畢業(yè)設計---機械手夾持器設計

1、<p>　　目 錄 </p><p>　　摘要……………………………………………………………………………..…. .I</p><p>　　緒論 ……………………………………………………………….….…………… 1</p><p>　　第1章 夾持器 ………………

2、…………………………………….….……………2</p><p>　　1.1 夾持器設計的基本要求 ………………………………………………………2</p><p>　　1.2 夾持器結構設計 ........……………………….………………… ………..……2</p><p>　　第2章 腕部…………………………..….… …………… ………………….….....14&

3、lt;/p><p>　　2.1 腕部設計的基本要求………………………… …………… …….…………...14</p><p>　　2.2 具有一個自由度的回轉缸驅動的典型腕部結構 ……… ……….…..……....14</p><p>　　2.3 腕部結構計算 ……………….…………… ………..……… …………...……16</p><p>　

4、　第3章 伸縮臂設計 …………….… ……… …………..… ………………...……27</p><p>　　3.1伸縮臂設計基本要求 …….………… …………..…… ……… ……...… …...27</p><p>　　3.2方案設計……………….……………………..…………… ...………. ……….28</p><p>　　3.3伸縮臂機構結構設計……….

5、………………… …..……………………..……30</p><p>　　致謝……………………………….……………………..…………… …….……...40</p><p>　　參考文獻………………………….…………………..……..……………….……...41</p><p>　　摘 要： 本設計要求“以質量求發(fā)展，以效益求生存”，在保證零件加工質量的前提下，提高

6、了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)時間，是國內(nèi)外現(xiàn)代機械加工工藝的主要發(fā)展方面方向之一。手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據(jù)，通過對其大小、方向、作用點進行分析、計算。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機械手定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關。手腕部件設置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變得更靈巧，適應性

7、更強。機械產(chǎn)品設備的經(jīng)濟性包括設計制造的經(jīng)濟性和使用的經(jīng)濟性。機械產(chǎn)品的制造成本構成中材料費、加工費占有很大的比重，設計時必須給予充分注意。將機械設計課程中學到的基本設計思想貫穿到設計中。該工藝與夾具設計結果能應用于生產(chǎn)要求。 </p><p>　　關鍵詞：夾持器 液壓缸 伸縮臂</p><p><b>　　緒論</b></p><

8、p>　　加工工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯(lián)系實際的訓練。</p><p>　　機械夾具已成為機械加工中的重要裝備。機械夾具的設計和使用是促進生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。</p><p>　　材

9、料、結構、工藝是產(chǎn)品設計的物質技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。從設計美學的觀點看，技術不僅僅是物質基礎還具有其本身的“功能”作用，只要善于應用材料的特性，予以相應的結構形式和適當?shù)募庸すに嚕湍軌騽?chuàng)造出實用，美觀，經(jīng)濟的產(chǎn)品，即在產(chǎn)品中發(fā)揮技術潛在的“功能”。</p><p>　　技術是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產(chǎn)品帶來新的結構，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加

10、工工藝，結構，產(chǎn)品形象有機地聯(lián)系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。</p><p>　　工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，對中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機械夾具提出更高的要求。</p><p><b>　　第1章 夾持器</b></p><p>　　1.1

11、夾持器設計的基本要求</p><p>　　（1）應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力；</p><p>　　（2）手指應具有一定的開閉范圍；</p><p>　?。?）應保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；</p><p>　　（4）要求結構緊湊，重量輕，效率高；</p><p>　?。?）應考慮通用性和特殊要求。</p>

12、<p><b>　　設計參數(shù)及要求</b></p><p>　?。?）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊—放松；</p><p>　?。?）所要抓緊的工件直徑為80mm 放松時的兩抓的最大距離為110-120mm/s ， 1s抓緊,夾持速度20mm/s；</p><p>　?。?）工件的材質為5kg，材質為45#鋼；</p>

13、;<p>　?。?）夾持器有足夠的夾持力；</p><p>　?。?）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動力。</p><p>　　1.2夾持器結構設計</p><p>　　1.2.1夾緊裝置設計.</p><p>　　1.2.1.1夾緊力計算 </p><p>　　手指加在工件上的夾緊力是設計手部

14、的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。</p><p>　　手指對工件的夾緊力可按下列公式計算：</p><p><b>　　1-1</b></p><p><b>　　式中：</b></p>&l

15、t;p>　　—安全系數(shù)，由機械手的工藝及設計要求確定,通常取1.2——2.0，取1.5；</p><p>　　—工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計算最大加速度，得出工作情況系數(shù), ，a為機器人搬運工件過程的加速度或減速度的絕對值（m/s）；</p><p>　　—方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定，</p><p>　　手指與工件

16、位置：手指水平放置 工件垂直放置；</p><p>　　手指與工件形狀：型指端夾持圓柱型工件，</p><p>　　，為摩擦系數(shù)，為型手指半角，此處粗略計算,如圖2.1</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p><b>　　—被抓取工件的重量</b></p><

17、;p>　　求得夾緊力 ，，取整為177N。</p><p>　　1.2.1.2驅動力力計算</p><p>　　根據(jù)驅動力和夾緊力之間的關系式：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　c—滾子至銷軸之間的距離；</p><p>　　b—爪至銷軸之間的距離；</

18、p><p><b>　　—楔塊的傾斜角</b></p><p>　　可得，得出為理論計算值，實際采取的液壓缸驅動力要大于理論計算值，考慮手爪的機械效率，一般取0.8～0.9，此處取0.88，則：</p><p><b>　　，取</b></p><p>　　1.2.1.3液壓缸驅動力計算</p&g

19、t;<p>　　設計方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：</p><p>　　式中 ——活塞直徑</p><p><b>　　——活塞桿直徑</b></p><p><b>　　——驅動壓力，</b></p><p>　　,已知液壓缸驅動力，且&

20、lt;/p><p>　　由于，故選工作壓力P=1MPa </p><p>　　據(jù)公式計算可得液壓缸內(nèi)徑：</p><p>　　根據(jù)液壓設計手冊,見表2.1，圓整后取D=32mm。</p><p>　　表1.1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）（mm）</p><p>　　活塞桿直徑 d=0.5D=0.5×40

21、mm=16mm</p><p>　　活塞厚 B=(0.6～1.0)D 取B=0.8d=0.7×32mm=22.4mm,取23mm.</p><p>　　缸筒長度 L≤(20～30)D 取L為123mm</p><p>　　活塞行程，當抓取80mm工件時，即手爪從張開120mm減小到80mm，楔快向前移動大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。</p

22、><p><b>　　液壓缸流量計算：</b></p><p><b>　　放松時流量</b></p><p><b>　　夾緊時流量</b></p><p>　　1.2.1.4選用夾持器液壓缸</p><p>　　溫州中冶液壓氣動有限公司所生產(chǎn)的輕型拉桿液

23、壓缸 </p><p>　　型號為：MOB-B-32-83-FB，結構簡圖，外形尺寸及技術參數(shù)如下：</p><p>　　表1.2夾持器液壓缸技術參數(shù)</p><p><b>　　圖2.2 結構簡圖</b></p><p><b>　　圖1.3 外形尺寸</b></p><p&g

24、t;　　1.2.2手爪的夾持誤差及分析</p><p>　　機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機械手定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結構參數(shù)，見圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過，手部

25、的最終誤差取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補償能力。</p><p><b>　　圖1.4</b></p><p>　　工件直徑為80mm，尺寸偏差，則，，。</p><p>　　本設計為楔塊杠桿式回轉型夾持器，屬于兩支點回轉型手指夾持，如圖2.5。</p><p><b>　　圖1.5</b>&l

26、t;/p><p>　　1.2.3楔塊等尺寸的確定</p><p>　　楔塊進入杠桿手指時的力分析如下：</p><p><b>　　圖 1.6</b></p><p><b>　　上圖1.6中</b></p><p>　　—斜楔角，＜時有增力作用；</p><

27、p>　　—滾子與斜楔面間當量摩擦角，，為滾子與轉軸間的摩擦角，為轉軸直徑，為滾子外徑，，為滾子與轉軸間摩擦系數(shù); </p><p>　　—支點至斜面垂線與杠桿的夾角；</p><p><b>　　—杠桿驅動端桿長；</b></p><p><b>　　—杠桿夾緊端桿長；</b></p><p>

28、;<b>　　—杠桿傳動機械效率</b></p><p>　　1.2.3.1斜楔的傳動效率</p><p>　　斜楔的傳動效率可由下式表示：</p><p>　　杠桿傳動機械效率取0.834，取0.1，取0.5，則可得=, ，取整得=。</p><p>　　1.2.3.2動作范圍分析</p><p&g

29、t;　　陰影部分杠桿手指的動作范圍，即，見圖1.7</p><p><b>　　圖 1.7</b></p><p>　　如果，則楔面對杠桿作用力沿桿身方向，夾緊力為零，且為不穩(wěn)定狀態(tài)，所以必須大于。此外，當時，杠桿與斜面平行，呈直線接觸，且與回轉支點在結構上干涉，即為手指動作的理論極限位置。</p><p>　　1.2.3.3斜楔驅動行程與手指

