紐扣自動沖壓組裝臺異形零件夾持裝置設計

專 業(yè)年級班別號Th姓名指導教師年 月紐扣自動沖壓組裝臺異形零件夾持裝置設計李忠慕材料與能源學院II.的（1學分析、建模與仿真等問題。（2（3的結包括很多內(nèi)容，如的總體布局、安全。由于本人水平關鍵詞：械手；虛擬樣；AbstractParallelmechanismwithhighrigidity,strongbearingcapacity,smallerror,highprecision,smallself-weightloadingratio,gooddynamicperformance,easycontrolandaseriesofadvantagescanbeusedasasubmarinerescuedockingdockingdevice,maritimespaceon;theindustrycanbeusedasmicro-actuatorassemblymachines,largeprecisionoperation;youcanautomaticallyinstallthewheelassemblyinautomobileassemblyline;inaddition,medicalrobotics,astronomicaltelescope,usingparalleltechnology.Thedirectionoftheresearchofparallelmechanism:studyontheprincipleofparallelmechanism.Thedegreeoffreedomparallelmechanism,motionpairofcalculationtype,hingetypeandkinematicanalysis,modelingandSimulationofthe.forparallelmechanismworkspaceIncludingthemotionspaceanalysisandsimulation,thereachableworkspacesolution(suchasnumericalmethod,spherecoordinatesearchingmethodetc.),mechanismofinterferenceanalysisandlocation.forparallelmechanismstructuredesignStructuredesignofparallelmechanismincludesmanycontents,suchasthedesignofgenerallayout,securitymechanism.Becauseofmylimitedability,mistakesandshortcomingsinthispapercanhardlybeavoided,askteacherstogivethecriticismandcorrection.Keywords：threedegreeoffreedomparallelmechanism;virtualprototype;11.1 1.2 26.1 62.2 72.3 72.4 9主要部件103.1 103.1.1103.1.2 1132 . 1433 . 1434 . 1535 . 1736 . 19361 . 19362 . 2037 . 21371 力. 21372 . 22373 . 24374 定. 24375 . 25376 . 25377 . 26378 定. 273.7.9件選取及工作原理 27源執(zhí)行件 控制件 輔助件 真空發(fā)生器 分析 夾持機構夾持機構機運動學約束 32連桿桿長約束 運動副轉角約束 連桿桿間干涉 確定夾持機構空間基本方法 33總 結 參考文獻 致 謝 VIPAGEPAGE10言1.1 廣泛串相比往往使感到它不適合作手部來得靈活。確這種6-TPS結構夾持構其工作空間只是一個厚度不大蘑菇形空間，位于構上方，而表示靈活度3維轉動60°±90°優(yōu)點比串式缺點，也同樣令吃驚。首先，式結構其末端件上平臺同時由6式較串式在相同自重或體積下有高得多式末端件上誤差是各個關節(jié)誤差式?jīng)]有那樣積累和式驅動電動及傳動系統(tǒng)大都放在運動著式則傳傳動構件理論上為僅受拉壓載荷二力桿，故傳動構單位重量具有高承載能力。響應速度快：運動部件慣性大幅度降低有效地改善了伺服控制動態(tài)品質(zhì)，允許動平臺獲得高進給速度和加速度，因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。布局和自由度組CCD攝像等末端執(zhí)行，還可完成精密裝配、特種加工夾持構等作業(yè)。技術附加值高：夾持構具有“硬件”軟件”復雜特點，是一種技術附加901994Ingersoll、Giddings&LewisHexal首次展了稱為六足蟲”(Hexapod)“變型數(shù)控心引起轟動后英國GeodeticLapikMulticraft日本豐田、日立、三菱等,ETZHIFW所NeosRoboticsBraunschweig德亞琛斯圖特大等單位也制不同數(shù)控專門成立了出例如第47～49屆CIRP1998～1999CIRA大ASME25屆雙10TMM世大均有大量文章涉及這領域由家科基金動議1998意大利米蘭召了第屆聯(lián)運動器專題討決定第二屆討2000密執(zhí)安大舉行1994～1999成為21世紀速輕型數(shù)控主力裝備。我已將列入家“九五”攻關計劃863技展計劃關基礎理論連續(xù)到家自然科基金家攀登計劃資助部分校還將納入教育部持6月清華大召了我第屆聯(lián)器人設計理論關鍵技討問題進行了討。.2內(nèi)外研究現(xiàn)狀具有剛度、承載能力、速度、精度、量輕、械簡單、標準度模塊度等優(yōu)點,要求精密航空航天、兵器、船舶、電子等領域到了成功應用。串聯(lián)結構中的橫梁部件很容易受到彎曲扭矩的作用而產(chǎn)生扭曲變形，從而產(chǎn)生動態(tài)誤差；由于采用串聯(lián)的方法，因而整個運動誤差是每個坐標軸運動誤差的累加；(3)不滿足夾持機構的基本原理——阿貝原理；X，Y，Z相互垂直導軌的約束，測頭的空間位姿不夠靈活。圖1.1普通笛卡爾式串聯(lián)結構示意圖的。，益生產(chǎn)、敏捷制造、度、夾持機構效率及靈活性等相應的技術指標又提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的具有笛卡兒坐標系結構的三夾持機構機因其自身結構的限制已很難達到這一要求，于是，各種非笛卡兒式夾持機構技術應運而生并迅速發(fā)展起。1.2幾種非笛卡爾串聯(lián)機構夾持機構機結構示意圖當今國際市場需求快速變化的特點和21世紀更加個性化的市場趨勢，促進了快30年發(fā)展起來的一種高效率的新型3根可沿各自軸向伸縮的連桿支撐，從而使整個系統(tǒng)的串聯(lián)機構相比有的提高；各并聯(lián)桿沿軸向的性的用,而動變(3)夾持機構中,各桿和高精夾持機構(4)并聯(lián)動機構中動的性量，，而有高速、高效率夾持機構；可以將夾持機構點置測長裝置的延長上，從而減阿貝對夾持機構結果的影響；并聯(lián)夾持機構機測頭的空位姿靈活，可從任何角進入工表面，而對表面,孔隙方位多的零夾持機構比方便；夾持機構結果空氣波動、溫變化等素的影響(8)需要復雜的跟蹤機構、控制裝置等；(9)夾持機構具有“硬”軟”一體化產(chǎn)品,而渴獲得高額的經(jīng)濟回報。疑為新一代夾持機構機的開發(fā)與研制帶來了希，從而為拓寬夾持機構機的應用領21因而若將其應用中將可使精得到很程度改善此可看出應用也型開供遇所開作非常必要作原理.1 運動概述需要等優(yōu)由并聯(lián)閉環(huán)所組成并聯(lián)其測頭處若干并聯(lián)調(diào)節(jié)器和連下平臺（或轉動副表述由些變量參數(shù)關線性所以與普比問題變得十分復雜。并聯(lián)運動指、下平臺用2 或2 以分支連2 或2以自由且以并聯(lián)方驅動閉環(huán)運動由并聯(lián)運動剛度設計等優(yōu)許多領域都已得到廣泛應用例如：德國漢諾威、斯圖加特大學及倫瑞克大學等已先后將并聯(lián)運動應用裝配及醫(yī)ft。學，。的2.2162.2.12個平臺和連桿組成。2.3

