簡易機械手機械結構設計

1、精品文檔機電工程學院專業(yè)綜合課程設計說 明 書課題名稱：簡易機械手機械機構設計學生姓名：沈柳根學號：20110611119專業(yè)：機械電子工程班級：11 機電成績：指導教師簽字：2015年1月5日-精品文檔摘要簡易機械手是工業(yè)機械手的簡化， 功能相似，而工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新的技術， 是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產自動化實踐相結合的產物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 工業(yè)機械手是提高生產過程自動化、改善勞動條件、 提高產品質量和生產效率的有效手段之一。工業(yè)機械手設計是機械制造、機械設計和機械電子工程等專業(yè)的一個重要教學環(huán)節(jié)，是學完技術基礎課及有關專業(yè)課以后的一

2、次專業(yè)課程內容得綜合設計。 通過設計提高學生的機械分析與綜合能力、 機械結構設計的能力、 機電液一體化系統(tǒng)設計的能力，掌握實現(xiàn)生產過程自動化的設計方法。通過對于氣動機械手的設計， 展現(xiàn)了各個相關學科知識在這里的整合， 有利于理解專業(yè)知識。關鍵詞： 簡易機械手；結構設計；氣動-精品文檔目錄摘要 .錯誤 ! 未定義書簽。1設計任務介紹及意義 . .11.1設計任務意義： .11.2設計任務要求介紹： .12總體方案設計 . .32.1結構分析 . .32.3設計簡介 . .33機械傳動結構設計 . .53.1傳動結構總體設計 .53.2手指氣缸的設計 .63.3縱向氣缸的設計 .123.4橫向氣缸

3、的設計 .134 最終圖紙 .154.1裝配圖 .155總結 .16參考文獻. .17-精品文檔1 設計任務介紹及意義1.1 設計任務意義：通過課程設計培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，提高分析和解決問題能的一個重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設計是建立在專業(yè)基礎課和專業(yè)方向課的基礎的，是學生根據所學課程進行的工程基本訓練，課程設計的意義在于：1培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論和專業(yè)知識，獨立進行機電控制系統(tǒng)（產品）的初步設計工作，并結合設計或試驗研究課題進一步鞏固和擴大知識領域。2通過設計，培養(yǎng)學生獨立的機械整機設計能力，樹立正確的設計思路，掌握機電一體化機械產品設計的基本方法和步驟， 為自動化機械設計打下良

4、好的基礎。3培養(yǎng)學生掌握機電產品設計的一般程序方法，進行工程師基本素質的訓練。4樹立正確的設計思想及嚴肅認真的工作作風, 同時最大限度的培養(yǎng)了學生分工協(xié)作完成大型設計的能力。1.2 設計任務要求介紹：1. 基本要求：（ 1）總體設計：針對具體的原理方案，通過對動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進行總體設計，最后給出機械系統(tǒng)的裝配圖（ A1 一張）。（ 2）根據要求，撰寫設計說明書 1 份。(3 ）設計選題分組進行，每位同學采用不同方案（或參數(shù)）獨立完成；2該機械手的功能：機械手的初始位置停在原點，啟動后，機械手將下降 加緊工件上升右移再下降放松工件再上升左移八個動作，完成一個工作周期（如圖 1 所示

5、）。3任務要求：執(zhí)行元件：氣動氣缸；運動方式：直角坐標；4主要設計參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程 400 mm；運動負載質量 50 kg ；移動速度控制 0.2 m/s 。-精品文檔圖 1 搬運任務-精品文檔2 總體方案設計2.1 結構分析機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。1-夾緊氣缸；2-縱向氣缸；

6、 3-橫向氣缸；4-常開手部5-固定支架導軌（2 個）； 6-彈簧圖 2 方案一示意圖2.2設計任務要求介紹可以看出：圖示為 地面固定式， 氣缸 2 固定在地面上的固定臺上，可以上下移動；-精品文檔氣缸 3 通過與導軌相連，可以在水平方向移動。氣缸 1 采用的是靠彈簧恢復的單作用氣缸，它與手爪構成了一套常閉式夾緊裝置。-精品文檔3 機械傳動結構設計3.1 傳動結構總體設計本方案的機械設計中重在氣缸的設計，氣缸 1 的作用是物品的抓緊和釋放，氣缸 2 的作用是實現(xiàn)物料縱向的提升與下降，氣缸 3 的作用是實現(xiàn)物料的橫向移動。對氣缸結構的要求一是重量盡量輕 ，以達到動作靈活、運動速度高、節(jié)約材料和動

