機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文
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1、摘 要 本設(shè)計(jì)為沖床上料機(jī)械手設(shè)計(jì)?;緟?shù)為:升降行程135mm,手臂回轉(zhuǎn)角度為105。此機(jī)械手能以34次 /分的頻率,傳送重0.5公斤重的硒鋼片。 該機(jī)械手采用氣壓傳動方式驅(qū)動,氣缸最大壓力為0.7MPa,為提高氣缸活塞密封的可靠性,活塞采用2個(gè)O型環(huán)密封。機(jī)械手的的抓取部分為吸附式,采用2個(gè)型號為ZP16UN的真空吸盤,吸盤提升力由真空泵提供。機(jī)械手工作時(shí),氣缸推動活塞桿作升降運(yùn)動。活塞桿的中部裝有一個(gè)深溝球軸承,當(dāng)活塞桿上下運(yùn)動時(shí),軸承沿導(dǎo)向筒上的螺旋槽移動?;钊S與手臂相連,當(dāng)活塞軸作上升運(yùn)動時(shí),帶動裝有真空吸盤的吸附式手臂作邊上升邊回轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動,將被沖壓件送到?jīng)_床上;當(dāng)活塞
2、軸作下降運(yùn)動時(shí),帶動裝有真空吸盤的吸附式手臂作邊下降邊回轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動,使機(jī)械手回到初始狀態(tài),完成一個(gè)上料循環(huán)。 關(guān)鍵詞:沖床 機(jī)械手 氣壓傳動 Abstract KeyWords:沖床 機(jī)械手 氣壓傳動 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況 1 1.1 工業(yè)機(jī)械手定義 1 1.2 工業(yè)機(jī)械手發(fā)展概況 1 2 工業(yè)機(jī)械手整體介紹 4 2.1 工業(yè)機(jī)械手的分類 4 2.2 機(jī)械手的特點(diǎn) 5 2.3 工業(yè)機(jī)械手
3、在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 5 3 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 7 3.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 7 3.2 規(guī)格參數(shù) 8 3.3 坐標(biāo)選擇與分析 8 3.4 驅(qū)動系統(tǒng)選擇與分析 9 3.4.1驅(qū)動系統(tǒng)的分類 9 3.4.2 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 9 3.4.3 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 10 3.5 設(shè)計(jì)路線與方案 11 3.5.1 設(shè)計(jì)步驟 11 3.3.2 研究方法和措施 11 4 真空吸盤和真空泵的選用 13 4.1 真空吸盤 13 4.1.1 吸盤的材料 13 4.1.2 真空吸盤的作用 13 4.1.3 吸盤的型號表示方法 13 4.1.4 理論吸吊力 13 4.1.5 吸
4、盤的外形尺寸 15 4.1.6 真空吸盤的選用 18 4.2 真空泵 19 4.2.1 真空泵的定義 19 4.2.2 真空泵的分類 19 4.2.3 真空泵的用途 20 4.2.4 真空泵選取的注意事項(xiàng) 20 4.2.5 真空泵的選取 21 5 強(qiáng)度校核 23 5.1 機(jī)械懸臂的校核 23 5.2 活塞軸的校核 29 5.3 軸承校核 31 5.4 軸承用螺釘校核 35 6 密封與潤滑 36 6.1 氣缸的上下端蓋的密封 36 6.2 活塞的密封 37 6.3 活塞軸的密封 38 6.4 潤滑 39 6.4.1 氣缸活塞潤滑 39 6.4.2 軸承潤
5、滑 40 結(jié) 論 41 參考文獻(xiàn) 42 致 謝 44 1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況 1.1 工業(yè)機(jī)械手定義 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作,按預(yù)定的程序軌跡極其它要求,實(shí)現(xiàn)抓取,搬運(yùn)工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作,因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手。 1.2 工業(yè)機(jī)械手發(fā)展概況 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)
6、計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出噴漆,孤焊,點(diǎn)焊,裝配,搬運(yùn)等機(jī)器人,其中有130多臺噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用,孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來,我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。如:可靠性低于國外產(chǎn)品,機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域窄,生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。影響我國機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件,硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè),其中汽車工業(yè)占第一位(占28.9%),電器制造業(yè)第二位(占16.4%),化工第三位
7、(占11.7%)。發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%~53%,年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為(包括整車和零部件):日本88.0臺,德國64.0臺,法國32.2臺,英國26.9臺,美國33.8臺,意大利48.0臺。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增,但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件,惡劣危險(xiǎn)的勞動環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透,工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓,氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變,并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步,這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 上料機(jī)械手與卸料機(jī)
8、械手相比,其中上料機(jī)械手中的移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料,工件的自動搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動上料作業(yè),最大抓取棒料直徑達(dá)180mm,最大抓握重量可達(dá)30公斤,最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況,機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動速度可調(diào)。移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪,小臂,大臂,手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),小車行走機(jī)構(gòu),液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成,同時(shí)具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上,結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器,各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。 國內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的
