【《某椭圆印花机取放装置机械手的设计分析案例》9200字】

某椭圆印花机取放装置机械手的设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23269某椭圆印花机取放装置机械手的设计分析案例 。首先空气压缩机作为气源，可以压缩空气，另外也能够事先对空气进行净化。其次是控制组件，其作用是控制压缩空气的多少及空气流向，接着是执行组件其作用是把压缩空气的能量转化成机械能，最后是辅助组件，其作用是维持气动系统的运行，常见的有散热器。夹爪机构不仅包括气缸的伸缩，还包括了喷嘴进行喷气，这二者使用的气源是一样的，图2.7中展现的是气动系统。本文中的气动器件都是亚德客的，表2.1展示的是气动系统所使用的器件。图2.7夹爪机构气动系统回路能够控制气路的位置是位于主气路位置的手阀。二口二位的电磁阀能够操作喷嘴如何进行喷气，气压的控制主要受位于回路位置的调压阀控制，只有YA1电磁铁受电之后，喷嘴5，6，7，8可以喷气。二联件位于气缸动作的回路上，所谓二联件，其构成部分包括调压阀和空气过滤器，能够对气体进行过滤。在气缸动作当中，其回路受双向调速调控，其四个气缸的运行是同时发生的，在YA2、YA3、YA4、YA5四个电磁阀在通电的情况下，气缸会推出，末端执行器即夹爪机构会夹持布片，而在没有电作用于YA2、YA3、YA4、YA5时，电磁阀也不再有电，这时弹簧就会使阀芯回归到原来的位置，气体通过气缸有杆腔，这时夹爪机构会对布片进行摊放。要想控制气缸的运行频率可以通过改变气缸排气口的节流阀来实现，四个气缸分别受四个不同的电磁阀操控，这样气动系统也就能够更加稳定，比如其中有电磁阀出现问题时，别的电磁阀依然能够运行。表2.1气动系统清单序号123456-91011-1415-2223-26名称空压机气罐球阀调压阀液体控制阀喷嘴二联件电磁阀节流阀气缸数量1111141484序号PHV128BR30002515015BBFC30004V400PSL401AMF20−402.5.1运动机构的分析选择机械手的机构要是X轴模组、Z轴模组。对运动机构进行安排主要包括选择驱动方法，选择使用哪种电机。传动形式：滚珠丝杠、齿轮齿条以及同齿同步带可以作为直线方面传动。另外导轨是使用比较多的受力器件。1)滚珠丝杠所谓滚珠丝杠也即能够实现回转运动与直线运动相互转变的器件，它比较突出的优点是比较准确，且速度快，能够逆向转换，摩擦阻力小。但是滚珠丝杠螺母副的运动不平稳，噪音会很大。另外，滚珠丝杠的成本比较高，可用短距离的直线运动。2)齿轮齿条齿轮齿条在直线运动时，齿条的变形小，适合重载，低速，行程可决定齿条的大小，行程越长，齿条的加工越难。齿轮齿条传动摩擦损伤和噪音都比较大。3)同步齿轮带同步齿轮带在直线运动中是带轮滑动转为转动。齿形带运用远程的直线运动，且它能够平稳的进行传动。4）导轨导轨的作用主要是在直线运动当中受力，它要满足的条件是精确，具有较高的摩擦性。导轨的种类主要有滚动导轨以及静压导轨这两种，静压导轨是在压力油的作用下将导轨面和滑动面浮起来。滚动导轨主要是滑块与导轨产生滚动摩擦，精度高，损坏小。在设计要求中，重复运动精度一定要满足的，另外还要一定距离的夹取和摊放布片的距离。联合以上传动方式，齿轮齿条在行程距离上达不到要求；滚珠丝杠在定位精度上可行，但是夹取和摊放布料的距离太长，制作价格昂贵，寿命，稳定性会有影响；同步齿形带效率高，效果好，传动比稳定，适用于取放和摊放布料的使用。所以采用同步齿形带用来X轴和Z轴模组。另外，采用直线导轨为受力装置。2.5.2驱动形式的选择气动系统由四大部分组成，分别是气源装置、执行组件、控制组件和辅助组件[10-11]。驱动特点如表2.2所示：表2.2机械手传动方式驱动方式特点电机驱动操作方便，偏向自动化，效率、精度易保证液压驱动传动效率大，平稳，有自我保护能力，传动灵活气压驱动气压驱动源易获得，不会污染，气压系统稳定，适应多种工作条件，结构简单，使用时间长，安全根据三种传动形式的比较，要满足精度要求和相关控制，选择电机催动比较合适。