【某機械手的總體結構設計案例4100字】

某機械手的總體結構設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16842某機械手的總體結構設計案例 1251701.1動作工況與分析 1219171.2機械手各部分結構設計 253171.1.1機械手底座的設計 213141.1.2立柱結構設計 3327031.1.3軸承的選擇 4279591.1.4上軸承座的選擇 529601.1.5下軸承座的選擇 7164371.1.6大臂的結構設計 7264721.1.7小臂的結構設計 814981.1.8氣爪的結構設計 910451.1.9手部夾緊氣缸設計計算 111.1動作工況與分析氣動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:介質源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。機械手的全部動作由電磁閥控制的氣缸驅動。其中,上升/下降、左移/右移以及擺動分別由雙線圈兩位電磁閥控制,機械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位電磁閥(夾緊電磁閥)控制。機械手的任務是將A工作臺上的工件搬運到B工作臺（或B到A），機械手示意圖如圖2-1所示：1-伸縮式氣缸2-夾緊式氣缸3-夾爪4-底座5-支柱6-升降式氣缸圖2-1機械手示意圖在連續(xù)自動工作方式的狀態(tài)下機械手的順序實現(xiàn)的動作如圖1示意圖所示：手臂下降→手指夾緊→手臂上升→手臂右擺動→手臂右伸→手臂下降→手指松開→手臂上升→手臂左伸→手臂左擺動（回到初始位），機械手可以反復不斷的進行上述循環(huán)動作。1.2機械手各部分結構設計1.1.1機械手底座的設計底座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。底座的設計是根據(jù)各個零件的尺寸及有助于拆裝方便來設計的如圖2-2所示：圖2-2箱座箱座內壁不需要與其他零件有配合的關系，所以內表面不需要加工。左右厚壁上端有M10的螺紋孔，要求加工表面粗糙度，連接軸承下座的，底版的光孔是用來固定整個裝置的，材料為鑄鐵HT200。1.1.2立柱結構設計立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但機械手的立柱因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。a.立柱的材料及熱處理由于設計功率不是太大，對其重量和尺寸無特殊要求，故選擇常用材料45鋼，調質處理。b.初估軸徑按扭矩初估軸的直徑，根據(jù)[1]查表10-2，得C=106～117，考慮倒安裝軸承受扭矩作用，取C=106，則（3-1）式中：C——由軸承的材料和承載情況縮確定的常數(shù)；P——軸的輸出功率，KW；n——軸的轉速，r/min.各參數(shù)值為C=106、P=15KW、n=280，則所以選擇軸徑40mm，軸上面設計個法蘭，用法蘭來固定軸承因為軸是靠氣缸擺動來旋轉的，所以所受的載荷很小，不需要校核。1.1.3軸承的選擇軸承是用以支承軸和軸上回轉或擺動零件的部件,在各種機械中應用廣泛。根據(jù)軸承工作時的摩擦性質，可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承依靠主要元件間的滾動接觸來承受載荷，它與滑動軸承相比，具有摩擦阻力小、效率高、啟動容易、潤滑簡便等優(yōu)點。同時，滾動軸承絕大部分已經(jīng)標準化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)，選用和更換很方便。其缺點就是抗擊能力差，工作時有噪聲，以及工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承。滾動軸承的類型很多，按照滾動體的形狀，滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承兩大類。球軸承的滾動體與內、外圈是點接觸，運轉時摩擦耗損小，但承載能力和抗擊能力差；滾子軸承為線接觸，承載能力和抗沖擊能力較球軸承大，但運轉是耗損大。按照滾動軸承能否自動調心，可分為調心軸承和非調心軸承。按照滾動體列數(shù)多少，可分為單列軸承、雙列軸承和多列軸承。按照軸承能承受的主要載荷方向和公稱接觸角的不同，可分為向心軸承和推力軸承兩大類。a.向心軸承向心軸承主要承受徑向載荷，0°45°，又可分為：①徑向接觸軸承，=0°，只能承受徑向載荷；②角接觸向心軸承，0°<45°，不僅能承受徑向載荷,而且隨著角的增大,其承受軸向載荷的能力隨之增大。b.推力軸承推力軸承主要承受軸向載荷，45°90°，又可分為：①軸向接觸軸承，=90°，只能承受軸向載荷；②角接觸推力軸承，450°<<90°，它主要承受軸向載荷,同時也能承受較小的徑向載荷。隨著角的增大,其承受徑向載荷的能力將減小。軸承所受載荷的大小、方向和性質，是選擇滾動軸承的主要依據(jù)。本設計中軸承既承受徑向力及轉矩，又承受軸向力，因此選用推力球軸承和深溝球軸承,推力軸承主要受軸向力，球軸承主要受徑向力，又根據(jù)外廓尺寸的條件和軸的內徑選用6006深溝球軸承和51213推力球軸承。1.1.4上軸承座的選擇6006深溝球軸承:d=30mmD=55mmB=13mmda=36mmDa=49mm51213推力球軸承:d=65mmD=100mmT=27mmda=86mmDa=100mm根據(jù)以上的尺寸可以確定軸承上座的尺寸,如圖2-3所示:圖2-3上軸承座由于配合接觸的面比較多,所以對表面粗糙度的要求也高,軸承配合的地方要求公差等級,軸承的配合主要是內圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。滾動軸承是標準件，因此，軸承內圈與軸頸采用基孔制配合，軸承外圈與軸承座孔采用基軸制配合普通圓柱公差標準中基準孔的公差帶都在零線之上，故滾動軸承內圈與軸頸的配合要比圓柱公差標準中規(guī)定的基孔制同名配合要緊的多。