氣缸畢業(yè)設計論文整理

1、畢 業(yè) 設 計（論 文）題目 氣壓與凸輪組合傳動機械手的設計二0一一年六月一日摘 要隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應用中越來越重要。文章主要敘述了凸輪傳動與氣動結(jié)合的機械手的設計過程。在工業(yè)生產(chǎn)流水線上，機械手得到了廣泛的應用，大大提高了生產(chǎn)的自動化，精細化。機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高科技技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有可不斷重復工作、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，因此，機械手受到了許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。關鍵詞：新型裝置；機械化；自動化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務介紹及意義第二章、機械手的

6、氣動控制部分22.2氣控設計任務明細2.2液壓傳動的工作特性32.3液壓系統(tǒng)的組成32.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點3第三章、機械手直動型弧面凸輪控制部分4結(jié)束語8參考文獻9致 謝10引 言氣動技術是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段。氣壓傳動的介質(zhì)來自于空氣，環(huán)境污染小，工程容易實現(xiàn)，所以其言傳動四一種易于推廣普及的實現(xiàn)工業(yè)自動化的應用技術。氣動技術在機械、化工、電子、電氣、紡織、食品、包裝、印刷、輕工、汽車等各個制造行業(yè)，尤其在各種自動化生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)線中得到了廣泛的應用，極大地提高了制造業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。氣動系統(tǒng)的應用，引起了世界各國產(chǎn)業(yè)界的普遍重視，氣動行業(yè)已成為工業(yè)國家發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。

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

8、的上下移動X2：凸輪臂左右平移Y2：凸輪臂上下移動各軸最大運動速度：氣缸工作移動速度控制3m/min。凸輪每半個周期0.5s1.2 工作要求：機械手的工藝流程：一區(qū)工作：機械手原點氣控部分使機械手下移機械手抓取并夾緊（裝貨）氣控使機械手后移機械手松開（卸貨）氣控使機械手上移氣控使機械手前移回氣缸原點（此時凸輪控制部分工作完成前半個周期運作，到達二區(qū)）二區(qū)工作：氣缸在原點氣控部分使機械手下移機械手抓取并夾緊（裝貨）氣控使機械手后移機械手松開（卸貨）氣控使機械手前移回氣缸原點（此時凸輪控制部分工作完成后半個周期運作，到達一區(qū)，即機械手原點）。如下圖： 凸輪控制部分氣動控制裝貨卸貨卸貨裝貨一區(qū)二區(qū)1

9、122機構(gòu)簡圖1.3 系統(tǒng)組成本基械手系統(tǒng)由機體，傳送機構(gòu)，動力源和控制裝置四部分組成。其中機體由凸輪機構(gòu)組成 （氣缸裝于凸輪手臂上）；傳送機構(gòu)主要由伸縮臂及抓緊機構(gòu)所組成；動力源由氣壓驅(qū)動和機械驅(qū)動（電機驅(qū)動）；控裝置主要由自動控制（感控制驅(qū)動凸輪電機的停止與運行）和動控制兩部分組成。1.4設計任務介紹及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(jù)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(chǎn)品）的初步設計工作，并結(jié)合設計

10、或試驗研究課題進一步鞏固和擴大知 識領域。2培養(yǎng)學生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運用各種標準和工具書籍以及編寫技術文件的能力，提高計算、繪圖等基本技能。3培養(yǎng)學生掌握機電產(chǎn)品設計的一般程序方法，進行工程師基本素質(zhì)的訓練。4樹立正確的設計思想及嚴肅認真的工作作風。 第二章機械手的氣動控制部分2.1氣控設計任務明細該機械手的功能：將貨物自動放到坐標位置（300，300）處，并延時1分鐘等待卸貨，然后返回原點位置，延時1分鐘等待裝貨。2.1.2任務要求：執(zhí)行元件：氣動氣缸；運動方式：直角坐標；控制方式：PLC控制；控制要求：位置控制；主要設計參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程800 mm；運動負載質(zhì)量100

11、kg；移動速度控制3m/min。2.1.3具體步驟如下：（1）先根據(jù)參考資料，確定合適的設計方案。（2）通過計算、分析設計執(zhí)行元件的參數(shù)：氣缸的內(nèi)徑、壁厚，活塞桿的直徑，耗氣量的計算，驗算設計結(jié)果，導向裝置的設計，驅(qū)動元件的選擇，管路設計，底座的設計.（3）根據(jù)動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進行總體設計，完成機械系統(tǒng)的主要部件圖。（4）應用啟動原理圖，設計控制電路，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(氣動部分機身) 2.水平臂3.豎直臂4.夾緊手圖1.氣動機械手示意圖參閱各種氣壓設計書籍和論文，對照設計任務要求，并通過對以前學習過的課程進行綜合考慮，設計出的氣動機械手的示

