送料机械手(毕业设计)Word格式文档下载.doc
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a、生产纲领:
100000件(两班制生产)
b、自由度(四个自由度)
臂转动180º
臂上下运动500mm
臂伸长(收缩)500mm
手部转动±
180º
(2、)设计要求:
a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图(一套)
b、液压原理图(一张)
c、设计计算说明书(一份)
(3、)技术要求
主要参数的确定:
a、坐标形式:
直角坐标系
b、臂的运动行程:
伸缩运动500mm,回转运动180º
。
c、运动速度:
使生产率满足生产纲领的要求即可。
d、控制方式:
起止设定位置。
e、定位精度:
±
0.5mm。
f、手指握力:
392N
g、驱动方式:
液压驱动。
(二、)料槽形式及分析动作要求
(1、)料槽形式
由于工件的形状属于小型回转体,此种形状的零件通常采用自重输送的输料槽,如图1.1所示,该装置结构简单,不需要其它动力源和特殊装置,所以本课题采用此种输料槽。
图1.1机械手安装简易图
(2、)动作要求分析如图1.2所示
动作一:
送料
动作二:
预夹紧
动作三:
手臂上升
动作四:
手臂旋转
动作五:
小臂伸长
动作六:
手腕旋转
预夹紧
手臂旋转
小臂伸长
手腕旋转
手臂转回
图1.2要求分析
第二章抓取机构设计
2.1手部设计计算
一、对手部设计的要求
1、有适当的夹紧力
手部在工作时,应具有适当的夹紧力,以保证夹持稳定可靠,变形小,且不损坏工件的已加工表面。
对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节,对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。
2、有足够的开闭范围
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。
工作时,一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。
对于回转型手部手指开闭范围,可用开闭角和手指夹紧端长度表示。
手指开闭范围的要求与许多因素有关,如工件的形状和尺寸,手指的形状和尺寸,一般来说,如工作环境许可,开闭范围大一些较好,如图2.1所示。
图2.1机械手开闭示例简图
3、力求结构简单,重量轻,体积小
手部处于腕部的最前端,工作时运动状态多变,其结构,重量和体积直接影响整个机械手的结构,抓重,定位精度,运动速度等性能。
因此,在设计手部时,必须力求结构简单,重量轻,体积小。
4、手指应有一定的强度和刚度
5、其它要求
因此送料,夹紧机械手,根据工件的形状,采用最常用的外卡式两指钳爪,夹紧方式用常闭史弹簧夹紧,松开时,用单作用式液压缸。
此种结构较为简单,制造方便。
二、拉紧装置原理
如图2.2所示【4】:
油缸右腔停止进油时,弹簧力夹紧工件,油缸右腔进油时松开工件。
图2.2油缸示意图
1、右腔推力为
FP=(π/4)D²
P(2.1)
=(π/4)0.5²
2510³
=4908.7N
2、根据钳爪夹持的方位,查出当量夹紧力计算公式为:
F1=(2b/a)(cosα′)²
N′(2.2)
其中N′=498N=392N,带入公式2.2得:
N′
=(2150/50)(cos30º
)²
392
=1764N
则实际加紧力为F1实际=PK1K2/η(2.3)
=17641.51.1/0.85=3424N
经圆整F1=3500N
3、计算手部活塞杆行程长L,即
L=(D/2)tgψ(2.4)
=25×
tg30º
=23.1mm
经圆整取l=25mm
4、确定“V”型钳爪的L、β。
取L/Rcp=3(2.5)
式中:
Rcp=P/4=200/4=50(2.6)
由公式(2.5)(2.6)得:
L=3×
Rcp=150
取“V”型钳口的夹角2α=120º
,则偏转角β按最佳偏转角来确定,
查表得:
β=22º
39′
5、机械运动范围(速度)
【1】
