畢業(yè)論文--機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾年來出現(xiàn)的一種技術(shù)裝備，它能夠仿人體上肢的某些動作，在生產(chǎn)中代替人搬運(yùn)物體或操持工具進(jìn)行操作。因此，機(jī)械手的應(yīng)用越來越普遍，并有著廣泛的發(fā)展前途。</p><p>　　為了提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動，并且可保證產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>　　

2、在設(shè)計(jì)機(jī)械手之前，我們到工廠進(jìn)行了實(shí)地考察對其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動形式進(jìn)行研究和分析。回校之后，通過查找有關(guān)資料進(jìn)行機(jī)械手的初步設(shè)計(jì)和計(jì)算。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識掌握了工程設(shè)計(jì)的一般程序，建立了正確的設(shè)計(jì)思想，使我們學(xué)到了許多在課堂上沒有學(xué)到的知識，為我們將來的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中得到了老師的指導(dǎo)和幫助，在此向您表示感

3、謝。</p><p>　　由于我們的能力有限，在計(jì)算和結(jié)構(gòu)中難免會出現(xiàn)缺點(diǎn)錯誤，真誠期待各位領(lǐng)導(dǎo)和各位老師給予批評指正。</p><p><b>　　1． 機(jī)械部分</b></p><p>　　1-1 確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及擬定工作原理圖</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要點(diǎn)</b></p&g

4、t;<p>　　1、130，152大炮藥筒壓底工序上，下料機(jī)械手完成頂料、抓料、提開、轉(zhuǎn)腕、下降、放料。</p><p>　　2、手臂行程分為兩個行程：提開和放料：1000mm</p><p>　　3、傳動方式：液壓傳動</p><p>　　4、抓持工件的重量：130、16.15kg ；152、12.48kg</p><p>&

5、lt;b>　　二、傳動方案的確定</b></p><p>　　1、驅(qū)動方式的確定：</p><p>　　該機(jī)械手采用的是液壓傳動，它與氣壓傳動相比，能夠有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　能得到較大的輸出力和力矩。</p><p>　　液壓傳動滯后現(xiàn)象小，反映較靈敏，傳動平穩(wěn)，由于氣壓傳動能得到較高的速度，但空氣粘性比油液低，

6、傳動中沖擊較大，不利于精確定位。</p><p>　　輸出力和運(yùn)動速度控制比較容易，輸出力和運(yùn)動速度在一定的油缸尺寸下，主要決定于油液的壓力和流量，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的壓力和流量，能比較方便地控制輸出功率。</p><p>　　4)可達(dá)到較高的定位精度，抓重較輕時，采用適宜的緩沖措施和定位方式，但系統(tǒng)的泄漏難以避免，影響工作效率和系統(tǒng)的工作性能。</p><p><

7、b>　　2、運(yùn)動路線的確定</b></p><p>　　根據(jù)其工作循環(huán)，確定運(yùn)動路線</p><p>　　傳料——下降——抓料——上升——轉(zhuǎn)腕——下降——松指——上升——直腕</p><p>　　三、機(jī)械手的基本參數(shù)</p><p>　　抓重：根據(jù)任務(wù)所給質(zhì)量，抓料的質(zhì)量為16.15kg、12.47kg兩種工件。</p

8、><p>　　自由度數(shù)為兩個，手臂的豎直方向向上的直線往復(fù)運(yùn)動，腕部回轉(zhuǎn)油缸的擺動。</p><p>　　工作時間：任務(wù)是要求機(jī)械手在一分鐘內(nèi)完成兩個工作循環(huán)，根據(jù)其循環(huán)時間可分配如下： </p><p>　　手臂上升時間：5秒 </p><p>　　手臂下降時間：4秒 </p><p><b>　　轉(zhuǎn)

9、腕時間：3秒 </b></p><p>　　抓料時間：2秒 </p><p><b>　　放料時間：1秒</b></p><p>　　4)定位精確：機(jī)械手的定位精度是由加工工藝要求決定的，三抓定位精度高，根據(jù)本身的結(jié)構(gòu)，抓重工作速度以及驅(qū)動方式和緩沖定位方式來確定。本機(jī)械手的定位精度為±1mm。</p>

10、<p>　　四、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的要求和工作地的要求，升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)成雙作用單桿活塞式油缸，它完成工件的放料任務(wù)。考慮它的體積要求和轉(zhuǎn)矩要求，采用雙葉片回轉(zhuǎn)油缸，手部采用雙作用單桿式油缸，由滑塊來確定手部的夾緊位置。腕部回轉(zhuǎn)45°，采用單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1-2 夾緊油缸的設(shè)計(jì)</p><p><