12、意圖如圖1所示。機械手采用氣壓傳動，選用品質(zhì)精良的氣動元件組合而成，為直角坐標式機械手結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)2個自由度，由機身、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)點對點的移動。機械臂用2個氣缸控制，即橫向移動氣缸和縱向移動氣缸，其控制系統(tǒng)采用目前控制領域應用比較普遍、性能優(yōu)越的PLC該系統(tǒng)要求該氣動機械手的動作邏輯順序為： 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，完成一次物料的搬運。2.2.機械傳動系統(tǒng)設計本方案的機械設計中重在氣缸的設計，氣缸1的作用是實現(xiàn)物料的橫向移動

13、，氣缸2的作用是實現(xiàn)物料縱向的提升及物品的釋放。對氣缸結(jié)構(gòu)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3所示圖3 氣缸設計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，活塞的正反向運動均靠液壓力完成。由于單作用液壓缸僅向單向運動，有外力使活塞反向運動，而雙作用單活塞氣缸在壓縮空氣的驅(qū)動下可以像兩個方向運動但兩個方向的輸出力不同，所以該方案采用雙作用單活塞缸。2.2.1縱向氣缸的設計計算與校核:

14、由設計任務可以知道，要驅(qū)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，并考慮到機械爪的質(zhì)量。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負載率：由液壓與氣壓傳動技術表11-1：運動速度v=3m/min=50mm/s，取=0.60，所以實際液壓缸的負載大小為：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標準進行圓整，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導向套滑動面長度A:一般導向套滑動面長度A，在D<80mm時，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm時, 可取A=(0.61.0)d。所以A=25mm最小導向長度H：根據(jù)經(jīng)驗，當氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為：H代入

16、數(shù)據(jù) 即最小導向長度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技術手冊可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄避筒計算公式進行計算： 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）；缸筒材料的許用應力（MPa）；實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計算值的7倍；重型氣缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺碼。參考液壓與氣壓傳動缸筒壁厚強度計算及校核,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； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)P缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當

17、工作壓力p16 MPa時，P=1.5p；當工作壓力p16 MPa時，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氣缸耗氣量的計算Q = = =1.85/s2.2.7氣缸進排氣口直徑d0V-空氣流經(jīng)進排氣口的速度，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)進排氣口的速度，可取v=10 252.3橫向氣缸的設計計算與校核:如按原方案橫向氣缸

18、活塞桿需承受很大的徑向力，對活塞桿的強度要求很高，耗費原材料，且壽命減短，極為不合理。故在縱向氣缸上端鉸接一工型導軌，以分擔橫向氣缸的徑向力，使整個系統(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標準進行圓整，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導向套滑動面長度A:一般導向套滑動面長度A，在D<80mm時，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm時,

20、 可取A=(0.61.0)d。所以A=20mm最小導向長度H：根據(jù)經(jīng)驗，當氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度為：H代入數(shù)據(jù) 即最小導向長度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技術手冊可查氣缸筒的壁厚可根據(jù)薄避筒計算公式進行計算：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）；缸筒材料的許用應力（MPa）；實際缸筒壁厚的取值：對于一般用途氣缸約取計算值的7倍；重型氣缸約取計算值的20倍，再圓整到標準管材尺碼。參考液壓與氣壓傳動缸筒壁厚強度計算及校核,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； 缸筒材料的抗拉強度(Pa)P缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當工作壓力p16 MPa時，P=1.5p；當工作壓力p16 MPa時，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氣缸耗氣量的計算Q = = =0.30/s2.3.6氣缸進排氣口直徑d0v空氣流經(jīng)進排氣口的速度，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，不需要強度校核。根據(jù)許用靜載荷，查機械設計手冊單行本表22-1-58，分別選用M10、M6的螺栓。對于活塞與氣缸筒之間采用兩個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 機械手直動型弧面凸輪控制部分3.1 方案的擬定與比較 設計要求一主要參數(shù)，如表1所示表1 主要參數(shù)項目 相關參數(shù)周期1s承載能力300kg凸輪與從動盤間的中心距150mm水平行程500mm豎直行程70mm二運動循環(huán)要求此機械手用于沖模送料中，其輸出軸的運動軌跡。123456停歇期停歇期圖1 運動循環(huán)圖1、3、4、5 是升降運動，其高度就是機械手的豎直行程。3、6 為水平運動。機械手在凸輪控制進行升降與水平運動完成機械手一區(qū)和二區(qū)的交換工作。首先控制部分在其原點，當氣動控制部分完成一次完整操作時凸輪就在傳感系統(tǒng)的控制下完成半個周期的動作（圖1:到達二區(qū)工作實現(xiàn)其控制要求。當氣控部分完成一次完整操作時凸輪就在傳感系統(tǒng)的控制下完成下半個周期的動作(即圖1:)到達機械手原點實現(xiàn)循環(huán)凸輪機械手的實際運動軌跡是由水平和升降兩種直線運動組合而成的，分別靠相應的凸輪來控制實現(xiàn)，要求兩個凸輪的運動有良好的配合。3.2 方案擬定