畢業(yè)論文終稿-輪胎裝配機械手設(shè)計[購買贈送配套CAD圖紙 論文答辯優(yōu)秀]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯輪胎裝配機械手設(shè)計[摘要] 機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。本文講述了輪胎裝配機械手即圓柱坐標(biāo)液壓機械手設(shè)計，主要用于完成輪胎的搬運夾持及裝配工作。首先，通過對機械手的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了設(shè)計方案；然后，對主要各主結(jié)構(gòu)部件及液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與驗算；最后，通過AutoCAD 制圖軟件繪制了本機械手裝配圖及主要零部件圖。通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD 制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。[關(guān)鍵字] 輪胎，機械手，圓柱坐標(biāo)，液壓系統(tǒng)需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯目 錄第一章 緒論 .........................................................11.1 研究背景及意義 ...............................................11.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ..............................................1第二章 總體方案設(shè)計 .................................................32.1 設(shè)計要求 ....................................................32.1.1 動作要求 ...............................................32.1.2 參數(shù)要求 ...............................................3需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯2.2 方案擬定 .....................................................32.2.1 方案分析 ...............................................32.2.2 擬定方案 ...............................................5第三章 手臂部分設(shè)計 .................................................63.1 臂部整體設(shè)計 .................................................63.2 手臂伸縮驅(qū)動力計算 ...........................................63.2.1 手臂摩擦力的計算 .......................................63.2.2 手臂密封處的摩擦阻力的計算 .............................73.2.3 手臂慣性力的計算 .......................................73.3 手臂伸縮油缸的設(shè)計 ...........................................83.3.1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 ...................................83.3.2 液壓缸外徑的設(shè)計 .......................................93.3.3 活塞桿的設(shè)計校核 .......................................93.3.4 油缸端蓋的設(shè)計 ........................................10第四章 機身部分設(shè)計 ................................................124.1 機身的整體設(shè)計 .............................................124.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 ..............................................124.2.1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算 ..................................124.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 ..................................134.3 機身升降機構(gòu)的設(shè)計 ..........................................154.3.1 手臂重力矩的計算 ......................................154.3.2 升降油缸驅(qū)動力的計算 ..................................154.3.3 升降缸尺寸參數(shù)的確定 ..................................16第五章 搬運手爪及裝配機構(gòu)設(shè)計 ......................................185.1 搬運手爪的設(shè)計 ..............................................185.2 裝配機構(gòu)的設(shè)計 ..............................................19第六章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 ................................................206.1 方案擬定 ....................................................206.1.1 制定調(diào)速方案 ..........................................206.1.2 制定壓力控制方案 ......................................206.1.3 選擇液壓動力源 ........................................206.1.4 繪制液壓系統(tǒng)圖 ........................................206.3 液壓元件的計算和選擇 ........................................216.3.1 液壓泵 ................................................216.3.2 確定油箱容量 ..........................................22需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯6.3.3 液壓元件的選擇 ........................................226.2 液壓系統(tǒng)性能驗算 ............................................226.2.1 壓力損失驗算 ..........................................226.2.2 發(fā)熱溫升驗算 ..........................................23總 結(jié) ..............................................................25參考文獻(xiàn) ...........................................................26致 謝 ..............................................................27需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯第一章 緒論1.1 研究背景及意義機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。我國的工業(yè)機械手是從80 年代"七五 "科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過"七五"，" 八五"科技攻關(guān)，目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù)，控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)，運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有 130 多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。本文講述了輪胎裝配機械手即液壓機械手設(shè)計，主要作用是完成輪胎的搬運夾持及裝配工作。隨著工業(yè)自動化程度的提高，機械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。機械手能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具。機械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動，從而減輕工人的勞動強度、提高生產(chǎn)效率。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r機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機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(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)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為 Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標(biāo)通用機械手就是在這個基礎(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公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。1962 年美國機械制造公司也實驗成功一種叫 Vewrsatran 機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(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 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯±1 毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從 1970 年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。聯(lián)邦德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自 1969 年從美國引進(jìn)兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，至 1977 年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中的重要一環(huán)。一般概況國內(nèi)機械行業(yè)應(yīng)用的機械手絕大部分為專用機械手，附屬于某一設(shè)備，其工作程序是固定的。通用機械手也有發(fā)展，目前應(yīng)用的都是開關(guān)式點位控制型，伺服型已試制出數(shù)臺在調(diào)試中，連續(xù)軌跡控制型還沒有。 控制方式—有觸點固定程序控制占絕大多數(shù)，專用機械手多采用這種控制。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯第二章 總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求2.1.1 動作要求裝配機器人分為搬運和裝配兩個動作，實現(xiàn)夾住輪胎然后搬運過來，然后定位，定位之后由裝配的機構(gòu)擰螺絲實現(xiàn)裝配動作。（1）可以設(shè)計成一體式，即搬運的機構(gòu)和裝配的機構(gòu)在一個圓柱坐標(biāo)機器人完成，也可以設(shè)計成雙臂式，即搬運和裝配部分在兩個圓柱坐標(biāo)機器人上分別完成動作；（2）裝配機器人擰螺絲過程為 對角依次固定，一般汽車輪胎上有五個固定螺絲，成對角狀態(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）機器人直線移動速度：0~0.5m/s（5）機器人自由度： 52.2 方案擬定2.2.1 方案分析裝配機器人分為搬運和裝配兩個動作，實現(xiàn)夾住輪胎然后搬運過來，然后定位，定位之后由裝配的機構(gòu)擰螺絲實現(xiàn)裝配動作。機械手主要有以下類型：（1）直角坐標(biāo)型直角坐標(biāo)型機器人的結(jié)構(gòu)是最簡單的。如圖 2-1，臂部由三個相互正交的移動副組成，沿 X、Y、Z 三個坐標(biāo)軸的方向作直線移動。它具有操作簡便的優(yōu)點，被用于零部件的移送、簡單的插入、旋擰等作業(yè)。但所占空間較大，工作范圍相對較小。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯圖 2-1 直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型機器人的結(jié)構(gòu)也比較簡單，如圖 2-2，臂部由一個轉(zhuǎn)動副和兩個移動副組成，工作范圍為圓柱形狀的，其特點是位置精度高、運動直觀、控制簡單；結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、廉價，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)型機器人是根據(jù)人的上肢而設(shè)計的，如圖 2-3，它前三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)繞 Z 軸轉(zhuǎn)動，臂的兩個關(guān)節(jié)繞平行于 Y 軸的兩軸線轉(zhuǎn)動，它利用順序的三個圓弧運動來改變手的空間位置。關(guān)節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標(biāo)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活性最好，所占空間小，運動速度較高，操作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過各種障礙物。但其精度受手臂姿勢的影響，實現(xiàn)高精度運動有一定的困難。圖 2-3 圓柱坐標(biāo)型（4）平面關(guān)節(jié)型平面關(guān)節(jié)型裝配機器人目前在裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用的數(shù)量最多，它是一種精密型裝配需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯機器人，具有速度快、精度高、柔性好等特點，如圖 2-4：圖 2-4 平面關(guān)節(jié)型（5）極坐標(biāo)型極坐標(biāo)型機器人利用兩個轉(zhuǎn)動和一個移動來改變手的空間位置，如圖 1-4，產(chǎn)生沿手臂軸 X 的直線移動，繞基座軸 Y 的轉(zhuǎn)動和繞關(guān)節(jié)軸 Z 的擺動。其手臂可作繞 Z 軸的俯仰運動能抓取地面上的物體。這種機器人的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間小，運動靈活，并能擴大機器人的工作空間，但旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)反映在末端執(zhí)行器上的線位移分辨率是一個變量，精度難以保證。圖 2-5 極坐標(biāo)型2.2.2 擬定方案根據(jù)上面幾種機器人結(jié)構(gòu)特點比較，由于圓柱坐標(biāo)型機械臂動作靈活，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)型裝配機器人，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2-6 所示：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯圖2-6 輪胎裝配機械手結(jié)構(gòu)簡圖第三章 手臂部分設(shè)計3.1 臂部整體設(shè)計手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉(zhuǎn)動。考慮到本次設(shè)計的機械手夾持輪胎，抓取重量較小，因此本設(shè)計選擇油缸桿伸縮機構(gòu)，其手臂的伸縮油缸活塞桿安裝在導(dǎo)向套內(nèi)，減小油缸桿的彎曲應(yīng)力?；钊麠U受拉壓和彎曲載荷共同作用，受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。使用液壓驅(qū)動，液壓缸選取雙作用液壓缸。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖示：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯圖 3-1 臂部結(jié)構(gòu)3.2 手臂伸縮驅(qū)動力計算做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算為： FF??回摩 密 慣3.2.1 手臂摩擦力的計算由于油缸采用導(dǎo)向套導(dǎo)向故： 0AM??bGLaF總得 bF?總 0YbaGF?總得 aL???????總 ''ababF??摩 摩摩 '2LG????????總摩式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）；G總 —L——手臂與運動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)的計算;a——導(dǎo)向支撐的長度（ m）;需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。'?對于圓柱面： ?????57.1~2.~4?????????‘——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取 5.01?鋼對鑄鐵：取 3~8?計算：油缸桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向套支撐選擇鋼 ， 預(yù)估.3051.2????，已知 L=800mm，導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計為 200mmN60?總G將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計算600 =1260N?????????aLF2?總摩 ????????206.33.2.2 手臂密封處的摩擦阻力的計算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： =0.03F。封F3.2.3 手臂慣性力的計算=0.1慣FtvG??總式中 ——參與運動的零件的總重力（包括工件）(N)；總——從靜止加速到工作速度的變化量(m/s) ；v——啟動時間 (s)，一般取 0.01~0.5；t設(shè)啟動時間為 0.2s， 最大為 0.233m/s。 則：v=0.1 =69.9N慣F.2036?由于背壓阻力較小，可取 =0.05回F所以 = + + + =1260+69.9+0.03F+0.05F摩 慣 封 回求得 =1446N所以手臂伸縮驅(qū)動力為 =1446N。3.3 手臂伸縮油缸的設(shè)計表 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 2.0~4.05000~10000 1.5~2.0 30000~50000 4.0~5.0需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯10000~20000 2.5~3.0 50000 以上 5.0~8.0經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 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?液壓缸的有效面積： (mm )1PS?2所以 （無桿腔）????113.4D（有桿腔）214dP?????式中 ——活塞驅(qū)動力(P)；——油缸的工作壓力(MPa)；1p——活塞桿直徑；d——油缸機械效率，工程機械中用耐油橡膠可取 =0.96；? ?由上節(jié)求得驅(qū)動力 F=1446N， =1MPa，機械效率 =0.961p將數(shù)據(jù)代入得：= =43.8mm?????113.4PD60.943?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.3.3.2 液壓缸外徑的設(shè)計外徑按中等壁厚設(shè)計，根據(jù)（JB1068-67）取油缸外徑外徑選擇 76mm.需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯3.3.3 活塞桿的設(shè)計校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長 L 大于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強度計算：(mm)????pd4?設(shè)計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： =4.1mm6104.3??d考慮到手部夾緊油缸需內(nèi)置于該活塞桿，而前述已算得手部夾緊油缸外徑為 36mm，所以活塞直徑按下表取 d=36mm，滿足強度和裝配要求。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 4045 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 knp?