11、;b>　　一．夾緊油缸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇</p><p>　　采用滑頭結(jié)構(gòu)，這種形式結(jié)構(gòu)簡單、可靠，并在夾緊工作后能自鎖。</p><p><b>　　2、手指選擇</b></p><p>　　根據(jù)工作形狀結(jié)構(gòu)和工藝要求，采用三指式結(jié)構(gòu)，這樣在轉(zhuǎn)腕時比較平穩(wěn)，三

12、指式120°，對稱分布。</p><p>　　3、三指夾緊力的計(jì)算</p><p>　　在手指好工件接觸處安裝橡膠，加橡膠墊的目的是使其夾緊可靠，避免碰傷工件表面。</p><p><b>　　工件夾緊力的計(jì)算：</b></p><p>　　銅和橡膠的摩擦系數(shù) =0.2 (查手冊)</p><

13、;p>　　工件的重力： =16.15×10=161.5（）</p><p><b>　　3 =</b></p><p><b>　　==269（）</b></p><p><b>　　由于,故</b></p><p>　　夾緊力傳給滑塊，滑塊通過活塞桿的斜塊，將

14、滑塊的壓力分解為兩個方向，一個是對斜塊的壓力，一個是摩擦力，由受力分析如圖示：</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p><b>　　理論驅(qū)動力：p`</b></p><p>　　f為鋼與鋼的摩擦系數(shù)，取f=0.15</p><p><b>　　故</b>&

15、lt;/p><p><b>　　實(shí)際驅(qū)動力P</b></p><p>　　安全系數(shù)，1.5~2 ——0.85~0.9</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　4.夾緊缸的計(jì)算：</b></p><p>　　1﹚指部夾緊缸的運(yùn)動

16、形式是直線王府運(yùn)動，常選用單桿活塞油缸。</p><p>　　2﹚液壓缸尺寸的確定</p><p><b>　　缸的推力：</b></p><p><b>　　取工作壓力:</b></p><p>　　液壓缸活塞有效工作體積：</p><p><b>　　3）無桿腔

17、：</b></p><p>　　4）活塞桿直徑的確定</p><p>　　根據(jù)上式和速度比Φ確定</p><p>　　由于抓料時間與放料行程相等，所以時間比等于速度比，即</p><p><b>　?。悍帕纤璧乃俣?lt;/b></p><p><b>　　：抓料所需的速度<

18、;/b></p><p>　　由《工業(yè)機(jī)械手冊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社，差得</p><p><b>　　活塞桿直徑的驗(yàn)算：</b></p><p><b>　　故安全</b></p><p>　　5.實(shí)際液壓的計(jì)算：</p><p><b>　　缸的推力

19、：</b></p><p><b>　　實(shí)際壓力：</b></p><p>　　6．夾緊缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1）液壓缸的密封均采用O型密封圈密封。</p><p>　　2）活塞桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　圖1.2</b></p&g

20、t;<p><b>　　材料：選45鋼</b></p><p>　　密封圈外徑：D=100mm</p><p>　　溝槽寬度：B=6.4±0.2mm</p><p>　　往復(fù)運(yùn)動距離：H=5.4mm</p><p>　　溝槽外徑：D`=100mm 溝槽內(nèi)徑d`=100mm</p>

21、<p>　　內(nèi)因角半徑R=0.4mm 外因角半徑r=0.2mm</p><p>　　不同軸度E≤0.1mm</p><p><b>　　7.頂料桿設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1)材料選35鋼</b></p><p>　　2)桿長的計(jì)算，腕部回轉(zhuǎn)45º,根

22、據(jù)其結(jié)構(gòu)形式來確定其長度.</p><p><b>　　圖1.3</b></p><p>　　o為回轉(zhuǎn)缸中心；A為夾緊缸的中心；B為頂料桿的接點(diǎn)；C為頂料桿的位置。</p><p>　　由結(jié)構(gòu)可知 AB=95mm OB=198mm OC=630mm</p><p><b>　　則：</b><

23、;/p><p>　　即：頂料桿與豎直方向的角度為</p><p><b>　　1-3腕部的計(jì)算</b></p><p><b>　　1、腕部總重力</b></p><p>　　腕部選用回轉(zhuǎn)桿，材料查手冊《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》上冊，第一分冊第二版，比重選鋼對鋼</p><p>　　1)手

24、指按矩形：a=20，b=3.5 c=3.5</p><p><b>　　有三個手指</b></p><p>　　2)鉤耳：a=5.4cm b=1.4cm c=7.7cm</p><p><b>　　有六個鉤耳</b></p><p><b>　　3）氣抓體： </b>

25、</p><p><b>　　4) 抓料缸體：</b></p><p>　　5）手部缸重：m5=m2+m3+m4=2.7+11.17+21.42=35.29(kg)</p><p>　　6）工件重：m6=16.15(kg)</p><p><b>　　7）緊固板：</b></p>&

