上料机械手结构设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本科毕业论文 题 目： 上料机械手结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1103 学生姓名： 张辉 指导教师： 赵艳春 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 摘要 工业机械手是近十几年 新兴发展的一个高科技行业，它的发展可谓是突飞猛进 ， 机械手的迅猛发展体现了工业机器人的进步 ，它的特点是可通过 编辑好的程序 来完成各种预期的作业任务， 在 构造和性能上 以兼备人和机器的各自优点而独具特色 ，尤其体现了人的智能和适应性， 机器的耐劳性和不具危险的能力 ，在 各大领域的发展前景一片明朗 ， 伴随着 工业自动化的发展，出现了数控加工中心，它在减轻工人的劳动强度的同时，大大 升华 了劳动生产率，但数控加工中常见的上 下 料工序， 习以为常的 采用人工 操作或传统继电器控制的半自动化装置，前者 耗费时间 、 效率低下 、 而 后者因 结构的复杂性 ，需 大量的 继电器， 接线比较繁琐复杂 ， 容易被车体抖动所干扰 ，而存在 较多的不可靠性 、 容易发生 故障、维修 不方便 等问题，可编程序 操控 器 制的上下料机械手控制系统动作 简易 、线路 排列 合理、 具备很 强的抗干扰能力，保证了系统运行的可靠性，降低了维修率，提高了工作效率。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等，是一门跨学科 领域的全面性 技术。 我们 设计一台 上料 机械手，用于 输送物料 。通过对机械手各主要组成部分（手部、手腕、手臂和机身等）分析，从而确定各主要组成部分的结构，在此基础上对机械手进行设计计算，从而确定装配总图。 关键词 : 机械手 ; 设计； 手部 ; 手臂； 机身； 结构买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 is 0 of a is by of of is by to to on of s of to in in of a of it of n c or of of of a of to by to it is to of is up of of to is an of We a on to s , 文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 of on of is 文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 目 录 第一章 引言 . 1 械手简介 . 1 械手的分类 . 3 第二章上料机械手的设计 . 5 械手的整体结构设计 . 5 械手的手部结构设计 . 5 械手的手臂结构设计 . 7 筒内径的设计 . 8 筒壁厚的设计 . 8 筒壁厚的验算 . 9 塞杆校核计算 . 10 盖螺钉的计算 . 10 他元件的确定 . 11 动缸校核计算 . 11 械手的仰俯缸结构设计 . 13 筒内径的设计 . 14 筒壁厚的设计 . 14 筒壁厚的验算 . 15 塞杆校核计算 . 16 盖螺钉的计算 . 17 小力臂机构数据计算 . 18 他元件的确定 . 21 第三章液压系统传动方案的确定 . 22 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 液压缸的换向回路 . 22 速方案 . 22 第四章液压元件 . 23 的应用 . 23 力控制阀 . 23 量（速度）控制阀 . 23 . . 23 类的选择原则 . 24 压系统中的辅助装置 . 24 结论 . 26 参考文献 . 27 致谢 . 28 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章引言 1 第一章引言 械手简介 机械手作为新时代的应运而生的产物，它得到了太多的倾媚，它是见证时代发展的机器，它让这个时代更加的方便，让人们得到了得到了意想不到的收获，它给了世界太多的惊喜。不管从农业还是工业上来说，它都代表了一个划时代的产物。机械手是模仿着人手的部分工作，它更加安全，可靠，让人们远离危险，在各种恶劣的环境下都可以平稳的工作。给了我们不一样的收获。因为对机械手的认知，崇拜， 我对机械手未来的发展充满的希望。