式中 ——臨界力(N)；kp——安全系數(shù)， =2~4。nkn按中長桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其臨界力 =F( )kp?ba?式中 F——活塞桿截面面積(mm )；2a，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)計算為 70。?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，每個螺釘在1危險剖面上承受的拉力 為工作載荷 和剩余預(yù)緊力 之和0QSQ?= +0QS?式中 ——工作載荷， = ；ZpDP42??需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯——螺釘中心所在圓的直徑；0DP——驅(qū)動力。Z——螺釘數(shù)目，Z= ；10tD?——剩余預(yù)緊力， =KQ，K=1.5~1.8；SQ? SQ?計算： D=76mm，取 =90mm， P=1MPa，間距與工作壓強有關(guān)，見表 4.3，間距應(yīng)小于0150mm，試選螺釘數(shù)為 6 個：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 1501.5~2.5 小于 1202.5~5.0 小于 1005.0~10.0 小于 80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螺釘直徑按強度條件計算 1d??lJQ??4?式中 ——計算載荷， =1.3 ；J J0——許用抗拉應(yīng)力， = ；??l???lns——螺釘材料的屈服點，材料選擇 45 鋼，則屈服強度為 352MPa；sn——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。1d1計算：=1.3 =1.3×2095=2723.5NJQ0需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯代入數(shù)據(jù)： = = =0.0045m1d??lJ??4?snJ 6103524..7?第四章 機身部分設(shè)計4.1 機身的整體設(shè)計按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)手臂 280°的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè)計在機身處。同時機身承載著升降運動。綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn)和升降。如圖 4-1 所示，回轉(zhuǎn)機構(gòu)置于升降缸之上的機身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向，具體結(jié)構(gòu)見下圖。圖 4-1 機身結(jié)構(gòu)示意圖4.2 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計4.2.1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩 的計算公式為：驅(qū)M= + + (N·m)驅(qū) 慣 回 封慣性力矩 =慣 0Jt??式中 ——臂部回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ kg·m ）；0J 2——回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量，在啟動過程 = (rad/s)；?? ??——啟動過程的時間(s)；t若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 (前面計算得 =800mm)，則??2c0gGJ??式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。 cJ需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯=cJ)3(122Rlm?回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長 600mm，直徑為 1000mm 的圓柱體，質(zhì)量為 100Kg.設(shè)置起動角速度 =70°/s，則起動角速度 =1.22 ，起動時間設(shè)計為 0.5s。???rads= = = 28 kg·mcJ)3(122Rlm?)36.0(12??2=28+ =93.3kg·m2c0?gG?2.892= =93.3 =227.6 慣M0Jt??.50?mN?為了簡便計算，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， =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 計算公式為： 23810dbpM???驅(qū)式中 P——回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力；d——輸出軸與動片連接處的直徑，初步設(shè)計按 D/d=1.5~2.5；b——動片寬度，可按 2b/(D-d)≥2 選取。選定回轉(zhuǎn)缸的動片寬 b=50mm，工作壓力為 5MPa，d=50mm=94.9mm23506.4810???D按標(biāo)準(zhǔn)油缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為 100mm。（2）油缸缸蓋螺釘?shù)挠嬎慊剞D(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=3.93t??801所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目選擇 6 個。危險截面 = =0.00589）（ 2rRS??45..22?2m所以 =4906.3NQFZP=4906.3×1.5=7359.4N (K=1.5)KFQS?需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯所以 7359.4+4906.3=12265.7NF?螺釘材料選擇 Q235，則 （n=1.2~2.5 ）??2401.sn?MPa?螺釘?shù)闹睆? d =10mm?Q3??螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=10mm.選擇 M10 的內(nèi)六角圓頭螺釘。經(jīng)過以上的計算，最終確定的液壓缸的尺寸，內(nèi)徑為 100mm，外徑按中等壁厚設(shè)計，根據(jù)表 4-2（ JB1068-67）取外徑選擇 168mm，輸出軸徑為 50mm。圖 4-2 回轉(zhuǎn)缸的截面圖（3）動片聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎愀鶕?jù)動片所受力矩的平衡條件有：=驅(qū)M摩即 ??24QbpFDdZf??式中 ——每個螺釘預(yù)緊力；D——動片的外徑；f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對鋼取 f=0.15螺釘?shù)膹姸葪l件為 ??21.34QFd???合或 ??1Qd?帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯= = =10416.7NQF)(42dDZfbp?)05.1.(05.64226??螺釘材料選擇 Q235，則 （n=1.2~2.5 ）??4.sn??MPa螺釘?shù)闹睆?d =9.3mm?Q1.3F?螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=10mm.