业、各大港口几乎都可以看到抓料机的应用。在港口人们也已经把抓料机当作一种港口机械。- 5 -在抓料机的出口方面国内的产品还比较少,大多数出口的产品是和某些成套项目共同出口到其他国家。其次是和国外的某些公司联合制造,为其制造焊接件和机械加工件出口。在进口方面,最早的抓料机的进口是:1980-1981 年上海宝钢进口日本的十九台抓料机; 1981 年北仑港进口两台抓料机; 1988 年福州华能电厂,大连华能电厂等。在国内项目和国外合作制造的有:1982 年石臼港项目;1984 年 秦皇岛港二期;1986 年 秦皇岛港三期;1994 年 秦皇岛港四期;1990 年 青岛前湾港;1984 年 广州西基码头;1988 年宝钢二期项目;1995-1996 年宝钢三期项目;2000 年 宝钢马迹山港项目; 2001 年 天津港项目;黄骅港的一期和二期项目;以及上海罗径港、石洞口电厂、扬州电厂、北仑电厂、江由电厂、硌磺电厂等基本上采用了引进技术合作制造的模式生产的抓料机。进口和引进的主要国家来自日本、美国、德国、法国、奥地利、意大利等国。产品的进口和技术的引进大大缩短了国产设备和国外设备的差距,使国内本行业的产品在质量上有了很大的提高。目前国内的产品质量基本可以满足国内用户的要求,现在可设计制造抓料机的厂家达五六家。经过几十年的发展,我国的抓料机研制水平取得了较大提高,但同发达国家相比,仍存在明显差距,其控制技术仅限于基于可编程控制器(PLC)为核心的单机控制,作业水平也仅限于单机手动方式。现在国内的抓料机已经从最初的研究转向发展,向更高的产品质量和设计水平迈进。国内已经开展了抓料机自动控制方面的引进和开发工作,已能生产带有半自动微机程控系统的机型,控制水平已达到了 20 世纪 70 年代末国际水平。- 6 -第一章 抓料机总体设计抓料机是一种模仿人手部分动作,按照预先设定的程序,轨迹或其他要求,实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产,是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置,开始主要用来实现自动上下料和搬运工件,完成单机自动化和生产线自动化,随着应用范围的不段扩大,现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动,减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率。平面关节型机器人又称 SCARA 型装配机器人,是 Selective Compliance Assembly Robot Arm 的缩写,意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水平方向有柔顺性,在垂直方向有较大的刚性。它结构简单,动作灵活,多用于装配作业中,特别适合小规格零件的插接装配,如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。总体设计的任务:包括进行抓料机的运动设计,确定主要工作参数,选择驱动系统和电控系统,整体结构设计,最后绘出方案草图。1.1 主要技术参数见表 1-1表 1-1抓料机类型 平面关节型抓取重量 2.2Kg自由度 3 个(2 个回转 1 个移动)大臂 长 700mm,回转运动,回转角 240,步进电机驱动 单片机控制小臂 长 600mm,回转运动,回转角 240,步进电机驱动 单片机控制移动关节 气缸驱动 行程开关控制手指 气缸驱动 行程开关控制- 7 -1.2 结构特点如下图:第 2 章 手指设计抓料机的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到抓料机的工作性能,它是抓料机的关键部件之一。2.1 设计时要注意的问题(1) 手指应有足够的夹紧力,为使手指牢靠的夹紧工件,除考虑夹持工件的重力外,还应考虑工件在传送过程中的动载荷。(2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关,而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。(3) 应能保证工件在手指内准确定位。(4) 结构尽量紧凑重量轻,以利于腕部和臂部的结构设计。(5) 根据应用条件考虑通用性。- 8 -2.2 零件的计算 )(0428.102867)(286050314. 922 kgvgmGhrRV其中 g 取 10取 G=23(N)2.3 紧力的计算:2.3.1 Gf4f 为手指与工件的静摩擦系数,工件材料为 40 号钢,手指为钢材,查机械零件手册 表 2-5 f=0.15所以 3.815.042fN取 N=40(N)驱动力的计算 NtgP为斜面倾角, , 为传动机构的效率,这里为平摩擦o15传动,- 9 -查机械零件手册表 2-2 这里取 0.8592.085所以4.01450tgP取 p=55(N)2.3.2 活塞手抓重量的估算)(2310785214.321 NghrGr 为杆的半径,h 为长度,g 取 102.3.3 汽缸的设计因为气压工作压力较低,对气动组件的材质和精度要求较液压底,无污染,动作迅速反映快,维护简单,使用安全。