夾持機構結構簡圖夾持機構夾持機構機的控制與夾持機構系統(tǒng)結構示意圖如圖2-2所示：處理器單元，伺服電機控制單元和夾持機構數(shù)據(jù)采集與存儲PC處理單元主要成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、幾何尺寸計算和三維形體的重建讀取。2.2框圖上述原理可簡述下：當操人員通過鍵盤或鍵開關）出命后C當隨著移動副伸縮，之相連長記錄儀）開始輸出脈沖并由32位器分別若測頭移動過程中連桿或動副出現(xiàn)干涉現(xiàn)象驅動將立即反饋信息通知及及修測頭軌跡測頭安全、柔地到達點位置。當測頭被測目標點接觸一剎那測頭微動開關將產(chǎn)生一觸脈沖并將其反饋給為樣觸信號接收到該樣后32位計器出讀隨后將器中脈沖值讀入處理器經(jīng)相應處理軟件后得到該點處空間坐標值一次坐標樣過程。.4 作空間的分析CeeConstantworkplacMaimalworkplac.小。副轉角限制各種鉸鏈包括球鉸接萬鉸接轉角受結研制每一鉸鏈轉角應于轉角。DDi,Di＞D。主要部件的設計.1 電動選型3.1.1電的分類、阻滯感應換向器感應又、罩極換向器又串勵、兩用推斥無刷有刷有刷又串勵復勵又稀土、鐵氧體鋁鎳鈷起與運行方式起與運行方式容起式、容盍式、容起運轉式式用途用途驅用控制用驅用又具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等具）、。轉子轉子籠型感應（舊標準稱為鼠籠型）繞線轉子感應（舊標準稱繞線型。運轉速度運轉速度高速、低速、恒速電、調(diào)速低速又齒輪減速減速爪極、無變外，還磁、直流、PWM變頻和開關磁阻3.1.2擇步進電機的計算構工作時，需要克服摩擦阻力矩、工件負載阻力矩和啟時的慣性力矩。[15]：M M總 摩

