龙门式机械手结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 宁 学 毕业设计 (论文 ) 龙门式机械手结构设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 近代的 工业 机械手是由目标 机械本体、控制器 系统、 传感装置 系统、 控制系统和伺服 动力 器 系统组成 ，是一种 模仿 人 的 操作、自动 化 控制、可 多次 编程、能在 立体 空间完成 各式各样 作业的 备。 工业机械手 对 于 提高 和确保 产品质量， 提升生产的效率，改善工人的工作条件和 快速更新产品起着 非常重要的作用。工业机械手技术结 合了 多们学科的知识。包含 机构学、计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能、仿生学等 。它 是当代十分活跃，应用 非常 广泛的领域。 机械手具有很多人类所不具有的能力，包括快速分析环境能力；抗干扰能力强，能长时间工作和工作精度高。可以说机械手是工业进步的产物，它也发挥了在当今工业的至关重要的作用。 如今， 机械手 工业已成为世界各国备受关注的产业。 本课题模拟了实际工业生产系统， 课 题将设计一个龙门机械手，将用于工作人员出入，使断开输送带上的零件通过机械手进行运输，需 完成对工件的安全抓紧和释放，并将零件从输送带的一端送到指定位置的另一端生产线输送带上。 本文阐述了 机械手 的发展历 史 ，国内外的应用 状况 ，及其巨大的优越性，提出 了 具体的 机械手 设计要求 和 进行了总体方案设计和各自由度 的 具体结构设计、计算。 关键词： 机械手 ；工业；传动；强度买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of of a of of to of in to of a in of of so It is do of a be is a of of it a in of to to to of is a of 0 We a be to by to of of to of on of at of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 .械手概念 .题研究的背景和意义 .内机械手的研究 .械手的应用 . 2 章 总体方案机构设计 .题的技术要求 .计原理 . 3 章 Z 向结构及传动设计 .珠丝杆副的选择 . 导程确定 . 5 定丝杆的等效转速 . 5 定丝杆的等效负载 . 5 定丝杆所受的最大动载荷 . 5 度的选择 . 7 择滚珠丝杆型号 . 7 核 . 临界压缩负荷验证 . 7 界转速验证 . 8 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 9 机的选择 . 电机轴的转动惯量 . 10 机扭矩计算 . 4 章 X 轴水平移动传动设计 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 珠丝杠计算、选择 .进电机惯性负载的计算 .进电机的选用 . 5 章 手指的相关设计与计算 .指的相关设计与计算 .爪结构设计与校核 .械手手爪设计计算 . 手爪的力学分析 . 20 紧力及驱动力的计算 . 21 紧气缸的设计 . 主要尺寸的确定 . 22 爪夹持范围计算 .械手手爪夹持精度的分析计算 .簧的设计计算 .章小结 . 结 .考文献 . 谢 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 械手概念 机械手 （ 自动执行工作的机器 装置 。它是高级整合 控制论 、机械电子、 计算机 、材料和 仿生学 的 产物。在 工业 、 医学 、 农业 、 建筑业 甚至 军事 等领域中均有重要用途。 机械手 是近 50年 才迅速 发展起来的一种 有代表性的、机械和电子控制系统组成 的、自动化 程度高的 生产工具。在 生产制造 业中， 机械手技术得到广泛的应用。它自动化程度高，对改善劳动条件，确保产品质量和提升工作效率，起到非常重要的作用。可以说他是现代工业的一种技术革命。 题研究的背景和意义 本课题将设计一 个龙门机械手，将用于工作人员出入，使断开输送带上的零件通过机械手进行运输，需完成对工件的安全抓紧和释放，并将零件从输送带的一端送到指定位置的另一端生产线输送带上。通过本课题的研究，学生不仅可以了解自动生产线的工作过程，还可以深入了解其组成部分的内部结构设计。希望学生通过本课题设计，能充分运用已学习的基础知识和专业知识，设计出可行、优化的装置，并完成机械装配图，重要零件的加工图，在毕业设计说明书中，选用合理的动力元件，计算设计零件的合理尺寸，体现合理的设计思路，综合应用机械原理和设计、工程制图，以及现代制造理 念。 内机械手的研究 机械手在日本应用的历史非常悠久。在七十年代时机械手首先得到应用，然后经过十年的发展，在八十年代的时候机械手已经得到普及。相应的他们工业年产值也得到了快速提高。 1980年达到一千亿日元，到 1990年提高到六千亿日元。在 2004年时已达到了一万八千五百亿日元。可见机械手在提高生产效益方面的重要性。 在国际方面，各个国家已经意识到机械手的重要性。所以机械手的订单急速上升。在2003 年的订单量相对于 2002 年增长了百分之 10。此后机械手的需求量仍然不断上升。从 2001年到 2006年全球订单增长多达 90000 多台。平均年增长为 7%。 国际 机械手 的发展方向 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 机械手 涉及到 非常多学科的知识和领域。包括： 计算机、电子、控制、人工智能、传感器、通讯与网络、控制、机械等等。 机械手的发展离不开上述学科的发展。正是由于各个学科的相互影响和综合集成，才能制造出自动化程度高的及其人。随着科学技术的进步，机械手在应用得范围越来越广泛；技术也越来越得到调高，功能更加强大。现在很对机械手的研究都往小型化发展。机械手将会更多的进入到人们的日常生活中去。总体的发展趋势是模块化、标准化、更加智能化。 机械手 的广泛应用，对提升产品的质量与产能、保障人员安全，改善劳动环境，降低劳动的强度，提高生产效率，节约原材料消耗以及降低生产成本，起着一个十分重要的作用。 机械手 的广泛应用体现以人为本的原则，它的出现让人们的生活更加便利和美好。 械手的应用 机械手 产业是在计算机、继汽车之后出现的又一种新的大型高技术产业。现代， 机械手 产业市场前景发展很好。从二十世纪起，世界 机械手 产业一直稳步增长。到了二十世纪九十年代， 机械手 产品发展快速增长，年增长率平均在百分之十上下。 2004年创记录达到百分之二十。在亚洲 机械手 需求 量更多，年增长率高达百分之四十三。经历 40多年的发展， 机械手 应用到很多领域中去了。 机械手 在制造业中应用的最广泛。