例如，一般圓柱體基孔制的K6配合為過度配合，而在滾動軸承內圈配合中則為過盈配合。滾動軸承內、外圈的處的配合，既不能過緊也不能過松。過緊的配合會使軸承的內、外圈產(chǎn)生變形，可破壞軸承的正常工作，而增加了裝拆的難度。過松的配合，不僅會影響軸的旋轉精度，甚至會使配合表面發(fā)生滑動。因此，軸承配合種類的選取，應根據(jù)軸承的類型與尺寸、載荷的大小、方向和性質以及工作環(huán)境決定。所以Φ30的6006軸徑上安裝軸承，這個軸徑就是根據(jù)軸承的d來的，Φ36是6006軸承的安裝尺寸，同樣根據(jù)推力軸承的尺寸來確定軸承座的尺寸。1.1.5下軸承座的選擇下軸承座的尺寸是根據(jù)軸承尺寸來定的。其主要配合的地方也是安裝軸承的地方，需要公差的配合。（同上）如圖2-4：圖2-4下軸承座在安裝軸承的端面上要注明公差配合，分別以其為基準面，查《機械設計手冊》，標明幾個端面的圓柱度和相對基準面的圓跳動度，還有表面粗糙度。1.1.6大臂的結構設計本設計的手臂實現(xiàn)的是水平直線運動，實現(xiàn)直線往復運動采用的是氣壓驅動的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結構中應用比較多。本設計手臂很簡單，在手臂內側固定個伸縮氣缸，如圖2-5所示：圖2-5大臂設計1.1.7小臂的結構設計本設計的手臂與上述的大臂實現(xiàn)的運動方式一樣，主要是上下直線運動。實現(xiàn)直線往復運動采用的也是氣壓驅動的活塞氣缸。本設計手臂很簡單，在上面固定個夾緊氣缸，如圖2-6所示：圖2-6小臂設計1.1.8氣爪的結構設計夾持式手部結構由手指(或手爪)和傳力機構所組成。其傳力結構形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式..等。夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內卡式(或內漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉型，二支點回轉型和移動型(或稱直進型)，其中以二支點回轉型為基本型式。當二支點回轉型手指的兩個回轉支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉型手指;同理，當二支點回轉型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型?；剞D型手指開閉角較小，結構簡單，制造容易，應用廣泛。移動型應用較少，其結構比較復雜龐大，當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應不同直徑的工件。圖2-7氣爪設計本設計是采用兩指式，內卡式，上下氣爪通過銷來連接，過盈配合，如圖2-7所示。設計時考慮的幾個問題：a.具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。b.手指間應具有一定的開閉角兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。c.保證工件準確定位為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。d.具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應盡量使結構簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉軸線上，以使手腕的扭轉力矩最小為佳。e.考慮被抓取對象的要求根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結構是一支點兩指回轉型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設計成V型。1.1.9手部夾緊氣缸設計計算A．手部驅動力計算本課題氣動機械手的手部結構如圖2-8所示，其工件重量G=10公斤，a=37.5mm,b=70mm,根據(jù)[1]摩擦系數(shù)為f=0.10。圖2-8手部結構分析圖a)根據(jù)手部結構分析示意圖，其驅動力為：（2-2）（2-3）代入公式（2-2）得：c)參照實際驅動力:（2-4）因為傳力機構為齒輪齒條傳動，根據(jù)[1]故取，并取若被抓取工件的最大加速度取a=g時，參照[17]則：（2-5）代入公式（2-4）得：所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為1191N.B．氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。以下公式都參照，根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:（2-6）式中:—活塞桿上的推力，N—彈簧反作用力，N—氣缸工作時的總阻力，N—氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:（2-7）（2-8）（2-9）式中:—彈簧剛度，N/m—彈簧預壓縮量，m一活塞行程，m—彈簧鋼絲直徑，m—彈簧平均直徑，m—彈簧外徑，m—彈簧有效圈數(shù)一彈簧材料剪切模量，一般取在設計中，必須考慮負載率的影響，則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關數(shù)據(jù)，可得所以：查有關手冊圓整，得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式（2-10）有:其中，,則:所以滿足設計要求。C．缸筒壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于1/10，參照[17]，其壁厚可按薄壁筒公式計算: