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輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) I 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 摘要 機(jī)械手是能夠模仿一些動(dòng)作功能的人員和夾臂 固定的程序 自動(dòng)操作裝置的 處理或操作的工具 本文設(shè)計(jì)的輪胎裝配機(jī)械手的圓柱坐標(biāo)型液壓機(jī)械手 主要用于氣力輸送夾緊和完 成工作 首先通過機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析 在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計(jì)方案 其 次 每個(gè)元素的主要結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 最后 通過 AutoCAD 軟件繪制機(jī)械 裝配圖和零件 通過這次設(shè)計(jì) 鞏固了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí) 例如 機(jī)械設(shè)計(jì) 材料力學(xué) 公差和 互換性和機(jī)械制圖 掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn) 利用 AutoCAD 軟件 在今后的工作 生活具有重要的意義 關(guān)鍵字 輪胎 機(jī)械手 圓柱坐標(biāo) 液壓系統(tǒng) 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) II Tire assembly manipulator design Abstract Robot hand is able to imitate the human hand and arm of some action functions with a fixed program to grab handling objects or operating tools of the automatic operation This paper describes the design of the cylinder coordinate hydraulic manipulator which is mainly used for the carrying and assembling of the tire First by the manipulator s structure and principle were analyzed in this study Based on the design scheme is presented then mainly the main structure parts and hydraulic system were design and checking calculation Finally through the AutoCAD drawing software drawn the manipulator assembly drawing and the main parts of the map Through the design the consolidation of the University of the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design mechanics of materials tolerance and interchangeability theories mechanical drawing master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work in life is of great significance Keywords Tire Manipulator Cylindrical coordinates Hydraulic system 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) III 目 錄 第一章 緒論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 3 2 1 設(shè)計(jì)要求 3 2 1 1 動(dòng)作要求 3 2 1 2 參數(shù)要求 3 2 2 方案擬定 3 2 2 1 方案分析 3 2 2 2 擬定方案 5 第三章 手臂部分設(shè)計(jì) 6 3 1 臂部整體設(shè)計(jì) 6 3 2 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 6 3 2 1 手臂摩擦力的計(jì)算 6 3 2 2 手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 7 3 2 3 手臂慣性力的計(jì)算 7 3 3 手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì) 8 3 3 1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 8 3 3 2 液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 9 3 3 3 活塞桿的設(shè)計(jì)校核 9 3 3 4 油缸端蓋的設(shè)計(jì) 10 第四章 機(jī)身部分設(shè)計(jì) 12 4 1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 12 4 2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 4 2 1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 12 4 2 2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 