簡(jiǎn)易機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、精品文檔機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū)課題名稱：簡(jiǎn)易機(jī)械手機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：沈柳根學(xué)號(hào)：20110611119專業(yè)：機(jī)械電子工程班級(jí)：11 機(jī)電成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：2015年1月5日-精品文檔摘要簡(jiǎn)易機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)化， 功能相似，而工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)， 是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、 提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程等專業(yè)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課以后的一

2、次專業(yè)課程內(nèi)容得綜合設(shè)計(jì)。 通過(guò)設(shè)計(jì)提高學(xué)生的機(jī)械分析與綜合能力、 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力、 機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，掌握實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)， 展現(xiàn)了各個(gè)相關(guān)學(xué)科知識(shí)在這里的整合， 有利于理解專業(yè)知識(shí)。關(guān)鍵詞： 簡(jiǎn)易機(jī)械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；氣動(dòng)-精品文檔目錄摘要 .錯(cuò)誤 ! 未定義書(shū)簽。1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義 . .11.1設(shè)計(jì)任務(wù)意義： .11.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹： .12總體方案設(shè)計(jì) . .32.1結(jié)構(gòu)分析 . .32.3設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 . .33機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . .53.1傳動(dòng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) .53.2手指氣缸的設(shè)計(jì) .63.3縱向氣缸的設(shè)計(jì) .123.4橫向氣缸

3、的設(shè)計(jì) .134 最終圖紙 .154.1裝配圖 .155總結(jié) .16參考文獻(xiàn). .17-精品文檔1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)意義：通過(guò)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(wèn)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)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通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)能力，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思路，掌握機(jī)電一體化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟， 為自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)打下良

4、好的基礎(chǔ)。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(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng), 同時(shí)最大限度的培養(yǎng)了學(xué)生分工協(xié)作完成大型設(shè)計(jì)的能力。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹：1. 基本要求：（ 1）總體設(shè)計(jì)：針對(duì)具體的原理方案，通過(guò)對(duì)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)，最后給出機(jī)械系統(tǒng)的裝配圖（ A1 一張）。（ 2）根據(jù)要求，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份。(3 ）設(shè)計(jì)選題分組進(jìn)行，每位同學(xué)采用不同方案（或參數(shù)）獨(dú)立完成；2該機(jī)械手的功能：機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，啟動(dòng)后，機(jī)械手將下降 加緊工件上升右移再下降放松工件再上升左移八個(gè)動(dòng)作，完成一個(gè)工作周期（如圖 1 所示

5、）。3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)；4主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程 400 mm；運(yùn)動(dòng)負(fù)載質(zhì)量 50 kg ；移動(dòng)速度控制 0.2 m/s 。-精品文檔圖 1 搬運(yùn)任務(wù)-精品文檔2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)分析機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。1-夾緊氣缸；2-縱向氣缸；

6、 3-橫向氣缸；4-常開(kāi)手部5-固定支架導(dǎo)軌（2 個(gè)）； 6-彈簧圖 2 方案一示意圖2.2設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹可以看出：圖示為 地面固定式， 氣缸 2 固定在地面上的固定臺(tái)上，可以上下移動(dòng)；-精品文檔氣缸 3 通過(guò)與導(dǎo)軌相連，可以在水平方向移動(dòng)。氣缸 1 采用的是靠彈簧恢復(fù)的單作用氣缸，它與手爪構(gòu)成了一套常閉式夾緊裝置。-精品文檔3 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)總體設(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 的作用是物品的抓緊和釋放，氣缸 2 的作用是實(shí)現(xiàn)物料縱向的提升與下降，氣缸 3 的作用是實(shí)現(xiàn)物料的橫向移動(dòng)。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)

7、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4 所示圖 4 氣缸設(shè)計(jì)流程圖氣缸按結(jié)構(gòu)特征分類如圖5單活塞桿氣缸是各類氣缸中應(yīng)用最廣的一種氣缸。由于它只在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側(cè)承受氣壓作用 的面積不等，因而活塞桿伸出時(shí)的推力大于退回時(shí)的拉力。雙活塞桿氣缸活塞兩側(cè)都有活塞桿，兩側(cè)受氣壓作用的面積相等， 活塞桿伸出時(shí)的推力和退回時(shí)的拉力相等。單作用氣缸是由一側(cè)氣口供給氣壓驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，依靠彈簧力、外力或自重等作用返回；而雙作用氣缸是由兩側(cè)供氣口交替供給氣壓使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。結(jié)合課程設(shè)計(jì)的方案，夾緊氣缸 1 選擇單作用氣缸，依靠彈簧力恢復(fù)；縱向氣缸 2

8、選擇單作用氣缸，靠重力恢復(fù)；橫向氣缸 3 選擇雙作用氣缸-精品文檔圖 5 氣缸結(jié)構(gòu)分類3.2 手指氣缸的設(shè)計(jì)-精品文檔圖 6 手指氣缸結(jié)構(gòu)圖（ 1）夾緊力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)其大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷( 慣性力或慣性力矩 )，以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按下式計(jì)算：式中錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 安全系數(shù)，通常取1.2-2.0 ；錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可用下式估算其中 a 運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大升加速度g 重力

9、加速度 g=9.8錯(cuò)誤 !未找到引用源。 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定。-精品文檔f 摩擦系數(shù)G選取工件所受的重力（N）設(shè)錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為 1.5，錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。將已知條件代入得：（ 2）氣缸的內(nèi)徑根據(jù)手指的幾何關(guān)系得：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。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率：(氣缸的實(shí)際負(fù)載F氣缸的理論負(fù)載F 0 )100%由液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)表11-1 ：取 =0.45根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得：D- 活塞直徑，

10、m；d- 活塞桿直徑， m；P- 許用壓力 , Pa ；Ft - 彈簧反作用力， N錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。-精品文檔估算時(shí)取 d=0.3D,錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 =40N, P=0.5 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。代入上式得：按照 GB/T2348-1993 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=80 mm（ 3）活塞桿直徑由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm-精品文檔(4) 缸筒長(zhǎng)度的確定：缸筒長(zhǎng)度 S=L+B+20L 為活塞行程； B 為活塞厚度活塞厚度 B=0.20D= 0.20 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 80=16mm 由于氣缸的行程 L=200mm ,所以 S=L+B+20=236 m

11、m（ 5）氣缸筒的壁厚的確定 :由液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè)知：一般氣缸缸筒與內(nèi)徑之比錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 /D1/10 ，其壁厚通常按薄壁筒公式計(jì)算：Pb - 實(shí)驗(yàn)壓力，一般取 Pb =1.5p(p 為氣缸工作壓力 ) ， Pa ； p - 缸筒材料的許用應(yīng)力， Pa ， p = b /S ；b - 材料的抗拉強(qiáng)度， Pa ；S- 安全系數(shù)， S>=68。通常計(jì)算出的壁厚往往很薄， 考慮機(jī)械加工工藝性， 往往將缸筒壁厚適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管與鋁合金管。 下圖所列缸筒壁厚可供參考。-精品文檔假設(shè)所選材料為無(wú)縫鋼管，則由表知(6)氣缸耗氣量的計(jì)算：氣缸的耗氣量是指氣缸往復(fù)運(yùn)

12、動(dòng)時(shí)所消耗的壓縮空氣量。 耗氣量大小與氣缸的性能無(wú)關(guān)， 但它是選擇空壓機(jī)排氣量的重要依據(jù)。As P PaQ maxtv . pa(7)氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算通常氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑大小與氣缸速度有關(guān)，根據(jù)ISO-15552、ISO-7180。氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑見(jiàn)下表（ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）氣缸直徑3240506380氣口尺寸汽缸直徑100125150200250氣口尺寸汽缸直徑320氣口尺寸-精品文檔查此表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。3.3 縱向氣缸的設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)方案可以知道，縱向氣缸 1 不僅要承受負(fù)載 50kg 的重量，還要承受氣缸 3 及手指部分的重量，假設(shè)此重量

13、為負(fù)載的十分之一，即 5kg。則縱向氣缸實(shí)際的負(fù)載 F=539N。進(jìn)一步求的理論負(fù)載 FO F / 539/ 0.45 1198 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。（ 1）氣缸的內(nèi)徑由公式 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 得：D 1.18 /FO11981.18 /58mmP95 X 106查表后得： D=63mm。（ 2）活塞桿直徑由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=18.9 mm查表后得： d=20mm(3) 缸筒長(zhǎng)度的確定：缸筒長(zhǎng)度 S=L+B+20L 為活塞行程； B 為活塞厚度活塞厚度 B=(0.20 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 0.25)D= 0.20 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。63=13mm由于氣缸

14、的行程L=400mm ,所以 S=L+B+20=433 mm（ 4） 氣缸筒的壁厚的確定選用無(wú)縫鋼管為材料，查表得：(5) 氣缸耗氣量的計(jì)算Q max( D 2 d 2)V Xppa3.5 X10 3Dpa-精品文檔(6) 氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。3.4 橫向氣缸的設(shè)計(jì)(1) 氣缸的內(nèi)徑根據(jù)機(jī)械手結(jié)構(gòu)關(guān)系得：取： =0.2 ， g=9.8得：錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 =130(近似 )根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得：估算時(shí)取 d=0.3D,錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 P=0.5 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。代入上式得：按照 GB/T2348-1993 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)

15、行圓整，取D=50 mm(2)活塞桿直徑由 d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=15 mm查表得： d=16mm（ 3）缸筒長(zhǎng)度的確定：缸筒長(zhǎng)度 S=L+B+20L 為活塞行程； B 為活塞厚度活塞厚度由于氣缸的行程L=400mm ,所以 S=L+B+20=430 mm（ 4）氣缸筒的壁厚的確定 :假設(shè)所選材料為無(wú)縫鋼管，則由表知-精品文檔（ 5）氣缸耗氣量的計(jì)算： 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。Q maxppa(D 2 d 2)V XDpa（ 6）氣缸的進(jìn)、排氣口計(jì)算查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。4 最終圖紙-精品文檔4.1 裝配圖最終圖紙如圖7 所示：圖7裝配圖5 總

16、結(jié)-精品文檔課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí), 發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題 ,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié), 是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì) , 暴露出了平時(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中存在的問(wèn)題: 學(xué)習(xí)不夠深入 , 了解不透徹 ,導(dǎo)致在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中, 經(jīng)常對(duì)一些基本的知識(shí)點(diǎn)弄混. 這次課程設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)前最后的一次練兵, 對(duì)我來(lái)說(shuō)非常有意義。機(jī)械手高效的工作效率， 準(zhǔn)確的定位精度， 以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來(lái)越廣泛?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)， 令我仍感慨頗多。 一周的時(shí)間說(shuō)長(zhǎng)不長(zhǎng)， 說(shuō)短也不短，在這一周里讓我學(xué)會(huì)了本課程在實(shí)際生活中的用途，學(xué)會(huì)了同學(xué)之間的互助團(tuán)結(jié)，學(xué)會(huì)了怎樣克服困難。付出了不少時(shí)間和精力，但學(xué)到了很多很多東西。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)， 從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 老師都始終給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 我在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下， 獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力， 這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)有極大的幫助。 在此謹(jǐn)向各位老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一