气动型吸取机械臂设计说明书

1、机械工程学院气动吸取型机械臂设计说明书设计题目：气动吸取型机械臂专业： 机械设计制造及其自动化班级： 机械电子姓 名： 杨宇奥指导教师：完成 日期：2016年 月 日同济大学机械设计课程设计机械设计课程设计目录 TOC o 1-5 h z 设计任务书 -1 -设计目的： -1 - HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 设计内容和要求 -1 - HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 方案的分析论证 -3 - HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 真空吸盘的动力

2、学分析 -3 - HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 真空吸盘的设计计算及选取 -3 - HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 真空发生器的选取 -4 -真空发生器简介： -4 -真空发生器的计算和选择： -4 - HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 电磁换向阀的选取 -6 - HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 气源的选取 -9 -电源的选取 -10 -, -10 -一.设计任务书设计目的：为助残智能机器

3、人的机械臂设计一可靠而能顺利实现抓取功能的气动吸 取装置。设计内容和要求(1)、总体布置图(略去气源电池等)机械设计课程设计可更换手动阀电磁阀真空吸盘真空发生器真空接口消声器吸盘支架机械设计课程设计可更换手动阀电磁阀真空吸盘真空发生器真空接口消声器吸盘支架(2)、工作情况：不稳定变载荷。(3)、原始数据最大负载Ex (kg)自由度数安全系数满电持续 工作时间 (min)满电待机 时间(h)主控制板0.862.5105NI-MyRIO(4)、设计内容：1)真空吸盘的动力学分析;2)真空吸盘的计算和选取;3)真空发生器的选取；4)电磁换向阀的选取；5)气泵的选取；6)电源的选取；(5)、设“任务：

4、1)设计计算说明书一份；2)采购清单一份；3)零部件模型文件一份。机械设计课程设计机械设计课程设计二.方案的分析论证本方案旨在为同济大学LabView俱乐部“语音控制助残机器人”项 目设计一用于机械臂的气动抓取装置。该方案的优点是：容错率高；对 被抓取物品的尺寸大小没有严格的要求；控制系统较简单；不易损伤被 抓取物。与之对应，该方案的缺点也很明显：要求被抓取物品表面较平 整；难以抓取例如衣物等具有较多气孔的目标对象；待机能耗较大；有 较为明显的噪声，等等。三.真空吸盘的动力学分析在物件抓取过程中，吸盘可以很方便地实现诸物体的吸持、脱开、 传递等搬运功能，并确保不损坏其作用之对象。而吸持力靠真空

5、系统维 持，真空的产生可以是由电动机、真空泵以及各种真空器件所组成的真 空系统来提供，也可以由压缩空气通过真空发生器所产生的二次真空来 提供。前者需要配置独力的真空系统，而后者可以利用一般生产过程中 已有的空气压缩系统。因此，特别在各种包装作业过程中，利用二次真空 方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是 压空气通过收缩的喷腾 后，从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动，从而在接受室形成负压，诱导二次真空。这样的真空系统，尤其对于不需 要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。真空发生器的结构及参数 设计，可以根据需的真空度设计出所需的真空发生器。用真空吸盘来抓 取物体，可以

6、根据物体的不同形状实现任意角度的传递。本次设计方案拟采用诱导二次真空的真空系统。四.真空吸盘的设计计算及选取吸盘直径二40丽 3.14pn其中：W吸附力（N）； n：吸盘数量；t :安全系数；p：真空度（kpa）由设计要求，吸附力W=mx*g=0.8*9.8=7.84N吸盘数量n=1安全系数t=2.5吸盘直径、面积、垂直提升力参数表吸盘垂直提升力（N）吸盘直径D（mm）1013162025324050吸持面积（cm2）0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盘垂直提升力（N）（-0.04MPa）3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4机

7、械设计课程设计试取真空度p=40kPa4000Wt4000 7.84 2.524.98mm3.14pn3.14 40 1圆整后取吸盘直径中3.14pn3.14 40 1五.真空发生器的选取.真空发生器简介：真空发生器用于产生真空，结构简单，体积小，无可动机械部 件，安装和使用都很方便，因此应用很广泛，真空发生器产生的真 空度可达到88kpa ,真空发生器的工作原理如图 3.2所示。它是 由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、负压腔2、和接收管3等组成。真空发生器的耗气量是指供给拉伐尔喷管的流量，它不但由 喷嘴的直径决定，还与供气压力有关。同意喷嘴直径，其耗气量 随供气压力的增加而增加，如图 3.3所示

8、。喷嘴直径是选择真空 发生器的主要依据。喷起直径越大，抽吸流量和耗气量就越大， 真空度越低；喷嘴直径越小，抽吸流量和耗气量越小，真空度越 晨） o.真空发生器的计算和选择：吸着相应时间T是指从供给阀动作后到吸盘内的真空度达到 吸着所必须的真空度的时间称为吸着相应时间。机械设计课程设计设Pv表示最终真空度，吸盘内的压力从大气压降至真空度达 63%Pv的到达时间为T 1 ,降至真空度达95%Pv的到达时间为 T 2 。V 60Ti 二Q-QlT2 =3工试取 L=0.5m, D=3mm-_ 23.14D2-_ 23.14D2L40002 一 _3.14 3 0.54000= 3.53 10，L其中