30、開閉范圍</p><p>　　當斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅動行程為L，此時對應的杠桿手指由位置轉到位置，其驅動行程可用下式表示：</p><p>　　杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：</p><p>　　通常狀態(tài)下，在左右范圍內(nèi)，則由手指需要的開閉范圍來確定。由給定條件可知最大為55-60mm,最小設定為30mm.即。已知，可

31、得，有圖關系：</p><p><b>　　圖1.8</b></p><p>　　可知：楔塊下邊為60mm，支點O距中心線30mm，且有，解得：</p><p>　　1.2.3.4與的確定</p><p>　　斜楔傳動比可由下式表示：</p><p>　　可知一定時，愈大，愈大，且杠桿手指的轉角在

32、范圍內(nèi)增大時，傳動比減小，即斜楔等速前進，杠桿手指轉速逐漸減小，則由分配距離為：，。</p><p><b>　　1.2.3.5確定</b></p><p><b>　　由前式得：</b></p><p><b>　　，，取。</b></p><p><b>　　1.

33、2.3.6確定</b></p><p>　　為沿斜面對稱中心線方向的驅動行程，有下圖中關系</p><p><b>　　圖1.9</b></p><p>　　取，則楔塊上邊長為18.686，取19mm.</p><p>　　1.2.4材料及連接件選擇</p><p>　　V型指與夾持器

34、連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個</p><p>　　杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷，d=8mm, 需使用2個</p><p>　　滾子與手指連接選用圓柱銷，d=6mm, 需使用2個</p><p>　　以上材料均為鋼，無淬火和表面處理</p><p>　　楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑12mm，螺距p=1，旋合長度為

35、10mm。</p><p><b>　　第2章 腕部</b></p><p>　　2.1腕部設計的基本要求</p><p>　　手腕部件設置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變得更靈巧，適應性更強。手腕部件具有獨立的自由度，此設計中要求有繞中軸的回轉運動。<

36、;/p><p>　?。?）力求結構緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。</p><p>　?。?）結構考慮，合理布局</p><p>　　腕部作為機械手的執(zhí)行機構，又承擔連接

37、和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。</p><p>　?。?）必須考慮工作條件</p><p>　　對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。</p><p>　　2.2具有一個自由

38、度的回轉缸驅動的典型腕部結構</p><p>　　如圖3.1所示，采用一個回轉液壓缸，實現(xiàn)腕部的旋轉運動。從A—A剖視圖上可以看到，回轉葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉軸10連接在一起，定片8則和缸體9連接。壓力油分別由油孔5.7進出油腔，實現(xiàn)手部12的旋轉。旋轉角的極限值由動，靜片之間允許回轉的角度來決定（一般小于），圖中缸可回轉。腕部旋轉位置控制問題，可采用機械擋塊定位。當要求任意點定位時，可采用位置檢測元件

39、（如本例為電位器，其軸安裝在件1左端面的小孔）對所需位置進行檢測并加以反饋控制。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　圖示手部的開閉動作采用單作用液壓缸，只需一個油管。通向手部驅動液壓缸的油管是從回轉中心通過，腕部回轉時，油路認可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉液

40、壓缸）由手臂內(nèi)通過并經(jīng)腕架分別進入回轉液壓缸和手部驅動液壓缸。本設計要求手腕回轉，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動，參考上圖典型結構。</p><p><b>　　2.3腕部結構計算</b></p><p>　　2.3.1腕部回轉力矩的計算</p><p>　　腕部回轉時，需要克服的阻力有

41、：</p><p>　?。?）腕部回轉支承處的摩擦力矩</p><p>　　式中 ，—軸承處支反力（N），可由靜力平衡方程求得;</p><p>　　,—軸承的直徑（m）；</p><p>　　—軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承=0.01-0.02；對于滑動軸承=0.1。</p><p>　　為簡化計算，取，如圖2.1所

42、示，其中，為工件重量，為手部重量，為手腕轉動件重量。</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　?。?）克服由于工件重心偏置所需的力矩</p><p>　　式中 e—工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離，已知e=10mm.</p><p><b>　　則 </b></p&g

43、t;<p>　?。?）克服啟動慣性所需的力矩</p><p>　　啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉的角速度及啟動過程轉過的角度按下式計算：</p><p>　　式中 —工件對手腕回轉軸線的轉動慣量；</p><p>　　—手腕回轉部分對腕部回轉軸線的轉動慣量；</p><p>　　—手腕回轉過程的角速度；</p>