26、lt;p>　　8）回轉(zhuǎn)缸所能達(dá)到的總質(zhì)量：m=m1+m5+m6+m7=63kg</p><p><b>　　總重力：</b></p><p>　　2、回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)矩驗(yàn)算</p><p><b>　　圖1.4</b></p><p>　　設(shè)回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動中心為其幾何中心</p><

27、;p>　　S1：連板重心到回轉(zhuǎn)軸的距離</p><p><b>　　S1=7mm</b></p><p>　　S2：手部缸的重心到回轉(zhuǎn)軸距離</p><p><b>　　S2=70mm</b></p><p>　　S3：手指重心到回轉(zhuǎn)軸的距離</p><p><b

28、>　　S3=180mm</b></p><p>　　S4：工件重心到回轉(zhuǎn)軸距離</p><p><b>　　S4=800mm</b></p><p>　　Sx：回轉(zhuǎn)缸所能達(dá)到的重心</p><p><b>　　由圖可知：</b></p><p>　　3、驅(qū)動

29、力矩的計(jì)算 </p><p><b>　　M=163.8</b></p><p>　　4、回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　P1：回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 p1=20×105Pa</p><p>　　d：輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑，初設(shè)計(jì)時可按</p><p>　　選取，根據(jù)《工業(yè)機(jī)

30、械手冊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社查得</p><p><b>　　驗(yàn)算轉(zhuǎn)動缸的轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　查《工業(yè)機(jī)械手冊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社 P99 3-13</p><p>　　5、回轉(zhuǎn)缸的壁厚可根據(jù)腕部結(jié)構(gòu)和工藝性選取</p><p><b>　　6、選用的軸承</b>

31、</p><p>　　由于此軸主要承受的是徑向載荷，也承受一定的軸向載荷，故選用單列向心球軸承，由于結(jié)構(gòu)的限制采用超輕窄系列的軸承，軸承型號7000110</p><p>　　7、回轉(zhuǎn)油缸密封形式的確定</p><p>　　回轉(zhuǎn)油缸的動片和靜片均采用截石形狀為O型的矩形密封圈，由于雙向受壓力故加雙向牛皮檔圈，其作用：是防止高壓油液將O型密封圈擠入配合間隙，以保證密封

32、性，并延長密封圈的使用壽命。</p><p>　　8、回轉(zhuǎn)缸螺栓的驗(yàn)算</p><p>　　引自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防工業(yè)出版社編。</p><p><b>　　1）螺栓受力分析：</b></p><p>　　此螺栓受軸向載荷，載荷作用線與螺栓軸線平行，其合力通過螺栓組的形心，螺栓組受的軸向載荷，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》

33、國防工業(yè)出版社編。</p><p>　　每個螺栓受的軸向載荷為：</p><p>　　2）求螺栓工作時總拉伸載荷</p><p>　　3）校核螺栓的許用應(yīng)力</p><p><b>　　螺栓材料：選45鋼</b></p><p>　　由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防版查3.1-5.3取，設(shè)裝配時可控制預(yù)

34、緊力，按表3.1-53暫取安全系數(shù)SP=2，引自表3.5-56得螺栓的許用應(yīng)力為：</p><p><b>　　4）確定螺栓直徑</b></p><p>　　由表3.1-47得：</p><p>　　設(shè)計(jì)時選用M8的螺栓。</p><p><b>　　9、花鍵的強(qiáng)度校核</b></p>

35、<p>　　引自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》國防工業(yè)出版社</p><p><b>　　工作面的擠壓或磨損</b></p><p><b>　　靜聯(lián)接：</b></p><p>　　式中：T——轉(zhuǎn)矩N·mm T=163800N·mm</p><p>　　——各齒間載荷分

36、面均勻系數(shù)通常取=0.7~0.8</p><p><b>　　取=0.8</b></p><p>　　Z——齒數(shù) 取Z=8</p><p>　　h——齒的工作高度 </p><p>　　c~c=0.25倒角尺寸</p><p>　　L——齒的工作長度 L=28mm</p>

37、;<p>　　1-4手臂缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　1、手臂缸內(nèi)徑的確定</p><p>　　查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)手冊》天津科學(xué)技術(shù)出版社</p><p><b>　　取D=80mm</b></p><p>　　活塞的有效工作面積 </p><p><b>　　

38、2、油缸的壁厚</b></p><p><b>　　D—缸筒內(nèi)徑</b></p><p>　　[]—油缸材料的許用應(yīng)力[]=（1000~1100）×105P</p><p>　　校核：[]= </p><p>　　只有在（4000~4400）×105之間，才滿足條件，為4000&

