《630噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《630噸壓鑄機(jī)自動(dòng)澆注機(jī)械手設(shè)計(jì)（42頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

二 一 五 年 五 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 學(xué)生姓名 學(xué) 院 工學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 學(xué)校代碼 10184 學(xué) 號(hào) I 摘要 本次設(shè)計(jì)的澆鑄機(jī)械手根據(jù)規(guī)定的動(dòng)作順序 綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論 基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí) 完成對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 對(duì)機(jī)械手的工作原 理 結(jié)構(gòu)使用范圍 特點(diǎn)參數(shù)選擇等方面進(jìn)行了闡述 其中機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采 用液壓油缸 回轉(zhuǎn)支架 傾倒機(jī)構(gòu) 澆包等機(jī)械器件組成 采用類(lèi)似球坐標(biāo) 三 個(gè)自由度 為 X 軸的移動(dòng) Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng) 澆包的最大容量 8Kg 此澆鑄機(jī) 械手主要是將熔融的金屬液送到壓鑄機(jī)的模具內(nèi) 機(jī)械手的動(dòng)作主要采用液壓系 統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng) 機(jī)械手的手臂升降采用伸縮油缸 機(jī)械手手臂的回轉(zhuǎn)采用回 轉(zhuǎn)液壓缸 機(jī)械手手臂的傾倒主要采用傾倒液壓缸 關(guān)鍵詞 機(jī)械手 液壓傳動(dòng) 液壓缸 Abstract The design of casting manipulator use the basic theory basic knowledge and related mechanical design expertise comprehensively to complete the design and the maximum capacity 8Kg poured package One mechanical structure of the manipulator using hydraulic cylinder rotary stents dumping institutions pouring etc machinery parts In the hydraulic drive bodies manipulator arm stretching using telescopic tank rotating column of tanks used rack manipulator movements using tank movements This is mainly to cast manipulator to the molten metal casting mould the movement mainly adopts hydraulic manipulator system and electric control system Manipulator arm lifting adopts adjustable cylinder manipulator arm of adopting rotary hydraulic cylinder manipulator arm fall mainly adopts dump hydraulic cylinder KeyWords manipulatir fluid drive hydraulic cylinder II 目 錄 摘 要 II ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 前言 1 1 2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 2 1 3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 3 1 3 1 建造旋轉(zhuǎn)零件 轉(zhuǎn)軸 盤(pán)類(lèi) 環(huán)類(lèi) 自動(dòng)線 4 1 3 2 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 4 1 3 3 鑄 鍛 焊熱處理等熱加工方面 4 1 4 機(jī)械手的組成 4 1 4 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4 1 4 2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 5 1 4 3 控制系統(tǒng)分類(lèi) 5 1 5 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 6 1 6 本文主要研究?jī)?nèi)容 7 1 7 本章小結(jié) 7 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 8 2 1 機(jī)械手基本形式的選擇 8 2 2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 9 2 3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 9 2 4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 9 2 5 機(jī)械手的工作原理 10 2 6 機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖 11 2 7 本章小節(jié) 12 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3 1 手部設(shè)計(jì)基本要求 13 III 3 2 典型的手部結(jié)構(gòu) 13 3 3 機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3 3 1 選擇手抓的類(lèi)型 13 3 3 2 手 澆包 的回轉(zhuǎn)支架設(shè)計(jì) 13 3 4 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3 5 本章小結(jié) 16 4 臂部的結(jié)構(gòu)及有關(guān)計(jì)算 17 4 1 概述 17 4 2 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 17 4 2 1 手臂俯仰運(yùn)動(dòng) 18 4 2 2 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 18 4 3 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力 18 4 3 1 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 18 4 3 2 傾倒運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 18 4 3 3 傾倒液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 19 4 4 升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 20 4 5 液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 21 4 6 本章小結(jié) 21 5 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 22 5 1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 22 5 2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 5 3 手臂偏重力矩及升降不自鎖條件的分析計(jì)算 26 5 3 1 手臂偏重力矩的 20 計(jì) 算 26 5 3 2 升降不自鎖條件分析計(jì)算 28 5 4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 28 5 4 1 概括 28 5 4 2 軸的常用材料 29 5 4 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 30 5 4 4 提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施 30 5 4 5 軸的加工和裝配工藝性 31 IV 5 4 6 軸的計(jì)算 31 5 5 軸承的選擇與分析 33 5 6 本章小結(jié) 33 結(jié) 論 34 參考文獻(xiàn) 35 致 謝 37 1 1 緒論 1 1 前言 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱(chēng)為機(jī)械手 機(jī)械手是模仿著人手的部分 動(dòng)作 按給定程序 軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取 搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置 在 工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為工業(yè) 1 機(jī) 械 手 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù) 并已成為現(xiàn)代機(jī)械制 造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分 這種新技術(shù)發(fā)展很快 逐漸成為一門(mén)新興的 學(xué)科 機(jī)械手工程 機(jī)械手涉及到力學(xué) 機(jī)械學(xué) 電器液壓技術(shù) 自動(dòng)控制技 術(shù) 傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域 是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù) 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備 工業(yè)機(jī)械手也 是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支 他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè) 在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn) 尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性 機(jī)械 手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間 機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí) 其一 它能部分的 代替人工操作 其二 它能按照生產(chǎn)工藝的要求 遵循一定的程序 時(shí)間和位置 來(lái)完成工件的傳送和裝卸 其三 它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配 從而大 大的改善了工人的勞動(dòng)條件 顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率 加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械 