9、機(jī)械手,沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前,世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機(jī)械手,使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨,能選取所需要的工件,并正確的夾持工件,進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件,它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息,通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨,判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來,一般采用兩種方法:一是檢測把握物體手臂的變形,以決定適當(dāng)?shù)奈樟Γ涣硪环N是直接檢測指部與物件的滑動位移,來修正握力。 因此,這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能: (1)能準(zhǔn)確地抓住方位
10、變化的物體; (2)能判斷對象的重量; (3)能自動避開障礙物; (4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測出來。 這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機(jī)械手稱之為“智能機(jī)械手”,它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在,工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力,其效用是代替從事繁重的工作,危險(xiǎn)的工作,單調(diào)重復(fù)的工作,惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部分,機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問題尖銳,但采用機(jī)械手只限于一小部分工序,其原因是,工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門的要求,適于機(jī)械手工作的范圍很狹小,這是主要原因。經(jīng)濟(jì)性問
11、題當(dāng)然也很重要,采用機(jī)械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看,不一定總是合算的。然而,利用機(jī)械手或類似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求,今后還會持續(xù)增長,只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題得到解決,機(jī)械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。 上料機(jī)械手和卸料機(jī)械手相對,其中上料機(jī)械手中的移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料,工件的自動搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機(jī)鋁棒料的搬運(yùn)及高溫棒料的自動上料作業(yè),最大抓取棒料直徑可達(dá)180mm,最大抓握重量可達(dá)30公斤,最大行走距離為1200mm。根據(jù)作用要求和載荷情況,機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動速度可調(diào)。移動式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪,小臂,大臂,手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),小車行走機(jī)構(gòu),液壓
12、泵站電器控制系統(tǒng)組成,同時(shí)具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上,結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器,各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域,特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的廣泛應(yīng)用。轎車半軸加工上料機(jī)械手設(shè)計(jì)在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想,根據(jù)轎車半軸加工的特點(diǎn)提出的,有一定的理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,其技術(shù)性能也在不斷提高。在國內(nèi),應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)
13、際的工業(yè)機(jī)器人特別是示教再現(xiàn)性機(jī)器人不斷增多,而且計(jì)算機(jī)控制的也有所應(yīng)用。在國外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人多為示教再現(xiàn)型機(jī)器人,而且計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人占有相當(dāng)比例。帶有“觸覺”,“視覺”等感覺的“智能機(jī)器人”正處于研制開發(fā)階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。 2 工業(yè)機(jī)械手整體介紹 2.1 工業(yè)機(jī)械手的分類 現(xiàn)在對工業(yè)機(jī)械手的分類尚無明確標(biāo)準(zhǔn),一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。按規(guī)格(所搬運(yùn)工件的重量)分類: 1.微型的—搬運(yùn)重量在1公斤以下: 2.小型的—搬運(yùn)重量在10公斤以下: 3.中型的—搬運(yùn)重量在50公斤以下: 4.大型的
14、—搬運(yùn)重量在50公斤以上。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1~30公斤。最小的為0.5公斤,最大的已達(dá)到800公斤。 按功能分類: 1. 簡易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制:可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動控制來給定程序。 這種機(jī)械手多為氣動或液動,結(jié)構(gòu)簡單,改變程序比較容易。只使用在程序較簡單的點(diǎn)位控制,但作為一般單機(jī)服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以,目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 2. 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過實(shí)驗(yàn)裝置傳動一遍,由磁帶(或磁鼓)把程序記錄下來,此機(jī)械手就自動按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動作。 這也是采用較多的
