機車軸承座自動上下料專用機構(gòu)設(shè)計【含15張CAD圖紙】

喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問咨詢QQ：414951605 或1304139763 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 機車軸承座自動上下料專用機構(gòu) Special mechanism for automatic loading and unloading of locomotive bearing seat · 設(shè)計題目： 機車軸承座自動上下料專用機構(gòu) 學(xué)生姓名： 郭 靖 學(xué)院名稱： 長春工程學(xué)院國際教育學(xué)院 專業(yè)名稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級名稱： 機制1646班 學(xué) 號： 1622421611 指導(dǎo)教師： 于 博 教師職稱： 講 師 完成時間： 2020年6月4日 2020年6月4日 畢業(yè)設(shè)計（論文） 機車軸承座自動上下料專用機構(gòu) Special mechanism for automatic loading and unloading of locomotive bearing seat 設(shè)計題目： 機車軸承座自動上下料專用機構(gòu) 學(xué)生姓名： 郭 靖 學(xué)院名稱： 長春工程學(xué)院國際教育學(xué)院 專業(yè)名稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 班級名稱： 機制1646班 學(xué) 號： 1622421611 指導(dǎo)教師： 于 博 教師職稱： 講 師 完成時間： 2020年6月4日 長 春 工 程 學(xué) 院 目錄 摘要 1 緒論 4 1. 課題論證 4 1.1機車軸承座自動上下料專用機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的目的與意義 4 1.2文獻綜述 4 1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 4 第1章 自動上下料機構(gòu)的設(shè)計 6 第2章 機械手總體設(shè)計 7 2.1 手臂設(shè)計 7 2.1.1 夾緊液壓缸的計算 7 2.1.2 升降液壓缸計算 8 2.1.3 回轉(zhuǎn)液壓缸計算 10 2.2 機身其他部位計算 11 2.2.1 移動缸計算 11 2.2.2 齒輪軸計算 13 2.2.3 滑板計算： 15 2.2.4導(dǎo)軌計算： 17 2.3 機械手手部計算 19 2.3.1 手部選型 19 2.3.2 計算手指夾緊力 19 2.2.3 計算手指驅(qū)動力 19 2.3.4 手部結(jié)構(gòu)強度校核 20 第3章 液壓傳動系統(tǒng)簡單說明 23 3.1本次設(shè)計液壓系統(tǒng)組成： 23 3.2 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計： 23 3.3設(shè)計參數(shù) 24 3.3.1 確定機械手的動作順序 24 3.3.2 主要設(shè)計參數(shù)確定 25 3.4 輔助設(shè)備的選擇 25 3.4.1油管及接頭配件 25 3.4.2 機油濾清器 25 3.4.3存油的油箱 26 結(jié)束語 26 參考文獻與附錄 27 摘要 本設(shè)計主題是一種用于機車軸承座自動裝卸的特殊機制。工業(yè)水平日漸上升并不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)趨于自動化。，解放人力的同時又帶來許多機遇，在這個階段，自動化生產(chǎn)顯然已經(jīng)成為人類追求的目標，并且現(xiàn)在已經(jīng)慢慢實現(xiàn)，出來了許多機器人，如汽車加工中的機械手，本次設(shè)計也是一類機械手機器人，主要作用于機車軸承座生產(chǎn)中實現(xiàn)工件的自動上下料，翻轉(zhuǎn)等一系列的動作，在加工過程中實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 本次設(shè)計的過程中所要完成的任務(wù)很多，要繪制該機械手的總體裝配圖及部裝圖和非標零件圖，同時還要整理所設(shè)計部分的計算說明書。 設(shè)計時，首先要選擇機械手的驅(qū)動方式，這里我選擇液壓系統(tǒng)驅(qū)動，因為該機械手是4自由度的機械手，4個自由度分別為夾緊/松開，升降和回轉(zhuǎn)。因此，夾緊液壓缸，提升液壓缸和旋轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計。 所以該機械手不但滿足這4個自由的動作，它還可以確?？煽孔ト?，平穩(wěn)靈活的傳送以及準確的定位。同時還要進行液壓系統(tǒng)的簡單設(shè)計，液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢非常明顯，體積小，重量輕；高剛性，高精度和快速響應(yīng)；驅(qū)動力大，適合直接驅(qū)動重物；速度范圍寬，速度控制方式多樣；自潤滑，自冷卻，壽命長；容易實現(xiàn)安全保護。 