化和自動(dòng)化的步伐 因而 受到很多國(guó)家的重視 投入大量的人力物力來(lái)研究和 應(yīng)用 尤其是在高溫 高壓 粉塵 噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合 應(yīng)用的 更為廣泛 在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展 并且取得一定的效果 受到機(jī)械工業(yè) 的重視 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器 他有多個(gè)自由 度 可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單 專(zhuān)用性較強(qiáng) 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展 制 成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作 適用范圍比較廣的 程序控制通用機(jī) 械手 簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手 由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序 適應(yīng)性較強(qiáng) 所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用 2 1 2 工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)史 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于 20 世紀(jì) 50 年代初 是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式 能適應(yīng)產(chǎn)品種類(lèi)變更 具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī) 械手 他的結(jié)構(gòu)是 機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂 端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu) 控制系統(tǒng)是示教型的 1962 年 美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再 現(xiàn)型機(jī)械手 商名為 Unimate 即萬(wàn)能自動(dòng) 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔 臂回轉(zhuǎn) 俯仰 用液壓驅(qū)動(dòng) 控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置 不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是 在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司 Unimaton 專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手 1962 年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫 Versatran 機(jī)械手 原意是靈活 搬運(yùn) 該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn) 臂可以回轉(zhuǎn) 升降 伸縮 采用液壓驅(qū)動(dòng) 控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型 雖然這兩種 機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初 但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ) 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué) 麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 Unimate Vic arm 型工業(yè)機(jī)械手 裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制 用于裝配作業(yè) 定位誤差可小于 1 毫米 美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性 改進(jìn)結(jié)構(gòu) 降低成本 如 Unimate 公 司建立了 8 年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái) 進(jìn)行各種性能的試驗(yàn) 準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間 注 故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度 它給出在第一次故障前的平均 運(yùn)行時(shí)間 由 400 小時(shí)提高到 1500 小時(shí) 精度可提高到 0 1 毫米 德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手 主要用于起重運(yùn)輸 焊接和 設(shè)備的上下料等作業(yè) 德國(guó) KnKa 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手 采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu) 和程序控制 瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手 采用示教方法編制程序 瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快 應(yīng)用最多的國(guó)家 自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)二種 典型機(jī)械手后 大力研究機(jī)械手的研究 據(jù)報(bào)道 1979 年從事機(jī)械手的研究工作 的大專(zhuān)院校 研究單位多達(dá) 50 多個(gè) 1976 年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門(mén)用在機(jī)械手 的研究費(fèi)用 42 1979 年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá) 443 億日元 產(chǎn)量為 14535 臺(tái) 其 3 中固定程序和可變程序約占一半 達(dá) 222 億日元 是 1978 年的二倍 具有記憶 功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為 67 億日元 比 1978 年增長(zhǎng) 50 智能機(jī)械手約為 17 億 日元 為 1978 年的 6 倍 截止 1979 年 機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá) 56900 臺(tái) 在數(shù)量上 已占世界首位 約占 70 并以每年 50 60 的速度增長(zhǎng) 使用機(jī)械手最多的 是汽車(chē)工業(yè) 其次是電機(jī) 電器 預(yù)計(jì)到 1990 年將有 55 萬(wàn)機(jī)器人在工作 第二代機(jī)械手正在加緊研制 它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 具有視覺(jué) 觸覺(jué)能力 甚至聽(tīng) 想的能力 研究安裝各種傳感器 把感覺(jué)到的信息反饋 使 機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能 目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué) 3 機(jī) 械 手 第三代機(jī)械手 機(jī)械人 則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù) 它與電子計(jì)算 機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系 并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS Flexible Manufacturing system 和柔性制造單元 Flexible Manufacturing Cell 中重要一環(huán) 隨著工業(yè)機(jī)器手 機(jī)械人 研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大 國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十 分活躍 歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開(kāi)展很多 1 3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象 機(jī)械手可以完成許 多工作 如搬物 裝配 切割 噴染等等 應(yīng)用非常 4 廣 泛 在現(xiàn)代工業(yè)中 生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題 各行各業(yè)的自動(dòng)化 水平越來(lái)越高 現(xiàn)代化加工車(chē)間 常配有機(jī)械手 以提高生產(chǎn)效率 完成工人難 以完成的或者危險(xiǎn)的工作 可在機(jī)械工業(yè)中 加工 裝配等生產(chǎn)很大程度上不是 連續(xù)的 據(jù)資料介紹 美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中 有 75 是小批量生產(chǎn) 金屬 加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下 零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零 件生產(chǎn)時(shí)間的 5 從這里可以看出 裝卸 搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性 工業(yè) 機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的 目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的 工作有 注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序 機(jī) 械手加工行業(yè)中用于取料 送料 澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等 本文以能 夠?qū)崿F(xiàn)這類(lèi)工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象 下面具體說(shuō)明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng) 用 4 1 3 1 建造旋轉(zhuǎn)零件 轉(zhuǎn)軸 盤(pán)類(lèi) 環(huán)類(lèi) 自動(dòng)線 一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件 國(guó)內(nèi)這類(lèi)生產(chǎn)線很多 如沈陽(yáng)永泵 廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線 環(huán)類(lèi) 大連電機(jī)廠的 4 號(hào)和 5 號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自 動(dòng)線 軸類(lèi) 