13 4 3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15 4 3 1 手臂重力矩的計(jì)算 15 4 3 2 升降油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 15 4 3 3 升降缸尺寸參數(shù)的確定 16 第五章 搬運(yùn)手爪及裝配機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 5 1 搬運(yùn)手爪的設(shè)計(jì) 18 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) IV 5 2 裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19 第六章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 6 1 方案擬定 20 6 1 1 制定調(diào)速方案 20 6 1 2 制定壓力控制方案 20 6 1 3 選擇液壓動(dòng)力源 20 6 1 4 繪制液壓系統(tǒng)圖 20 6 3 液壓元件的計(jì)算和選擇 21 6 3 1 液壓泵 21 6 3 2 確定油箱容量 22 6 3 3 液壓元件的選擇 22 6 2 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 22 6 2 1 壓力損失驗(yàn)算 22 6 2 2 發(fā)熱溫升驗(yàn)算 23 總 結(jié) 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 1 1 研究背景及意義 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種自動(dòng)高科技生產(chǎn) 工業(yè)機(jī)械手在我國是 80 年代以 來 七五 科技開始 在國家的支持下 通過 七五 八五 科學(xué)和技術(shù) 掌握了 機(jī)械手操作機(jī)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 機(jī)器人的 部分關(guān)鍵元器件生產(chǎn) 開發(fā) 涂裝 焊接電弧焊接 組裝 運(yùn)輸?shù)?機(jī)器人 其中 130 多個(gè)機(jī)器人繪畫在 20 多個(gè)企業(yè)近 30 條自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線 站 的訪問規(guī)則的弧焊機(jī)器人 已經(jīng)應(yīng)用于模具 焊接線的汽車廠 但總的來說 應(yīng)用機(jī)械手工業(yè)的發(fā)展和我國工程外 水平和一定的距離 本文介紹了裝配氣動(dòng)機(jī)械手液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì) 其主要作用是攜帶輪胎夾緊和工作 水平的提高 工業(yè)自動(dòng)化 機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛 部分運(yùn)動(dòng)的機(jī)械臂可以模擬 根 據(jù)預(yù)定的計(jì)劃 路徑等要求 實(shí)現(xiàn)夾片和運(yùn)輸工具或操作機(jī)械手 體力勞動(dòng)可以取代許 多重復(fù)性 從而降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 提高生產(chǎn)效率 1 2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)械手首先是 1958 年美國研制了第一手的共同控制 其結(jié)構(gòu)體上安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)臂頂 部安裝工件 電磁塊夾持和釋放機(jī)制控制系統(tǒng)的教學(xué)形式 1962 年 美國社會(huì)的基礎(chǔ)上共同控制方案和試驗(yàn)在數(shù)控機(jī)床中的閱讀教學(xué)型機(jī)械手 的名稱 即德爾通用自動(dòng)建模系統(tǒng) 在炮塔和臂可伸縮 旋轉(zhuǎn) 俯仰 用液壓驅(qū)動(dòng) 控制系統(tǒng)與鼓作為存儲(chǔ)設(shè)備 很多球坐標(biāo)機(jī)械手的總體發(fā)展是同年 社會(huì)融合和普魯伯 曼萬能自動(dòng)有限公司 專業(yè)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手 1962 年 美國機(jī)械制造有限公司的成功經(jīng)驗(yàn)機(jī)械手的中心支柱 該機(jī)械手可以旋轉(zhuǎn) 通過控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓提升教學(xué) 這兩種類型的機(jī)器人出現(xiàn)在 60 年代初 但是發(fā)展的基 礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人在國外 美國斯坦福大學(xué)德爾 1978 年 麻省理工大學(xué)合作開發(fā)工業(yè)機(jī)械手式德爾 vicarm 配 備了微型計(jì)算機(jī)控制的裝配操作 定位誤差小于 1mm 聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)自 1970 年 以來應(yīng)用機(jī)械手 主要用于起重運(yùn)輸設(shè)備 焊接電源等操作 德意志聯(lián)邦共和國也產(chǎn)生點(diǎn)焊機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)和程序日本是工業(yè)機(jī)械手的最快速 大量的國家 1969 年 從美國引進(jìn)兩個(gè)機(jī)械手大力從事前蘇聯(lián)在 20 世紀(jì) 60 年代以來 應(yīng) 用和發(fā)展的機(jī)械手 在 1977 年年底 其中一半是國產(chǎn) 進(jìn)口額的一半 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 2 目前 工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代 主要取決于工人的控制 改進(jìn)的方向主要 是降低成本 提高二代機(jī)械手是加強(qiáng)配備了微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 具有視覺和觸覺 的能力 雖然聽的能力 安裝各種傳感器 方向信息反饋 機(jī)器人具有感覺功能 第 三代機(jī)械手指能夠完成任務(wù)的過程中 電子裝置及其你的電視和保持聯(lián)系 并逐步發(fā)展 的一個(gè)重要組成部分 FMC 單元柔性和柔性制造系統(tǒng) 機(jī)械手一般應(yīng)用大多數(shù)國家機(jī)械工業(yè)機(jī)械手 固定裝置 其工作程序是 fix un 通用 機(jī)械手也開發(fā) 應(yīng)用電流開關(guān)型位置控制 伺服生產(chǎn)單位的數(shù)量在調(diào)試控制軌跡的連續(xù) 型 沒有固定觸點(diǎn)控制方式的控制程序的大多數(shù) 專用機(jī)械手的控制 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 3 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)要求 2 1 1 動(dòng)作要求 裝配機(jī)器人分為搬運(yùn)和裝配兩個(gè)動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)夾住輪胎然后搬運(yùn)過來 然后定位 定 位之后由裝配的機(jī)構(gòu)擰螺絲實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)作 1 可以設(shè)計(jì)成一體式 即搬運(yùn)的機(jī)構(gòu)和裝配的機(jī)構(gòu)在一個(gè)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人完成 也可以設(shè)計(jì)成雙臂式 即搬運(yùn)和裝配部分在兩個(gè)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人上分別完成動(dòng)作 2 裝配機(jī)器人擰螺絲過程為 對(duì)角依次固定 一般汽車輪胎上有五個(gè)固定螺絲 成對(duì)角狀態(tài)擰螺絲才能保證輪胎的緊固 2 1 2 參數(shù)要求 1 輪胎直徑 300 450mm 2 主臂回轉(zhuǎn)角度 0 280 3 主臂回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 0 16 r min 4 機(jī)器人直線移動(dòng)速度 0 0 5m s 5 機(jī)器人自由度 5 2 2 方案擬定 2 2 1 方案分析 裝配機(jī)器人分為搬運(yùn)和裝配兩個(gè)動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)夾住輪胎然后搬運(yùn)過來 然后定位 定 位之后由裝配的機(jī)構(gòu)擰螺絲實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)作 機(jī)械手主要有以下類型 1 直角坐標(biāo)型 直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是最簡單的 如圖 2 所示 臂部由三副相互正交的 X Y 方向 移動(dòng) 沿直線移動(dòng) Z 三軸操作簡便 用于將零件簡單的插入操作 如旋 但占用的空間 越大 經(jīng)營范圍是比較低的 圖 2 1 直角坐標(biāo)型 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 4 2 圓柱坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)比較簡單 如圖 2 2 一部分由轉(zhuǎn)動(dòng)副臂和兩個(gè)移動(dòng)副組成 經(jīng)營范圍為圓柱形 其特點(diǎn)是定位精度高 直觀和簡單的運(yùn)動(dòng)控制 結(jié)構(gòu)簡單 體積小 價(jià)格便宜 因此 應(yīng)用廣泛 圖 2 2 圓柱坐標(biāo)型 3 垂直多關(guān)節(jié)型 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的上肢和設(shè)計(jì) 圖 2 3 有三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 關(guān)節(jié)的尺寸繞 Z 軸旋 轉(zhuǎn) 兩個(gè)鉸鏈臂的兩個(gè)軸平行于 Y 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 利用三圓弧來改變位置的空間秩序的 手 機(jī)器人關(guān)節(jié)的相對(duì)角位移的每個(gè)元素相鄰的臂部運(yùn)動(dòng)坐標(biāo) 結(jié)構(gòu)緊湊 操作靈活 最好 占用空間小 運(yùn)行速度高工作范圍內(nèi) 在一個(gè)空間配置貧窮可憐的各種障礙 但 其影響精度的手臂的位置 實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)有困難 圖 2 3 圓柱坐標(biāo)型 4 平面關(guān)節(jié)型 平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人的數(shù)量目前應(yīng)用中的裝配生產(chǎn)線 這是一個(gè)機(jī)器人裝配精度 高 速度快 精度高 靈活性好等 如圖 2 4 圖 2 4 平面關(guān)節(jié)型 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 