工业机械手的设计说明书

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1、机械系统设计 课程设计说明书设计题目：工业机械手设计学院：机电工程学院 班级：机械 092 班 姓名： 学号：第四章第四章 手臂的设计手臂的设计4.1手臂伸缩的设计计算手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间 运动。 臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况 看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故 受力较复杂。 机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。多义性在选择合适的导向装置和 定位方式就显得尤其重要了。1. 伸缩液压缸的设计计算1.1 求水平伸缩直线运动液压缸的驱动力根据液压缸运动

2、时所需克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的限力，来确定液压 缸 所需的驱动力。 手臂的伸缩速度为 300mm/s 行程 L=400mm抓重 100N液压缸活塞的驱动力的计算FFFFF回摩密惯式中 一一摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向装置，则F摩为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。 一一密封装置处的康擦阻力;F密一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力;F回一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。F惯、的计算如下。F摩F密F回F惯4.1.1. 的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情F摩况 进行估算。图 4-15 为双导向杆导向，其导向杆截面形状为圆柱面，

3、导向杆对称配置在伸缩缸的两 侧， 启动时，导向装置的摩擦阻力较大，计算如下:由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。0AMbG LaF总bG LF 总 a0Y baGFF得aLaFGa总2LaFGa总摩式中参与运动的零部件所受的总重力(含工件重),估算=(100+700)N=800NG总G总L手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前端的距离(m),L=100mma导向支承的长度,a=150mm;一一当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。对子圆柱面:取=1.54(1.271.57)2:摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时:钢对青铜: 取=0.10.15 钢对铸铁: 取=0

4、.180.3取=0.1代入已知数据得=280NLaFGa总摩2 100 1500.15 800150N4.1.2.的计算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，其计算公式如下:F密(1)“O”形密封圈 当液服缸工作压力小于 10Mpa. 活寒杆直径为液压缸直径的一半， 活塞与活塞杆处都采用“O”形密封圈时，液压缸密封处的总的摩擦力为:120.03FFF封封式中 F为驱动力，3Fp dl封P工作压力(Pa); P 15d 时，一般应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为KKPPN式中临界力（N） ，可按材料力学有关公式计算。安全系数，=24KPKNKN2.2.1.大柔度杆的临界力KF当时，临界力为1l iKF

5、=KF2E j 式中为活塞杆的计算柔度（柔度系数）L 为活塞杆的计算长度（m） ，油缸支承情况和活塞杆端部支承情况不同，活塞杆计 算长度不同，见表 46；i 为活塞杆横截面的惯性半径（m）,4JdiFJ 为活塞杆截面对中性轴的惯性矩（）4m464dJ E 为弹性横量，E=210GPa为长度折算系数，见表 46；为特定的柔度值，=，为比例极限。11PE P2.2.2. 中柔度杆KF当入 25000057 根据表 1-1 在 4.5 万牛的驱动力下，可以选取油缸工作压力为四兆帕。再由公 式 2-2 可得：11.13450001.134 85 130PDPmm 通过计算所选择的油缸内径，应尽可能是标

6、准值，油缸内径径系列 （GB/T2348-93）如表 1-2 。 表 1-2 1012162025324050 6380(90)100(110)125(140)160 (180)200(220)250(280)320(360)400 注：括号内尺寸尽可能不用。 由表 1-2 可选出油缸内径为 125mm 。 （2）油缸壁厚的计算中等壁厚（）：163.2D （2-3）(2.3 )p DCp计计式中 D_油缸内径（mm） ；_计算压力，p计1(1.2 1.3)pP计_油缸材料的许用应力（MPa） ； _强度系数C_附加厚度 由公式 2-3 可计算出油缸外径：(2.3 )1.3 4 125 2.3

7、100 100 4p DCpCC 计计由未准油缸外径表 1-3，可知 C 可取 17，因此壁厚mm 。21 表 1-3 油 缸 内 径4050638090100110125140（150）16018020020# 钢5060769510812113314616818019421924545# 钢50607695108121133146168180194219245注：缸体为无缝钢管 （3）活塞杆的计算 活塞杆的尺寸要满足活塞运动和强度的要求。对于杆长大于直径的 15 倍的活 塞杆还必须具有足够的稳定性。 按强度条件决定活塞杆直径 d 按直杆拉、压强度计算： 2 4 4()pdpdmm 即式中

8、P_活塞杆所受的总载荷（N） ；_活塞杆材料的许用应力（MPa） 。 4()4 45000 100 23.94pdmmmm 即通过查活塞杆直径系列表 1-4，可选出活塞杆的直径为 d=25mm 表 1-4 活塞杆的稳定性校核 活塞杆长 L=300mm，又，即，所以满足稳定性要15 d=15 25=375m m15ld 求。 （4）油缸端盖的联接方式及强度计算 端盖联接采用半环联接，便于加工和装拆。 缸盖螺纹的计算，由公式 2-4 可计算出螺钉螺纹内径：（2-4） 14jlQd 450005625()8 1.8 562510125()10125562515750()1.31.3 15750204

9、75()SoSjopQNz QKQNQQQNQQN采用八个螺钉联接, 计算如下:又因为，所以由公式 2-4 可得： 325130()2.5s lMPan 144 20475 130 14.16()jlQdmm 再从国家标准件系列表 1-5 中可选出联接螺钉的尺寸为 M16 。表 1-5 螺纹规格臂部升降机构设计 手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们 在空间运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部 的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度

10、上。所以在选择合适的导 向装置和定位方式就显得尤其重要了。 手臂的伸缩速度为 300m/s，行程 L=400mm 根 636E 原始数据可做出臂部 升降部分的总体结构如总装配图所示。第五章第五章 机械手指液压原理图机械手指液压原理图一、抓取缸液压原理如图所示一、抓取缸液压原理如图所示二、液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表二、液压系统动作循环及电磁铁动作顺序表 电磁铁 序号 动作循环1234567891011121314臂 部伸 缩伸出 伸出缓冲 缩回 缩回缓冲+ + +臂部 升 降上升 上升缓冲 下降 下降缓冲+ + + +臂 部 回 转正转 正转缓冲 反转 反转缓冲 停止+ + + +三、机

11、械手总的液压控制图三、机械手总的液压控制图臂部伸缩臂部升降臂部回转腕部回转夹紧第六章第六章假设 上升、下降用三位四通电磁阀，上升 Y432(+)、下降 Y430(+)； 夹紧、放松用二位三通电磁阀，夹紧 Y431(+)、放松 Y431(-)； 右行、左行用三位四通电磁阀，右行 Y433(+)、左行 Y434(+)。 若采用移位指令 SFT 实现步进式控制，程序大简化。其控制程序的设计编制过程如下： 1） 步进工步 10 步（启动，18，返回原点）分别对应 M100M111，共使用了 10 个单元的移位 寄存器。 M1001，启动主令信号 ST1X4001； M1011 下降主令信号 X4001

12、，到位 LS11 X4011。 M1021 夹紧主令信号 X4011，到位 T450 延时 3s 为 1。 M1031 上升主令信号 X4501，到位 LS21 X4021。 M1041 右行主令信号 X4021，到位 LS31 X4031。腕 部回 转正转 正转缓冲 反转 反转缓冲 停止+ + + +夹 持夹紧 松开+原位卸荷+ M1051 下降主令信号 X4031，到位 LS11 X4011。 M1061 放松主令信号 X4511，延时 2s（LS51X4051） 。 M1071 上升主令信号 X4051，到位 LS21 X4021。 M1101 左行主令信号 X4021，到位 LS41

13、X4041。 M1111 原点主令信号 X4041，到位 T452 延时 2s 为 1。 下一次工作，先按复位健 RT1 X5131移位寄存器清 0 复位，再按启动健 ST1 X4001M1001 再循环一次。 2） 梯形图：3）4） 程序清单： LD X404 ; TA 复位1AND M111 OR X405 RST M100 ; 移位寄存器清 0 LD X403 ; 机械原点 LS21？ AND X404 LS41？ANI M101 ANI M102 ANI M103 ANI M104 ; 原点条件ANI M105 ANI M106 ANI M107 ANI M110 ANI M111 O

14、UT M100 ; 满足使 M1001 起动LD M100 AND X400 ; ST1？ SFT M100 ;是则使 M1D11 LD M101 ; 下降 AND X401 ; LS11？ SFT M100 ; 是则使 M1021 LD M102 ; 夹紧 AND X450 ; 夹紧延时 SFT M100 ; 时间到 M1031 LD M103 ; 上升 AND X402 ; LS21? SFT M100 ; 是则使 M1041 LD M104 ; 右行 AND X403 ; LS31？ SFT M100 ; 是则使 M1051 LD M105 ;下降 AND X401 ;LS11？ SFT M100 ; 是则使 M1061 LD M106 ; 放松 AND T451 ; 延时 2s SFT M100 ; 时间到使 M1071 LD M107 ; 上升 AND X402 ;LS21？ SFT M100 ; 使 M1101 LD M110 ; 左行 AND X404 ; LS41？ SFT M100 ; 使 M111=1LD M100 ; 原点显示OUT Y435 LD M101 OR M105 ; 下降OUT Y430 ; LD M102 ; S M201 ; 夹紧OUT Y431 ; OUT T450 ; 夹紧延时 3sK 3 ;