設(shè)計的目的是在滿足要求的前提下盡可能的符合實際的工作情況和安全情況，在工作車間的工作狀況會導(dǎo)致某些動作的危險，還要考慮到機械手的成本，所以要從結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動學(xué)分析上解決問題，以實現(xiàn)本次設(shè)計的最終要求。 關(guān)鍵詞：自動上下料；機械手；液壓系統(tǒng)。 Abstract This design theme is a special mechanism for automatic loading and unloading of locomotive bearing seats. With the continuous improvement of industrial level, industrial production tends to be automated. At the same time, the liberation of manpower brings many opportunities. At this stage, automated production has obviously become the goal pursued by mankind, and has now been slowly realized. Many robots, such as robots in automobile processing, have come out. The manipulator robot is mainly used to realize the automatic loading and unloading and turning of the workpiece in the production of locomotive bearing seats, and to realize automatic production during the processing process. There are many tasks to be completed in the design process. The general assembly drawing, part assembly drawing and non-standard part drawing of the manipulator must be drawn. At the same time, the calculation instructions of the designed part must be collated. When designing, we must first select the driving method of the manipulator. Here I choose the hydraulic system to drive, because the manipulator is a 4 degree of freedom manipulator, and the 4 degrees of freedom are clamping / unclamping, lifting and rotating. Therefore, the design of clamping hydraulic cylinder, lifting hydraulic cylinder and rotating hydraulic cylinder. Therefore, the manipulator not only satisfies these four free movements, it can also ensure reliable grasping, smooth and flexible transmission and accurate positioning. At the same time, a simple design of the hydraulic system is also required. The hydraulic system is a little obvious, small and light; large rigidity, high precision and fast response; large driving force, suitable for direct driving of heavy loads; wide speed range, speed control mode Diversity; self-lubrication, self-cooling and long life; easy to achieve safety protection. The purpose of the design is to conform to the actual working conditions and safety conditions as much as possible on the premise of meeting the requirements. The working conditions in the workshop will cause certain actions to be dangerous. The cost of the manipulator must also be considered. Kinematics analysis to solve the problem to achieve the final requirements of this design. Keywords: manipulator; automatic loading and unloading; hydraulic system. 緒論 1. 