《机械手手臂设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械手手臂设计（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、仲恺农业工程学院机械系统课程设计说明书设计题目：工业机械手设计一臂部伸缩指导老师:张日红关秋菊系：机电工程学院 级：机械072班 名：蔡钟文学 号：200710824224前言 3一、设计要求及主要参数：3二、机械手臂伸缩机构设计 41、结构初设计42、结构改进53、手臂伸缩驱动力计算54、手臂伸缩液压缸参数计算6三、液压传动与控制系统设计9四、机械手的控制 111、电气控制系统： 112、机械手可编程顺序控制11五.总结17六参 考 文 献17刖言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消 费品的产品。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备， 机械工
2、业所提供的性能，质量和成本，都对国民经济各部门技术进步和经济效益 有很大的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平 的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手 是工业机器人的一个重要分支。它能模仿人手的某些动作功能，按照编程来 完成各种预期的作业任务。在某些方面它可代替人的繁重劳动以实现生产 的机械化和自动化，显著地减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生 产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的 操作，采用机械手是最有效的。不仅如此，机械手还
3、能在高温、低温、深水、 宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作以保护人身安全，因而广 泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，具有强大的生命力。随着机械手在工业的各个领域地广泛应用，对实现工业生产自动化，推动工 业生产的进一步发展将起着重要的作用。一、设计要求及主要参数：50N,100N,150N,200N,250N,300N3、自由度：4个4、臂部运动参数：运动名称符号行程范围速度伸缩X400mm200,v250,v300mm/s回转申0 -210v90/s升降Z300mm70mm/s5、腕部参数：运动名称符号行程范围速度回转0-18090/s6、定位方式：电位器（或接近开
4、关等）设定，点位控制；7、手指夹持范围：棒料直径050070mm，长度4501200mm8、驱动方式：液压（中、低压系统）9、定位精度： +/-3mm10 、控制方式： PLC 控制此次设计我们以5人为一小组的形式对机械手执行机械进行设计，本人负责 的是手臂伸缩机械的设计，下文将就这部分进行说明。二、机械手臂伸缩机构设计1、结构初设计臂部设计的基本要求有： 、臂部应承载能力大、刚度好、自重轻； 、臂部运动速度要高，惯性要小； 、手臂动作应该灵活； 、位置精度要咼。常见的手臂伸缩机构有双导向杆手臂伸缩机构、双层液压缸空心活塞杆导向 机构、采用花键套导向的手臂升降机构、双活塞伸缩油缸机构、活塞杆和
5、齿轮齿 条机构。其中双导向杆手臂伸缩机构，由于臂部的伸缩油缸安装在两根导向杆之 间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，受力简单，传动平稳。并综 合以上基本要求考虑，本设计选择双导向杆手臂伸缩机构，使用液压驱动，液压 缸选取双作用液压缸。2、结构改进为防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，在导向杆尾部还增设辅助支承架，以提 高导向杆的刚性。3、手臂伸缩驱动力计算先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主 要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯 性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱
6、动力。伸缩液压缸活塞的驱动力 的计算公式为：F = F + F + F + F摩 密 回 惯其中F族手臂运动时，运动件表面间的摩擦阻力；F是密封装置处的摩擦阻 摩密力；F门是液压缸回油腔低压油液所造成的摩擦阻力；F是启动或制动时，活塞 回惯杆所受平均惯性力。(1) 、摩擦力的计算：不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况 进行估算。本设计是双导向杆，导向杆对称配置在伸缩缸两侧。下图是机械手臂 受力示意图，现初步取支撑架长度a为120mm，手臂与运动的零部件的总重量的 重心到导向支撑的前端的距离L为600mm，设参与运动的零部件所受的总重力G 总 为 800N。计算如下
