機(jī)車軸承座自動(dòng)上下料專用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含15張CAD圖紙】

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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(jī)車軸承座自動(dòng)上下料專用機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的目的與意義 隨著中國(guó)工業(yè)化的飛速發(fā)展，自動(dòng)化程度迅速提高，并且工件裝卸和運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化受到越來越多的關(guān)注。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱作工業(yè)機(jī)械手。在實(shí)際生產(chǎn)中提高了生產(chǎn)水平和生產(chǎn)率；勞動(dòng)強(qiáng)度顯著減輕，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證，并且實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。 1.2文獻(xiàn)綜述 1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀(jì)40年代，美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，50年代初，機(jī)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(yán)重的環(huán)境中，一直到60年代第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手才別制造出來，但此機(jī)械手主要用于車床中，70年代，機(jī)械手才在工業(yè)中推廣起來，并逐步實(shí)現(xiàn)商品化，進(jìn)入到20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜動(dòng)作的機(jī)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(jī)械手來參與工作，所以偏智能的機(jī)械手迅速發(fā)展，并且國(guó)外的機(jī)械手向著智能方向不斷的進(jìn)步和發(fā)展。 1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，隨著自動(dòng)化行業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)器人也將得到發(fā)展。未來幾年，其發(fā)展趨勢(shì)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(hù)方便。 2模塊化和可重構(gòu)的的趨勢(shì)發(fā)展。 3.機(jī)械手控制系統(tǒng)開放式控制器，能實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)槭悄K化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，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(shí)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)室。 作為中國(guó)的主要制造國(guó)，機(jī)械手的應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)制造自動(dòng)化至關(guān)重要。機(jī)械手的廣闊市場(chǎng)前景不僅改變了機(jī)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(diǎn)比一些發(fā)達(dá)國(guó)家要低，但我國(guó)正在不斷縮小我們和其他國(guó)家的距離，并不斷走向強(qiáng)大。 第1章 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 自動(dòng)上下料的專用機(jī)構(gòu)，用于機(jī)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(dòng)位置。 其主要技術(shù)指標(biāo)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(xì)信息，請(qǐng)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(dòng)距離400mm； 4. 機(jī)械手的自由度數(shù)：4個(gè)自由度分別為夾緊或松開，升降，移動(dòng)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(jì)使用圓柱坐標(biāo)式機(jī)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(shí)際選擇，液壓傳動(dòng)處理器滿足了我們的要求：其主要優(yōu)點(diǎn)是：可以獲得更大的生產(chǎn)能力，更小的傳動(dòng)速度，響應(yīng)速度，并且易于控制輸出功率和運(yùn)動(dòng)速度，并且可以實(shí)現(xiàn)更高的定位精度 。 通過夾緊液壓缸，抬起液壓缸，移動(dòng)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(jī)械手總體設(shè)計(jì) 2.1 手臂設(shè)計(jì) 2.1.1 夾緊液壓缸的計(jì)算 1.選型：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，選擇雙作用單活塞桿液壓缸 2.各部分計(jì)算： （1）內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的決定： 查《工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)》中表37.5-3和37.5-5，P1=5Mpa，P2=0.3Mpa。所以D取78mm 查《工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)》中表37.5-8，取標(biāo)準(zhǔn)值D為80mm。 