垃圾桶清理机械手的设计说明书

目录目录 .11 前言 .31.1 选题背景与意义 .31.1.1 国内外研究现状 .31.1.2 发展前景及方向 .31.2 设计内容 .41.2.1 设计内容 .42 机械手的总体设计方案 .52.1 机械手的组成 .52.2 机械手基本形式的选择 .52.3 驱动机构的选择 .52.4 机械手的设计参数 .52.5 机械手的运动分析及结构图 .63 机械手手部结构设计及计算 .73.1 手部结构 .73.1.1 手爪的形状 .73.1.2 设计时考虑的问题 .73.2 手部结构设计及计算 .73.3 夹紧气缸的设计 .83.3.1 气缸工作压力的确定 .83.3.2 气缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .83.3.3 缸筒壁厚和外径的设计 .93.3.4 手部活塞杆行程长 L 计算 .93.3.5 校核 .93.3.6 缸结构设计 .103.4 摆动气缸的设计 .114 机械手手臂机构的设计 .124.1 手臂的结构 .124.2 伸缩气缸的设计 .124.2.1 气缸主要尺寸的确定 .124.2.2 气缸结构设计 .155 机械手腰部和基座结构设计及计算 .155.1 结构设计 .155.2 控制手臂上下移动的气缸的设计 .155.3 上下运动气缸结构设计 .175.4 驱动气缸的选取 .175.5 驱动气缸的结构设计 .195.6 基座的结构设计 .196 气动系统及 PLC 控制系统设计 .226.1 气压传动系统工作原理图 .226.2 可编程序控制器的选择 .226.3 机械手可编程序控制器控制方案 .226.3.1 控制系统的控制要求 .226.3.2 气动机械手的工作流程 .236.3.3 原理接线图 .236.3.4 梯形图设计 .237 结论 .26参考文献 .281 前言1.1 选题背景与意义1.1.1 国内外研究现状从各国的行业统计资料来看, 近30多年来, 气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为91, 而30 多年后的今天, 在工业技术发达的欧美、日本等国家, 该比例已达到64, 甚至接近55。我国的气动行业起步较晚, 但发展较快1。从20世纪80年代中期开始, 气动元件产值的年递增率达20%以上, 高于中国机械工业产值平均年递增率2。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用, 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点3。所以, 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工, 食品和药品的包装、精密仪器、医疗和军事上。对于本课题垃圾桶清理机械手的设计，是一个比较新颖的课题，国内外还没有将气动机械手运用到垃圾桶清理方面。我的设计可以让垃圾桶清运工人避免直接接触垃圾桶，而达到对垃圾桶的清理效果，简便省力卫生，是一个比较新颖的课题。1.1.2 发展前景及方向（1)模块化由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承, 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能,是气动机械手的一个重要的发展方向。（2)无给油化无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求。随着材料技术的进步, 新型材料的出现 , 用自润滑材料制造的无润滑元件, 不仅节省润滑油、不污染环境, 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。（3）机电气一体化由“可编程序控制器- 传感器- 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀技术的发展, 又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手5。（4）垃圾清理机械化随着现代垃圾处理技术的革新，气动机械手在垃圾清理方面的应用，顺应现代环保的号召，将现代技术应用到环保项目当中，更是加快了人类社会自动化的进程。1.2 设计内容1.2.1 设计内容（1）确定机械手的形状和自由度。机械手爪初步确定为剪刀型，通过计算得到的数据画出三维图，根据垃圾桶清理机械手要实现的功能，确定机械手有 5 个自由度。（2）执行机构设计设计出机械手的各执行机构，包括:支座、手臂、手部等部件的设计。（3）气动系统的设计本课题将设计出机械手的气压传动系统，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。