【正文】 用橡膠等平墊圈安裝在連接止口上，構(gòu)成平面密封。設(shè)定軸所傳遞的功率為 P=60W=，則 NdTFmmNnPTt 1348222 66???????????? 所以，齒輪齒條缸的軸向負(fù)載力 NFF t ?? 25 又齒輪齒條缸的平均速度 v=,查《氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)》 表 28，選負(fù)載率 ?? 理論輸出力 NFF ??? ? 齒輪齒條缸的氣缸缸 徑 mmpFD 0 ????? ? 故選取齒輪齒條缸的缸徑 mmD 50? 為保證齒輪齒條的強(qiáng)度，取它們的模數(shù) mm3?齒m 取齒輪的齒數(shù) 30Z ?齒 則齒輪的分度圓直徑 mm90303Zm ???? 齒齒齒輪d 而左回轉(zhuǎn)或右回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角 ??180? 所以，齒輪齒條缸的行程 ???? 齒輪齒 ? 取齒輪的齒寬系數(shù)為 ?? 于是，齒輪的齒寬為 26 d ???? ?齒輪 齒輪齒條缸里的齒輪的零件圖如圖 .1 齒輪齒條缸的齒輪 圖 齒輪齒條缸的齒輪 （ 3）密封設(shè)計(jì) 在氣動(dòng)元件中所采用的密封大致分為兩類(lèi)：動(dòng)密封和靜密封。 上文中多次出現(xiàn)的符號(hào) W1,W2,W3,M1,M2,M3 分別是負(fù)載和力矩的表示符號(hào) 24 具體所表達(dá)的意義如 圖 力矩及負(fù)載示意圖 所示： （ 1）負(fù)載分析 齒輪齒條缸的負(fù)載力 W 在 YZ平面內(nèi)垂直向下，負(fù)載力矩在 YZ 平面內(nèi)順時(shí)針?lè)较蚝?XZ 平面逆時(shí)針?lè)较颉? (1)負(fù)載計(jì)算及氣缸選型 水平無(wú)桿氣缸的重量在 選型參數(shù)里沒(méi)有提供，估算為 kgm 4?水 mNLmLmMmN?????????????????????????????????gg2600LmLmmM2132113工件手水手工件手水工件）（）（）（）（）（ 23 根據(jù) mNW ????? m, 313 ， 查《 SMC 氣動(dòng)元件》（ ）選型如下表 3 ： 表 3 垂直無(wú)桿氣缸選型結(jié)果 元件名稱(chēng)及型號(hào) 機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸（基本型）：MY1B63G200 缸徑 63mm 最大負(fù)載 W1=830N， W2=166N， W3=290N 最大容許力矩 M1=160N (1)負(fù)載計(jì)算及氣缸選型 水平無(wú)桿氣缸所受負(fù)載（暫不考慮連接組件的重量） mNLmLmMNgmW????????????????)()m(2123工件手手工件 根據(jù) NW ? ， mNM ?? 查《 SMC氣動(dòng)元件》（ ），選型如下表 2 ： 表 2 水平無(wú)桿氣缸選型結(jié)果 元件名稱(chēng)及型號(hào) 機(jī)械接觸式無(wú)桿氣缸（基本型）MY1B50G200 缸徑 50mm 最大負(fù)載 W1=700N， W2=140N， W3=200N 22 最大容許力矩 M1=78N ?、缸筒壁厚的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。N tg? ?????? 所以 圖 機(jī)械手爪圖 Rbp 2? N )(490N? (3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : ? 21KKpp ?實(shí)際 ?、因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取 ?? ，并取 ?K 。手指的選擇，是沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定的，一般是根據(jù)具體工況條件而定。 抓手在抓取工件時(shí)，還應(yīng)考慮到抓手張開(kāi)的角度不能影響相鄰工件。 40176。它們工作溫度范圍分別為 20176。吸盤(pán)形狀一般分圓盤(pán)形和波紋形。 它的優(yōu)點(diǎn)有： ，與抓手連接十分簡(jiǎn)便 抓取方式有： 15 主要技術(shù)參數(shù)： ，最大抓取力： 390N；合攏 /打開(kāi)時(shí) 間： ，最大抓取力： 530N；合攏 /打開(kāi)時(shí)間： ，最大抓取力： 250N；合攏 /打開(kāi)時(shí)間： ，最大抓取力： 320N；合攏 /打開(kāi)時(shí)間： ②真空吸盤(pán) 目前，在傳輸和裝配生產(chǎn)線上，使用真空吸盤(pán)來(lái)抓取物體的例子越來(lái)越多，應(yīng)用真空技術(shù)可很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開(kāi)、傳遞等搬運(yùn)功能。 (3)氣動(dòng)機(jī)械手手指及真空吸盤(pán) 氣動(dòng)機(jī)械手抓取動(dòng)作最終是由手指來(lái)完成的。 ④與同類(lèi)電動(dòng)機(jī)相比，重量只有電動(dòng)機(jī)的三分之一到十分之一，因此，其慣量小，啟動(dòng)停止快。過(guò)載時(shí)，轉(zhuǎn)矩降低或停車(chē)，過(guò)載 消除后立即恢復(fù)正常工作， 14 不會(huì)產(chǎn)生故障 ②可以無(wú)級(jí)調(diào)速。