課題論證 1.1機車軸承座自動上下料專用機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的目的與意義 隨著中國工業(yè)化的飛速發(fā)展，自動化程度迅速提高，并且工件裝卸和運輸?shù)淖詣踊艿皆絹碓蕉嗟年P(guān)注。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱作工業(yè)機械手。在實際生產(chǎn)中提高了生產(chǎn)水平和生產(chǎn)率；勞動強度顯著減輕，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證，并且實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。 1.2文獻綜述 1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀40年代，美國在原子能實驗中用機械手搬運放射性材料，50年代初，機械手被廣泛應(yīng)用，但更多用于人類不能工作的工作環(huán)境中，如高溫和污染嚴重的環(huán)境中，一直到60年代第一臺工業(yè)機械手才別制造出來，但此機械手主要用于車床中，70年代，機械手才在工業(yè)中推廣起來，并逐步實現(xiàn)商品化，進入到20世紀90年代，出現(xiàn)了能實現(xiàn)更多復(fù)雜動作的機械手，以此來滿足工作需求，但一些復(fù)雜的操作就需要有一定智能的機械手來參與工作，所以偏智能的機械手迅速發(fā)展，并且國外的機械手向著智能方向不斷的進步和發(fā)展。 1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，隨著自動化行業(yè)的不斷發(fā)展，機器人也將得到發(fā)展。未來幾年，其發(fā)展趨勢如下： 1.性能的日漸提高如：高速;高精度;高可靠性;操作和維護方便。 2模塊化和可重構(gòu)的的趨勢發(fā)展。 3.機械手控制系統(tǒng)開放式控制器，能實現(xiàn)設(shè)備之間的互通如電腦，方便使用并且可以連接網(wǎng)絡(luò)使其更標準化，因為是模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計，大大提高了它的可靠性。 4.傳感器的作用越來越重要。增加了許多傳感，如視覺，聲音，觸覺等。并實現(xiàn)了多傳感器的相互融合。 5.在不斷的發(fā)展中控制的方式多樣化起來，現(xiàn)在可以實現(xiàn)遠程操控，遙控加自身自主系統(tǒng)的共同控制，使其“智能”脫離了實驗室。 作為中國的主要制造國，機械手的應(yīng)用對于實現(xiàn)制造自動化至關(guān)重要。機械手的廣闊市場前景不僅改變了機械手使用的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)，而且?guī)砹斯I(yè)制造和生產(chǎn)的變化。 雖然我們的起點比一些發(fā)達國家要低，但我國正在不斷縮小我們和其他國家的距離，并不斷走向強大。 第1章 自動上下料機構(gòu)的設(shè)計 自動上下料的專用機構(gòu)，用于機車軸承座生產(chǎn)線，夾緊工件后并將工件一定高度的提升，在將其旋轉(zhuǎn)和移動位置。 其主要技術(shù)指標如下： 1. 工件重量約為75Kg； 2. 工件最大尺寸：440mm×92mm×290mm（有關(guān)詳細信息，請參見零件圖）； 3. 最大工作范圍：最大起升高度70mm，最大轉(zhuǎn)彎角度90°，最大水平移動距離400mm； 4. 機械手的自由度數(shù)：4個自由度分別為夾緊或松開，升降，移動和回轉(zhuǎn)。 5．裝料高度：1100mm； 6．性能要求：可靠靈活的夾緊，穩(wěn)定的釋放和可靠的定位 此處設(shè)計使用圓柱坐標式機械手。夾爪的夾或松，手臂的上升和降落，縱向的回轉(zhuǎn)和移位。 根據(jù)實際選擇，液壓傳動處理器滿足了我們的要求：其主要優(yōu)點是：可以獲得更大的生產(chǎn)能力，更小的傳動速度，響應(yīng)速度，并且易于控制輸出功率和運動速度，并且可以實現(xiàn)更高的定位精度 。 通過夾緊液壓缸，抬起液壓缸，移動液壓缸并旋轉(zhuǎn)液壓缸來控制緊固，拆卸，提升，向前和向后旋轉(zhuǎn)。 第2章 機械手總體設(shè)計 2.1 手臂設(shè)計 2.1.1 夾緊液壓缸的計算 1.選型：根據(jù)實際應(yīng)用情況，選擇雙作用單活塞桿液壓缸 2.各部分計算： （1）內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的決定： 查《工業(yè)機械手圖冊》中表37.5-3和37.5-5，P1=5Mpa，P2=0.3Mpa。所以D取78mm 查《工業(yè)機械手圖冊》中表37.5-8，取標準值D為80mm。 查《工業(yè)機械手圖冊》中表37.5-6取d/D=0.45，因此d=36mm。 （2）外徑和外壁厚計算： 本次設(shè)計屬于中低壓系統(tǒng)，液壓缸的外壁厚只能按經(jīng)驗選取δ=20mm。所以外徑D1=120mm。 （3）缸蓋厚度計算： 一般都為平底缸蓋, 并且缸蓋無孔，用以下公式進行計算： 式中：t為缸蓋有效厚度(mm)； D2為 缸蓋止口內(nèi)徑(mm)；D2=80mm； 為缸蓋材料的許用應(yīng)力,其材料為HT200, =25。 mm t取20mm。 （4）最小導(dǎo)向長度計算: 通用液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)確保滿足以下要求: 式中：L——液壓缸的最大行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。 則 H≥