上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線 盤(pán)類(lèi) 等 加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)線 一般采用隨行夾具傳送工件 也有采用 機(jī)械手的 如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手 1 3 2 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 各類(lèi)半自動(dòng)車(chē)床 有自動(dòng)加緊 進(jìn)刀 切削 退刀和松開(kāi)的功能 單仍需人 工上下料 裝上機(jī)械手 可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn) 一人看管多臺(tái)機(jī)床 目前 機(jī)械 手在這方面應(yīng)用很多 如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車(chē)床和座圈自動(dòng)車(chē)床機(jī)械手 大連第二車(chē)床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車(chē)床機(jī)械手 沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的 Y38 滾齒機(jī) 械手 青海第二機(jī)床廠的滾銑花鍵機(jī)床機(jī)械手等 由于這方面的使用已有成功的 經(jīng)驗(yàn) 國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類(lèi)產(chǎn)品出廠是就附上機(jī)械手 或?yàn)橛脩?hù)安裝機(jī)械手 提供條件 如上海第二汽車(chē)配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手 生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多 工位機(jī)床 和天津二注塑機(jī)有加料 合模 成型 分模等自動(dòng)工作循環(huán) 裝上機(jī) 械手的自動(dòng)裝卸工件 可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn) 目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方 面 一是 160t 以上的沖床用機(jī)械手的較多 如沈陽(yáng)低壓開(kāi)關(guān)廠 200t 環(huán)類(lèi)沖床磁 力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠 400t 沖床的下料機(jī)械手等 其一是用于 多工位沖床 用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的 120t 和 40t 多工位沖 床機(jī)械手等 1 3 3 鑄 鍛 焊熱處理等熱加工方面 模鍛方面 國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)的 3t 5t 10t 模鍛錘 其所配的轉(zhuǎn)底爐 用兩只 機(jī)械手成一定角度布置早爐前 實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料自動(dòng)化 上海柴油機(jī)廠 北京內(nèi)燃機(jī) 廠 洛陽(yáng)拖拉機(jī)廠等已有較成熟的經(jīng)驗(yàn) 1 4 機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成 1 4 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 手部 既直接與工件接觸的部分 一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型 多為回轉(zhuǎn)型 因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 手部多為兩指 也有多指 根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩 種 也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán) 主要用于吸冷的 光滑表面的零件或 薄板零件 和電磁吸盤(pán) 5 傳力機(jī)構(gòu)形式教多 常用的有 滑槽杠桿式 連桿杠桿式 斜槭杠桿式 齒輪齒條式 絲杠螺母式 彈簧式和重力式 2 腕部 是連接手部和臂部的部件 并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位 以 擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍 并使機(jī)械手變的更靈巧 適應(yīng)性更強(qiáng) 手腕有獨(dú)立的自 由度 有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 上下擺動(dòng) 左右擺動(dòng) 一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上 下擺動(dòng)即可滿(mǎn)足工作要求 有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專(zhuān)用機(jī)械手 為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 可 以不設(shè)腕部 而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件 目前 應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓 氣 缸 它的結(jié)構(gòu)緊 湊 靈巧但回轉(zhuǎn)角度小 一般小于 2700 并且要求嚴(yán)格密封 否則就難保證穩(wěn) 定的輸出扭距 因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下 采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系 結(jié)構(gòu) 3 臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件 它的作用是支撐腕部和手 部 包括工作或夾具 并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng) 臂部運(yùn)動(dòng)的目的 把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn) 如果改變手部的姿 態(tài) 方位 則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn) 因此 一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度 才能滿(mǎn)足基本要求 即手臂的伸縮 左右旋轉(zhuǎn) 升降 或俯仰 運(yùn)動(dòng) 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 如液壓缸或者氣缸 和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí) 現(xiàn) 從臂部的受力情況分析 它在工作中既受腕部 手部和工件的靜 動(dòng)載荷 而且自身運(yùn)動(dòng)較為多 受力復(fù)雜 因此 它的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重 大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能 4 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu) 我國(guó)的正處于仿真階段 1 4 2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 根據(jù)動(dòng)力源的不同 工業(yè)機(jī)械手的 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓 氣動(dòng) 電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi) 采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī) 械手 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 尺寸緊湊 重量輕 控制 5 方 便 1 4 3 控制系統(tǒng)分類(lèi) 在機(jī)械手的控制上 有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式 大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行 點(diǎn)位控制 也有采用可編程序控制器控制 微型計(jì)算機(jī)控制 采用凸輪 磁盤(pán)磁 帶 穿孔卡等記錄程序 主要控制的是坐標(biāo)位置 并注意其加速度特性 6 1 5 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 1 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 高速度 高精度 高可靠性 便于操作和 維修 而單機(jī)價(jià)格不斷下降 平均單機(jī)價(jià)格從 91 年的 10 3 萬(wàn)美元降至 97 年的 6 5 萬(wàn)美元 2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化 可重構(gòu)化發(fā)展 例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī) 減 速機(jī) 檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化 由關(guān)節(jié)模塊 連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) 國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市 3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展 便于標(biāo)準(zhǔn) 化 網(wǎng)絡(luò)化 器件集成度提高 控制柜日見(jiàn)小巧 且采用模塊化結(jié)構(gòu) 大大提高了 系統(tǒng)的可靠性 易操作性和可維修性 4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要 除采用傳統(tǒng)的位置 速度 加速度 等傳感器外 裝配 焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué) 力覺(jué)等傳感器 而遙控機(jī)器人則 采用視覺(jué) 聲覺(jué) 力覺(jué) 觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制 多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用 5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真 預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制 如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人 6 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng) 而是致力于操 作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制 即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作 