如在焊接、热处理、表面涂覆、机械加工、装配、检测和仓库堆垛毛、坯制造 (冲压、压铸、锻造等 )等等作业中， 机械手 替代了人工作业，并使得生产效益大大提高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第 2 章 总体方案 机构设计 题的技术要求 1工作范围：长度： 800高度： 500度 200 2各轴工作速度进给速度： 400 3. X、 1500mm/ 4. 夹持部件旋转角度： 180 ； 5. 送料重量： 1000g 计原理 为了使工件 保持准确的相对位置，必须根据要 去选择合适的定位机构 。 再者就是要有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度 可能会 发生折断或 者 弯曲变形， 所以 对于受力较大的进行强度、刚度计算 是非常必要的 。 最后要 尽可能 做到 具有一定的通用性 如果可以 ，应考虑到产品零件变换 的问题 。为适应不同形状和尺寸的 零件 ， 为满足这些要求， 可将制成组合式结构，迅速更换不 同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 电动机 联轴器 滚珠丝杠 电动机 联轴器 滚珠丝杠 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 3 章 Z 向 结构及传动设计 表 3支承方式 简图 特点 一端固定一端自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低 设计时尽量使丝杆受拉 伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。 一端固定一端游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂 ，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式 一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数 量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两端固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度 要求较高的场合。 珠丝杆副的选择 滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 设 Z 向最大行程为 200快进给速度为 1500mm/送料重量： 1000g 程确定 电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比 i=1, 选择电机 Y 系列异步电动机的最高转速 g i n ,/1 5 0 0m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 41 5 0 0/6 0 0 0/ m a xm a x 取 2 确定丝杆的等效转速 基本公式 (/ h 最大进给速度是丝杆的转速 m (5 0 012/6 0 0 0/m a xm a x h 最小进给速度是丝杆的转速 m (0 8 丝杆的等效转速 m )(/()( 212m i a x m 式中取 21 2 故 m i n )/( 0 0)/()( 212m i a x m 定丝杆的等效负载 工作负载是指工作时，实际作用在 滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值 用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 K 为颠覆力矩影响系数，一般取 课题中取 丝杆所受的力为 x 2 1 5 52 2-)2 2(-)2 2( 3a x ）（）（）（0F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 ， 12 2n n ） m 1494)( 312211223m i a x 定丝杆所受的最大动载 荷 316 060 )nT(买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 查表：取 表：取 ） 表：取 1） 表：取 1） 查表：取 1） 丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 7300N 表 3h 表 3 3 3文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 度的选择 滚珠丝杠副的精度 对 电气的定位精度 会有影响 ，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对定位精度 是 最明显 的 。一般在初步设计时设定丝杠的任意 300程变动量 300V 应小于目标设定定位精度值的 1/3 1/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级 3级（ 1级精度最高）， 5级，考虑到本设计的定位精度要求 及其 经济性，选择 轴 精度等级为 3级， 级。 择滚珠丝杆型号 计算得出 则 23) 称直径 2选择 内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副， 丝杆的型号为3。 公称直径 0杆外径 钢球直径 丝杆底径圈数 =3 圈 0 刚度 73N/ m 核 滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度 S，丝杆副内滚道 的接触刚度 承的接触刚度 母座的刚度 不同支撑组合方式计算而定。 界压缩负荷 验证 丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算： cr m a 式中 性模量 E 钢 =N/ m） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 N） =丝杆最小截面惯性距（ 442 )464 wo 式中 丝杆螺纹不封闭长度 作台最大行程 +螺母长度 +两端余量 00+148+2088撑距离 u，选取 20入上 式计算得出 见 临界压缩负荷满足要求。 界转速验证 滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速求丝杠的最高转速： 22230 式中： A= 24 . 210*d2d 位 p=03(Kg/m) 界 转 速 计 算 长 度 ， 单 位 为 本 设 计 中 该 值 为买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 48/2+300+(6202=440K 取 2K =0.8 推 过计算，得出 04 r ，该值 大 于丝杠临界转速，所以满足要求。 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度 式中 A 丝杠最小横截面， 222 ()4A d m m； 螺母座刚度 000N/ m。 