機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、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，吸盤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)。活塞桿的中部裝有一個(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

2、軸作下降運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)裝有真空吸盤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 4 2.2 機(jī)械手的特點(diǎn) 5 2.3 工業(yè)機(jī)械手

3、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 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 真空吸盤和真空泵的選用 13 4.1 真空吸盤 13 4.1.1 吸盤的材料 13 4.1.2 真空吸盤的作用 13 4.1.3 吸盤的型號(hào)表示方法 13 4.1.4 理論吸吊力 13 4.1.5 吸

4、盤的外形尺寸 15 4.1.6 真空吸盤的選用 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 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)

5、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)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國(guó)家的支持下,通過"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)

6、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)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，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

7、（占11.7%）。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%～53%，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：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)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。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)

8、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)可以通過編程實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的多是定位控制的

9、機(jī)械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國(guó)正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”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，它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，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

10、變化的物體； (2）能判斷對(duì)象的重量； (3)能自動(dòng)避開障礙物； (4)抓空或抓力不足時(shí)能檢測(cè)出來。 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。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部分，機(jī)械手的應(yīng)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時(shí)不足的問題尖銳，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

11、題當(dāng)然也很重要，采用機(jī)械手來節(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)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓

12、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，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(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)

13、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”，“視覺”等感覺的“智能機(jī)器人”正處于研制開發(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 現(xiàn)在對(duì)工業(yè)機(jī)械手的分類尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。按規(guī)格（所搬運(yùn)工件的重量）分類： 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

14、—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： 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：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動(dòng)控制來給定程序。 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)械手由人工通過實(shí)驗(yàn)裝置傳動(dòng)一遍，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來，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

15、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 可通過更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來改變工業(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，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機(jī)構(gòu)等。 按用途分： 1． 專用機(jī)械手 附屬于主機(jī)的，具有固定程序而無獨(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

16、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，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

17、操作錯(cuò)誤。 （4） 機(jī)械手特點(diǎn)是通過用工業(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、盤類、環(huán)類零件）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)各類半自動(dòng)車床，有自行夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，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

18、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 總的來說，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，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)展起來的一門新興技術(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，

19、機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(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。

20、 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。吸附類最常見的主要有吸盤式，本設(shè)計(jì)主要考慮吸盤式手部設(shè)計(jì)。 吸盤式手部是由吸盤，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，可以抓取盤類零件。 2.腕部：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來調(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

21、.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說明機(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（又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(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

22、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，通常可以將其設(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 又稱極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)

23、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)型又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類似，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

24、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 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，根據(jù)需要，也可以將這三種基本類型組合成復(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

25、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

26、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，無爆炸和電擊危險(xiǎn)，有過載保護(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)來說不易燃燒，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。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。

27、 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)約為百萬次，而一般電磁閥的壽命大于3000萬次，某些質(zhì)量好的閥超過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。

28、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)問題進(jìn)行分析和

29、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 真空吸盤和真空泵的選用 4.1 真空吸盤 4.1.1 吸盤的材料 吸盤材料：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 真空吸盤的作用 真空吸盤是真空系統(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確保不會(huì)損壞工件。 4.1.3 吸盤的型號(hào)表示方法 圖2 吸盤的型號(hào)表示方法 4.1.

30、4 理論吸吊力 真空吸盤的外徑稱為公稱直徑，其吸持工件被抽空的直徑稱為有效直徑D。真空吸盤的理論吸吊力（水平提升升力）F為： 其中，-真空度， -真空吸盤的有效直徑（吸盤的內(nèi)徑）， -吸盤的有效吸著面積， 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表示，顯然，該壓力值

31、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，只需要設(shè)定真空度，就可以計(jì)算吸盤的理論吸吊力（水平提升升力）。 圖3 吸盤的理論吸吊力 表1 吸盤水平提升升力表 4.1.5 吸盤的外形尺寸 吸盤按照外形來分，可以分為三種：平形吸盤、平形帶肋吸盤、深形吸盤。具體結(jié)構(gòu)及尺寸見下圖： 圖4

32、 平形吸盤具體結(jié)構(gòu) 表2 平形吸盤尺寸參數(shù)表 圖5 平形帶肋吸盤具體結(jié)構(gòu) 表3 平形帶肋吸盤尺寸參數(shù)表 圖6 深形吸盤具體結(jié)構(gòu) 表4 深形吸盤尺寸參數(shù)表 4.1.6 真空吸盤的選用 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，材料選用丁腈橡膠（N），則每個(gè)吸盤所需提供的吸吊力為9.8N。 根據(jù)上述實(shí)際所需吸吊力，查吸盤水平提升升力表，真空度為500mmHg，選取吸盤直徑為16mm。 綜上，吸盤型號(hào)確定為：ZP16UN

33、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、數(shù)百萬升。按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類型，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)研究過程的要求，由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類型的真空泵都

34、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，使用不同類型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要，有時(shí)將各種真空泵按其性能要求組合起來，以機(jī)組型式應(yīng)用。 4.2.2 真空泵的分類 真空泵分類廣泛，按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類型，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

35、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。 4.2.3 真空泵的用途 真空泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)萜?，真空泵須有前?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

36、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

37、為系統(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的最佳工作真空度。一般來講，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.被抽氣體種類與抽氣量 檢查確定工藝要求的抽氣種類與抽氣量。因?yàn)槿绻怀闅怏w種類與泵內(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(

38、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

39、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 0.2

40、5 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)算與說明 主要結(jié)果

41、1. 將機(jī)械懸臂簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，畫出簡(jiǎn)圖。 2. 畫垂直面受力圖，求出垂直面支反力 a.懸臂自重(均載荷) b.吸盤及其附件以及工件 吸盤底座（粗算） 吸盤和吸盤連桿 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（吸盤底座、吸盤連桿、吸盤和工件）疊加而成，可分開計(jì)算。 a.只考慮懸臂自重

42、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

43、 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

44、 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

45、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

46、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。

47、 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

48、 5.2 活塞軸的校核 計(jì)算與說明 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

49、 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

50、 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

51、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

52、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

53、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。

54、 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

55、 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。

56、 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、泵類，如水泵、真空泵等，泄露率約10~1000mL/h。 軟填料密封

57、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、金屬盤根、PTFE。本次設(shè)計(jì)選擇填料材料為金屬盤根。 根據(jù)密封類型與介質(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

58、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)滑類中的間歇無壓潤(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

59、：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

60、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

61、.2 軸承潤(rùn)滑 軸承潤(rùn)滑采用干油潤(rùn)滑類中的連續(xù)無壓潤(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

62、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，基本無法完成其他機(jī)床的類似加工任務(wù)。 2. 因?yàn)槠涫直圻\(yùn)動(dòng)采用的是滑

63、槽連桿式，故運(yùn)動(dòng)精確度不夠高。 3. 吸盤式手部只能吸取盤類及法蘭類沖壓件，無法吸取軸類零件和套筒類零件。 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)

64、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]

65、 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 m

66、anagement 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)過程中，不僅應(yīng)用了以前所學(xué)過的相關(guān)專業(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)人來說都是一個(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?。通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)了