12KG下料机械手设计【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 - 下料机械手设计 摘要 本文提出了机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本篇是 按照给定的设计参数，完成了机械手的设计计算，通过计算，确定了机械手夹紧缸和升降缸的活塞直径和活塞行程及回转缸的结构尺寸、按照有关参考资料和设计任务书的要求，完成了机械手的总体布置和设计。根据设计计算的过程， 分手部，手臂伸缩，手臂回转，驱动系统，电气系统介绍了 12写了毕业设计说明书一份。 本设计的目的是利用机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。 关键词 ：机械手； 执行机构 ； 驱动系统 ； 控制系统；电气系统 ; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - he is It be in is to a s to It is in so on in as as is in by by is to KG 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 目录 摘 要 . I . 一章 绪论 . 1 业机械手的设计目的 . 1 业机械手在生产中的作用 . 1 业机械手的分类 . 1 规格（所搬运的工件重量）分类 . 1 功能分类 . 1 用途分类 . 2 业机械手的组成 . 2 业机械手的技术发展方向 . 2 业机械手的设计的内容 . 3 第二章 手部的设计 . 4 部的功能、分类 . 4 钳式手部设计的基本要求 . 4 钳式手部的计算与分析 . 5 紧液压缸的计算 . 5 压缸直径的确定 . 7 第三章 手臂的设计计算 . 8 臂作升降运动的液压缸驱动力计算 . 8 压缸活塞的驱动力 的计算 . 8 定液压缸的结构尺寸 . 12 压缸内径的计算 . 12 压缸壁厚计算 . 12 盖螺钉的计算 . 13 第四章 手臂回转液压缸的设计计算 . 15 臂回转时所需要的驱动力矩 . 15 转缸内径 D 的计算 . 17 盖联接螺钉和动片联接螺钉计算 . 18 盖联接螺钉计算 . 18 片 与输出轴联接螺钉计算 . 19 键轴的设计校核 . 21 降液压缸和回转缸的轴承选择 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 第五章 驱动系统 . 25 械手驱动系统的选择 . 25 类驱动系统的特点 . 25 业机械手驱动系统的选择原则 . 25 压驱动系统 . 26 压系统传动方案的确定 . 26 算和选择液压元件 . 27 压泵 . 27 择液压控制阀 . 28 择液压辅助元件 . 28 定液压系统 . 29 第六章 电气控制系统 . 35 气控制系统简介 . 35 械手的电气控制 . 36 结论 . 37 致谢 . 38 参考文献 . 39 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 1 第 1 章 绪论 业机械手的设计目的 工业机械手设计是机械手机械制造 ,机械设计和机械电子工程 (机电一体化 )等专业的一个重要的教学环节 ,是学完技术基础课及有关专业课的一次专业课内容的综合设计 机械结构设计的能力 ,机电液一体化系统设计能力 ,掌握实现生产过程自动化的设计方法 机构分析与综合 ,机械原理 ,机械设计 ,液压与气压技术 ,自动控制理论 ,测试技术 ,数控技术 ,微型计算机原理及应用 ,自动机械设计等 )中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用 ,使这些知识得到巩固和发 展 ,并使理论知识和生产密切地结合起来 通过设计 ,培养学生独立的机械整体设计的能力 ,树立正确的设计思想 ,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤 ,为自动机械设计打下良好的基础 使学生能熟练地应用有关参考 ,计算图表 ,手册 ,图册 ,和规范 ;熟悉有关国家标准和部颁标准 ,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练 . 业机械手在生产中的作用 a b c ，热处理等热加工方面 业机械手的分类 规格（所搬运的工件重量）分类 a 搬运重量在 1b 搬运重量在 10c 搬运重量在 50d 搬运重量在 500功能分类 a 有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控 制， 可变程序用插销板或转鼓控制来给定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 2 程序。 b 工业机械手 这种工业机械手由人工通过示教装置领教一遍，由记忆元件把程序记录下来，以后机械手就自动按记忆的程序重法进行循环动作 c 可通过更换穿孔带或其他记忆介质来改变工业机械手的动作程序，还可以进行多机控制。 d 由电子计算机通过各种传感元件等进行控制，具有视觉，热觉，触觉，行走机构等 用途分类 a 附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装 置。这种机械手工作对象 不变，动作固定，结构简单，使用可靠，适用于成批，大量生产的生产自动线或专机作为自动上，下料用。 b 具有独立控制系统，程序可变，动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换的中，小批量自动化生产。 