（4）PLC 控制系统的设计本机械手拟采用 PLC 对机械手进行控制，要选取 PLC 型号，根据机械手的工作流程编制2 机械手的总体设计方案2.1 机械手的组成（1）执行机构1）手部机械手的手部可分为夹持式和吸附式，在此设计我采用夹持式手部结构。夹持式手部由手爪和传力机构所构成。手指采用平行夹持结构，而手指通过传力机构产生夹紧力来完成夹放垃圾桶的任务。2）手爪摆动垃圾桶的倾倒需要在手爪抓住垃圾桶之后进行绕手腕的旋转来完成，此处我选用了一个摆动角度 180 度的摆动气缸完成此项动作。3）手臂在本设计中我采用气缸作为驱动手臂运动的部件，来实现手臂的前后推拉运动。4）立柱立柱是支承手臂的部件或手臂的一部分，手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。5）机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。（2）驱动系统驱动系统是驱动垃圾桶清理机械手执行机构运动。本设计采用气缸作为驱动装置。2.2 机械手基本形式的选择常见手臂按坐标形式大致可以分为以下 4 种， (1)直角坐标型机械手；(2)圆柱坐标型机械手； ( 3)球坐标型机械手；(4)多关节型机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。2.3 驱动机构的选择根据设计内容和需求确定使用圆柱坐标型机械手，利用气动方式和齿轮齿条传动来实现机器人的旋转运动，采用气压缸驱动实现手臂上下运动和前后伸缩运动，手腕处采用一个摆动气缸来实现倾倒的动作，末端夹持器则采用夹持式手部结构，同样采用气压缸作为驱动。2.4 机械手的设计参数（1）手爪最大抓重：25kg（2）垃 圾 桶 宽：约 500mm（3）自 由 度 数：5 个自由度（4）坐 标 型 式：圆柱坐标（5）手指开合角度：60（6）支座旋转角度：90（7）手爪摆动角度：180（8）手臂运动参数：伸缩行程：200mm伸缩速度：100mm/s升降行程：200mm升降速度：100mm/s手爪摆速：30/s2.5 机械手的运动分析及结构图（1）机械手的运动过程中各动作如表 2.1 所示。表 2.1 工业机器人的运动过程机械手开机，处于 A 位 工步一旋转至 B 位 工步二手臂上升 工步三手臂伸出 工步四夹紧垃圾桶 工步五旋转至 C 位 工步六手爪摆动倾倒垃圾 工步七手爪回正 工步八旋转至 B 位 工步九放松垃圾桶 工步十手臂收缩 工步十一手臂下降 工步十二旋转至 A 位 工步十三3 机械手手部结构设计及计算3.1 手部结构本设计中采用夹持式手部结构，由手爪和传力机构所组成。本设计中采用剪刀形状的传力机构。3.1.1 手爪的形状夹持式是最常见的一种手爪形状，本设计采用平行夹持式的手爪，在手抓内部与垃圾桶接触处添加防滑垫，确保手爪在夹持垃圾桶时的摩擦力，避免垃圾桶滑落。3.1.2 设计时考虑的问题（1）具有足够的夹紧力（2）手指间应具有一定的开闭角（3）手抓能够有一定的摆动角度（4）保证垃圾桶准确定位（5）具有足够的强度和刚度（6）考虑被抓取对象的要求3.2 手部结构设计及计算手部驱动力的计算：垃圾桶重量 G=25kg，平行手爪的角度 ，120，摩擦系数为 。mRb601)(手 爪 后 25.0f(1)根据手爪类别,计算夹紧力受力分析得 （3.1） )(sin2)(NSagFG-工件质量m-重力加速度g-动态运动时产生的加速度a-安全系数S-V 型手爪张开的角度-气爪夹头与工件的摩擦因素，查表得 =0.25SagmFGsin2)(= 25.08.926N84(2)其驱动力为: (3.2)NRbRbF2G)(4538061N(3)实际驱动力为： (3.3)21K实 际因为传力机构为齿轮齿条传动，故取 ，并取 。若被抓取工94.05.1K件的为匀速取 时，则:0a12ga)(723)(.73694.053NF实 际所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为 7237N。3.3 夹紧气缸的设计3.3.1 气缸工作压力的确定由液压传动与气压传动表 3.2 取气缸工作压力 MPap2表 3.2 气压负载常用的工作压力负载 F/N 50000工作压力 p/MPa 573.3.2 气缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定本课题设计的气缸属于双向作用气缸。压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不等。活塞左行时活塞杆产生推力 ，活塞右行时活塞杆产生拉力 。