查《工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)》中表37.5-6取d/D=0.45，因此d=36mm。 （2）外徑和外壁厚計(jì)算： 本次設(shè)計(jì)屬于中低壓系統(tǒng)，液壓缸的外壁厚只能按經(jīng)驗(yàn)選取δ=20mm。所以外徑D1=120mm。 （3）缸蓋厚度計(jì)算： 一般都為平底缸蓋, 并且缸蓋無孔，用以下公式進(jìn)行計(jì)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(zhǎng)度計(jì)算: 通用液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)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(jì)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(zhǎng)度的選用： 夾緊液壓缸夾緊的長(zhǎng)度：L = 30 + 50 + 20 + 20 + 15 = 135mm。 2.1.2 升降液壓缸計(jì)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(jì)算： 查《工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)》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(jī)械手圖冊(cè)》中表37.5-8，取標(biāo)準(zhǔn)值D為 130mm。 查《工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè)》中表37.5-6取d/D=0.45，因此d = 110mm。 （2）外徑和外壁厚計(jì)算： 所屬中低壓系統(tǒng)，液壓缸壁厚只能按經(jīng)驗(yàn)選取δ=20mm。所以外徑D1 = D= 2δ = 130 +2 × 20 = 170mm。進(jìn)油口和出油口上有一個(gè)凸臺(tái)，內(nèi)徑分別為130 mm和200 mm，請(qǐng)參閱零件圖。 (3)工作行程計(jì)算： 工作行程就是最大起升高度70mm。 (4)缸蓋厚度計(jì)算： 缸蓋上有和缸體相通小孔,所以t必須按有孔計(jì)算，計(jì)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(zhǎng)度計(jì)算： 應(yīng)當(dāng)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(zhǎng)度計(jì)算： 因此，提升缸的長(zhǎng)度：L = 20 + 70 + 90 + 30 + 136 = 346mm。 2.1.3 回轉(zhuǎn)液壓缸計(jì)算 1． 液壓缸各尺寸計(jì)算： (1) 液壓缸工作壓力計(jì)算： 工作壓力最初選用P = 4。 (2) 缸體內(nèi)徑D計(jì)算： 式中 ——作用在動(dòng)片上的外負(fù)載力矩；= 650 ——驅(qū)動(dòng)力矩； ——回轉(zhuǎn)缸的機(jī)械效率；取=0.90 則驅(qū)動(dòng)力矩 液壓缸內(nèi)徑 …………………………………2.23 式中 P——回轉(zhuǎn)缸工作壓力； P = 4 b——?jiǎng)悠瑢挾龋?b=25mm d——輸出軸與動(dòng)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(jì)算： 因?yàn)榛剞D(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(jì)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(dòng)過程中。 當(dāng)它擺動(dòng)到末端時(shí)，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(dòng)片尺寸計(jì)算： 回轉(zhuǎn)缸的主要是讓機(jī)械手臂轉(zhuǎn)動(dòng)90度，因此，移動(dòng)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(dòng)件固定在推動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)的滑塊蓋上。 為了使油平穩(wěn)流動(dòng)，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(zhǎng)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(zhǎng)或過于短，所以缸體長(zhǎng)度選取140mm。 (6) 定動(dòng)片長(zhǎng)度計(jì)算： 活動(dòng)件和固定件的長(zhǎng)度必須等于液壓缸體的長(zhǎng)度減去液壓缸體和用于提升的液壓缸的連續(xù)部分的長(zhǎng)度以及延伸到缸體的缸蓋的長(zhǎng)度。所以L = 140 - 20 - 20 = 100mm。 (7) 缸蓋厚度計(jì)算： 最開始厚度為20mm，隨后要校核擠壓強(qiáng)度。 重量:N 擠壓強(qiáng)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(qiáng)度要求。 所以缸蓋厚度：20mm。 2.2 機(jī)身其他部位計(jì)算 2.2.1 移動(dòng)缸計(jì)算 1．液壓缸各尺寸計(jì)算： (1)工作壓力計(jì)算： 移動(dòng)缸的工作壓力最初選用=3。 (2)內(nèi)徑D和活塞桿d計(jì)算： P===15080N 式中：F-作用在活塞上的總機(jī)械負(fù)載，F(xiàn) = 14330N； P——作用在活塞上的實(shí)際工作載荷； ——液壓缸的機(jī)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(jì)算： 內(nèi)徑D與壁厚δ之比D/δ≤10,使用以下公式計(jì)算: 式中： Py——試驗(yàn)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(jì)算： 移動(dòng)缸推動(dòng)滑板和滑板上的手臂作平行運(yùn)動(dòng)，因此工作行程為400mm。但是，此處應(yīng)使用齒輪和齒條傳動(dòng)倍增機(jī)構(gòu)，因此對(duì)于活塞桿和活動(dòng)氣缸，它們的工作行程將減少2倍，實(shí)際上僅為200mm。 (5)缸蓋厚度計(jì)算： 缸蓋上有和缸體相通的小孔,所以t必須按有孔計(jì)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(zhǎng)度計(jì)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(dòng)缸取B = 50mm。 (7)液壓缸體長(zhǎng)度確定： 然后缸體長(zhǎng)度L = 200 + 50 + 20 + 20 = 290mm。 2.2.2 齒輪軸計(jì)算 在臂的伸縮運(yùn)動(dòng)中，臂的距離和運(yùn)動(dòng)速度增加保持一個(gè)恒定值，磁珠就要使用齒輪齒條增倍機(jī)構(gòu)。 滑板在移動(dòng)中的移動(dòng)是通過齒輪齒條增倍機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。 如圖2-1所示，下圖為它的運(yùn)動(dòng)原理。 當(dāng)活塞桿1運(yùn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)齒輪2與齒條3嚙合時(shí)，齒條3運(yùn)動(dòng)，這相當(dāng)于齒條4的錨定點(diǎn)P和作為支點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)齒輪2，并像杠桿一樣推動(dòng)它。機(jī)架3移動(dòng)了多少， 齒條3的移動(dòng)與齒輪的直徑?jīng)]有關(guān)系，和活塞桿1的移動(dòng)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(dòng)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(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。最后硬度為220?250HBS，在計(jì)算中取240HBS。 2. 齒輪軸主要尺寸計(jì)算： 3．齒輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 齒輪軸大致為兩部分：部分驅(qū)動(dòng)齒條，另一部分聯(lián)接到活塞桿。傳動(dòng)部分做成齒輪形狀。有關(guān)特定尺寸，請(qǐng)參見上面的計(jì)算部分。連接部分做成軸形，運(yùn)動(dòng)缸活塞桿上的孔間隙配合。下端用三個(gè)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(jì)算： 根據(jù)機(jī)架的移動(dòng)狀態(tài)，它可以分為兩種類型：移動(dòng)機(jī)架和固定機(jī)架。運(yùn)動(dòng)框架固定在滑板上，一起移動(dòng)。齒條是導(dǎo)軌上固定的，齒輪在上面來回滾動(dòng)，并且?guī)?dòng)齒條和滑板一起運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)齒條都嚙合一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)化處理。硬度為162-217 HBS，計(jì)算中使用200HBS。 齒條的整體長(zhǎng)度L是根據(jù)其水平運(yùn)動(dòng)的距離S，齒輪的齒頂圓直徑da和儲(chǔ)備量y進(jìn)行計(jì)算的。即L=mm,取長(zhǎng)度L = 400mm。 然后是齒數(shù)：，取Z = 31。 對(duì)其寬度b??并沒有特殊要求，但是為了提高齒條的強(qiáng)度并確保運(yùn)動(dòng)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(jì)算： 材質(zhì)為HT200，鑄坯。 1． 滑板主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 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(jì)算： （1） 滑板的長(zhǎng)度、寬度、高度的計(jì)算： 依據(jù)實(shí)際情況，最初選型外部尺寸為380×600×120mm。 （2） 板上小孔尺寸計(jì)算： 因?yàn)榛逶趯?dǎo)軌上移動(dòng)，所以孔的大小就要根據(jù)導(dǎo)軌直徑計(jì)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(qiáng)度： 滑板中點(diǎn)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(zhǎng)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(qiáng)度符合要求。 2.2.4導(dǎo)軌計(jì)算： 1． 對(duì)稱地布置了兩個(gè)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(jì)算： (1) 導(dǎo)軌零件裝配圖的準(zhǔn)備： 導(dǎo)軌上的部件包括滑板，活動(dòng)套，圓螺母，墊片和支架，從左端依次安裝，活動(dòng)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(zhǎng)度和機(jī)械手的水平移動(dòng)距離確定導(dǎo)軌的長(zhǎng)度： 因此,導(dǎo)軌的總長(zhǎng)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(gè)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度L和直徑d相同，即光桿導(dǎo)軌的長(zhǎng)度L = 1780 mm，直徑d = 60 mm。 (3)導(dǎo)軌彎曲強(qiáng)度校核： 在導(dǎo)軌的中點(diǎn)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(jī)械手及工件的重量；G = G1 + G2 + G3 = 1877 + (70+50) × 9.8 = 3053 N L—導(dǎo)軌長(zhǎng)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(qiáng)度符合要求。 2.3 機(jī)械手手部計(jì)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(jì)算手指夾緊力 水平放置的工件的夾緊力的計(jì)算方法如下： 則 2.2.3 計(jì)算手指驅(qū)動(dòng)力 由于使用夾緊缸來驅(qū)動(dòng)手指進(jìn)行夾緊和釋放，因此選擇連桿來驅(qū)動(dòng)手是合理的 理論上的計(jì)算： 2. 實(shí)際上的計(jì)算: 然后≥10290