15、一種,多為電液伺服驅(qū)動。與前者比較有較多的自由度,能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè),通用性較廣。 3. 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機(jī)械手的動作,還可以進(jìn)行多種控制(DNC)。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機(jī)計(jì)算機(jī)。 4. 智能工業(yè)機(jī)械手(機(jī)器人) 由電子計(jì)算機(jī)控制,通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分: 1. 專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的,具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置,這種工業(yè)機(jī)械工作對象不變,手動比較簡單,結(jié)構(gòu)簡單,使用可靠,施用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C(jī)作為自動上、下料用。 2. 通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系
16、統(tǒng),程序可變、動作靈敏、動作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大,定位精度高,通用性強(qiáng),使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。 2.2 機(jī)械手的特點(diǎn) (1) 對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 能代替人從事危險(xiǎn),有害的工作。在長時(shí)間工作對人體有害的場所,機(jī)械手不受影響,只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu),機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫,異常壓力和有害氣體,粉塵,放射線作用下,以及沖壓,滅等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 (2) 機(jī)械手能持久,耐勞,可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來,并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 (3) 由于機(jī)械手的動作準(zhǔn)確,因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量,同時(shí)又可以避免人為的
17、操作錯(cuò)誤。 (4) 機(jī)械手特點(diǎn)是通過用工業(yè)機(jī)械手的通用性,靈活性好,能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化,以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 (5) 采用機(jī)械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 2.3 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛,還可以歸納為以下的一些方面: 1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動線方面 建造旋轉(zhuǎn)零件體(軸類、盤類、環(huán)類零件)自動線,一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 2. 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化方面 (1)各類半自動車床,有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能,但仍需人工上下料,裝上機(jī)械手,可實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。 (2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動工作
18、循環(huán),裝上機(jī)械手自動取料,可實(shí)現(xiàn)全自動生產(chǎn)。 (3)沖床有自動上下沖壓循環(huán),機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動化。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來說,由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會生產(chǎn)的需要,進(jìn)而帶來了經(jīng)濟(jì)效益。 因?yàn)椴捎脵C(jī)械手最明顯的特點(diǎn)是提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。近年來,隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù),它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展,使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活,但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn),因此,
19、機(jī)械手已受到許多部門的重視,并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。例如:在機(jī)床加工,裝配作業(yè),勞動條件差,單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險(xiǎn)場合下工作等。 3 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 3.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制部分所組成,各部分關(guān)系如下框圖: 圖1 工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu): 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括抓取部分(手部)、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動部件所組成。 1. 手部:直接與工件接觸的部分,一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動機(jī)構(gòu)形式多樣,常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。
20、 手部按其夾持工件的原理,大致可分為夾持和吸附兩大類。吸附類最常見的主要有吸盤式,本設(shè)計(jì)主要考慮吸盤式手部設(shè)計(jì)。 吸盤式手部是由吸盤,傳動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成,它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性,可以抓取盤類零件。 2.腕部:是聯(lián)接手部和手臂的部件,并可用來調(diào)整被抓取物體的方位。 3.臂部:手臂是支撐被抓物體,手部,腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件,并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定位置。 4.行走機(jī)構(gòu):有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動機(jī)構(gòu):有氣動,液動,電動和機(jī)械式四種形式。 控制系統(tǒng):有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。 機(jī)身:它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 3
