飲料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)含proe三維及11張CAD圖

飲料搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)含proe三維及11張CAD圖,飲料,搬運(yùn),機(jī)械手,設(shè)計(jì),proe,三維,11,十一,cad 摘 要 搬運(yùn)機(jī)械手可自動(dòng)手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序搬運(yùn)貨物的自動(dòng)操作裝置，本次設(shè)計(jì)的飲料搬運(yùn)機(jī)械手包括回轉(zhuǎn)裝置、伸縮裝置、升降裝置、夾緊裝置。 本次設(shè)計(jì)首先，通過對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了其設(shè)計(jì)方案采用三自由度圓柱坐標(biāo)型；接著，對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇；然后，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了機(jī)械手裝配圖及主要零部件圖，并采用Pro/E軟件建立了三維模型。 通過本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。 關(guān)鍵字：搬運(yùn)，機(jī)械手，氣缸 ，設(shè)計(jì) Abstract The automatic manipulator can imitate some action functions of hand and arm, and is used to carry goods according to fixed procedures. The designed beverage handling manipulator includes rotary device, expansion device, lifting device and clamping device. In this design, firstly, through the analysis of the structure and principle of the manipulator, on the basis of this analysis, the design scheme of the manipulator is proposed to adopt the three degree of freedom cylindrical coordinate mode; secondly, the main technical parameters are calculated and selected; secondly, the main parts are designed and checked; finally, the assembly drawing and main parts drawing of the manipulator are drawn through the AutoCAD drawing software The three-dimensional model is established by using Pro / E software. Through this design, we have consolidated the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc.; we have mastered the design method of common mechanical products and can skillfully use AutoCAD drawing software, which is of great significance for our future work and life. Key words: Handling, Manipulator, Cylinder, Design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2機(jī)械手概述 1 1.2.1機(jī)械手的組成 1 1.2.2機(jī)械手的分類 1 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 第2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)選定 3 2.2方案擬定 3 2.2.1結(jié)構(gòu)方案的選擇 3 2.2.2驅(qū)動(dòng)方案的選擇 4 第3章 機(jī)械手手部設(shè)計(jì) 6 3.1手指卡鉗的設(shè)計(jì)與校核 6 3.1.1設(shè)計(jì)要求 6 3.1.2結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 6 3.1.3強(qiáng)度校核 7 3.2夾持氣缸的設(shè)計(jì) 7 3.2.1氣缸結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7 3.2.2氣缸工作壓力計(jì)算 8 3.2.3氣缸主要參數(shù)的選擇 9 3.2.4氣缸強(qiáng)度的較核 9 3.3連接板的設(shè)計(jì)與校核 10 3.3.1結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 10 3.3.2強(qiáng)度校核 10 3.4連接法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 第4章 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì) 12 4.1臂部整體設(shè)計(jì) 12 4.2手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 12 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 12 4.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 13 4.2.3手臂慣性力的計(jì)算 14 4.3手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 14 4.3.1確定氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸 14 4.3.2氣缸外徑的設(shè)計(jì) 15 4.3.3活塞桿的計(jì)算校核 15 4.3.4 氣缸端蓋的設(shè)計(jì) 16 第5章 機(jī)械手機(jī)身設(shè)計(jì) 18 5.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 18 5.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 5.2.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 18 5.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 19 5.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21 5.3.1手臂片重力矩的計(jì)算 21 5.3.