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機械創(chuàng)新設(shè)計之氣動機械手-在線瀏覽

2024-08-10 04:46本頁面
  

【正文】 回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為1200176。/s。除了運動速度以外,手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。過大的伸縮行程和工作半徑,必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。根據(jù)統(tǒng)計和比較,該機械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm,手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂升降行程定為150mm?!?77。二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):抓重10公斤 (夾持式手部)5公斤 ( 氣流負壓式吸盤)自由度數(shù)4個自由度坐標型式圓柱坐標最大工作半徑1500mm手臂最大中心高1380mm手臂運動參數(shù)伸縮行程 600mm伸縮速度 500mm/s升降行程 200mm升降速度 300mm/s回轉(zhuǎn)范圍 0176?;剞D(zhuǎn)速度 90176?!?180176。/s手指夾持范圍棒料 : 80~150mm片料 : 面 Z定位方式行程 開 關(guān) 或可調(diào)機械擋塊等定位精度l1,緩沖方式液壓緩沖器氣壓傳 動1控制方式點位程序控制(采用PLC)圖2 6機械手的工作范圍第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計為了使機械手的通用性更強,把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu),當工件是棒料時,使用夾持式手部:當工件是板料時,使用氣流負壓式吸盤。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時,就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小,結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,應(yīng)用廣泛。(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時,除考慮工件重量外,還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動,以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開,若夾持不同直徑的工件,應(yīng)按最大直徑的工件考慮。(三)保證工件準確定位為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置,必須根據(jù)被抓取工件的形狀,選擇相應(yīng)的手指形狀。(四)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外,還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響,要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形,當應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊,自重輕,并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上,以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。b=120mm, R=24mm,摩擦系數(shù)為f= 。氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。缸筒壁厚的設(shè)計缸筒直接承受壓縮空氣壓力,必須有一定厚度。氣流負壓式吸盤是利用吸盤(即用橡膠或軟性塑料制成皮腕)內(nèi)形成負壓將工件吸住。氣流負壓式與鉗爪式手部相比較,氣流負壓式手部具有結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,表面吸附力分布均勻,但要求所吸附表面平整光滑、無孔和無油。在本機械手中,擬采用噴射式氣流負壓吸盤。因此,在最簡單的情況下,低流速(高壓強)截面的噴嘴應(yīng)當具有大面積,而高流速(低壓強)截面的噴嘴應(yīng)當具有小面積。為了使噴嘴出口處的壓力低于Pk,必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段,這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速,并在該處建立低壓區(qū)域,使C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走,如C處形成密封空腔,就可使腔內(nèi)壓力下降而形成負壓。圖 3 4 所示為可調(diào)的噴射式負壓吸盤結(jié)構(gòu)圖。當間隙太小時,噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低,因而降低了抽氣速率。因此,間隙要適宜,最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調(diào)節(jié), 以便噴嘴有效地工作。下面計算吸盤的直徑.吸盤吸力的計算公式為:P=式中:P——吸盤吸力(N),本機械手的吸盤吸力為50N,故P=50N。——吸盤吸附工件在起動時的安全系數(shù),可取K,月22,在此取=。若板料間有油膜存在則要求吸附力大些。另外工件從模具取出時,也有摩擦力的作用, 同 時 還應(yīng)考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產(chǎn)生的慣性力影響。在此,取=2 :——方位系數(shù),吸盤垂直吸附時,則=1/f,f為摩擦系數(shù),橡膠吸盤吸附金屬材料時,~。在此,取=:== (cm)第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮到機械手的通用性,同時由于被抓取工件是水平放置,因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。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,因而它具有獨立的自由度,以使機械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。由于本機械手抓取的工件是水平放置,同時考慮到通用性,因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。它的結(jié)構(gòu)緊湊,但回轉(zhuǎn)角度小于3600,并且要求嚴格的密封。 圖41 手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算:M= M+ M+ M+Mcm (41)式中 : M——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(Kg﹒cm)。M—— 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn) 動 軸 線 所 產(chǎn)生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒cm),.M—— 手 腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg﹒cm)。下面以圖41所示的手腕受力情況,分析各阻力矩的計算:手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩M若手腕起動過程按等加速運動,手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為,起動過程所用的時間為△t,則:M= ()若手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為,起動過程所轉(zhuǎn)過的角度為△,則:M= ()式中: J——參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ns)。cm若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合,其轉(zhuǎn)動慣量J,為:J——工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ns)。——工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm),——手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s)?!饎舆^程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。e——手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm).當工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時,則=0 .手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩MM=式中: d、d——手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm)。R、R——軸頸處的支承反力(N),可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解,根據(jù)得:Rl+Gl=Gl+ Gl同理,根據(jù)得:R=式中: G——手部的重量(N)l、l——如圖41所示的長度尺寸(cm).回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M,與選用的密襯裝置的類型有關(guān),應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。推動輸出軸作逆時4回轉(zhuǎn),則低壓腔的氣從b孔排出。單葉J氣缸的壓力p和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為: (49)或: 圖42 回轉(zhuǎn)氣缸簡圖式中: M 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩(N﹒cm)。R 缸 體 內(nèi)壁 半徑(cm)。b— 動 片 寬度 (cm).上述驅(qū)動 矩和壓力的關(guān)系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。手臂的回轉(zhuǎn)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。手臂的伸縮是直線運動,實現(xiàn)直線往復(fù)運動采用的是氣壓驅(qū)動的活塞氣缸。同時 , 氣 壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時,為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動,以保證手指的正確方向,并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用,以增加手臂的剛性,在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時,必須采用適當?shù)膶?dǎo)向裝置。在本機械手中,采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置,它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。雙作用式氣缸1的缸體固定,當壓縮空氣分別從進出氣孔c, e進入雙作用式氣缸1的兩腔時,空心活塞套桿6帶動手腕回轉(zhuǎn)缸5和手部一同往復(fù)移動。在雙作用式氣缸1缸體上方裝置著導(dǎo)向桿2,用它防止活塞套桿6在做伸縮運動時的轉(zhuǎn)動,以保證手部的手指按正確的方向運動。在雙作用式氣缸1的兩個接氣管口c, ,通過調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊4的位置而達到。在附圖中所示的接氣管口a、b是接到手腕回轉(zhuǎn)氣缸的。直線氣缸1內(nèi)的三根氣管采用了伸縮氣管結(jié)構(gòu),其特點是機械手外觀清晰、整齊,并可避免氣管的損傷,但加工工藝性較差。氣壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時,為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動,以保證手指的正確方向,并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用,以增加手臂的剛性,在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時,必須采用適當?shù)膶?dǎo)向裝置。目前常采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等,在本機械手中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。在單桿活塞氣缸中,由于氣缸的兩腔有效工作面積不相等,所以左右兩邊的驅(qū)動力和壓力之間的關(guān)系式不一樣。P摩——摩擦阻力(包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸壁之間的摩擦阻力)(N)。P背——氣 缸 非工 作腔壓力(即背壓)所造成的阻力(N),若非工作腔與油箱或大氣相連時,則 P背 =0 。手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱升降缸活塞軸升降缸體3,碰鐵可調(diào)定位塊定位拉桿緩沖撞鐵定位塊聯(lián)接盤13和導(dǎo)向桿14等組成。當J, K兩面接觸時而定位。最大可調(diào)行程為170mm,緩沖行程根據(jù)抓重和手臂移動速度的要求亦可調(diào)整,其范圍為1530mm,故上升行程最大值為200mm。實現(xiàn)機械手手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式是多種多樣的,常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)、連桿機構(gòu)等。當壓縮空氣通過管路分別進入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時,推動動片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)軸通過平鍵而帶動升降氣缸活塞軸、定位塊聯(lián)接盤、導(dǎo)向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)柱等同步回轉(zhuǎn)。手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來密封,密封性能較好,對氣缸孔的機械加工精度也易于保證。手臂回轉(zhuǎn)角度的大小,通過調(diào)整兩塊回轉(zhuǎn)定位塊8和回轉(zhuǎn)中間定位塊9的位置而定。氣缸為標準氣缸,根據(jù)中國煙臺氣動元件廠的《產(chǎn)品樣本》可估其質(zhì)量,同時測量設(shè)計的有關(guān)尺寸,得知伸縮部分夾緊物體時其質(zhì)量為70kg,:S=則上料時:F=F + ==1540(N)下料時:F=F + ==935(N)考慮安全因素,應(yīng)乘以安全系數(shù)K=則上料時: F==1850 (N)下料時: F==1120 (N)氣缸的直徑根據(jù)雙作用氣缸的計算公式:其中: F——活塞桿伸出時的推力,NF——活塞桿縮入時的拉力d——活塞直徑,mmP——氣缸工作壓力,Pa代入有關(guān)數(shù)據(jù),得:當推力做功時:==(mm)當拉力做功時:D=(~)(4F/=(~)=(mm)圓整后,取D=100mm活塞桿直徑的計算根據(jù)設(shè)計要求,此活塞桿為空心活塞桿,目的是桿內(nèi)將裝有3根伸縮氣管。因此,必須使推力負載(氣缸工作負載F與工作總阻力F之和)小于極限力F。有關(guān)公式為:式中: L——活塞桿計算長度,mK——活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑,空心桿,md——空心活塞桿內(nèi)孔直徑,mA——活塞桿橫截面面積,空心桿,mf——材料強度實驗值,對鋼取f=a——系數(shù),對鋼a=1/5000代入有關(guān)數(shù)據(jù),得:==573(KN)推力負載為:代入有關(guān)數(shù)據(jù),得: ==3142(N)所以,安全。4,缸筒壁厚計算根據(jù)公式:式中P為實驗壓力,取P==材料為ZL3,則[]=3MPa,則:==10 mm取12 mm.、升降用液壓緩沖器手劈伸縮 、升降用的是兩級節(jié)流阻尼的液壓緩沖器,其工作原理相同,結(jié)構(gòu)略有差異,手臂伸縮用液壓緩沖器結(jié)構(gòu)和工作原理如附圖所示。當手臂運動到定位前的減速位置時(對于伸縮運動定位前的2040mm。當活塞桿5的活塞堵住油口A時,左腔的油液經(jīng)油口B和節(jié)流閥c流到右腔,油液繼續(xù)受阻,手胃繼續(xù)減速并最后定位。28mm。第一級緩沖的阻尼力可分別調(diào)節(jié)節(jié)流閥a, b來實現(xiàn),第二級緩沖的阻尼力可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥c來實現(xiàn)(見緩沖工作原理圖)。擋塊氣缸1的活塞桿作為中間位置定位用,其動作由雙電磁鐵滑閥A控制。圖示為手臂回轉(zhuǎn)中間定位塊在某工位即將碰到擋塊氣缸活塞桿時的位置。經(jīng)實踐使用,效果較好。在第二段行程2440mm范圍時,調(diào)節(jié)阻尼螺釘,阻尼力約為7001000N 。它的氣源是由空氣壓縮機(~ Pa) 通過快換接頭進入儲氣罐,經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器,進入各并聯(lián)氣路上的電磁閥,以
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