44、;<p>　　—啟動過程所需的時間，一般取0.05-0.3s,此處取0.1s.。</p><p>　　手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，高為200mm，直徑90mm，其重力估算：</p><p><b>　　,取98N.</b></p><p>　　等效圓柱體的轉動慣量：</p><p&g

45、t;　　工件的轉動慣量，已知圓柱體工件，</p><p>　　要求工件在0.5s內(nèi)旋轉90度, 取平均角速度，即=，</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　解可得： =0.8083</p><p>　　2.3.2回轉液壓缸所驅動力矩計算</p><p>　　回轉液壓缸

46、所產(chǎn)生的驅動力矩必須大于總的阻力矩</p><p>　　如圖3.3，定片1與缸體2固連，動片3與轉軸5固連，當a, b口分別進出油時，動片帶動轉軸回轉，達到手腕回轉的目的。</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p><b>　　圖2.4</b></p><p>　　圖2.4為回轉

47、液壓缸的進油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅動力矩。</p><p><b>　　或 </b></p><p>　　式中 ——手腕回轉時的總的阻力矩</p><p>　　——回轉液壓缸的工作壓力（Pa）</p><p>　　——缸體內(nèi)孔半徑（m）</p><p>　　——輸出軸半徑（

48、m），設計時按選取</p><p><b>　　——動片寬度（m）</b></p><p>　　上述動力距與壓力的關系是設定為低壓腔背壓力等于零。</p><p>　　2.3.3回轉缸內(nèi)徑D計算</p><p><b>　　由 ，得：</b></p><p><b>

49、;　　， </b></p><p>　　為減少動片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時，選用：</p><p>　　綜合考慮，取值計算如下：</p><p>　　r=16mm，R=40mm，b=50mm，取值為1Mpa，即如下圖：</p><p><b>　　圖2.5</b></

50、p><p>　　2.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎?</p><p>　　表2.3 螺釘間距t與壓力P之間的關系</p><p>　　上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險截面上承受的拉力為：</p><p>　　，

51、即工作拉力與殘余預緊力之和</p><p><b>　　計算如下：</b></p><p>　　液壓缸工作壓強為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個螺釘，，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=2個 </p><p><b>　　受力截面</b></p><p>　　，此處連接要求有密封性，故k取

52、（1.5-1.8），取K=1.6。 </p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，</p><p>　　，安全系數(shù)n取1.5（1.5-2.2）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆接上率降贸?</p><p>　　，F(xiàn)為總拉力即

53、 </p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.</p><p>　　2.3.5靜片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　動片和輸出軸之間的連接結構見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。螺釘由于油液沖擊產(chǎn)生橫向載荷，由于預緊力的作用，將在接合面處產(chǎn)生摩擦力以抵抗工作載荷，預緊力的大小，以接合面不產(chǎn)生滑移的條

54、件確定，故有以下等式： </p><p>　　為預緊力,為接合面摩擦系數(shù)，取（0.10-0.16）范圍的0.15，即鋼和鑄鐵零件，為接合面數(shù)，取=2，Z為螺釘數(shù)目，取Z=2，D為靜片的外徑，d為輸出軸直徑，則可得： </p><p>　　螺釘?shù)膹姸葪l件為： </p><p><b&

55、gt;　　帶入有關數(shù)據(jù)，得：</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（安全系數(shù)）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?，d值極小，取。</p><p>　　螺釘選擇M6的開槽盤頭螺釘， ,如圖2.6：</p><p>　　2.3.6腕部軸承選擇</p><p>　　腕部材料選擇HT200，，估計

56、軸承所受徑向載荷為50N,軸向載荷較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。</p><p>　　6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　，當量動載荷，載荷系數(shù)取1，，則，由公式：</p><p>　　N為轉速，由0.5s完成回轉，計算得：，，球軸承</p><p><b>　　代入得：</b>&l

57、t;/p><p>　　，遠大于軸承額定壽命。</p><p>　　選用軸承為深溝球軸承6005，6008。</p><p>　　2.3.7材料及連接件，密封件選擇</p><p>　　右端軸承端蓋與腕部回轉缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。</p><p>　　右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個

58、。</p><p>　　左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。</p><p>　　選用墊圈防松，，公稱尺寸為5。</p><p>　　右端軸承端蓋與腕部回轉缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，，,需用4個。</p><p>　　為定位作用，軸左側增加一個套筒，材料為HT200，尺寸如下：</p><p&

59、gt;<b>　　圖2.7</b></p><p>　　動片與輸出軸連接選用六角頭螺栓 全螺紋， ， 需用2個。</p><p><b>　　密封件選擇：</b></p><p>　　全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。</p><p>　　右端蓋 d=40mm, 左右缸蓋 d=25mm。&