所有我以老师给的这篇上料机械手结构设计为主题来发表我的一些感慨，通过计算数据与对机械手的介绍给自己一个完美的答复。 机械手本身的要求不高，但是因为他的成本高，专用的机械手适用范围还少，它的限制性大大的增加。只有可以改变程序的机械手才能适应小批量的要求。 因此， 对于有特殊用途的场合，我们得制造出专用的机械手，来解决这个问题，这样可以提高产品的成本。 机械手的特点： a 对环境的适应性强 能代替人从事危险， 侵害 的工作。在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要 判断出 工作环境 的情况来 进行合理的设计， 挑拣适用 的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘， 等危险环境里工作，让我们远离危机。 b 机械手耐久长，不知道累的特性是我们无法比拟的，它可以把人从劳累的环境中解放出来，大大的提高了生产的效率，替代了人们长久以来的辛苦劳作，让我们更加的不用劳累。 c 由于机械手程序的设定，它动作稳定准确，因此它对产品的质量有了远超过人们想象的贡献，它提高了产品的质量，可以避免人为的操作失误。 d 机械手特点比较灵活多变，通用性比较强 ，能很好的适应产品的不断变化，以 满 足柔性生产需要 年来 ,随着大量电子技术的涌进，特别是电子计算机的大范围运用，机器人的研究和生产工艺已经作为高科技领域中快速发展的一个新行业，它能促进机械手的发沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章引言 2 展，使得机械手能够更理想化的表现出应有的价值，让自动化和机械化完美稳定的结合。机械手虽然不像我们人手那样的灵活方便，但它具备了我们没有的特点，它能不断的重复工作，不断的劳动。它不知道疲倦，不怕任何危险，能拿起来的东西也比人力沉的多，所以现在机械手已经受到了广大部门的重视，并且已经得到了大范围的运用与投放。 例如：在机床加工，装配作业，劳动条件差，单调重复易于疲劳的工作环境以及在危险场合下工作等。 在国 内，在实际生产中的工业机器人不断增加，屡见不显，在计算机控制方面也有所运用。在国外，计算机控制的工业机器人占有相当大比例的作业运作。带有各种感觉的智能机器人正处于研发阶段，相信不久的将来会给我们带来意想不到的结果。所以带有智能化的工业机器人是工业机器人技术发展的主要方向，我们应为之努力奋斗。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。 为了抓住任何在空间对象的位置和方向 ,需要六个自由 度。自由是机器手规划的关键参数。自由度的多少决定了机械手的灵活性和通用性，它的结构有些复杂多变 ,一般专用的机械手在 3 个自由度左右。它的运作时由每个自由度电机来控制。它可以通过传感器感知到的信息来形成稳定的闭环控制，最后功能促成的编程。 机械手用于机床或其他机器设备的附加使用装置，它可以代替人们操作远离危险的场所，机械手在锻造行业也有更长足的运用，它让锻造的能力更加完美 ，改善热、累等劳动条件。 上料机械手结构简单，运作方便，它是机电一体化的设备，它取代了操作人员的不间断的取料，增加了效率，降低了劳动强度 。 学生在学习机械手的编程和设计中可以提高他们的工程素质、创新能力、综合素质和实践应用能力。为此我们要培养出全方位人才来运用与研制机械手。 机械手诞生很早，最初使用在工业领域里 ， 之后机械手行业的发展突飞猛进，一发不可收拾。如火箭升空般突进。 不断更新换代，其主要经历分为三代： 第一代机械手主要靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力； 需要我们改进的东西很多，主要方向是要讲制作成本降低，提高工艺精度 。 第二代机械手较比之第一代，它具有了人体各种感官模式，让机械手更加人性化，自由化。第三代机械手则能够独立完成各 种工程的任务，它跟电脑完美的结合，保持了长久的联系。性能的改变，它的应用领域不断的扩大，现在大范围的使用在了农业、海洋业和太空的沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章引言 3 事业发展中。机械手技术的研发和应用水平能反映出一个国家的经济实力和科技水平 机 ，国内外对此都很重视，大量的人才涌进这个行业，从目前看来机械手虽然不能像人手那样的灵活，但它的不知疲劳、不怕危险的能力让我们尝到了甜头，它的抓举能力比人手大太多，所以应用很广泛。 