小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng) 龍門機械手機械設(shè)計中期報告

PAGEPAGE6上海電機學院學生姓名專業(yè)班級學號畢業(yè)設(shè)計（論文）題目小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng)龍門機械手機械設(shè)計開題日期計劃完成日期設(shè)計（論文）進展情況提前完成□；按期完成□；滯后完成□能否按期完成目前按任務(wù)書規(guī)定應(yīng)完成的內(nèi)容1、開題報告約1500字，查閱文獻15篇以上。2、設(shè)計圖紙A1（折合）4張（AUTOCAD繪圖）。3、翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文英文不少于4000單詞。4、設(shè)計說明書不少于10000字。目前已完成的內(nèi)容1、開題報告約1500字，查閱文獻15篇以上。3、翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文英文不少于4000單詞。設(shè)計計算部分一小部分指導教師意見簽字：年月日系（專業(yè)）領(lǐng)導小組意見簽字：年月日本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告畢業(yè)設(shè)計題目：小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng)龍門機械手機械設(shè)計本課題來源于亞龍YL-221型自動化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)項目，該機械加工自主創(chuàng)新實訓系統(tǒng)模擬了實際工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)機械加工的不同階段設(shè)置了多個工作站：自動存取型高架倉庫、搬運機械手站、直線輸送機站、90度轉(zhuǎn)彎輸送機站、綜合機械加工站、裝配站、工件碼堆站。本課題將設(shè)計一個龍門機械手，將用于工作人員出入，使斷開輸送帶上的零件通過機械手進行運輸，需完成對工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過本課題的研究，學生不僅可以了解自動生產(chǎn)線的工作過程，還可以深入了解其組成部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。希望學生通過本課題設(shè)計，能充分運用已學習的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，設(shè)計出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設(shè)計說明書中，選用合理的動力元件，計算設(shè)計零件的合理尺寸，體現(xiàn)合理的設(shè)計思路，綜合應(yīng)用機械原理和設(shè)計、工程制圖，以及現(xiàn)代制造理念。課題的技術(shù)要求：工件和托架形狀：工件為φ50×50mm的鋁制圓柱體或φ50×50mm的塑料圓柱體;托架為200×145mm方形有機玻璃，2公斤。定位精度：±1mm；運動速度：>2m/min；工作行程：X:1000mm,Z:200mm；設(shè)計空間：橫梁與地面高度需有1800mm，便于工作人員通過。已知工作臺高度為1000mm，托架離工作臺200mm。工作要求：X軸引動器用于機械手在水平方向上的精確定位，Z軸引動器則完成對工件托架提起或放下操作，機械手爪則完成對工件托架安全抓緊或釋放操作。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計機械手設(shè)計要求為整體重量不超過2kg，考慮其工作狀態(tài)，加速度為一倍重力加速度，因此在手指的選材上選擇非金屬材料，而且要求具有穩(wěn)定的工作特性和防腐防老化的性能，綜合各個方面要求選擇聚丙烯材料，其密度低，工作特性穩(wěn)定，且具有較高強度。手指所承受的徑向力F3.1重力已知條件：手指總長l=0.08m集中載荷P=60N彈性模量E=5GPa截面的軸慣性矩縱向作用力Q=60 N剪切面積許用剪切應(yīng)力[τ]=33MPa材料彈性模量E=5GPa波松比μ=1 計算結(jié)果：懸臂梁一的危險截面B處的: 支座反力反力矩最大剪力最大撓度最大轉(zhuǎn)角剪應(yīng)力τ=0.75MPa剪應(yīng)變2.2氣缸的選擇。由氣缸所提供的力為3.2安全系數(shù)K=1.23.3氣缸選擇根據(jù)機械手質(zhì)量的要求，盡量選擇尺寸較小的氣缸。