60、lt;/p><p>　　第3章 伸縮臂設計</p><p>　　3.1伸縮臂設計基本要求</p><p>　　設計機械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機械手，完成直線伸縮動作。</p><p><b>　?。?）功能性的要求</b></p><p>　　機械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝

61、夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準確，工作協(xié)調(diào)。</p><p><b>　　（2）適應性的要求</b></p><p>　　為便于調(diào)整，適應工件大小不同的要求，起止位置要方便調(diào)整，要求設置可調(diào)式定位機構。為了控制慣性力，減少運動沖擊，動力的大小要能與負載大小相適應，如步進電機通過程序設計改變運動速度，力矩電機通過調(diào)整工

62、作電壓，改變堵力矩的大小，達到工作平穩(wěn)、動作快捷、定位準確的要求。</p><p><b>　　（3）可靠性的要求</b></p><p>　　可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。</p><p>　　工業(yè)機械手可自動完成預定工作，廣泛應用在自動化生產(chǎn)線上，因此要求機械手工作必須可靠。設計時要進行可靠性分析

63、。</p><p><b>　?。?）壽命的要求</b></p><p>　　產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無需大修的連續(xù)工作期限。設計中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤滑措施、合理設計零件的形面等。因各零部件難以設計成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。</p><p><b>

64、　?。?）經(jīng)濟的要求</b></p><p>　　機械產(chǎn)品設備的經(jīng)濟性包括設計制造的經(jīng)濟性和使用的經(jīng)濟性。機械產(chǎn)品的制造成本構成中材料費、加工費占有很大的比重，設計時必須給予充分注意。將機械設計課程中學到的基本設計思想貫穿到設計中。</p><p>　?。?）人機工程學的要求</p><p>　　人機工程學也稱為技術美學，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，

65、照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護保養(yǎng)容易等。本設計中要充分考慮外形設計，各調(diào)整環(huán)節(jié)的設計要方便人體接近，方便工具的使用。</p><p>　　（7）安全保護和自動報警的要求</p><p>　　按規(guī)范要求，采取適當?shù)姆雷o措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設計都必須考慮的，是必不可少的。在程序設計中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機構卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設置

66、報警裝置。</p><p><b>　　設計參數(shù)</b></p><p>　?。?）伸縮長度：300mm；</p><p>　?。?）單方向伸縮時間：1.5～2.5S；</p><p>　　（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；</p><p>　?。?）前端安裝機械手，伸縮終點無剛

67、性沖擊；</p><p><b>　　3.2方案設計</b></p><p><b>　　液壓驅動方案</b></p><p><b>　?。?）伸縮原理</b></p><p>　　采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時采用單向調(diào)速閥進行回油節(jié)流調(diào)速，接近終點時，發(fā)出信號，進行

68、調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導向桿導向防止轉動，采用電液換向閥，控制伸縮方向。（圖3.1）</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　?。?）液壓系統(tǒng)的設計計算</p><p>　　液壓控制系統(tǒng)設計要滿足伸縮臂動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求和運動時間要求，具體設計計算參

69、考《液壓傳動與控制》等相關教材。由于伸縮臂做間歇式往復運動，有較大的沖擊，設計時要考慮緩沖措施，可從液壓回路設計上考慮，也可從液壓件結構上考慮。</p><p>　　設計計算參數(shù)及要求：</p><p>　?、?電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。</p><p>　?、?油缸直徑：推力大小要能克服機構起動慣性并有一定的起動加速度，要滿足運動時間要求。</p&g

70、t;<p>　?、?導向桿剛度：按最長伸出時機械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。</p><p>　?、?定位方式和元件：自選。</p><p>　?。?）結構方案設計及強度和剛度計算</p><p>　　伸縮臂運動簡圖見圖3-1</p><p><b>　?、?結構方案說明</b></p>&l

71、t;p>　　a：支座1安裝在機器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導向桿等零部件。</p><p>　　b：法蘭4用于安裝機械手，其形式和尺寸要與機械手相協(xié)調(diào)。</p><p>　　c：液壓缸伸出桿帶動導向桿同時伸出300mm，伸出長度較大，設計、制造和安裝時要考慮液壓缸與導向桿的平行度要求。</p><p>　　d：導向桿可采用直線導軌或直線導軸。直線導軌可選用

72、外購件，直接從生產(chǎn)廠家的有關資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導軌、直線導軸）。采用直線導軸時可自行設計，并且要考慮導向桿的潤滑，潤滑方式參考有關手冊設計。</p><p><b>　　② 強度及剛度計算</b></p><p>　　本機械手夾持工件重量約3Kg左右，夾持器重量約15Kg，夾持器長度最大約250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機器作類比設計即可