我们选择的伺服电机为作为驱动动力源，伺服电机的特点是精度有保证，实现了位置、速度和力矩的闭环控制；转速：高速性能好，额定转速就能达到2000-3000转；适应性：抗过载能力强，能承受高于转矩的负载；及时性:电机加减速的时间短。轴的移动方向集中于上下，如果Z轴模组没有运行，且防止由于Z轴过重而使它下降，这时就需要Z轴具备刹车操作。由于X向模组是左右移动的，所以不必担心上述情况，所以X轴的电机能够不具备刹车功能。2.5.3关于对模型组建和电机计算的型号选用大多数都会选用X轴模组来作为基础应用，因为需要把布片的使用跨距和动作节拍这些问题考虑其中，初次选择X轴模组的型号一般是TH100，行程为三千二百毫米。把这个模组的相关数据作为需要使用电机的功率依据。首先把关于X轴的受力因素作出有关了解，X轴模组可以将带轮运转，滑块在受力情况下向左，右移动，在模组的双侧直线可以发挥应有的作用，作用是Z轴模组在滑块起作用，滑块受到的力会跟着滑块的变化而改变。其次，可以对滑块分析，滑块匀速运动时，受到的力是Fx是：Fx=m×g×μ式中：m——总质量，kg；g——重力加速度，m·s-2；μ——摩擦系数。总质量为滑块、Z轴电机夹爪机构和Z轴模组质量之和，还有减速器也包含在里面，初次选择m=20kg，重力加速度g=9.8m·s-2，直线滑轨代表的摩擦系数就是摩擦力系数的直接表现，因为对内外滚道以及安装平行度都需要保持相同等等，不过这些主要构成往往不好控制，我们将摩擦系数定为0.2，将摩擦系数0.2带入式（2.3）中，算出进给力Fx=39.2N。那么滑块在加速运动的过程中所产生的加速力Fa是：Fa=式中：a——加速度，m·s-2。加速度a值定为5m·s-2,将a带入式(2.4)中，得出加速力Fa=100N,驱动扭矩MAMA=式中：Mload——负载变动引起的力矩，N·mMtrans——平移加速度扭矩，N·mMrot——旋转加速度扭矩，N·mMidle——最大空载扭矩，N·m因负载变化产生的力矩Mload平移加速度扭矩MtransMload=FMtrans=Fa式中：d皮带轮直径：d0=P式中：Pd——皮带轮导程，mm。查表2.4可得皮带轮导程Pd=224mm，则皮带轮直径d0=71.3mm。将进给力Fx=39.2N，加速力Fa=100N分别代入式(2.6)和式(2.7)得负载变动引起的力矩Mload=1.39N·m，MMrot式中：JJnmax——最大转速，rpm；Vmax——最大直线速度，m·s-1。最大直线速度Vmax为：Vmax=P×将式(2.10)代入式(2.9)得：Mrot=J通过对相关选型手册了解和查询可以得出，一般皮带轮惯量为Jxyn=1.17×10-5kg·m2，应用计算可以得出Mrot=0.12N·m，通过参考表2.4能够得到最大扭矩Midle=1.4N·m。通过式(2.5)得驱动扭矩MA=6.47N·mP=MA最大转速nmax初定600rpm，将MA=6.47N·m代入式(2.12)得功率P=0.406kW。图2.3X轴伺服电机参数技术参数转子惯量（N·m）最大扭矩（N·m）额定扭矩（N·m）最高转速（N·m）额定转速转速（N·m）额定功率（W）数值1.137.162.3950003000750电机具体型号是ECMAC10807RS，驱动功率P=0.406kW，其中一部分数值可以参考表2.3作为选用，电机的扭矩是2.39N·m，一般情况下，电机负载扭矩是规定扭矩的0.8倍，是1.912N·m。根据使用选择符合的减速器以此提升电机的相关输出扭矩，把关于减速和驱动扭矩的具体表现数值可以参考表2.3展示，对比图表电机需要的扭矩，可以使用作为1:4减速比的减速机器应用。