氣動型吸取機械臂設(shè)計說明書

1、機械工程學(xué)院氣動吸取型機械臂設(shè)計說明書設(shè)計題目：氣動吸取型機械臂專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化班級： 機械電子姓 名： 楊宇奧指導(dǎo)教師：完成 日期：2016年 月 日同濟大學(xué)機械設(shè)計課程設(shè)計機械設(shè)計課程設(shè)計目錄 TOC o 1-5 h z 設(shè)計任務(wù)書 -1 -設(shè)計目的： -1 - HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 設(shè)計內(nèi)容和要求 -1 - HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 方案的分析論證 -3 - HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 真空吸盤的動力

2、學(xué)分析 -3 - HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 真空吸盤的設(shè)計計算及選取 -3 - HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 真空發(fā)生器的選取 -4 -真空發(fā)生器簡介： -4 -真空發(fā)生器的計算和選擇： -4 - HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 電磁換向閥的選取 -6 - HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 氣源的選取 -9 -電源的選取 -10 -, -10 -一.設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的：為助殘智能機器

3、人的機械臂設(shè)計一可靠而能順利實現(xiàn)抓取功能的氣動吸 取裝置。設(shè)計內(nèi)容和要求(1)、總體布置圖(略去氣源電池等)機械設(shè)計課程設(shè)計可更換手動閥電磁閥真空吸盤真空發(fā)生器真空接口消聲器吸盤支架機械設(shè)計課程設(shè)計可更換手動閥電磁閥真空吸盤真空發(fā)生器真空接口消聲器吸盤支架(2)、工作情況：不穩(wěn)定變載荷。(3)、原始數(shù)據(jù)最大負載Ex (kg)自由度數(shù)安全系數(shù)滿電持續(xù) 工作時間 (min)滿電待機 時間(h)主控制板0.862.5105NI-MyRIO(4)、設(shè)計內(nèi)容：1)真空吸盤的動力學(xué)分析;2)真空吸盤的計算和選取;3)真空發(fā)生器的選?。?)電磁換向閥的選?。?)氣泵的選?。?)電源的選?。?5)、設(shè)“任務(wù)：

4、1)設(shè)計計算說明書一份；2)采購清單一份；3)零部件模型文件一份。機械設(shè)計課程設(shè)計機械設(shè)計課程設(shè)計二.方案的分析論證本方案旨在為同濟大學(xué)LabView俱樂部“語音控制助殘機器人”項 目設(shè)計一用于機械臂的氣動抓取裝置。該方案的優(yōu)點是：容錯率高；對 被抓取物品的尺寸大小沒有嚴格的要求；控制系統(tǒng)較簡單；不易損傷被 抓取物。與之對應(yīng)，該方案的缺點也很明顯：要求被抓取物品表面較平 整；難以抓取例如衣物等具有較多氣孔的目標(biāo)對象；待機能耗較大；有 較為明顯的噪聲，等等。三.真空吸盤的動力學(xué)分析在物件抓取過程中，吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸物體的吸持、脫開、 傳遞等搬運功能，并確保不損壞其作用之對象。而吸持力靠真空

5、系統(tǒng)維 持，真空的產(chǎn)生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真 空系統(tǒng)來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來 提供。前者需要配置獨力的真空系統(tǒng)，而后者可以利用一般生產(chǎn)過程中 已有的空氣壓縮系統(tǒng)。因此，特別在各種包裝作業(yè)過程中，利用二次真空 方法顯得十分方便、經(jīng)濟。真空發(fā)生器的原理是 壓空氣通過收縮的噴騰 后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動，從而在接受室形成負壓，誘導(dǎo)二次真空。這樣的真空系統(tǒng)，尤其對于不需 要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及參數(shù) 設(shè)計，可以根據(jù)需的真空度設(shè)計出所需的真空發(fā)生器。用真空吸盤來抓 取物體，可以