例如： (1)机床加工工件的装卸，普遍性强 。(2)在机械行业可以组装零部件 (3)可在劳动环境不好的情况下来代替人的劳动 。 (4)顶替 人在危险场合的工作。让人们远离危险，珍爱生命。 械手的分类 按机械手的使用范围分类 a 专用机械手一般只有固定的程序， 它没有单独的控制系统，它是一个固定的工具，它方便了我们的生产。这个机械手结构较为简易，成本很低，他适用于大部分简单的生产工程。 b 通用机械手具有程序可变性，和单独驱动的控制系统，它不属于某种机器人 ，能够单独的完成任务。通用机械手按照定位和控制方式我们可以分为几个类型 。 简易型属于点控制的程序类型。伺服型的是数字控制类型，有连续的运动轨迹。这种机械手可以更换，程序我们 可以变化，他适用大范围的中小型生产中。但是运动结构复杂多变，技术含量高，所以最后造成它的成品很高。 （ 2）按机械手的驱动方式分类 a 液压驱动机械手以压力油进行驱动； b 气压驱动机械手以压缩空气进行驱动； c 电力驱动机械手直接用电动机进行驱动； d 机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。 （ 3）按机械手的比例大小分类 a 微型机械手臂力小于 1 b 小型机械手臂力为 1 10 c 中型机械手臂力为 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章引言 4 d 大型机械手臂力大于 30 综上所述，可以看出，液压机械手种类繁多在国民经济中的占有重要作用， 它可以衡量出一个国家的工业发展水平，它是重要标志之一。同世界的工业大国相比较，我国的液压工作还是比较的落后，我们应大量的发展这方面的人才，积极面对，稳步进取，所有以后靠我们这些人才发展国家，我们应该脚踏实地，放眼未来，我们共同努力让我国的液压工业更上一层楼，步入新的天地。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 5 第二章上料机械手的设计 械手的整体结构设计 根据生产需求和在操作过程的人性化，机械 手由回转、伸缩、仰俯等结构组成，通过液压缸的伸缩来实现机械手部分的仰俯。在结构 规划 时，应尽可能使结构 精简 ，从而 升高 刚度。为 降低 运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替 滑行 摩擦。其结构图如下 2 图 2械手结构图 械手的手部结构设计 根据工作位置和工作环境的需要，决定采用图 2示手部。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 6 图 2部 假设被抓取物件的重量为 Q=25N，握力以 N 表示。 在计算时可依照以下三种状态来考虑。 第一种状态：重力方向垂直纸面向下 (即 y 轴的负方向 )，依靠 手指对物件接触部位的摩擦力 F 与物件的重力 Q 相平衡而约束住物件。 第二种状态：物件重力方向是 z 轴的负方向，依靠两个手指下部的斜面托住物件。 第三种状态：物件重力方向与 x 同向或相反，用下边一个手指托住物件。 在分析这三种状态时， 首先均假定物件重心与手指夹持中心重合。 注： f 物件与手指接触处的摩擦系数 手指的抓取半角 手部机械效率 K 安全系数 = K 工作情况系数 = 第一种状态： i 25s i 11 需(20t a a 需需 (2第二种状态： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 7 3060c o 25c o 1 需 （ 2 需需 22 lc o tc o sc o st a （ 2 第三种状态： 25213 需 （ 2 66560 30t a a n 33 需需 （ 2 经比较第二种状态时受力最大，最大活塞杆传动力 = = P 需 2P 械手的手臂结构设计 手臂是机械手的 举足轻重的 执行部件。它的作用是支承腕部和手部，并带动它们作空间转动。 靠手 部送到 空中 范围内的任意一点。 具备 两个自由度，左右 旋转 和俯仰运动。 手臂的运动由油缸驱动和传动机构来 促成 ，工作中直接承受腕部， 手部和工件的静动载荷， 而本身 运动又较多，故受力 冗杂 。因而，它的 组织 ，工作 范围 ，灵活性以及抓重大小和定位 精密度 等都直接影响机械手的工作性能。 在结构设计时，应尽可能使结构简单，从而提高刚度。