21、.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo),一般包括以下幾個(gè)方面: 1.抓重(又稱臂力):額定抓取重量或稱額定負(fù)荷,單位為公斤; 2.自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式:整機(jī),手臂和手腕等運(yùn)動共有幾個(gè)自由度,并說明坐標(biāo)形式; 3.定位方式:固定機(jī)械擋塊,可調(diào)機(jī)械擋塊,行程開關(guān),電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測裝置; 4.驅(qū)動方式:氣動,液動,電動和機(jī)械式四種形式; 5.手臂運(yùn)動參數(shù); 6.手腕運(yùn)動參數(shù); 7.吸盤夾持范圍和握力; 8.定位精度:位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度; 9.輪廓尺寸:長寬高(毫米); 10.重量:整機(jī)重
22、量。 3.3 坐標(biāo)選擇與分析 為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的末端執(zhí)行器在空間的位置,可以有不同的運(yùn)動組合,通常可以將其設(shè)計(jì)成如下五種形式。 1.圓柱坐標(biāo)型 這種運(yùn)動形式是通過一個(gè)轉(zhuǎn)動兩個(gè)移動,共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動系統(tǒng),工作空間為圓柱形,它與直角坐標(biāo)型比較,在相同的空間條件下,機(jī)體所占體積小,而運(yùn)動范圍大。 2.直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型機(jī)器人,其運(yùn)動部分的三個(gè)相互垂直的直線組成,其工作空間為長方體,它在各個(gè)軸向的移動距離可在坐標(biāo)軸上直接讀出,直觀性強(qiáng),易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算,定位精度高,結(jié)構(gòu)簡單,但機(jī)體所占空間大,靈活性較差。 3.球坐標(biāo)型 又稱極坐標(biāo)型,它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動
23、和一個(gè)直線組成,即一個(gè)回轉(zhuǎn),一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮,其工作空間圖形唯一球體,它可以做上下俯仰動作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件,具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點(diǎn),但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 4.關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型,這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似,其前三個(gè)自由度都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),這種機(jī)器人一般由和大小臂組成,立柱與大臂間形成肘關(guān)節(jié),可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動和使大臂作俯仰運(yùn)動,小臂作俯仰擺動,其特點(diǎn)是工作空間范圍大,動作靈活,通用性強(qiáng),能抓取靠近機(jī)座的工件。 5.平面關(guān)節(jié)型 采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動關(guān)節(jié);兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動,而移動關(guān)節(jié)控制上下運(yùn)動,其工作空間的軌跡圖形如圖所示,它的
24、縱截面為一矩形的回轉(zhuǎn)體,縱截面高為移動關(guān)節(jié)的行程長兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角的大小決定了回轉(zhuǎn)體截面的大小、形狀。這種機(jī)器人在水平方向上有柔順度,在垂直方向上有較大的剛度,它結(jié)構(gòu)簡單,動作靈活,多用于裝配作業(yè)中,特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配,如在電子工業(yè)的接插、裝配中應(yīng)用廣泛。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求,考慮其復(fù)雜程度選擇圓柱坐標(biāo)型。 3.4 驅(qū)動系統(tǒng)選擇與分析 3.4.1驅(qū)動系統(tǒng)的分類 驅(qū)動系統(tǒng)按照動力源分為液壓、氣壓和電動三大類,根據(jù)需要,也可以將這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。 1)液壓驅(qū)動 液壓技術(shù)比較成熟,具有動力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn),適用于承載
25、能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。 2)氣壓驅(qū)動 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便價(jià)格低等特點(diǎn),適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。難于實(shí)現(xiàn)伺服控制,多用于程序控制的機(jī)械手中,在上下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。 3)電動驅(qū)動 隨著低慣量、直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動器的廣泛采用,這種驅(qū)動系統(tǒng)被大量選用。 3.4.2 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 一般情況下機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇大致按照如下原則進(jìn)行選擇: 1)物料搬運(yùn)用有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人,重負(fù)載用液壓驅(qū)動,中等載荷可選用電動驅(qū)動系統(tǒng),輕載荷可選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 2)用于點(diǎn)焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機(jī)械手,要求具
