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畢業(yè)設(shè)計---搬運機械手的設(shè)計-在線瀏覽

2025-02-03 19:44本頁面
  

【正文】 角度?。ㄒ话阈∮? 2700) ,并且要求嚴格密封,否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。 ( 3)臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。 臂部運動的目的:把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。因此,一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求,即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降(或俯仰)運動。因此,它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。 屈良鑫 : 搬運機械手設(shè)計 6 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手 ,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。 控制系統(tǒng)分類 在機械手的控制上,有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。主要控制的是坐標位置,并注意其加速度特 性。 (2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的 可靠性、易操作性和可維修性。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。從 94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來,這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一,紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。其中有 130多臺套噴漆機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,弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。在應(yīng)用規(guī)模上,我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約 200臺,約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù),對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計,積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 .我國的智能機器人和特種機器人在“ 863”計劃的支持下,也取得了不少成果。但 是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)用方面則剛剛起步,與國外先進水平差距較大,需要在原有成績的基礎(chǔ)上,有重點地系統(tǒng)攻關(guān),才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品,以期在“十五”后期立于世界先進行 列之 ??? ?7 10中 。在此基礎(chǔ)上,確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對搬運機械手的運動進行了簡單的力學模型分析,完 成了機械手機械方面的設(shè)計工作(包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分)的設(shè)計工作。在機械手的組成上,系統(tǒng)的從執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)以及控制部分三個方面說明。 大學畢業(yè)設(shè)計(論文) 9 2 機械手的總體設(shè)計方案 本課題是輕型平動搬運機械手的設(shè)計及運動仿真。在本章中對機械手的座標形式、自由度、驅(qū)動機構(gòu)等進行了確定。 機械手基本形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài) ,按坐標形式大致可以分為以下 4種 : (1)直角坐標型機械手 。 ( 3)球坐標 (極坐標 )型機械手 。其中圓柱坐標型機械手結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,定位精度較高 ,占地面積小,因此本設(shè)計采用圓柱坐標 ? ?11型 。圖中機械手的任務(wù)是將傳送帶 A上的物 品搬運到傳送帶 B。 屈良鑫 : 搬運機械手設(shè)計 10 本設(shè)計機械手主要由 4個大部件和 5個液壓缸組成:( 1)手部,采用一個直線液壓缸,通過機構(gòu)運動實現(xiàn)手抓的張合。 ( 4)機身,采用一個直線缸和一個回轉(zhuǎn)缸來實現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。因此,機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。 。下面的設(shè)計計算將以次進行。應(yīng)當考慮到在一定的夾緊力下,不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。 ( 3) 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高,在保證本身剛度、強度的前提下,盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,以利于減輕手臂的負載。 典型的手部結(jié)構(gòu) ( 1) 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。 ( 3)平面平移型。 常用的工業(yè)機械手手部 ,按握持工件的原理 ,分為夾持和吸附兩大類。本設(shè)計機械手采用夾持式手指 ,夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移 型。 若 采用典型的平移型手指 , 驅(qū)動力需加在手指移動方向上 ,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復雜且體積龐大。 通過綜合考慮,本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓,采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。 手抓的力學分析 下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學分析:滑槽杠桿 圖 ( a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 由 xF? =0 得 12FF? yF? =0 得 屈良鑫 : 搬運機械手設(shè)計 14 1 2cosFF ?? 39。1 NFF?h cosah ?? F=2 2cosNb Fa ? ( ) 式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離( mm) . ? —— 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力,是設(shè)計手部的主要依據(jù)。一般來說,需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(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)??山瓢聪率焦? 1 bK a??其中 a,重力方向的最大上升加速度; maxvat? 響 maxv —— 運載時工件最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達到最高速度的時間,一般選取 3K —— 方位系數(shù),根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F( N) 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F( N) 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 1 20210 30000 5000 10000 30000 50000 10000 20210 50000 以上 計算:設(shè) a=50mm,b=100mm, 010 ? 040 。 (1) 設(shè) 1 ? 2 1 bK a?? = ?= 3 ? 根據(jù)公式,將已知條件帶入: ? NF =? 1 .0 2 0 .5 5 8 8 4 4 9 .8NN? ? ? ( 2)根據(jù)驅(qū)動力公式 得: ? ? 202 1 0 0 c o s 3 0 4 4 9 .850F ???計 算=1378N ( 3)取 ?? 1378 5FFN?? ? ?計 算實 際 ( 4)確定液壓缸的直徑 D ? ?224F D d p???實 際 選取活塞桿直徑 d=,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P= 1MPa, 屈良鑫 : 搬運機械手設(shè)計 16 ? ? ? 524 4 1 6 2 1 0 . 5 8 70 . 8 1 0 0 . 7 51 0 . 5Fp ?? ???? ? ??實 際 根據(jù)表 ( JB82666),選取液壓缸內(nèi)徑為: D=63mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : D=63? =,選取 d=32mm 手抓夾持范圍計算 為了保證手抓張開角為 060 ,活塞桿運動長度為 34mm。 機械手能否準確夾持工件,把工件送到指定位置,不僅取決于機械手的定位精度(由臂部和腕部等運動部件來決定),而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。βθ 圖 手抓夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。 一般 夾持誤差不超過 1mm,分析如下: 工件的平均半徑: =75mm 手指長 100l mm? ,取 V型夾角 02 120?? 偏轉(zhuǎn)角 ? 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定: 經(jīng)查機械設(shè)計手冊并 計算 Rcp= 當 0R MAX MINRR??S時帶入有: 屈良鑫 : 搬運機械手設(shè)計 18 2 22 2 2m a x m i n0 2 c o s 2 c o s 0 . 6 7 82 s in s in s in s inM A X M A XR R R RR l l l l? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ????? ???? 夾持誤差滿足設(shè)計要求。如圖 所示,計算 ? ?13過 程 如下。 MAXF KCd?? ( ) 大學畢業(yè)設(shè)計(論文) 19 ? ?39。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比 0 74 12Hb D? ? ?,本設(shè)計彈簧是 2端自由,根據(jù)下列選取: 當兩端固定時, ? ,當一端固定;一端自由時, ? ;當 兩端自由轉(zhuǎn)動時,? 。 (8).疲勞強度和應(yīng)力強度的驗算。 現(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定載荷情況下,所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。 本章小結(jié) 通過本章的設(shè)計計算,先對滑槽杠桿式的手部結(jié)構(gòu)進行力學分析,然后分別對滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、夾緊用的彈簧、驅(qū)動力進行計算,在滿足基本要求后,對手部的夾持精度進行分析計算。顯然,腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷,直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。 ( 2)結(jié)構(gòu)考慮,合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu),又承擔連接和支撐作用,除保證力和運動的要求外,要有足夠的強度、剛度外,還應(yīng)綜合考慮,合理布局,解決好腕部與臂部和手部的連接。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇 (1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)?;剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定(一般小于 0270 )。在要求回轉(zhuǎn)角大于 0270 的情況下,可采用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 (3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。 (4) 機 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部的設(shè)計計算 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 夾取工件重量 60Kg ,回轉(zhuǎn) 0180 。 ( 2) 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 M摩 。 ( 3) 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 ??啟 018=,等速轉(zhuǎn) 動角速度 ? ?? 。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力? ? ? ?2 2 2 22 2 6 1 .1 1 7 .3 50 .0 6 6 0 .0 5 5 0 .0 2 2 5MP M p ab R r ?? ? ?? ? ?,選擇 8Mpa 動片靜片 圖 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 屈良鑫 : 搬運機械手設(shè)計 20 表 標準液壓缸外徑( JB106867) ( mm) 液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 鋼P 160Mpa? 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 鋼200P Mpa? 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 圖 缸蓋螺釘間距示意 表 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?,如圖 所示, t 為螺釘?shù)拈g距,間距跟工作壓強有關(guān),見表工作壓力 P( Mpa) 螺釘?shù)拈g距 t(mm) ~ 小于 150 ~ 小于 120 ~ 小于 100 ~ 小于 80 大學畢業(yè)設(shè)計(論文) 21 , 在這種聯(lián)結(jié)中,每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 0 39。sQ Q QF F F??=+=19772N 螺釘材料選擇 Q235, ? ? 240 160 M Pan?? ? ? ?則( ? ) 螺釘?shù)闹睆? ? ?04 QFd ???? ( ) ? ? 04 QFd ???? 64 1 .3 1 9 7 7 2 0 .0 1 5 93 .1 4 1 6 0 1 0 m??????
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