系統(tǒng) 使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段 美國(guó)發(fā)射到火星上的 索杰納 機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例 7 機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起 從 94 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出 虛擬軸機(jī)床 以來(lái) 這 種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一 紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域 我國(guó) 的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代 七五 科技攻關(guān)開(kāi)始起步 在國(guó)家的支持下 通過(guò) 七五 八五 科技攻關(guān) 目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù) 生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵 元器件 開(kāi)發(fā)出噴漆 弧焊 點(diǎn)焊 裝配 搬運(yùn)等機(jī)器人 其中有 130 多臺(tái)套噴漆 機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線 站 上獲得規(guī)模應(yīng)用 弧焊 機(jī)器人己應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上 但總的來(lái)看 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及 其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離 如 可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 機(jī)器人應(yīng) 用工程起步較晚 應(yīng)用領(lǐng)域窄 生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 在應(yīng)用規(guī)模上 我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約 200 臺(tái) 約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四 以上 7 原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求 一客戶(hù) 一次重新設(shè)計(jì) 品種規(guī)格多 批量小 零部件通用化程度低 供貨 周期長(zhǎng) 成本也不低 而且質(zhì)量 可靠性不穩(wěn)定 因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期 的關(guān)鍵技術(shù) 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃 搞好系列化 通用化 模塊化設(shè)計(jì) 積極推 進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在 863 計(jì)劃的支持下 也取得 了不少成果 其中最為突出的是水下機(jī)器人 6000m 水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世 界領(lǐng)先水平 還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人 雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人 爬壁機(jī)器人 管 道機(jī)器人等機(jī)種 在機(jī)器人視覺(jué) 力覺(jué) 觸覺(jué) 聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展 了不少工作 有了一定的發(fā)展基礎(chǔ) 但是在多傳感器信息融合控制技術(shù) 遙控加 局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人 智能裝配機(jī)器人 機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)用方面則剛 剛起步 與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大 需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上 有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻 關(guān) 才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品 以期在 十五 后期立于世界先 進(jìn)行列之中 1 6 本文主要研究?jī)?nèi)容 本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀 通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理 熟悉了 澆鑄機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理 在此基礎(chǔ)上 確定了澆鑄機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 對(duì)澆 鑄機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析 完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)工作 包括傳動(dòng)部分 執(zhí)行部分 驅(qū)動(dòng)部分 的設(shè)計(jì)工作 1 7 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要的介紹了機(jī)械手的基本概念 在機(jī)械手的組成上 系統(tǒng)的從執(zhí)行機(jī) 構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制部分三個(gè)方面說(shuō)明 比較細(xì)致的介紹了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 簡(jiǎn)要的敘述了本文研究的內(nèi)容 8 2 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 本課題是澆鑄機(jī)械手的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié) 構(gòu)方面設(shè)計(jì) 以及 ADAMS 軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真 在本章中對(duì)機(jī)械手的座標(biāo) 形式 自由度 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定 因此 在機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 2 1 機(jī)械手基本形式的選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài) 按坐標(biāo)形式大致可以分為以下 4 種 1 直角坐標(biāo)型機(jī)械手 2 圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手 3 球坐標(biāo) 極坐標(biāo) 型機(jī)械手 4 多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手 其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 定位精度較高 占地面積小 因此本設(shè) 計(jì)采用類(lèi)似球坐標(biāo)型 圖 2 1 是機(jī)械手配置示意圖 圖 2 1 機(jī)械手基本工作示意 9 2 2 機(jī)械手的主要部件及運(yùn)動(dòng) 在類(lèi)似球坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù) 為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要 求 本設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)械手具有 3 個(gè)自由度 即 手臂俯仰運(yùn)動(dòng)和手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 手 臂上的傾倒機(jī)構(gòu)的傾倒運(yùn)動(dòng) 本設(shè)計(jì)機(jī)械手主要由 4 個(gè)大部件和 3 個(gè)液壓缸組成 1 采用回轉(zhuǎn)液壓缸使手臂回轉(zhuǎn) 10 2 采用伸縮液壓缸使手臂俯仰 54 3 采用一個(gè)傾倒液壓缸 通過(guò)傾倒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)澆包的翻倒及其倒料 4 通過(guò)電氣控制確定澆包移動(dòng)的位置 2 3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分 工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程 度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置 根據(jù)動(dòng)力源的不同 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致 可分為液壓 氣動(dòng) 電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi) 采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 尺寸緊湊 重量輕 控制方便 驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn) 因此 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案選擇 液壓驅(qū) 6 動(dòng) 2 4 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一 用途 澆鑄機(jī)械手用于將熔融的液態(tài)金屬放入壓鑄機(jī)的模具內(nèi) 可以根 據(jù)生產(chǎn)需要改變動(dòng)作程序 二 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 1 抓重 8Kg 2 自由度數(shù) 3 個(gè)自由度 3 座標(biāo)型式 類(lèi)似球座標(biāo) 4 最大工作半徑 1500mm 5 手臂最大中心高 1256mm 6 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) 升降行程 150mm 升降速度 60mm s 回轉(zhuǎn)范圍 0 110 回轉(zhuǎn)速度 60 s 10 7 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) 傾倒范圍 0 70 回轉(zhuǎn)速度 30 s 緩沖方式 節(jié)流閥減速緩沖 位置檢測(cè) 電磁閥反饋式 驅(qū)動(dòng)方式 液壓 控制方式 繼電器固定程序控制 2 5 機(jī)械手的工作原理 澆鑄機(jī)械手的初始的位置 停在保溫爐坩堝熔融金屬液面上 在此進(jìn)行保溫 等待澆鑄 當(dāng)壓鑄機(jī)慢速合模時(shí) 壓鑄機(jī)的電控裝置發(fā)信 使機(jī)械手升降油缸動(dòng) 作 機(jī)械手開(kāi)始下降并浸入到液態(tài)金屬內(nèi) 直達(dá)電極接觸金屬液面 電壓繼電器 2XJ 發(fā)信 澆包停止下降 并用時(shí)間繼電器控制澆包 已裝滿(mǎn)液態(tài)金屬 然后澆 包上升 在提升過(guò)程中將多余的金屬溶液從后擋板上溢出 直達(dá)澆包底面超過(guò)液 面的最高點(diǎn) 碰限位開(kāi)關(guān) 1XWK 提升結(jié)束 同時(shí) 澆鑄機(jī)械手手臂慢速回轉(zhuǎn) 當(dāng)碰限位開(kāi)關(guān) 5XWK 后 手臂變?yōu)榭焖倩剞D(zhuǎn) 當(dāng)碰限位開(kāi)關(guān) 6XWK 后 又變?yōu)?慢速回轉(zhuǎn) 直到碰限位開(kāi)關(guān) 3XWK 后停止回轉(zhuǎn) 此時(shí) 壓鑄機(jī)模具合嚴(yán) 機(jī)械手 的傾倒油缸 4 動(dòng)作 經(jīng)過(guò)繩索拉動(dòng)傾倒機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)澆包傾轉(zhuǎn) 經(jīng)延時(shí)后 控制傾 倒油復(fù)位 并使手臂反向回轉(zhuǎn) 當(dāng)碰限位開(kāi)關(guān) 4XWK 后 手臂反轉(zhuǎn)結(jié)束 同時(shí) 升降油缸活塞上升 澆包下降 直至電極 A 接觸金屬液面 電壓繼電器 1XJ 發(fā)信 使升降油缸停止 澆包就停在了熔融金屬液面上一定距離處進(jìn)行保溫 準(zhǔn)備第二 次動(dòng)作循環(huán) 11 2 6 機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖 由液壓系統(tǒng)圖來(lái)分析機(jī)械手動(dòng)作和電磁換向閥電磁鐵動(dòng)作 其情況如下表 12 2 7 本章小節(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的整體部分進(jìn)行了總體設(shè)計(jì) 選擇了機(jī)械手的基本形式以及自 由度 確定了本設(shè)計(jì)采用液壓驅(qū)動(dòng) 給出了設(shè)計(jì)中機(jī)械手的一些技術(shù)參數(shù) 下面 的設(shè)計(jì)計(jì)算將以次進(jìn)行 13 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 手部設(shè)計(jì)基本要求 1 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力 應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下 不同 的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的 2 要求結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 效率高 在保證本身剛度 強(qiáng)度的前提下 盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 以利于減輕手臂的負(fù)載 3 應(yīng)保證澆包的定位 7 精 度 3 2 典型的手部結(jié)構(gòu) 傾倒型 通過(guò)繩索和滑輪與傾倒機(jī)構(gòu)相連接 使其彈簧復(fù)位 3 3 機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 3 1 選擇手抓的類(lèi)型 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù) 手的傾 倒角最大是 夾取重量為 8Kg 常用的工業(yè)機(jī)械手手部 按握持工件的原理 分07 為夾持和吸附兩大類(lèi) 吸附式常用于抓取工件表面平整 面積較大的板狀物體 不 適合用于本方案 本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指 夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為 回轉(zhuǎn)型和平移型 平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) 這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 適于夾持平板方料 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 其理論夾持誤 差零 若采用典型的平移型手指 驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上 這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變 得復(fù)雜且體積龐大 顯然是不合適的 因此不選擇這種類(lèi)型 通過(guò)綜合考慮 本設(shè)計(jì)選擇回轉(zhuǎn)型手臂和具有平行四邊形機(jī)構(gòu)的手臂 手臂 上安裝有彈簧 通過(guò)繩索和滑輪與傾倒機(jī)構(gòu)聯(lián)接 用來(lái)使傾倒機(jī)構(gòu)復(fù)位 同時(shí)也 起到緩沖作用 為適應(yīng)壓鑄機(jī)壓住不同零件或控制零件最佳加工余量的需要 澆鑄機(jī)械手的澆包容量可以調(diào)節(jié) 對(duì)于大容量調(diào)節(jié)采用調(diào)換澆包的辦法 松開(kāi)螺 釘 便能更換澆包 對(duì)于小容量調(diào)節(jié) 可調(diào)節(jié)電極與金屬液面的間距 3 3 2 手 澆包 的回轉(zhuǎn)支架設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)支架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 為實(shí)現(xiàn)澆包傾倒 必須確定連桿的起始位置和 70 終點(diǎn)位置以及連桿的尺寸 首先 為使拉伸的力盡量的小 位置 1 應(yīng)該盡量靠近 澆包的左側(cè)位置 最終確定距離澆包左側(cè) 處為 1 位置 其次 確定位置m5 14 2 具體尺寸如圖 3 1 所示 再將位置 1 和位置 2 連線 將此線由 a 位置順時(shí)針轉(zhuǎn) 到 b 位置 然后以位置 2 為圓心 以位置 1 和位置 2 的連線為半徑畫(huà)圓 直 70 線和園的交點(diǎn)即位置 3 任意選擇位置 4 將位置 4 和位置 3 連接 其長(zhǎng)度 根據(jù)桿長(zhǎng)不變 將位置 1 向右偏移 確定位置 5 分別以 4 和 5m1 m07 為圓心 畫(huà)圓 交于一點(diǎn)即位置 6 R25 詳情見(jiàn)下圖 圖 3 1 回轉(zhuǎn)支架運(yùn)動(dòng)學(xué)示意圖 3 4 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇彈簧拉伸條件 選擇圓柱螺旋拉伸彈簧 如圖 3 2 所示 計(jì)算過(guò)程如下 15 圖 3 2 圓柱螺旋拉伸彈簧的幾何參數(shù) 1 選擇硅錳彈簧鋼 查取許用切應(yīng)力 80MPa 2 選擇旋繞比 則10 c 4 65CK 410 65CK 810 834 3 根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑 估算彈簧絲直徑mD 8 10 Cd 4 試算彈簧絲直徑 1 6MAXFKd m2083 6 5 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù) 16 38MAXGdnFC 9 選擇標(biāo)準(zhǔn)為 彈簧的總?cè)?shù) 圈9 n 6 最后確定 mdD2 0 mdD21 d1822 nH57825 95 mDL617 鉤 環(huán) 展 開(kāi) 長(zhǎng) 度 7 對(duì)于拉伸彈簧鉤環(huán)強(qiáng)度的驗(yàn)算 其強(qiáng)度條件 63213 102802 4rdF papaD663432 89 5 88 結(jié)論 經(jīng)過(guò)校核 彈簧適應(yīng) 3 5 本章小結(jié) 通過(guò)本章的設(shè)計(jì)計(jì)算 先對(duì)手部回轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 然后分別對(duì) 緩沖裝置用的彈簧 驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算 17 4 臂部的結(jié)構(gòu)及有關(guān)計(jì)算 4 1 概述 是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件 其作用是支承澆包和傾倒機(jī)構(gòu) 并將裝滿(mǎn) 12 臂 部 的鋼水傳送到給定位置和方位上 因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度 即手臂 上傾倒缸的伸縮 左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng) 手臂的回轉(zhuǎn)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的 手臂 的俯仰是通過(guò)升降液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 因此 它不僅僅承受被抓取工件的重量 而且承受手部和手臂自身 的重量 手臂的結(jié)構(gòu) 工作范圍 靈活性以及抓重大小 即臂力 和定位精度等 都直接影響機(jī)械手的工作性能 所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量 運(yùn)動(dòng)形式 自 由度數(shù) 運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來(lái)設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式 同時(shí) 設(shè)計(jì)時(shí)必 須考慮到手臂的受力情況 油缸及導(dǎo)向裝置的布置 內(nèi)部管路的連接形式等因素 因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形 手臂的截面形狀 的選擇要合理 弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大 空心管的彎曲剛度和扭曲 剛度都比實(shí)心軸大得多 所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿 用工字鋼和槽鋼作支承 板 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中 沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 或 設(shè)置導(dǎo)向裝置 或設(shè)計(jì)方形 花鍵等形式的臂桿 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生 的靜力矩 為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度 要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量 以減少 偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn) 定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高 重量越大 慣 性力引起的定位前的沖擊也就越大 運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn) 定位精度也不會(huì)高 故應(yīng)盡 量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量 使結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 同時(shí)要采取一定的緩沖措 施 4 2 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手臂的伸縮 