氣缸畢業(yè)設(shè)計(jì)論文整理

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目 氣壓與凸輪組合傳動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)二0一一年六月一日摘 要隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。文章主要敘述了凸輪傳動(dòng)與氣動(dòng)結(jié)合的機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)流水線上，機(jī)械手得到了廣泛的應(yīng)用，大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化，精細(xì)化。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高科技技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有可不斷重復(fù)工作、能在條件比較惡劣的環(huán)境下

2、工作、載重量大、定位精確等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手受到了許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。關(guān)鍵詞：新型裝置；機(jī)械化；自動(dòng)化AbstractWith the needs of the development of industrial automation, manipulator in industrial application in more and more important. This paper mainly describes the design process of manipulator. In the industrial production line, manipu

3、lator a wide range of applications, enhanced the production of automation and refinement. Manipulator is mechanized, automatic production process in developing a new device together. In recent years, with electronic technology, especially the wide application of electronic computers, robot has becom

4、e the development and production of high-tech technology developed quickly in a new technology, it is the development of the manipulator promote more, make manipulator with to better achieve organic combination of mechanization and automation. As though the manipulator as flexible hands, but it has

5、may repeat work, is poor in conditions can work under conditions, load, etc, so precise position by many departments, manipulator attention to, and has been applied more and more widely. Keywords: new device; Mechanization; automation 目 錄引 言1第一章、總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成21.1 原始數(shù)據(jù)2.2 工作要求：2.3 系統(tǒng)組成2.4務(wù)介紹及意義第二章、機(jī)械手的

6、氣動(dòng)控制部分22.2氣控設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)2.2液壓傳動(dòng)的工作特性32.3液壓系統(tǒng)的組成32.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn)3第三章、機(jī)械手直動(dòng)型弧面凸輪控制部分4結(jié)束語8參考文獻(xiàn)9致 謝10引 言氣動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段。氣壓傳動(dòng)的介質(zhì)來自于空氣，環(huán)境污染小，工程容易實(shí)現(xiàn)，所以其言傳動(dòng)四一種易于推廣普及的實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)在機(jī)械、化工、電子、電氣、紡織、食品、包裝、印刷、輕工、汽車等各個(gè)制造行業(yè)，尤其在各種自動(dòng)化生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)線中得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提高了制造業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。氣動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，引起了世界各國產(chǎn)業(yè)界的普遍重視，氣動(dòng)行業(yè)已成為工業(yè)國家發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。

7、間歇傳動(dòng)是自動(dòng)機(jī)械和半自動(dòng)機(jī)械常見的機(jī)械傳動(dòng)方式之一，其作用是使設(shè)備中某些構(gòu)件產(chǎn)生周期性的運(yùn)動(dòng)和停歇。近年來，自動(dòng)機(jī)械手發(fā)展很快，純機(jī)械的機(jī)械手，在可靠性,價(jià)格方面具有優(yōu)越性。弧面凸輪機(jī)械手作為一種新型機(jī)械手，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、成本低、精度高的點(diǎn)，在現(xiàn)代生產(chǎn)上仍具有十分重要的地位。本設(shè)計(jì)將氣控傳動(dòng)和間歇傳動(dòng)這兩種現(xiàn)代機(jī)械中重要的傳動(dòng)方式結(jié)合一起實(shí)現(xiàn)兩者性能取優(yōu)，完成在一定工作要求下的機(jī)械手運(yùn)作。第一章 總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成1.1 原始數(shù)據(jù)負(fù)載重量：10kg重復(fù)定位精度：±0.1mm自由度：4（x1的移動(dòng)，y1軸的移動(dòng)，x2軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，y2軸的移動(dòng)）X1：氣臂的左右平移Y1：氣臂

8、的上下移動(dòng)X2：凸輪臂左右平移Y2：凸輪臂上下移動(dòng)各軸最大運(yùn)動(dòng)速度：氣缸工作移動(dòng)速度控制3m/min。凸輪每半個(gè)周期0.5s1.2 工作要求：機(jī)械手的工藝流程：一區(qū)工作：機(jī)械手原點(diǎn)氣控部分使機(jī)械手下移機(jī)械手抓取并夾緊（裝貨）氣控使機(jī)械手后移機(jī)械手松開（卸貨）氣控使機(jī)械手上移氣控使機(jī)械手前移回氣缸原點(diǎn)（此時(shí)凸輪控制部分工作完成前半個(gè)周期運(yùn)作，到達(dá)二區(qū)）二區(qū)工作：氣缸在原點(diǎn)氣控部分使機(jī)械手下移機(jī)械手抓取并夾緊（裝貨）氣控使機(jī)械手后移機(jī)械手松開（卸貨）氣控使機(jī)械手前移回氣缸原點(diǎn)（此時(shí)凸輪控制部分工作完成后半個(gè)周期運(yùn)作，到達(dá)一區(qū)，即機(jī)械手原點(diǎn)）。如下圖： 凸輪控制部分氣動(dòng)控制裝貨卸貨卸貨裝貨一區(qū)二區(qū)1

