创新设计说明书

一、抓取机构设计手部设计计算一、对手部设计要求1、有适当夹紧力手部在工作时，应具备适当夹紧力，以确保夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件已加工表面。对于刚性很差工件夹紧力大小应该设计得能够调整，对于粗笨工件应考虑采取自锁安全装置。2、有足够开闭范围夹持类手部手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大改变量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围要求与许多原因关于，如工件形状和尺寸，手指形状和尺寸，通常来说，如工作环境许可，开闭范围大一些很好，如图所表示。机械手开闭示例简图3、力争结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。所以，在设计手部时，必须力争结构简单，重量轻，体积小。4、手指应有一定强度和刚度5、其它要求所以送料，夹紧机械手，依照工件形状，采取最惯用外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。二、拉紧装置原理如图所表示：油缸右腔停顿进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。油缸示意图1、右腔推力为FP=（π／4）D²P=（π／4）0.5²2510³=4908.7N2、依照钳爪夹持方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2b／a）（cosα′）²N′其中N′=498N=392N，带入公式2.2得：F1=（2b／a）（cosα′）²N′=(2150/50)（cos30º）²392=1764N则实际加紧力为F1实际=PK1K2/η=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即L=（D/2）tgψ=25×tg30º=23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪L、β。取L/Rcp=3式中：Rcp=P/4=200/4=50由公式得：L=3×Rcp=150取“V”型钳口夹角2α=120º，则偏转角β按最好偏转角来确定，查表得：β=22º39′5、机械运动范围（速度）【1】（1）伸缩运动Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升运动Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回转Wmax=90º/sWmin=30º/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量Q=sv=60πr²=60×3.14×25²=1177.5mm³/s7、手部工作压强P=F1/S=3500/1962.5=1.78Mpa腕部设计计算腕部是联结手部和臂部部件，腕部运动主要用来改变被夹物体方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具备回转这一个自由度，可采取具备一个活动度回转缸驱动腕部结构。要求：回转±90º角速度W=45º/s以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，摆动缸工件扭矩最大，采取估算法，工件重10kg，长度l=650mm。如图所表示。1、计算扭矩M1〖4〗设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=F×S=10×9.8×0.2=19.6（N·M）工件FSF腕部受力简图2、油缸（伸缩）及其配件估算扭矩M2〖4〗F=5kgS=10cm带入公式2.9得M2=F×S=5×9.8×0.1=4.9（N·M）3、摆动缸摩擦力矩M摩〖4〗F摩=300（N）（估算值）S=20mm（估算值）M摩=F摩×S=6（N·M）4、摆动缸总摩擦力矩M〖4〗M=M1+M2+M摩=30.5（N·M）5.由公式T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8其中：b—叶片密度，这里取b=3cm；ΦA1—摆动缸内径,这里取ΦA1=10cm；Φmm—转轴直径,这里取Φmm=3cm。所以代入公式P=8T/b（ΦA1²-Φmm²）×106=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106=0.89Mpa又因为W=8Q/（ΦA1²-Φmm²）b所以Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8=（π/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8=0.27×10-4m³=27ml/s臂伸缩机构设计手臂是机械手主要执行部件。它作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动目标，通常是把手部送达空间运动范围内任意点上，从臂部受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件动、静载荷，而且本身运动又较多，故受力较复杂。机械手精度最终集中在反应在手部位置精度上。所以在选择适宜导向装置和定位方式就显得尤其主要了。手臂伸缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式得：【4】Q=sv=200×π×40²=1004800mm³/s=0.1/10²m³/s=1000ml/s2、手臂右腔工作压力，公式得：〖4〗P=F/S式中：F——取工件重和手臂活动部件总重，估算F=10+20=30kg，F摩=1000N。所以代入公式得：P=（F+F摩）/S=（30×9.8+1000）/π×40²=0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图所表示：机构工作参数表4、由初步计算选液压泵〖4〗所需液压最高压力P=1.78Mpa所需液压最大流量Q=1000ml/s选取CB-D型液压泵（齿轮泵）此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之间，能够满足需要。5、验算腕部摆动缸：T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b式中：Ηm—机械效率取：0.85～0.9Ηv—容积效率取：0.7～0.95所以代入公式得：T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8=25.8（N·M）T<M=30.5（N·M）代入公式得：W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03=0.673rad/sW<π/4≈0.785rad/s所以，取腕部回转油缸工作压力P=1Mpa流量Q=35ml/s圆整其余缸数值：手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa流量QⅠ=120ml/s小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa流量QⅠ=1000ml/s电机选择机身部使用了两个电机，其一是带动臂部升降运动；其二是带动机身回转运动。带动臂部升降运动电机安装在肋板上，带动机身回转电机安装在混凝土地基上。1、带动臂部升降电机：〖10〗初选上升速度V=100mm/sP=6KW所以n=（100/6）×60=1000转/分选择Y90S-4型电机，属于笼型异步电动机。采取B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如图Y90S-4电动机技术数据所表示：型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率原因额定电流额定转矩额定转矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2Y90S-4电动机技术数据2、带动机身回转电机：〖10〗初选转速W=60º/sn=1/6转/秒=10转/分因为齿轮i=3减速器i=30所以n=10×3×30=900转/分选择Y90L-6型笼型异步电动机电动机采取B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380V，额定功率为50HZ。如图Y90S-6电动机技术数据所表示：Y90L-6电动机技术减速器选择减速器原动机和工作机之间独立闭式传动装置。用来降低转速和增转矩，以满足工作需要。〖6〗初选WD80型圆柱蜗杆减速器。WD为蜗杆下置式一级传动阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆材料为38siMnMo调质蜗轮材料为ZQA19-4中心矩a=80Ms×q=4.0×11传动比I=30传动惯量0.265×10ˉ³kg·m²螺柱设计与校核螺杆是机械手主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆材料选择：〖6〗从经济角度来讲并能满足要求材料为铸铁。螺距P=6mm梯形螺纹螺纹工作高度h=0.5P=3mm螺纹牙底宽度b=0.65P=0.65×6=3.9mm螺杆强度[σ]=σs/3～5=150/3～5=30～50Mpa螺纹牙剪切[τ]=40弯曲[σb]=45～551、当量应力〖6〗式中T——传递转矩N·mm[σ]——螺杆材料许用应力所以代入公式得：σ=（4×200×9.8/πd1²）²+3（200×9.8×0.6/0.2d1³）²=（2495/d1²）²+3（61.2/d1³）²≤30～50×106=（2495/d1²）²+3（61.2/d1³）²≤900～2500×1012=6225025/d14+11236/d16≤900～2500×1012 6225025d12+11236≤900d16×10126225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012即16471pa＜535340pa合格2、剪切强度〖6〗Z=H/P=160/6（旋合圈数）τ=F/πd1bz=200×9.8/π×0.029×3.9×（160/6）×10-3=206.8×103pa=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa3、弯曲强度〖6〗σb=3Fh/πd1b2z=3×200×9.8×3/π×2.9×3.92×（160/6）=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa合格二、机械手定位与平稳性惯用定位方式机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。当机械手经减速运行到终点时，紧靠挡块而定位。若定位前已减速，定位时驱动压力未撤除，在这种情况下，机械挡块定位能达成较高重复精度。通常可高于±0.5mm，若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力，这时机械手可能被挡块碰回一个微小距离，因而定位精度变低。影响平稳性和定位精度原因机械手能否准确地工作，实际上是一个三维空间定位问题，是若干线量和角量定位组合。在许多较简单情况下，单个量值可能是主要。影响单个线量或角量定位误差原因以下：（1、）定位方式不一样定位方式影响原因不一样。如机械挡块定位时，定位精度与挡块刚度和碰接挡块时速度等原因关于。（2、）定位速度定位速度对定位精度影响很大。这是因为定位速度不一样时，必须耗散运动部件能量不一样。通常，为减小定位误差应合理控制订位速度，如提升缓冲装置缓冲性能和缓冲效率，控制驱动系统使运动部件适时减速。（3、）精度机械手制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。（4、）刚度机械手本身结构刚度和接触刚度低时，因易产生振动，定位精度通常较低。（5、）运动件重量运动件重量包含机械手本身重量和被抓物重量。运动件重量改变对定位精度影响较大。通常，运动件重量增加时，定位精度降低。所以，设计时不但要减小运动部件本身重量，而且要考虑工作时抓重改变影响。（6、）驱动源液压、气压压力波动及电压、油温、气温波动都会影响机械手重复定位精度。所以，采取必要稳压及调整油温方法。如用蓄能器稳定油压，用加热器或冷却器控制油温，低速时，用温度、压力赔偿流量控制阀控制。（7、）控制系统开关控制、电液百分比控制和伺服控制位置控制精度是个不相同。这不不过因为各种控制元件精度和灵敏度不一样，而且也与位置反馈装置有没有关于。本课题所采取定位精度为机械挡块定位机械手运动缓冲装置缓冲装置分为内缓冲