73、。伸縮臂的機構力學模型如圖3.2所示。</p><p>　　夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導桿受力最大的狀態(tài),也是變形最大的位置。在此情況下，用材料力學的知識計算它的強度和剛度。</p><p><b>　　圖3.2</b></p><p>　　3.3伸縮臂機構結構設計</p><p>　　3.3.1伸縮臂液壓缸參數(shù)

74、計算</p><p>　　3.3.1.1工作負載R</p><p>　　液壓缸的工作負載R是指工作機構在滿負荷情況下，以一定加速度啟動時對液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即：</p><p>　　式中：-工作機構的荷重及自重對液壓缸產(chǎn)生的作用力；</p><p>　　-工作機構在滿載啟動時的靜摩擦力；</p><p>　　-工作機

75、構滿載啟動時的慣性力。</p><p><b>　　(1)的確定</b></p><p><b>　?、?工件的質量m</b></p><p>　　=5.9 (kg) </p><p>　?、趭A持器的質量 15kg(已知)</p><p>　?、凵炜s臂的質量 5

76、0kg(估計)</p><p>　?、芷渌考馁|量 15kg(估計)</p><p>　　工作機構荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N) </p><p><b>　　取Ri=860N</b></p><p>　　(2) 的確定 Rm= (

77、N) </p><p>　　(3) 的確定 Rg=(N) </p><p>　　式中：為啟動時間，其加速時間約為0.1～0.5s</p><p>　　=0.1s , =0.2s</p><p>　　總負載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+1

78、72=1204(N) </p><p>　　取實際負載為 =1200 </p><p>　　3.3.1.2液壓缸缸筒內(nèi)徑D的確定</p><p>　　D= </p><p>　　式中：R=1000 <5000 , p可取0.8～, =

79、</p><p>　　取液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。</p><p>　　3.3.1.3活塞桿設計參數(shù)及校核</p><p>　　(1)活塞桿材料：選擇45號調(diào)質鋼，其抗拉強度=570</p><p>　　(2)活塞桿的直徑：查《液壓傳動設計手冊》得，當壓力小于10Mpa時，速比=1.33。</p><p>　　則可選取

80、活塞桿直徑為20mm系列，且缸筒的厚度為5mm。 </p><p>　　最小導向長度：mm </p><p>　　(3)活塞桿強度及壓桿穩(wěn)定性的計算 </p><p>　　采用非等截面計算法 </p

81、><p>　?、?油缸穩(wěn)定性的計算</p><p>　　因為油缸的工作行程較大，則在油缸活塞桿全部伸出時，計算油缸受最大作用力壓縮時油缸的穩(wěn)定性。</p><p>　　假設油缸的活塞桿的推理為P，油缸穩(wěn)定的極限應力為Pk，則油缸穩(wěn)定性的條件為P<Pk。</p><p>　　Pk按下式得到： </p><p>　　式

82、中：可按《液壓傳動設計手冊》得到</p><p><b>　　； </b></p><p><b>　　式中：為活塞桿直徑</b></p><p><b>　　為缸體外徑。</b></p><p><b>　　D為缸體內(nèi)徑。</b></p&

83、gt;<p>　　所以， </p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　、為長度、上的斷面慣性矩。</p><p>　　查時極限力的計算圖，可由且查得</p><p>　?。ㄆ渲校夯钊麠U頭部至油缸A點處的距離（cm）</p><p>　　

84、:缸體尾部至油缸A點處的距離（cm））。</p><p><b>　　所以：。</b></p><p>　　所油缸的穩(wěn)定性是滿足條件的。</p><p>　　② 活塞桿強度的計算（E：材料的彈性模量）剛的彈性模量為E＝200Mpa。</p><p>　　《液壓傳動與控制》查得： </p><p&g

85、t;　　所以活塞桿強度是滿足條件的。 </p><p>　　3.3.1.4缸筒設計參數(shù)及校核</p><p>　　(1)缸筒材料：選擇ZG310-570鑄鋼,其抗拉強度=570</p><p>　　(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm </p><p><b>　　因此屬于普通壁厚</b></p><

86、p>　　缸筒壁厚的校核 </p><p>　　式中：-缸筒內(nèi)最高工作壓力；=7</p><p>　　-材料的許用應力 </p><p>　　-材料的安全系數(shù)=5</p><p><b>　　校核符合要求</b></p>

87、;<p>　　(3)缸筒外徑： </p><p>　　3.3.1.5缸底設計參數(shù)及校核</p><p>　　(1)缸底材料：選擇Q235碳素結構鋼，其抗拉強度375～460</p><p>　　(2)缸底厚度 mm </p><p&g