9、122機(jī)構(gòu)簡圖1.3 系統(tǒng)組成本基械手系統(tǒng)由機(jī)體，傳送機(jī)構(gòu)，動(dòng)力源和控制裝置四部分組成。其中機(jī)體由凸輪機(jī)構(gòu)組成 （氣缸裝于凸輪手臂上）；傳送機(jī)構(gòu)主要由伸縮臂及抓緊機(jī)構(gòu)所組成；動(dòng)力源由氣壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)（電機(jī)驅(qū)動(dòng)）；控裝置主要由自動(dòng)控制（感控制驅(qū)動(dòng)凸輪電機(jī)的停止與運(yùn)行）和動(dòng)控制兩部分組成。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義通過課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高分析和解決問題能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計(jì)是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)的，是學(xué)生根據(jù)所學(xué)課程進(jìn)行的工程基本訓(xùn)練，課程設(shè)計(jì)的意義在于：1培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)（產(chǎn)品）的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)

10、或試驗(yàn)研究課題進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大知 識(shí)領(lǐng)域。2培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍以及編寫技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。3培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。4樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。 第二章機(jī)械手的氣動(dòng)控制部分2.1氣控設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)該機(jī)械手的功能：將貨物自動(dòng)放到坐標(biāo)位置（300，300）處，并延時(shí)1分鐘等待卸貨，然后返回原點(diǎn)位置，延時(shí)1分鐘等待裝貨。2.1.2任務(wù)要求：執(zhí)行元件：氣動(dòng)氣缸；運(yùn)動(dòng)方式：直角坐標(biāo)；控制方式：PLC控制；控制要求：位置控制；主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程800 mm；運(yùn)動(dòng)負(fù)載質(zhì)量100

11、kg；移動(dòng)速度控制3m/min。2.1.3具體步驟如下：（1）先根據(jù)參考資料，確定合適的設(shè)計(jì)方案。（2）通過計(jì)算、分析設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的參數(shù)：氣缸的內(nèi)徑、壁厚，活塞桿的直徑，耗氣量的計(jì)算，驗(yàn)算設(shè)計(jì)結(jié)果，導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)元件的選擇，管路設(shè)計(jì)，底座的設(shè)計(jì).（3）根據(jù)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，完成機(jī)械系統(tǒng)的主要部件圖。（4）應(yīng)用啟動(dòng)原理圖，設(shè)計(jì)控制電路，編寫控制程序，繪制電氣控制電路原理圖。1. 安裝于凸輪臂上(氣動(dòng)部分機(jī)身) 2.水平臂3.豎直臂4.夾緊手圖1.氣動(dòng)機(jī)械手示意圖參閱各種氣壓設(shè)計(jì)書籍和論文，對(duì)照設(shè)計(jì)任務(wù)要求，并通過對(duì)以前學(xué)習(xí)過的課程進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)出的氣動(dòng)機(jī)械手的示

12、意圖如圖1所示。機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)，選用品質(zhì)精良的氣動(dòng)元件組合而成，為直角坐標(biāo)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)2個(gè)自由度，由機(jī)身、水平臂、豎直臂、夾緊手組成，可以完成水平臂的伸縮、豎直臂的升降以及抓取等動(dòng)作，可以方便的通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)合適的執(zhí)行元件的速度，完成物件平面內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的移動(dòng)。機(jī)械臂用2個(gè)氣缸控制，即橫向移動(dòng)氣缸和縱向移動(dòng)氣缸，其控制系統(tǒng)采用目前控制領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍、性能優(yōu)越的PLC該系統(tǒng)要求該氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作邏輯順序?yàn)椋?升降氣缸3下降抓取工件氣缸2左移卸貨升降氣缸3上升氣缸2右移回氣缸原點(diǎn)，完成一次物料的搬運(yùn)。2.2.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本方案的機(jī)械設(shè)計(jì)中重在氣缸的設(shè)計(jì)，氣缸1的作用是實(shí)現(xiàn)物料的橫向移動(dòng)