26、有任意點(diǎn)位和軌跡控制功能,需采用伺服驅(qū)動系統(tǒng),需采用液壓驅(qū)動或電動驅(qū)動系統(tǒng)方能滿足要求。 3.4.3 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求,加工工件為0.5Kg的矽鋼片,屬于輕載荷,故選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。 氣壓傳動的特點(diǎn)是:工作壓力低,一般為0.3~0.8兆帕,氣體粘度小,管道阻力損失小,便于集中供氣和中距離輸送,使用安全,無爆炸和電擊危險(xiǎn),有過載保護(hù)能力;但氣壓傳動速度低,需要?dú)庠础? 氣動元件的優(yōu)點(diǎn): 1、 氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護(hù)簡單。介質(zhì)為空氣,較之液壓介質(zhì)來說不易燃燒,故使用安全。 2、 工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。排氣處理簡單,不污染環(huán)境,成本低。
27、 3、 輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動作速度一般小于1M/S,比液壓和電氣方式的動作速度快。 4、 可靠性高,使用壽命長。電器元件的有效動作次數(shù)約為百萬次,而一般電磁閥的壽命大于3000萬次,某些質(zhì)量好的閥超過2億次。 5、 利用空氣的壓縮性,可貯存能量,實(shí)現(xiàn)集中供氣。可短時(shí)間釋放能量,以獲得間歇運(yùn)動中的高速響應(yīng)。可實(shí)現(xiàn)緩沖。對沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下,可使氣動裝置有自保持能力。 6、 全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比,氣動方式可在高溫場合使用。 7、由于空氣流動損失小,壓縮空氣可集中供應(yīng),遠(yuǎn)距離輸送。
28、氣動元件的缺點(diǎn): 1、 由于空氣有壓縮性,氣缸的動作速度易受負(fù)載的變化而變化。采用氣液聯(lián)動方式可以克服這一缺陷。 2、 氣缸在低速運(yùn)動時(shí)候,由于摩擦力占推力的比例較大,氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。 3、雖然在許多應(yīng)用場合,氣缸的輸出力能滿足工作要求,但其輸出力比液壓缸小。 3.5 設(shè)計(jì)路線與方案 3.5.1 設(shè)計(jì)步驟 1.查閱相關(guān)資料; 2.確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思; 3.結(jié)構(gòu)和運(yùn)動學(xué)分析; 4.根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算; 5.按所給規(guī)格,范圍,性能進(jìn)行分析,強(qiáng)度和運(yùn)動學(xué)校核; 6.繪制工作裝配圖草圖; 7.繪制總圖及零件圖等; 8.總結(jié)問題進(jìn)行分析和
29、解決。 3.3.2 研究方法和措施 使用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和氣壓傳動技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),采用滑槽杠桿式。 4 真空吸盤和真空泵的選用 4.1 真空吸盤 4.1.1 吸盤的材料 吸盤材料:丁腈橡膠(黑色)(N) ,硅橡膠(白色)(S),聚氨脂橡膠(褐色)(U),氟化橡膠(帶綠色標(biāo)記的黑色)(F)。 4.1.2 真空吸盤的作用 真空吸盤是真空系統(tǒng)中的執(zhí)行元件,用于將表面光滑而且平整的工件吸起并保持住,柔軟又有彈性的吸盤確保不會損壞工件。 4.1.3 吸盤的型號表示方法 圖2 吸盤的型號表示方法 4.1.
30、4 理論吸吊力 真空吸盤的外徑稱為公稱直徑,其吸持工件被抽空的直徑稱為有效直徑D。真空吸盤的理論吸吊力(水平提升升力)F為: 其中,-真空度, -真空吸盤的有效直徑(吸盤的內(nèi)徑), -吸盤的有效吸著面積, 真空度:“真空度”顧名思義就是真空的程度。是真空泵、微型真空泵、微型氣泵、微型抽氣泵、微型抽氣打氣泵等抽真空設(shè)備的一個(gè)主要參數(shù)。 所謂“真空“,是指在給定的空間內(nèi),壓強(qiáng)低于101325帕斯卡(也即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)約101KPa)的氣體狀態(tài)。 在真空狀態(tài)下,氣體的稀薄程度通常用氣體的壓力值來表示,顯然,該壓力值
31、越小則表示氣體越稀薄。若所測設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng),其壓力測量需要真空表。從真空表所讀得的數(shù)值稱真空度。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強(qiáng)實(shí)際數(shù)值低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值,即: 真空度=(大氣壓強(qiáng)—絕對壓強(qiáng))。 這樣,若已有一個(gè)真空吸盤,只需要設(shè)定真空度,就可以計(jì)算吸盤的理論吸吊力(水平提升升力)。 圖3 吸盤的理論吸吊力 表1 吸盤水平提升升力表 4.1.5 吸盤的外形尺寸 吸盤按照外形來分,可以分為三種:平形吸盤、平形帶肋吸盤、深形吸盤。具體結(jié)構(gòu)及尺寸見下圖: 圖4
32、 平形吸盤具體結(jié)構(gòu) 表2 平形吸盤尺寸參數(shù)表 圖5 平形帶肋吸盤具體結(jié)構(gòu) 表3 平形帶肋吸盤尺寸參數(shù)表 圖6 深形吸盤具體結(jié)構(gòu) 表4 深形吸盤尺寸參數(shù)表 4.1.6 真空吸盤的選用 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,被吸持工件為0.5Kg的硒鋼片,故實(shí)際所需水平吸吊力為(安全系數(shù)取4): 本設(shè)計(jì)選用2個(gè)平形吸盤,材料選用丁腈橡膠(N),則每個(gè)吸盤所需提供的吸吊力為9.8N。 根據(jù)上述實(shí)際所需吸吊力,查吸盤水平提升升力表,真空度為500mmHg,選取吸盤直徑為16mm。 綜上,吸盤型號確定為:ZP16UN
33、4.2 真空泵 4.2.1 真空泵的定義 真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。 真空泵可以定義為:利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。 隨著真空應(yīng)用的發(fā)展,真空泵的種類已發(fā)展了很多種,其抽速從每秒零點(diǎn)幾升到每秒幾十萬、數(shù)百萬升。按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分為兩種類型,即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。隨著真空應(yīng)用技術(shù)在生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中對其應(yīng)用壓強(qiáng)范圍的要求越來越寬,大多需要由幾種真空泵組成真空抽氣系統(tǒng)共同抽氣后才能滿足生產(chǎn)和科學(xué)研究過程的要求,由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬,因此任何一種類型的真空泵都
34、不可能完全適用于所有的工作壓力范圍,只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求,使用不同類型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要,有時(shí)將各種真空泵按其性能要求組合起來,以機(jī)組型式應(yīng)用。 4.2.2 真空泵的分類 真空泵分類廣泛,按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分為兩種類型,即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。氣體傳輸泵是一種能使氣體不斷的吸入和排出,借以達(dá)到抽氣目的的真空泵。氣體捕集泵是一種使氣體分子被吸附或凝結(jié)在泵的內(nèi)表面上,從而減小了容器內(nèi)的氣體分子數(shù)目而達(dá)到抽氣目的的真空泵。 氣體輸送泵包括:1、液環(huán)真空泵(水環(huán)式真空泵)2、往復(fù)式真空泵3、旋片式真空泵4、定片式真空泵5、滑閥