葉片式氣馬達(dá)制造簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，但低速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，低速性能不好，適宜性能要求低或中功率的機(jī)械。擺動(dòng)氣缸常用作氣動(dòng)機(jī)械手的手臂，在其上連接氣動(dòng)手指。另外，葉片在行程終端也由彈性緩沖墊緩沖。擺動(dòng)角度在 0176。方形活塞桿能在擺動(dòng)馬達(dá)的葉片軸槽里滑動(dòng)，即葉片的擺動(dòng)通過(guò)方形活塞桿來(lái)傳動(dòng)。 13 沖擊氣缸整個(gè)工作行程可簡(jiǎn)單地分成三個(gè)階段：復(fù)位段，儲(chǔ)能段，沖擊段。 ④沖擊氣缸 沖擊氣缸是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為活塞組件的動(dòng)能，利用此動(dòng)能去做功的執(zhí)行元件。它可以是單作用式，也可以是雙作用式。 無(wú)桿氣缸缸徑范圍為 2563mm，行程可達(dá) 10mm?；钊麅啥朔謩e進(jìn)、排氣，活塞將在缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。 12 圖 普通型單活塞桿雙作用氣缸 ②無(wú)活塞桿氣缸 無(wú)桿氣缸沒(méi)有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，無(wú)桿氣缸由缸筒，防塵和抗壓密封件，無(wú)桿活塞，左右端蓋，傳動(dòng)舌片，導(dǎo)架等組成。缸筒在前后缸蓋之間由 四根拉桿和螺母將其連接鎖緊（圖中未畫(huà)出）。其中活塞式又分為單活塞式和雙活塞式，單活塞式有有活塞桿和無(wú)活塞桿兩種。 氣動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。這些動(dòng)作歸結(jié)起來(lái)可分解成以下幾個(gè)基本動(dòng)作： （ 1）水平方向手臂的伸縮移動(dòng) （ 2）垂直方向高度的上升、下降移動(dòng) （ 3）繞某一個(gè)軸線（如 Z 軸）的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) （ 4）手腕的旋轉(zhuǎn) （ 5）手指的夾緊，放松 能實(shí)現(xiàn)以上四個(gè)基本動(dòng)作的氣動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 ： 11 圖 氣動(dòng)機(jī)械手框架圖 系統(tǒng)共有四個(gè)氣缸，從下到上，從左到右依次是：旋轉(zhuǎn)氣缸，該氣缸是立柱的回轉(zhuǎn)缸，他實(shí)際上是個(gè)組合氣缸，是由兩個(gè)氣缸的組合中間以齒輪條杠連接兩缸的活塞，然后再主立軸的下端套上一個(gè)直齒圓柱齒輪，與氣缸齒輪條杠?chē)Ш?，把活塞的直線運(yùn)動(dòng)改變成立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)立柱的回轉(zhuǎn)。 ④垂直氣缸以 、下降動(dòng)作，行程為 300mm，緩沖長(zhǎng)度為 20mm。 ③氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)，繪出動(dòng)作程序圖， XD 線圖，邏輯原理圖，氣動(dòng)回路原理圖。 3 研究?jī)?nèi)容，擬解決的問(wèn)題及設(shè)計(jì)要求 (1)本課題的研究?jī)?nèi)容 ①確定機(jī)械手的總體方案 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境布局以及氣動(dòng)機(jī)械手的特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)的的總體方案，分析 并 9 解決存在的技術(shù)難題。 目前在世界上日本、美國(guó)和歐盟氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)機(jī)械手方面 最為領(lǐng)先。 20世紀(jì) 70年代，液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為 9:1，而 30 多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國(guó)家，該比例已達(dá)到 6:4，甚至接近 5:5。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán) 隨著工業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展和氣動(dòng)技術(shù)本身的一些優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng) 機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng)化的各個(gè)行業(yè)。 90 年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。這種機(jī)械手也稱(chēng)第二代機(jī)械手。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ) 知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 （ 2）可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。