5 5 極坐標(biāo)型 極坐標(biāo)型機(jī)器人使用兩個(gè)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來改變手的位置的空間 如圖 1 4 可沿 X 軸產(chǎn) 生直線臂 擺動(dòng)軸的軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) Y 和 Z 俯仰運(yùn)動(dòng)臂可以繞 Z 軸能夠抓住物體在地面上 該機(jī)器人的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 占地面積小 移動(dòng)靈活 可擴(kuò)展的機(jī)器人的工作空間 但 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的體現(xiàn)終端設(shè)備上執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)線的分辨率是可變的 難以保證 圖 2 5 極坐標(biāo)型 2 2 2 擬定方案 根據(jù)上面幾種機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較 由于圓柱坐標(biāo)型機(jī)械臂動(dòng)作靈活 所占空間小 工作范圍大 能在狹窄空間內(nèi)饒過各種障礙物的特性 綜合以上決定采用 2 圓柱坐標(biāo) 型裝配機(jī)器人 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2 6 所示 圖2 6 輪胎裝配機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 6 第三章 手臂部分設(shè)計(jì) 3 1 臂部整體設(shè)計(jì) 臂構(gòu)件的主要作用是實(shí)現(xiàn)支撐手腕和手 包括工作 使他們的空間旋轉(zhuǎn) 同時(shí)伸 縮 考慮到機(jī)械手夾持這種設(shè)計(jì)的輪胎 重量輕 因此設(shè)計(jì)選擇活塞桿伸縮機(jī)構(gòu) 伸縮 臂油缸活塞桿安裝在活塞桿的導(dǎo)向套 減少彎曲應(yīng)力 活塞桿的拉力共同作用的壓力和 彎曲載荷 應(yīng)力簡單 穩(wěn)定 運(yùn)輸 外形美觀 結(jié)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng) 液壓缸的選擇雙作 用液壓缸的結(jié)構(gòu)方案 如下圖所示 圖 3 1 臂部結(jié)構(gòu) 3 2 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 這一水平直線運(yùn)動(dòng)的摩擦伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)力 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)幾個(gè)方面克服阻力 慣性 以確定液壓缸需要確定驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算液壓缸的活塞 FF 回摩 密 慣 3 2 1 手臂摩擦力的計(jì)算 由于油缸采用導(dǎo)向套導(dǎo)向故 0AM bGLaF總 得 bF 總 0Y 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 7 baGF 總 得 a L 總 abab 摩 摩摩 2LFG 總摩 600 1260N aLGF2 總摩 206 3 3 2 2 手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 不同的密封圈的摩擦阻力臂不同 在設(shè)計(jì)中采用 O 形環(huán) 當(dāng)液壓缸工作壓力低于 10MPa 總摩擦阻力在液壓缸密封可以近似 0 03F 封F 3 2 3 手臂慣性力的計(jì)算 0 1慣FtvG 總 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 8 所以 1260 69 9 0 03F 0 05FF摩 慣 封 回F 求得 1446N 所以手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力為 1446N 3 3 手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì) 表 3 1 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外 力 F N 液壓缸工作壓 力 Mpa 作用在活塞上外 力 F N 液壓缸工作壓 力 Mpa 小于 5000 0 8 1 20000 30000 2 0 4 0 5000 10000 1 5 2 0 30000 50000 4 0 5 0 10000 20000 2 5 3 0 50000 以上 5 0 8 0 經(jīng)過上面的計(jì)算 確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 F 4378N 根據(jù)表 3 1 選擇液壓缸的工作壓 力 P 1MPa 3 3 1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 如圖 3 2 所示 圖 3 2 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔 421DPF 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔 212d 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 9 液壓缸的有效面積 mm 1PS 2 所以 無桿腔 113 4D 有桿腔 214dP 將數(shù)據(jù)代入得 43 8mm 113 4PD610 943 根據(jù)表 4 1 JB826 66 選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列 選擇 D 50mm 表 