M M負

（3.1）M 摩 總

（3.2）M mg慣

J/t啟

（3.3）M m負 負

gl

J /t負

（3.4）mv

R2R2.l1 2

（3.5）J m l負 負

（3.6）ml2 m J 3 2

R2R21 2

（3.7）式中：

v/l

（3.8）M —偏轉所需力矩Nm；總M —摩擦阻力矩Nm；摩M —負載阻力矩Nm；負M —啟時慣性阻力矩Nm；慣J —工件負載對回轉軸線的轉慣量m2；負J—（m2；—（s；m—k；m —k；負t —s；啟—m3；v—m/s。根據(jù)已知條件2.50.80.035m，R

0.025m，l

0.12m，負 1 2啟t 0.27.8103kg/m3。啟 m

R2R2l1 2 7.81033.14

0.03520.02520.121.76kgvl

0.80.12

6.67r/sJ m l22.50.122

0.036

kg·m2負ml2 m J 3 2

R2R21 21.760.122 1.76 3 2

0.0

50.0259.63103kg·m2M m glJ /t負負 啟2.5104.5N·m

0.036

/0.2M mgl慣

J/t啟1.76100.129.631036.67/0.22.4N·mM M總 摩

M M

0.1M總

4.52.4M 7.7Nm總[15] 0.99；1 0.99；3 0.97；4a

0.8501。電機在工作中M電

M /

4.53

Nm 3.）根據(jù)出需力矩結合北京和利時電機技術有限公司生產(chǎn)90系列的五相混合型步進電機技術數(shù)據(jù)和矩頻特曲線3.33.4示,選擇90BYG5200B-SAKRML-03號步進電機。圖3.1 90BYG步進電機技術數(shù)據(jù)3.290BYG5200B-SAKRML-03013.2 傳動結構形式的選擇1比較大﹑結構簡單緊湊﹑效率較高﹑承載力較高﹑通用1因此本設計方案所選結構形式為剛固定﹑發(fā)生主和柔從比較合適為了便于采用標準刀具來加工柔和剛選取壓力角 20漸開廓。03.3 幾何參數(shù)的計算數(shù)確定柔Zr

ui2100200剛數(shù)：Zg

uZr

2200202已知模數(shù)：m0.5mm，則

d mZr

0.5200100mm鋼分度圓直徑：g

mZg

0.5202101mm柔圈處厚度： 4 Z (75 r 4 Z1 r

(752004)100104

1.25mm1% 1.251.201.5mm1

0.71

0.71.51.05mm

B0.15dr

0.151005mm

(0.2~0.3)B(0.2~153~

4.5mmC

L(0.8~1.2)dr

(0.8~1.210080~120mm,L100mmrm0.

r

200。3.4 及校核軸荷較材料選45,,材料系A0

112所,有該軸最小軸

d

P3=1531 03n3dmin17MM,具結圖 3.3軸的受力模型簡化 見圖 及受力計算2TF 2t2 d2

22940005938.3999

圖 3.4知：F Fr2 T

an

59339an2216.76F L F LF t2 2 4932.22 F t2 1 2901.31AH LL1 2F L

BH LL1 2F LF r2

1854.42

F r2

1090.84AV L1F

L22F

25269.31

BV L1F

L22F

23099.60AH AV BH BV3.5 ,.312480h.:CrC0reCrC0re值6014A端 BCr=98.5kNC0r=86.0kNe=0.68Fa/Fr確定X、Y值FaAFaB/FrB>e1.2PB=6759.14763399hL10h16670大于n maxP)Cr1A B12480h6014AC、6014。C、D（1、合成彎矩F 2F 2F2F 2F 2F2BH BVF rB