35、式真空泵6、余擺線真空泵7、干式真空泵8、羅茨真空泵9、分子真空泵10、牽引分子泵11、復(fù)合式真空泵12、水噴射真空泵13、氣體噴射泵14、蒸汽噴射泵15、擴(kuò)散泵等。氣體捕集泵包括:吸附泵和低溫泵等。工業(yè)中應(yīng)用最多的是水環(huán)式真空泵和旋片式真空泵等。 按其真空度可以分為:粗真空、高真空、超高真空三大類。 4.2.3 真空泵的用途 真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)萜鳎婵毡庙氂星凹壉门浜戏娇墒褂?,在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速,對被抽除氣體中含有灰塵和水蒸汽不敏感,廣泛用于塑料機(jī)械、農(nóng)藥化工、染料化工、磚瓦機(jī)械、低溫設(shè)備、造紙機(jī)械、醫(yī)藥化工、食品機(jī)械、工業(yè)電爐、電子行業(yè)、真空設(shè)備、化肥、冶金、石
36、油、礦山、地基處理等領(lǐng)域。 4.2.4 真空泵選取的注意事項(xiàng) 真空泵的作用就是從真空室中抽除氣體分子,降低真空室內(nèi)的氣體壓力,使之達(dá)到要求的真空度。概括地講從大氣到極高真空有一個(gè)很大的范圍,至今為止還沒有一種真空系統(tǒng)能覆蓋這個(gè)范圍。因此,為達(dá)到不同產(chǎn)品的工藝指標(biāo)、工作效率和設(shè)備工作壽命要求、不同的真空區(qū)段需要選擇不同的真空系統(tǒng)配置。為達(dá)到最佳配置,選擇真空系統(tǒng)時(shí),應(yīng)考慮下述各點(diǎn): 1.確定工作真空范圍 首先必須檢查確定每一種工藝要求的真空度。因?yàn)槊恳环N工藝都有其適應(yīng)的真空度范圍,必須認(rèn)真研究確定之。 2.確定極限真空度 在確定了工藝要求的真空度的基礎(chǔ)上檢查真空泵系統(tǒng)的極限真空度,因
37、為系統(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的最佳工作真空度。一般來講,系統(tǒng)的極限真空度比系統(tǒng)的工作真空度低20%,比前級泵的極限真空度低50%。 3.被抽氣體種類與抽氣量 檢查確定工藝要求的抽氣種類與抽氣量。因?yàn)槿绻怀闅怏w種類與泵內(nèi)液體發(fā)生反應(yīng),泵系統(tǒng)將被污染。同時(shí)必須考慮確定合適的排氣時(shí)間與抽氣過程中產(chǎn)生的氣體量。 4.真空容積 檢查確定達(dá)到要求的真空度所需要的時(shí)間、真空管道的流阻與泄漏。 考慮達(dá)到要求真空度后在一定工藝要求條件下維持真空需要的抽氣速率。 5.主真空泵的選擇計(jì)算 s=2.303v/tlog(p1/p2) 其中: s為真空泵抽氣速率(l/s) 、v為真空室容積(
38、l)、t為達(dá)到要求真空度所需時(shí)間(s)、p1為初始真空度 、p2為要求真空度。 4.2.5 真空泵的選取 本次設(shè)計(jì)采用揚(yáng)子江泵業(yè)生產(chǎn)的2XZ-0.25型真空泵,具體信息及參數(shù)如下: 2XZ系列真空泵為雙級直聯(lián)結(jié)構(gòu),它的工作性能由高壓級與低壓級二部分組成,它的吸入口與真空設(shè)備連接,在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容器內(nèi)的氣體將大量吸入與排出,當(dāng)設(shè)備獲得真空時(shí),高壓級排氣閥封閉,高壓級吸入的氣體將轉(zhuǎn)送到第二級,并經(jīng)第二級吸入與排出,這樣真空設(shè)備可獲得一定的真空,該泵的技術(shù)參數(shù)為610-2,泵與電機(jī)連軸,高轉(zhuǎn)速,外型小,結(jié)構(gòu)緊湊,流動性工作方便。 圖7 2XZ-0.25型真空泵 2XZ型旋片式
39、真空泵性能參數(shù)(本設(shè)計(jì)選取2XZ-0.25型) 型號 2XZ-0.25 2XZ-0.5 2XZ-1 2XZ-2 2XZ-4 2XZ-8 形式 直聯(lián)雙級串聯(lián)旋片式 抽氣速率 升/秒 0.25 0.5 1 2 4 8 極限真空 Pa 610-1 610-2 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1400 進(jìn)氣口直經(jīng) mm Φ10 Φ13 Φ13 Φ19 Φ19 Φ32 用油量 MI 0.3 0.42 0.4 0.48 0.55 0.7 泵油溫升 ℃ 40 40 40 45 45 60 電機(jī)功率 kW 0.12 0.18 0.2
40、5 0.37 0.55 0.75 外型尺寸 毫米 長 400 445 445 478 518 510 寬 125 125 125 148 148 165 高 224 256 256 227 227 282 重量 Kg 15 18 19 27 30 35 噪音 分貝 64 64 66 68 70 74 表5 2XZ型旋片式真空泵性能參數(shù) 5 強(qiáng)度校核 5.1 機(jī)械懸臂的校核 計(jì)算與說明 主要結(jié)果
41、1. 將機(jī)械懸臂簡化為一簡支梁,畫出簡圖。 2. 畫垂直面受力圖,求出垂直面支反力 a.懸臂自重(均載荷) b.吸盤及其附件以及工件 吸盤底座(粗算) 吸盤和吸盤連桿 工件 故,綜上 3. 求出水平面支反力 該懸臂在水平面上不受力,故不予考慮。 4. 求懸臂端點(diǎn)處撓度 由受力分析可知,懸臂端點(diǎn)處的撓度由懸臂自重和端點(diǎn)處所受的合力(吸盤底座、吸盤連桿、吸盤和工件)疊加而成,可分開計(jì)算。 a.只考慮懸臂自重
42、1)懸臂梁的固定端約束了端截面的移動和轉(zhuǎn)動, 故有垂直反力和反作用力偶。 由平衡方程和,求得 2)選取坐標(biāo)系如圖所示。在距原點(diǎn)為x的橫截面的左側(cè),有支反力、和集度為q的均布載荷,但在截面右側(cè)只有均布載荷。所以,宜用截面右側(cè)的外力來計(jì)算剪力和彎矩。 3)匯出剪力圖和彎矩圖。 4)求撓曲線方程 由公式(6.5)(《材料力學(xué)》),得撓曲線的微分方程為 積分得
43、 在固定端A,轉(zhuǎn)角和撓度均應(yīng)等于零,即 當(dāng)時(shí), 把以上邊界條件帶入上述積分方程,得 再將所得積分常數(shù)帶回積分式,得轉(zhuǎn)角方程和撓曲線方 程分別為 查表2.2(《材料力學(xué)》), 45鋼的彈性模量取200GPa
44、 以截面B的橫坐標(biāo)代入以上兩式,得截面B的轉(zhuǎn)角和撓度分別為 為負(fù),表示截面B的轉(zhuǎn)角是順時(shí)針的。也為負(fù),表示B點(diǎn)的撓度向下。 令,,, ,得 a.只考慮端點(diǎn)合力 1)懸臂梁的固定端約束了端截面的移動和轉(zhuǎn)動,故有垂 直反力和反作用力偶。 由平衡方程和,求得 2)選取坐標(biāo)系如圖所示。計(jì)算剪力和彎矩。 3)匯出剪力圖和彎矩圖。 4)求撓曲線方程 由公式(6.5)(《材料力學(xué)》),得撓曲線
45、的微分方程為 積分得 在固定端A,轉(zhuǎn)角和撓度均應(yīng)等于零,即 當(dāng)時(shí), 把以上邊界條件帶入上述積分方程,得 再將所得積分常數(shù)帶回積分式,得轉(zhuǎn)角方程和撓曲線方程分別為 以截面B的橫坐標(biāo)代入以上兩式,得截面B的轉(zhuǎn)角和撓度分
46、別為 為負(fù),表示截面B的轉(zhuǎn)角是順時(shí)針的。也為負(fù),表示B點(diǎn)的撓度向下。 令 ,,, ,得 綜上,懸臂在端點(diǎn)處的撓度為 查表11-6(《機(jī)械設(shè)計(jì)》),軸的許用撓度[y] 懸臂的實(shí)際撓度小于許用撓度,故該懸臂的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。
47、 懸臂的強(qiáng)度足夠 圖8 懸臂受力簡圖、受力圖、剪力圖、彎矩圖
48、 5.2 活塞軸的校核 計(jì)算與說明 主要結(jié)果 抗壓強(qiáng)度校核(活塞處于上升極限位置) 1. 畫活塞軸受力簡圖(6-2-a) 2. 求活塞所受壓力(不計(jì)活塞軸自重) 活塞軸受到的壓力為空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣所提供,其大小為 其中,P為空氣壓縮機(jī)出口壓力 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, D為活塞外徑 3. 求活塞軸的壓縮應(yīng)力 其中,D為活塞軸直徑 4. 查表2.1(材料力學(xué)),45鋼的屈服極限為 5. 結(jié)論 綜上,活塞軸的壓縮應(yīng)力小于其屈服極限,既
