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立式精鍛機自動上料機械手及其控制系統(tǒng)設計-在線瀏覽

2025-03-02 15:48本頁面
  

【正文】 據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭,以適應操作需要。(2)手臂手臂有無關節(jié)和有關節(jié)手臂之分本課所做的機械手的手臂采用無關節(jié)臂手臂的作用是引導手指準確的抓住工件,并運送到所需要的位置上。本課題所做的機械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左轉、右轉三個方向的定位均采用行程開關控制,以保證定位的精度。軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機構的支架。其中以液壓氣動用的最多,占90%以上,電動、機械驅動用的較少。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動;利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉運動。缺點是需要配備壓力源,系統(tǒng)復雜成本較高。一般采用46個大氣壓,個別的達到810個大氣壓。缺點是出力小,體積大。為了減少停機時產(chǎn)生的沖擊,氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構或緩沖機構?,F(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力,用大減速比減速器來驅動執(zhí)行機構;直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構;有的采用直線電動機。電氣驅動的優(yōu)點是動力源簡單,維護,使用方便。機械驅動只用于固定的場合。它的優(yōu)點是動作確實可靠,速度高,成本低;缺點是不易調整??刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求,設計采用數(shù)字順序控制。 應用機械手的意義隨著科學技術的發(fā)展,機械手也越來越多的地被應用。其他部門,如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。,避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中,用人手直接操作是有危險或根本不可能的,而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè),使勞動條件得以改善。,并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應用機械手代替人進行工作,這是直接減少人力的一個側面,同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作,這是減少人力的另一個側面。綜上所述,有效的應用機械手,是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢第二章 系統(tǒng)設計方案 機械手的設計參數(shù)抓重:60kg;自由度數(shù):4個;坐標形式:圓柱坐標;最大工作半徑:1700毫米;手臂最大中心高:2300毫米;手臂運動參數(shù);手臂伸縮范圍:0~500毫米手臂伸縮速度:伸出176毫米每秒;縮回233毫米每秒;手臂升降范圍:0~600毫米;手臂升降速度:上升102毫米每秒;下降152毫米每秒;手臂回轉范圍:00 ~2000 (實際使用為950);手臂回轉速度:630每秒;手腕運動參數(shù):手腕回轉范圍:00~1800;手腕回轉速度:2010每秒;手指夾持范圍: Φ30Φ120毫米;緩沖方式及定位方式:手臂伸縮:伸出時由行程開關適時切斷油路,手臂緩沖,縮回時由行程開關控制返回終了位置。手臂回轉:采用行程節(jié)流閥(雙向使用)減速緩沖,用定位油缸驅動定位銷而定位。驅動方式:液壓控制方式:點位程序控制 機械手的工藝流程待料(起始位置;手爪閉合;待夾料立放)→插定位銷→手臂前伸→手爪張開→手爪夾料→手臂上升→手臂縮回→手腕回轉180度→拔定位銷→手臂回轉95度→插定位銷→手臂前伸→手爪松料→手爪閉合→手臂下降→手腕反轉(復位)→拔定位銷→手臂復位→待料卸荷 機械手的總體結構本機械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。驅動系統(tǒng)包括動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。 機械手的工作過程立式精鍛機和自動上料機械手等的配置如圖241所示。成水平位置,由丙烷切割裝置6將兩端切齊,切割完畢,轉換機械手5的手臂再水平回轉87176。自動上料機械手3在此精鍛生產(chǎn)線上可以完成取料、喂料和變換工位等動作。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉運動,因此,采用圓柱座標型式。 機械手的手部結構方案設計為了使機械手的通用性更強,把機械手的手部結構設計成可更換結構,當工件是棒料時,使用夾持式手部。因此,手腕設計成回轉結構,實現(xiàn)手腕回轉運動的機構為回轉液壓缸。手臂的回轉和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的,立柱的橫向移動即為手臂的橫移。 機械手的驅動方案設計由于液壓壓傳動系統(tǒng)的動作迅速,反應靈敏,阻力損失和泄漏較小,成本低廉因此本機械手采用液壓壓傳動方式。當機械手的動作流程改變時,只需改變PLC程序即可實現(xiàn),非常方便快捷。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節(jié),對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。工作時,一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。手指開閉范圍的要求與許多因素有關,如工件的形狀和尺寸,手指的形狀和尺寸,一般來說,如工作環(huán)境許可,開閉范圍大一些較好。因此,在設計手部時,必須力求結構簡單,重量輕,體積小。此種結構較為簡單,制造方便。 圖32油缸示意圖右腔推力為FP=(π/4)D178。2510179。N′ () 其中 N′=498N=392N,:F1=(2b/a)(cosα′)178。)178。 =經(jīng)圓整取l=25mm確定“V”型鉗爪的L、β。則偏轉角β按最佳偏轉角來確定,查表得:β=22186。