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 21 5.3.3升降氣缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 22 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 22 5.4螺栓的選定與校核 24 5.4.1螺栓類型選擇 24 5.4.2螺栓組的布置 24 5.4.3螺栓的受力分析 25 5.4.4螺栓組傾覆力矩校核 25 第6章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 28 6.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 28 6.2三維設(shè)計(jì) 28 6.2.1升降缸桿 28 6.2.2伸縮缸體 28 6.2.3轉(zhuǎn)動(dòng)缸體 29 6.2.4手抓連接支架 29 6.2.5總成三維裝配 29 總 結(jié) 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 33 （飲料）搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1研究背景及意義 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。機(jī)械手能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)飲料箱或操縱工具。機(jī)械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動(dòng)，從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。 目前，由于勞動(dòng)力成本和技術(shù)問題，國內(nèi)飲料的搬運(yùn)仍然采用人工搬運(yùn)，不僅效率低、精度低，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在操作者發(fā)生安全事故的隱患。有些飲料生產(chǎn)廠商為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率，在飲料裝卸貨位置加入搬運(yùn)機(jī)械手等。因此，設(shè)計(jì)機(jī)械手以代替人工進(jìn)行搬運(yùn)的操作就變得十分重要。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)這一工程應(yīng)用需要，設(shè)計(jì)一用于飲料裝卸貨的搬運(yùn)機(jī)械手。 1.2機(jī)械手概述 1.2.1機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持飲料箱（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 1.2.2機(jī)械手的分類 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為氣壓式、液壓式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床搬運(yùn)和飲料箱送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機(jī)械手，國外稱為機(jī)械手 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的飲料箱抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用氣壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司，專門生產(chǎn)搬運(yùn)機(jī)械手。 1962年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)械手。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用氣壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型搬運(yùn)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的搬運(yùn)等作業(yè)。 聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。 一般概況國內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手，附屬于某一設(shè)備，其工作程序是固定的。通用機(jī)械手也有發(fā)展，目前應(yīng)用的都是開關(guān)式點(diǎn)位控制型，伺服型已試制出數(shù)臺(tái)在調(diào)試中，連續(xù)軌跡控制型還沒有。控制方式有觸點(diǎn)固定程序控制占絕大多數(shù)，專用機(jī)械手多采用這種控制。 第2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 設(shè)計(jì)的機(jī)械手能在貨車和倉庫搬運(yùn)裝卸飲料箱。及其動(dòng)作為：由手部握緊飲料箱，往上抬起離開，手臂縮回，水平回轉(zhuǎn)90度，手部放下飲料箱。 2.1.2參數(shù)選定 本次設(shè)計(jì)選定參數(shù)如下： （1）伸縮行程：1000mm，伸縮速度，250mm/s； （2）升降行程：330mm，升降速度，60mm/s； （3）回轉(zhuǎn)范圍：210°，回轉(zhuǎn)速度，70°/s； （4）參考抓取重量：10kg。 2.2方案擬定 2.2.1結(jié)構(gòu)方案的選擇 搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下： （1）直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互升降的直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1. a。由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（μm級(jí)）。 （2）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.b。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。 （3）球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.c。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。 （4）關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.d。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。 圖2-1四種機(jī)械手坐標(biāo)形式 根據(jù)要求，需對(duì)飲料箱從倉庫與貨車之間進(jìn)行搬運(yùn)，其工作范圍不需要很寬，但應(yīng)盡可能占用空間小，因此選用本次設(shè)計(jì)選用三自由度圓柱坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)形式。 綜上述，本次設(shè)計(jì)的飲料搬運(yùn)機(jī)械手，采用三自由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手。 2.2.2驅(qū)動(dòng)方案的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。根據(jù)需要也可這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下： （1）液壓驅(qū)動(dòng) 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，它具有動(dòng)力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)器人。