=41.5mm； 所以H=70mm。 B通常取B=（0.6～1.0）D ； 所以寬度B這里取B=50mm。 （5）工作行程計算： 工作行程可以選取最大工作量， 所以工作行程就是活塞從夾緊到松開的所行走的最大距離，并且由于工作行程較小，因此可以將其指定為35 mm。 （6）缸體長度的選用： 夾緊液壓缸夾緊的長度：L = 30 + 50 + 20 + 20 + 15 = 135mm。 2.1.2 升降液壓缸計算 1.選型：雙作用活塞桿液壓缸。 2.參數(shù)的確定： （1） 內(nèi)徑D和活塞桿直徑d計算： 查《工業(yè)機械手圖冊》中表37.5-3，37.5-5查得，P1=2MPa，P2=0.3MPa。所以D取126mm。 查《工業(yè)機械手圖冊》中表37.5-8，取標準值D為 130mm。 查《工業(yè)機械手圖冊》中表37.5-6取d/D=0.45，因此d = 110mm。 （2）外徑和外壁厚計算： 所屬中低壓系統(tǒng)，液壓缸壁厚只能按經(jīng)驗選取δ=20mm。所以外徑D1 = D= 2δ = 130 +2 × 20 = 170mm。進油口和出油口上有一個凸臺，內(nèi)徑分別為130 mm和200 mm，請參閱零件圖。 (3)工作行程計算： 工作行程就是最大起升高度70mm。 (4)缸蓋厚度計算： 缸蓋上有和缸體相通小孔,所以t必須按有孔計算，計算結(jié)果取整。 由公式(2.11) 式中： t—缸蓋有效厚度(mm)； D2—缸蓋止口內(nèi)徑(mm)；取D2 = 110mm d0——缸蓋孔的直徑(mm)； d0 = 16mm ——缸蓋材料的許用應(yīng)力,其材料為HT200, =25。 則 mm 最后結(jié)果t取整數(shù)為18mm。 (5)最小導(dǎo)向長度計算： 應(yīng)當滿足公式: 　 式中： L—液壓缸最大工作行程； D——液壓缸的內(nèi)徑。 則H≥=58.5mm 所以H取136mm。 活塞寬度B通常取為B =（0.6?1.0）D, 所以升降缸的活塞寬度這里取B=90mm。 (6)缸體長度計算： 因此，提升缸的長度：L = 20 + 70 + 90 + 30 + 136 = 346mm。 2.1.3 回轉(zhuǎn)液壓缸計算 1． 液壓缸各尺寸計算： (1) 液壓缸工作壓力計算： 工作壓力最初選用P = 4。 (2) 缸體內(nèi)徑D計算： 式中 ——作用在動片上的外負載力矩；= 650 ——驅(qū)動力矩； ——回轉(zhuǎn)缸的機械效率；取=0.90 則驅(qū)動力矩 液壓缸內(nèi)徑 …………………………………2.23 式中 P——回轉(zhuǎn)缸工作壓力； P = 4 b——動片寬度； b=25mm d——輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑； d = 120mm 則170mm 則回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D：D=170mm。 (3) 外徑和外壁厚計算： 因為回轉(zhuǎn)缸體和升降缸體是連在一起的,要滿足此情況,所以它們外徑尺寸相同。 所以D1=220mm，壁厚為25mm，所用公式如下： (4) 定片尺寸計算： 固定板的四分之一圓具有大的圓半徑85和小的圓半徑60，在兩側(cè)均具有徑向凹槽，并且可以與外圓端面上的三角形凹槽連通，這適合于通過壓力油 在啟動過程中。 當它擺動到末端時，它也可以在起到緩沖作用。 固定件固定在旋轉(zhuǎn)液壓缸的缸體上，并且固定件和缸體通過圓柱銷和具有六角套筒的螺釘頭連接在一起。 (5) 動片尺寸計算： 回轉(zhuǎn)缸的主要是讓機械手臂轉(zhuǎn)動90度，因此，移動部分的形狀為180°半圓弧，外徑為85 mm，內(nèi)徑為60 mm，寬度為25 mm，與固定部分的尺寸相同。 活動件固定在推動軸一起旋轉(zhuǎn)的滑塊蓋上。 為了使油平穩(wěn)流動，轉(zhuǎn)子的側(cè)面還設(shè)有三角形凹槽和徑向凹槽。 回轉(zhuǎn)缸缸體長度無特殊條件,但應(yīng)該符合條件的前提下，它不應(yīng)該過于長或過于短，所以缸體長度選取140mm。 (6) 定動片長度計算： 活動件和固定件的長度必須等于液壓缸體的長度減去液壓缸體和用于提升的液壓缸的連續(xù)部分的長度以及延伸到缸體的缸蓋的長度。所以L = 140 - 20 - 20 = 100mm。 (7) 缸蓋厚度計算： 最開始厚度為20mm，隨后要校核擠壓強度。 重量:N 擠壓強度0.04 缸蓋的材料是HT200,其許用應(yīng)力 = 25； 可見,符合缸蓋的擠壓強度要求。 所以缸蓋厚度：20mm。 2.2 機身其他部位計算 2.2.1 移動缸計算 1．液壓缸各尺寸計算： (1)工作壓力計算： 移動缸的工作壓力最初選用=3。 (2)內(nèi)徑D和活塞桿d計算： P===15080N 式中：F-作用在活塞上的總機械負載，F(xiàn) = 14330N； P——作用在活塞上的實際工作載荷； ——液壓缸的機械效率，通常=0.9?0.97,取=0.95 又公式得: P= 則液壓缸內(nèi)徑mm 工作壓力=3,所以=0.5 則活塞桿直徑d：d=0.5D= 40mm。 (3) 外徑和外壁厚計算： 內(nèi)徑D與壁厚δ之比D/δ≤10,使用以下公式計算: 式中： Py——試驗壓力，一般為最大工作壓力的（1.25?1.5）倍, 取Py = 1.3P = 1.3×3 = 3.9； ——缸筒材料的許用應(yīng)力, 材料為45鋼,其許用應(yīng)力 = 115 。 