這樣一來(lái)不僅提高了生產(chǎn)力，而且為生產(chǎn)力大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和難度，為生產(chǎn)提供了基本保障。 由于時(shí)間倉(cāng)促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒(méi)來(lái)得及解決的問(wèn)題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評(píng)指正并予以解決。 本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)用氣動(dòng)機(jī)械手，機(jī)械手 可以實(shí)現(xiàn)在 X、 Z 兩個(gè)坐標(biāo)方向上的移動(dòng)、繞 Z軸的回轉(zhuǎn)，手部可以加緊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要 即可建立起所需的壓力和速度。 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)介質(zhì)提取和處理方便。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門(mén)的重視。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展 ,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱 ,無(wú)人車(chē)間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以下，在同樣抓 重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 (3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)， 2 機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。 該氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)部分：總體方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及元件選型和機(jī)械手氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí) 現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)，因此很適合在工業(yè)領(lǐng)域特別是那些環(huán)境比較差溫度高，多震動(dòng)、噪聲大，灰塵多以及輻射等不適于人類(lèi)長(zhǎng)期工作的環(huán)境中工作。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng) 化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 （ 3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直 接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。 50～ 60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 8090 年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。 從 各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，近 30 多年來(lái)，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。隨著微電子技術(shù)、 PLC 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 由于氣動(dòng)機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)機(jī)械手將越來(lái)越廣泛地進(jìn)人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。根據(jù)功能和尺寸要求匹配合適的氣缸，設(shè)計(jì)機(jī)械手基座、各氣缸之間連接關(guān)節(jié)等裝置。 ③水平氣缸以 ，行程為 200mm，緩沖長(zhǎng)度為 20mm。 二． 總體方案設(shè)計(jì) 在總體方案里，氣動(dòng)機(jī)械手將模擬人手的部分動(dòng)作，按預(yù)先給定的程序、軌跡和工藝要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)，完成工件的上料或卸料。夾緊氣缸，機(jī)械手抓的夾緊與放松，用以實(shí) 現(xiàn)機(jī)械手的手爪取放物件。氣缸按結(jié)構(gòu)形式分為兩大類(lèi)：活塞式和膜片式。氣缸由缸筒，前后缸蓋，活塞，活塞桿，密封件和緊固件等零件組成。磁性環(huán)用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使活塞接近磁性開(kāi)關(guān)時(shí)