3 2 活塞桿直徑系列 GB T2348 93 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 現(xiàn)在進(jìn)行穩(wěn)定性校核 其穩(wěn)定性條件為 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 10 knp 代入數(shù)據(jù) 臨界力 F 3 14 90463 4MPakp ba 70 426102 取 3 30154 47 MPaknkn 4378 所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求 3 3 4 油缸端蓋的設(shè)計(jì) 每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 為工作載荷 和剩余預(yù)緊力 之和0QSQ S 式中 工作載荷 QZpDP42 螺釘中心所在圓的直徑 0D P 驅(qū)動(dòng)力 Z 螺釘數(shù)目 Z 1 0tD 剩余預(yù)緊力 KQ K 1 5 1 8 SQ SQ 計(jì)算 D 76mm 取 90mm P 1MPa 間距與工作壓強(qiáng)有關(guān) 見表 3 3 間距應(yīng)小于0 150mm 試選螺釘數(shù)為 6 個(gè) 表 3 3 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 工作壓力 P Mpa 螺釘?shù)拈g距 t mm 0 5 1 5 小于 150 1 5 2 5 小于 120 2 5 5 0 小于 100 5 0 10 0 小于 80 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 11 則 Z 代入數(shù)據(jù) 46 150 滿足要求 10tD 1t 838N QZpDP42 選擇 K 1 5 1 5 1255N S 837 1257 2095N0Q 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算 1d lJQ 4 1 3 1 3 2095 2723 5NJQ0 代入數(shù)據(jù) 0 0045m1d l 4 sn6103524 7 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 12 第四章 機(jī)身部分設(shè)計(jì) 4 1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂 280 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)一般設(shè) 計(jì)在機(jī)身 升降的支撐體 鑒于這種設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)筒上設(shè)有升降油缸結(jié)構(gòu) 這種機(jī)身設(shè)計(jì)包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)和升降 機(jī)身 如圖 4 1 所示 機(jī)身結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)缸部件的上端臂和回轉(zhuǎn)氣缸與氣缸蓋旋轉(zhuǎn)移動(dòng) 件連接到氣缸體 包括筒體旋轉(zhuǎn)的臂 轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與升降氣缸的活塞桿是活塞桿設(shè)置 在空心套筒扳手和與柱塞舉升花鍵花鍵軸導(dǎo)向 通過具體結(jié)構(gòu)見下圖 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 13 圖 4 1 機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖 4 2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4 2 1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩 的計(jì)算公式為 驅(qū)M N m 驅(qū) 慣 回 封 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 14 28 kg mcJ 3 122Rlm 136 0 12 2 28 93 3kg m2c0 gG 2 892 93 3 227 6 慣M0Jt 50 mN 為了簡便計(jì)算 密封處的摩擦阻力矩 由于回油背差一般非常的小 驅(qū)封 M3 0 故在這里忽略不計(jì) 0回 所以 227 6 0 0 03驅(qū) 驅(qū) 234 6驅(qū) mN 4 2 2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 1 回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑 D 計(jì)算公式為 23810dbpM 驅(qū) 2 油缸缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為 5Mpa 所以螺釘間距 t 應(yīng)小于 80mm 螺釘數(shù)目 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 15 Z 3 14 3 93tD 801 所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目選擇 6 個(gè) 危險(xiǎn)截面 0 00589 2rRS 45 22 2m 所以 4906 3NQFZP 4906 3 1 5 7359 4N K 1 5 KFQS 所以 7359 4 4906 3 12265 7NQ 螺釘材料選擇 Q235 則 n 1 2 2 5 2401 sn MPa 螺釘?shù)闹睆?d 10mm Q3F 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d 10mm 選擇 M10 