機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

《機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc（47頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

摘　　要 本設(shè)計(jì)為沖床上料機(jī)械手設(shè)計(jì)?；緟?shù)為：升降行程135mm，手臂回轉(zhuǎn)角度為105。此機(jī)械手能以34次 /分的頻率，傳送重0.5公斤重的硒鋼片。 該機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，氣缸最大壓力為0.7MPa，為提高氣缸活塞密封的可靠性，活塞采用2個(gè)O型環(huán)密封。機(jī)械手的的抓取部分為吸附式，采用2個(gè)型號(hào)為ZP16UN的真空吸盤(pán)，吸盤(pán)提升力由真空泵提供。機(jī)械手工作時(shí)，氣缸推動(dòng)活塞桿作升降運(yùn)動(dòng)?；钊麠U的中部裝有一個(gè)深溝球軸承，當(dāng)活塞桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸承沿導(dǎo)向筒上的螺旋槽移動(dòng)?；钊S與手臂相連，當(dāng)活塞軸作上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)裝有真空吸盤(pán)的吸附式手臂作邊上升邊回轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，將被沖壓件送到?jīng)_床上；當(dāng)活塞軸作下降運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)裝有真空吸盤(pán)的吸附式手臂作邊下降邊回轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手回到初始狀態(tài)，完成一個(gè)上料循環(huán)。 關(guān)鍵詞：沖床 機(jī)械手 氣壓傳動(dòng) Abstract KeyWords：沖床 機(jī)械手 氣壓傳動(dòng) 目　　錄 摘　　要 I Abstract II 1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況 1 1.1 工業(yè)機(jī)械手定義 1 1.2 工業(yè)機(jī)械手發(fā)展概況 1 2 工業(yè)機(jī)械手整體介紹 4 2.1 工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi) 4 2.2 機(jī)械手的特點(diǎn) 5 2.3 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 5 3 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 7 3.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 7 3.2 規(guī)格參數(shù) 8 3.3 坐標(biāo)選擇與分析 8 3.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇與分析 9 3.4.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi) 9 3.4.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 9 3.4.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 10 3.5 設(shè)計(jì)路線與方案 11 3.5.1 設(shè)計(jì)步驟 11 3.3.2 研究方法和措施 11 4 真空吸盤(pán)和真空泵的選用 13 4.1 真空吸盤(pán) 13 4.1.1 吸盤(pán)的材料 13 4.1.2 真空吸盤(pán)的作用 13 4.1.3 吸盤(pán)的型號(hào)表示方法 13 4.1.4 理論吸吊力 13 4.1.5 吸盤(pán)的外形尺寸 15 4.1.6 真空吸盤(pán)的選用 18 4.2 真空泵 19 4.2.1 真空泵的定義 19 4.2.2 真空泵的分類(lèi) 19 4.2.3 真空泵的用途 20 4.2.4 真空泵選取的注意事項(xiàng) 20 4.2.5 真空泵的選取 21 5 強(qiáng)度校核 23 5.1 機(jī)械懸臂的校核 23 5.2 活塞軸的校核 29 5.3 軸承校核 31 5.4 軸承用螺釘校核 35 6 密封與潤(rùn)滑 36 6.1 氣缸的上下端蓋的密封 36 6.2 活塞的密封 37 6.3 活塞軸的密封 38 6.4 潤(rùn)滑 39 6.4.1 氣缸活塞潤(rùn)滑 39 6.4.2 軸承潤(rùn)滑 40 結(jié) 論 41 參考文獻(xiàn) 42 致 謝 44 1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況 1.1 工業(yè)機(jī)械手定義 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操做工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)做操作機(jī)械手。 1.2 工業(yè)機(jī)械手發(fā)展概況 工業(yè)機(jī)械手是人類(lèi)創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類(lèi)創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下,通過(guò)"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有130多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車(chē)工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬(wàn)輛汽車(chē)所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車(chē)和零部件）：日本88.0臺(tái)，德國(guó)64.0臺(tái)，法國(guó)32.2臺(tái)，英國(guó)26.9臺(tái)，美國(guó)33.8臺(tái)，意大利48.0臺(tái)。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車(chē)行業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車(chē)行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的機(jī)械手，沒(méi)有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺(jué)”和“觸覺(jué)”的工業(yè)機(jī)械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM(jìn)行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確地在機(jī)器上定位、定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺(jué)傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺(jué)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過(guò)大引起物件損壞或握力過(guò)小引起物件滑落下來(lái)，一般采用兩種方法：一是檢測(cè)把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測(cè)指部與物件的滑動(dòng)位移，來(lái)修正握力。 