6、根據(jù)物體的不同形狀實現(xiàn)任意角度的傳遞。本次設(shè)計方案擬采用誘導(dǎo)二次真空的真空系統(tǒng)。四.真空吸盤的設(shè)計計算及選取吸盤直徑二40麗 3.14pn其中：W吸附力（N）； n：吸盤數(shù)量；t :安全系數(shù)；p：真空度（kpa）由設(shè)計要求，吸附力W=mx*g=0.8*9.8=7.84N吸盤數(shù)量n=1安全系數(shù)t=2.5吸盤直徑、面積、垂直提升力參數(shù)表吸盤垂直提升力（N）吸盤直徑D（mm）1013162025324050吸持面積（cm2）0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盤垂直提升力（N）（-0.04MPa）3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4機

7、械設(shè)計課程設(shè)計試取真空度p=40kPa4000Wt4000 7.84 2.524.98mm3.14pn3.14 40 1圓整后取吸盤直徑中3.14pn3.14 40 1五.真空發(fā)生器的選取.真空發(fā)生器簡介：真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無可動機械部 件，安裝和使用都很方便，因此應(yīng)用很廣泛，真空發(fā)生器產(chǎn)生的真 空度可達到88kpa ,真空發(fā)生器的工作原理如圖 3.2所示。它是 由先收縮后擴張的拉瓦爾噴管1、負壓腔2、和接收管3等組成。真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由 噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關(guān)。同意噴嘴直徑，其耗氣量 隨供氣壓力的增加而增加，如圖 3.3所示

8、。噴嘴直徑是選擇真空 發(fā)生器的主要依據(jù)。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大， 真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越 晨） o.真空發(fā)生器的計算和選擇：吸著相應(yīng)時間T是指從供給閥動作后到吸盤內(nèi)的真空度達到 吸著所必須的真空度的時間稱為吸著相應(yīng)時間。機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)Pv表示最終真空度，吸盤內(nèi)的壓力從大氣壓降至真空度達 63%Pv的到達時間為T 1 ,降至真空度達95%Pv的到達時間為 T 2 。V 60Ti 二Q-QlT2 =3工試取 L=0.5m, D=3mm-_ 23.14D2-_ 23.14D2L40002 一 _3.14 3 0.54000= 3.53 10，L其中

9、，V:真空發(fā)生器到吸盤的容積（L）; D:配管內(nèi)徑（mm； L:從真空發(fā)生器到吸盤的配管長度 （項；Q :通過真空發(fā)生器的平 均吸入流量Q和通過配管的平均吸入流量 Q中的較小者（L/min ）； CL:工件吸著時的漏氣量。取P/Pv=0.7,由上圖查得T=1.2Ti0根據(jù)抓取目標(biāo)物體的速度要求T1L=103cm3);A p: bar(1bar=1 . 019716Kg/cm2);T： Kg/dm3(1Kg /dm3=1X 10-3Kg/dm3);KV ： 1/min。對氣體工質(zhì)，流量因子被定義為傳導(dǎo) c,有C=Q/P1KTWr空氣/ 丫氣體式中，Q: dm3/s；Pl:電磁閥入口壓力，bar；

10、KT:溫度校正系數(shù)，無量綱；丫： Kg/dm3 ;w:電磁閥出口壓力P2與人口壓力P1比值的函數(shù)，無量綱；C: dm3/S?bar。使用流量計算圖表查得的最終結(jié)果：KV(C)或Q值的誤差將達蟲5%。電磁閥通徑的選算電磁閥通徑的選算要解決的就是電磁閥流通能力的計算。我們可以通過電磁閥制 廠商在其選型樣本上設(shè)計資料所列的公式及圖表曲線，材料選擇：電磁閥的工質(zhì)流體通常分為空氣(含隋 性氣體)、水及輕油等幾大類，而電磁閥 閥體的材料通常有黃銅、不銹鋼及鋁等。除鋁可 用于非潤滑空氣，黃銅、不銹 鋼對工質(zhì)流體基 本上都能適應(yīng)，因價格因素，黃銅材質(zhì)選用最 多。同時與工質(zhì) 流體接觸的部件一一密封 墊、閥盤較多