的內(nèi)六角圓頭螺釘 上面計(jì)算 最終確定液壓缸尺寸 內(nèi)直徑 100 毫米外徑根據(jù)壁厚的設(shè)計(jì)中 根據(jù)表 4 2 JB1068 67 和輸出軸的外徑 168mm 選擇 直徑 50 毫米 圖 4 2 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 16 21 34QFd 合 或 14QFd 帶入有關(guān)數(shù)據(jù) 得 10416 7NQF 42dDZfbp 05 015 64226 螺釘材料選擇 Q235 則 n 1 2 2 5 4 sn MPa 螺釘?shù)闹睆?d 9 3mm Q 3F 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d 10mm 選擇 M10 的內(nèi)六角圓頭螺釘 4 3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4 3 1 手臂重力矩的計(jì)算 1 估算重量 150N 150N 500N工 件G爪 臂G 2 計(jì)算零件的重心位置 求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 800mm 760mm 400mm 工 件 爪 臂 由于 總 i iGX 所以 0 5425m總 臂臂爪爪工 件工 件 GX 3 計(jì)算偏重力矩 MG 總偏 434總偏 mN 4 3 2 升降油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 FF 回慣 摩 密 式中 摩擦阻力 取 f 0 16 F摩 12f摩 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 17 G 零件及工件所受的總重 1 的計(jì)算F慣 GvFgt 總慣 設(shè)定速度為 V 0 6m s 起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差 t 0 1s 為 800N 總 將數(shù)據(jù)帶入上面公式有 489 8N 1 0896F慣 2 的計(jì)算摩F f12摩 2500NhGF 總 1 736 0458 所以 2 2500 0 16 800Nf12F 摩 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 18 則 4 94mm 6104 325 Pd 活塞桿直徑應(yīng)大于 8 5mm 4 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 D 120mm 取 180mm P 1 0MPa 間距與工作壓強(qiáng)有關(guān) 見表 4 3 間距應(yīng)小0D 于 120mm 試選螺釘數(shù)為 6 個(gè) 則 Z 代入數(shù)據(jù) 84 120 滿足要求 10t 1t 1962 5N QZpDP42 選擇 K 1 5 1 5 2943 75N 1962 5 2943 75 4907NS 0QS 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算 1d lJ 1 3 1 3 4907 6379 1NJQ0 代入數(shù)據(jù) 0 0068m1d lJQ 4 snJ 6103524 79 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 19 第五章 搬運(yùn)手爪及裝配機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1 搬運(yùn)手爪的設(shè)計(jì) 裝配機(jī)器人分為搬運(yùn)和裝配兩個(gè)動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)夾住輪胎然后搬運(yùn)過來 然后定位 這 些動(dòng)作均需要搬運(yùn)手爪實(shí)現(xiàn) 另外參數(shù)要求搬運(yùn)的輪胎直徑 300 450mm 如下圖通過 CAD 法匹配分析最小直徑輪胎與最大直徑輪胎時(shí)所需手爪的結(jié)構(gòu) 圖 5 1 搬運(yùn)手爪結(jié)構(gòu)分析 通過上述分析得到搬運(yùn)手爪的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示 圖 5 2 搬運(yùn)手爪結(jié)構(gòu)尺寸 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 20 5 2 裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求輪帶放到位后由裝配機(jī)構(gòu)擰螺絲實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)作 裝配機(jī)器人擰螺絲過程為 對(duì)角依次固定 一般汽車輪胎上有五個(gè)固定螺絲 成對(duì)角狀態(tài)擰螺絲才能保證輪胎的緊 固 在機(jī)械手設(shè)計(jì)中通常擰螺絲的裝配機(jī)構(gòu)有現(xiàn)成的電動(dòng)扳手 只需選型后搭配到機(jī)械 手上即可 由于本處要求成對(duì)角狀態(tài)擰螺絲故選用如下帶成對(duì)角套筒的電動(dòng)扳手 同時(shí)為了保證機(jī)械手在搬運(yùn)爪把輪胎搬運(yùn)到車輪軸上是精確定位在電動(dòng)扳手上設(shè)置 一傳感器 1 該傳感器為位置傳感器 可以感應(yīng)車輪軸的中心位置 而為了保證電動(dòng)扳手套筒能精確套入待擰緊的螺帽 在電動(dòng)扳手上設(shè)置一傳感器 2 該傳感器也是位置傳感器 可以感應(yīng)螺桿的中心位置 在擰完一顆螺帽后套筒移除 電 動(dòng)扳手旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 兩個(gè)套筒在傳感器 2 作用下找到下一對(duì)對(duì)角螺栓進(jìn)行擰緊 如此 循環(huán) 3 次及可完成輪胎螺栓的擰緊工作 圖 5 3 