液壓上料機械手,液壓,機械手
目錄
摘要 1
第一章 機械手設計任務書 1
1.1畢業(yè)設計目的 1
1.2本課題的內容和要求 2
第二章 抓取機構設計 4
2.1手部設計計算 4
2.2腕部設計計算 7
2.3臂伸縮機構設計 8
第三章 液壓系統(tǒng)原理設計及草圖 11
3.1手部抓取缸 11
3.2腕部擺動液壓回路 12
3.3小臂伸縮缸液壓回路 13
3.4總體系統(tǒng)圖 14
第四章 機身機座的結構設計 15
4.1電機的選擇 16
4.2減速器的選擇 17
4.3螺柱的設計與校核 17
第五章 機械手的定位與平穩(wěn)性 19
5.1常用的定位方式 19
5.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 19
5.3機械手運動的緩沖裝置 20
第六章 機械手的控制 21
第七章 機械手的組成與分類 22
7.1機械手組成 22
7.2機械手分類 24
第八章 機械手Solidworks三維造型 25
8.1上手爪造型 26
8.2螺栓的繪制 30
畢業(yè)設計感想 35
參考資料 36
送料機械手設計及Solidworks運動仿真
摘要
本課題是為普通車床配套而設計的上料機械手。工業(yè)機械手是工業(yè)生產的必然產物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本課題通過應用AutoCAD 技術對機械手進行結構設計和液壓傳動原理設計，運用Solidworks技術對上料機械手進行三維實體造型，并進行了運動仿真，使其能將基本的運動更具體的展現在人們面前。它能實行自動上料運動；在安裝工件時，將工件送入卡盤中的夾緊運動等。上料機械手的運動速度是按著滿足生產率的要求來設定。
關鍵字 機械手，AutoCAD，Solidworks 。
第一章 機械手設計任務書
1.1畢業(yè)設計目的
畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。
其主要目的：
一、 培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。
二、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。
三、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。
四、 培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。
1.2本課題的內容和要求
（一、）原始數據及資料
（1、）原始數據：
a、 生產綱領：100000件（兩班制生產）
b、 自由度（四個自由度）
臂轉動180o
臂上下運動 500mm
臂伸長（收縮）500mm
手部轉動 ±180o
（2、）設計要求：
a、上料機械手結構設計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）
b、液壓原理圖（一張）
c、機械手三維造型
d、動作模擬仿真
e、設計計算說明書（一份）
（3、）技術要求
主要參數的確定：
a、坐標形式：直角坐標系
b、臂的運動行程：伸縮運動500mm，回轉運動180o。
c、運動速度：使生產率滿足生產綱領的要求即可。
d、控制方式：起止設定位置。
e、定位精度：±0.5mm。
f、手指握力：392N
g、驅動方式：液壓驅動。
（二、）料槽形式及分析動作要求
（ 1、）料槽形式
由于工件的形狀屬于小型回轉體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1所示，該裝置結構簡單，不需要其它動力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。
圖1.1機械手安裝簡易圖
（2、）動作要求分析如圖1.2所示
動作一：送 料
動作二：預夾緊
動作三：手臂上升
動作四：手臂旋轉
動作五：小臂伸長
動作六：手腕旋轉
預夾緊
手臂上升
手臂旋轉
小臂伸長
手腕旋轉
手臂轉回
圖1.2 要求分析
第二章 抓取機構設計
2.1手部設計計算
一、對手部設計的要求
1、有適當的夾緊力
手部在工作時，應具有適當的夾緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。
2、有足夠的開閉范圍
夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示。
圖2.1 機械手開閉示例簡圖
3、力求結構簡單，重量輕，體積小
手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結構，重量和體積直接影響整個機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。
4、手指應有一定的強度和剛度
5、其它要求
因此送料，夾緊機械手，根據工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。此種結構較為簡單，制造方便。
二、拉緊裝置原理
如圖2.2所示【4】：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。
圖2.2 油缸示意圖
1、右腔推力為
FP=（π／4）D2P （2.1）
=（π／4）0.5225103
=4908.7N
2、根據鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為：
F1=（2b／a）（cosα′）2N′ （2.2）
其中 N′=498N=392N，帶入公式2.2得：
F1=（2b／a）（cosα′）2N′
=(2150/50)（cos30o）2392
=1764N
則實際加緊力為 F1實際=PK1K2/η （2.3）
=17641.51.1/0.85=3424N
經圓整F1=3500N
3、計算手部活塞桿行程長L,即
L=（D/2）tgψ （2.4）
=25×tg30o
=23.1mm
經圓整取l=25mm
4、確定“V”型鉗爪的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”型鉗口的夾角2α=120o，則偏轉角β按最佳偏轉角來確定，
查表得：
β=22o39′
5、機械運動范圍（速度）【1】
（1）伸縮運動 Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
（2）上升運動 Vmax=500mm/s
Vmin=40mm/s
（3）下降Vmax=800mm/s
Vmin=80mm/s
（4）回轉Wmax=90o/s
Wmin=30o/s
所以取手部驅動活塞速度V=60mm/s
6、手部右腔流量
Q=sv （2.7）
=60πr2
=60×3.14×252
=1177.5mm3/s
7、手部工作壓強
P= F1/S （2.8）
=3500/1962.5=1.78Mpa
2.2腕部設計計算
腕部是聯結手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉動慣性小。本課題腕部具有回轉這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉缸驅動的腕部結構。
要求：回轉±90o
角速度W=45o/s
以最大負荷計算：
當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，長度l=650mm。如圖2.3所示。
1、計算扭矩M1〖4〗
設重力集中于離手指中心200mm處，即扭矩M1為：
M1=F×S （2.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）
工件
F
S
F
圖2.3 腕部受力簡圖
2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩M2〖4〗
F=5kg S=10cm
帶入公式2.9得
M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
3、擺動缸的摩擦力矩M摩〖4〗
F摩=300（N）（估算值）
S=20mm （估算值）
M摩=F摩×S=6（N·M）
4、擺動缸的總摩擦力矩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—葉片密度，這里取b=3cm；
ΦA1—擺動缸內徑, 這里取ΦA1=10cm；
Φmm—轉軸直徑, 這里取Φmm=3cm。
所以代入（2.11）公式
P=8T/b（ΦA12-Φmm2）×106
=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×106
=0.89Mpa
又因為
W=8Q/（ΦA12-Φmm2）b
所以
Q=W（ΦA12-Φmm2）b/8
=（π/4）（0.12-0.032）×0.03/8
=0.27×10-4m3/s
=27ml/s
2.3臂伸縮機構設計
手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運動。
臂部運動的目的，一般是把手部送達空間運動范圍內的任意點上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動又較多，故受力較復雜。
機械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。
手臂的伸縮速度為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/s
=0.1/102m3/s
=1000ml/s
2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得：〖4〗
P=F/S （2.12）
式中：F——取工件重和手臂活動部件總重，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×402
=0.26Mpa
3、繪制機構工作參數表如圖2.4所示：
圖2.4機構工作參數表
4、由初步計算選液壓泵〖4〗
所需液壓最高壓力
P=1.78Mpa
所需液壓最大流量
Q=1000ml/s
選取CB-D型液壓泵（齒輪泵）
此泵工作壓力為10Mpa，轉速為1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之間，可以滿足需要。
5、驗算腕部擺動缸：
T=PD（ΦA12-Φmm2）ηm×106/8 （2.13）
W=8θηv/（ΦA12-Φmm2）b （2.14）
式中：Ηm—機械效率?。? 0.85～0.9
Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95
所以代入公式（2.13）得：
T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×106/8
=25.8（N·M）
T
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