【正文】 表 氣路元件表 序號(hào) 型號(hào)規(guī)格 名稱(chēng) 數(shù)量 1 QF44 手動(dòng)截止閥 1 2 儲(chǔ)氣罐 1 3 QL1(P22402) 分水濾氣器 1 4 QTYaL10(P22396) 減壓閥 1 5 QY1(P22406) 油霧器 1 6 XQ251041AC 二位五通電磁換向閥 1 7 XQ250441AC 二位五通電磁換向閥 1 。 根據(jù)計(jì)算出了空氣壓縮機(jī)的壓力和流量，可以進(jìn)行對(duì)各個(gè)閥進(jìn)行選擇。 1 D T61 91 82 0EDCBA1 21 11 09 D T1 0 D T 9 D T1 01 21 11 391 0 D T 8 D T 7 D T 6 D T1 2 3452 D T3 D T74 D T5 D T81 51 4 1 6 1 7 圖 在圖 中， A 缸為齒輪齒條回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)， B 缸為立柱升降缸， C 缸為伸縮缸， D 缸為手腕回轉(zhuǎn)缸， E 缸為夾緊缸。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 控制回路設(shè)計(jì) 23 7 控制回路設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖 圖 所示為該機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。m) 總力矩 M驅(qū) =M慣 +M磨 =+ =67(Nm) 考慮軸承、油封之間的摩擦力，設(shè)定一定的 摩擦系數(shù) k=， M摩 =k 則驅(qū)動(dòng)力 20 2G p R??? 622 0. 4 10 3. 14 0. 02 5? ? ? ? ? =3140（ N） 驅(qū)動(dòng)力矩0 2DMG?? =3140? =157(N 手臂運(yùn)行角速度 ? =90176。 1 2 1齒條 2齒輪 圖 手臂雙氣缸齒輪齒條機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 初步選取 兩氣缸 型號(hào) 為 QGA，內(nèi)徑設(shè)為 50mm，半徑 R=25mm，查氣缸技術(shù)規(guī)格表，氣缸行程 l1≤ 300mm， 齒輪直徑初步選用 D=100mm， 齒輪軸旋轉(zhuǎn) 0～ 180176。的旋轉(zhuǎn)。在基座上安裝齒輪齒條旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使手臂達(dá)到 0176。 手臂升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 氣缸初選 QGA型氣缸， 氣缸 行程 為 40mm，氣缸內(nèi)徑 選 為 D=100mm， 半徑 R=50mm，壓強(qiáng) P=，則驅(qū)動(dòng)力 20G p R??? = 620. 4 10 3. 14 0. 05? ? ? =3140(N) 尺寸校核 1）測(cè)定手腕的質(zhì)量為 20kg，則重力 G=mg =20? 10 =200（ N） 2）設(shè)加速度 a=5m/s2， 則慣性力 1G ma? =20? 5 =100(N) 3）考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) k=，則 1mG k G?? =? 100 =10（ N） ∴ 總受力 1pmG G G G? ? ? =200+100+10 =310（ N） 0pGG? 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求。 K1K 向2 1導(dǎo)向裝置 2定位裝置 圖 手臂結(jié)構(gòu)圖 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮氣缸的尺寸設(shè)計(jì) 查看氣缸標(biāo)準(zhǔn)系列表， 尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用 QGAⅡ 型氣缸 ，尺寸系列初選內(nèi)徑為 φ 50，壓力為 時(shí)輸出力為 78N，行程范圍 0～ 500mm，選行程 l=500mm，該氣缸各項(xiàng)參 數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 手臂設(shè)計(jì)及計(jì)算 19 手臂在升降過(guò)程中，為了減少慣量，在直線氣缸上裝有雙向緩沖裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。 手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本課題所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手手臂采用一個(gè)直線氣缸實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮，采用直線氣缸實(shí)現(xiàn)手臂的升降 。 3） 臂部應(yīng)滿足工作要求 。 在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 ； （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離 ； （ 3） 合理布置作用力的位置和方向 ； （ 4） 注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) ； （ 5） 提高配合精度。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮 與 升降。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 手臂設(shè)計(jì)及計(jì)算 18 5 手臂設(shè)計(jì)及計(jì)算 手臂部件是機(jī)械手的主要握 持部件。m） ∴ M驅(qū) = M慣 +M偏 +M摩 +M封 =+++ =（ Nm） （ 4）回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封 ，與選用的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。m) （ 2） 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì) 轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為 M偏 ，考慮手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合， e1=0，夾持工件一端時(shí)工件重心偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 e3=50mm， 則 M偏 = G1 e 1+ G3 e 3 =10 10 0+5 10 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 =（ Nm2) 假如工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，對(duì)于長(zhǎng) l=100mm的棒料來(lái)說(shuō)，最大偏心距 e1=50mm，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ： 211cJ J m e?? 5 ? ? ? =(kgm) 2）尺寸校核 （ 1)測(cè)定參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 m1=10kg， 分析部件的質(zhì)量分布情況， 質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 r=50mm 的圓盤(pán)上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ： 212mrJ? 210 ?? =(kgmm， 氣缸運(yùn)行角速度 ω=45176。 3176。 