为减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。 除此之外，要求机械手同用性要好，能 正好 做种作业的要求；工艺性要好，便于加工和安装；用于热加工的机械手，还要考虑隔热， 制冷 ；用于作业区粉尘大的机械手，还要 设 防尘装置等。 根据生产需要做机械手臂如下图 2沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 8 图 2械手臂 筒内径的设计 液压缸的负载推力，液压缸的理论输出力 F 可按下式计算 : 需（ 2 需P活塞的实际作用力（ N）； 负载力，一般取 m液压缸机械效率，一般取 6 需 查表液压缸的工作压力，初选 由公式 6 ； （ 2 查表可选液压缸的内径 D=60 筒壁厚的设计 初步选定 ，按厚壁圆筒计算公式计算： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 9 m a xm a ； （ 2 缸筒材料的许用应力， （ 2 由于缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，则选用 45 钢； 由查表得 40；而知液压缸为 冲击载荷， 安全系数 n=8， 0 ； ;已选 ;则 M P a x m a xm a x 初选 。则外 4,7 由 表 查 得)D a xm a x 则知初选壁厚成立。 综上所述知道液压缸,75外液压缸壁厚为 。）（壁 0筒壁厚的验算 额定工作压力确保安全。 （ 2 s 缸筒材料的屈服强度； 1D 缸筒外径 ; D 缸筒内径； 故可得 ;0753 6 22 M P 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 10 则知 。 为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定工作压力变形压力有一定的比例范围 s缸筒发生塑性变形的压力； P ; M P 则去 ;80m ;)8(80) P 本液压缸最大工作压力为 故设计选择的壁厚符合要求。 塞杆校核计算 设定活塞杆的直径 d 为 16证活塞杆的强度。 ;41026 （ 2 活塞杆在稳定的工作状态下，只受轴向推力或者拉力， ; 5626 M P 0 （活塞杆选用 45 钢） c活塞杆材料的许用压应力 )( s活塞杆材料的屈服应力 )( n 安全系数，一般 4.1n 。 故可知 c ，所以满足工作时的强度要求。 盖螺钉的计算 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 11 缸盖用受轴向载荷的螺钉组连接。 工作载荷（ N） 4 (Z=6) (2则 10604 662 剩余预紧力； ; (对于有紧密性要求的连接 ); ; 1 1 理螺钉强度条件： 即 材料的许用应力； ;360 n安全系数，取为 2； ;1802360 M P an s 1 1 则选用标准六角螺钉 它元件的确定 缸盖的材料：缸盖本身又是活塞杆的导向套，故缸盖选用铸铁。 活塞的材料：拟定 45 钢。 密封圈的选择：选用 O 型橡胶密封圈，型号为 动缸校核计算 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 12 手部的回转运动由摆动缸摆动来实现，当从油孔进油时。推动动片连同轴套一起回转，轴套的端部通过联轴器把旋转运动传递到转轴，转轴端部的法兰盘 与手部用螺栓连接，故手部与转套的转动即 促成 手部的回转运动， 以便 使手部夹持热 铸件的手指 不靠近 油缸，此机械手 运用 了 切断性装置 ，减少热锻件的热量对油液的影响，以保证油缸的正常工作和密封。 初步拟定回转油缸的旋转角速度 10 。需要输入回转油缸的流量Q 为： 400322 （ 2 式中： D：回转油缸内径（ d：输出轴与动片连接处的直径（ b：动片宽度（ ：输出轴的角速度（弧度 /秒）。 动片螺钉： ，摩 22 即的 )(4 22 式中 : Q：每个螺钉的预加锁紧力（ N）； b：动片的宽 度（ P：回转油缸的工作压力（ N）； D：动片外径，即回转油缸的内径（ d：动片与输出轴配合处得直径（ Z：螺钉数目取为 4； f：被连接件配合面间的摩擦系数 f= 螺钉的强度条件为： :余锁紧力对于要求紧密的连接 18 s 。