而且此处作用力不大,所以选气压传动。汽缸内型选择,由于行程短,选单作用活塞汽缸,借弹簧复位。汽缸的计算气压缸内径 D 的计算按液压传动与气压传动公式 13-1 PF42D 为汽缸的内径(m),P 为工作压力(Pa), 为负载率,负载率与汽缸工作压力有关,取 ,查液压传动与气压传动表 13-2 由于0. 65.03.P汽缸垂直安装,所以取 P=0.3。 )(1.24)(06.13.041.3546 mPF按液压传动与气压传动表 13-3 圆整取 32mm.活塞杆直径 d 的计算一般 ,此选 0.23.02.Dmm4.6.按液压传动与气压传动表 13-4 圆整取 8mm- 10 -汽缸壁厚 的计算按液压传动与气压传动表 13-5 查得 4弹簧力的 F 的计算)(231NG第 3 章 移动关节的设计计算3.1 驱动方式的比较抓料机的驱动系统有液压驱动,气压驱动,电机驱动,和机械传动四种。一台抓料机可以只用一种驱动,也可以用几种方式联合驱动,各种驱动的特点见表 3-1。3.2 汽缸的设计因为气压工作压力较低,对气动组件的材质和精度要求较液压底,无污染,动作迅速反映快,维护简单,使用安全。而且此处作用力不大,所以选气压传动。汽缸内型选择:因为活塞行程较长,往复运动,所以选双作用单活塞汽缸,利用压缩空气使活塞向两个方向运动。初选活塞杆直径 d=12mm,估算其重量 )(85.41075.0)21.(4.3)2( NghdG取 5N21F取 80N表 3-1驱动方式电机 驱动比较内 容 机械传动异步电机,直流电机步进或伺服电机气压传动 液压传动输出 输出力矩较大 输出力可 输出力矩较 气体压力小, 液体压力高,可- 11 -力矩 较大 小 输出力矩小,如需输出力矩较大,结构尺寸过大以获得较大的输出力控制性能速度可高,速度和加速度均由机构控制,定位精度高,可与主机严格同步控制性能较差,惯性大,步易精确定位控制性能好,可精确定位,但控制系统复杂可高速,气体压缩性大,阻力效果差,冲击较严重,精确定位较困难,低速步易控制油液压缩性小,压力流量均容易控制,可无级调速,反应灵敏,可实现连续轨迹控制体积 当自由度多时,机构复杂,体积液较大要油减速装置,体积较大体积较小 体积较大 在输出力相同的条件下体积小维修使用维修使用方便 维修使用方便维修使用较复杂维修简单,能在高温,粉尘等恶劣环境种使用,泄漏影响小维修方便,液体对温度变化敏感,油液泄漏易着火应用范围适用于自由度少的专用抓料机,高速低速均能适用适用于抓取重量大和速度低的专用抓料机可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用抓料机中小型专用通用抓料机都有中小型专用通用抓料机都有,特别时重型抓料机多用成本结构简单,成本低,一般工厂可以自己制造成本低成本较高结构简单,能源方便,成本低液压元件成本较高,油路也较复杂气压缸内径 D 的计算按液压传动与气压传动公式 13-1 PdF4)(2D 为汽缸的内径(m),P 为工作压力(Pa), 为负载率,负载率与汽缸工作压力有关,取 ,查液压传动与气压传动表 13-2 由于0. 65.03.P汽缸垂直安装,所以取 P=0.3。一般 ,此选 0.33.02.Dd- 12 -)(54.30)(0.19.034.138091.466 mPFD 按液压传动与气压传动表 13-3 圆整取 40mm.一般 ,此选 0.33.02.dmm14.D汽缸壁厚 的计算按液压传动与气压传动表 13-5 查得 4汽缸重量的计算 )(7.2310785.0)2.04.(13)(23 NghrRG 其中:R 为汽缸外径,r 为汽缸内径,h 为汽缸长度,g 取 10, 为汽缸材料密度取 25N3第 4 章 小臂的设计臂部是抓料机的主要执行部件,其作用是支撑手部和腕部,主要用来改变工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。4.1 设计时注意的问题(1) 刚度要好,要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸,空心杆比实心杆刚度大的多,常用钢管做臂部和导向杆,用工字钢和槽钢左支撑板,以保证有足够的刚度。(2) 偏重力矩要小,偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。(3) 重量要轻,惯量要小,为了减轻运动时的冲击,除采取缓冲外,力求结构紧凑,重量轻,以减少惯性力。(4) 导向性要好。- 13 -4.2 小臂结构的设计把小臂的截面设计成工字钢形式,这样抗弯系数大,使截面面积小,从而减轻小臂重量,使其经济、轻巧。选 10 号工字钢。理论重 ,小臂mdhcmWy 5.4,10,72.9,1.26kg/3长为 600mm。较核: (N)1.30.大mgG取 75N其受力如下图:F=75+105=180(N) ).