小型柔性生产系统机械设计 龙门机械手 【10张cad图纸文档所见所得】
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小型柔性生产系统机械设计
龙门机械手
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上海电机学院学生姓名专业班级学号毕业设计（论文）题目小型柔性生产系统 龙门机械手机械设计开题日期计划完成日期设计（论文）进展情况提前完成；按期完成；滞后完成能否按期完成目前按任务书规定应完成的内容1、开题报告约1500字，查阅文献15篇以上。 2、设计图纸A1（折合）4张（AUTOCAD绘图）。 3、翻译与课题有关的外文资料，译文英文不少于4000单词。 4、设计说明书不少于10000字。 目前已完成的内容1、开题报告约1500字，查阅文献15篇以上。 3、翻译与课题有关的外文资料，译文英文不少于4000单词。设计计算部分一小部分指导教师意见 签字： 年 月 日系（专业）领导小组意见 签字： 年 月 日本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计题目：小型柔性生产系统 龙门机械手机械设计本课题来源于亚龙YL-221型自动化柔性生产系统项目，该机械加工自主创新实训系统模拟了实际工业生产系统，根据生产机械加工的不同阶段设置了多个工作站：自动存取型高架仓库、搬运机械手站、直线输送机站、90度转弯输送机站、综合机械加工站、装配站、工件码堆站。 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。课题的技术要求： 工件和托架形状：工件为5050mm的铝制圆柱体或5050mm的塑料圆柱体; 托架为200145mm方形有机玻璃，2公斤。 定位精度：1mm ；运动速度：2m/min；工作行程：X:1000mm, Z:200mm；设计空间：横梁与地面高度需有1800mm，便于工作人员通过。已知工作台高度为1000mm，托架离工作台200mm。工作要求：X轴引动器用于机械手在水平方向上的精确定位，Z轴引动器则完成对工件托架提起或放下操作，机械手爪则完成对工件托架安全抓紧或释放操作。具体结构设计机械手设计要求为整体重量不超过2kg，考虑其工作状态，加速度为一倍重力加速度，因此在手指的选材上选择非金属材料，而且要求具有稳定的工作特性和防腐防老化的性能，综合各个方面要求选择聚丙烯材料，其密度低，工作特性稳定，且具有较高强度。手指所承受的径向力F 3.1重力已知条件： 手指总长 l = 0.08m 集中载荷 P = 60N 弹性模量 E = 5GPa截面的轴惯性矩 纵向作用力 Q = 60N剪切面积 许用剪切应力 = 33MPa材料弹性模量 E = 5GPa 波松比 = 1 计算结果： 悬臂梁一的危险截面B处的: 支座反力 反力矩 最大剪力 最大挠度最大转角 剪应力 = 0.75MPa 剪应变 2.2气缸的选择。由气缸所提供的力为 3.2安全系数K=1.2 3.3气缸选择根据机械手质量的要求，尽量选择尺寸较小的气缸。初定气压0.8mpa气缸内径20mm 3.4 3.5选定气压1mpa气缸内径25mm 3.6 3.7选取气压1mpa气缸内径35mm 3.812561212因此选用气缸CM2YG40-25质量0.176kg工作环境-1060摄氏度气体压力1mp,用节流阀控制气缸前进速度，使手指达到每秒张开不大于。2.3.1选择电动机容的量电机分为直流电机与交流电机，根究的工作要求于各个国家的所用交流电之间的差异，因此选用直流电动机。直流电机，额定电流有12V、24v、42v等。2.32确定电动机转速翻转时力矩 3.9 有效功率为 3.10 手腕的翻转速度： 1 、2、分别为轴承、齿轮传动传动效率。由机械设计手册表9.1取1 =0.98，2=0.97，则滚珠轴承的的摩擦系数为u=0.00100.0015直齿轮齿轮的机械效率 轴承的机械效率 从电动机到翻转轴输送总效率 3.11所以电动机所需工作功率为 3.12初选电机SM40-00130LFB，转速3000r/min,转矩0.1Nm，质量0.23kg。 3.13电机转速的选择因手抓的动作要求平缓，且转速不能过高，考虑齿轮减速比i4因此电机的转速不宜过大因此手腕的转速控制在60度每秒左右，因此选用电机SM40-00130LFB需要做5级减速装置，这样会大大加大机械手的重量与机械复杂程度，因此此电机不符合设计要求。2.4手腕旋转电机选择选择电机GMP-2855TD720为转速13r/min，额定功率44w，转矩2Nm。 图3.3电动机安装尺寸L=25mm减速比 3.14计算传动装置各轴的运动和动力参数I轴 II轴各轴的输入功率I轴II轴 3.15各轴的输入转矩 3.16 3.17轴名功率P/w转矩T/(Nm)转速n/(r/min)传动比效率I轴1.180.08613 1.30.95II轴1.120.08110 表3.1轴的运动参数电机选择GMP-2855TD720无刷直流电机，额定电流24v。质量0.12kg工作环境-1070摄氏度2.4.1选择电动机容的量按工作要求和工作条件选用无刷直流伺服电机，额定电流24v。翻转时力矩 3.18有效功率为 3.19式中，、分别为轴承、齿轮传动传动效率。由机械设计手册成大先版表9.1取，则滚珠轴承的的摩擦系数为u=0.00100.0015轴承的机械效率 直齿轮齿轮的机械效率 从电动机到翻转轴输送总效率 3.20所以电动机所需工作功率为 3.212.42确定电动机转速电机转速的选择因手抓的动作要求平缓，且转速不能过高，考虑齿轮减速比i4因此电机的转速不宜过大因此手腕的转速控制在60度每秒左右，选用电机为转速13r/min，减速比i=1.3。图3.4电机安装尺寸计算传动装置各轴的运动和动力参数I轴 II轴各轴的输入功率I轴II轴 3.22各轴的输入转矩 3.23 3.24轴名功率P/w转矩T/(Nm)转速n/(r/min)传动比效率I轴1.890.13813 1.30.95II轴1.800.13110 表3.1轴的运动参数电机选择GMP-2855TD720无刷直流电机，额定电流24v。质量0.12kg工作环境-1070摄氏度 直流无刷电机是用电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了10-30倍。 外置驱动的直流无刷属静态电机，空载电流小；输出效率高；外置驱动的无刷电机可以做到体积很小。 内置驱动器的无刷电机，由于散热问题， 在电机运行一段时间后，就出现发热情况。缺点：无霍尔的无刷电机在起动时有轻微振动，速度正常后就感觉不到振动现象了；空心杯结构的无刷电机价格高，控制器要求高；外置驱动器的无刷电机，使用不方便，需要外配控制器，在尺寸、成本方面不易控制三参考文献【1】 成大先.机械设计手册.第1版.北京：化学工业出版社，2002 1-5卷【3】 工业机器人技术 郭洪红主编：西安电子科技大学出版社 【3】机械原理 高中庸主编 华中科技大学出版社【4】 材料力学 章梓茂主编 高等教育出版社【5】 工业机器人的操作设计 马香峰 冶金工业出版 1996【6
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