升降及橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng) 而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線 運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多 常用的有活塞油 氣 缸 活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu) 絲 桿螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu) 18 4 2 1 手臂俯仰運(yùn)動(dòng) 手臂為以平行四邊形機(jī)構(gòu) 它具有俯仰和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 手臂俯仰運(yùn)動(dòng)是通過(guò)鉸 鏈支撐的升降油缸來(lái)達(dá)到 活塞桿帶動(dòng)連接的手臂左端上下運(yùn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)手臂 的升降運(yùn)動(dòng) 其俯仰角度是 使得平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿做平面平行運(yùn)動(dòng) 54 即澆包具有升降和橫移運(yùn)動(dòng) 4 2 2 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)的 液壓油通過(guò)進(jìn)油口進(jìn)入回轉(zhuǎn)油缸腔 體內(nèi) 作用在動(dòng)片上 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩 推動(dòng)動(dòng)片及其與動(dòng)片連接輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng) 輸 出軸將產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過(guò)傳遞軸帶動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)與其連接的 手臂回轉(zhuǎn) 從而實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn) 圖 4 1 回轉(zhuǎn)液壓缸計(jì)算圖 4 3 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力 4 3 1 臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力 包括力矩 時(shí) 要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去 機(jī)械手工作時(shí) 臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力 摩擦力和重力等 4 3 2 傾倒運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí) 出克服摩擦阻力 和慣性力 之外 還要克服澆包和mFg 液態(tài)金屬的重力 故其驅(qū)動(dòng)力GGg 密封裝置處的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同 在手臂設(shè)計(jì)中 采 用 O 型密封 當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10Mpa 液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近 似為 F3 0 慣 19 傾倒液壓缸慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求活塞運(yùn)動(dòng)速度 在計(jì)算smv 20 慣性力時(shí) 設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 V V 83mm s NtgvGF05 4 總慣 7 23175 23 05 4 4 3 3 傾倒液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算 確定了液壓缸驅(qū)動(dòng)力 選擇液壓缸的工作NF85 23 壓力 P 0 8MPa md16 確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔 214DFp 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中 224dp 液壓缸的有效面積 1FSp 故有 無(wú)桿腔 11 4 3FDp 有桿腔 21Fdp F 2335 85N 選擇機(jī)械效率pa6108 0 95 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入 mD3 20 4 4 升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí) 除克服摩擦阻力 Fm 和慣性力 Fg 之外 還要克服臂部運(yùn) 動(dòng)部件的重力 故其驅(qū)動(dòng)力 Pq 可按下式計(jì)算 Pq Fm Fg W N 式中 Fm 各支承處的摩擦力 N Fg 啟動(dòng)時(shí)慣性力 N 可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算 W 臂部運(yùn)動(dòng)部件的總重量 N 上升時(shí)為正 下降時(shí)為負(fù) 當(dāng) Fm 40N Fg 100N W 1098N 時(shí) Pq 40 100 1098 1238 N 214DFp 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中 224dp 液壓缸的有效面積 1FSp 故有 無(wú)桿腔 11 4 3FDpp 有桿腔 21d F 3580N 選擇機(jī)械效率p60a 0 95 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入 mdFD 10 02 95 18 04395 0 18 4326 據(jù)上 選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列 選擇 D 100mm 21 4 5 液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 根據(jù)裝配等因素 考慮到液壓缸的臂厚在 6mm 所以該液壓缸的外徑為 106mm 活塞桿的計(jì)算校核 活塞桿的尺寸要滿(mǎn)足活塞 或液壓缸 運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求 對(duì)于桿長(zhǎng) L 大于直徑 d 的 15 倍以上 按拉 壓強(qiáng)度計(jì)算 24Fd 設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛 故 活塞桿直徑 d 20mm10Mpa 現(xiàn)在進(jìn)行校核 dF66244 10 358 結(jié)論 活塞桿的強(qiáng)度足夠 4 6 本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了澆注機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu) 手臂采用手臂伸縮機(jī)構(gòu) 對(duì)驅(qū)動(dòng)的液壓 缸的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算 并對(duì)液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì) 22 5 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件 一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng) 這些 運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上 或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連 因此 臂 部的運(yùn)動(dòng)越多 機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜 機(jī)身是可以固定的 也可以是 行走的 既可以沿地面或架空軌道 16 運(yùn) 動(dòng) 5 1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)要求 機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)01 構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處 為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 就要綜合考慮和分析 機(jī)身承載著手臂 做回轉(zhuǎn) 升降運(yùn)動(dòng) 是機(jī)械手的重要組成部分 常用的機(jī) 身結(jié)構(gòu)有以下幾種 1 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩 其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長(zhǎng) 花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大 2 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿 內(nèi)部導(dǎo)向 結(jié)構(gòu)緊湊 但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降 運(yùn)動(dòng)部件較大 3 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu) 手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn) 從而使手臂左右擺動(dòng) 分析 經(jīng)過(guò)綜合考慮 本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)機(jī)身包括 一個(gè)運(yùn)動(dòng) 機(jī)身的回轉(zhuǎn) 如上圖所示 回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接 由缸體帶動(dòng)手 臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的 活塞桿采用空心 內(nèi)裝 一花鍵套與花鍵軸配合 活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向 花鍵軸與與升降缸的下端蓋用 鍵來(lái)固定 下短蓋與連接地面的的底座固定 這樣就固定了花鍵軸 也就通過(guò)花 鍵軸固定了活塞桿 這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部 結(jié)構(gòu)緊湊 具體結(jié)構(gòu)見(jiàn) 10 下 圖 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng) 回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔 一個(gè)進(jìn)油孔 一個(gè)排油孔 分 別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定 對(duì)于 本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)中動(dòng)片和 靜片之間可以回轉(zhuǎn) 01 5 2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的 17 計(jì) 算 23 