业机械手的组成 工业机械手是由执行机构，驱动系统和控制系统所组成 a 执行机构 执行机构由抓取部分 (手部 ),腕部 ,肩部和行走机构等运动部件组成 b 驱动机构 有气动 ,液动 ,电动和机械式四种形式 c 控制系统 有点动控制和连续控制两种 方式 也有采用可编程序控制器控制 ,微型计算机数字控制 ,采用凸轮 ,磁盘磁带 ,穿孔卡等记录程序 并注意其加速度特性 . d 基体 (机身 ) 基体是整个机械手的基础 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 3 业机械手的技术发展方向 国内外实际上使用的定位控制的机械手 ,没有 视觉 和 触觉 反馈 世界各国正积极研制带有 视觉 和 触觉 的工业机械手 ,使它能对所抓取的工件进行分辨 ,选取所需要的工件 ,并正确地夹持工件 ,进而精确地在机器中定位 ,定向 . 为使机械手有 眼睛 去处理方位变化的工件和分 辨形状不同的零件 ,它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息 ,通过计算机进行图形分辨 ,判别是否是所要抓取的工件 一般采用两种方法 :一是检测把握物体手臂的变形 ,以决定适当的握力 ;另一种是直接检测指部与物体的滑落位移 ,来修正握力 . 因此这种机械手就具有以下几个方面的性能 a b c d 这种具有感知能力并能对感知的信息作出反应的工业机械手称为智能机械手 ,它是具有 发展前途的 . 现在 ,工业机械手的使用范围只限于在简单复杂的操作方面节省人力 ,其效益是代替人从事繁重的工作和危险的工作 ,在恶劣环境下尤其明显 部门 ,机械手的应用情况决不能说是很好的 但采用机械手只限于一小部分工序 工业机械手的性能还不能满足这些部门的要求 ,适于机械手工作的范围很小 采用机械手来节约人力从经济上看不一定总是合算的 ,然而 ,利用机械手或类似机械设备节省和实现生产合理化的要求 ,今后 还会增长 . 业机械手的设计的内容 a 特别是传感 ,控制方式与机械本体的有机结合的设计 方案 . b 腕部 ,肩部和机身的结构 . c d e f g 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 4 第 2 章 手部的设计 部的功能、分类 机械手的手部是用来抓取并握紧工件的，它包括手爪和夹紧装置两部分。夹持工件的迅速、灵活、准确和牢靠程度，直接影响到机械手的性能， 是机械手的关键部件之一。由于被握持工件的形状，尺寸大小，重量，材料性能，表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的。归纳起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。 夹持类常见的主要有夹钳式，此外还有钩托式和弹簧式。夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种。 吸附类可分有气吸式和磁吸式。 钳式手部设计的基本要求 1 手指握力（ 夹紧力）大小要 适当。 除工件的重力外，要能保证工件在传送过程中不松动或脱落，还考虑转送或操作过程中所产生的惯性和振动，以保证工件夹钳安全可靠； 2 夹持范围要与工件相适应。 手爪的开闭角度 (手爪张开或闭合时两个极限位置所摆动的角度 )应能适应夹紧较大的直径范围； 3 夹持精度要高。 既要求工件在手爪内有准确的相对位置，又不夹坏工件表面。一般需根据工件的形状选择相应的手爪结构：如圆柱形工件应采用带 v 形槽的手爪来定位；对于工件表面光洁度较高的，应在手爪上镶铜、夹布胶木或其他软质垫片等； 4夹持动作要迅速、灵活； 5要求结构紧凑，重量轻，效率高。 在保证本身刚度，强度的前提下，尽量可能使结构结构紧凑，重量轻，以利于减轻手臂的负载。 6 应考虑通用性和特殊要求。 一般情况下，手部多是专用的，为了扩大它的使用范围，提高它的通买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 5 用化程度，以适应夹持不同尺寸和形状的工件需要，通常采取手指可调整的办法 。 钳式手部的计算与分析 紧液压缸的计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小，方向和作用点进行分析，计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生 的载荷（惯性力或惯性力矩）。以使工件保证可靠的夹紧状态。 手指加在工件上的夹紧力可按下式计算 : 1 2 3n K K(2式中：1K 安全系数 ,通常取 K 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响性力的影响 . 22 1+ (2其中： a 运载工件时重力方向的最大上升加速度 g 重力加速度 a 可按下式估算 t=(2式中 : 运载工件时重力方向的最大上升速度 t 系统达到最高速度的时间；根据设计参考选取 计中取 t K 方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定 设计中粗略计算30 . 5 s i n 0 . 5 s i n 6 0 40 . 1K f q = = =， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 6 G：被抓取工件所受 重力 G=12 2夹钳式手抓形状图 假设 工件移动速度为 s， V 型钳口的角度 2 =120 ,a=35b=105 =30。