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 1）尺寸設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)缸型號(hào) 初 選為 QGB1100， 氣缸 直 徑為 D1=100mm， 中心軸直徑 d1=26mm， 氣 缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 b=100mm， 葉片數(shù)目為 1，擺動(dòng)角度 180176。單葉氣缸的壓力 P驅(qū)動(dòng)力矩 M的關(guān)系為 ： 22()2pb R rM ?? 或222()Mp b R r? ? 式中： M— 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩 P— 回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力 R— 缸體內(nèi)壁半徑 r— 輸出軸半徑 b— 動(dòng)片寬度 圖 上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式 是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。 當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時(shí) ， 推動(dòng)輸出軸作逆時(shí) 4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b孔排出。 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖 所示，定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。 （ 3） 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M 封 M封 = 21()2 ABf R d R d? 式中 ： d1， d2— 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑 (cm)； F— 摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f=，對(duì)于滑動(dòng)軸承 f=； RA、 RB — 處的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解， 根據(jù) ΣMA（ F） =0， 得 ； 3 3 2 2 1BR l G l G l G l? ? ? 1 1 2 2 3 3B G l G l G lR l??? 同理，根據(jù) ΣM B(F) =0， 得 ： 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 1 1 2 2 3 3( ) ( ) ( )A G l l G l l G l lR l? ? ? ? ?? 式中 ： G2— 的重量 (N) l， l1， l2， l 3— 如圖 (cm)。cm)； M封 — 手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片 、 缸徑 、 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩(Ncm)； 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 M 慣 — 慣性力矩 (N 圖 。并且要求嚴(yán)格的密封 。由于本機(jī)械 手抓 取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞 X軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) ， 應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸 ， 因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 4 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。cos46176。一般夾持誤差不超過(guò) 1mm， 分析如下： 工件的平均半徑 ： Rcp= 24090? =65mm， 手指長(zhǎng) l=50mm， 取 V 型夾角 2? =120176。 βθ 圖 手爪 夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件 ， 把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。 ≈ 50mm ?機(jī)械手的夾持半徑從 25～ 50mm。 時(shí)，如圖 （ b） 所示，最大夾持半徑 R2計(jì)算如下： R2=50 30tg? 176。 活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為 17mm。 （ 1） 設(shè) K1= K2=1+ab =1+ ? = K3= 根據(jù)公式 ， 將已知條件帶入 ： ? FN=? ? ? 50= （ 2） 根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得 ： Fm= ?? os100502 2 ??? = （ 3） 取 η= F= ??mF= （ 4） 選取 氣壓缸 初選 氣 壓缸 型號(hào)為 QGX，其 內(nèi)徑 D=12mm，工作壓力 ～ ，介質(zhì)溫度 5℃ ～60℃，當(dāng)壓力為 MPa 時(shí)，理論輸出力為 50N，行程范圍 6～ 60mm，滿足設(shè)計(jì)要求。 可近似按下式估 K2=1+ ab10 ， K3 — 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇 ； G — 被抓取工件所受重力 （ N） 。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載 荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。 ? — 工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。11FF?? 由 ?M (F)=0 得 39。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 αααα αα (a) (b) 1— 手指 2— 銷(xiāo)軸 3— 杠桿 圖 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 在杠桿 3 的作用下，銷(xiāo)軸 2 向上的拉力為 F，并通過(guò)銷(xiāo)軸中心 O 點(diǎn)，兩手指 1 的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為 F1 和 F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線 OO1 和 OO2 并指向 O點(diǎn) ,交 F1 和 F2 的延長(zhǎng)線于 A 及 B。滑槽式杠桿式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定心精度與滑槽的制造精度有密切關(guān)系。杠桿形手指 1的一端裝有 V 形指，另一端開(kāi)有長(zhǎng)滑槽。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手 手爪 閉和，在驅(qū)動(dòng)力作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手 爪 張開(kāi)。顯然是不合適的 ， 因此不選擇這種類(lèi)型。平移型手 指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng) ， 這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 適于夾持平板方料 ， 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 ， 其理論夾持誤差零。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體 ， 不適合用