5269.31AV M3099.60

F 276638.78rA、扭矩T 圖T 9100603、當量彎矩M2M2)2C 3C

612046、校核由手冊查材料45的強度參數(shù) 51bC截面當量彎曲應力：C

MC d3C

6120460.1(80)3195

]1b由計算結果可見C截面安全。各軸鍵、鍵槽的選擇及其校核因減速器中的鍵聯(lián)結均為靜聯(lián),因此只需進行擠壓應力的校.一、電機鍵的選擇及校:帶輪處鍵:按照帶輪處的軸徑及軸長選鍵B8X7,鍵長50,GB/T1096:45鋼鍵、(軸)剛輪處鍵:B14X9GB/T1096為: (轂)、5鋼(鍵)、(軸)此,鍵聯(lián)結合.輸出軸處鍵:16X10,100,GB/T1096聯(lián)結處的材料分別為: 45鋼(聯(lián)軸器)、45鋼(鍵)、45(軸),,查手冊其p411 3

2910060

80.25]p4 d 31

56805 p4.3.6 與校核種類1.?；?。不 需要導軌就以保證兩指保持平行采平行四邊形機構因此，比帶導軌平行移摩擦要小很多具體工情況采驅往復移過端部齒條中間齒條及扇形齒條指張開或閉指最小開度加工工件的直徑調(diào)定本設計按照所要捆綁重物最50mm設計。適當。有，。度夾緊氣方便。N

kkkG12 3

（3-6）N 為所需夾持；k安全系數(shù)1.2~2；1k 為載系數(shù)主考慮慣可按k2

1

aa在gm/s2a9.8m/s2g；k 方系數(shù)3

k 1；3G被持工件20kg；帶入數(shù)據(jù)計算得：

N24；1理論驅計算：

pRN

（3-7）p 為柱塞缸所需理論驅；b 為夾緊至回轉支點垂距離；R 為扇形齒輪分圓半徑；N 0.9；。帶入數(shù)據(jù)P

370N：kkFF 14 c

（3-8）F 計算驅ck1.2；1k工作條件系數(shù)1.；4而氣壓缸工作驅是由缸內(nèi)油壓提供故有F PAc

（3-9）P柱塞缸工作油壓；A 柱塞截面積取缸內(nèi)徑40mm3.7 負載/KN<5>50負載/KN<5>50工作壓/MPa≥53.3各種機械常用的作床 農(nóng)業(yè)械 氣機磨床 組合 龍

小型工程大中型挖掘機拉床械類型

床 刨床

械建筑

重型械起重運輸械氣鑿巖機0.8~23~52~88~1010~1820~32/MPa3.23.3P1=1MPa300桿與前影響并機械爪的質(zhì)量。在研究性確定徑常用F理論F0

100%《液與傳技術》3.4：慣性運v阻性（靜慣性運v阻性（靜）/s~/s/s0.80.65運v=50mm/0：0（2）內(nèi)徑確定項目公式雙推力作D項目公式雙推力作D1.23FpmD~1.6)Fpm缸用FPPpm徑拉力D1.27FFpaD~1.65)paFPPpoFpmPDFpmP

27.5mm50011 列5001881012162025324050638080100125160200250320400500m2D57。m82 456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400(1)20、25、35、45號鋼無縫鋼管幾種45號鋼性能優(yōu)良所里45號鋼PDy ]式Py——實驗MPa額定P5.1MPaP=1.5PP16MPa。[]—m2[]=b 抗n b注1額定Pn額定又稱公稱即統(tǒng)P=1MPa2.允許PmaxPmax1.5Pn=1.251=1.25MPa筒采45鋼抗b=600MPa安全P2432—15。 σ許應[ ]=

b=120MPanPD]=1.25402120=0.2083mm50mm。3.[6]。4F[]4F[]41.510480106

m<90mm （4-4）中 ]————許；]

400

80MPa（Q235鋼抗拉強度為n 5375-500Ma取400MP5即活塞桿強度適中）活塞桿活塞桿頭部負載拖動油馬達機連了避免活塞桿工作生產(chǎn)Y圈、U夾織物圈、O圈、V圈等[6]采薄鋼片組合防塵圈防塵圈活塞桿H9/f9取薄鋼片厚度0.5mm方維護本方案O型圈。作行程確定工作行程長度可以執(zhí)行機工作最大行程確定4-4選取標準值4-4中a、b、c220028003600B22002800360025508010012516020025032040050063080010001250160020002500320040004bB[6]406390110140180220280360450550700900110014001800B[6]240260300340380420480530600650750850950105012001300150017001900210024002600300034003800100mm而，O算H時必須保證有一定最小導向長度。經(jīng)驗,最D時,:L DH 2）m80mm時。BH夠時,活塞桿上增加一個導向套 K(見圖 4-1)來增加 H值。 隔套 K的寬度

CH121

AB)。圖 3.5氣缸最小導向長度 [1]因此 :最小導向長度，取 H=9cm；導向套滑動面長度 A=0.8度 B=0.9

8.1mm、 、 ， ， ， -d )-d )cp1 cp式中 D1——螺釘孔分布直徑， cm；P——壓力， kgf/cm2；d ——密封環(huán)形端面平均直徑， cm；cp——

kgf/cm2。缸底的設計缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。慮到兩端端蓋的厚度[1]20~305,L=5*10cm=50cm。（或柱塞桿和氣缸活塞及活塞桿等運動部在運動時缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端度的，為。當氣缸活塞活塞運動6m/min以下時，一般不設緩沖裝置，運動度12m/min以機氣系統(tǒng)的大速4m/min,有必要設計緩沖裝置。3.8 件選取及工作原理氣壓驅動是用壓氣體的壓力量的一種質(zhì)要是空氣，氣和。的氣壓動系統(tǒng)以下部分：源氣裝置是具有一定量的壓體部分是氣壓有氣的壓力。氣壓動氣的要求：要求壓(2)要求壓氣有一定的清潔度和干燥度。下面于要的氣裝置元進行如下紹：、空氣壓縮機選用容積型壓縮機。、儲氣罐10以利用進一步分離空氣中的油、水。.82 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能轉變?yōu)闄C能。、氣缸輸出直線往復式/回縮氣缸，當左側無桿腔進氣，右側有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側無桿腔進氣，下側有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。、擺動氣缸輸出回轉擺動式擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式。單葉片式擺動氣缸：壓縮空氣由進氣口輸入，作用在葉片上，帶動軸回轉產(chǎn)生轉矩，另一腔的空氣從排氣口排出。2.8.3 其流方向使執(zhí)行構獲得必要作速度和改變運方向并按規(guī)定程序工作按功分為壓閥、流量閥和方向閥。、閥和小稱為閥它包括組合閥。閥出口側可并保持出口側穩(wěn)定閥。溢流閥在回路中達到閥規(guī)定值時使部分體從排側排出保持回路內(nèi)在規(guī)定值閥。速閥根據(jù)“流量負反饋”原理而成單路流量閥速閥一般執(zhí)行元負載變化而運速度要求穩(wěn)定系統(tǒng)中串聯(lián)減和并聯(lián)溢流又分為速閥和溢流流閥兩種主要類型選串聯(lián)減速閥。、方向閥方向閥改變流方向和流通斷狀態(tài)使執(zhí)行作或狀態(tài)發(fā)變換閥其通?？煞譃閱蜗蛐烷y和換向型閥兩類。(1單向型閥單向閥指流只向一個方向流而不反向流通過閥最簡單單向節(jié)一動。2閥或改流方向。它途很廣種類也很多。向性能主要要求（1（2位各口互。使三四電磁向能夠快速氣缸正反向運動。3.8.4輔助元件保證壓縮空氣連及消聲等所必須?？煞譃闅庠磧艋b其他輔助元件兩大類。1、氣源凈化裝置油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元空氣中含有各種雜質(zhì)這些雜質(zhì)存在會降低元件耐度性能造成誤動作和事故清除壓縮空氣雜質(zhì)提高空氣質(zhì)量元件。2、消聲器消聲器降低排氣噪聲裝由向排氣口排壓縮空氣以近音速狀態(tài)進入大氣由于壓力驟然化使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音80～100為了改善勞動條件應使用依靠吸聲材料消聲結構比較簡單當于一段比排氣口徑大件當氣流過時互干涉而消聲。膨。.8.5 發(fā)Th器真空發(fā)生大氣壓以下，形成一定真空度。分析機.1的運動學約束411連桿桿長約束連桿在運動過程中其桿長必須滿足條件：lli

l min

(i=1,2,3)l 0max i在式中l(wèi)minlmax分別表示連桿最小桿長和最大桿長。412 運動副轉角約束同樣在并聯(lián)過程中必須滿足條件：0αiαmax(i=1,2,3)imili之角(4.1)?？梢员硎境桑簃·lmi=cosmi圖4.1運動副轉角約束