則 15.2mm，結(jié)果取整； 所以壁厚δ=16mm； 所以缸筒外徑 80 + 16 × 2 = 112mm。 (4)工作行程計算： 移動缸推動滑板和滑板上的手臂作平行運動，因此工作行程為400mm。但是，此處應(yīng)使用齒輪和齒條傳動倍增機構(gòu)，因此對于活塞桿和活動氣缸，它們的工作行程將減少2倍，實際上僅為200mm。 (5)缸蓋厚度計算： 缸蓋上有和缸體相通的小孔,所以t必須按有孔計算，結(jié)果取整數(shù)。 則 19.3mm 所以取整數(shù)t=20mm。 (6)最小導(dǎo)向長度計算： 應(yīng)符合下面公式: 　 則 H≥= 50mm 這里H取60mm； 活塞的寬度B通常取為B =（0.6?1.0）D，因此這里的移動缸取B = 50mm。 (7)液壓缸體長度確定： 然后缸體長度L = 200 + 50 + 20 + 20 = 290mm。 2.2.2 齒輪軸計算 在臂的伸縮運動中，臂的距離和運動速度增加保持一個恒定值，磁珠就要使用齒輪齒條增倍機構(gòu)。 滑板在移動中的移動是通過齒輪齒條增倍機構(gòu)實現(xiàn)的。 如圖2-1所示，下圖為它的運動原理。 當活塞桿1運動以驅(qū)動齒輪2與齒條3嚙合時，齒條3運動，這相當于齒條4的錨定點P和作為支點的運動齒輪2，并像杠桿一樣推動它。機架3移動了多少， 齒條3的移動與齒輪的直徑?jīng)]有關(guān)系，和活塞桿1的移動距離和速度有影響。 1．齒輪軸材質(zhì)選擇： 在齒輪和齒條傳動過程中沒有特殊要求。但要方便制造和使用，選用了軟齒輪。齒輪軸的材質(zhì)使用45鋼就可以，但我們要對其進行調(diào)質(zhì)處理。最后硬度為220?250HBS，在計算中取240HBS。 2. 齒輪軸主要尺寸計算： 3．齒輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計： 齒輪軸大致為兩部分：部分驅(qū)動齒條，另一部分聯(lián)接到活塞桿。傳動部分做成齒輪形狀。有關(guān)特定尺寸，請參見上面的計算部分。連接部分做成軸形，運動缸活塞桿上的孔間隙配合。下端用三個小圓螺母弄到一起。它與框架的高度可以通過環(huán)來調(diào)節(jié)。 4．齒條的計算： 根據(jù)機架的移動狀態(tài)，它可以分為兩種類型：移動機架和固定機架。運動框架固定在滑板上，一起移動。齒條是導(dǎo)軌上固定的，齒輪在上面來回滾動，并且?guī)育X條和滑板一起運動。兩個齒條都嚙合一個齒輪，所以他們是相同的。齒條和齒輪材料為45鋼并經(jīng)過標準化處理。硬度為162-217 HBS，計算中使用200HBS。 齒條的整體長度L是根據(jù)其水平運動的距離S，齒輪的齒頂圓直徑da和儲備量y進行計算的。即L=mm,取長度L = 400mm。 然后是齒數(shù)：，取Z = 31。 對其寬度b??并沒有特殊要求，但是為了提高齒條的強度并確保運動的穩(wěn)定性，齒條的寬度略大于齒輪的寬度，b = 35mm。根據(jù)需要取厚度h = 20mm。 2.2.3 滑板計算： 材質(zhì)為HT200，鑄坯。 1． 滑板主體結(jié)構(gòu)設(shè)計： 由于滑板需要通過導(dǎo)軌平移，因此有必要在兩端形成孔以與導(dǎo)軌配合?；逯涡D(zhuǎn)缸，提升缸和夾緊缸。 2. 滑板主要尺寸計算： （1） 滑板的長度、寬度、高度的計算： 依據(jù)實際情況，最初選型外部尺寸為380×600×120mm。 （2） 板上小孔尺寸計算： 因為滑板在導(dǎo)軌上移動，所以孔的大小就要根據(jù)導(dǎo)軌直徑計算。上面選型導(dǎo)軌的材料是45鋼，其尺寸為60mmh9，在滑板上間隙配合的孔的尺寸最初確定為60mmh9。滑板與回轉(zhuǎn)缸蓋之間的連接處，銑出了半徑為128M，深度為20mm的圓孔，安裝方便。 （3）滑板彎曲強度： 滑板中點產(chǎn)生最大彎矩，如圖2-2： 彎矩 式中 G—滑板的重量； G=1877N b—滑板的寬度。 b=600mm 則 矩形截面的彎曲截面系數(shù)為： 式中 l——滑板的長度； l=380mm； h——滑板的高度。 h=120mm； 則 ； 0.31 ； 滑板材質(zhì)為HT200，其允許應(yīng)力= 25 。 顯然,滑板強度符合要求。 2.2.4導(dǎo)軌計算： 1． 對稱地布置了兩個導(dǎo)軌。一根導(dǎo)軌被加工成固定架，另一根導(dǎo)軌被加工成普通的光滑桿導(dǎo)軌 2． 導(dǎo)軌材質(zhì)選擇： 導(dǎo)軌無特殊要求，作正火處理的45鋼，硬度為162～217HBS。 3． 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)計算： (1) 導(dǎo)軌零件裝配圖的準備： 導(dǎo)軌上的部件包括滑板，活動套，圓螺母，墊片和支架，從左端依次安裝，活動套 槍管，圓螺母，墊片和支架從右端開始按順序組裝。 (2) 根據(jù)導(dǎo)軌上各部分的長度和機械手的水平移動距離確定導(dǎo)軌的長度： 因此,導(dǎo)軌的總長度:L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 + L9 + L10 = 160 + 50 + 10 + 300 + 400 + 360 + 290 + 10 + 50 + 150= 1780mm； 兩個導(dǎo)軌的長度L和直徑d相同，即光桿導(dǎo)軌的長度L = 1780 mm，直徑d = 60 mm。 (3)導(dǎo)軌彎曲強度校核： 在導(dǎo)軌的中點產(chǎn)生最大的彎矩.由圖2-3可得: 由公式彎矩 式中：G—滑板和機械手及工件的重量；G = G1 + G2 + G3 = 1877 + (70+50) × 9.8 = 3053 N L—導(dǎo)軌長度。 L = 1700 mm； 則 導(dǎo)軌的圓形截面的彎曲截面系數(shù)為： 式中 d—導(dǎo)軌圓形截面的直徑； d = 60mm； 則 導(dǎo)軌材質(zhì)為45鋼,其許用應(yīng)力= 270 。 顯然,導(dǎo)軌的強度符合要求。 2.3 機械手手部計算 2.3.1 手部選型 依據(jù)工件的形狀，大小，重量，材料和表面，選擇旋轉(zhuǎn)兩指手。 2.3.2 計算手指夾緊力 水平放置的工件的夾緊力的計算方法如下： 則 2.2.3 計算手指驅(qū)動力 由于使用夾緊缸來驅(qū)動手指進行夾緊和釋放，因此選擇連桿來驅(qū)動手是合理的 理論上的計算： 2. 實際上的計算: 然后≥10290
N； 結(jié)果取 = 17200N。 2.3.4 手部結(jié)構(gòu)強度校核 1. 夾爪剪切強度及擠壓強度的校核： 45鋼做成夾爪，伸長率δ>5%，是塑性材料。 其許用應(yīng)力： 式中：σs—屈服點,45鋼的屈服點σs = 360 ； n—安全系數(shù)，n=1.5。 那么45鋼的許用應(yīng)力：[σ] = 360 / 1.5 = 270； 則許用剪切應(yīng)力為 [τ]=（0.6?0.8）[σ] = 162?216,取 [τ] = 200； 許用擠壓應(yīng)力為[τ] =（1.7?2.0）[σ] = 459?540,，[τ] = 500。 夾爪剪應(yīng)力計算： 式中：FQ——剪切面上的剪切力（N）； A——剪切平面面積 然后τ=≈21.5＜[τ] = 200,因此夾爪的剪切強度符合要求。 夾爪擠壓應(yīng)力計算： 式中：Fjy——擠壓面上的擠壓力（N）； Ajy-擠出表面的計算面積（mm）。 則=＜[]= 500,因此夾爪的擠壓強度符合要求。 2. 絞鏈剪切強度校核： 絞鏈材質(zhì)為45鋼,其許用應(yīng)力[τ] = 200 ； 絞鏈的剪應(yīng)力：τ= ≤ [τ] ； 則τ=＜[τ] = 200,因此絞鏈的剪切強度符合要求。 3. 夾爪外套剪切強度及擠壓強度校核： 夾爪的外套材質(zhì)為45鋼,其許用切應(yīng)力[τ] = 200,許用擠壓應(yīng)力[] = 500 夾爪外套剪應(yīng)力計算： 。 則τ=＜[τ] = 200,因此夾爪外套的剪切強度符合要求。 夾套的擠壓應(yīng)力為=≤ [] 則= ＜ [] = 500,因此夾套的擠壓強度符合要求。 4. 銷軸選擇： 銷軸材質(zhì)為35鋼,其許用應(yīng)力：； σs為屈服點,35鋼的屈服點σs= 315 ； 所以35鋼的許用應(yīng)力：[σ]=== 210 其許用剪切應(yīng)力為[τ]=（0.6?0.8）[σ] = 126?168,取[τ] = 150 。 允許的擠壓應(yīng)力為[] =（1.7?2.0）[σ] = 357?420,取[] = 400 。 連接夾爪套和銷軸的剪應(yīng)力條件為 則τ=≤[τ] = 150 d ≥ 16mm。 為了增加強度，d = 20 mm，應(yīng)在下面檢查抗壓強度。 擠壓應(yīng)力條件為 因此，銷的抗壓強度滿足要求。 按照相同的方法，可以獲得連接爪和鉸鏈銷之間的直徑d ＝ 20mm，以及連桿和鉸鏈銷之間的直徑d ＝ 20mm。 有關(guān)手的特定形狀和尺寸，請參閱零件圖。 設(shè)計總結(jié)的專用機械手不僅可以滿足工作要求，并且結(jié)構(gòu)滿足要求使用可靠，零件方便找尋，使用起來方便快捷，非常適合生產(chǎn)實踐。 第3章 液壓傳動系統(tǒng)簡單說明 液壓系統(tǒng)設(shè)計的大概流程： 1． 確定液壓執(zhí)行元件的形式； 2． 工況分析，計算系統(tǒng)的主要參數(shù)； 3． 制定最初的方案，擬定其系統(tǒng)的原理圖； 4． 選擇液壓元件； 5． 液壓系統(tǒng)的性能驗算 6． 繪制工作圖，編制技術(shù)文件 3.1本次設(shè)計液壓系統(tǒng)組成： 液壓系統(tǒng)由兩部分組成：縱向進給液壓缸和回轉(zhuǎn)馬達。液壓油從缸中流出，進入濾油器，進入液壓泵。液壓泵泵送的機油調(diào)節(jié)通過溢流閥的壓力。壓力調(diào)節(jié)結(jié)果可通過壓力表找到。為防止機油壓力不足，請用蓄能器加壓。通過單向閥后，油路分為三個部分，分別進入提升液壓缸部分，預(yù)定位壓力缸部分和液壓馬達。 3.2 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計： 確定了液壓缸主要尺寸之后，進行整個的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包含：缸體和缸蓋的連結(jié)結(jié)構(gòu)，活塞桿和活塞的連結(jié)結(jié)構(gòu)，活塞桿導(dǎo)向部的結(jié)構(gòu)，及其密封，緩沖，排氣和液壓缸的安裝等。因為工作環(huán)境的不一樣，結(jié)構(gòu)也不一樣。要根據(jù)實際情況進行設(shè)計。 (1)缸體和缸蓋的連接方式： 本次設(shè)計靠法蘭連接。在缸體上加工出均勻分布的法蘭孔，并用螺釘固定到端蓋。該連接結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，組裝和拆卸。 (2)活塞和活塞桿連接： 活塞和活塞桿之間的連接主要有兩種類型：螺紋連接和卡扣連接。