/sWmin=30186。=6025178。/s手部工作壓強P= F1/S=3500/= () 腕部是聯(lián)結手部和臂部的部件,腕部運動主要用來改變被夾物體的方位,它動作靈活,轉動慣性小。要求:回轉177。角速度W=45186。設重力集中于離手指中心200mm處,即扭矩M1為:M1=FS ()=10=(NM) F摩=300(N)(估算值)S=20mm (估算值)M摩= F摩S=6(NM) ()()T=Pb(ΦA1178。)106/8 ()其中: b—葉片密度,這里取b=3cm;ΦA1———擺動缸內徑, 這里取ΦA1=10cm;Φmm———轉軸直徑, 這里取Φmm=3cm。Φmm 178。178。Φmm 178。Φmm178。178。/s =27ml/s手臂是機械手的主要執(zhí)行部件。臂部運動的目的,一般是把手部送達空間運動范圍內的任意點上,從臂部的受力情況看,它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動、靜載荷,而且自身運動又較多,故受力較復雜。所以在選擇合適的導向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。=1004800mm179。m179。所以代入公式()得: P=(F+F摩)/S =(30+1000)/π40178。驗算腕部擺動缸:T=PD(ΦA1178。)ηm106/8 ()W=8θηv/(ΦA1178。)b ()式中:η m—機械效率取: ~ηv—容積效率取: ~所以代入公式()得:T=(178。)106/8 =(NM)代入公式()得:W=(827106)(178。) =Wπ/4≈因此,取腕部回轉油缸工作壓力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s圓整其他缸的數(shù)值:手部抓取缸工作壓力PⅠ=2Mpa 流量QⅠ=120ml/s小臂伸縮缸工作壓力PⅠ= 流量QⅠ=1000ml/s機身的直接支承和傳動手臂的部件。因此,臂部的運動愈多,機身的結構和受力情況就愈復雜,機身既可以是固定式的,也可以是行走式的,臂部和機身的配置形式基本上反映了機械手的總體布局。臂部配置于機座立柱中間,多見于回轉型機械手。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉。手臂的回轉由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉帶動了機身的旋轉,從而達到了自由度的要求。帶動臂部升降運動的電機安裝在肋板上,帶動機身回轉的電機安裝在混凝土地基上。采用B級絕緣,外殼防護等級為IP44,冷卻方式為I(014)即全封閉自扇冷卻,額定電壓為380V,額定功率為50HZ。/s n=1/6轉/秒=10轉/分由于齒輪 i=3減速器 i=30所以n=10330=900轉/分選擇Y90L6型籠型異步電動機電動機采用B級絕緣。如圖37 Y90L6電動機技術所示:圖3=7 Y90L6電動機技術減速器的原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。初選WD80型圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為38siMnMo調質蝸輪的材料為ZQA194中心矩a=80Msq=11 ()傳動比I=3010ˉ179。m178。螺桿的材料選擇:從經(jīng)濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。mm[σ]——螺桿材料的許用應力 所以代入公式()得:σ= (4200178。+3(200179。 = (2495/ d1178。+3(179?!?0~50106=(2495/ d1178。+3(179?!?00~25001012 =6225025/d14+11236/d16≤900~25001012 =6225025d12+11236≤900d161012=6225025+11236≤9001012即16471pa<535340pa合格(2)、剪切強度Z=H/P=160/6 (旋合圈數(shù)) ()τ=F/πd1bz () =200(160/6)103 =103pa =<[τ]=40Mpa(3)、彎曲強度σb=3Fh/πd1b2z =32003/π(160/6) =<[σ]=45Mpa合格第四章 機械手的液壓系統(tǒng)設計液壓系統(tǒng)相對于機械傳動來說,是一門新興的技術。由于液壓傳動具有許多突出的優(yōu)點,因而目前已廣泛的應用在工、農業(yè)機械、機床、交通運輸、路地行走設備、船舶控制、火炮控制、飛機、導彈等各方面。液壓系統(tǒng)工作是,液壓泵把電動機傳來的回轉式機械能轉變成油液的壓力能:油液被輸送到液壓缸(或液壓馬達)后,又由液壓缸(或液壓馬達)把油液的壓力能變?yōu)橹本€式(或回轉式)的機械能輸出。液壓系統(tǒng)必須滿足其執(zhí)行元件在力和速度方面的要求。因此液壓系統(tǒng)的由壓力(簡稱系統(tǒng)的壓力,下同)大小取決于外界負載。另外,活塞或工作臺的運動速度(簡稱系統(tǒng)的速度,下同)取決于單位時間通過節(jié)流閥進入液壓缸中油液的體積即流量。流量為零,系統(tǒng)的速度亦為零。 液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)由以下五個部分組成:(1)動力元件 它是將原動機輸入的機械能轉換為液壓能的裝置。(2)執(zhí)行元件 它是將液體的壓力能轉換為機械能的裝置,以驅動部件。(3)控制調節(jié)元件 控制調節(jié)元件是指各種閥類元件,它們的作用是控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力、流量和方向,以保證執(zhí)行元件完成預期的工作運動。(5)工作介質 在液壓系統(tǒng)中使用液壓油(通常為礦物油)。有以下特點:(1)能方便的進行無級調速,調速范圍大。一方面,在相同輸出功率的前提下,其體積小、重量輕、慣性小、動作靈敏,這對于液壓自動控制系統(tǒng)有重要的意義。(3)控制和調節(jié)簡單、方便、省力,易實現(xiàn)自動化控制和過載保護。(5)因為傳動介質為油液,故液體元件有自我潤滑作用,使用壽命長。(7)可以采用大推力的液壓缸和大扭矩的液壓馬達直接帶動負載,從而失去了中間的減速裝置,使傳動簡化。同時,由于油液并不是不可以壓縮的,油管等也回產(chǎn)生彈性變形,所以液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴格的場合。(3)熱 在能量轉換和傳遞過程中,由于存在機械摩擦、壓力損失、泄漏損失,因而易使油液
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