N； 結(jié)果取 = 17200N。 2.3.4 手部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 1. 夾爪剪切強(qiáng)度及擠壓強(qiáng)度的校核： 45鋼做成夾爪，伸長(zhǎng)率δ>5%，是塑性材料。 其許用應(yīng)力： 式中：σs—屈服點(diǎn),45鋼的屈服點(diǎn)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(jì)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(qiáng)度符合要求。 夾爪擠壓應(yīng)力計(jì)算： 式中：Fjy——擠壓面上的擠壓力（N）； Ajy-擠出表面的計(jì)算面積（mm）。 則=＜[]= 500,因此夾爪的擠壓強(qiáng)度符合要求。 2. 絞鏈剪切強(qiáng)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(qiáng)度符合要求。 3. 夾爪外套剪切強(qiáng)度及擠壓強(qiáng)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(jì)算： 。 則τ=＜[τ] = 200,因此夾爪外套的剪切強(qiáng)度符合要求。 夾套的擠壓應(yīng)力為=≤ [] 則= ＜ [] = 500,因此夾套的擠壓強(qiáng)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(diǎn),35鋼的屈服點(diǎn)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(qiáng)度，d = 20 mm，應(yīng)在下面檢查抗壓強(qiáng)度。 擠壓應(yīng)力條件為 因此，銷的抗壓強(qiáng)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(qǐng)參閱零件圖。 設(shè)計(jì)總結(jié)的專用機(jī)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(shí)踐。 第3章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單說明 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大概流程： 1． 確定液壓執(zhí)行元件的形式； 2． 工況分析，計(jì)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(yàn)算 6． 繪制工作圖，編制技術(shù)文件 3.1本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)組成： 液壓系統(tǒng)由兩部分組成：縱向進(jìn)給液壓缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)。液壓油從缸中流出，進(jìn)入濾油器，進(jìn)入液壓泵。液壓泵泵送的機(jī)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(jī)油壓力不足，請(qǐng)用蓄能器加壓。通過單向閥后，油路分為三個(gè)部分，分別進(jìn)入提升液壓缸部分，預(yù)定位壓力缸部分和液壓馬達(dá)。 3.2 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 確定了液壓缸主要尺寸之后，進(jìn)行整個(gè)的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的不一樣，結(jié)構(gòu)也不一樣。要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (1)缸體和缸蓋的連接方式： 本次設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(jì)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(dòng)。該方法機(jī)制簡(jiǎn)單，便于零件加工和裝載。 (3)活塞桿導(dǎo)向部分設(shè)計(jì)： 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(jiǎn)單方便，被廣泛運(yùn)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(jī)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(rùn)滑。而且油壓通常安裝在外部。在高壓下進(jìn)行使用時(shí)，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(jiǎn)單，此設(shè)計(jì)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(shí)，要根據(jù)密封件的實(shí)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(hào)。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(jì)緩沖裝置，并在行程結(jié)束處安裝緩沖裝置，保證在工作時(shí)的安全。 (6)液壓缸排氣裝置： 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在某處會(huì)與空氣混合，并讓整個(gè)環(huán)境不穩(wěn)定，引起了振動(dòng)，爬行或前沖。在嚴(yán)重的情況下，系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行。因此，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，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(jìn)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(jì)參數(shù) 3.3.1 確定機(jī)械手的動(dòng)作順序 動(dòng)作方向：停在工件上等待物料要夾取（即起始位置）→機(jī)械手開始下降→抓到工件準(zhǔn)備工作→機(jī)械手開始上升準(zhǔn)備工作→機(jī)械手開始縱向移動(dòng)準(zhǔn)備工作→機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90°→機(jī)械手下降→手指釋放工件到指定位置→機(jī)器人手臂上升→機(jī)械手回轉(zhuǎn)90°手臂縱向返回相應(yīng)位置→等待卸載（動(dòng)作周期結(jié)束并準(zhǔn)備開始下一次運(yùn)動(dòng)）。 上述動(dòng)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(shí)現(xiàn)的。 3.3.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)確定 根據(jù)其最大工作范圍，確定工作時(shí)手臂的速度及其輸出力，進(jìn)行液壓缸所需的油流量及其工作壓力。 任務(wù)要求機(jī)械手提升70mm；可以轉(zhuǎn)90°；水平運(yùn)動(dòng)為400mm，但由于倍增機(jī)制，活塞桿實(shí)際走了200mm。但為了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(gè)提升過程需要4秒鐘； (2) 手臂的旋轉(zhuǎn)速度為30°/ s，花費(fèi)3秒完成整個(gè)旋轉(zhuǎn)過程； (3) 手臂的水平移動(dòng)速度為50mm / s，即3m / min。由于采用了倍增機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)缸的活塞桿相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度為25mm / s，完成整個(gè)水平運(yùn)動(dòng)過程需要8s。 (4) 夾緊或松開工件的時(shí)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(shí)際液壓系統(tǒng)的最大工作壓力來進(jìn)行油管的選擇。我們?cè)O(shè)計(jì)中選擇軟管進(jìn)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(jì)時(shí)最令人頭疼和迷糊的工作。并且需要非常細(xì)心的操作，出色的性能，簡(jiǎn)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(jī)械手管最常用的連接方法。 3.4.2 機(jī)油濾清器 在液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中，油的清潔是非常重要的。因?yàn)橛筒桓蓛舻脑捒赡軙?huì)導(dǎo)致刮擦，磨損甚至運(yùn)動(dòng)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(jī)械手工作是否準(zhǔn)確，如果過重會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞和故障。 機(jī)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(hù)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(chǔ)油，從而使油消散熱量并沉淀下來。起動(dòng)能力不能太小，當(dāng)整個(gè)液壓系統(tǒng)裝滿時(shí)，最小值應(yīng)能夠存儲(chǔ)容積，并且應(yīng)該有一定的余量。 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計(jì)是專業(yè)本科學(xué)習(xí)中理論與實(shí)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(jì)，也是四年來老師的教學(xué)，同學(xué)的幫助，尤其是設(shè)計(jì)期間，我才明白自己其實(shí)還有很多的不足，讓我對(duì)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(shí)間過的很快。 雖然這次設(shè)計(jì)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(gè)日夜來思考，來修補(bǔ)終于要迎來它見面的時(shí)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(huì)有怎么樣的困難，只想自己一步一個(gè)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(duì)我的幫助，離開學(xué)校就是新的生活，是我另一個(gè)起點(diǎn)，預(yù)祝大家前程似錦。 參考文獻(xiàn)與附錄 [1] 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》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(jī)械手圖冊(cè)》編寫組編.工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993 [3] 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》.吳宗澤,羅圣國(guó)主編.北京:高等教育出版社,1996 [4] 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.劉會(huì)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(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.上海煤礦機(jī)械研究所編.上海:上海人民出版社,1981 [6] 《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》.洪英發(fā),程國(guó)珩主編.沈陽:東北大學(xué)出版社,2000 [7] 《液壓與氣壓傳動(dòng)》第二版.左健民主編.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999. 10 [8] 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