此設(shè)計使用螺紋連接。這種連接方法可以將活塞固定在活塞桿上，并使活塞在缸中上下移動。該方法機制簡單，便于零件加工和裝載。 (3)活塞桿導(dǎo)向部分設(shè)計： 活塞桿結(jié)構(gòu)包括活塞桿的桿和端蓋之間的連接以及密封，防塵和鎖定。描述的導(dǎo)向套筒可以做成與端蓋一體的直接導(dǎo)向套筒，另外也可以制成與端蓋分離的導(dǎo)向套筒。后一種導(dǎo)套在損壞后更換更簡單方便，被廣泛運用。導(dǎo)向套筒的位置能安裝在密封環(huán)的內(nèi)部或外部。在工程的機械中，通常采用安裝在內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以方便導(dǎo)套的潤滑。而且油壓通常安裝在外部。在高壓下進行使用時，密封環(huán)能用足夠的油壓并打開唇緣，以此來提高密封性能。 為了使結(jié)構(gòu)簡單，此設(shè)計使用O形圈密封。 (4)活塞和活塞桿密封圈的選擇： 在活塞和活塞桿上選擇密封環(huán)時，要根據(jù)密封件的實際位置，并承受的壓力，溫度和速度范圍來選擇密封環(huán)型號。此處用O形圈密封。 (5)液壓缸緩沖裝置： 為了確保安全，就要設(shè)計緩沖裝置，并在行程結(jié)束處安裝緩沖裝置，保證在工作時的安全。 (6)液壓缸排氣裝置： 液壓傳動系統(tǒng)在某處會與空氣混合，并讓整個環(huán)境不穩(wěn)定，引起了振動，爬行或前沖。在嚴重的情況下，系統(tǒng)將無法正常運行。因此，在設(shè)計液壓缸時，必須考慮排氣問題。如果液壓缸沒有設(shè)置排氣裝置，就要將進油口和出油口安裝在液壓缸的最高處，讓其空氣從液壓缸中率先排出。 3.3設(shè)計參數(shù) 3.3.1 確定機械手的動作順序 動作方向：停在工件上等待物料要夾?。雌鹗嘉恢茫鷻C械手開始下降→抓到工件準備工作→機械手開始上升準備工作→機械手開始縱向移動準備工作→機械手旋轉(zhuǎn)90°→機械手下降→手指釋放工件到指定位置→機器人手臂上升→機械手回轉(zhuǎn)90°手臂縱向返回相應(yīng)位置→等待卸載（動作周期結(jié)束并準備開始下一次運動）。 上述動作全部由PLC控制系統(tǒng)發(fā)出，以控制相應(yīng)的電磁換向閥，這是通過根據(jù)程序順序執(zhí)行來實現(xiàn)的。 3.3.2 主要設(shè)計參數(shù)確定 根據(jù)其最大工作范圍，確定工作時手臂的速度及其輸出力，進行液壓缸所需的油流量及其工作壓力。 任務(wù)要求機械手提升70mm；可以轉(zhuǎn)90°；水平運動為400mm，但由于倍增機制，活塞桿實際走了200mm。但為了機械手運動更加穩(wěn)定，在進行運動中速度就不能過大。最初確定速度如下： (1) 手臂的提升速度為17.5mm / s，為1.05m / min，完成整個提升過程需要4秒鐘； (2) 手臂的旋轉(zhuǎn)速度為30°/ s，花費3秒完成整個旋轉(zhuǎn)過程； (3) 手臂的水平移動速度為50mm / s，即3m / min。由于采用了倍增機構(gòu)，運動缸的活塞桿相應(yīng)的運動速度為25mm / s，完成整個水平運動過程需要8s。 (4) 夾緊或松開工件的時間大約就需要2s和1.5s。 3.4 輔助設(shè)備的選擇 3.4.1油管及接頭配件 1.油管：要根據(jù)實際液壓系統(tǒng)的最大工作壓力來進行油管的選擇。我們設(shè)計中選擇軟管進行連接。 2.管接頭：油管之間或油管其他元件之間的聯(lián)接是液壓系統(tǒng)中設(shè)計時最令人頭疼和迷糊的工作。并且需要非常細心的操作，出色的性能，簡單的結(jié)構(gòu)，易于安裝的裝置以及方便的油回收。螺紋連接是機械手管最常用的連接方法。 3.4.2 機油濾清器 在液壓系統(tǒng)運動中，油的清潔是非常重要的。因為油不干凈的話可能會導(dǎo)致刮擦，磨損甚至運動部件被卡住，阻塞節(jié)氣門間隙以及節(jié)氣門和緩沖裝置的小孔，影響液壓機械手工作是否準確，如果過重會導(dǎo)致?lián)p壞和故障。 機油濾清器的類型很多。在此，選擇網(wǎng)狀濾油器，該濾油器就要安裝在吸油管的入口處。主要是是保護油泵，讓其避免吸入大量的雜質(zhì)，防止元件的損壞。 3.4.3存油的油箱 油箱用于存儲油，從而使油消散熱量并沉淀下來。起動能力不能太小，當整個液壓系統(tǒng)裝滿時，最小值應(yīng)能夠存儲容積，并且應(yīng)該有一定的余量。 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計是專業(yè)本科學(xué)習(xí)中理論與實踐之間重要且概括的聯(lián)系。這是我四年來的最后一次設(shè)計，也是四年來老師的教學(xué)，同學(xué)的幫助，尤其是設(shè)計期間，我才明白自己其實還有很多的不足，讓我對所學(xué)的專業(yè)有了更深刻的印象，這期間也讓我收獲許許多多，也感到這4年時間過的很快。 雖然這次設(shè)計有很多不足，但是我已經(jīng)用我所能作到的最大努力來完成他，不知多些個日夜來思考，來修補終于要迎來它見面的時候。 在這期間，我的畢設(shè)導(dǎo)師在疫情期間也不曾忘記輔導(dǎo)我們，盡心盡力，克服重重困難，我不知道前面的路會有怎么樣的困難，只想自己一步一個腳印的走下去。 最后，這是我最后一次上交我的作業(yè)了，感謝這4年以后大家對我的幫助，離開學(xué)校就是新的生活，是我另一個起點，預(yù)祝大家前程似錦。 參考文獻與附錄 [1] 《機械設(shè)計課程設(shè)計》第一版.