2020 3D液壓上料機(jī)械手設(shè)計(jì),液壓,機(jī)械手,設(shè)計(jì)
目錄摘要 .................................................................................................................................................1第一章 澆鑄機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) ...................................................................................................11.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 .........................................................................................................................................11.2 本課題的內(nèi)容和要求 .............................................................................................................................2第二章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................................................42.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 .........................................................................................................................................42.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 .........................................................................................................................................72.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................8第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及草圖 .............................................................................................113.1 手部抓取缸 ...........................................................................................................................................113.2 腕部擺動(dòng)液壓回路 ...............................................................................................................................123.3 小臂伸縮缸液壓回路 ...........................................................................................................................133.4 總體系統(tǒng)圖 ...........................................................................................................................................14第四章 機(jī)身機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................................154.1 電機(jī)的選擇 ...........................................................................................................................................164.2 減速器的選擇 .......................................................................................................................................174.3 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 ...............................................................................................................................17第五章 澆鑄機(jī)械手的定位與平穩(wěn)性 .........................................................................................195.1 常用的定位方式 ...................................................................................................................................195.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 ...........................................................................................................195.3 澆鑄機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的緩沖裝置 ...............................................................................................................20第六章 澆鑄機(jī)械手的控制 .........................................................................................................21第七章 澆鑄機(jī)械手的組成與分類 .............................................................................................227.1 澆鑄機(jī)械手組成 ...................................................................................................................................227.2 澆鑄機(jī)械手分類 ...................................................................................................................................24第八章 澆鑄機(jī)械手 Solidworks 三維造型 .................................................................................258.1 上手爪造型 ...........................................................................................................................................268.2 螺栓的繪制 ...........................................................................................................................................30畢業(yè)設(shè)計(jì)感想 ...............................................................................................................................35參考資料 .......................................................................................................................................361送料澆鑄 機(jī)械手設(shè)計(jì)及 Solidworks 運(yùn)動(dòng)仿真摘要本課題是為普通車床配套而設(shè)計(jì)的上料澆鑄機(jī)械手。工業(yè)澆鑄機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)澆鑄機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用澆鑄機(jī)械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。本課題通過(guò)應(yīng)用 AutoCAD 技術(shù)對(duì)澆鑄機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)，運(yùn)用 Solidworks 技術(shù)對(duì)上料澆鑄機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體造型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，使其能將基本的運(yùn)動(dòng)更具體的展現(xiàn)在人們面前。它能實(shí)行自動(dòng)上料運(yùn)動(dòng)；在安裝工件時(shí)，將工件送入卡盤(pán)中的夾緊運(yùn)動(dòng)等。上料澆鑄機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來(lái)設(shè)定。關(guān)鍵字 澆鑄機(jī)械手，AutoCAD，Solidworks 。第一章 澆鑄機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來(lái)事業(yè)的開(kāi)拓都具有一定意義。其主要目的：一、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和2深化學(xué)生的知識(shí)。 二、培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。三、培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。