1F2F（3.4）zpD42（3.5） zFd)(2- 活塞杆上的推力，N1F-活塞杆的拉力，N2- 气缸工作时的总阻力，Nz- 气缸工作压力，Pap-活塞直径，mD-活塞杆直径，md气缸工作时的总阻力 与众多因素有关，可以载荷率 的形式计入公式，如zF要求气缸的静推力 和静拉力 ，则在计入载荷率后：12（ 3.6） 4pD （3.7）4)(22pdDF本设计气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取 。85.07由以上分析得双向作用气缸的直径： pF1（3.8）1实 际代入有关数据，可得： Dp485.027346)(6.m圆整，得 m80由 ,可得活塞杆直径：3.2/Dd Dd241).(圆整后，取活塞杆直径 d253.3.3 缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: （3.9） 2/pDP- 缸筒壁厚，mm- 气缸内径，mmD- 气缸试验压力，一般取 （Pa）pPpP5.1-气缸工作压力 （Pa）-缸筒材料许用应力（Pa）本课题手爪夹紧气缸缸筒材料采用为:铝合金 ZL106, =3MPa代入己知数据，则壁厚为: 2/pDP )(8)1032/(1045.8065m取 ，则缸筒外径为 : m8 913.3.4 手部活塞杆行程长 L 计算活塞杆的位移量 （3.10）R26360为了以免活塞与缸盖相碰撞，保证夹紧效果，因此将计算行程多加 。m201（3.11）mL4152故查有关手册圆整为 l43.3.5 校核（1）活塞杆稳定性的验算：当活塞杆的长度 较小时 ， 可以只按强度条件校核计算活塞杆直径L）（ d10有: 5.0)/14(Fd（3.12）其中， ，MPa120NF108则: 5.)/84(d27所以满足实际设计要求。（2）气缸推力验算：= =421pDF85.041.08.1362)(.4N由以上计算可知气压缸能产生的推力 大于夹紧工件所需的推力F1。所以该气缸满足要求。N723实 际3.3.6 缸结构设计（1）缸筒与缸盖的连接缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、钢筒螺纹、卡环等，在此处，夹紧气缸选择钢桶螺纹连接，将前后缸盖旋紧，密封。（2）气缸的安装连接结构在本设计中，考虑到夹紧气缸要与手爪一起摆动，所以此处将其放在四个轴承上，后盖与摆动气缸连接，使其只能做饶轴的旋转运动，如图所示：图 3.1 夹紧气缸连接示意图（3）气缸的选择本设计采用 SMC 公司的气缸，根据计算的气缸的活塞直径及缸径选择夹紧气缸的型号为 CQ2L100-30D。3.4 摆动气缸的设计3.4.1 摆动气缸有效输出力矩计算（1）摆动气缸承受力矩计算摆动气缸所承受的负载力是其前端除了夹紧气缸之外，包括手爪的重量和垃圾桶的重量，估计重量为：F=300N；垃圾桶高度约为1m ，重心定在中心，负载力臂约为：l =0.5m。摆动气缸应该承受的力矩：M = Fl （3.13）式中M 摆动气缸承受的力矩，NmF 负载力，Nl 负载力的力臂，m所以 M= Fl =300N0.5m=150 Nm（2）摆动气缸有效输出力矩计算 摆动气缸的负载率计算公式为：= M/M0 （3.14）式中M 摆动气缸承受的力矩，NmM 0摆动气缸的有效输出力矩，Nm对静负载，一般选 = 0.9所以 M0=M/=150Nm/0.9=166.67 Nm3.4.2 根据输出力矩确定摆动气缸（1）摆动气缸的工作压力由上计算可知，摆动气缸的输出力矩为166.67 Nm，从标准气缸库中选择工作压力为p=0.5MPa的摆动气缸。（2）摆动气缸的摆动角度此气缸是为实现垃圾桶的垃圾倾倒功能，所以选择摆动角度为180度即能实现功能。（3）缸筒与缸盖的连接缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、钢筒螺纹、卡环等，在此处，夹紧气缸选择钢桶螺纹连接，将前后缸盖旋紧，密封。（4）气缸的安装连接结构该气缸用脚座式安装连接。（5）摆动气缸的选型综合考虑摆动气缸所要实现的功能，根据计算，我选择日本 SNC 公司的 CRB2 系列单叶片摆动角度 180 度的摆动气缸。4 机械手手臂机构的设计4.1 手臂的结构本设计中手臂由气缸驱动实现前后运动，还设计有两根导轨导向，支撑前端工作重量，防止手臂在活塞杆上转动，确保手臂随机座一起转动。它的结构如图 4.1所示。图 4.1 手臂结构4.2 伸缩气缸的设计4.2.1 气缸主要尺寸的确定（1）气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求， ，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为 。70由 ,可得活塞杆直径 :3.02/Dd mDd2416)3.02(圆整后，取活塞杆直径 md18由液压传动与气压传动手册，取气缸工作压力 。