但是，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn)換液氣壓能），速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低，液壓系統(tǒng)的液體泄露會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪音也較高。 （2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)器人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。 （3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 由于低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器（交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器）的廣泛采用，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量采用。這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的工作環(huán)境中，成本上也較其他兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高。但因?yàn)檫@類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的使用。 工業(yè)機(jī)械手使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這類機(jī)械手的特點(diǎn)是控制精度高，驅(qū)動(dòng)力較大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。但是由于這類機(jī)械手價(jià)格昂貴，限制了在一些場合的廣泛應(yīng)用。 氣動(dòng)機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，表2.1給出了各種控制方式的比較。 表2.1 各種控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動(dòng)作速度 大 稍大 大 小 響應(yīng)速度 慢 快 快 中 清潔度 清潔 可能污染 清潔 較清潔 維護(hù) 簡單 比液動(dòng)復(fù)雜 需要專門技術(shù) 簡單 價(jià)格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險(xiǎn)性 幾乎沒問題 注意火 一般無問題 無特殊問題 基于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的以上這些優(yōu)點(diǎn)，而設(shè)計(jì)的機(jī)械手對(duì)精度要求不高，且左右環(huán)境為倉庫，因此，本次設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 第3章 機(jī)械手手部設(shè)計(jì) 3.1手指卡鉗的設(shè)計(jì)與校核 3.1.1設(shè)計(jì)要求 機(jī)械手的手指是用來抓持飲料箱的部件，將直接影響到工業(yè)機(jī)械手的工作性能，它是工業(yè)機(jī)械手的關(guān)鍵部件之一。設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題： （1）結(jié)構(gòu)盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （2）手指應(yīng)有一定的開閉范圍。它的大小不僅與飲料箱的尺寸有關(guān)，而且應(yīng)注意手部接近飲料箱的運(yùn)動(dòng)路線及其方位的影響。 （3）手指應(yīng)有足夠的夾緊力，除考慮夾持飲料箱的重力外，還應(yīng)考慮飲料箱在傳送過程中的動(dòng)載荷 3.1.2結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) （1）參數(shù)選擇 選擇待抓取飲料箱參數(shù)選定如下： 尺寸為：300mm×300mm×50mm； 重量為：10KG （2）尺寸選擇 根據(jù)飲料箱尺寸選擇手指活動(dòng)范圍為：250~350mm 選定手指卡鉗寬度為：60mm；厚度為：20mm 根據(jù)后面章節(jié)對(duì)其他零件的設(shè)計(jì)匹配后手指卡鉗的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸如下： 圖3-1 手指卡鉗 3.1.3強(qiáng)度校核 手指卡鉗因在夾持飲料箱時(shí)只受到彎矩，因此在強(qiáng)度校核時(shí)只需校核彎曲強(qiáng)度即可。 由于抓取飲料箱時(shí)抓取緊力應(yīng)滿足： 故卡鉗受到的推力應(yīng)滿足： 式中：f—手爪與飲料箱的靜摩擦系數(shù)，飲料箱材料為40號(hào)鋼，手爪為鋁型材，查表得f=0.13 所以，取 最危險(xiǎn)的截面即為最窄且離末端最遠(yuǎn)的截面處，其彎矩為： 抗彎截面系數(shù) 截面上的彎曲應(yīng)力 卡鉗的材料為Al。由表15-1查得 則有：，故滿足強(qiáng)度要求。 3.2夾持氣缸的設(shè)計(jì) 3.2.1氣缸結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 為了確保手指夾持時(shí)卡鉗不會(huì)轉(zhuǎn)且夾持穩(wěn)定，本次采用左右卡鉗均為雙活塞式夾持氣缸，氣結(jié)構(gòu)方案如下圖示。 圖3-2 夾持氣缸結(jié)構(gòu)方案 3.2.2氣缸工作壓力計(jì)算 手爪要能抓起飲料箱必須滿足： 式中，-----為所需夾持力； -----安全系數(shù)，通常取1.2~2； -----為動(dòng)載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按估算，為機(jī)械手在搬運(yùn)飲料箱過程的加速度，，為重力加速度； -----方位系數(shù)，查表選??； -----被抓持飲料箱的重量 10； 帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： ； 理論驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算： 式中， ----為氣缸所需理論驅(qū)動(dòng)力； ----為夾緊力至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的升降距離； -----為扇形齒輪分度圓半徑； -----為手指夾緊力； ---傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，此處選為0.92； 其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得 計(jì)算驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為： 式中，-----為計(jì)算驅(qū)動(dòng)力； ---安全系數(shù)，此處選1.2； ---工作條件系數(shù)，此處選1.1； 其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得： 而氣缸的工作驅(qū)動(dòng)力是由缸內(nèi)氣壓提供的，故有 式中，---為氣缸工作氣壓； ----為柱塞截面積； 經(jīng)計(jì)算，所需的氣壓約為： 3.2.3氣缸主要參數(shù)的選擇 氣缸的工作壓力和缸的工作速度，放在氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通過外部的氣壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各氣缸的基本參數(shù)如下： 表3-2夾持氣缸主要參數(shù) 缸內(nèi)徑 壁厚 直徑 行程 工作壓力 32 12 16 50 0.8 注：氣缸工作壓力由系統(tǒng)壓力閥調(diào)定。 在夾持氣缸的設(shè)計(jì)上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，使其具有盡量大的剛度。為了達(dá)到這個(gè)目的，設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)導(dǎo)向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。作為氣壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動(dòng)力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能否有足夠的剛度來抗傾覆。 3.2.4氣缸強(qiáng)度的較核 （1）缸筒壁厚的較核 當(dāng) D/時(shí)，氣缸壁厚的較核公式如下： 式中，----為缸筒內(nèi)徑； ----為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力時(shí)，取為； ----為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，經(jīng)查相關(guān)資料取為350，為安全系數(shù)，此處??； 代入數(shù)據(jù)計(jì)算，上式成立。因此氣缸壁厚強(qiáng)度滿足要求。 （2）活塞桿直徑的較核 活塞桿直徑的較核公式為 式中， -----為活塞桿上作用力； -----為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處； 代入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算較核得上式成立，因此活塞桿的強(qiáng)度能滿足工作要求。 3.3連接板的設(shè)計(jì)與校核 3.3.1結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 根據(jù)卡鉗及氣缸尺寸設(shè)計(jì)匹配后連接板的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸如下： 圖3-3 連接板 3.3.2強(qiáng)度校核 手指卡鉗因在夾持飲料箱時(shí)只受到彎矩，連接板與之相同，因此在強(qiáng)度校核時(shí)只需校核彎曲強(qiáng)度即可。 連接板受到的推力與卡鉗相等，故： 最危險(xiǎn)的截面即為最窄且離末端最遠(yuǎn)的截面處，其彎矩為： 抗彎截面系數(shù) 截面上的彎曲應(yīng)力： 卡鉗的材料為Al。由表15-1查得 則有：，故滿足強(qiáng)度要求。 3.4連接法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用CAD設(shè)計(jì)配匹得到連接法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸如下，由于整個(gè)機(jī)械手重量并不大因此不需進(jìn)行強(qiáng)度校核： 圖3-4 連接法蘭 第4章 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì) 4.1臂部整體設(shè)計(jì) 手臂部件是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： （1）機(jī)械手臂式機(jī)身的承載 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。 （2）臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在1000～1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在180°/s內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動(dòng)速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為90°/s內(nèi)。 （3）手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。 （4）位置精度要高 一般說來，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度較高；除此之外，要求機(jī)械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 考慮到本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手最大夾持重量10Kg，抓取重量較小，因此本設(shè)計(jì)選擇氣缸桿伸縮機(jī)構(gòu)，其手臂的伸縮氣缸活塞桿安裝在導(dǎo)向套內(nèi)，減小氣缸桿的彎曲應(yīng)力。使用氣壓驅(qū)動(dòng)，氣缸選取雙作用氣缸。 4.2手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的氣缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定來確定氣缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。氣缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 得 得 式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含飲料箱）（N）； L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m），參考上一節(jié)的計(jì)算; a——導(dǎo)向支撐的長度（m）; ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對(duì)于圓柱面： ——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取 鋼對(duì)鑄鐵：取 計(jì)算：氣缸桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向套支撐選擇鋼， 預(yù)估，已知L=800mm，導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為200mm 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 600=1260N 4.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封圈，當(dāng)氣缸工作壓力小于10Mpa。氣缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： =0.03F。 4.2.3手臂慣性力的計(jì)算 =0.1 式中 ——參與運(yùn)動(dòng)的零件的總重力（包括飲料箱）(N)； ——從靜止加速到工作速度的變化量(m/s)； ——啟動(dòng)時(shí)間(s)，一般取0.01~0.5； 設(shè)啟動(dòng)時(shí)間為0.2s，最大為0.233m/s。 