手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩 應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩驅(qū)M 及各密封裝置處的摩擦阻力矩 相平衡 館M阻 驅(qū) 阻 回慣 慣性力矩的計(jì)算 0 Jt 慣 式中 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量 在起動(dòng)過(guò)程中rads t 起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間 s 手臂回轉(zhuǎn)部件 包括工件 對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0J 2Nms 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 則 20cGg 式中 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 cJ 231zcmlR 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長(zhǎng) 820mm 直徑為 1720mm 的圓柱體 質(zhì)量為 72Kg 設(shè)置起動(dòng)角度 180 則起動(dòng)角速度 0 314 起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為 rads 0 1s 2234 17 3 smNRlmJc 20 5 86 0 sC JM250 慣 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下 由于回油背差一般非常驅(qū)阻 M3 0 的小 故在這里忽略不計(jì) 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算 mN 6 21驅(qū) 2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 24 設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬 b 80mm 選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為 8Mpa d 為 輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑 設(shè) d 80mm 則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算 6 5 28MDd 驅(qū)bp m170 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 m170 3 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸的工作壓力為 8Mpa 所以螺釘間距 t 小于 80mm 根據(jù)初步估算 所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為mDL8 531704 3 5 78641tZLt 一個(gè)面 6 個(gè) 兩個(gè)面是 12 個(gè) 危險(xiǎn)截面 222 04 085 14 3 mrRS 所以 NzPFQ 7 668 0 SK 8 15 NFQS807 6 所以 14 0 螺釘材料選擇 Q235 則 n 1 2 2 5 6 7 MpanS20 14 螺釘?shù)闹睆?mFdQ10214 37 6 40 螺釘?shù)闹睆竭x擇 選擇 M10 的開(kāi)槽盤(pán)頭 d 19 螺 釘 25 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算 需要螺釘來(lái)連接 最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 5 1 所示 內(nèi)徑為 170mm 外徑為 220mm 輸出軸徑為 80mm 圖 5 1 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 5 1 連接螺釘一般為偶數(shù) 對(duì)稱(chēng)安裝 并用兩個(gè)定位銷(xiāo)定位 連接螺釘?shù)淖饔?使動(dòng)片和輸出軸之間的配合緊密 282QbpdDdMFZf 摩 于是得 24QbpFdZf 式中 每個(gè)螺釘預(yù)緊力 QF D 動(dòng)片的外徑 f 被連接件配合面間的摩擦系數(shù) 剛對(duì)銅取 f 0 15 26 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 24 13dFQ 或 1 帶入有關(guān)數(shù)據(jù) 得 NdDzfbpFQ 7508 17 05 4804 262 螺釘材料選擇 Q235 則 n 1 2 2 5 Mpans2 螺釘?shù)闹睆?md8 71024 356 螺釘?shù)闹睆竭x擇 選擇 M8 的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘 8M 5 3 手臂偏重力矩及升降不自鎖條件的分析計(jì)算 5 3 1 手臂偏重力矩的 20 計(jì) 算 1 對(duì)機(jī)械手手臂的粗略估算 27 圖 5 2 手臂各部件重心位置圖 零件重量 等 G工 件 爪 腕 G臂Kg8 工 件 現(xiàn)在對(duì)機(jī)械手手臂做粗略估算 kgG32臂 k40 臂工 件總 2 計(jì)算零件的重心位置 求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 m150工 件 7 手 臂 mG 8605 317 0 總 手 臂手 臂工 件工 件 所以 回轉(zhuǎn)半徑 m860 3 計(jì)算偏重力矩 28 MG 總偏 mN 3486 014偏 5 3 2 升降不自鎖條件分析計(jì)算 手臂在 的作用下有向下的趨勢(shì) 而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì) 總 由力的平衡條件有 1RF2 h 1G總 即 hFR總 21 所謂的不自鎖條件為 總 112RFFf 即 fhG 總總 2 hf 取 則16 0 32h 當(dāng) 時(shí) m1650m5283 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于 528mm 5 4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5 4 1 概括 軸是組成機(jī)械的重要零件之一 它用來(lái)安裝各種傳動(dòng)零件 使之繞其軸線轉(zhuǎn) 動(dòng) 傳遞轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 并通過(guò)軸承與機(jī)架或機(jī)座相連接 軸與其上的零件組 成一個(gè)組合體 軸系部件 在軸的設(shè)計(jì)時(shí) 不能只考慮軸本身 必須和軸系零 部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái) 軸按受載情況分為 29 1 轉(zhuǎn)軸 支承傳動(dòng)機(jī)件又傳遞轉(zhuǎn)矩 即同時(shí)承受彎矩和紐矩的作用 2 心軸 只支承旋轉(zhuǎn)機(jī)件而不傳遞轉(zhuǎn)矩 即只承受彎矩作用 心軸又可 分為固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸兩種 3 傳動(dòng)軸 主要傳遞轉(zhuǎn)矩 即主要承受紐矩 不承受或承受較小的彎矩 在本設(shè)計(jì)中為常用的圓形截面階梯軸的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足下列幾方面的要求 再結(jié)構(gòu)上要受力合理 盡量避免或減少 應(yīng)力集中 足夠的強(qiáng)度 靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度 必要的剛度 特殊情況下的耐腐 蝕性和耐高溫性 高速軸的振動(dòng)穩(wěn)定性及良好的加工工藝性 并應(yīng)使零件在軸上 定位可靠 裝配適當(dāng)和裝拆方便等 通常設(shè)計(jì)程序?yàn)?根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局 擬訂軸上零件的布置和裝配方案 選擇軸的材料 初步估算軸的直徑 進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 校核軸鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度及軸的彎矩強(qiáng)度 對(duì)于重要的軸 應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度的精確校核計(jì)算 必要是還要較核軸的剛度和臨界轉(zhuǎn)速 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果修改設(shè)計(jì) 繪制軸的工作圖 零件圖 5 4 2 軸的常用材料 應(yīng)用于軸的材料種類(lèi)很多 主要根據(jù)軸的使用條件 對(duì)軸的強(qiáng)度 剛度和其 它機(jī)械性能的要求 采用的熱處理方式 同時(shí)考慮制造加工工藝 并力求經(jīng)濟(jì)合 理 通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)選擇軸的材料 軸的材料一般是經(jīng)過(guò)軋制或鍛造經(jīng)切削加工的碳素鋼或合金鋼 對(duì)于較小的 軸 可用圓鋼制造 有條件的可直接用冷拔鋼材 對(duì)于重要的 大直徑或階梯直 徑變化較大的軸 采用鍛坯 為了節(jié)約金屬和提高工藝性 直徑大的軸還可以制 成空心的 并且?guī)в泻附拥幕蝈懺斓耐咕?軸常用的材料是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 如 35 45 和 50 其中以 45 號(hào)鋼最為常用 不太重要及受載較小的軸可用 Q235 Q275 等普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 對(duì)于受力較大 軸的尺寸受限制 以及某些有特殊要求的軸可用合金結(jié)構(gòu)鋼 當(dāng)采用合金結(jié)構(gòu)鋼 時(shí) 應(yīng)優(yōu)先選用符合我國(guó)資源情況的硅錳鋼 硼鋼等 對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸 例如 花鍵軸 空心軸等 為了保持尺寸穩(wěn)定性和減少熱處理變形可選用鉻鋼 對(duì)于 30 大截面非常重要的軸可選用鉻鎳鋼 對(duì)于高溫或腐蝕條件下工作的軸可選用耐熱 鋼或不銹鋼 5 4 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外行和全部結(jié)構(gòu)尺寸 為軸設(shè)計(jì)的重要步驟 它與軸上安裝的零件類(lèi)型 尺寸及其位置 零件的固定方式 載荷的性質(zhì) 方向 大小及分布情況 軸承的類(lèi)型與尺寸 軸的毛坯 制造和裝配工藝 安裝及運(yùn)輸 對(duì)軸的變形等原因有關(guān) 設(shè)計(jì)者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì) 必要時(shí)可做幾個(gè) 方案進(jìn)行比較 以便選出最佳方案 一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 1 節(jié)約材料 減輕重量 盡量采用等強(qiáng)度外行尺寸或大的截面系數(shù)的截 面形狀 2 易于軸上零件的精確定位 穩(wěn)固 裝配 拆卸和調(diào)整 3 采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施 4 便于加工制造和保證精度 5 4 4 提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施 軸有各種破壞形式 如疲勞 腐蝕 磨損 撞擊 