39、#215;105滿足條件。</p><p>　　3、活塞桿的計(jì)算及驗(yàn)算</p><p>　　活塞桿的尺寸要滿足活塞運(yùn)動的要求和強(qiáng)度要求，對于桿長若要大于15d，則活塞桿還必須考慮是否具有足夠的穩(wěn)定性（即具有保持其軸線不會因工作時所受軸向壓力而彎曲的能力）。</p><p>　　1）按強(qiáng)度條件決定活塞桿d</p><p><b>　　

40、=</b></p><p>　　式中：P-活塞桿上所受的總機(jī)橫載荷，為1296.5N</p><p>　　d-活塞桿直徑，為40mm</p><p><b>　　由于</b></p><p>　　大柔度桿或稱為細(xì)長桿的臨界力Pk</p><p><b>　　當(dāng)</b&g

41、t;</p><p>　　—活塞桿的計(jì)算柔度。</p><p>　　i—活塞桿的橫截面的慣性半徑</p><p>　　l—活塞桿的計(jì)算長度</p><p><b>　　h—長度計(jì)算系數(shù)</b></p><p><b>　　i=</b></p><p>

42、<b>　　—特定柔度值</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　E—活塞桿材料的彈性模量 E=2.1×1011Pa</p><p>　　—活塞桿材料的比例極限</p><p><b>　　由于= </b></p><

43、;p><b>　　></b></p><p>　　hk—安全系數(shù)，取為2</p><p>　　P—軸向壓力 P為1297N</p><p><b>　　4、缸蓋的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1）缸蓋的材料選用ZG35，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可能性參考《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》冶金工業(yè)出版表3

44、-1-56設(shè)計(jì)的上、下蓋由法蘭聯(lián)接，下蓋的結(jié)構(gòu)有緩沖裝置。</p><p><b>　　2）密封的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　（1）均采用O型密封圈密封</p><p>　　O型密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單，密封性良好，動磨擦阻力小，溝槽尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，成本低，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，O型密封圈應(yīng)用較廣泛。</p><

45、p>　　按化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》</p><p>　　表6-134，6-136，6-137查得</p><p><b>　　80處的靜密封為：</b></p><p><b>　　斷面的直徑：</b></p><p><b>　　溝槽寬度：</b></p&g

46、t;<p><b>　　運(yùn)動的距離：</b></p><p>　　溝槽外徑：D1=80mm</p><p><b>　　溝槽內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　P2=0.3mm</b></p><p><b>　　r=0.1mm</b>

47、;</p><p><b>　　不同軸度：</b></p><p>　　B=3.9+0.15mm</p><p><b>　　H=3.3mm</b></p><p>　　D1=d2+2H=46.6mm</p><p><b>　　d1=40mm</b>&

48、lt;/p><p><b>　　P2=0.3mm</b></p><p><b>　　r=0.1mm</b></p><p><b>　　E≤0.07mm</b></p><p><b>　　5、活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>

49、　　1）活塞材料選用45號鋼</p><p>　　2）長度由冶金工業(yè)出版社編《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》表31-43查得l=60mm</p><p>　　3）在活塞上開密封槽尺寸，化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表6-134，6-136查得</p><p><b>　　80處的動密封：</b></p><p>　　6、油缸端蓋的連

50、接方式及強(qiáng)度計(jì)算</p><p><b>　　油缸材料為45鋼</b></p><p>　　它的端蓋聯(lián)接方式用法蘭連接</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：容易加工和裝卸</p><p>　　缺點(diǎn)：外徑和重量較大</p><p>　　1）缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算：</p><p>　　當(dāng)缸體與

51、缸蓋用法蘭連接時，螺釘除了應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度之外還要保證聯(lián)接的緊密性。</p><p>　　查《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué) 出版社。</p><p>　　取缸蓋螺釘間的距離。</p><p><b>　　t=150mm</b></p><p>　　h—安全系數(shù) 取h為1.2~2.5</p>

52、<p>　　在這種聯(lián)接中，每個螺釘在危險部石上承受的拉力，是工作載荷與剩余鎖緊為之和。</p><p>　　P—缸蓋受的合成液壓力</p><p><b>　　—剩余鎖緊力</b></p><p>　　取螺釘直徑d1=10mm</p><p>　　7、液壓缸的放置及固定形式</p><p

53、>　　根據(jù)工作情況，豎直放置，其固定形式為外，法蘭安裝與導(dǎo)向板聯(lián)接。</p><p>　　8、手臂下蓋世太保緩沖裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　運(yùn)動部件的全部機(jī)械能E的計(jì)弱。</p><p>　　E=E液+E磨+E動+E+靜</p><p>　　式中：P1—活塞的工作壓力取8×105Pa</p><p>