(1)伸缩运动Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
(2)上升运动Vmax=500mm/s
Vmin=40mm/s
(3)下降Vmax=800mm/s
Vmin=80mm/s
(4)回转Wmax=90º
/s
Wmin=30º
所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s
6、手部右腔流量
Q=sv(2.7)
=60πr²
=60×
3.14×
25²
=1177.5mm³
7、手部工作压强
P=F1/S(2.8)
=3500/1962.5=1.78Mpa
2.2腕部设计计算
腕部是联结手部和臂部的部件,腕部运动主要用来改变被夹物体的方位,它动作灵活,转动惯性小。
本课题腕部具有回转这一个自由度,可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。
要求:
回转±
90º
角速度W=45º
以最大负荷计算:
当工件处于水平位置时,摆动缸的工件扭矩最大,采用估算法,工件重10kg,长度l=650mm。
如图2.3所示。
1、计算扭矩M1〖4〗
设重力集中于离手指中心200mm处,即扭矩M1为:
M1=F×
S(2.9)
=10×
9.8×
0.2=19.6(N·
M)
工件
F
S
F
图2.3腕部受力简图
2、油缸(伸缩)及其配件的估算扭矩M2〖4〗
F=5kgS=10cm
带入公式2.9得
M2=F×
S=5×
0.1=4.9(N·
M)
3、摆动缸的摩擦力矩M摩〖4〗
F摩=300(N)(估算值)
S=20mm(估算值)
M摩=F摩×
S=6(N·
4、摆动缸的总摩擦力矩M〖4〗
M=M1+M2+M摩(2.10)
=30.5(N·
M)
5.由公式
T=P×
b(ΦA1²
-Φmm²
)×
106/8(2.11)
其中:
b—叶片密度,这里取b=3cm;
ΦA1—摆动缸内径,这里取ΦA1=10cm;
Φmm—转轴直径,这里取Φmm=3cm。
所以代入(2.11)公式
P=8T/b(ΦA1²
106
=8×
30.5/0.03×
(0.1²
-0.03²
=0.89Mpa
又因为
W=8Q/(ΦA1²
)b
所以
Q=W(ΦA1²
)b/8
=(π/4)(0.1²
0.03/8
=0.27×
10-4m³
=27ml/s
2.3臂伸缩机构设计
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200m/s
行程L=500mm
1、手臂右腔流量,公式(2.7)得:
【4】
Q=sv
=200×
π×
40²
=1004800mm³
=0.1/10²
m³
=1000ml/s
2、手臂右腔工作压力,公式(2.8)得:
〖4〗
P=F/S(2.12)
F——取工件重和手臂活动部件总重,估算F=10+20=30kg,F摩=1000N。
所以代入公式(2.12)得:
P=(F+F摩)/S
=(30×
9.8+1000)/π×
=0.26Mpa
3、绘制机构工作参数表如图2.4所示:
图2.4机构工作参数表
4、由初步计算选液压泵〖4〗
所需液压最高压力
P=1.78Mpa
所需液压最大流量
Q=1000ml/s
选取CB-D型液压泵(齿轮泵)
此泵工作压力为10Mpa,转速为1800r/min,工作流量Q在32—70ml/r之间,可以满足需要。
5、验算腕部摆动缸:
T=PD(ΦA1²
)ηm×
106/8(2.13)
W=8θηv/(ΦA1²
)b(2.14)
Ηm—机械效率取:
0.85~0.9
Ηv—容积效率取:
0.7~0.95
所以代入公式(2.13)得:
T=0.89×
0.03×
0.85×
106/8
=25.8(N·
T<
M=30.5(N·
代入公式(2.14)得:
W=(8×
27×
10-6)×
0.85/(0.1²
0.03
=0.673rad/s
W<
π/4≈0.785rad/s
因此,取腕部回转油缸工作压力P=1Mpa
流量Q=35ml/s
圆整其他缸的数值:
手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa
流量QⅠ=120ml/s
小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa
流量QⅠ=1000ml/s
第三章液压系统原理设计及草图
3.1手部抓取缸
图3.1手部抓取缸液压原理图〖7〗
1、手部抓取缸液压原理图如图3.1所示
2、泵的供油压力P取10Mpa,流量Q取系统所需最大流量即Q=1300ml/s。
因此,需装图3.1中所示的调速阀,流量定为7.2L/min,工作压力P=2Mpa。
采用:
YF-B10B溢流阀
2FRM5-20/102调速阀
23E1-10B二位三通阀
3.2腕部摆动液压回路
图3.2腕部摆动液压回路〖7〗
1、腕部摆动缸液压原理图如图3.2所示
2、工作压力P=1Mpa
流量Q=35ml/s
2FRM5-20/102调速阀
34E1-10B换向阀
YF-B10B溢流阀
3.3小臂伸缩缸液压回路
图3.3小臂伸缩缸液压回路〖7〗
1、小臂伸缩缸液压原理图如图3.3所示
2、工作压力P=0.25Mpa
流量Q=1000ml/s
YF-B10B溢流阀
2FRM5-20/102调速阀
23E1-10B二位三通阀
3.4总体系统图
图3.4总体系统图〖7〗
1、总体系统图如图3.4所示
2、工作过程
小臂伸长→手部抓紧→腕部回转→小臂回转→小臂收缩→手部放松
3、电磁铁动作顺序表
元件
动作
1DT
2DT
3DT
4DT
5DT
-
+
-
手部抓紧
腕部回转
小臂收缩
手部放松
卸荷
+
图3.5总体系统图
4、确电机规格:
液压泵选取CB-D型液压泵,额定压力P=10Mpa,工作流量在32~70ml/r之间。
选取80L/min为额定流量的泵,
因此:
传动功率N=P×
Q/η(3.1)
η=0.8(经验值)
所以代入公式(3.1)得:
N=10×
80×
103×
106/60×
0.8
=16.7KN
选取电动机JQZ-61-2型电动机,额定功率17KW,
转速为2940r/min。
第四章机身机座的结构设计
机身的直接支承和传动手臂的部件。
一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上,或者就直接构成机身的躯干与底座相连。
因此,臂部的运动愈多,机身的结构和受力情况就愈复杂,机身既可以是固定式的,也可以是行走式的,如图4.1所示。
图4.1机身机座结构图
臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。
本课题机械手的机身设计成机座式,这样机械手可以是独立的,自成系统的完整装置,便于随意安放和搬动,也可具有行走机构。
臂部配置于机座立柱中间,多见于回转型机械手。
臂部可沿机座立柱作升降运动,获得较大的升降行程。
升降过程由电动机带动螺柱旋转。
由螺柱配合导致了手臂的上下运动。
手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转,从而达到了自由度的要求。
4.1电机的选择
机身部使用了两个电机,其一是带动臂部的升降运动;
其二是带动机身的回转运动。
带动臂部升降运动的电机安装在肋板上,带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。
1、带动臂部升降的电机:
〖10〗
初选上升速度V=100mm/s
P=6KW
所以n=(100/6)×
60=1000转/分
选择Y90S-4型电机,属于笼型异步电动机。
采用B级绝缘,外壳防护等级为IP44,冷却方式为I(014)即全封闭自扇冷却,额定电压为380V,额定功率为50HZ。
如图4.1Y90S-4电动机技术数据所示:
型号
额定功率KW
满载时
堵转电流
堵转转矩
最大转矩
电流A
转速r/min
效率%
功率因素
额定电流
额定转矩
Y90S-4
1.1
2.7
1400
79
0.78
6.5
2.2
图4.1Y90S-4电动机技术数据
2、带动机身回转的电机:
初选转速W=60º
n=1/6转/秒
=10转/分
由于齿轮i=3
减速器i=30