7、：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。既G总F，从而得GL= 总由Y Fy=0，二F，从而Fbb而摩擦阻力F摩=p F + p FabF =卩 G摩总2 x 600 +120其中P是摩擦系数，导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁p二2xl5 - 0.3 将有关数据代入进行计算：二 2640N120F =pG 2L + 二 0.3x800x 摩总a _（2）、密封装置处的摩擦阻力：不同的密封圈其摩擦阻力不同，在本设计中，各处均选用0型密封，当液压缸工作压 力小于lOMpa,活塞杆直径为油缸直径的一半。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为： F 二 0.03 F。封（3）、液压
8、缸回油腔低压油液所造成的摩擦阻力：一般背压阻力较小，可取F =0.05F。回（4）、活塞杆所受平均惯性力：启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力近似计算公式为：F二Q，其中 惯g At手臂伸缩速度Av = 0.2m s，设置启动时间At = 0.2s，则可得活塞杆所受平均惯性力为：G Av心、gAt400 x 0.210 x 0.2=40 N经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力：F = F + F + F + F摩密回惯=2640 + 0.03F + 0.05F + 40经计算得 F=2702N。4、手臂伸缩液压缸参数计算经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力F=2702N,根据工业机械手设计表
9、4-1选择液 压缸的工作压力p二1 x 106Pa。(1)、油缸内径的计算：下图是双作用油缸的受力图，当液压油从无杆腔进入时，活塞杆受力向外推出。当液压油从 有杆腔进入时，活塞杆受力向内收回。图5.2双作用液压缸示意图 当油进入无杆腔，当油进入有杆腔中,（D2 -d2）n液压缸的有效面积:所以油缸内径为:(无杆腔)(有杆腔)F=2702N, P1 二 1 x 106Pa，选择机械效率n =0.96将有关数据代入:=59.87mmI1 4 x 27023.14 x 1 x 106 x 0.96根据工业机械手设计表4-2，选择标准液压缸内径系列，选择D=63mm.(2)、油缸壁厚的计算：p D选用
10、中等壁厚，则壁厚的计算公式为：5= G 3.计)-+ C，其中P、十=1.3P,P计油缸选用无缝钢管制成，其许用应力t= 100MPa。将各数据代入上式，得到:pD(2.31- p )p计C.3 X加阳鳥X106)八+ C圆整取壁厚5 =4mm。（3）、油缸外径的计算：将油缸壁厚的2倍与油缸内径之和得到油缸的外径值，得外径为71mm，按工业机械手设计表4-3，取油缸外径标准值为76mm。（4）、活塞杆的计算： 、按强度条件决定活塞杆直径：C = F ，苹=；4X2/02 = 5.87mm，参照上文关Ktrl3.14 x 100于油缸内径的计算，以及查工业机械手设计表4-4,取活塞杆直径为22m
11、m。 、活塞杆的稳定性校核：臂的伸缩行程为400mm,根据其它零部件的安装间隙，活塞杆长取为l=550mm。因为l15d = 330mm，所以活塞杆需要稳定性校核 油缸安装属于两端固定，长度折算系数卩=0.5 弹性模量E = 2.1 x 105MPa特定柔度值九=J2.1 X I05 = 28.64i Vc V 256 p活塞杆横截面的惯性半径i = - = 5.54安全系数n = 4K活塞杆的面积 F =2乃 =379.94mm 244活塞杆的计算柔度巴=0.5X550 = 50 28.64,属于大柔度杆其临界力。 i 5.53.142 x 2.1 x 105502X379.94 =3.15
12、X105P二2702N + D2 =+ 632 = 63.67mmi 兀丘3.14 x 156.5l取 d = 64mml三、液压传动与控制系统设计过滤器：选择过滤精度在100卩m左右的线式过滤器。油 管与管接头： 管接头联接螺纹 M 18 x 1.5 管子壁厚 1mm (用 于Q 6.3L / min ), M 14 x 1.5 管子壁厚 1mm (用于Q 6.3L / min )，油管以满足最大压力为要求选用价低,安装方便的尼龙管。油箱容积：v = 5Q = 5 X 38.4 = 192L （Q为液压泵的流量）。溢流阀和减压阀的压力调整：溢流阀P = 8MPa。减压阀：因为夹紧运动时的压力为6.231.37）MP所以选取YJF3-10B。a调压范围为（0.5 10）MP，额定流量为100L / min。a根据工况图Q-t选元件的额定流量，根据p=25L/min选择元件的额定压力表 1：机床送料机械手所用液压元件表序号元件名称型号规格数量1线隙式过滤XU - B40 x 502.5MPa,40L/min1器2电动机Y100L-2N=3.0KW，n=1430r/min13齿轮泵YB - 40 110MPa,960r/min14溢流阀YF - 310L10MPa,1015电磁换向阀22D - 25B10MPa,1216单向阀I - 25