四、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。1.2 本課題的內(nèi)容和要求（一、 ）原始數(shù)據(jù)及資料（1、 ）原始數(shù)據(jù)：a、 生產(chǎn)綱領(lǐng)：100000 件（兩班制生產(chǎn)）b、 自由度（四個(gè)自由度）臂轉(zhuǎn)動(dòng) 180o臂上下運(yùn)動(dòng) 500mm臂伸長(zhǎng)（收縮）500mm手部轉(zhuǎn)動(dòng) ±180o（2、 ）設(shè)計(jì)要求：a、上料澆鑄機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）b、液壓原理圖（一張）c、澆鑄機(jī)械手三維造型d、動(dòng)作模擬仿真e、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（一份） （3、 ）技術(shù)要求主要參數(shù)的確定：a、坐標(biāo)形式：直角坐標(biāo)系b、臂的運(yùn)動(dòng)行程：伸縮運(yùn)動(dòng) 500mm，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 180o。c、運(yùn)動(dòng)速度：使生產(chǎn)率滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求即可。d、控制方式：起止設(shè)定位置。e、定位精度：±0.5mm。f、手指握力：392N3g、驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)。（二、 ）料槽形式及分析動(dòng)作要求（ 1、 ）料槽形式由于工件的形狀屬于小型回轉(zhuǎn)體，此種形狀的零件通常采用自重輸送的輸料槽,如圖1.1 所示，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要其它動(dòng)力源和特殊裝置，所以本課題采用此種輸料槽。圖 1.1 澆鑄機(jī)械手安裝簡(jiǎn)易圖（2、 ）動(dòng)作要求分析如圖 1.2 所示動(dòng)作一：送 料動(dòng)作二：預(yù)夾緊動(dòng)作三：手臂上升動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn)動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng)動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn)預(yù)夾緊手臂上升手臂旋轉(zhuǎn)小臂伸長(zhǎng) 手腕旋轉(zhuǎn)手臂轉(zhuǎn)回4圖 1.2 要求分析第二章 抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 手部設(shè)計(jì)計(jì)算一、對(duì)手部設(shè)計(jì)的要求1、有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對(duì)于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計(jì)得可以調(diào)節(jié)，對(duì)于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開(kāi)閉范圍夾持類手部的手指都有張開(kāi)和閉合裝置。工作時(shí)，一個(gè)手指開(kāi)閉位置以最大變化量稱為開(kāi)閉范圍。對(duì)于回轉(zhuǎn)型手部手指開(kāi)閉范圍，可用開(kāi)閉角和手指夾緊端長(zhǎng)度表示。手指開(kāi)閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來(lái)說(shuō)，如工作環(huán)境許可，開(kāi)閉范圍大一些較好，如圖 2.1 所示。5圖 2.1 澆鑄機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖3、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個(gè)澆鑄機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)手部時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。4、手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊澆鑄機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開(kāi)時(shí)，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造方便。二、拉緊裝置原理如圖 2.2 所示 【4】 ：油缸右腔停止進(jìn)油時(shí)，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時(shí)松開(kāi)工件。6圖 2.2 油缸示意圖1、右腔推力為FP=（π／4）D2P （2.1）=（π／4） 0.52 25 103?=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計(jì)算公式為：F1=（2b／a） （cosα′）2N′ （2.2）其中 N′=4 98N=392N，帶入公式 2.2 得：?F1=（2b／a） （cosα′）2N′?=(2 150/50) （cos30o）2 392?=1764N則實(shí)際加緊力為 F 1實(shí)際=PK1K2/η （2.3）=1764 1.5 1.1/0.85=3424N?經(jīng)圓整 F1=3500N3、計(jì)算手部活塞桿行程長(zhǎng) L,即L=（D/2）tgψ （2.4）=25×tg30o=23.1mm經(jīng)圓整取 l=25mm4、確定“V”型鉗爪的 L、β。取 L/Rcp=3 （2.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）由公式（2.5） （2.6）得：L=3×Rcp=150取“V”型鉗口的夾角 2α=120o，則偏轉(zhuǎn)角 β 按最佳偏轉(zhuǎn)角來(lái)確定，查表得：β=22o39′75、機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍（速度） 【1】（1）伸縮運(yùn)動(dòng) V max=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升運(yùn)動(dòng) V max=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降 Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回轉(zhuǎn) Wmax=90o/sWmin=30o/s所以取手部驅(qū)動(dòng)活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （2.7）=60πr2=60×3.14×252=1177.5mm3/s7、手部工作壓強(qiáng)P= F1/S （2.8）=3500/1962.5=1.78Mpa2.2 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)±90o角速度 W=45o/s以最大負(fù)荷計(jì)算：當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 10kg，長(zhǎng)度l=650mm。如圖 2.3 所示。1、計(jì)算扭矩 M1〖4〗設(shè)重力集中于離手指中心 200mm 處，即扭矩 M1 為：M1=F×S （2.9）=10×9.8×0.2=19.6（N·M）8FSF圖 2.3 腕部受力簡(jiǎn)圖2、油缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 M2〖4〗F=5kg S=10cm帶入公式 2.9 得M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M） 3、擺動(dòng)缸的摩擦力矩 M 摩 〖4〗F 摩=300（N） （估算值）S=20mm （估算值）M 摩=F 摩×S=6（N·M）4、擺動(dòng)缸的總摩擦力矩 M〖4〗M=M1+M2+M 摩 （2.10）=30.5（N·M） 5.由公式T=P×b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×10 6/8 （2.11）其中： b—葉片密度，這里取 b=3cm；ΦA(chǔ)1—擺動(dòng)缸內(nèi)徑, 這里取 ΦA(chǔ)1=10cm；Φmm—轉(zhuǎn)軸直徑, 這里取 Φmm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（ΦA(chǔ)12-Φmm2）×10 6=8×30.5/0.03×（0.12-0.032）×10 6=0.89Mpa又因?yàn)閃=8Q/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b工件9所以 Q=W（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b/8=（π/4） （0.12-0.032）×0.03/8=0.27×10-4m3/s=27ml/s2.3 臂伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手臂是澆鑄機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動(dòng)它們?cè)诳臻g運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。 澆鑄機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上。所以在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。手臂的伸縮速度為 200m/s行程 L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得： 【4】Q=sv=200×π×402=1004800mm3/s=0.1/102m3/s=1000ml/s2、手臂右腔工作壓力，公式（2.8） 得： 〖4〗 P=F/S （2.12）式中：F——取工件重和手臂活動(dòng)部件總重，估算 F=10+20=30kg， F 摩=1000N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F 摩）/S=（30×9.8+1000）/π×402=0.26Mpa3、繪制機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表如圖 2.4 所示：10圖 2.4 機(jī)構(gòu)工作參數(shù)表4、由初步計(jì)算選液壓泵 〖4〗所需液壓最高壓力 P=1.78Mpa所需液壓最大流量 Q=1000ml/s選取 CB-D 型液壓泵（齒輪泵）此泵工作壓力為 10Mpa，轉(zhuǎn)速為 1800r/min，工作流量 Q 在 32—70ml/r 之間，可以滿足需要。5、驗(yàn)算腕部擺動(dòng)缸：T=PD（ΦA(chǔ)12-Φmm2）ηm×10 6/8 （2.13）W=8θηv/（ΦA(chǔ)12-Φmm2）b （2.14）式中：Ηm—機(jī)械效率取： 0.85～0.9Ηv—容積效率?。? 0.7～0.95所以代入公式（2.13）得：T=0.89×0.03×（0.12-0.032）×0.85×10 6/8=25.8（N·M）T
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