微動(dòng)和蠕變等 但軸的破 壞多數(shù)屬于疲勞破壞 據(jù)統(tǒng)計(jì) 機(jī)器零件的破壞中有 80 的損壞是屬于疲勞破壞 而軸類(lèi)零件的破壞的比例則更高一些 疲勞破壞分高周 高循環(huán) 疲勞 低周 低循環(huán) 疲勞 微動(dòng)疲勞和表面疲勞等 高周疲勞屬于低應(yīng)力 低于材料屈服極限 甚至彈性極限 長(zhǎng)壽命 循環(huán) 次數(shù)一般大于 或 的情況下是疲勞破壞 是最常見(jiàn)的一種 通常稱(chēng)為疲勞 4105 軸的疲勞破壞多屬于此類(lèi) 軸截面變化處 如軸肩 鍵槽和環(huán)槽等 會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中 疲勞破壞往往 在此處發(fā)生 軸的工作表面應(yīng)力最大 也會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞 在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 應(yīng)力求降低應(yīng)力集中的現(xiàn)象和提高軸的表面質(zhì)量 降低應(yīng)力集中的主要措施有 加大圓角 加內(nèi)凹圓角 打橫孔等多種 提高軸的表面質(zhì)量包括降低軸的表面粗 糙度 對(duì)軸表面進(jìn)行處理 如熱處理 機(jī)械處理和化學(xué)處理等 5 4 5 軸的加工和裝配工藝性 進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) 除考慮前面的各種因素外 同時(shí)還應(yīng)考慮便于軸的加 工 測(cè)量 裝配和維修 通常要注意以下幾個(gè)主要方面 31 1 考慮加工工藝所必須的結(jié)構(gòu)要素 如中心孔 螺尾退刀槽 砂輪越程 槽等 2 合理確定軸與零件的配合性質(zhì) 加工精度和表面粗糙度 3 配合直徑一般按 GB T 2822 1981 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 4 確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊 同時(shí)還應(yīng)保證零件所需的滑 動(dòng)距離 裝拆或調(diào)整所需空間 并轉(zhuǎn)動(dòng)零件不得與其他零件相碰 與輪轂轉(zhuǎn)陪的 軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)略小于輪轂 2 3mm 以保證軸向定位可靠 5 處特殊要求者外 一般軸上所有零件都應(yīng)無(wú)過(guò)盈地達(dá)到配合部位 6 為便于導(dǎo)向和避免擦傷配合面 軸的兩端及有過(guò)盈配合的臺(tái)階處應(yīng)制 成倒角 7 為了減少加工刀具的種類(lèi)和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 軸上的倒角 圓角 鍵 槽等應(yīng)盡可能取相同尺寸 或盡量減少不同尺寸的倒角 圓角 鍵槽的數(shù)量 5 4 6 軸的計(jì)算 此實(shí)心軸承的轉(zhuǎn)矩 T 為 n P6105 9 7134 805 936 mN 13 彎矩 M 為 204 F8 51 mN 4 270 對(duì)于碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼彎曲應(yīng)力與扭應(yīng)力的合成 可按第三強(qiáng)度理論 求出 因此 可以應(yīng)用公式 來(lái)計(jì)算當(dāng)量彎矩 22 TMe 32 按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算 b01 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 12 3 軸的許用應(yīng)力 取 401 b 7b 計(jì)算當(dāng)量彎矩 221 73 190 4 75 eM mN 3 8 計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足 311 0bed 34 52387 m1 圓整后取 mm451d 軸中段軸徑上有鍵槽 在此基礎(chǔ)上 軸徑增大 3 3 m5 46 圓整后取 d0 由于 21eM 計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足 3122 0bed 34 75 m061 33 取整 md42 5 5 軸承的選擇與分析 對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng) 對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響 因此 這里要充分考慮 這個(gè)問(wèn)題 對(duì)于本設(shè)計(jì) 采用一支點(diǎn) 雙固定 另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu) 作為 固定支撐的軸承 應(yīng)能承受雙向軸向載荷 故內(nèi)外圈在軸向全要固定 其結(jié)構(gòu)參 看本章開(kāi)始的 機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖 11 本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)角接觸球軸承 面對(duì)面或者背對(duì)背的組合結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)可 以承受雙向軸向載荷 5 6 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手的機(jī)身進(jìn)行設(shè)計(jì)分別 對(duì)機(jī)身的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 計(jì)算 同時(shí)也計(jì)算了升降立柱穩(wěn)定的條件 這是機(jī)身設(shè)計(jì)中不可缺少的部分 34 結(jié) 論 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我了解機(jī)械手各種結(jié)構(gòu)以及相關(guān)知識(shí) 并將幾何畫(huà)圖知 識(shí) 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械原理 液壓傳動(dòng)等相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用 這不但夯實(shí)了我的專(zhuān) 業(yè)知識(shí) 而且也使我的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)有了很大提高 除此之外 我也了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi) 外在機(jī)械手先進(jìn)生產(chǎn)和制造技術(shù) 尤其是日本的機(jī)械手設(shè)計(jì)精巧靈活 同時(shí) 通 過(guò)對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了系統(tǒng)的分析 在一定程度上我掌握了機(jī)械手設(shè)計(jì)和計(jì) 算過(guò)程和相關(guān)知識(shí) 這將為以后的工作學(xué)習(xí)打下一定基礎(chǔ) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì) 澆鑄機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)做了系統(tǒng)的計(jì)算分析 設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及到機(jī)械手繼電器 固定程序設(shè)計(jì) 采用液壓傳動(dòng) 液壓出力大 臂力可達(dá) 1000N 以上 且可用電液伺服機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制 使機(jī)械手用途更廣 定位精度一般非常高 在 1mm 內(nèi) 該機(jī)械 手選擇配置澆包 盛鋼水 必要時(shí)可以更換澆包 在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)到 做任何事情要有正確的態(tài)度和心態(tài) 我明白了做 學(xué)問(wèn)要一絲不茍 對(duì)于出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視 要通過(guò)正確的途徑去 解決 同時(shí) 在做事情的過(guò)程中要有耐心和毅力 不要一遇到困難就打退堂鼓 只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問(wèn)題 總之 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程 我收獲了 很多 此次設(shè)計(jì)的完成為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美的句號(hào) 也為將來(lái)的人生之路 做好了很好的鋪墊 由于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)水平的局限 設(shè)計(jì)難免有不到之處 望讀者見(jiàn)諒 請(qǐng)指正 35 參考文獻(xiàn) 1 張建民 工業(yè)機(jī)器人 北京 北京工業(yè)大學(xué)出版社 1988 2 李允文 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 3 費(fèi)仁元 張慧慧 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析 北京 北京工業(yè)出版社 1998 4 氣動(dòng)工程手冊(cè) 編委會(huì) 氣動(dòng)工程手冊(cè) 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1995 5 陸鑫盛 周洪 自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 2000 6 柳洪義 宋偉剛 機(jī)械人技術(shù)基礎(chǔ) 北京 冶金工業(yè)出版社 2002 7 工業(yè)機(jī)械手 編寫(xiě)組 工業(yè)機(jī)械手 上冊(cè) 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版 社 1978 8 王承義 機(jī)械手及其應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1981 9 萬(wàn)勝狄 王運(yùn)贛等 鍛造機(jī)械化與自動(dòng)化 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1983 10 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫(xiě)組 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 第三版 北京 冶金 工業(yè)出版社 1994 11 唐保寧 高學(xué)滿(mǎn) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 上海 同濟(jì)大學(xué)出版社 1993 12 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第 2 卷 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2002 13 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第 5 卷 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 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