当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中， L 植分别 为 750100 经计算得： m k 式中 滚珠丝杠副的拉压系统刚度 (N/ m)； 螺母座的刚度 (N/ m)； 000 N/ m 丝杠副内滚道的接触刚度 (N/ m)； 丝杠本身的拉压刚度 (N/ m)； 轴承的接触刚度 (N/ m)。 经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于 1500r/满足要求。 机的 选择 步进电机 是一种能将数字输入脉冲转换成旋转 或直线增量运动的电磁执行元件。每买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点， 所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。 机轴的转动惯量 a、回转运动件的转动惯量 328 上式中： d 直径 ,丝杆外径 d= 长度 =1m P 钢的 密度 =7800 2kg/m 经计算得 b、 X 向直线运动件向丝杆折算的惯量 22 M 质量 X 向直线运动件 M=160 丝杆螺距（ m） P=计算得 2 c、联轴器的转动惯量 查表得 20004.0 因此 28- 0 0 2 8 k 0 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 机扭矩计算 a、 折算至电机 轴上的最大加速力矩 m 上式中： 500m a x J=m2 加速时间 系统增量，取 15 计算得 算至电机轴上的摩擦力矩 20f 上式中： 导轨摩擦力， f，而 f=摩擦系数为 2N P 丝杆螺距（ m） P= 传动效率， = 传动比， I=1 经计算得 算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 1( 2000 上式中 滚珠丝杆预加载荷 1500N 0 滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 计算的 M 则快速空载启动时所需的最大扭矩 f a x 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为 额定转矩为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第 4 章 X 轴水平移动传动设计 珠丝杠计算、选择 初选丝杠材质： ， 0，导程： 度计算 丝杠轴向力： )( ,m a x (N) 其中： K=动导轨摩擦系数 f=005；在车床车削外圆时 ： z，z，可取 算。 取 f=400 则 : m a xm a . 5 0 . 5 2 0 0 0 1 0 0 00 . 6 0 . 6 2 0 0 0 1 2 0 01 . 1 5 1 0 0 0 0 . 0 0 4 ( 2 0 0 0 6 7 1 . 5 8 ) 1 0 4 5 . 6 8 61 . 1 5 1 2 0 0 0 . 0 0 4 ( 2 0 0 0 6 5 5 . 2 ) 1 2 5 2 . 6 2 1 寿命值： 61060 ，其中丝杠转速 0r/m a 0 / m i 4 0 0 1 5 0 0 036010 最大动载荷： 中： 等冲击时为 58 时为 查表得中等冲击时 1 1则 : 333 6 0 1 . 2 1 1 0 4 5 . 6 8 6 7 0 7 9 . 5 83 6 0 1 . 2 1 1 2 5 2 . 6 2 1 1 0 6 8 6 . 5 4 根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为 : 其型号为： 其基本参数如下 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 其额定动载荷为 14205N 滚珠循环方式为外循环螺旋槽式 ,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式 . 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径0d 20距 t 触角 045 钢球直径 纹滚道法向半径 R 心距 e ( 2 ) s i d 纹升角 0d 0433 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) bd d d 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 螺杆内径1d e R 杆接触直径2c o d d 母螺纹外径 D 0 22D d e R 母内径（外循环）1 0 . 2 0 . 2 5 5 ) bD d d 1） 传动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为：)( tg =10 ，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 00 4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 . 9 6t （ 2） 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 （ 3） 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：1 (故用 60622 2 21 . 6 5 1261 2 5 1 . 8 2 0 . 51 2 0 . 6 1 0 2 . 1 41 2 5 2 . 6 2 10 . 52 0 . 6 1 0 ( / )3 . 1 4 ( ) 2 . 1 46 . 1 2 1 0c C C M 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 0641 0 0 1 0 01 0 . 56 . 1 2 1 0 1 2 . 2 4 1 0 1 2 . 2 4 lL u m =15 m/m。 进电机惯性负载的计算 根据等效转动惯量的计算公式，有： （ 1）等效转动惯量的计算 折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为： 2210 1 2 32( ) ( ) ( )180 J J J 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 式中： 2为移动部件的质量。 对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算： 340 . 7 8 1 0J D L 式中 D 为圆柱零件直径， L 为圆柱零件的长度。 所以有： 3 4 2 213 4 2 223 4 2 230 . 7 8 1 0 2 . 4 2 . 5 6 . 4 7 1 0 7 8 1 0 5 . 0 3 . 0 1 4 6 . 2 5 1 0 7 8 1 0 2 . 0 3