鞏云鵬,田萬祿，張祖立主編.沈陽：東北大學(xué)出版 社,2000 [2]《工業(yè)機械手圖冊》編寫組編.工業(yè)機械手圖冊.北京:機械工業(yè)出版社,1993 [3] 《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》.吳宗澤,羅圣國主編.北京:高等教育出版社,1996 [4] 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》.劉會英,于春生主編.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997 [5] 《液壓傳動設(shè)計手冊》.上海煤礦機械研究所編.上海:上海人民出版社,1981 [6] 《液壓與氣動技術(shù)》.洪英發(fā),程國珩主編.沈陽:東北大學(xué)出版社,2000 [7] 《液壓與氣壓傳動》第二版.左健民主編.北京：機械工業(yè)出版社，1999. 10 [8] 《機械原理》第六版.孫恒，陳作模主編.北京：高等教育出版社，2001 [9] 《機電傳動控制》.陳白寧,段智敏,劉文波主編.沈陽:東北大學(xué)出版社,2002 [10] 《電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》.鄧則名主編.北京:機械工業(yè)出版社,2002 [11] 《機床電氣控制》.王炳實主編.北京:機械工業(yè)出版社,2001 [12] 《可編程控制器原理及應(yīng)用》.鐘肇新主編.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2000 [13] 《工程力學(xué)》.張秉榮,章劍青主編.北京:機械工業(yè)出版社,2000 [14] 《機械制圖》.吳孝先主編.沈陽:遼寧大學(xué)出版社,1995 [15] 《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》.溫松明主編.長沙:湖南大學(xué)出版社,1998 [16] 《金屬工藝學(xué)》.許德珠主編.北京:高等教育出版社,1999 [17] 《機械設(shè)計》.孫志禮，冷興聚，魏延剛主編.沈陽：東北大學(xué)出版社,2000 [18] 《機械設(shè)計課程設(shè)計》第一版.鞏云鵬,田萬祿，張祖立主編.沈陽：東北大學(xué)出版社,2000 [19] 《傳感器》第三版.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 強錫富主編.北京：機械工業(yè)出版社，2001.5 [20] 《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》第二版.黃長藝，嚴普強主編.北京：機械工業(yè)出版社，2001.1 [21]Makiko Saito,Nobukazu Takeda. Study of decontamination and maintenance for vehicle manipulator of ITER blanket remote handling system[J]. Fusion Engineering and Design,2020,156. [22]Andrea Mattioni,Yongxin Wu,Yann Le Gorrec. Infinite dimensional model of a double flexible-link manipulator: The Port-Hamiltonian approach[J]. Applied Mathematical Modelling,2020,83. [23]Nicholas Baron,Andrew Philippides,Nicolas Rojas. A robust geometric method of singularity avoidance for kinematically redundant planar parallel robot manipulators[J]. Mechanism and Machine Theory,2020,151. [24]Safa El Hraiech,Ahmed H. Chebbi,Zouhaier Affi,Lotfi Romdhane. Genetic Algorithm Coupled with the Krawczyk Method for Multi-Objective Design Parameters Optimization of the 3-UPU Manipulator[J]. Robotica,2020,38(6). [25]Tomasz Rybus. Point-to-Point Motion Planning of a Free-Floating Space Manipulator Using the Rapidly-Exploring Random Trees (RRT) Method[J]. Robotica,2020,38(6). [25]N.M.H. Norsahperi,K.A. Danapalasingam. An improved optimal integral sliding mode control for uncertain robotic manipulators with reduced tracking error, chattering, and energy consumption[J]. Mechanical Systems and Signal Processing,2020,142.