裝配機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu) 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 21 第六章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 1 方案擬定 6 1 1 制定調(diào)速方案 計(jì)量泵電源一般采用節(jié)流調(diào)速 流量控制閥的流量改變輸入或輸出液壓致動(dòng)器的速 度調(diào)節(jié) 這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單 但效率低 發(fā)熱量大 多用于低功率應(yīng)用 體積速度控制通過液壓泵或液壓馬達(dá)速度的變化來實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢是沒有損失 損失和溢 流節(jié)流產(chǎn)量需要輔助泵調(diào)速方式對(duì)大功率液壓系統(tǒng) 移動(dòng)速度快 容積節(jié)流調(diào)速供油變量泵通常是用流量控制閥的輸入或輸出液壓執(zhí)行器的流量控制 使供油量和油量為有效的控制回路速度越高 穩(wěn)定性較好的速度 但其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜 針對(duì)這一次節(jié)流調(diào)速 6 1 2 制定壓力控制方案 在執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)的工作要求 保持一定的工作壓力或工作在一定范圍內(nèi)的壓 力 也需要不斷地或連續(xù)多級(jí)壓力控制 在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 通常由計(jì)量泵的燃油控制閥 所需的壓力 并保持恒定 在調(diào)速系統(tǒng)中的供油量 以及變量泵的安全閥的安全保護(hù)功 能 液壓系統(tǒng)中的高壓油 有時(shí)需要流量不大 在這個(gè)時(shí)候 我們可以考慮用一個(gè)壓力 回路的高壓 而不是創(chuàng)建一個(gè)高壓泵 液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中 一段時(shí)間不需要油 停泵時(shí)的不便 需考慮選擇放電電路 在本地系統(tǒng) 工作壓力應(yīng)小于主油源壓力時(shí) 要考慮解壓縮電路來實(shí)現(xiàn)所需的工作 壓力 6 1 3 選擇液壓動(dòng)力源 該液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)的液壓源只提供液壓源的核心 是泵調(diào)速定量泵節(jié)流燃料一般 在沒有其他輔助油源供油量的液壓泵量大于對(duì)油系統(tǒng) 多余的油通過溢流閥流回油箱 溢流閥 起著控制和穩(wěn)定的油源下容積調(diào)速泵多數(shù)是用變量 安全定義系統(tǒng)的最高壓力 6 1 4 繪制液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)控制電路和液壓源相結(jié)合 制定好 每個(gè)組合電路來消除多余的重復(fù)單元 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 注意要素之間的關(guān)系 鎖定 防止誤操作 以減少損失 能提高系統(tǒng) 的工作效率 維護(hù)和監(jiān)控的液壓系統(tǒng) 主要道路應(yīng)安裝在系統(tǒng)所需要的傳感器元件 例如 壓力 表和溫度計(jì)等 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 22 圖 6 1 液壓系統(tǒng)原理圖 6 2 液壓元件的計(jì)算和選擇 6 2 1 液壓泵 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 23 取泵的總效率 0 85 則 N 4 7kw 60P額額 Q 選電機(jī) Y132M 4 N 5 5kw n 1460r min 6 2 2 確定油箱容量 V 100L總 6 2 3 液壓元件的選擇 表 6 1 液壓元件一覽表 注 表中元件的序號(hào)與液壓系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)相對(duì)應(yīng) 6 3 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 6 3 1 壓力損失驗(yàn)算 1 沿程壓力損失 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 24 油在管路中的實(shí)際流速為 smdqv 36 02 1742 09836 Re 油在管路中呈紊流流動(dòng)狀態(tài) 其沿程阻力系數(shù)為 25 014eR 求得沿程壓力損失為 MPap03 2103 9819864 25 2 局部壓力損失 額定流量序列的單向 17 50L min 壓力損失 0 4 mpa 標(biāo)稱額定電液換向閥 2 為 190L min 壓力損失 0 3 mpa 標(biāo)稱單向順序閥為 18 150L min 損失的額定壓力 0 2 MPa 通過各閥的局部壓力損失之和為 2221 3 1506 190 43 57 50 4p MPa8 6 3 2 發(fā)熱溫升驗(yàn)算 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 25 1 計(jì)算發(fā)熱功率 Phc 16 5 9 35kW 3 3kW Phr 2 3kW 由此可見 油箱的散熱能滿足系統(tǒng)散熱的要求 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 26 總 結(jié) 設(shè)計(jì)階段的大學(xué)學(xué)習(xí)是一種罕見的理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì) 