【正文】 3. 垂直氣缸的計算及選型?????????????????? 4. 齒輪齒條缸的設計計算?????????????????? 5. 軸的結構設計、強度校核及軸承的壽命校核????????? 四 .機械手氣動控制系統(tǒng)的設計????????????????? 1. 氣動機械手的動作過程 ??????????????? ?? 2. 機械手的控制要求 ??????????????????? 3..氣壓驅動系統(tǒng)設計 4. PLC 的選擇和 I/O 口的分配 控制程序設計 五 工作總結??????????????????????????? 六 致謝?????????????????????????????? 參考文獻????????????????????????????? 一 . 緒論 1. 課題來源、目的及意義 由于現(xiàn)在在外面實習，也去了幾家的工廠，很多工廠工作環(huán)境差，條件有限 6 對于這種惡劣環(huán)境下工人們需要人工控制或者利用其他一些方法作為工具來搬運重物，而且都是一些機械的工作，我們完全可以利用機械手等機械來代替工人，從而高效率可靠的完成任務而且減輕工人的勞動強度。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實 現(xiàn)無級調速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點，因此很適合在工業(yè)領域特別是那些環(huán)境比較差溫度高，多震動、噪聲大，灰塵多以及輻射等不適于人類長期工作的環(huán)境中工作。 本課題是設計一個氣動機械手裝置，用以搬運體積大，重量大，溫度高，有輻射等工業(yè)生產(chǎn)原材料或成品。應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動 化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。 （ 3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應用機械手代替人手進行工作，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)地工作，這是減少人力的另一個側面。 綜上所述，有效地應用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。由于通用機械手的應用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。目前國內外對發(fā)展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。 50～ 60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。如尤尼曼特 (Unimate)機械手即屬于這種類型。 8090 年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。 90年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術等的快速發(fā)展，機械手技術也得到飛速的多元化發(fā)展。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。 80 年代以來，氣動技術的運用領域快速擴展，特別是在各種自動化生產(chǎn)線上得 8 到廣泛應用。 從 各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近 30 多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。隨著微電子技術、 PLC 技術、計算機技術、傳感技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展與應用，氣動技術已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一。我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚，但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大，我國自主研制的許多氣動機械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。 由于氣動機械手有結構簡單、易實現(xiàn)無級調速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點，氣動機械手將越來越廣泛地進人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領域。最后根據(jù)考慮的技術方案確定機械手的總體結構、功能和預期完成的動作。根據(jù)功能和尺寸要求匹配合適的氣缸，設計機械手基座、各氣缸之間連接關節(jié)等裝置。 (2)擬解決的問題 解決機械手的機械結構的設計問題，要求機械手結構簡單、經(jīng)濟并具 具體有：氣缸的計算及選型，氣動控制， PLC 程序的設計與編寫。 ③水平氣缸以 ，行程為 200mm，緩沖長度為 20mm。 ⑤抓手夾緊、松開工件的時間都 是 。 二． 總體方案設計 在總體方案里，氣動機械手將模擬人手的部分動作，按預先給定的程序、軌跡和工藝要求實現(xiàn)自動抓取、搬運，完成工件的上料或卸料。左上的伸縮氣缸是機械手手臂的伸縮缸，用以實現(xiàn)手臂的伸長與縮回。夾緊氣缸，機械手抓的夾緊與放松，用以實 現(xiàn)機械手的手爪取放物件。它包括氣缸和氣馬達。氣缸按結構形式分為兩大類：活塞式和膜片式。下面簡單介紹幾種典型氣缸的結構與特點。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?；钊c活塞桿相連，活塞上裝有密封圈、導向環(huán)及磁性環(huán)。磁性環(huán)用來產(chǎn)生磁場，使活塞接近磁性開關時發(fā)生信號，即在普通氣缸上安裝磁性開關就成為可以檢測氣缸活塞位置的開關氣缸。拉制而成鋁氣缸筒沿軸向方向開槽，為防 止內部壓縮空氣泄露和外部雜物侵入，槽被內部抗壓密封件和外部防塵密封件密封。無桿活塞的兩端帶有唇形密封圈。該運動通過缸筒槽的傳動舌片被傳遞到承受負載的導架上。因此，傳動舌片與導架組件在氣缸上移動時無壓縮空氣泄露。這種氣缸最大的有點是節(jié)省了安裝空間，特別適用于小缸徑長行程的場合。 ③膜片式氣缸 膜片式氣缸由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等主要零件組成。其膜片有盤形膜片和平膜片兩種，多數(shù)采用夾織物橡膠材料。這種氣缸適用于氣動夾具、自動調節(jié)閥及短行程的工作場合。沖擊氣缸有缸筒、中蓋、活塞和活 塞桿等主要零件組成。中蓋的中心開有噴嘴口。 沖擊氣缸的用途廣泛，可用于鍛造、沖壓、鉚接、下料、壓配、破碎等多種作業(yè)?；钊囊粋仁菆A形活塞桿，另一側是方形活塞桿。采用這種雙活塞桿結構的擺動氣缸，結構簡單，能同時分別實現(xiàn)直線和擺動 運動。擺動角度有電感式傳感器檢測。 270176。 因擺動氣缸的可調擋塊裝置和葉片之間是分開的，所以作用在擋塊上的沖擊力可由固定擋塊或自調式緩沖器吸收。為了便于調節(jié)，角度標尺安裝在背面?；钊麠U端部有連接其它元件的內螺紋和半圓鍵。 (2)氣馬達 氣馬達的分類及特點 氣馬達是利用壓縮空氣的能量實現(xiàn)旋轉運動的機械。最為常用的是葉片式氣馬達和活塞式其馬達。目前在礦山機械及風動工具中應用普遍。 由于使用壓縮空氣作為工作介質，氣馬達有以下特點： ①有過載保護作用。控制進氣流量，就能調整馬達的功率和轉速。 ③具有較高的啟動轉矩，可直接帶負載啟動。 ⑤適宜于惡劣環(huán)境使用，具有防火、防爆，耐潮濕、粉塵及振動的優(yōu)點。 ⑧耗氣量大，效率低，噪聲大。手指主要有手指氣缸和 真空吸盤兩種結構，在抓取異型、特殊工件時也有用膜片夾緊氣缸、氣囊來抓取工件的。它有平行手指 HGP，擺動手指 HGW，旋轉手指 HGR及三點手指 HGD。需要說明的是，這里提到的真空不是指由電動機、真空泵等一系列輔助設備所組成的真空系統(tǒng)，而是指有壓縮空氣進入真空發(fā)生器的噴嘴后，按照文 丘里原理在真空發(fā)生器內產(chǎn)生的負壓（最高可達 88KPa）。 真空吸盤可以吸持平整光滑的工件表面，它的最小直徑為 1mm，最大直徑為 125mm（可以制作大于 125mm的吸盤）。圓盤真空吸盤一般用于吸取平整的工件，而波紋形真空吸盤吸取的工件表面允許有輕微不平、彎曲或傾斜。真空吸盤由丁晴橡膠、聚氨酯或硅橡膠等材料組成，其中硅橡膠真空吸盤可用于食品工 業(yè)。到 +80176。到 +60176。到 +200176。對于平板的抓取，通常較多使用真空吸盤，而對于長方形、圓形物體，既可采用抓手又可采用真空吸盤來完成。 A. 水平方向的伸縮移動， 、下降移動 都可選擇普通型單活塞桿雙作用氣缸或無桿氣缸，但是考慮到無桿氣缸能夠節(jié)省安裝空間， 又適合于小缸徑長行程的場合，定位精度高，于是在本方案里選用無桿氣缸。 D. 手指的夾緊，放松 可選擇平行手指氣缸，擺動手指氣缸，旋轉手指氣缸，三點手指氣缸和真空吸盤。對于平板的抓取，通常較多使用真空吸盤，而對于方形、圓形的物體，通常 使用手指氣缸來完成。 綜合以上分析，執(zhí)行元件的初步選擇如下表 1： 表 1 執(zhí)行元件的初步選擇 方案所要實現(xiàn)的功能 初選執(zhí)行元件類型 水平方向的伸縮移動 無桿氣缸 垂直方向的上升、下降移動 無桿氣缸 繞某一個軸線（如 Z軸）的回轉運動 齒輪齒條缸 手指的夾緊，放松 平行手指氣缸 由以上初選的執(zhí)行元件類型，組成總體的方案圖 如圖 ： 17 圖 總體方案圖粗略圖 三 . 設計計算及元件設計選型 手部驅動力計算 本課題氣動機械手的手部結構如圖 ： 其工件重量 G=10公斤， 手指的活動角度， mmRmmb 24120 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f 18 (1)根據(jù)手部結構的傳動示意圖，其驅動力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 : )( ?? ?? tgN )(50 )42560(39。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 )( Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為 N3126 。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為 : zt FFPDF ??? 421 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 19 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預壓縮量， m s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設計中，必須考慮負載率 ? 的影響，則 : tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關數(shù)據(jù)，可得 ?fG nDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 20 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關手冊圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 滿足實際 設計要求。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : ][2/ ?? pDP? 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內徑， mm pP 實驗壓力，取 PPp ? , Pa 材料為 :ZL3,[? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? )( )1032/(1066565mm? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : )( mmD ???? 21 二．水平無桿氣缸的計算及選型 無桿氣缸與普通氣缸的結構與工作原理并不相同。 而無桿氣缸的設計計算選型則是按照另一套流程： ①按圖 8 力矩及負載示意圖計算出相應的力矩及負載； ②根據(jù)計算所得 出的力矩及負載查樣本《 SMC 氣動元件》，選型無桿氣缸； ③列出無桿氣缸的基本參數(shù)，以供后面使用。 m,M2= m 接管方式 單邊接管 行程 200mm，無調程裝置 接管口徑 3/8 (2)動作時間計算 stttstsatsmsa5 0 01 8 0/211222???????????????? (3)耗氣量計算 sLsmppptAsqaav/