因此，這種機(jī)械手就具有以下幾個(gè)方面的性能： (1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體； (2）能判斷對(duì)象的重量； (3)能自動(dòng)避開(kāi)障礙物； (4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來(lái)。 這種具有感知能力并對(duì)感知的信息做出反映的工業(yè)機(jī)械手稱(chēng)之為“智能機(jī)械手”，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡(jiǎn)單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的工作，危險(xiǎn)的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車(chē)工業(yè)和電子工業(yè)之類(lèi)的費(fèi)工的工業(yè)部分，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說(shuō)是好的。雖然這些工業(yè)部門(mén)工時(shí)不足的問(wèn)題尖銳，但采用機(jī)械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些部門(mén)的要求，適于機(jī)械手工作的范圍很狹小，這是主要原因。經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來(lái)節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看，不一定總是合算的。然而，利用機(jī)械手或類(lèi)似機(jī)械設(shè)備節(jié)省人力和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問(wèn)題得到解決，機(jī)械手的應(yīng)用必將會(huì)飛躍發(fā)展。 上料機(jī)械手和卸料機(jī)械手相對(duì)，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機(jī)鋁棒料的搬運(yùn)及高溫棒料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作用要求和載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車(chē)行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開(kāi)發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的廣泛應(yīng)用。轎車(chē)半軸加工上料機(jī)械手設(shè)計(jì)在綜合多種機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想，根據(jù)轎車(chē)半軸加工的特點(diǎn)提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其技術(shù)性能也在不斷提高。在國(guó)內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人特別是示教再現(xiàn)性機(jī)器人不斷增多，而且計(jì)算機(jī)控制的也有所應(yīng)用。在國(guó)外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人多為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，而且計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人占有相當(dāng)比例。帶有“觸覺(jué)”，“視覺(jué)”等感覺(jué)的“智能機(jī)器人”正處于研制開(kāi)發(fā)階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。 2 工業(yè)機(jī)械手整體介紹 2.1 工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi) 現(xiàn)在對(duì)工業(yè)機(jī)械手的分類(lèi)尚無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來(lái)分類(lèi)。按規(guī)格（所搬運(yùn)工件的重量）分類(lèi)： 1.微型的—搬運(yùn)重量在1公斤以下： 2.小型的—搬運(yùn)重量在10公斤以下： 3.中型的—搬運(yùn)重量在50公斤以下： 4.大型的—搬運(yùn)重量在50公斤以上。 目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1～30公斤。最小的為0.5公斤，最大的已達(dá)到800公斤。 按功能分類(lèi)： 1． 簡(jiǎn)易型工業(yè)機(jī)械手 有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷(xiāo)板或順序轉(zhuǎn)動(dòng)控制來(lái)給定程序。 這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，但作為一般單機(jī)服務(wù)的搬運(yùn)作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機(jī)械手?jǐn)?shù)量最多。 2． 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)械手 這種工業(yè)機(jī)械手由人工通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置傳動(dòng)一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來(lái)，此機(jī)械手就自動(dòng)按記憶的程序重復(fù)進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作。 這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動(dòng)。與前者比較有較多的自由度，能進(jìn)行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。 3． 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的工業(yè)機(jī)械手 可通過(guò)更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來(lái)改變工業(yè)機(jī)械手的動(dòng)作，還可以進(jìn)行多種控制（DNC）。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機(jī)計(jì)算機(jī)。 4． 智能工業(yè)機(jī)械手（機(jī)器人） 由電子計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)各種傳感元件等具有視覺(jué)、熱感、觸覺(jué)、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分： 1． 專(zhuān)用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，這種工業(yè)機(jī)械工作對(duì)象不變，手動(dòng)比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。 2． 通用機(jī)械手 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動(dòng)作靈敏、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。 2.2 機(jī)械手的特點(diǎn) （1） 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng) 能代替人從事危險(xiǎn)，有害的工作。