(625.93.0756.102大1 mNLGFMMPaPaWy 53.9)0(72.96按材料力学公式 5.11 hbQ其中 h 为工字钢的高度,b 为工字钢的腰宽,Q 为所受的力。所以 Paa604.015.401833 所以选 10 号工字钢合适。4.3 轴的设计计算大轴的直径取 20mm,材料为 45 号钢。受力如下图:- 14 -验算:F=180N )(25.9610.221 NlMF MPaar 60.)(4.3.232 所以合适4.4 轴承的选择因为上轴承只受径向,下轴承受轴向力和径向力,所以选用圆锥滚子轴承,按机械零件手册表 9-61(GB 297-84)选 7304E,d=20mm e=0.3kN2.7c 31.5c0轴承的校核因为此处轴承做低速的摆动,所以其失效形式是,接触应力过大,产生永久性的过大的凹坑(即材料发生了不允许的永久变形) ,按轴承静载能力选择的公式为:机械设计13-17 0PSC其中 为当量静载荷, 为轴承静强度安全系数,取决于轴承的使用条0P件。按机械设计表 3-8 作摆动运动轴承,冲击及不均匀载荷,此处 0S上轴承受纯径向载荷, )(25.9610NFP所以 )(2.173785.29600 KCS 因此轴承合适.下轴承受径向和轴向载荷, AYRXP00- 15 -R 为径向载荷A 为轴向载荷X Y 分别为径向轴向载荷系数,其值按机械设计表 135 查取因为 3.0187.5962180eR所以 0 NRAYXP.9620所以 )(17)(.4. 0KCS因此轴承合适小轴承受力很小,所以不用教核4.5 轴承摩擦力矩的计算:如果 (C 为基本额定动载荷,P 为所受当量动载荷) ,可按机械10设计手册第二版 (16.1-13)公式:估算FdT5.其中: 为滚动轴承摩擦因数,F 为轴承载荷,d 为轴承内径。查表机械设计手册第二版 表 16.1-29 得 01.,所以也可以用此公式估算1056.82.9170PC所以 ).(89.2.0596.1 MNFdT查表机械设计手册第二版 表 16.1-29 得 ,013,所以也可以用此公式估算10518270PC所以 ).( NFdT524921 M(总 取 0.14.6 驱动选择因为所需驱动力小,精度要求不很高,所以选择控制方便,输出转角无长期积累误差的步进电机。步进电机的选择:步距角要小,要满足最大静转矩,因为转速低不考虑矩频- 16 -特性,按机电综合设计指导表 2-11 BF 反应式步进电动机技术参数表查取,选 45BF005 ,其主要参数如下:步矩角 1.5 度,电压 27 伏,最大静转矩 0.196N.M,质量 0.4kg,外径 45mm,长度 58mm,轴径 4mm。精度验证: 能够满足精度要求,)(10)(86.7)25.1sin(600m为了提高精度,采用一级齿轮传动 .5312zi的齿数为 20, 的齿数为 70。1z2z按机械原理表 8-2 标准模数系列表(GB1357-87)取 m=1,取 02则 )(011mzd72)(*ha 25.1.01)(cf齿轮宽度计算:按机械设计表 10-7 圆柱齿轮的齿宽度系数 d两支承相对小齿轮作对称布置取 0.91.4,此处取 1则 mdb2011为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减少,要适当加宽,所以取 24mm第 5 章 大臂的设计计算5.1 结构的设计把大臂的截面设计成工字钢形式,这样抗弯系数大,使截面面积小,从而减轻小臂重量,使其经济、轻巧。- 17 -选 14 号工字钢。理论重 ,小臂mdhcmWy 5.,140,.6,16.890kg/3长为 700mm。较核: (N)75.27.大mgG取 140N其受力如图:F=75+105+140=320(N) ).(125.807.14).026(75).06(15大2大21 mNLGLLFMMPaPaWy 4.)(.283按材料力学公式 5.11 hbQ其中 h 为工字钢的高度,b 为工字钢的腰宽,Q 为所受的力。所以 Paa6042.015.014323 所以选 10 号工字钢合适。5.2 轴的设计计算轴的直径取 20mm,材料为 45 号钢。其受力如下图:验算:- 18 -F=320N)(201145.821 NlMF MPaar 6037.6)(.3232 所以合适5.3 轴承的选择大轴轴承的选择:因为上轴承只受径向,下轴承受轴向力和径向力,所以选用圆锥滚子轴承,按机械零件手册表 9-61(GB 297-84)选7304E,d=20mm e=0.3kN2.17c 3.5c0轴承的校核因为此处轴承做低速的摆动,所以其失效形式是,接触应力过大,产生永久性的过大的凹坑(即材料发生了不允许的永久变形) ,按轴承静载能力选择的公式为:机械设计13-17 0PSC其中 为当量静载荷
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本文标题:抓料机小臂及抓爪部分设计【7张图纸】
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