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 13 取 K= 2210 :L 材料的许用应力； , n：安全系数， n=2； ;360 M P an 8 053 6 0 41 （ ; 取标准螺钉 摆动缸的其它元件： 连接螺钉的作用是使动片与输出轴紧密接触不留间隙，当油腔进液压油时候，动片受油压作用，使动片转动。 动片与钢壁之间，定片与输出轴之间均采用 O 型密封圈进行密封，轴与缸盖 处得密封也采用 O 型密封圈进行密封，以保证不发生漏油。 械手的仰俯缸结构设计 仰俯缸的作用实现手臂的上下仰俯，要求达到一定的角度，与臂部的连接通过铰链连接。 在结构设计时，应尽可能使结构简单，从而提高刚度。为减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。 除此之外，要求机械手同用性要好，能 适度的 做 好 作业的要求；工艺性要好， 便于加工和安装；用于热加工的机械手，还要 设计 隔热，冷却；用于作业区粉尘大的机械手，还要 立 防尘 设施 等。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 14 根据生产需要和工作要求仰俯 伸缩缸的结构下图 2图 2俯伸缩缸 筒内径的设计 液压缸的负载推力，液压缸的理论输出力 F 可按下式计算 : 需需P活塞的实际作用力（ N）； 负载力，一般取 m液压缸机械效率，一般取 6 需 查表液压缸的工作压力，初选 ;由公式 ;6 查表可选液压缸的内径 D=60 筒壁厚的设计 初步选定 D =厚壁圆筒计算公式计算： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 15 ;m a xm a 缸筒材料的许用应力， ; 由于缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，则选用 45 钢； 由表查得;340 而知液压缸为冲击载荷， 安全系数 n=8， ; 0 M P ;.1 nm a x M P n 已选 则 M P a x m a xm a x 初选 。则外 4,7 ) 16 D 由表查得 a xm a x 则知初选壁厚成立。 综上所述知道液压缸外D=75 液压缸壁厚为 。）（壁 0筒壁厚的验算 额定工作压力 n P 应低于一定极限值，以确保安全。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 16 s缸筒材料的屈服强度； 1D 缸筒外径； D 缸筒内径； 故可得 ;0753 6 22 M P 则知 。 为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定工作压力变形压力有一定的比例范围 s缸筒发生塑性变形的压力； P 而 ; P 则去 ;80m ; P 本液压缸最大工作压力为 设计选择的壁厚符合要求。 塞杆校核计算 设定活塞杆的直径 d 为 16证活塞杆的强度。 ; 5626 M P an 0 （活塞杆选用 45 钢） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 17 c 活塞杆材料的许用压应力（ ； s活塞杆材料的屈服应力（ ； n 安全系数 ，一般 。 故可知c，所以满足工作时的强度要求。 盖螺钉的计算 缸盖用受轴向载荷的螺钉组连接。 工作载荷（ N） )6(42 则 10604 662 剩余预紧力； (对于有紧密性要求的连接 ); NQ p p 1 1 理 ； 螺钉强度条件： 即 0 1 1 则选用标准六角螺钉 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章上料机械手的设计 18 臂和小臂机构的数据计算 小臂摆动采用铰接的双作用活塞油缸推动杠杆支架而实现的。当油缸的上下两腔分别进压力油时，活塞杆做往复运动，带动杠杆支架绕 O 轴作 90 度的摆动，为了减少摩擦在轴的两端安装单列轴承。简图如图 小臂伸缩竿的安全性进行校核： 分析杆的受最大力时的位置 当小臂伸到最长时的受力最大，受最大的偏重弯矩。 计算各部分的重力 G。 G=mg=m 质量单位 g重力加速度单位取 g=9.8 m/ V工件的体积单位 材料密度单位 kg/密度为 7800kg/ G重力单位 N。 待加工件 m=50手部 =1500000 3 m G= 夹紧油缸 5 30 2 60 40 ) 110 0 40 2 2 2 2 V 沈阳化工大学科亚学院学士学位论