88、t;<b>　　取缸底厚度為5mm</b></p><p>　　3.3.1.6油缸零件的連接計算</p><p>　　首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接;缸筒與缸底的連接此處選用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。</p><p>　?。?）缸筒螺紋處的強度計算：</p><p>　　螺紋處的拉應力： </

89、p><p>　　螺紋處的剪應力： </p><p>　　合成應力： </p><p>　　許用應力： </p><p>　　式中：P:油缸的最大推力[kgf];</p><p>　　D:油缸內(nèi)徑[cm];</p><p>　?。郝菁y直徑[cm]；</p>

90、<p>　　：螺紋內(nèi)徑，當采用普通螺紋時（GB196-63）時，可近似按下式（t螺距[cm]）;</p><p>　　K:螺紋預緊力系數(shù)，去K＝1.25～1.5；</p><p>　?。郝菁y那摩擦系數(shù)（0.07～0.2），一般?。?.12；</p><p>　　：缸筒材料的屈服極限。</p><p>　　n: 安全系數(shù)，取n=1

91、.2-2.5,一般取n=1.75.</p><p>　　由前面計算可得：D=40mm=4cm，則查《機械設計課程設計手冊》，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T196-2003）公稱直徑第二系列 4.8，可得螺距t=0.4cm; =4.8cm .</p><p><b>　　所以，。 </b></p><p><b>　　K取1.5，&

92、lt;/b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　n:取1.75。</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　,滿足強度條件。</b></p><p>　　

93、（2）缸筒與缸底的焊接強度計算</p><p>　　P:油缸推力[kgf]</p><p>　　:焊縫效率，可取＝0.7</p><p>　?。汉笚l材料得抗拉強度[]</p><p>　　n:安全系數(shù)，取n＝3.3～4</p><p>　　并查到焊條材料的抗拉強度為900Mpa～1200Mpa(手工焊條)，因此缸體與缸

94、底得焊縫強度是滿足要求得。</p><p>　　3.3.1.7液壓油缸其他零件結構尺寸得確定</p><p>　　由于液壓缸的工作負載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為2.0。</p><p>　　液壓缸的基本形式如下圖所示：</p><p><b>　　圖3.3</b></p><

95、;p>　　整個油缸安裝在下部伸縮臂基座上。</p><p>　?。?）活塞與活塞桿得連接結構：</p><p>　　油缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。其形式如圖所示</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　（2）活塞桿導向套：做成一個套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定

96、，材料選用鑄鐵材料?；窘Y構為：</p><p><b>　　圖4.5</b></p><p>　　圖中：1為缸蓋，2為橡膠防塵圈，3為活塞桿，4為活塞桿導向套。</p><p>　?。?）活塞與缸體得密封。</p><p>　　采用O型密封圈密封。選用36.5內(nèi)徑，截面直徑為3.55mm.</p><

97、;p><b>　　其基本形式如下：</b></p><p><b>　　圖 3.6</b></p><p>　　圖中：1即為O型密封圈，2則為活塞?；钊c缸體之間靠O型密封圈密封。</p><p>　　（4）活塞桿端部結構形式及尺寸</p><p>　　端部結構形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑

98、的，球形，耳環(huán)等等。此處因活塞桿固定，選用外螺紋連接形式。其基本結構如下：</p><p><b>　　圖3.7</b></p><p>　　圖中各尺寸可查《液壓傳動設計手冊》得，當d＝20mm時，取.</p><p>　　L=(1.2~1.5), ＝</p><p>　　3.3.2導向桿機構設計</p>

99、<p>　　3.3.2.1導向機構的作用</p><p>　　導向機構的作用是保證液壓缸活塞桿伸出時的方向性，提供機構剛度，保證伸縮量的準確性。</p><p>　　3.3.2.2導向機構的外形尺寸及材料</p><p>　　導向選擇矩形導軌導向，導軌為伸縮臂基座上得一部分，經(jīng)加工而成；滑臺則在其上滑動且滑臺得端部靠法蘭安裝夾持器部分。材料選擇為45號鋼

100、.，如圖4.8所示：</p><p><b>　　圖3.8</b></p><p>　　圖中：1為滑臺，2為伸縮臂基座，3為矩形導軌的壓板。</p><p>　　此處矩形導軌是直接在基座上加工出來的，滑臺在導軌面上滑動，靠壓板來固定調(diào)節(jié)。</p><p>　　基座臂厚為10mm.。</p><p>