9、，V:真空发生器到吸盘的容积（L）; D:配管内径（mm； L:从真空发生器到吸盘的配管长度 （项；Q :通过真空发生器的平 均吸入流量Q和通过配管的平均吸入流量 Q中的较小者（L/min ）； CL:工件吸着时的漏气量。取P/Pv=0.7,由上图查得T=1.2Ti0根据抓取目标物体的速度要求T1L=103cm3);A p: bar(1bar=1 . 019716Kg/cm2);T： Kg/dm3(1Kg /dm3=1X 10-3Kg/dm3);KV ： 1/min。对气体工质，流量因子被定义为传导 c,有C=Q/P1KTWr空气/ 丫气体式中，Q: dm3/s；Pl:电磁阀入口压力，bar；

10、KT:温度校正系数，无量纲；丫： Kg/dm3 ;w:电磁阀出口压力P2与人口压力P1比值的函数，无量纲；C: dm3/S?bar。使用流量计算图表查得的最终结果：KV(C)或Q值的误差将达虫5%。电磁阀通径的选算电磁阀通径的选算要解决的就是电磁阀流通能力的计算。我们可以通过电磁阀制 厂商在其选型样本上设计资料所列的公式及图表曲线，材料选择：电磁阀的工质流体通常分为空气(含隋 性气体)、水及轻油等几大类，而电磁阀 阀体的材料通常有黄铜、不锈钢及铝等。除铝可 用于非润滑空气，黄铜、不锈 钢对工质流体基 本上都能适应，因价格因素，黄铜材质选用最 多。同时与工质 流体接触的部件一一密封 垫、阀盘较多

11、的选用了丁月青橡胶，对热水和蒸 汽可选 用特氟龙，对制冷(氟里昂)和二氧化 碳可选用聚四氟乙烯。其余部件材质大体 相同。机械设计课程设计机械设计课程设计七.气源的选取气源系统是为气动设备提供满足一定质量要求的压缩空气的动力源。气源系统 一般由气压发生装置（空气压缩机）、压缩空气的净化处理装置和传输管路系统 组成。气动系统对压缩空气的要求：具有一定压力和流量并具有一定的净化程度。选取形式：（可删）1）按工作原理分类：空压机可分为容积式和速度式。2）按输出压力大小分类，空压机可分为低压空压机（0.21.0 Mpa、中压空压 机（1.010 Mpa、高压空压机（10100 Mpa、超高压空压机（大于

12、100 Mpa。3）按输出流量或排量分类，有微型空压机（小于 1 m3/min）、小型空压机（1 10 m3/min）、中型空压机（10100 m3/min）、大型空压机（大于 100 m3/min）。单双级判据：（可删）单级活塞式空压机通常用于需要 0.30.7MPa压力范围的系统。在单级压缩机中, 若空气压力超过0.6 MPa产生的过热将大大地降低压缩机的效率，各项性能指 标将急剧下降。因此当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气 温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排量。为了提高效率，降低空 气温度，还需要进行中间冷却。选用原则依据：气动系统所需要的工作压力和流量两个

13、参数压力：工作系统压力+压力储备大致范围：工作压力p=0.40.6Mpa空压机压力p=0.71Mpa(9-11)式中 P气动系统的工作压力，单位为MPa；=1 qZ AP=1 q流量：自由空气量机械设计课程设计机械设计课程设计空压机输出流量式中-设备利用系数k1- 泄漏系数k1=1.151.5k2- 备用系数k2=1.31.6qz同时工作执行机构自由空气量P qz同时工作执行机构自由空气量P - Pa qz =qPa（气动系统同时工作的执行机构用气的最大耗气量，单位为m3/min； k修正系数，一般可取k=1.31.5。空压机供气量Qc的大小应和目前气动系统中各设备所需的耗气量相匹配，并留 有

14、10批右的余量。在确定供气压力pc与供气量Qc后，按空压机的特性要求，选择空压机的类型和 型号。根据第四性220V八.电源的选取根据第四性220V九.十.参考文献一、气压传动系统的工作原理以及组成气压传动以压缩空气作为工作介质进行动力传递。气动系统由下面几种元件及装置组成1.气源装置压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。 为系统提供合乎质量要求的压缩空气。-10 -机械设计课程设计机械设计课程设计.执行元件将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、 气马达。.控制元件 控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类 ；.气动辅件气动系统中的辅助元件，如消声器、管道、

15、接头等。二、气压传动的优缺点优点1）空气可以从大气中取得，同时，用过的空气可直接排放到大气中去，处理方便，万一空气管路有泄漏，除引起部分功率损失外，不致产生不利于工作的严重影响，也不会污染环境。2）空气的粘度很小，在管道中的压力损失较小，因此压缩空气便于集中供应（空压站）和远距离输送。3）因压缩空气的工作压力较低（一般为0.30.8MPa）,因此，对气动元件 的材料和制造精度上的要求较低。4）气动系统维护简单，管道不易堵塞，也不存在介质变质、补充、更换等问题。5）使用安全，没有防爆的问题，并且便于实现过载自动保护。（2）缺点1）气动装置中的信号传递速度较慢，仅限于声速的范围内。所以气动技 术不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中，同时，实现生产过 程的远距离控制也比较困