54、;　　F—活塞的有效工作面積</p><p><b>　　F=</b></p><p><b>　　L—緩沖行程</b></p><p>　　L=300mm=0.3m</p><p>　　2）在緩沖過程中所具有的磨擦能：E磨</p><p>　　由于E磨很小，可以忽略不計(jì)&l

55、t;/p><p>　　3）參與運(yùn)動的部件所具有的動能：E動</p><p>　　V—運(yùn)動部件在緩沖下行時，所具有的速度為10m/s</p><p>　　G—參與運(yùn)動的重量，為1297N</p><p>　　g—重力加速度 為10m/s2</p><p>　　4）當(dāng)油缸為非水平位置安裝時，作升降運(yùn)動的部件所具有的重力勢

56、能：E重</p><p>　　當(dāng)油缸在水平方向安置時 E重=o</p><p>　　9、節(jié)流孔直徑的確定</p><p>　　式中：E—緩沖開始時，運(yùn)動部件所具有的全部機(jī)械能為7262.8N·m</p><p>　　L—緩沖行程，有時即為緩沖柱塞長度為0.3m</p><p>　　F—緩沖柱塞的活塞有

57、效面積</p><p>　　f為調(diào)恒節(jié)流時C取固定的2~3倍。</p><p>　　取節(jié)流孔直徑d=10mm</p><p><b>　　10、導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　導(dǎo)向套的選取主要是根據(jù)軸的直徑以及所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)來選取的。</p><p>　　導(dǎo)向套的配合長度一般選取直徑的1.

58、5倍。</p><p>　　引自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》上冊，第二分冊，化學(xué)工業(yè)出版社。</p><p>　　11、回轉(zhuǎn)缸軸的確定</p><p><b>　　1）軸進(jìn)行校核</b></p><p>　　軸的材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)化處理。</p><p>　?。?）軸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算</p>

59、<p><b>　　扭矩：</b></p><p><b>　　合成彎矩：</b></p><p><b>　　軸的直徑： </b></p><p><b>　　抗彎截面的系數(shù)：</b></p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)：

60、</b></p><p><b>　　彎曲應(yīng)力幅：</b></p><p><b>　　彎曲平均應(yīng)力：</b></p><p><b>　　圖1.5</b></p><p>　　圖1.6 </p><p><

61、;b>　　彎曲扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度：</b></p><p>　　彎曲和扭轉(zhuǎn)等效系數(shù)：</p><p><b>　　絕對尺寸：</b></p><p><b>　　表面質(zhì)量系數(shù)：</b></p><p>　　彎曲時有效應(yīng)力集中系數(shù)：</p><p>　　扭轉(zhuǎn)時有效應(yīng)

62、力集中系數(shù)：K2</p><p>　　只考慮彎曲作用時的安全系數(shù)：</p><p>　　只考慮扭矩作用時的安全系數(shù)Za</p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力</b></p><p><b>　　安全系數(shù)：</b></p><p>　　安全系數(shù)Sp=1.5查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手

63、冊》國防出版社出版</p><p>　　由于 S1>Sp 故滿足要求，安全</p><p><b>　　S2>Sp</b></p><p>　　（2）軸靜強(qiáng)度校核計(jì)算</p><p><b>　　bs=360MPa</b></p><p>　　扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度極

64、限Zs:</p><p>　　Zs=208.8MPa</p><p><b>　　抗彎截面系數(shù)W：</b></p><p>　　W1=34300mm3</p><p>　　W2=9940mm3</p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)Wp:</b></p>&l

65、t;p>　　Wp1=60642.4mm3</p><p>　　Wp2=19800mm3</p><p><b>　　最大瞬時彎矩：</b></p><p>　　Mmax=2M=2×38900=77800N·mm</p><p><b>　　最大瞬時扭矩：</b></p

66、><p>　　Tmax=T=8190N·mm</p><p>　　只考慮彎曲時安全系數(shù)</p><p>　　只考慮扭轉(zhuǎn)時安全系數(shù)</p><p>　　查手冊 Sp=1.4</p><p><b>　　故：滿足要求</b></p><p><b>　　

67、靜強(qiáng)度足夠</b></p><p><b>　　2．電器部分 </b></p><p>　　2-1機(jī)械手電器部分的設(shè)計(jì)概述</p><p>　　一、本設(shè)計(jì)的目的及意義</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的動作過程控制系統(tǒng)按照預(yù)先整定好的程序來運(yùn)行。檢查元件及電子驅(qū)動裝置，克服了在設(shè)備上受到限位開關(guān)，體積大，有觸電