101、;　　3.3.2.3矩形導軌的彎曲強度及撓度的校核</p><p>　　(1)導軌的彎曲應力 </p><p>　　< [] 符合要求。</p><p>　　因為只計算了一邊得矩形導軌，由結構可知還有另外一邊得導軌支撐，故滿足條件。</p><p><b>　　(2)桿的

102、撓度 </b></p><p>　　此桿為一懸臂梁，根據(jù)簡單載荷作用下梁的撓度和轉角公式：</p><p><b>　　， </b></p><p>　　式中：EI是截面抗彎剛度 </p>

103、;<p>　　本式計算是完全把載荷加在導軌上，實際是載荷由導軌和活塞桿共同承受，所以導向桿的撓度會更小，符合設計要求。</p><p>　　轉角 = 符合要求。</p><p>　　(3)導軌的表面處理及潤滑</p><p>　?、賹к壉砻娲慊?，可以提高表面硬度增加導向桿的耐磨性，也可以保證導向桿的韌性，同時需要精加工以提高導軌的精度要求；<

104、;/p><p>　?、趯к壍臐櫥刹捎脻櫥瑵櫥蚴遣捎脻櫥蜐櫥?。此處采用潤滑脂潤滑。</p><p>　　伸縮臂基座與升降臂相連靠伸縮臂基座底部的法蘭。其上有4個M12的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。</p><p>　　3.3.2.4伸縮臂范圍控制與調(diào)整</p><p>　　伸縮臂伸縮范圍控制靠行程開關與活動擋塊，這里特別解釋如下：設備附件活動擋塊，

105、它用在當設備安裝好后，可以靠它在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)臂的伸長量，其結構圖如圖4.6所示</p><p>　　此活動擋塊可套裝在導向桿上，a處可以壓住行程開關壓柱，從而壓動行程開關使行程開關實現(xiàn)動作。</p><p>　　此外除上述調(diào)節(jié)外，還可以調(diào)節(jié)連接件的旋入導向桿和液壓活塞桿的長度，實現(xiàn)對伸長度的微調(diào)。保證把工件精確地放在加工機床作業(yè)臺上。行程開關使用LXW4-11型微型開關。</p>

106、;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本畢業(yè)設計是在指導段維峰老師的指導下完成的，在我即將完成畢業(yè)設計之際，衷心感謝段老師的悉心指導以及在生活上給予的關心和幫助。段老師不僅以其淵博的學識、創(chuàng)造性的思維方式、嚴謹?shù)闹螌W風范、高度的責任感使作者在學術上受益匪淺、而且言傳身教，以其高尚的人格和坦蕩寬廣的胸懷教導了我做人的道理。在此畢業(yè)設計完成之際，瑾向段老

107、師表示最衷心的感謝，并致以崇高的敬意！</p><p>　　在課題的研究和設計過程中，得到了師兄的無私幫助，在此對他們表示衷心的感謝。</p><p>　　在設計工作中，得到了學院有關領導和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。</p><p>　　最后，深深地感謝父母和家人多年來的支持、理解和關心。</p><p><b>　　參

108、考文獻</b></p><p>　　[1] 濮良貴,紀名剛主編.機械設計（第七版）.北京:高等教育出版社，2001</p><p>　　[2] 孫恒,陳作模主編.機械原理.高等教育出版社.2000</p><p>　　[3] 鄭堤，唐可洪主編.機電一體化設計.北京:機械工業(yè)出版社,2005</p><p>　　[4] 張建民著.機

109、電一體化系統(tǒng)設計（第二版）.北京:高教出版社,2001.8 </p><p>　　[5] 馮辛安主編.機械制造裝備設計.大連:機械工業(yè)出版社,1999.10</p><p>　　[6] 劉杰等編著.機電一體化技術基礎與產(chǎn)品設計.北京:冶金工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[7] 謝存禧,張鐵主編.機器人技術及其應用.北京:機械工業(yè)出版社,2005</p

110、><p>　　[8] 張鐵,謝存禧編.機器人學.廣州:華南理工大學出版社.2002</p><p>　　[9] 丁樹模主編.液壓傳動.北京:機械工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[10] 王春行主編.液壓控制系統(tǒng).北京:機械工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[11] 張海根主編.機電傳動控制. 高等教育出版社.2001</p

111、><p>　　[12] 孫訓方,方孝淑編著.材料力學.人民教育出版社 </p><p>　　[13] 徐灝主編.機械設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1991</p><p>　　[14] 宗光華主編.機器人創(chuàng)意設計與實踐.北京航空航天出版社.2004</p><p>　　[15] 郭洪江主編.工業(yè)機器人技術.西安電子科技大學出版社.2006&l