則： =0.1=69.9N 由于背壓阻力較小，可取=0.05 所以 =+++=1260+69.9+0.03F+0.05F 求得 =1446N 所以手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力為=1446N。 4.3手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 表4-1 氣缸的工作壓力 作用在活塞上外力F（N） 氣缸工作壓力Mpa 作用在活塞上外力F（N） 氣缸工作壓力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，確定了氣缸的驅(qū)動(dòng)力F=4378N，根據(jù)表5-1選擇氣缸的工作壓力P=1MPa； 4.3.1確定氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸 氣缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖5-2所示 圖4-2 雙作用氣缸示意圖 當(dāng)氣進(jìn)入無桿腔： 當(dāng)氣進(jìn)入有桿腔： 氣缸的有效面積： (mm) 所以 （無桿腔） （有桿腔） 式中——活塞驅(qū)動(dòng)力(P)； ——?dú)飧椎墓ぷ鲏毫?MPa)； ——活塞桿直徑； ——?dú)飧讬C(jī)械效率，工程機(jī)械中用耐氣橡膠可取=0.96； 由上節(jié)求得驅(qū)動(dòng)力F=1446N，=1MPa，機(jī)械效率=0.96 將數(shù)據(jù)代入得： ==38.8mm 根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標(biāo)準(zhǔn)氣缸內(nèi)徑系列，選擇D=40mm. 4.3.2氣缸外徑的設(shè)計(jì) 外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)（JB1068-67）取氣缸外徑外徑選擇76mm. 4.3.3活塞桿的計(jì)算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或氣缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： (mm) 設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的=100~120Mpa。本次取=110 則： =4.1mm 考慮到手部夾緊氣缸需內(nèi)置于該活塞桿，而前述已算得手部夾緊氣缸外徑為25mm，所以活塞直徑按下表取d=25mm，滿足強(qiáng)度和裝配要求。 表5-2 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 式中 ——臨界力(N)； ——安全系數(shù)，=2~4。 按中長桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其臨界力=F() 式中 F——活塞桿截面面積(mm)； a，b——常數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)，碳鋼a=461，b=2.47； ——柔度系數(shù)，經(jīng)計(jì)算為70。 代入數(shù)據(jù)，臨界力 =F()=3.14=90463.4MPa 取=3 =30154.47 MPa 所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。 4.3.4 氣缸端蓋的設(shè)計(jì) (1) 缸體材料選擇無縫鋼管，此時(shí)端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點(diǎn)是加工和裝拆方便，缺點(diǎn)是缸體開環(huán)槽削弱了強(qiáng)度 (2) 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 為保證連接的緊密性，螺釘間距t應(yīng)適當(dāng)（如圖4-2），在這種聯(lián)結(jié)中，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 =+ 式中 ——工作載荷，=； ——螺釘中心所在圓的直徑； P——驅(qū)動(dòng)力。 Z——螺釘數(shù)目，Z=； ——剩余預(yù)緊力，=KQ，K=1.5~1.8； 計(jì)算： D=76mm，取=90mm，P=1MPa，間距與工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表4.3，間距應(yīng)小于150mm，試選螺釘數(shù)為6個(gè)： 表4-3 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 則 Z=，代入數(shù)據(jù)=46<150，滿足要求； ==838N； 選擇K=1.5，=1.5=1255N; =+=837+1257=2095N 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算 式中 ——計(jì)算載荷，=1.3； ——許用抗拉應(yīng)力，=； ——螺釘材料的屈服點(diǎn)，材料選擇45鋼，則屈服強(qiáng)度為352MPa； n——安全系數(shù)，n=1.2-2.5，此處取n=2； ——螺紋內(nèi)徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。 計(jì)算： =1.3=1.3×2095=2723.5N 代入數(shù)據(jù)： ===0.0045m 第5章 機(jī)械手機(jī)身設(shè)計(jì) 5.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂210°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮分析。 機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種： （1）回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。 （2）回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。 （3）活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是氣壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)氣孔，一個(gè)進(jìn)氣孔，一個(gè)排氣孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。 5.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.2.1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： =++ (N·m) 慣性力矩 = 式中 ——臂部回轉(zhuǎn)部件(包括飲料箱)對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）； ——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量，在啟動(dòng)過程=(rad/s)； ——啟動(dòng)過程的時(shí)間(s)； 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為(前面計(jì)算得=800mm)，則 式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 = 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長600mm，直徑為1000mm的圓柱體，質(zhì)量為100Kg.