7、力，同時減少運動的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運動精度和定位精度氣缸的設計流程圖如圖4 所示圖 4 氣缸設計流程圖氣缸按結構特征分類如圖5單活塞桿氣缸是各類氣缸中應用最廣的一種氣缸。由于它只在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側承受氣壓作用 的面積不等，因而活塞桿伸出時的推力大于退回時的拉力。雙活塞桿氣缸活塞兩側都有活塞桿，兩側受氣壓作用的面積相等， 活塞桿伸出時的推力和退回時的拉力相等。單作用氣缸是由一側氣口供給氣壓驅動活塞運動，依靠彈簧力、外力或自重等作用返回；而雙作用氣缸是由兩側供氣口交替供給氣壓使活塞作往復運動。結合課程設計的方案，夾緊氣缸 1 選擇單作用氣缸，依靠彈簧力恢復；縱向氣缸 2

8、選擇單作用氣缸，靠重力恢復；橫向氣缸 3 選擇雙作用氣缸-精品文檔圖 5 氣缸結構分類3.2 手指氣缸的設計-精品文檔圖 6 手指氣缸結構圖（ 1）夾緊力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據。必須對其大小、方向和作用點進行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產生的載荷( 慣性力或慣性力矩 )，以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下式計算：式中錯誤 ! 未找到引用源。 安全系數(shù)，通常取1.2-2.0 ；錯誤 ! 未找到引用源。 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可用下式估算其中 a 運載工件時重力方向的最大升加速度g 重力

9、加速度 g=9.8錯誤 !未找到引用源。 方位系數(shù)，根據手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定。-精品文檔f 摩擦系數(shù)G選取工件所受的重力（N）設錯誤 !未找到引用源。 為 1.5，錯誤 ! 未找到引用源。將已知條件代入得：（ 2）氣缸的內徑根據手指的幾何關系得：由設計任務可以知道，要驅動的負載大小位 100Kg，考慮到氣缸未加載時實際所能輸出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負載率：(氣缸的實際負載F氣缸的理論負載F 0 )100%由液壓與氣壓傳動技術表11-1 ：取 =0.45根據氣缸的結構得：D- 活塞直徑，

10、m；d- 活塞桿直徑， m；P- 許用壓力 , Pa ；Ft - 彈簧反作用力， N錯誤 ! 未找到引用源。-精品文檔估算時取 d=0.3D,錯誤 ! 未找到引用源。 =40N, P=0.5 錯誤 !未找到引用源。 。代入上式得：按照 GB/T2348-1993 標準進行圓整，取D=80 mm（ 3）活塞桿直徑由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm-精品文檔(4) 缸筒長度的確定：缸筒長度 S=L+B+20L 為活塞行程； B 為活塞厚度活塞厚度 B=0.20D= 0.20 錯誤 ! 未找到引用源。 80=16mm 由于氣缸的行程 L=200mm ,所以 S=L+B+20=236 m

11、m（ 5）氣缸筒的壁厚的確定 :由液壓氣動技術速查手冊知：一般氣缸缸筒與內徑之比錯誤 ! 未找到引用源。 /D1/10 ，其壁厚通常按薄壁筒公式計算：Pb - 實驗壓力，一般取 Pb =1.5p(p 為氣缸工作壓力 ) ， Pa ； p - 缸筒材料的許用應力， Pa ， p = b /S ；b - 材料的抗拉強度， Pa ；S- 安全系數(shù)， S>=68。通常計算出的壁厚往往很薄， 考慮機械加工工藝性， 往往將缸筒壁厚適當加厚，且盡量選用標準內徑和壁厚的鋼管與鋁合金管。 下圖所列缸筒壁厚可供參考。-精品文檔假設所選材料為無縫鋼管，則由表知(6)氣缸耗氣量的計算：氣缸的耗氣量是指氣缸往復運

12、動時所消耗的壓縮空氣量。 耗氣量大小與氣缸的性能無關， 但它是選擇空壓機排氣量的重要依據。As P PaQ maxtv . pa(7)氣缸的進、排氣口計算通常氣缸的進、排氣口的直徑大小與氣缸速度有關，根據ISO-15552、ISO-7180。氣缸的進、排氣口的直徑見下表（ISO 標準規(guī)定）氣缸直徑3240506380氣口尺寸汽缸直徑100125150200250氣口尺寸汽缸直徑320氣口尺寸-精品文檔查此表可知，氣缸的進、排氣口的規(guī)格為錯誤 ! 未找到引用源。3.3 縱向氣缸的設計由設計方案可以知道，縱向氣缸 1 不僅要承受負載 50kg 的重量，還要承受氣缸 3 及手指部分的重量，假設此重量

13、為負載的十分之一，即 5kg。則縱向氣缸實際的負載 F=539N。進一步求的理論負載 FO F / 539/ 0.45 1198 錯誤 ! 未找到引用源。（ 1）氣缸的內徑由公式 錯誤 !未找到引用源。 得：D 1.18 /FO11981.18 /58mmP95 X 106查表后得： D=63mm。（ 2）活塞桿直徑由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=18.9 mm查表后得： d=20mm(3) 缸筒長度的確定：缸筒長度 S=L+B+20L 為活塞行程； B 為活塞厚度活塞厚度 B=(0.20 錯誤 ! 未找到引用源。 0.25)D= 0.20 錯誤 ! 未找到引用源。63=13mm由于氣缸

14、的行程L=400mm ,所以 S=L+B+20=433 mm（ 4） 氣缸筒的壁厚的確定選用無縫鋼管為材料，查表得：(5) 氣缸耗氣量的計算Q max( D 2 d 2)V Xppa3.5 X10 3Dpa-精品文檔(6) 氣缸的進、排氣口計算查表可知，氣缸的進、排氣口的規(guī)格為錯誤 ! 未找到引用源。3.4 橫向氣缸的設計(1) 氣缸的內徑根據機械手結構關系得：?。?=0.2 ， g=9.8得：錯誤 ! 未找到引用源。 =130(近似 )根據氣缸的結構得：估算時取 d=0.3D,錯誤 ! 未找到引用源。 P=0.5 錯誤 !未找到引用源。 。代入上式得：按照 GB/T2348-1993 標準進

15、行圓整，取D=50 mm(2)活塞桿直徑由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=15 mm查表得： d=16mm（ 3）缸筒長度的確定：缸筒長度 S=L+B+20L 為活塞行程； B 為活塞厚度活塞厚度由于氣缸的行程L=400mm ,所以 S=L+B+20=430 mm（ 4）氣缸筒的壁厚的確定 :假設所選材料為無縫鋼管，則由表知-精品文檔（ 5）氣缸耗氣量的計算： 錯誤 ! 未找到引用源。Q maxppa(D 2 d 2)V XDpa（ 6）氣缸的進、排氣口計算查表可知，氣缸的進、排氣口的規(guī)格為 錯誤 ! 未找到引用源。4 最終圖紙-精品文檔4.1 裝配圖最終圖紙如圖7 所示：圖7裝配圖5 總

16、結-精品文檔課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識, 發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題 ,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié), 是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。通過此次課程設計 , 暴露出了平時學習當中存在的問題: 學習不夠深入 , 了解不透徹 ,導致在做課程設計的過程中, 經常對一些基本的知識點弄混. 這次課程設計是畢業(yè)設計前最后的一次練兵, 對我來說非常有意義。機械手高效的工作效率， 準確的定位精度， 以及簡單的結構及控制方式是人手不能替代的，機械手的使用也將越來越廣泛。回顧起此次課程設計， 令我仍感慨頗多。 一周的時間說長不長， 說短也不短，在這一周里讓我學會了本課程在實際生活中的用途，學會了同學之間的互助團結，學會了怎樣克服困難。付出了不少時間和精力，但學到了很多很多東西。通過本次課程設計， 從課題的選擇到項目的最終完成， 老師都始終給予我們細心的指導和不懈的支持。 我在老師的精心指導和嚴格要求下， 獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力， 這對我今后進一步學習這方面的知識有極大的幫助。 在此謹向各位老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一