49、 故,抗壓強(qiáng)度滿足要求。 抗壓強(qiáng)度校核(活塞處于上升極限位置) 1. 畫活塞軸受力簡圖(6-2-b) 2. 求活塞所受拉力(不計(jì)活塞軸自重) 活塞軸受到的壓力為空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣所提供,其大小為 其中,P為空氣壓縮機(jī)出口壓力 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, D為活塞外徑 3. 求活塞軸的拉升應(yīng)力 其中,D為活塞軸直徑 4. 查表2.1(材料力學(xué)),45鋼的強(qiáng)度極限為 5. 結(jié)論 綜上,活塞軸的拉升應(yīng)力小于其屈服極限,既
50、 故,抗拉強(qiáng)度滿足要求。 抗壓強(qiáng)度滿足要求 抗拉強(qiáng)度滿足要求 圖9 活塞軸受力圖 5.3 軸承校核 圖10 軸承 計(jì)算與說明 主要結(jié)果 〈一〉軸承壽命計(jì)算 1. 計(jì)算軸承轉(zhuǎn)速 軸承在一個(gè)循環(huán)中走過的路程為: 由零件圖上測量得 軸承一個(gè)循環(huán)中的平均時(shí)間為: 根
51、據(jù)工作要求,該機(jī)械手運(yùn)送頻率為32次/秒,則一個(gè)循環(huán)時(shí)間 軸承外圓平均線速度 軸承一個(gè)循環(huán)周期平均轉(zhuǎn)速 2. 求軸承承受的載荷 軸承所受的徑向載荷為空壓機(jī)產(chǎn)生的空氣壓力,不受軸向載荷。即 (具體計(jì)算見活塞軸校核部分) 3. 計(jì)算軸承的當(dāng)量動載荷 因軸承只承受徑向載荷,故其當(dāng)量動載荷為: 4. 查表13-11(機(jī)械設(shè)計(jì),下同),深溝球軸承的基本額定靜載荷為 深溝球軸承的基本額定靜載荷為 5. 軸承壽命計(jì)算 根據(jù)公式12-4 式
52、中,——為溫度系數(shù) ——為載荷性質(zhì)系數(shù) ——為壽命系數(shù),球軸承等于3 查表12-7,軸承工作溫度<120℃時(shí),溫度系數(shù) 查表12-8,軸承受中等沖擊載荷時(shí),載荷性質(zhì)系數(shù)為 ,本計(jì)算取1.5 將以上各系數(shù)代入公式得: 軸承壽命為 軸承壽命4573h,約為半年,故本機(jī)械手每隔半年應(yīng)進(jìn)行一次大修。 〈二〉軸承靜強(qiáng)度計(jì)算 1. 軸承基本額定靜載荷 2. 當(dāng)量靜載荷 由公式 12-16 式中,——分別為軸承所受的徑向載荷和軸向載
53、荷 ——分別為軸承靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷 系數(shù) 查表12-13,對于深溝球軸承 則 若計(jì)算結(jié)果 ,取 所以, 3. 靜強(qiáng)度條件 由公式12-17,靜強(qiáng)度條件為 式中,——基本額定靜載荷,查軸承手冊或設(shè)計(jì)手冊 ——安全系數(shù) 查表12-14,在一般情況下 則, 經(jīng)比較 所以,軸承的靜強(qiáng)度滿足要求。
54、 靜強(qiáng)度滿足要求 5.4 軸承用螺釘校核 圖11 軸承用螺釘 螺釘材料選用20鋼,查閱《材料力學(xué)》得,20鋼的許用切應(yīng)力為 剪切面面積 剪力 則螺釘受力橫截面的切應(yīng)力為
55、 結(jié)論:因 ,所以螺釘?shù)膹?qiáng)度足夠。 6 密封與潤滑 6.1 氣缸的上下端蓋的密封 氣缸上下端蓋的密封均采用O型真空用橡膠密封圈。 O型真空用橡膠密封圈有良好的密封性,壽命長,結(jié)構(gòu)緊湊,拆裝方便。它是一種壓縮性密封圈,同時(shí)又具有自封能力,所以使用范圍很寬,密封壓力可達(dá)100MPa的高壓。如果材料設(shè)當(dāng),溫度范圍為-100~260 ℃。 O型環(huán)裝入密封溝槽后,其截面一般受到15%~30%的壓縮變形。在介質(zhì)壓力作用下,移至溝槽的一邊,封閉需封閉的間隙,達(dá)到密封目的。
56、 圖12 氣缸的端蓋的密封 6.2 活塞的密封 活塞采用O型環(huán)密封。 O型環(huán)結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,密封可靠。O型環(huán)材料一般為橡膠,最高使用溫度為200℃,工作壓力為0.4MPa。 本設(shè)計(jì)中,空氣壓縮機(jī)的出口最大壓力為0.7MPa,壓力較高,為了使密封更加可靠,使用2個(gè)O型環(huán)密封。 圖13 活塞的密封 6.3 活塞軸的密封 活塞軸采用軟填料密封方式密封。 填料密封是用填料堵塞泄露通道,阻止泄露的一種古老的密封形式。填料密封主要用于動密封,也可用于靜密封,廣泛用于各種閥門、泵類,如水泵、真空泵等,泄露率約10~1000mL/h。 軟填料密封
57、在材料上可分為金屬材料、纖維織物填料、橡膠與塑料填料、復(fù)合材料四大類型。填料的選擇方式主要有兩種:根據(jù)填料與被密封流體的適應(yīng)性來選擇填料;根據(jù)填料的使用工況(工作壓力、工作溫度、轉(zhuǎn)速等)來選擇填料。 本設(shè)計(jì)中,密封的流體介質(zhì)為空氣,工作條件為活塞式氣缸,根據(jù)表10.1-35(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?單行本?密封件、密封與潤滑,下同),可選填料材料有:皮革、金屬盤根、PTFE。本次設(shè)計(jì)選擇填料材料為金屬盤根。 根據(jù)密封類型與介質(zhì)壓力,查表10.1-38,填料根數(shù)為5根。 圖14 活塞的密封 6.4 潤滑 潤滑的目的是在機(jī)械設(shè)備相對運(yùn)動的表面間加入潤滑劑以降低摩擦阻力,減少表
58、面磨損和能源消耗,延長使用壽命,保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。潤滑方法有很多,如何根據(jù)各種設(shè)備的實(shí)際情況,合理地選擇和設(shè)計(jì)潤滑的方法、潤滑系統(tǒng)和裝置,對保證設(shè)備具有良好的潤滑狀況和工作性能,具有十分重要的意義。 6.4.1 氣缸活塞潤滑 氣缸活塞的潤滑采用稀油潤滑類中的間歇無壓潤滑的潤滑方法,使用分散潤滑。潤滑裝置:油壺。潤滑原理:利用簧底油壺或其它油壺將油注入孔中,油沿著摩擦表面流散形成暫時(shí)性油膜。 潤滑劑選用的一般原則: 載荷:載荷大或沖擊負(fù)荷較大,適于選用粘度較高,或極壓性能好的潤滑油,錐入度較小或極壓性能好的潤滑脂或固體潤滑劑;載荷小,適于選用粘度較小的潤滑油或錐入度較大的潤滑脂。 速度
59、:速度高,適于選用粘度較小的潤滑油,或錐入度較大的潤滑脂,或固體潤滑劑;速度低,適于選用粘度較大的潤滑油,或錐入度較小的潤滑脂。 溫度:高溫條件下,適于選用粘度較大、閃電較高、油性好以及氧化安定性好的潤滑油,或選用氧化安定性好,滴點(diǎn)較高的潤滑脂,或固體潤滑劑;低溫條件下,適于選用粘度較小,凝點(diǎn)低的潤滑油,或低溫性能好的潤滑脂。 環(huán)境:在潮濕或與水接觸較多的工作條件下,適于選用抗乳化能力強(qiáng)和油性、防滲性較好的潤滑油、脂;在強(qiáng)輻射照和放射性條件下,在人不便于接近的場合、有腐蝕的環(huán)境中,或超高真空條件下,適于選用固體潤滑劑。 工作位置:在潤滑油容易流失的工作表面上,適于選用粘度較大的潤滑油,或
60、稠度大的潤滑脂,或固體潤滑劑。 表面精度:工作表面粗糙,適于選用粘度較大的潤滑油,或錐入度較小的潤滑脂。反之,適于選用粘度較小,或錐入度較大的潤滑油或潤滑脂。 潤滑方式:在循環(huán)潤滑系統(tǒng)中,要求換油期長,易散熱,適于選用粘度小,氧化安定性好、抗泡沫性能好的潤滑油;在集中干油潤滑系統(tǒng)中,適于選用錐入度大的潤滑脂。 根據(jù)活塞工況條件,查表10.3-3(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?單行本?密封件、密封與潤滑),潤滑油選用渦輪蝸桿油(SH0094-1991)。 牌號:L-CKE輕載荷渦輪蝸桿油,一等品。 粘度等級:320(按GB/T 3491-1994) 運(yùn)動粘度為(40℃):288~352 6.4