設(shè)置起動(dòng)角速度=70°/s，則起動(dòng)角速度=1.22，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.5s。 === 28 kg·m =28+=93.3kg·m ==93.3=227.6 為了簡便計(jì)算，密封處的摩擦阻力矩，由于回氣背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)，=0 所以 =227.6+0+0.03 =234.6 5.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 （1）回轉(zhuǎn)缸氣腔內(nèi)徑D計(jì)算公式為： 式中 P——回轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力； d——輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，初步設(shè)計(jì)按D/d=1.5~2.5； b——?jiǎng)悠瑢挾?，可?b/(D-d)≥2選取。 選定回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片寬b=50mm，工作壓力為5MPa，d=50mm =94.9mm 按標(biāo)準(zhǔn)氣缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為100mm。 （2）氣缸缸蓋螺釘?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 Z==×3.14=3.93 所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目選擇6個(gè)。 危險(xiǎn)截面 ==0.00589 所以 =4906.3N =4906.3×1.5=7359.4N (K=1.5) 所以 7359.4+4906.3=12265.7N 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘?shù)闹睆? d=10mm 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內(nèi)六角圓頭螺釘。 經(jīng)過以上的計(jì)算，最終確定的氣缸的尺寸，內(nèi)徑為100mm，外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)表4-2（JB1068-67）取外徑選擇168mm，輸出軸徑為50mm。 （3）動(dòng)片聯(lián)接螺釘?shù)挠?jì)算 動(dòng)片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔檬鞘箘?dòng)片和輸出軸之間的配合面緊密接觸不留間隙。根據(jù)動(dòng)片所受力矩的平衡條件有 = 即 式中 ——每個(gè)螺釘預(yù)緊力； D——?jiǎng)悠耐鈴剑? f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取f=0.15 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 或 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ===10416.7N 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘?shù)闹睆絛=9.3mm 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內(nèi)六角圓頭螺釘。 5.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.3.1手臂片重力矩的計(jì)算 圖 5-3 手臂各部件重心位置圖 (1) 估算重量：=150N，=150N，=500N (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。 由于 = 所以 =0.5425m (3) 計(jì)算偏重力矩 =434 5.3.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 手臂在的作用下有向下的趨勢，而里立柱導(dǎo)套卻阻止這種趨勢。所謂不自鎖條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑，即 ＞= 所以 若取摩擦系數(shù) f=0.16，則導(dǎo)套長度h＞0.32 即 h＞0.32×0.5425=0.1736m 5.3.3升降氣缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 式中 摩擦阻力，，取f=0.16。 G——零件及飲料箱所受的總重。 (1) 的計(jì)算 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。 將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： 489.8N (2) 的計(jì)算 =2500N 所以 =2×2500×0.16=800N (3) 氣缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 (4) 由于背壓阻力較小，為簡便計(jì)算，可將其忽略，=0 所以 F=489.8+800+0.03F 當(dāng)氣缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=2105N 當(dāng)氣缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=505N 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 (1) 氣缸內(nèi)徑的計(jì)算 氣缸驅(qū)動(dòng)力按上升時(shí)計(jì)算，F(xiàn)=2105N，由表(5-1)選擇氣缸工作壓力為1.0MPa，計(jì)算如5.4節(jié)公式，代入數(shù)據(jù)： ==0.1029 根據(jù)表(4-1)可選取氣缸內(nèi)徑D=125mm。 (2) 氣缸外徑的計(jì)算 按厚壁計(jì)算(3.2)： 式中 ——缸體材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管時(shí)=100~110MPa 根據(jù)表4-2（JB1068-67）取外徑選擇180mm. (3) 活塞桿的計(jì)算 設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的=100~120Mpa。本次取=110 則： =4.94mm 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； ==1962.5N； 選擇K=1.5，=1.5=2943.75N;=+=1962.5+2943.75=4907N 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算： 式中 ——計(jì)算載荷，=1.3； ——許用抗拉應(yīng)力，=； ——螺釘材料的屈服點(diǎn)，材料選擇45鋼，則屈服強(qiáng)度為352MPa； n——安全系數(shù)，n=1.2-2.5，此處取n=2； ——螺紋內(nèi)徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。 計(jì)算： =1.3=1.3×4907=6379.1N 代入數(shù)據(jù)： ===0.0068m 5.4螺栓的選定與校核 5.4.1螺栓類型選擇 由于用于連接兩個(gè)較薄的零件。