对比电机型号和减速机的相关数值，然后对负载惯量作出有关统计，来验证电机使用有没有达到标准。负载转动惯量和电机转子转动惯量的结果呈现，也就是通常所说的负载惯量，其次作为主要参考数值的伺服系统，如果负载惯量超出太多，机械常数大，电机反应慢，对电机的精度和速度有影响；如果负载惯量比小，电机的动态特性呈现实物比较优良。传动机构的选用会根据不同的惯量匹配方式不同而改变，适当的惯量比对伺服系统是不错的选择；对相关传动机构的合适惯量了解能够明白，相同齿形带机构使用惯量数值一般在一至十其中。总结出，同步带会影响X轴上的负载转动惯量，负载的大小也会影响同步带的变化，以围绕带轮的转动。所以，由此可以发现X轴负载的转动惯量JL的计算公式为：JL=m×(d0电机上的转动惯量，计算公式是JL−M=JLi式中：i——减速比。据表2.3，将伺服电机转子的转动惯量、负载总质量、同步轮直径代入(2.13)中得负载的转动惯量JL=2.54×10-2kg·m2。将减速器的减速比i=5代入式(2.14)，得JL-M=1.106×10−3kg·m2这样就可以计算出负载惯量比JL-M/JM=9。减速比i=5适合。电机转速是3000rpm模组具体数值可以参考表2.6展示，行程是750mm，并且Z轴模组和X轴模组大体相同。Z轴模组和夹爪机构作为总质量，总质量定为m=12kg，摩擦系数μ=0.2，代入式(2.3)中得Fx=24N。加速度a=5m·s-2，Fa=60N。据表2.6能够得到同步带轮的导程Pd=130mm，代入式(2.8)得d0=41.4mm。从式(2.6)与式(2.7)能够得出负载变动引起的力矩Mlond=0.49N·m，平移加速度扭矩Mtron=1.24N·m。查表Jsyn=8.42×10-5kg·m2，得旋转加速度扭矩Mrot=0.84。对表2.4Midle=0.35N·m，代入式(2.5)得1-电机，2-减速机，3-滑块，4-Z轴模组图2.8Z轴表2.4ITZ60的参数及规格技术参数原点感应器最高速度（mms-1）皮带型号皮带轮导程最大可搬重量（kg）标准行程（mm最大扭矩（N·m）位置重复精度（mm）最大空载扭矩（N·m）数值规格EE-D×672(NPN)15005M-25130101-150011.3±0.050.35表2.5Z轴伺服电机参数技术参数额定扭矩（N·m）额定功率（W）额定功率（W）最大扭矩（N·m）转子惯量（×10-4kg·m2）最高转速（rpm）数值12740030001.820.2775000将相关技术参数和减速比带入(2.13)和(2.14)中，得到电机转动惯量JL-M=2.05×10-4kg·m2。据表2.5得，电机转子转动惯量为JM=0.227×10-4kg·m2。计算出JL-M/JM=9.03，可以存在于正常范围当中。通过以上总和分析和了解分析，以对X与Z向模组和电机主要内容数值，具体表2.6展现表2.6ITZ60的参数及规格规格参数型号皮带轮导程(mm)最大运行速度(mm-1)标准行程(mm)负载重量(kg)减速比电机额定功率(W)电机额定转速(rpm)电机额定转速(N·m)X向模组HTO10022422403200165575030002.39Z向模组ITZ60130130075010540030001.272.6立柱、横梁及连接件设计2.6.1关于立柱的具体设计构思具有使用比较高的要求一般是布片揭取和摊放机械手现场这些内容，并且X轴模组的高度必须比板面高出，并且对布片的规格也要考虑其中，避免因为Z轴的提升而给布片后续揭取产生不利影响。根据前面的相关技术参考数值可以得出，一般使用隧道炉网带面以及印花机台板面和地面之间的距离保持在950毫米。可以从印花机生产布片数值查询得出表2.1，735毫米是布片的最大数值，所以Z轴行程可以定为750毫米，我们设计的布片尺寸要求是600mm×700mm，在这里可以能够应对布片的尺寸要求。机械手的布局安装图如图2.9所示：1-立