取 1K= 2 1+ = 51 =3K =4 那么夹紧力 1 . 5 1 . 5 4 1 1 7 . 6 1 0 5 8 . 4N 创 ? 驱动力 ( ) 22 1 0 5 8 . 4c o s 3 0?算 = ( ) 22 1 0 5 1 0 5 8 . 435 c o s 3 0 = 考虑手爪的机械效率 h 取 么 4 7 6 2 . 8 5 6 0 3 . 2 90 . 8 5 h= = =算买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 7 压缸直径的确定 表 2压缸压力与载荷关系 载荷 0 工作压力 根据载荷选取工作压力 P= d=据 ( )224 所以 ( ) 241 0 . 5D 创 -= 64 5 6 0 3 . 2 93 . 1 4 1 . 5 0 . 7 510创 ?=m =49 2压缸内径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 根据表 2取 内径 D=50 以 活塞杆直径为 d=5 合 机械设计手册 第三十一章中关于液压缸的基本安装尺寸表 31得到液压缸的个部分尺寸。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 8 第三章 手臂的设计计算 手臂的设计通常是先进行粗略的估算 ,或 类比同类结构 ,根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸 ,在进行校核计算 ,修正设计 ,如此反复数次 ,绘出最终的结构，对臂部的要求主要有： 一臂部应承载能力大、刚性好、自重轻： 机械手中常用无缝钢管作导向杆，用工字钢或槽钢作支撑板。这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重。 二臂部运动速度要高、惯性要小： 机械手的运动速度一般是根据生产节拍的要求来决定的。确定了生产节拍和行程范围，就确定了手臂的运行速度 (或角速度 )。在一般情况下，于臂的移动和回转均要求匀速运动 (V 和为常数 )，但在手臂的起动和终止 瞬间，运动是变化的。为了减少冲击，要求起动时间的加速度和终止前的减速度不能太大，否则引起冲击和振动。 臂作升降运动的液压缸驱动力计算 根据液压缸运动时所需要克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需的驱动力。 压缸活塞的驱动力的计算 F F= + + + ?摩 密 回(3式中 摩擦阻力。 密封装置处的摩擦阻力。 液压缸回油腔低压油液所造成的阻力。 F 启动或者制动时，活塞杆所受的平均惯性。 G 零部件及工件所受的总重力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 9 图 3降时的受力示意图 如图 3示，由图可知， 2=G 而 即， G (3其中 以从 机械设计手册 中查取。 f 取 入式 (3求出 密的计算 2 3F F F+封 封 封(31 2 0 6 7 . 6 1 8 7 . 6G G + = + =臂 工买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 10 活塞与活塞杆处都采用“ O”形密封圈，液压缸密封处的总摩擦力为： 12 0 . 0 3 封 封(33 P p=封(3式中 F 驱动力 P 工作压力（ d 伸缩油管的直径 (m) l 密封的有效长度（ m） 为了保证“ O”形密封圈装入密封沟槽，并与配合件接触后起到严格的密封，在加工密封沟槽时考虑密封圈的预压缩量 02 3K=0 2?(3设计时取 K=步拟订 d =4d=5那么 根据式 (3求出 0 8d = 又根据式 (3出 l=出以上 2个结果后，可根据式 (3出 3 P p=封=1 1000000 0.=N 的计算 (3式中 G 参与运动的零部件所受的总重力（包括工件重量） g 重力加速度，取 由静止加速到常速的变化量 起动过程时间。一般取 0.5 s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载取较大值 初步设计时取 0.1 m/s 较小值 1 2 0 6 7 . 6 1 8 7 . 6G = + = N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 11 那么 =1 8 7 . 6 0 . 1 8 1 . 2 2 49 . 8 1 0 . 0 1 =N 回的计算 一般背压阻力较小，可按 算。 根据以上分析，结合式 (3知： F F= + + + ?摩 密 回 =后计算得： F=定液压缸的结构尺寸 压缸内径的计算 当油进入无杆腔时： 21 4 当油进入有杆腔时： ( )222 4 液压缸的有效面积： 1= 故有： 114 1 . 1 3Pp h h=（无杆腔） (3214FD （有杆腔） (3式中 F 驱动力（ N） 1P 液压缸的工作压力（ d 活塞杆的直径（ m） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 12 D 液压缸的直径 （ m） h 液压缸的机械效率。 初步设计中取机械效率为 入已求得的 F 值 可得 D=据表（ 2选取液压缸直径 D=110 液压缸壁厚计算 等壁厚 ： 即 16 ( )1 12 . 3 D d -(3式中 P 液压缸内工作压力 j 强度系数（当为无缝钢管时 j ） 计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准壁厚值 液压缸内径（ m） 壁 ： 即 16 时 12 s=(3 即当 110 . 4 12 1 . 3D 琪=桫(3式中 s= b 材料抗拉强度 n 安全系数， n= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 13 一般常用缸体材料的许用应力 锻纲 =110120铁 =60缝钢管 =100110过以上分析，考虑到承受的压力，选用厚壁的计算公式，缸体材料选用无缝钢管，因此 =100110此根据式 (3计算出壁厚为 d =盖螺钉的计算 缸盖的受力为保证联接的紧密性 ,必须规定螺钉的间距 t，然后决定螺钉的数目 0F+ 24 F 驱动力（ N） Z 螺钉数目 P 工作压力（ 预紧力 危险剖面直径 (m) 螺钉的强度条件为 022111 . 3 44Q Q = ?合 14 3式中 计算载荷（ N） ; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 14 s= n=d 螺纹内径 螺钉材料屈服极限（见表 3 表 3常用螺钉材料的屈服极限 钢 号 10 35 45 40Cr s （ 210 220 240 320 360 650900 9000 根据以上分析 取 k= n=钉数目 Z=6 选择刚的材料为 40 以 s= 240 4=2512 N K 2512=3768 N 所以根据式 （ 3 14 4 1 . 3 3 7 6 8 m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 15 第四章 手臂回转液压缸的设计计算 臂回转时所需要的驱动力矩 采用回转液压缸实现手臂回转运动时，其受力情况可简化成图 4动手臂回转的力矩 M ，应该与手臂起动时所产生的惯性力矩M 及各密封装置处的摩擦力矩 平衡。 M M M M= + +封 回（ 4 式中 密封装置处的摩擦力矩（ N M） （ 4 1b p F m=封 12 2 ( ) r F R m= = 2=00= D （ 4 式中 回转缸动片的角速度变化量（ ， 在起动过程中 w 起动过程的时间 0J 手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量 若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为 r ，则 20 r=+ （ 4 式中 回转零件对重心轴线的转动惯量 回转缸回油腔的背压反力矩 22()2Rr bb d = （ 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 16 初定 b=5 R=4 r=21b=0.5 m =以 2=2()2d = = 1b p F m=封 = 12 2 ( ) r F R m= = M M M=+封 封 封=件转动 惯量： 根据圆柱体的转动惯量计算公式： 212z =(4平行轴定理： 2z c z d=+(4已知： m=12R=d=入上式（ 4式（ 4得： 212z = m 2zc z d=+ =2N m 夹紧缸的转动惯量： 根据空心圆柱转动惯量计算公式： ( )222z r=+(4已知： m=R=r=d=入式 (4 （ 4得： ( )222z r=+ = m 2zc z d=+ =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 17 = m 由以上分析可得手臂包括工件对回转轴线的转动惯量 0J J J=+工 件 缸= m 根据式 (400= D 取 w =t =得 M =根据式（ 4 M M M M= + +封 回 = m 转缸内径 D 的计算 回转液压缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩 M ( )222Rr b d = 4 根据 ( )228pb = 28d=+（ 4 式中 D 回转缸内径（ m） M 作用在动片的外载荷力矩 (N m) P 回转缸工作压力（ d 输出轴与共片联接处的直径（ m） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 18 初步设计时按 取 b 动片宽度（ m） 为减少动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择选 片宽度（及液压缸宽度）时，可选用 22D 回转液压缸内径（ m） 根据以上分析以及式（ 4得 28d=+=63 2 5 3 . 4 5 0 73 0 . 0 2 1 10创 ?=据表 2取 内径 D=190盖联接螺钉和动片联接螺钉计算 盖联接螺钉计算 缸盖与回转缸的缸体用螺钉联接，其螺钉除了应具有足够的强度外还要保证联接的紧密性，同时在缸盖所受的合成液压力的作用下，联接一定要有足够的剩余预紧力，以免形成间隙造成漏油。 每个螺钉在危险截面（螺纹根部横截面）上承受的拉力 工件载荷 即 0Q Q Q F=+式中 k = 1 . 5 1 . 8Q S QF k F=?（取 ） 故 20 2 . 6 2 . 6 4= ? P 缸盖所受的合成液压力； z 螺钉数目；01Dz 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - - 19 螺钉中心所在圆直径； 油缸内油液工作压力； 螺钉间距，当工作压力在 5152150 1 80t 又 0 1 9 0 2 5 2 1 5D D m + = + =013 . 1 4 2 1 57