13、，氣缸2的作用是實(shí)現(xiàn)物料縱向的提升及物品的釋放。對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達(dá)到動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度氣缸的設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示圖3 氣缸設(shè)計(jì)流程圖氣缸按供油方向分，可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只是往缸的一側(cè)輸入高壓油，靠其它外力使活塞反向回程。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油，活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均靠液壓力完成。由于單作用液壓缸僅向單向運(yùn)動(dòng)，有外力使活塞反向運(yùn)動(dòng)，而雙作用單活塞氣缸在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下可以像兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)但兩個(gè)方向的輸出力不同，所以該方案采用雙作用單活塞缸。2.2.1縱向氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核:

14、由設(shè)計(jì)任務(wù)可以知道，要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載大小位100Kg，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)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，并考慮到機(jī)械爪的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率：由液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)表11-1：運(yùn)動(dòng)速度v=3m/min=50mm/s，取=0.60，所以實(shí)際液壓缸的負(fù)載大小為：F=F0/=1633.3N2.2.2氣缸內(nèi)徑的確定D=1.27=1.27 =66.26mmF氣缸的輸出拉力 N；P 氣缸的工作壓力Pa按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=80 mm氣缸缸徑尺寸系列810121620253240506380（90）100（1

15、10）125（140）160（180）200（220）2503204005006302.2.3活塞桿直徑的確定由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm2.2.4缸筒長度的確定缸筒長度S=L+B+30L為活塞行程；B為活塞厚度活塞厚度B=(0.61.0)D= 0.780=56mm由于氣缸的行程L=800mm ,所以S=L+B+30=886 mm導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A:一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A，在D<80mm時(shí)，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm時(shí), 可取A=(0.61.0)d。所以A=25mm最小導(dǎo)向長度H：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導(dǎo)向長度為：H代入

16、數(shù)據(jù) 即最小導(dǎo)向長度H=80mm活塞桿的長度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961 mm氣缸筒的壁厚的確定由液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄避筒計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： 式中 缸筒壁厚（m）；D缸筒內(nèi)徑（m）；P缸筒承受的最大工作壓力（MPa）；缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）；實(shí)際缸筒壁厚的取值：對(duì)于一般用途氣缸約取計(jì)算值的7倍；重型氣缸約取計(jì)算值的20倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。參考液壓與氣壓傳動(dòng)缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核,我們的缸體的材料選擇45鋼，=600 MPa， =120 MPan為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)P缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當(dāng)

17、工作壓力p16 MPa時(shí)，P=1.5p；當(dāng)工作壓力p16 MPa時(shí)，P=1.25p由此可知工作壓力0.6 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa=0.3mm參照下表 氣缸筒的壁厚圓整取 = 7 mm氣缸耗氣量的計(jì)算Q = = =1.85/s2.2.7氣缸進(jìn)排氣口直徑d0V-空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=10 15）選取v=12m/s由公式 d0 = 2代入數(shù)據(jù)得 d0 = 14.014 mm所以取氣缸排氣口直徑為15 mmQ 工作壓力下輸入氣缸的空氣流量（）V-空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=10 252.3橫向氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核:如按原方案橫向氣缸

18、活塞桿需承受很大的徑向力，對(duì)活塞桿的強(qiáng)度要求很高，耗費(fèi)原材料，且壽命減短，極為不合理。故在縱向氣缸上端鉸接一工型導(dǎo)軌，以分擔(dān)橫向氣缸的徑向力，使整個(gè)系統(tǒng)簡約合理。這樣橫向氣缸的工作載荷主要是縱向氣缸和導(dǎo)軌的摩擦力，取摩擦系數(shù) = 0.17。估算 縱向氣缸的重量=7.9=12.30 Kg 活塞桿的重量 = 7.9l=3.72 Kg 活塞及缸蓋重量=9 Kg所以 橫行氣缸的總載荷為:F總=(12.3+3.72+9+100)= 208.3 N F= =347.17N氣缸內(nèi)徑的確定D=1.27= 1.271.27 =30.55mmF氣缸的輸出拉力 N；P 氣缸的工作壓力Pa按照GB/T2348-199