在被連接件上開有通孔，插人螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母。采用普通螺栓的釘桿與孔之間有間隙，通孔的加工要求較低，結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。 5.4.2螺栓組的布置 布置螺栓組包括確定螺栓組中的螺栓數(shù)目并給出每個(gè)螺栓的位置。 1）接合面處的零件形狀應(yīng)盡量簡單，最好是方形、圓形或矩形、同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)采用 4、6、8、12 等，以便于加工時(shí)分度。示例如下： 圖3-5 螺栓布置圖 2）受力矩的螺栓組，螺栓應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)稱軸，以減小螺栓受力。 3）受橫向力的螺栓組，沿受力方向布置的螺栓不宜超過 6—8 個(gè)，以免各螺栓受力嚴(yán)重不均勻。 4）同一螺栓組所用的緊固件的形狀、尺寸、材料等應(yīng)一致，以便于加工和裝配。螺栓間的距離可參考表3-1如下： 表3-1螺栓間距參考值 5）為裝配螺紋連接時(shí)，工具應(yīng)有足夠的操作空間，應(yīng)保證一定的扳手空間尺寸。 5.4.3螺栓的受力分析 進(jìn)行螺栓組連接受力分析的目的是，根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。 螺栓組連接主要受橫向載荷和傾覆力矩的復(fù)合作用，現(xiàn)在為了校核的方便，先校核受橫向載荷的連接。應(yīng)該保證連接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。 根據(jù)前面的計(jì)算，螺栓組所受橫向載荷=98N，假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力為，螺栓數(shù)目為2，M16螺栓性能等級(jí)為8.8 ，取安全系數(shù)s=1.5。 則其平衡的條件為≥ 由此得預(yù)緊力≥== 424N 此時(shí)螺栓的所受的應(yīng)力===1.36Mpa＜ 5.4.4螺栓組傾覆力矩校核 傾覆力矩M作用在通過×—×軸并垂直于連接接合面的對(duì)稱平面內(nèi)。底板承受傾覆力矩前，由于螺栓已擰緊，螺栓受預(yù)緊力F。有均勻的伸長；地基在各螺栓的F 。作用下，有均勻的壓縮，如下圖所示。當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩作用后，它繞軸線O一口傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度，假定仍保持為平面。此時(shí)，在軸線 O一。左側(cè)，地基被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸；在右側(cè)，螺栓被放松，地基被進(jìn)一步壓縮。底板的受力情況如圖3-6所示： 圖3-6 傾覆力矩 上述過程，可用單個(gè)螺栓一地基的受力變形圖來表示，見圖3-7。 圖3-7 單個(gè)螺栓-地基的受力變形圖 為簡便起見，地基與底板的互相作用力以作用在各螺栓中心的集中力代表。如圖所示，斜線氏A表示螺栓的受力變形線，斜線o滬表示地基的受力變形線。在傾覆力矩M作用以前，螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于A點(diǎn)。底板上受到的合力為零。當(dāng)?shù)装迳鲜艿酵饧拥膬A覆力矩M后情況），在傾轉(zhuǎn)軸線o—o左側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至盡與馬點(diǎn)，兩者作用到底板上的合力的大小等于螺栓的工作載荷F ，方向向下。在o—o右側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至移至與點(diǎn)，兩者作用到底板上的合力等于載荷，其大小等于工作載荷F，但方向向上（注意右側(cè)螺栓的工作載荷為零）。作用在o—o兩側(cè)底板上的兩個(gè)總合力，對(duì)o—o形成個(gè)力矩，這個(gè)力矩應(yīng)與外加的傾覆力矩M平衡， 即 M= 又因 = 于是螺栓所受的最大工作載荷為：==18.5N 其產(chǎn)生附加的應(yīng)力===0.3Mpa，螺栓遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足我們的要求。 第6章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 6.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。功能如下： （1）特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）； （2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)； （4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。 （5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性。 6.2三維設(shè)計(jì) 6.2.1升降缸桿 升降缸桿如下圖示： 圖6-1升降缸體 6.2.2伸縮缸體 伸縮缸體如下圖示： 圖6-2伸縮缸體 6.2.3轉(zhuǎn)動(dòng)缸體 轉(zhuǎn)動(dòng)缸體如下圖示： 圖6-3轉(zhuǎn)動(dòng)缸體 6.2.4手抓連接支架 手抓連接支架如下圖示： 圖6-4手抓連接支架 6.2.5總成三維裝配 圖6-5 手抓裝配 圖6-6總成裝配 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，通過這次對(duì)三自由度圓柱坐標(biāo)型搬運(yùn)機(jī)械手理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識(shí)水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。 這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝起來，也必然讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。 參考文獻(xiàn) [1] 郭洪紅 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大學(xué)生活即將結(jié)束，在這短短的四年里，讓我結(jié)識(shí)了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝。 首先，向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會(huì)書本中的知識(shí)，更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如何合理安排時(shí)間和論文的編寫，同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，她和我們?cè)谝黄鸸餐鉀Q了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個(gè)完整的論文。 另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝。 總之，本次的設(shè)計(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里，我們合作的非常愉快，教會(huì)了大我許多道理，是我人生的一筆財(cái)富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝！