【某小型物料搬运机械手的手臂伸缩和升降气缸选择与腕部连接装置设计3400字】

某小型物料搬运机械手的手臂伸缩和升降气缸选择与腕部连接装置设计1.1手臂伸缩气缸的选择1.1.1水平方向受力计算当所搬运的物料处于水平状态时，手臂伸缩气缸受到的扭矩最大，在设置参数的过程中将物料的重量设置成10KG，长度为100mm，则物料的受力简图为下图：工件工件FSF图1.1物料受力简图气缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M=F×S（1.1）=10N·m1.1.2气缸的选择表1.1YAM系列气缸型号动作形式缸径（mm）标准行程（mm）固定装置使用速度（mm/s）额定压力（MPa）YAM4025~800空白：标准YAM50LB：脚架YAM63FA:前法兰YAM80CA：单耳轴YAM100复动25~1000CB：双耳轴5~300YAM125TC：中间耳轴0.5~14YAM150LA：脚座YAM200YAM250根据扭矩结合实际情况，选用YAM63标准小型气缸。下图为YAM63标准小型气缸的实际图片。图1.2YAM63小型气缸实际图1.1.3活塞杆的选择REF_Ref71729529\r\h[1]查阅《气动传动与控制手册》，根据杆径比d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取d/D=0.3−0.5，当活塞杆受压时，一般选取d/D=0.5−0.7。所以活塞杆的直径取d=0.5D=25mm。表1.2活塞杆直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400为了方便更直观的了解，本次将活塞杆图简化，下图就是本次所画活塞杆。图1.3活塞杆1.1.4导向装置为了有效地防止手臂运动方向的偏移，确保手臂能够沿着正确方向进行移动，并且有效地防止手臂中的活塞杆承受到较大弯矩时产生的影响，为了增强手臂的稳定性和刚度，应该考虑使用引导装置。手臂伸缩气缸的导向装置我将气缸的固定底座与气缸的导向装置做了一个结合，这样既方便了气缸的工作也解决了气缸的方向偏移问题。图1.4导向装置简图1.2手臂升降气缸的选择1.2.1升降气缸的计算升降气缸的选择，我准备从GB/T2348-1980系列中选取一个符合的。考虑到此次设计应该满足工作台快速进退速度相等，且应该减小气动泵的流量，设气缸的无杆腔的有效面积为A1，设有杆腔的有效面积为A2，则无杆腔的等效面积与有杆腔的有效面积的关系应该满足取气缸机械效率。故气缸无杆腔的有效面积：A1=1.5×气缸直径然后从GB/T2348-1980系列中选取表1.3GB/T2348-1980系列810121620253240506380100125160200250320400500本来应该选取D=50mm，在这里考虑到一些不可因素，所以选取D=63mm的，以防意外。图1.5气缸简图1.2.2活塞杆的计算校核活塞杆本身就是气缸传动的主体与零件，它需要承受着诸多的力，如压、拉、冲击力等，所以一定要具备足够的机械刚度与高速运转。其材料一般采取Q235钢。查《气动传动与控制手册》，一般的选取原则上文已经说过，所以在这里就不过多叙述，选取d=0.5D=50mm。表1.3活塞杆直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400按最低工进速度验算气缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，qminv=为最小速度，则由式A本例A1a活塞杆的结构设计负载的选择牵引式齿轮拖动风力发电机的机构驱动器件在组成端部机构之间与带有活塞杆的机构驱动器件最外端和机构头部互相进行连接，为了有效地同时避免机构驱动器件和组中的活塞杆在正常传动工作和机械生产中由于偏心而松动造成的气缸负载力，适应驱动气缸的结构设计和机械安装使用需要，提高其正常工作效率，应根据气缸负载力的具体情况，选择合理的机构活塞杆和机构驱动器组的端部。b活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/f9选取。薄钢片厚度为0.5mm。此次设计选择O型密封圈，方便维护。表1.4O型橡胶密封圈标准GB1235-1976公称外径ｄ公称内径ｄ断面直径ｄ实际内径ｄ公差521.7632.7743.7851.7961.9±0.085.7±1076.71187.71298.713109.7141110.714109.6151110.6161211.6181413.619152.4±11.6±201615.6221817.6242019.6252120.6262221.6此次选择两个O型密封圈分别是伸缩活塞杆用的公称外径为11，公称内径为8的O型密封圈，和升降活塞杆用的公称外径为22，公称内径为18的O型密封圈。c活塞杆简图图1.6活塞杆只一个活塞杆来作为此机械手的支撑臂的话，不足以撑起物料和小臂的全部重量，所以应该再设计四个油杆分散在此活塞杆的周围，以此活塞杆为中心来支撑上半部的重量，导向装置也在油杆座上，下图为油杆座。图1.7油杆座1.2.3导向装置升降气缸应该具有一个导向装置，这里的导向装置是一个引导活塞沿着缸内直线往复运动而产生的一个圆筒状金属元器。此次导向装置选择单导柱，因为本次机械手的要求并没有那么高，所以单导柱完全可以满足此次需要。图1.8单导柱图1.2.4导向套的设计（1）最小导向长度的确定当活塞杆完全伸出时，从活塞支承面的中点到导向套滑动面的中点的距离称为最小导向长度REF_Toc13032\r\h[1]。如果这个位置的地方被设计成存在瑕疵的话，会严重影响到气缸的使用效率和稳定。因此，在进行气缸设计时，必须要确保其具有合适的最低导向长度。根据实际应用经验，当一个气缸的最大导向行程式为L，缸筒直径为D时，最小导向长度式为H≥L20+D2（1.2）一般来说导向控制滑动部件表面的固定直径和滑动长度A，在它的缸径中长度应小于80mm时取A=(0.6~1.0)D，当缸径大于80mm时取A=(0.6~1.0)d。活塞宽度B取B=(0.6~1.0)D。当假若一个导向引引管道的活塞长度存在不足时，可以在一个活塞杆上再重新添加一个导向引导管道套件以用来对其进行长度增加。C=H−12(A+B)(1.3)因此:最小导向长度，取H=90mm；导向套滑动面长度A=0.8×90mm=72mm活塞宽度B=0.9×90mm=81mm（2）导向套的结构导向套的配置种类很多，比如普通一般的导向套、容易方便拆卸的导向套、球面驱动导向套以及静压导向套等，所以我们在进行选择各种导向套时候还应该根据自己实际作业工作的使用情况等来进行适当地选择。（3）导向套简图图1.9导向套简图1.2.5缸体长度和缸底的选择气缸的长度缸体内和外部长和宽度系数应该分别是于或等于空气活塞运动行程公式中的缸体长度和其内部宽度。在我们确定两个缸体的内外形状和长度时，也就是说在缸体设计时我们需要分别考虑两个缸体端盖之间的绝缘厚度REF_Toc13032\r\h[1]。一般来说气缸的大小缸体最大长度不应大于缸体内径的20~30倍。取系数为5，则气缸缸体长度：L=5×100=500mm。缸底一般有好几种选择，其中缸底一般有平面式的缸底、椭圆型的缸底和半球形的缸底三种，这次我们所选择的是平面式缸。1.2.6气缸行程的选择气缸的最大连续工作时间行程的计算长度一般是通过依靠一个执行计量机构对每个气缸的最大连续工作时间行程长度进行精细计算后来确定，并依照各种表格格式来精确选择一个标准值。表1.4（a）气缸行程系列（GB2349-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000表1.4（b）气缸行程系列（GB2349-80）406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表1.4（c）气缸形成系列（GB2349-80）240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800根据实际情况，我们选取行程为1250mm。1.3气缸缓冲装置图1.10气缸缓冲装置图中P代表的是橡胶弹性垫缓冲，PPV代表的是可调气缓冲，PPS（Festo专利）代表的是自调节气缓冲。气缸的缓冲装置的作用是为了防止气缸过早的损坏，吸收并抵消活塞对于端盖的冲击动能。还可以优化动作时间，可获取的允许范围内更高的活塞运行速度，加快节拍，提高工作效率。在这次设计中，选择橡胶弹性垫缓冲。1.4机械手腕部连接机构设计机械手腕是手部和臂部的连接部分。它的功能是通过自身的活动性来确定握住工件的手的空间状态，也可以说是确定手的姿势。因此手腕也被称为机械手的姿势机制。本次腕部具有回转这一个自由度，安装在升降气缸所在的油杆座上用以连接伸缩臂和升降臂。图1.11腕部回转机构简图图1.12腕部回转机构二维图1.5螺柱的设计与校核螺柱是将两个连接件连接到一起的关键性零部件，在这里的螺柱是将大臂与基座连接，将与腕部固定的小臂与大臂进行连接的固定件。螺柱的材料一般用的是低碳钢、中碳钢、低合金钢。这次设计的螺柱材料选择的是低碳钢。下面是螺柱的计算与校核：螺距P=6mm梯形螺纹螺纹的工作高度ℎ=0.5P（1.4）=3mm螺纹牙底宽度b=0.65P=0.65×6=3.9mm（1.5）螺杆强度α=σs3~5==30～50Mpa螺纹牙剪切[β]=40弯曲[α_b]=45～55（1）当量应力σ=(4Fπd式中T——传递转矩N·mm