11、的選用了丁月青橡膠，對熱水和蒸 汽可選 用特氟龍，對制冷(氟里昂)和二氧化 碳可選用聚四氟乙烯。其余部件材質(zhì)大體 相同。機械設(shè)計課程設(shè)計機械設(shè)計課程設(shè)計七.氣源的選取氣源系統(tǒng)是為氣動設(shè)備提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣的動力源。氣源系統(tǒng) 一般由氣壓發(fā)生裝置（空氣壓縮機）、壓縮空氣的凈化處理裝置和傳輸管路系統(tǒng) 組成。氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的要求：具有一定壓力和流量并具有一定的凈化程度。選取形式：（可刪）1）按工作原理分類：空壓機可分為容積式和速度式。2）按輸出壓力大小分類，空壓機可分為低壓空壓機（0.21.0 Mpa、中壓空壓 機（1.010 Mpa、高壓空壓機（10100 Mpa、超高壓空壓機（大于

12、100 Mpa。3）按輸出流量或排量分類，有微型空壓機（小于 1 m3/min）、小型空壓機（1 10 m3/min）、中型空壓機（10100 m3/min）、大型空壓機（大于 100 m3/min）。單雙級判據(jù)：（可刪）單級活塞式空壓機通常用于需要 0.30.7MPa壓力范圍的系統(tǒng)。在單級壓縮機中, 若空氣壓力超過0.6 MPa產(chǎn)生的過熱將大大地降低壓縮機的效率，各項性能指 標(biāo)將急劇下降。因此當(dāng)輸出壓力較高時，應(yīng)采取分級壓縮。分級壓縮可降低排氣 溫度，節(jié)省壓縮功，提高容積效率，增加壓縮氣體排量。為了提高效率，降低空 氣溫度，還需要進行中間冷卻。選用原則依據(jù)：氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個

13、參數(shù)壓力：工作系統(tǒng)壓力+壓力儲備大致范圍：工作壓力p=0.40.6Mpa空壓機壓力p=0.71Mpa(9-11)式中 P氣動系統(tǒng)的工作壓力，單位為MPa；=1 qZ AP=1 q流量：自由空氣量機械設(shè)計課程設(shè)計機械設(shè)計課程設(shè)計空壓機輸出流量式中-設(shè)備利用系數(shù)k1- 泄漏系數(shù)k1=1.151.5k2- 備用系數(shù)k2=1.31.6qz同時工作執(zhí)行機構(gòu)自由空氣量P qz同時工作執(zhí)行機構(gòu)自由空氣量P - Pa qz =qPa（氣動系統(tǒng)同時工作的執(zhí)行機構(gòu)用氣的最大耗氣量，單位為m3/min； k修正系數(shù)，一般可取k=1.31.5?？諌簷C供氣量Qc的大小應(yīng)和目前氣動系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量相匹配，并留 有

14、10批右的余量。在確定供氣壓力pc與供氣量Qc后，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和 型號。根據(jù)第四性220V八.電源的選取根據(jù)第四性220V九.十.參考文獻一、氣壓傳動系統(tǒng)的工作原理以及組成氣壓傳動以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進行動力傳遞。氣動系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成1.氣源裝置壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。 為系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣。-10 -機械設(shè)計課程設(shè)計機械設(shè)計課程設(shè)計.執(zhí)行元件將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機械能并完成做功動作的元件，如氣缸、 氣馬達。.控制元件 控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類 ；.氣動輔件氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、

15、接頭等。二、氣壓傳動的優(yōu)缺點優(yōu)點1）空氣可以從大氣中取得，同時，用過的空氣可直接排放到大氣中去，處理方便，萬一空氣管路有泄漏，除引起部分功率損失外，不致產(chǎn)生不利于工作的嚴重影響，也不會污染環(huán)境。2）空氣的粘度很小，在管道中的壓力損失較小，因此壓縮空氣便于集中供應(yīng)（空壓站）和遠距離輸送。3）因壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.30.8MPa）,因此，對氣動元件 的材料和制造精度上的要求較低。4）氣動系統(tǒng)維護簡單，管道不易堵塞，也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充、更換等問題。5）使用安全，沒有防爆的問題，并且便于實現(xiàn)過載自動保護。（2）缺點1）氣動裝置中的信號傳遞速度較慢，僅限于聲速的范圍內(nèi)。所以氣動技 術(shù)不宜用于信號傳遞速度要求十分高的復(fù)雜線路中，同時，實現(xiàn)生產(chǎn)過 程的遠距離控制也比較困