68、磨損，壽命的不足。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、有工件啟動，機(jī)械手按工藝要求，順序完成各項(xiàng)工作，無工件停止。</p><p>　　2、本電氣控制裝置要能保證使用壽命長，無觸電磨損，可靠性好，維修方便。</p><p>　　3、外加電源電壓200v</p><

69、;p><b>　　三、總體方案論證</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動電子控制系統(tǒng)主要有四種方式：</p><p><b>　　1、數(shù)字電子技術(shù)</b></p><p><b>　　2、工業(yè)控制計(jì)示機(jī)</b></p><p><b>　　3、繼電器<

70、;/b></p><p><b>　　4、可編程序控制器</b></p><p>　　數(shù)字電路復(fù)雜，成本低，可以設(shè)計(jì)出數(shù)字控制裝置但是可靠性差。</p><p>　　工業(yè)計(jì)示機(jī)快速，實(shí)時性強(qiáng)，但人員技術(shù)水平要求高，應(yīng)具有一定的專業(yè)知識，在整機(jī)結(jié)構(gòu)上不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境，不如可編程易于推廣。</p><p>　　繼電

71、器控制系統(tǒng)是針對一定生產(chǎn)機(jī)械，固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)的，采用硬接電線安裝而成，只能完成既定的邏輯控制，定時，計(jì)數(shù)等功能，即只能進(jìn)行開關(guān)量的控制，一旦改變生菜工藝過過程，繼電器控制系統(tǒng)必須重新配線，因而適應(yīng)性很差，且體積龐大，安裝維修均不方便。</p><p>　　可編程序只要改變程序，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝過程的改變，適應(yīng)性強(qiáng)，即可以進(jìn)行開關(guān)量控制又可進(jìn)行模擬量控制。</p><p>　　可編程序

72、控制器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，開發(fā)期短，安裝和維修工作量少，有自動診斷功能，可靠性高。</p><p>　　綜上比較，本機(jī)械手采用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)自動控制。</p><p>　　2-2 傳感器的選擇</p><p>　　一、 傳感器的作用是將有無工件的情況轉(zhuǎn)換成電信號，將機(jī)械手到位與否裝換成電信號。</p><p>　　該液壓機(jī)械手的位

73、置檢測傳感器有霍爾傳感器，自感傳感器，渦流傳感器，電位傳感器多種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，比較如下：</p><p>　　霍爾傳感器是一種磁敏傳感器，具有使用壽命長，無觸電磨損，無火花干擾，無轉(zhuǎn)換抖動，工作效率高，溫度特性好，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，輸出電動勢的變化范圍大等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　自感傳感器簡單可靠，輸出功率大的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是輸出量于電源頻率有密切關(guān)系，要求有一個頻率穩(wěn)定的電源。<

74、;/p><p>　　渦流傳感器測量的線性范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，但電測量位移的范圍較小，不適于機(jī)械手位移檢測。</p><p>　　電位傳感器測量結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，有一定可靠性，輸出功率較大，但其粘度不夠。</p><p>　　綜上比較，選擇霍爾傳感器。</p><p>　　二、霍爾傳感器電路圖及工作原理。</p>

75、<p><b>　　圖2.1</b></p><p><b>　　圖2.2</b></p><p>　　工作原理：當(dāng)外加磁場強(qiáng)度B上升到導(dǎo)通點(diǎn)Bop時，霍爾開關(guān)輸出由高降到低，當(dāng)B由大到小降至Brp時，霍爾開關(guān)輸出由低到高，霍爾位檢開關(guān)正是利用這一轉(zhuǎn)移特性，機(jī)械手適當(dāng)位置固定是一塊磁鋼，當(dāng)磁鋼和霍爾開關(guān)相靠近時，磁路導(dǎo)通，輸出為低電

76、平，當(dāng)磁鋼和霍爾相遠(yuǎn)離時磁路斷開，輸出為高電平。</p><p>　　2-3 放射式紅外檢測開關(guān)</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　無元件——光路通——T1導(dǎo)通——T2導(dǎo)通——V0為低電平——有工件——光路斷——T1截止

77、——T2截止——V0為高電平。</p><p>　　2—4 根據(jù)工藝過程分析控制要求</p><p>　　機(jī)械手的全部動作由液壓缸驅(qū)動，而液壓缸又由相應(yīng)的電磁閥控制，其中，上升/下降和直腕/轉(zhuǎn)腕分別由雙線圈兩位電磁閥控制，通電上升，斷電上升停止；通電下降，斷電下降停止；通電直腕，斷電直腕停止；通電轉(zhuǎn)腕，斷電轉(zhuǎn)腕停止，夾/松由單線圈兩位置電磁閥控制，通電加緊，斷電放松。</p>

78、<p>　　機(jī)械手直腕并準(zhǔn)備下降時，為了準(zhǔn)保安全，必須在無工件時才能允許下降，也就是說上一次搬運(yùn)的工件未被搬走時，機(jī)械手應(yīng)自動停止。</p><p>　　機(jī)械手的工作過程:從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時，碰到下線位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通轉(zhuǎn)腕電磁閥，機(jī)械手轉(zhuǎn)腕，轉(zhuǎn)腕后，若此時工作地上無

79、工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到頂時，碰到上位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止，同時接通知腕電磁閥，直腕時間停止。至此，機(jī)械手動作完成一個周期。</p><p>　　為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步，單周期，連續(xù)操作方式。</p><p>　　手動操作方式

80、：就是用按鈕操作時對機(jī)械手的每一種動作單獨(dú)進(jìn)行控制。</p><p>　　單步操作：每按一次啟動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。</p><p>　　單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動按鈕，機(jī)械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動作停止，重新啟動時，須用手動操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按一下啟動按鈕，機(jī)械手有重新開始單周期操作。</p>

81、;<p>　　連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕，機(jī)械手的動作將自動的，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。</p><p>　　在工作中肉按下停止按鈕，則機(jī)械手動作停止，重新啟動時需用手動操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按下啟動按鈕機(jī)械手又開始連續(xù)操作。</p><p>　　在工作中按下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后回到原點(diǎn)自動停止。</p><p&

82、gt;　　2—5確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備及PC的選擇</p><p>　　一：輸入設(shè)備——用以產(chǎn)生輸入控制信號</p><p>　　輸出設(shè)備——由PC得輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件。</p><p><b>　　I/O 表</b></p><p><b>　　表2.1</b></p>&

83、lt;p>　　所以PC共需14點(diǎn)輸入，6點(diǎn)輸出。</p><p><b>　　二、PC選擇</b></p><p>　　該機(jī)械手的控制為純開關(guān)控制，且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型抵擋機(jī)即可</p><p>　　由于所需的I/O點(diǎn)數(shù)為14/6點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，PC的I/O點(diǎn)基本上可留余量。</p>&

84、lt;p>　　綜上所訴，選擇F1-40H，其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為14/16點(diǎn)。</p><p><b>　　PC程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　當(dāng)作方式選擇開關(guān)置于“手動”時，輸入點(diǎn)X406接通，其輸入繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開，執(zhí)行手動操作。</p><p>　　在操作選擇開關(guān)置于“單步”“單周期”“連續(xù)”時，其對應(yīng)的輸入X407,X410,

85、X411接通，其輸入繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開，執(zhí)行自動操作程序。</p><p>　　在執(zhí)行自動操作程序時，如操作選擇開關(guān)置于連續(xù)時，啟動后輔助繼電器M200同樣接通，程序自動循環(huán)。操作選擇開關(guān)置于“單步”時，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次啟動按鈕執(zhí)行一步，如果操作選擇開關(guān)置于“單周期”或運(yùn)行過程中按下復(fù)位按鈕時，則輔助繼電器M200復(fù)位，程序執(zhí)行完一個周期時自動停止。</p><

86、;p>　　由于直腕/轉(zhuǎn)腕，上/下運(yùn)動采用雙線圈兩位電磁閥控制，兩個線圈不能同時通電，因此在直腕/轉(zhuǎn)腕，上/下移動的電路中設(shè)置了互鎖環(huán)節(jié).</p><p><b>　　一、步進(jìn)指令編程。</b></p><p>　　1. 步進(jìn)指令是由狀態(tài)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)梯形圖的一種步進(jìn)指令。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖直觀地表示了工藝流程。因此，采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)梯形圖具有簡單直觀地特點(diǎn)，是順序控制變得容易

87、，大大縮短了設(shè)置者的設(shè)計(jì)時間。</p><p>　　步進(jìn)指令STL和步進(jìn)返回指令RET與狀態(tài)寄存器S配合使用，能方便地編制出步進(jìn)控制程序</p><p><b>　　圖2.4</b></p><p>　　圖2.5用狀態(tài)寄存器編程的自動操作流程圖</p><p>　　機(jī)械手在原點(diǎn)時，按下啟動按鈕后，狀態(tài)S600接通，執(zhí)行第

88、一程序，機(jī)械手完成第一步動作以后，每完成一步，原來的狀態(tài)自動復(fù)位，機(jī)械手完成下一步移動。</p><p>　　在單周期操作方式下，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到最后一步后不再轉(zhuǎn)移，機(jī)械手完成最后一步動作后自動停止在原點(diǎn)。</p><p>　　在連續(xù)操作方式下，M200接通，當(dāng)機(jī)械手完成最后一步動作后，不再轉(zhuǎn)移，機(jī)械手完成最后一步動作后自動停止在原點(diǎn)。</p><p>　　在運(yùn)行中，如按