初定氣壓0.8mpa氣缸內(nèi)徑20mm3.43.5選定氣壓1mpa氣缸內(nèi)徑25mm3.63.7選取氣壓1mpa氣缸內(nèi)徑35mm3.81256>1212因此選用氣缸CM2YG40-25質(zhì)量0.176kg工作環(huán)境-10—60攝氏度氣體壓力1mp,用節(jié)流閥控制氣缸前進速度，使手指達到每秒張開不大于。2.3.1選擇電動機容的量電機分為直流電機與交流電機，根究的工作要求于各個國家的所用交流電之間的差異，因此選用直流電動機。直流電機，額定電流有12V、24v、42v等。2.3．2確定電動機轉(zhuǎn)速翻轉(zhuǎn)時力矩3.9有效功率為3.10手腕的翻轉(zhuǎn)速度：η1、η2、分別為軸承、齒輪傳動傳動效率。由《機械設(shè)計手冊》表9.1取η1=0.98，η2=0.97，則滾珠軸承的的摩擦系數(shù)為u=0.0010—0.0015直齒輪齒輪的機械效率軸承的機械效率從電動機到翻轉(zhuǎn)軸輸送總效率3.11所以電動機所需工作功率為3.12初選電機SM40-00130LFB，轉(zhuǎn)速3000r/min,轉(zhuǎn)矩0.1N·m，質(zhì)量0.23kg。3.13電機轉(zhuǎn)速的選擇因手抓的動作要求平緩，且轉(zhuǎn)速不能過高，考慮齒輪減速比i<4因此電機的轉(zhuǎn)速不宜過大因此手腕的轉(zhuǎn)速控制在60度每秒左右，因此選用電機SM40-00130LFB需要做5級減速裝置，這樣會大大加大機械手的重量與機械復雜程度，因此此電機不符合設(shè)計要求。2.4手腕旋轉(zhuǎn)電機選擇選擇電機GMP-2855TD720為轉(zhuǎn)速13r/min，額定功率44w，轉(zhuǎn)矩2N·m。圖3.3電動機安裝尺寸L=25mm減速比3.14計算傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù)I軸II軸各軸的輸入功率I軸II軸3.15各軸的輸入轉(zhuǎn)矩3.163.17軸名功率P/w轉(zhuǎn)矩T/(N·m)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動比效率I軸1.180.086131.30.95II軸1.120.08110表3.1軸的運動參數(shù)電機選擇GMP-2855TD720無刷直流電機，額定電流24v。質(zhì)量0.12kg工作環(huán)境-10—70攝氏度2.4.1選擇電動機容的量按工作要求和工作條件選用無刷直流伺服電機，額定電流24v。翻轉(zhuǎn)時力矩3.18有效功率為3.19式中，、分別為軸承、齒輪傳動傳動效率。由《機械設(shè)計手冊》成大先版表9.1取，，則滾珠軸承的的摩擦系數(shù)為u=0.0010—0.0015軸承的機械效率直齒輪齒輪的機械效率從電動機到翻轉(zhuǎn)軸輸送總效率3.20所以電動機所需工作功率為3.212.4．2確定電動機轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)速的選擇因手抓的動作要求平緩，且轉(zhuǎn)速不能過高，考慮齒輪減速比i<4因此電機的轉(zhuǎn)速不宜過大因此手腕的轉(zhuǎn)速控制在60度每秒左右，選用電機為轉(zhuǎn)速13r/min，減速比i=1.3。圖3.4電機安裝尺寸計算傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù)I軸II軸各軸的輸入功率I軸II軸3.22各軸的輸入轉(zhuǎn)矩3.233.24軸名功率P/w轉(zhuǎn)矩T/(N·m)轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動比效率I軸1.890.138131.30.95II軸1.800.13110表3.1軸的運動參數(shù)電機選擇GMP-2855TD720無刷直流電機，額定電流24v。質(zhì)量0.12kg工作環(huán)境-10—70攝氏度直流無刷電機是用電子換向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械換向，性能可靠、永無磨損、故障率低，壽命比有刷電機提高了10-30倍。外置驅(qū)動的直流無刷屬靜態(tài)電機，空載電流??；輸出效率高；外置驅(qū)動的無刷電機可以做到體積很小。內(nèi)置驅(qū)動器的無刷電機，由于散熱問題，在電機運行一段時間后，就出現(xiàn)發(fā)熱情況。缺點：無霍爾的無刷電機在起動時有輕微振動，速度正常后就感覺不到振動現(xiàn)象了；空心杯結(jié)構(gòu)的無刷電機價格高，控制器要求高；外置驅(qū)動器的無刷電機，使用不方便，需要外配控制器，在尺寸、成本方面不易控制三．參考文獻【1】成大先.機械設(shè)計手冊.第1版.北京：化學工業(yè)出版社，20021-5卷工業(yè)機器人技術(shù)郭洪紅主編：西安電子科技大學出版社【3】機械原理