61、.2 軸承潤滑 軸承潤滑采用干油潤滑類中的連續(xù)無壓潤滑的潤滑方式,使用分散潤滑。這種潤滑方法沒有潤滑裝置,靠人工將潤滑脂填充在機(jī)殼中而實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)表10.3-6 潤滑脂選擇的一般原則(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?單行本?密封件、密封與潤滑,下同)以及表10.3-7 常用潤滑脂的主要重量指標(biāo)及用途,潤滑脂的選擇具體參數(shù)如下: 名稱與牌號:鈣基潤滑脂(GB 491-1987) 稠度等級(NLGI):1號 外觀:淡黃色至暗褐色均勻油膏 滴點(diǎn):不低于80℃ 工作錐入度:310~340 水分:不大于1.5% 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手綜合
62、和運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、金屬工藝學(xué)、熱處理、技術(shù)測量、機(jī)械制圖等知識,它主要是應(yīng)用在那些單調(diào)、頻繁以及具有一定危險(xiǎn)性的操作中用以代替人的勞動進(jìn)行工作。 它的主要優(yōu)點(diǎn)是: 1. 結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,易于維修和拆裝。 2. 工作時(shí)間持久,不會出現(xiàn)人的疲勞,可以重復(fù)不斷的勞動,維持流水線的正常工作。 3. 對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),可以在多粉塵、易燃、易爆、放射性強(qiáng) 等惡劣環(huán)境中工作。 5. 工作效率高,提高勞動生產(chǎn)率的同時(shí)也提高經(jīng)濟(jì)效益。 它的主要缺點(diǎn)是: 1. 通用性差,除了本設(shè)計(jì)任務(wù)的特定用途外,基本無法完成其他機(jī)床的類似加工任務(wù)。 2. 因?yàn)槠涫直圻\(yùn)動采用的是滑
63、槽連桿式,故運(yùn)動精確度不夠高。 3. 吸盤式手部只能吸取盤類及法蘭類沖壓件,無法吸取軸類零件和套筒類零件。 參考文獻(xiàn) [1] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》編委會編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:單行本.連接與緊固.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007 [2] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》編委會編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:單行本.密封件、密封于潤滑.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007 [3] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》編委會編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:單行本.滾動軸承.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007 [4] 楊振寬 主編.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)手冊.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010 [5] 李建功 等主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)
64、出版社,1998 [6] 陸玉等 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 [7] 馬海榮,幾何量精度設(shè)計(jì)與檢測,機(jī)械工業(yè)出版社,2004.1 [8] 柳洪義等.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ).北京:冶金工業(yè)出版社,2002 [9] 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995 [10] 劉文波等.工業(yè)機(jī)器人.沈陽:東北大學(xué)出版社,2007 [11] 殷際英等.關(guān)節(jié)型機(jī)器人.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003 [12] 王天然.機(jī)器人.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [13] 東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》編寫組.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.北京:冶金工業(yè)出版社,1990 [14]
65、 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004 [15] 楊黎明,楊志勤.機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊.北京:國防工業(yè)出版社,2008 [16] Yoram koren. Robots for engineers. New York:McGraw-Hill,1985 [17] Harry Waldman. Dictionary of robots.New York:Macmillan, 1985 [18] Daniel.Bowman. Industrial robots-a practical handbook. Monroeville:international meterial m
66、anagement society, 1976 [19] Chris Morgan. Robots. Berlin:Springer-Verlag,1984 [20] John Hartley. Robot at work. Kempston:IFS,1983 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)知識及個(gè)人能力的一次綜合檢驗(yàn),既鞏固了原有知識,又拓寬了知識面,加深了對機(jī)械設(shè)計(jì)的認(rèn)識,也了解了當(dāng)今世界工業(yè)的發(fā)展趨勢,更進(jìn)一步學(xué)習(xí)了有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)知識,學(xué)到了許多未曾接觸過的知識,增強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。我在設(shè)計(jì)過程中,不僅應(yīng)用了以前所學(xué)過的相關(guān)專業(yè)知識,同時(shí)還查閱了大量的相關(guān)資料和文獻(xiàn),使我對這一領(lǐng)域有了初步的了解和認(rèn)識。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中,我在現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上又充分地發(fā)揮了自己的創(chuàng)造和思維能力,使此產(chǎn)品更加的完善。能將自己學(xué)習(xí)的理論知識真正運(yùn)用到實(shí)際中,讓理論真正的得到檢驗(yàn),這對我們每個(gè)人來說都是一個(gè)十分寶貴而難得的機(jī)會。對實(shí)際中出現(xiàn)的問題用理論解決的能力,也是我們在今后走向工作崗位所十分需要的。通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)了
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