89、復(fù)位按鈕，則X501接通，M200復(fù)位，機(jī)械手的動作繼續(xù)執(zhí)行完成第一個周期后，回到原點(diǎn)自動停止。</p><p>　　在運(yùn)行中，如按停止按鈕后，則X405接通，狀態(tài)S600-S680全部復(fù)位，機(jī)械手動作停止，重新啟動時先用手動操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，再按啟動按鈕，又重新開始自動操作。</p><p>　　根據(jù)梯形圖，便可編出自動操作程序：</p><p>　　0

90、 LD X401</p><p>　　1 OUT Y435</p><p>　　2 LD X400</p><p>　　3 AND X401</p><p>　　4 S S600</p><p>　　5 STL S600</p>&

91、lt;p>　　6 OUT Y430</p><p>　　7 LD X402</p><p>　　8 S S601</p><p>　　9 STL S601</p><p>　　10 S Y433 32 OUT T452

92、</p><p>　　11 OUT T451 33 K3</p><p>　　12 K3 34 LD T452</p><p>　　13 LD T450 35 S

93、 S606</p><p>　　14 S S602 36 STL S606</p><p>　　15 STL S602 37 OUT Y432</p><p>　　16 OUT Y432

94、 38 LD X401</p><p>　　17 LD X401 39 S S607</p><p>　　18 S S603 40 STL S607</p><p>　　19 STL S603

95、 41 S Y434</p><p>　　20 S Y431 42 OUT T453</p><p>　　21 OUT T451 43 K3</p><p>　　22 K3

96、 44 LD T453</p><p>　　23 LD T451 45 S S608</p><p>　　24 S S604 46 STL S608</p><p>　　25

97、 STL S604 47 LOT X404</p><p>　　26 LD X404 48 S X434</p><p>　　27 OUT Y430 49 OUT T452</p><

98、;p>　　28 LD X403 50 K3</p><p>　　29 S S605 51 LD X404</p><p>　　30 STL S605 52 AND T452

99、</p><p>　　31 STL Y434 53 AND M200</p><p>　　54 S S600 55 RET </p><p>　　56 AND</p><p><b>　

100、　外部電源</b></p><p>　　為了保護(hù)可編程序控制器安全和負(fù)載的緊急停車，贏在可編程序控制器的外部負(fù)載供應(yīng)點(diǎn)的線路撒謊能夠裝上接觸器，用按鈕控制其接通，斷開。當(dāng)外部負(fù)載需要緊急斷開時，只要按下停止按鈕就可將電源斷開，而與可編程序控制器無關(guān)</p><p>　　另外，電源恢復(fù)后，負(fù)載也不會馬上啟動，只有按下啟動按鈕后才會啟動。</p><p>&

101、lt;b>　　總接圖線</b></p><p><b>　　圖2.6</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，經(jīng)過這次鍛煉，我對工程機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法有了新的認(rèn)識，加深了對理性知識的深入理解</p><p>　　上料用液壓機(jī)

102、械手是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，它終合了我三年來學(xué)習(xí)的多門專業(yè)課程，從某種意義上講，也是對我四年來學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)，所以，我始終都是抱著認(rèn)真，務(wù)實(shí)的態(tài)度來進(jìn)設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)過程中有成功的喜悅，也有困惑不解的苦悶，在指導(dǎo)教師和同組同學(xué)的幫助下，通過大量收集資料，進(jìn)行閱讀分析，對比論證，遇到的困難都得到了解決，暗示完成了指導(dǎo)教師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)。并且，還額外擴(kuò)充了一些輔助功能的設(shè)計(jì)。并力爭做到優(yōu)化結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)選擇合理，計(jì)時準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)先進(jìn)。但是，有待

103、于在今后的工作中進(jìn)一步完善。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了。當(dāng)我快要完成老師下達(dá)給我的任務(wù)時，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，眼前豁然開朗，在此，我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師**老師，他給予了我太多太多的幫助，真的非常感謝**老師！</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)

104、生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們所學(xué)知識的綜合運(yùn)用和評定，對我們有著非常重要的意義。它也是一次鍛煉——對我們自身能力的鍛煉。增強(qiáng)了我們對所學(xué)專業(yè)知識的了解，開闊了我們的視野，使我了解到機(jī)械這門學(xué)問是深不可測的，還有好多等待我們?nèi)W(xué)習(xí)，等待我們?nèi)?chuàng)新。</p><p>　　我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是《機(jī)械手設(shè)計(jì)》，對于這次設(shè)計(jì)，我感觸頗深，我不僅從中學(xué)到了很多新的知識，還讓我對于以前所學(xué)知識得到充分運(yùn)用，這使設(shè)計(jì)讓我收獲甚