所以n=10×
3×
30=900转/分
选择Y90L-6型笼型异步电动机
电动机采用B级绝缘。
外壳防护等级为IP44,冷却方式为I(014)即全封闭自扇冷却,额定电压为380V,额定功率为50HZ。
如图4.2Y90S-6电动机技术数据所示:
图4.2Y90L-6电动机技术
4.2减速器的选择
减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。
用来降低转速和增
转矩,以满足工作需要。
〖6〗
初选WD80型圆柱蜗杆减速器。
WD为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。
蜗杆的材料为38siMnMo调质
蜗轮的材料为ZQA19-4
中心矩a=80
Ms×
q=4.0×
11(4.1)
传动比I=30
传动惯量0.265×
10ˉ³
kg·
m²
4.3螺柱的设计与校核
螺杆是机械手的主支承件,并传动使手臂上下运动。
螺杆的材料选择:
从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。
螺距P=6mm梯形螺纹
螺纹的工作高度h=0.5P(4.2)
=3mm
螺纹牙底宽度b=0.65P=0.65×
6=3.9mm(4.3)
螺杆强度[σ]=σs/3~5(4.4)
=150/3~5
=30~50Mpa
螺纹牙剪切[τ]=40
弯曲[σb]=45~55
1、当量应力〖6〗
(4.5)
式中T——传递转矩N·
mm
[σ]——螺杆材料的许用应力
所以代入公式(4.5)得:
σ=(4×
200×
9.8/πd1²
+3(200×
0.6/0.2d1³
=(2495/d1²
+3(61.2/d1³
≤30~50×
=(2495/d1²
≤900~2500×
1012
=6225025/d14+11236/d16≤900~2500×
1012
6225025d12+11236≤900d16×
6225025×
0.0292+11236≤900×
0.0296×
即16471pa<535340pa
合格
2、剪切强度〖6〗
Z=H/P=160/6(旋合圈数)(4.6)
τ=F/πd1bz(4.7)
=200×
9.8/π×
0.029×
3.9×
(160/6)×
10-3
=206.8×
103pa
=0.206Mpa<[τ]=40Mpa
3、弯曲强度〖6〗
σb=3Fh/πd1b2z
=3×
3/π×
2.9×
3.92×
(160/6)
=0.48Mpa<[σ]=45Mpa
第五章机械手的定位与平稳性
5.1常用的定位方式
机械挡块定位是在行程终点设置机械挡块。
当机械手经减速运行到终点时,紧靠挡块而定位。
若定位前已减速,定位时驱动压力未撤除,在这种情况下,机械挡块定位能达到较高的重复精度。
一般可高于
0.5mm,若定位时关闭驱动油路而去掉工作压力,这时机械手可能被挡块碰回一个微小距离,因而定位精度变低。
5.2影响平稳性和定位精度的因素
机械手能否准确地工作,实际上是一个三维空间的定位问题,是若干线量和角量定位的组合。
在许多较简单情况下,单个量值可能是主要的。
影响单个线量或角量定位误差的因素如下:
(1、)定位方式
不同的定位方式影响因素不同。
如机械挡块定位时,定位精度与挡块的刚度和碰接挡块时的速度等因素有关。
(2、)定位速度
定位速度对定位精度影响很大。
这是因为定位速度不同时,必须耗散的运动部件的能量不同。
通常,为减小定位误差应合理控制定位速度,如提高缓冲装置的缓冲性能和缓冲效率,控制驱动系统使运动部件适时减速。
(3、)精度
机械手的制造精度和安装调速精度对定位精度有直接影响。
(4、)刚度
机械手本身的结构刚度和接触刚度低时,因易产生振动,定位精度一般较低。
(5、)运动件的重量
运动件的重量包括机械手本身的重量和被抓物的重量。
运动件重量的变化对定位精度影响较大。
通常,运动件重量增加时,定位精度降低。
因此,设计时不仅要减小运动部件本身的重量,而且要考虑工作时抓重
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