通過圓柱齒輪減 速器的理論和實(shí)踐知識(shí)的組合設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)用我的專業(yè)知識(shí) 能力解決實(shí)際問題 而且提高了我的文件和設(shè)計(jì)手冊的設(shè)計(jì)規(guī)范的能力水平 和其他的專業(yè)知識(shí) 而且通過 對(duì)局部控制組件 妥協(xié) 以及細(xì)節(jié)的決定 我的運(yùn)動(dòng)能力 經(jīng)驗(yàn)了豐富 壓縮力的能力 和意愿的質(zhì)量 也提高耐力水平不同 這是我們所有的希望 我們的目標(biāo)是提高畢業(yè) 是有限的 但它是完整的 這是這 個(gè)設(shè)計(jì) 我積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 能更好的我的精神是知識(shí)武裝起來的 他讓我在未 來行為的研究工作更高的應(yīng)變能力 溝通和理解 在完成本畢業(yè)給了我很大的信心 讓我懂得專業(yè)知識(shí)和職業(yè)發(fā)展前景的信心 但同 時(shí) 它缺乏很多的缺點(diǎn)和不足 留下遺憾 后悔 但不給我只有更好沒有我 未來的我 的最新技術(shù) 新設(shè)備的科學(xué)技術(shù) 力爭盡快掌握這些先進(jìn)的知識(shí) 更好地服務(wù)四個(gè)國家 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 27 參考文獻(xiàn) 1 郭洪紅 工業(yè)機(jī)器人技術(shù) 第二版 西安電子科技大學(xué)出版社 2013 2 孫志禮 冷興聚 魏延剛等 機(jī)械設(shè)計(jì) M 東北大學(xué)出版社 2003 3 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 M 第 5 卷 機(jī)械工業(yè)出版社 1992 4 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 5 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊 M 化學(xué)工業(yè)出版社 2002 6 羅洪量 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 M 第二版 高等教育出版社 1986 7 JJ 杰克 美 機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理 M 第一版 機(jī)械工業(yè)出版社 1985 8 王玉新 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué) M 第一版 天津大學(xué)出版社 1996 9 張建民 工業(yè)機(jī)器人 B M 北京理工大學(xué)出版社 1992 10 馬香峰 機(jī)器人結(jié)構(gòu)學(xué) B M 機(jī)械工業(yè)出版社 1991 11 俄 IO M 索羅門采夫 工業(yè)機(jī)器人圖冊 B M 機(jī)械工業(yè)出版社 1993 12 黃繼昌 徐巧魚 張海貴等 實(shí)用機(jī)械機(jī)構(gòu)圖冊 B M 人民郵電出版社 1996 13 天津大學(xué) 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 編寫組 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) B M 天津科學(xué)技術(shù)出版 社 1981 14 曲忠萍 國外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展態(tài)勢分析 J 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 2001 02 15 徐學(xué)林 互換行與測量技術(shù)基礎(chǔ) M 湖南大學(xué)出版社 2005 輪胎裝配機(jī)械手設(shè)計(jì) 28 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束 在這四年 我遇到了很多朋友熱心幫助教授工作設(shè)計(jì)成功的完 成不是他們的熱情幫助和顧問的指導(dǎo) 教師和學(xué)生在這里都給予指導(dǎo)和幫助我的畢業(yè)這 表示最誠摯的謝意 首先 設(shè)計(jì)指導(dǎo) 感謝你緊張的工作 試圖引導(dǎo)時(shí)間 我們總是關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)?況 要求我們掌握幫助教師管理在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中 從實(shí)際操作數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段 它提供 了指導(dǎo) 我不僅學(xué)到了書本上的知識(shí) 更學(xué)會(huì)操作方法 并了解如何把握設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān) 鍵 如何準(zhǔn)備一個(gè)合理的時(shí)間和紙張 在設(shè)計(jì)過程中畢業(yè)設(shè)計(jì)她與我們一起解決設(shè)計(jì)中 出現(xiàn)的問題 其次 給予幫助教師設(shè)計(jì)的畢業(yè)生 與我的同學(xué)以誠摯的感謝 在設(shè)計(jì)的過程中 他們給了我很多的幫助和無私的關(guān)懷 更重要的是提供多方面的技術(shù) 我們感謝他們 他沒有這些數(shù)據(jù)不完整的文件 此外 也給所有的學(xué)生我的幫助表示感謝 總之 本設(shè)計(jì)的結(jié)果是教師和學(xué)生 在一個(gè)月內(nèi) 我們合作的非常愉快 教會(huì)我很 多偉大的真理 是一種資產(chǎn) 我的生活 我在新教師和學(xué)生對(duì)我的幫助表示感謝