19、3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=32 mm氣缸缸徑尺寸系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630間的2.3.2活塞桿直徑的確定由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=10mm減速裝置，使傳動(dòng)簡化。2.3.3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=(0.61.0)D= 0.732=23mm由于氣缸的行程L=800mm ,所以S=L+B+20=843mm導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A:一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A，在D<80mm時(shí)，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm時(shí),

20、 可取A=(0.61.0)d。所以A=20mm最小導(dǎo)向長度H：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導(dǎo)向長度為：H代入數(shù)據(jù) 即最小導(dǎo)向長度H + =56 mm活塞桿的長度l=L+B+A+40=800+23+20+60=903 mm2.3.4氣缸筒的壁厚的確定由液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄避筒計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：式中 缸筒壁厚（m）；D缸筒內(nèi)徑（m）；P缸筒承受的最大工作壓力（MPa）；缸筒材料的許用應(yīng)力（MPa）；實(shí)際缸筒壁厚的取值：對(duì)于一般用途氣缸約取計(jì)算值的7倍；重型氣缸約取計(jì)算值的20倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。參考液壓與氣壓傳動(dòng)缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核,我們的缸體的材

21、料選擇45鋼，=600 MPa， =120 MPan為安全系數(shù) 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)P缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當(dāng)工作壓力p16 MPa時(shí)，P=1.5p；當(dāng)工作壓力p16 MPa時(shí)，P=1.25p由此可知工作壓力0.6 MPa小于16 MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9 MPa=0.12mm參照下表 氣缸筒的壁厚圓整取 = 3mm2.3.5氣缸耗氣量的計(jì)算Q = = =0.30/s2.3.6氣缸進(jìn)排氣口直徑d0v空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1015） 選取v = 12 m/s由公式 d0 = 2代入數(shù)據(jù)得 d0 = 5.643 mm所以取

22、氣缸排氣口直徑為8 mmR 工作壓力下輸入氣缸的空氣流量（）V-空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1025）2.4連接與密封氣缸的連接與密封直接影響氣缸的性能和使用壽命，正確的選用連接和密封裝置，對(duì)保證氣缸正常工作有著十分重要的意義。缸筒與缸蓋的連接形式主要有拉桿式螺栓連接、螺釘式、鋼筒螺紋、卡環(huán)等，本氣缸四根采用拉桿式雙頭螺栓連接，由于工作壓力小于1MPa，不需要強(qiáng)度校核。根據(jù)許用靜載荷，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本表22-1-58，分別選用M10、M6的螺栓。對(duì)于活塞與氣缸筒之間采用兩個(gè)Y型密封圈，其它摩擦副均使用O型密封圈密封。O型密封圈密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小。O型密封圈安裝后，比被密封表

23、面的內(nèi)徑大。Y型密封圈密封可靠，使用壽命長，摩擦阻力較O型圈大。第三章 機(jī)械手直動(dòng)型弧面凸輪控制部分3.1 方案的擬定與比較 設(shè)計(jì)要求一主要參數(shù)，如表1所示表1 主要參數(shù)項(xiàng)目 相關(guān)參數(shù)周期1s承載能力300kg凸輪與從動(dòng)盤間的中心距150mm水平行程500mm豎直行程70mm二運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求此機(jī)械手用于沖模送料中，其輸出軸的運(yùn)動(dòng)軌跡。123456停歇期停歇期圖1 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖1、3、4、5 是升降運(yùn)動(dòng)，其高度就是機(jī)械手的豎直行程。3、6 為水平運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手在凸輪控制進(jìn)行升降與水平運(yùn)動(dòng)完成機(jī)械手一區(qū)和二區(qū)的交換工作。首先控制部分在其原點(diǎn)，當(dāng)氣動(dòng)控制部分完成一次完整操作時(shí)凸輪就在傳感系統(tǒng)的控制下完成半個(gè)周期的動(dòng)作（圖1:到達(dá)二區(qū)工作實(shí)現(xiàn)其控制要求。當(dāng)氣控部分完成一次完整操作時(shí)凸輪就在傳感系統(tǒng)的控制下完成下半個(gè)周期的動(dòng)作(即圖1:)到達(dá)機(jī)械手原點(diǎn)實(shí)現(xiàn)循環(huán)凸輪機(jī)械手的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡是由水平和升降兩種直線運(yùn)動(dòng)組合而成的，分別靠相應(yīng)的凸輪來控制實(shí)現(xiàn)，要求兩個(gè)凸輪的運(yùn)動(dòng)有良好的配合。3.2 方案擬定