在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，滅等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 （2） 機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并能擴(kuò)大和延伸人的功能。 （3） 由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。 （4） 機(jī)械手特點(diǎn)是通過(guò)用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 （5） 采用機(jī)械手能明顯的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。 2.3 工業(yè)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面： 1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動(dòng)線方面 建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)零件）自動(dòng)線，一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳送工件。 2. 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面 (1)各類(lèi)半自動(dòng)車(chē)床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開(kāi)的功能，但仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。 (2)注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自動(dòng)工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動(dòng)取料，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。 (3)沖床有自動(dòng)上下沖壓循環(huán)，機(jī)械手上下料可實(shí)現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動(dòng)化。 3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面 總的來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)機(jī)械手的特點(diǎn)滿足了社會(huì)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。 因?yàn)椴捎脵C(jī)械手最明顯的特點(diǎn)是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。例如：在機(jī)床加工，裝配作業(yè)，勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作等。 3 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案 3.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 　　　　　　 圖1 工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件所組成。 1. 手部：直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類(lèi)。吸附類(lèi)最常見(jiàn)的主要有吸盤(pán)式，本設(shè)計(jì)主要考慮吸盤(pán)式手部設(shè)計(jì)。 吸盤(pán)式手部是由吸盤(pán)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取盤(pán)類(lèi)零件。 2.腕部：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物體的方位。 3.臂部：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定位置。 4.行走機(jī)構(gòu)：有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。 控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。 機(jī)身：它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 3.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： 　　1.抓重（又稱(chēng)臂力）：額定抓取重量或稱(chēng)額定負(fù)荷，單位為公斤； 　　2.自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：整機(jī)，手臂和手腕等運(yùn)動(dòng)共有幾個(gè)自由度，并說(shuō)明坐標(biāo)形式； 　　3.定位方式：固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開(kāi)關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置； 　　4.驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式； 　　5.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 　　6.手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 　　7.吸盤(pán)夾持范圍和握力； 　　8.定位精度：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度； 　　9.輪廓尺寸：長(zhǎng)寬高（毫米）； 　　10.重量：整機(jī)重量。 3.3 坐標(biāo)選擇與分析 為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的末端執(zhí)行器在空間的位置，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，通?？梢詫⑵湓O(shè)計(jì)成如下五種形式。 1.圓柱坐標(biāo)型 這種運(yùn)動(dòng)形式是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間為圓柱形，它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 2.直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)型機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)部分的三個(gè)相互垂直的直線組成，其工作空間為長(zhǎng)方體，它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離可在坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間大，靈活性較差。 3.球坐標(biāo)型 又稱(chēng)極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮，其工作空間圖形唯一球體，它可以做上下俯仰動(dòng)作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 4.關(guān)節(jié)型 關(guān)節(jié)型又稱(chēng)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類(lèi)似，其前三個(gè)自由度都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由和大小臂組成，立柱與大臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰運(yùn)動(dòng)，小臂作俯仰擺動(dòng)，其特點(diǎn)是工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，能抓取靠近機(jī)座的工件。 5.平面關(guān)節(jié)型 采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)控制上下運(yùn)動(dòng)，其工作空間的軌跡圖形如圖所示，它的縱截面為一矩形的回轉(zhuǎn)體，縱截面高為移動(dòng)關(guān)節(jié)的行程長(zhǎng)兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角的大小決定了回轉(zhuǎn)體截面的大小、形狀。這種機(jī)器人在水平方向上有柔順度，在垂直方向上有較大的剛度，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配，如在電子工業(yè)的接插、裝配中應(yīng)用廣泛。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，考慮其復(fù)雜程度選擇圓柱坐標(biāo)型。 3.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇與分析 3.4.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按照動(dòng)力源分為液壓、氣壓和電動(dòng)三大類(lèi)，根據(jù)需要，也可以將這三種基本類(lèi)型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 1）液壓驅(qū)動(dòng) 液壓技術(shù)比較成熟，具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。 2）氣壓驅(qū)動(dòng) 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中，在上下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。 3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 隨著低慣量、直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動(dòng)器的廣泛采用，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被大量選用。 3.4.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則 一般情況下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇大致按照如下原則進(jìn)行選擇： 1）物料搬運(yùn)用有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人，重負(fù)載用液壓驅(qū)動(dòng)，中等載荷可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輕載荷可選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 2）用于點(diǎn)焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機(jī)械手，要求具有任意點(diǎn)位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，需采用液壓驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方能滿足要求。 3.4.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，加工工件為0.5Kg的矽鋼片，屬于輕載荷，故選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)是:工作壓力低,一般為0.3～0.8兆帕，氣體粘度小，管道阻力損失小，便于集中供氣和中距離輸送，使用安全，無(wú)爆炸和電擊危險(xiǎn)，有過(guò)載保護(hù)能力；但氣壓傳動(dòng)速度低，需要?dú)庠础? 氣動(dòng)元件的優(yōu)點(diǎn)： 1、 氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。介質(zhì)為空氣，較之液壓介質(zhì)來(lái)說(shuō)不易燃燒，故使用安全。 　　 2、 工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢(qián)。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。 3、 輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動(dòng)作速度一般小于1M/S，比液壓和電氣方式的動(dòng)作速度快。 　　 4、 可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件的有效動(dòng)作次數(shù)約為百萬(wàn)次，而一般電磁閥的壽命大于3000萬(wàn)次，某些質(zhì)量好的閥超過(guò)2億次。 　　 5、 利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)?？蓪?shí)現(xiàn)緩沖。對(duì)沖擊負(fù)載和過(guò)負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動(dòng)裝置有自保持能力。 　　 6、 全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用。 　　 7、由于空氣流動(dòng)損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。 氣動(dòng)元件的缺點(diǎn)： 1、 由于空氣有壓縮性，氣缸的動(dòng)作速度易受負(fù)載的變化而變化。采用氣液聯(lián)動(dòng)方式可以克服這一缺陷。 　　 2、 氣缸在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)候，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。 　　 3、雖然在許多應(yīng)用場(chǎng)合，氣缸的輸出力能滿足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。 3.5 設(shè)計(jì)路線與方案 3.5.1 設(shè)計(jì)步驟 1.查閱相關(guān)資料； 2.確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思； 3.結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析； 4.根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算； 5.按所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核； 6.繪制工作裝配圖草圖； 7.繪制總圖及零件圖等； 8.總結(jié)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。 3.3.2 研究方法和措施 使用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和氣壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用滑槽杠桿式。 4 真空吸盤(pán)和真空泵的選用 4.1 真空吸盤(pán) 4.1.1 吸盤(pán)的材料 吸盤(pán)材料：丁腈橡膠（黑色）(N) ，硅橡膠（白色）(S)，聚氨脂橡膠（褐色）(U)，氟化橡膠（帶綠色標(biāo)記的黑色)(F)。 4.1.2 真空吸盤(pán)的作用 真空吸盤(pán)是真空系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，用于將表面光滑而且平整的工件吸起并保持住，柔軟又有彈性的吸盤(pán)確保不會(huì)損壞工件。 4.1.3 吸盤(pán)的型號(hào)表示方法 圖2 吸盤(pán)的型號(hào)表示方法 4.1.4 理論吸吊力 真空吸盤(pán)的外徑稱(chēng)為公稱(chēng)直徑，其吸持工件被抽空的直徑稱(chēng)為有效直徑D。真空吸盤(pán)的理論吸吊力（水平提升升力）F為： 其中，-真空度， -真空吸盤(pán)的有效直徑（吸盤(pán)的內(nèi)徑）， -吸盤(pán)的有效吸著面積， 真空度：“真空度”顧名思義就是真空的程度。是真空泵、微型真空泵、微型氣泵、微型抽氣泵、微型抽氣打氣泵等抽真空設(shè)備的一個(gè)主要參數(shù)。 所謂“真空“，是指在給定的空間內(nèi)，壓強(qiáng)低于101325帕斯卡(也即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)約101KPa)的氣體狀態(tài)。 　　 在真空狀態(tài)下，氣體的稀薄程度通常用氣體的壓力值來(lái)表示，顯然，該壓力值越小則表示氣體越稀薄。若所測(cè)設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)，其壓力測(cè)量需要真空表。從真空表所讀得的數(shù)值稱(chēng)真空度。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強(qiáng)實(shí)際數(shù)值低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，即： 真空度=(大氣壓強(qiáng)—絕對(duì)壓強(qiáng)）。 這樣，若已有一個(gè)真空吸盤(pán)，只需要設(shè)定真空度，就可以計(jì)算吸盤(pán)的理論吸吊力（水平提升升力）。 圖3 吸盤(pán)的理論吸吊力 表1 吸盤(pán)水平提升升力表 4.1.5 吸盤(pán)的外形尺寸 吸盤(pán)按照外形來(lái)分，可以分為三種：平形吸盤(pán)、平形帶肋吸盤(pán)、深形吸盤(pán)。具體結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)下圖： 圖4 平形吸盤(pán)具體結(jié)構(gòu) 表2 平形吸盤(pán)尺寸參數(shù)表 圖5 平形帶肋吸盤(pán)具體結(jié)構(gòu) 表3 平形帶肋吸盤(pán)尺寸參數(shù)表 圖6 深形吸盤(pán)具體結(jié)構(gòu) 表4 深形吸盤(pán)尺寸參數(shù)表 4.1.6 真空吸盤(pán)的選用 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，被吸持工件為0.5Kg的硒鋼片，故實(shí)際所需水平吸吊力為（安全系數(shù)取4）： 本設(shè)計(jì)選用2個(gè)平形吸盤(pán)，材料選用丁腈橡膠（N），則每個(gè)吸盤(pán)所需提供的吸吊力為9.8N。 根據(jù)上述實(shí)際所需吸吊力，查吸盤(pán)水平提升升力表，真空度為500mmHg，選取吸盤(pán)直徑為16mm。 綜上，吸盤(pán)型號(hào)確定為：ZP16UN 4.2 真空泵 4.2.1 真空泵的定義 真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。 真空泵可以定義為：利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。 隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類(lèi)已發(fā)展了很多種，其抽速?gòu)拿棵肓泓c(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數(shù)百萬(wàn)升。按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類(lèi)型，即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。隨著真空應(yīng)用技術(shù)在生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中對(duì)其應(yīng)用壓強(qiáng)范圍的要求越來(lái)越寬，大多需要由幾種真空泵組成真空抽氣系統(tǒng)共同抽氣后才能滿足生產(chǎn)和科學(xué)研究過(guò)程的要求，由于真空應(yīng)用部門(mén)所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類(lèi)型的真空泵都不可能完全適用于所有的工作壓力范圍，只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求，使用不同類(lèi)型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過(guò)程的需要，有時(shí)將各種真空泵按其性能要求組合起來(lái)，以機(jī)組型式應(yīng)用。 4.2.2 真空泵的分類(lèi) 真空泵分類(lèi)廣泛，按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類(lèi)型，即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。氣體傳輸泵是一種能使氣體不斷的吸入和排出，借以達(dá)到抽氣目的的真空泵。氣體捕集泵是一種使氣體分子被吸附或凝結(jié)在泵的內(nèi)表面上，從而減小了容器內(nèi)的氣體分子數(shù)目而達(dá)到抽氣目的的真空泵。 氣體輸送泵包括：1、液環(huán)真空泵（水環(huán)式真空泵）2、往復(fù)式真空泵3、旋片式真空泵4、定片式真空泵5、滑閥式真空泵6、余擺線真空泵7、干式真空泵8、羅茨真空泵9、分子真空泵10、牽引分子泵11、復(fù)合式真空泵12、水噴射真空泵13、氣體噴射泵14、蒸汽噴射泵15、擴(kuò)散泵等。氣體捕集泵包括：吸附泵和低溫泵等。工業(yè)中應(yīng)用最多的是水環(huán)式真空泵和旋片式真空泵等。 　　 按其真空度可以分為：粗真空、高真空、超高真空三大類(lèi)。 4.2.3 真空泵的用途 真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)萜鳎婵毡庙氂星凹?jí)泵配合方可使用，在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速，對(duì)被抽除氣體中含有灰塵和水蒸汽不敏感，廣泛用于塑料機(jī)械、農(nóng)藥化工、染料化工、磚瓦機(jī)械、低溫設(shè)備、造紙機(jī)械、醫(yī)藥化工、食品機(jī)械、工業(yè)電爐、電子行業(yè)、真空設(shè)備、化肥、冶金、石油、礦山、地基處理等領(lǐng)域。 4.2.4 真空泵選取的注意事項(xiàng) 真空泵的作用就是從真空室中抽除氣體分子，降低真空室內(nèi)的氣體壓力，使之達(dá)到要求的真空度。概括地講從大氣到極高真空有一個(gè)很大的范圍，至今為止還沒(méi)有一種真空系統(tǒng)能覆蓋這個(gè)范圍。因此，為達(dá)到不同產(chǎn)品的工藝指標(biāo)、工作效率和設(shè)備工作壽命要求、不同的真空區(qū)段需要選擇不同的真空系統(tǒng)配置。為達(dá)到最佳配置，選擇真空系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮下述各點(diǎn)： 1.確定工作真空范圍 首先必須檢查確定每一種工藝要求的真空度。因?yàn)槊恳环N工藝都有其適應(yīng)的真空度范圍，必須認(rèn)真研究確定之。 2.確定極限真空度 在確定了工藝要求的真空度的基礎(chǔ)上檢查真空泵系統(tǒng)的極限真空度，因?yàn)橄到y(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的最佳工作真空度。一般來(lái)講，系統(tǒng)的極限真空度比系統(tǒng)的工作真空度低20%，比前級(jí)泵的極限真空度低50%。 3.被抽氣體種類(lèi)與抽氣量 檢查確定工藝要求的抽氣種類(lèi)與抽氣量。因?yàn)槿绻怀闅怏w種類(lèi)與泵內(nèi)液體發(fā)生反應(yīng)，泵系統(tǒng)將被污染。同時(shí)必須考慮確定合適的排氣時(shí)間與抽氣過(guò)程中產(chǎn)生的氣體量。 4.真空容積 檢查確定達(dá)到要求的真空度所需要的時(shí)間、真空管道的流阻與泄漏。 　　考慮達(dá)到要求真空度后在一定工藝要求條件下維持真空需要的抽氣速率。 5.主真空泵的選擇計(jì)算 　　s=2.303v/tlog(p1/p2) 　　 其中： s為真空泵抽氣速率(l/s) 、v為真空室容積(l)、t為達(dá)到要求真空度所需時(shí)間(s)、p1為初始真空度 、p2為要求真空度。 4.2.5 真空泵的選取 本次設(shè)計(jì)采用揚(yáng)子江泵業(yè)生產(chǎn)的2XZ-0.25型真空泵，具體信息及參數(shù)如下： 2XZ系列真空泵為雙級(jí)直聯(lián)結(jié)構(gòu)，它的工作性能由高壓級(jí)與低壓級(jí)二部分組成，它的吸入口與真空設(shè)備連接，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容器內(nèi)的氣體將大量吸入與排出，當(dāng)設(shè)備獲得真空時(shí)，高壓級(jí)排氣閥封閉，高壓級(jí)吸入的氣體將轉(zhuǎn)送到第二級(jí)，并經(jīng)第二級(jí)吸入與排出，這樣真空設(shè)備可獲得一定的真空，該泵的技術(shù)參數(shù)為610-2,泵與電機(jī)連軸，高轉(zhuǎn)速，外型小，結(jié)構(gòu)緊湊，流動(dòng)性工作方便。 圖7 2XZ-0.25型真空泵 2XZ型旋片式真空泵性能參數(shù)（本設(shè)計(jì)選取2XZ-0.25型） 型號(hào) 2XZ-0.25 2XZ-0.5 2XZ-1 2XZ-2 2XZ-4 2XZ-8 形式 直聯(lián)雙級(jí)串聯(lián)旋片式 抽氣速率 升/秒 0.25 0.5 1 2 4 8 極限真空 Pa 610-1 610-2 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1400 進(jìn)氣口直經(jīng) mm Φ10 Φ13 Φ13 Φ19 Φ19 Φ32 用油量 MI 0.3 0.42 0.4 0.48 0.55 0.7 泵油溫升 ℃ 40 40 40 45 45 60 電機(jī)功率 kW 0.12 0.18 0.25 0.37 0.55 0.75 外型尺寸 毫米 長(zhǎng) 400 445 445 478 518 510 寬 125 125 125 148 148 165 高 224 256 256 227 227 282 重量 Kg 15 18 19 27 30 35 噪音 分貝 64 64 66 68 70 74 表5 2XZ型旋片式真空泵性能參數(shù) 5 強(qiáng)度校核 5.1 機(jī)械懸臂的校核 計(jì)算與說(shuō)明 主要結(jié)果 1. 將機(jī)械懸臂簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，畫(huà)出簡(jiǎn)圖。 2. 畫(huà)垂直面受力圖，求出垂直面支反力 a.懸臂自重(均載荷) b.吸盤(pán)及其附件以及工件 吸盤(pán)底座（粗算） 吸盤(pán)和吸盤(pán)連桿 工件 故，綜上 3. 求出水平面支反力 該懸臂在水平面上不受力，故不予考慮。 4. 求懸臂端點(diǎn)處撓度 由受力分析可知，懸臂端點(diǎn)處的撓度由懸臂自重和端點(diǎn)處所受的合力（吸盤(pán)底座、吸盤(pán)連桿、吸盤(pán)和工件）疊加而成，可分開(kāi)計(jì)算。 a.只考慮懸臂自重 1）懸臂梁的固定端約束了端截面的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)， 故有垂直反力和反作用力偶。 由平衡方程和，求得 2）選取坐標(biāo)系如圖所示。在距原點(diǎn)為x的橫截面的左側(cè)，有支反力、和集度為q的均布載荷，但在截面右側(cè)只有均布載荷。所以，宜用截面右側(cè)的外力來(lái)計(jì)算剪力和彎矩。 3）匯出剪力圖和彎矩圖。 4）求撓曲線方程 由公式（6.5）（《材料力學(xué)》），得撓曲線的微分方程為 積分得 在固定端A，轉(zhuǎn)角和撓度均應(yīng)等于零，即 當(dāng)時(shí)， 把以上邊界條件帶入上述積分方程，得 再將所得積分常數(shù)帶回積分式，得轉(zhuǎn)角方程和撓曲線方 程分別為 查表2.2（《材料力學(xué)》）， 45鋼的彈性模量取200GPa 以截面B的橫坐標(biāo)代入以上兩式，得截面B的轉(zhuǎn)角和撓度分別為 為負(fù)，表示截面B的轉(zhuǎn)角是順時(shí)針的。也為負(fù)，表示B點(diǎn)的撓度向下。 令，，， ，得 a.只考慮端點(diǎn)合力 1）懸臂梁的固定端約束了端截面的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，故有垂 直反力和反作用力偶。 由平衡方程和，求得 2）選取坐標(biāo)系如圖所示。計(jì)算剪力和彎矩。 3）匯出剪力圖和彎矩圖。 4）求撓曲線方程 由公式（6.5）（《材料力學(xué)》），得撓曲線的微分方程為 積分得 在固定端A，轉(zhuǎn)角和撓度均應(yīng)等于零，即 當(dāng)時(shí)， 把以上邊界條件帶入上述積分方程，得 再將所得積分常數(shù)帶回積分式，得轉(zhuǎn)角方程和撓曲線方程分別為 以截面B的橫坐標(biāo)代入以上兩式，得截面B的轉(zhuǎn)角和撓度分別為 為負(fù)，表示截面B的轉(zhuǎn)角是順時(shí)針的。也為負(fù)，表示B點(diǎn)的撓度向下。 令 ，，， ，得 綜上，懸臂在端點(diǎn)處的撓度為 查表11-6（《機(jī)械設(shè)計(jì)》），軸的許用撓度[y] 懸臂的實(shí)際撓度小于許用撓度，故該懸臂的彎曲強(qiáng)度能滿足要求。 懸臂的強(qiáng)度足夠 圖8 懸臂受力簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖、彎矩圖 5.2 活塞軸的校核 計(jì)算與說(shuō)明 主要結(jié)果 抗壓強(qiáng)度校核（活塞處于上升極限位置） 1. 畫(huà)活塞軸受力簡(jiǎn)圖（6-2-a） 2. 求活塞所受壓力（不計(jì)活塞軸自重） 活塞軸受到的壓力為空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣所提供，其大小為 其中，P為空氣壓縮機(jī)出口壓力 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓， D為活塞外徑 3. 求活塞軸的壓縮應(yīng)力 其中，D為活塞軸直徑 4. 查表2.1（材料力學(xué)），45鋼的屈服極限為 5. 結(jié)論 綜上，活塞軸的壓縮應(yīng)力小于其屈服極限，既 故，抗壓強(qiáng)度滿足要求。 抗壓強(qiáng)度校核（活塞處于上升極限位置） 1. 畫(huà)活塞軸受力簡(jiǎn)圖（6-2-b） 2. 求活塞所受拉力（不計(jì)活塞軸自重） 活塞軸受到的壓力為空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣所提供，其大小為 其中，P為空氣壓縮機(jī)出口壓力 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓， D為活塞外徑 3. 求活塞軸的拉升應(yīng)力 其中，D為活塞軸直徑 4. 查表2.1（材料力學(xué)），45鋼的強(qiáng)度極限為 5. 結(jié)論 綜上，活塞軸的拉升應(yīng)力小于其屈服極限，既 故，抗拉強(qiáng)度滿足要求。 抗壓強(qiáng)度滿足要求 抗拉強(qiáng)度滿足要求 圖９　活塞軸受力圖 5.3 軸承校核 圖１0 軸承 計(jì)算與說(shuō)明 主要結(jié)果 〈一〉軸承壽命計(jì)算 1. 計(jì)算軸承轉(zhuǎn)速 軸承在一個(gè)循環(huán)中走過(guò)的路程為： 由零件圖上測(cè)量得 軸承一個(gè)循環(huán)中的平均時(shí)間為： 根據(jù)工作要求，該機(jī)械手運(yùn)送頻率為32次/秒，則一個(gè)循環(huán)時(shí)間 軸承外圓平均線速度 軸承一個(gè)循環(huán)周期平均轉(zhuǎn)速 2. 求軸承承受的載荷 軸承所受的徑向載荷為空壓機(jī)產(chǎn)生的空氣壓力，不受軸向載荷。即 （具體計(jì)算見(jiàn)活塞軸校核部分） 3. 計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 因軸承只承受徑向載荷，故其當(dāng)量動(dòng)載荷為： 4. 查表13-11（機(jī)械設(shè)計(jì)，下同），深溝球軸承的基本額定靜載荷為 深溝球軸承的基本額定靜載荷為 5. 軸承壽命計(jì)算 根據(jù)公式12-4 式中，——為溫度系數(shù) ——為載荷性質(zhì)系數(shù) ——為壽命系數(shù)，球軸承等于3 查表12-7，軸承工作溫度＜120℃時(shí)，溫度系數(shù) 查表12-8，軸承受中等沖擊載荷時(shí)，載荷性質(zhì)系數(shù)為 ，本計(jì)算取1.5 將以上各系數(shù)代入公式得： 軸承壽命為 軸承壽命4573h，約為半年，故本機(jī)械手每隔半年應(yīng)進(jìn)行一次大修。 〈二〉軸承靜強(qiáng)度計(jì)算 1. 軸承基本額定靜載荷 2. 當(dāng)量靜載荷 由公式 12-16 式中，——分別為軸承所受的徑向載荷和軸向載荷 ——分別為軸承靜徑向載荷系數(shù)和靜軸向載荷 系數(shù) 查表12-13，對(duì)于深溝球軸承 則 若計(jì)算結(jié)果 ，取 所以， 3. 靜強(qiáng)度條件 由公式12-17，靜強(qiáng)度條件為 式中，——基本額定靜載荷，查軸承手冊(cè)或設(shè)計(jì)手冊(cè) ——安全系數(shù) 查表12-14，在一般情況下 則， 經(jīng)比較 所以，軸承的靜強(qiáng)度滿足要求。 靜強(qiáng)度滿足要求 5.4 軸承用螺釘校核 圖11 軸承用螺釘 螺釘材料選用20鋼，查閱《材料力學(xué)》得，20鋼的許用切應(yīng)力為 剪切面面積 剪力 則螺釘受力橫截面的切應(yīng)力為 結(jié)論：因 ，所以螺釘?shù)膹?qiáng)度足夠。 6 密封與潤(rùn)滑 6.1 氣缸的上下端蓋的密封 氣缸上下端蓋的密封均采用O型真空用橡膠密封圈。 O型真空用橡膠密封圈有良好的密封性，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。它是一種壓縮性密封圈，同時(shí)又具有自封能力，所以使用范圍很寬，密封壓力可達(dá)100MPa的高壓。如果材料設(shè)當(dāng)，溫度范圍為-100~260 ℃。 O型環(huán)裝入密封溝槽后，其截面一般受到15%~30%的壓縮變形。在介質(zhì)壓力作用下，移至溝槽的一邊，封閉需封閉的間隙，達(dá)到密封目的。 圖12 氣缸的端蓋的密封 6.2 活塞的密封 活塞采用O型環(huán)密封。 O型環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，密封可靠。O型環(huán)材料一般為橡膠，最高使用溫度為200℃，工作壓力為0.4MPa。 本設(shè)計(jì)中，空氣壓縮機(jī)的出口最大壓力為0.7MPa，壓力較高，為了使密封更加可靠，使用2個(gè)O型環(huán)密封。 圖13 活塞的密封 6.3 活塞軸的密封 活塞軸采用軟填料密封方式密封。 填料密封是用填料堵塞泄露通道，阻止泄露的一種古老的密封形式。填料密封主要用于動(dòng)密封，也可用于靜密封，廣泛用于各種閥門(mén)、泵類(lèi)，如水泵、真空泵等，泄露率約10~1000mL/h。 軟填料密封在材料上可分為金屬材料、纖維織物填料、橡膠與塑料填料、復(fù)合材料四大類(lèi)型。填料的選擇方式主要有兩種：根據(jù)填料與被密封流體的適應(yīng)性來(lái)選擇填料；根據(jù)填料的使用工況（工作壓力、工作溫度、轉(zhuǎn)速等）來(lái)選擇填料。 本設(shè)計(jì)中，密封的流體介質(zhì)為空氣，工作條件為活塞式氣缸，根據(jù)表10.1-35（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?單行本?密封件、密封與潤(rùn)滑，下同），可選填料材料有：皮革、金屬盤(pán)根、PTFE。本次設(shè)計(jì)選擇填料材料為金屬盤(pán)根。 根據(jù)密封類(lèi)型與介質(zhì)壓力，查表10.1-38，填料根數(shù)為5根。 圖14 活塞的密封 6.4 潤(rùn)滑 潤(rùn)滑的目的是在機(jī)械設(shè)備相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間加入潤(rùn)滑劑以降低摩擦阻力，減少表面磨損和能源消耗，延長(zhǎng)使用壽命，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。潤(rùn)滑方法有很多，如何根據(jù)各種設(shè)備的實(shí)際情況，合理地選擇和設(shè)計(jì)潤(rùn)滑的方法、潤(rùn)滑系統(tǒng)和裝置，對(duì)保證設(shè)備具有良好的潤(rùn)滑狀況和工作性能，具有十分重要的意義。 6.4.1 氣缸活塞潤(rùn)滑 氣缸活塞的潤(rùn)滑采用稀油潤(rùn)滑類(lèi)中的間歇無(wú)壓潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方法，使用分散潤(rùn)滑。潤(rùn)滑裝置：油壺。潤(rùn)滑原理：利用簧底油壺或其它油壺將油注入孔中，油沿著摩擦表面流散形成暫時(shí)性油膜。 潤(rùn)滑劑選用的一般原則： 載荷：載荷大或沖擊負(fù)荷較大，適于選用粘度較高，或極壓性能好的潤(rùn)滑油，錐入度較小或極壓性能好的潤(rùn)滑脂或固體潤(rùn)滑劑；載荷小，適于選用粘度較小的潤(rùn)滑油或錐入度較大的潤(rùn)滑脂。 速度：速度高，適于選用粘度較小的潤(rùn)滑油，或錐入度較大的潤(rùn)滑脂，或固體潤(rùn)滑劑；速度低，適于選用粘度較大的潤(rùn)滑油，或錐入度較小的潤(rùn)滑脂。 溫度：高溫條件下，適于選用粘度較大、閃電較高、油性好以及氧化安定性好的潤(rùn)滑油，或選用氧化安定性好，滴點(diǎn)較高的潤(rùn)滑脂，或固體潤(rùn)滑劑；低溫條件下，適于選用粘度較小，凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油，或低溫性能好的潤(rùn)滑脂。 環(huán)境：在潮濕或與水接觸較多的工作條件下，適于選用抗乳化能力強(qiáng)和油性、防滲性較好的潤(rùn)滑油、脂；在強(qiáng)輻射照和放射性條件下，在人不便于接近的場(chǎng)合、有腐蝕的環(huán)境中，或超高真空條件下，適于選用固體潤(rùn)滑劑。 工作位置：在潤(rùn)滑油容易流失的工作表面上，適于選用粘度較大的潤(rùn)滑油，或稠度大的潤(rùn)滑脂，或固體潤(rùn)滑劑。 表面精度：工作表面粗糙，適于選用粘度較大的潤(rùn)滑油，或錐入度較小的潤(rùn)滑脂。反之，適于選用粘度較小，或錐入度較大的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。 潤(rùn)滑方式：在循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)中，要求換油期長(zhǎng)，易散熱，適于選用粘度小，氧化安定性好、抗泡沫性能好的潤(rùn)滑油；在集中干油潤(rùn)滑系統(tǒng)中，適于選用錐入度大的潤(rùn)滑脂。 根據(jù)活塞工況條件，查表10.3-3（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?單行本?密封件、密封與潤(rùn)滑），潤(rùn)滑油選用渦輪蝸桿油（SH0094-1991）。 牌號(hào)：L-CKE輕載荷渦輪蝸桿油，一等品。 粘度等級(jí)：320（按GB/T 3491-1994） 運(yùn)動(dòng)粘度為（40℃）：288~352 6.4.2 軸承潤(rùn)滑 軸承潤(rùn)滑采用干油潤(rùn)滑類(lèi)中的連續(xù)無(wú)壓潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方式，使用分散潤(rùn)滑。這種潤(rùn)滑方法沒(méi)有潤(rùn)滑裝置，靠人工將潤(rùn)滑脂填充在機(jī)殼中而實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)表10.3-6 潤(rùn)滑脂選擇的一般原則（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?單行本?密封件、密封與潤(rùn)滑，下同）以及表10.3-7 常用潤(rùn)滑脂的主要重量指標(biāo)及用途，潤(rùn)滑脂的選擇具體參數(shù)如下： 名稱(chēng)與牌號(hào)：鈣基潤(rùn)滑脂（GB 491-1987） 稠度等級(jí)（NLGI）：1號(hào) 外觀：淡黃色至暗褐色均勻油膏 滴點(diǎn)：不低于80℃ 工作錐入度：310~340 水分：不大于1.5% 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手綜合和運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、金屬工藝學(xué)、熱處理、技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制圖等知識(shí)，它主要是應(yīng)用在那些單調(diào)、頻繁以及具有一定危險(xiǎn)性的操作中用以代替人的勞動(dòng)進(jìn)行工作。 它的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，易于維修和拆裝。 2. 工作時(shí)間持久，不會(huì)出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不斷的勞動(dòng)，維持流水線的正常工作。 3. 對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以在多粉塵、易燃、易爆、放射性強(qiáng) 等惡劣環(huán)境中工作。 5. 工作效率高，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)也提高經(jīng)濟(jì)效益。 它的主要缺點(diǎn)是： 1. 通用性差，除了本設(shè)計(jì)任務(wù)的特定用途外，基本無(wú)法完成其他機(jī)床的類(lèi)似加工任務(wù)。 2. 因?yàn)槠涫直圻\(yùn)動(dòng)采用的是滑槽連桿式，故運(yùn)動(dòng)精確度不夠高。 3. 吸盤(pán)式手部只能吸取盤(pán)類(lèi)及法蘭類(lèi)沖壓件，無(wú)法吸取軸類(lèi)零件和套筒類(lèi)零件。 參考文獻(xiàn) [1] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):單行本.連接與緊固.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [2] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):單行本.密封件、密封于潤(rùn)滑.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [3] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):單行本.滾動(dòng)軸承.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [4] 楊振寬 主編．機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010 [5] 李建功 等主編．機(jī)械設(shè)計(jì)．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 [6] 陸玉等 主編．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 [7] 馬海榮，幾何量精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1 [8] 柳洪義等.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ).北京:冶金工業(yè)出版社,2002 [9] 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [10] 劉文波等.工業(yè)機(jī)器人.沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2007 [11] 殷際英等.關(guān)節(jié)型機(jī)器人.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003 [12] 王天然.機(jī)器人.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [13] 東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:冶金工業(yè)出版社,1990 [14] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004 [15] 楊黎明,楊志勤.機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008 [16] Yoram koren. Robots for engineers. New York:McGraw-Hill,1985 [17] Harry Waldman. Dictionary of robots.New York:Macmillan, 1985 [18] Daniel.Bowman. Industrial robots-a practical handbook. Monroeville:international meterial management society, 1976 [19] Chris Morgan. Robots. Berlin:Springer-Verlag,1984 [20] John Hartley. Robot at work. Kempston:IFS,1983 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)及個(gè)人能力的一次綜合檢驗(yàn)，既鞏固了原有知識(shí)，又拓寬了知識(shí)面，加深了對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，也了解了當(dāng)今世界工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，更進(jìn)一步學(xué)習(xí)了有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)，學(xué)到了許多未曾接觸過(guò)的知識(shí)，增強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。我在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅應(yīng)用了以前所學(xué)過(guò)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)還查閱了大量的相關(guān)資料和文獻(xiàn)，使我對(duì)這一領(lǐng)域有了初步的了解和認(rèn)識(shí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我在現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上又充分地發(fā)揮了自己的創(chuàng)造和思維能力，使此產(chǎn)品更加的完善。能將自己學(xué)習(xí)的理論知識(shí)真正運(yùn)用到實(shí)際中，讓理論真正的得到檢驗(yàn)，這對(duì)我們每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是一個(gè)十分寶貴而難得的機(jī)會(huì)。對(duì)實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題用理論解決的能力，也是我們?cè)诮窈笞呦蚬ぷ鲘徫凰中枰?。通過(guò)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了