由公式（3.4） 、MPap.（3.5）： 421F 4)(22pdDF本气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。得 。85.07N916.70821，（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚按薄壁筒公式（3.9）计算 : 2/pDP设计的伸缩气缸缸筒材料为:铝合金 ZL106, =3MPa代入己知数据，则壁厚为: 2/pDP )(8)1032/(45.18065m取 ，则缸筒外径为: 。m77（3）伸缩气缸活塞杆行程长 确定l按设计要求，X 轴小臂伸缩距离为 200mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量，圆整为 。但为了减少机械手臂的倾覆力矩，增加其平ml02衡，故选择气缸的行程为 。35（4）伸缩气缸活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度 时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。dL1活塞杆稳定性条件是： kpunF（4.1）-气缸承受的轴向负载，即气缸的理论输出推力puF气缸的压杆稳定极限力k-气缸的压杆稳定性安全系数，一般取n 62kn气缸的压杆稳定极限力与缸的安装形式、活塞杆直径及行程有关。当长细比 时， （4.2）mKL852/LFk当长细比 时， （4.3） 21)(KnafA活塞杆计算长度 L)(活塞杆横截面回转半径K实心杆 （4.4）41dA空心杆 （4.5）/20K活塞杆断面惯性矩实心杆 64d（4.6）空心杆 64/)(04d（4.7）空心活塞杆内孔直径0d)(m活塞杆截面积A1实心杆 421dA（4.8）空心杆 )(201（4.9）系数，m材料弹性模量，对钢取pa1.2材料强度实验值，对钢取f f7049系数，对钢取a501a查阅机械手册气缸设计由表得安装方式为固定-自由式，取 41m代入公式（4.4）至（4.9）：实心杆 5.4dK639.178L.25m用公式（4.8）： 21)(KLnafFkA2756.390418)(39N)(5.936581Fpuk所以该活塞杆满足稳定性条件。（5）驱动力校核估算手爪与手爪气缸质量为 ，设计加速度 ，则惯性力：kg10sma/10F惯（4.10）N考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数 ,2.0k惯Fm. )(1总受力 m惯010F所以该气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。4.2.2 气缸结构设计（1）缸筒与缸盖的连接缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、钢筒螺纹、卡环等，在此处，伸缩气缸选择拉杆式螺栓连接，采用 4 根螺栓将前后盖连接固定。（2）气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。伸缩气缸采用脚架式安装连接。（3）导向装置为保证手指的正确方向，以增加手臂的刚性，采用导杆作为导向装置。（4）气缸的选择本设计采用 SMC 公司的气缸，根据计算的气缸的活塞直径及缸径选择伸缩气缸的型号为 MBL80-350。5 机械手腰部和基座结构设计及计算5.1 结构设计通过安装在支座上的气缸采用齿轮齿条驱动转动带动壳体转动，实现机械手的旋转运动，通过安装在转动机座上的气缸实现手臂的上下移动。5.2 控制手臂上下移动的气缸的设计（1）气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为 。80由 ,可得活塞杆直径 :3.02/Dd mDd2416)3.20(圆整后，取活塞杆直径： m2查液压传动与气压传动手册，取气缸工作压力 MPap.由公式（3.4） 、 （3.5）： 421pF)(2dD本气缸动态参数要求一般，其载荷率取 。得 85.07NF396621，（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: 2/pDP气缸缸筒材料采用为:铝合金 ZL106, =3MPa代入己知数据，则壁厚为:2/pDP )(8)103/(45.18065m取 ，则缸筒外径为:m8 92所以取 D1=100mm（3）上下气缸活塞杆行程长 确定l按设计要求，腰部上下运行距离为 20cm，即 200mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量，故行程查有关手册圆整为 ml20（4）上下气缸活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度 时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。dL10活塞杆稳定性条件公式（4.1）： kpunF当长细比 时，mK85用公式（4.3）： 21)(KLafkA实心杆 41d实心杆 21系数m材料强度实验值，对钢取f paf7049系数，对钢取a50a代入公式（4.4）至（4.9）：实心杆 84dK065L178m得 21)(KLafFkA27804513.9)(2.95N)(66.831Fnpuk 所以该活塞杆满足稳定性条件。5.3 上下运动气缸结构设计（1）缸筒与缸盖的连接上下气缸选择拉杆式螺栓连接，采用 4 根螺栓。（2）气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。根据结构的需要，该气缸用法兰式安装连接。（3）导向装置为了增加机械手腰部的刚性，在设计结构时，采用导向装置。在本设计中采用双导向杆来增加手臂的刚性和导向性。（4）气缸的选择根据活塞杆的直径及缸径选择 SMC 公司的气缸型号为 MBL80-240。5.4 驱动气缸的选取（1）气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合末端执行器的尺寸以及伸缩气缸的结构尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为 。10由 ,可得活塞杆直径 :3.20/Dd mDd302).(圆整后，取活塞杆直径 5查液压传动与气压传动手册表气压负载常用工作压力，取气缸工作压力 MPap4.0由公式（4） 、 （5）： 421pDF)(2d本气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。得 85.07NF396621，（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: 2/pDP气缸缸筒材料采用为:铝合金 ZL106, =3MPa代入己知数据，则壁厚为: 2/pDP )(8)103/(45.18065m取 ，则缸筒外径为:m8 2所以确定 D1=100mm。（3）驱动气缸活塞杆行程长 确定l按设计要求齿轮的直径是 12cm，即 120mm。活塞行程还需要留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为 ml20（4）驱动气缸活塞杆稳定性的计算：当活塞杆的长度 时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。dL1当气缸承受的轴向负载 达到极限值 后，极微小的干扰力都会使活塞杆产puFkF生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。活塞杆稳定性条件公式（4.1）： kpun当长细比 时，mKL85用公式（4.3）： 21)(KLmafFkA实心杆 41d实心杆 21系数，由查表安装方式为固定-固定式 得m材料强度实验值，对钢取f paf7049系数，对钢取a50a代入公式（4.4）至（4.9）：实心杆 84dK065L178m得 21)(KLafFkA27804513.9)(2.95N)(66.831Fnpuk 所以该活塞杆满足稳定性条件。估算驱动的质量为 ，设计加速度 ，则惯性力：g45sma/0F惯 N451考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数 ,2.0k惯Fm. )(945N总驱动力 m惯0 40由伸缩缸的计算可知气缸满足要求。5.5 驱动气缸的结构设计（1）缸筒和缸盖的连接选择拉杆式螺栓连接，使用 4 根螺栓，该结构简单，易于加工，易于装卸。（2）气缸的安装连接结构该气缸用脚座式安装连接。（3）气缸的选择本设计采用 SMC 公司的气缸，根据计算的气缸的活塞直径及缸径选择夹紧气缸的型号为 MBL100-250。5.6 基座的结构设计（1）该设计采用了钢板支承结构。它由气缸直接驱动齿条通过齿轮齿条传动带动转动壳体的支撑架，转动壳体带动手臂转动。根据承受载荷及力方向，该支撑轴承选用角接触球承。（2）轴承的选取由于只承受轴向载荷，而角接触球承能承受两个方向的轴向载荷，可以限制轴和外壳两个方向的轴向位移，故选用角接触球轴承。根据机械手册滚动轴承中选择型号为 7017AC(GB/T292-1994)如表 5.1 所示。表 5.1 角接触球轴承型号基本额定 极限转速min/r轴承代号动载荷 Ca/KN静载荷 oa/KN脂润滑 油润滑7017AC 59.2 57.2 4300 5600（3）齿轮轴的设计齿轮轴与上下移动的气缸的基座采用锥形连接，轴与齿轮采用普通平键连接，选定轴的直径为 。根据轴的直径选定键为 。40 102hb驱动力为 540N，由于轴的直径较大，不用校核可知满足要求。（4）键的校核：（5.1）mNLFT6.21.5（5.2）Mpakldp 28.1704102表 5.2 键的许用应力表 载荷性质许用挤压应力、许用压力连接工作方式 键或毂、轴的材料 静载荷 轻微冲击 冲击钢 120-150 100-120 60-90 p 静连接铸铁 70-80 50-60 30-45p 动连接 钢 50 40 30键用钢作为材料可知满足连接强度。（5）齿轮齿条的选择齿轮齿条都选用渐开线标准直齿（ ）1*ah25.0c根据齿轮轴的直径选择齿轮内径为 ，分度圆直径为 ，齿宽 D=35mm,压4140力角 ，模数 ，齿数 ，齿顶圆直径 ，204m321z mhzdaa3)(齿根圆直径 ，齿槽宽 ，齿厚mchzaf 8)2(1e28.6/。s8.6/齿条的选择齿条的长度 380mm，齿宽 D=35mm,压力角 ，模数 m=4，齿0数 ，齿顶圆直径 ，齿根圆直径31zzdaa152)(1，齿槽宽 ，齿厚mchaf 42)2(e8.6/。s8.6/表 4 齿形系数 FaY及应力校正系数 SaYz25 26 27 28 29 30 35 40 45 50FaY2.62 2.60 2.57 2.55 2.53 2.52 2.45 2.40 2.35 2.32S1.59 1.595 1.60 1.61 1.62 1.625 1.65 1.67 1.68 1.70（6）齿轮的校核（5.3）2123FdSaFzmYTK转矩（ ）N载荷系数齿形系数FaY应力校正系数S齿宽系数dKVA使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数由于是直齿圆柱齿轮所以 1KV查机械设计手册可取 25.1A 所以 25.1KVAmNT6.21查表知: ， ，0.FaY63.Sa， ，d3z4代人（5.3）得: MpazYTdF 345.032416.15.0.22231 查的可知齿轮满足设计要求，FFMpa20（7）齿条的校核23dSzmYTK转矩（ ）N载荷系数齿形系数FaY应力校正系数S齿宽系数dKVA使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数由于是直齿圆柱齿轮所以 1KV查机械设计手册可取 25.1A查表知: ， ， ， ，450.2FaY63Sad321z已知： mNT61代人（5.3）得 MpazYdSaFF 315.06.5.0.2323 查表知： 可知齿条满足设计要求。Mp06 气动系统及 PLC 控制系统设计6.1 气压传动系统工作原理图图 6.1 为机械手的气压传动系统工作原理图。由空气压缩机通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。图 6.1 气动原理图各通行机构的调速，采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调节，这种方法的特点是结构简单效果好，而且调节气缸的运行速度。6.2 可编程序控制器的选择此在本次设计中选择了欧姆龙的 CPM2AH 系列的 40 点的可编程序控制器。6.3 机械手可编程序控制器控制方案6.3.1 控制系统的控制要求为了满足生产需要，机械手应设置手动工作方式、单动工作方式和自动工作方式。（1）手动工作方式用点动方式对机械手每一动作单独进行控制。（2）回原点工作方式在执行自动工作方式之前，要是机械手在设定的原点位置。（3）自动工作方式按下起动按钮，机械手从原点开始，按工序自动反复连续工作，直到按下停止按钮，机械手在完成最后一个周期的动作后，返回原点自动停机。6.3.2 气动机械手的工作流程当按下机械手启动按钮之后，每一步执行的时间通过延时来实现，一直循环直到按下停止按钮为止。6.3.3 原理接线图原理接线图如图 6.2 所示。图 6.2 原理接线图6.3.4 梯形图设计控制梯形图包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序。回原点程序是通过 4 个行程开关来确定气缸的运动位置。（1）回原点程序回原点程序是让机械手回到设定的原点位置，为自动操作做准备。（2）手动单步操作程序单步操作程序是采用点动控制。（3）自动操作程序自动操作程序是采用移位指令，用延时来控制每步机械手运动的时间。 （4）机械手传送系统总梯形图7 结论通过此次毕业设计，使我了解了机械手的很多相关知识。使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过