選擇 M10 的內(nèi)六角圓頭螺釘。4.3 機身升降機構(gòu)的設(shè)計4.3.1 手臂重力矩的計算(1) 估算重量： =150N， =150N， =500N工 件G爪 臂G(2) 計算零件的重心位置，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) 計算偏重力矩 MG??總偏=434總偏 mN?4.3.2 升降油缸驅(qū)動力的計算 FF???回慣 摩 密式中 摩擦阻力， ，取 f=0.16。F摩 —12f摩G——零件及工件所受的總重。(1) 的計算慣 GvFgt??總慣設(shè)定速度為 V=0.6m/s；起動或制動的時間差 t=0.1s、 為 800N。? 總將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯489.8N??1.0896F慣(2) 的計算摩F f12摩= 2500NhGF?總?1 ??736.0458所以 =2×2500×0.16=800Nf12F?摩(3) 液壓缸在這里選擇 O 型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 F3.0?密(4) 由于背壓阻力較小，為簡便計算，可將其忽略， =0回F所以 F=489.8+800+0.03F 80?當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時，F(xiàn)=2105N當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時，F(xiàn)=505N4.3.3 升降缸尺寸參數(shù)的確定(1) 液壓缸內(nèi)徑的計算 液壓缸驅(qū)動力按上升時計算，F(xiàn)=2105N，由表(5-1)選擇油缸工作壓力為 1.0MPa，計算如 5.4 節(jié)公式，代入數(shù)據(jù)：= =0.1029?????113.4PD610.9253.?根據(jù)表(4-1)可選取液壓缸內(nèi)徑 D=125mm。(2) 液壓缸外徑的計算 按厚壁計算( 3.2)：?????????????13.402PD??式中 ——缸體材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管時 =100~110MPa???根據(jù)表 4-2（JB1068-67）取外徑選擇 180mm.(3) 活塞桿的計算設(shè)計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??6104.325?????Pd活塞桿直徑應(yīng)大于 8.5mm。(4) 缸蓋螺釘?shù)挠嬎鉊=120mm，取 =180mm，P=1.0MPa，間距與工作壓強有關(guān)，見表 4-3，間距應(yīng)小0D于 120mm，試選螺釘數(shù)為 6 個：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯則 Z= ，代入數(shù)據(jù) =84<120，滿足要求；10tD?1t= =1962.5N；QZpP42?選擇 K=1.5， =1.5 =2943.75N; = + =1962.5+2943.75=4907NS? 0QS?螺釘直徑按強度條件計算： 1d??lJ???式中 ——計算載荷， =1.3 ；JQJ0——許用抗拉應(yīng)力， = ；??l?lns——螺釘材料的屈服點，材料選擇 45 鋼，則屈服強度為 352MPa；sn——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。1d1計算：=1.3 =1.3×4907=6379.1NJQ0代入數(shù)據(jù)： = = =0.0068m1d??lJ??4?snJQ6103524..79?第五章 搬運手爪及裝配機構(gòu)設(shè)計5.1 搬運手爪的設(shè)計裝配機器人分為搬運和裝配兩個動作，實現(xiàn)夾住輪胎然后搬運過來，然后定位，這些動作均需要搬運手爪實現(xiàn)。另外參數(shù)要求搬運的輪胎直徑：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所需手爪的結(jié)構(gòu)。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯圖 5-1 搬運手爪結(jié)構(gòu)分析通過上述分析得到搬運手爪的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示：圖 5-2 搬運手爪結(jié)構(gòu)尺寸5.2 裝配機構(gòu)的設(shè)計設(shè)計要求輪帶放到位后由裝配機構(gòu)擰螺絲實現(xiàn)裝配動作，裝配機器人擰螺絲過程為對角依次固定，一般汽車輪胎上有五個固定螺絲，成對角狀態(tài)擰螺絲才能保證輪胎的緊固。在機械手設(shè)計中通常擰螺絲的裝配機構(gòu)有現(xiàn)成的電動扳手，只需選型后搭配到機械手上即可，由于本處要求成對角狀態(tài)擰螺絲故選用如下帶成對角套筒的電動扳手。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯同時為了保證機械手在搬運爪把輪胎搬運到車輪軸上是精確定位在電動扳手上設(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。而為了保證電動扳手套筒能精確套入待擰緊的螺帽，在電動扳手上設(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，電動扳手旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)，兩個套筒在傳感器 2 作用下找到下一對對角螺栓進(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 裝配機構(gòu)結(jié)構(gòu)第六章 液壓系統(tǒng)設(shè)計6.1 方案擬定需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯6.1.1 制定調(diào)速方案節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但需要有輔助泵，此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。綜合考慮本次采用節(jié)流調(diào)速。6.1.2 制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。6.1.3 選擇液壓動力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。6.1.4 繪制液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯圖 6-1 液壓系統(tǒng)原理圖6.2 液壓元件的計算和選擇6.2.1 液壓泵工作壓力：P =P =5 MPa，估算 =0.5MPaMAX3P?所以 P 5 +0.5=5.5MPa泵 ?流量：=29.44L/min，取 K=1.1QAX所以 Q K20.24=32.4L/min泵規(guī)格：根據(jù)《液壓設(shè)計手冊單行本》P152，表 20-5-6，選擇齒輪泵 CB40，n=1460r/min，Q=40L/min， P =6MPa額 額電機選用：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯取泵的總效率 =0.85，則 N= =4.7kw??60P額額 ?選電機：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 液壓元件一覽表序號 元件名稱 規(guī)格 數(shù)量1 線隙式過濾器 2.5MPa，100L/min 12 電動機 5.5kw，1460r/min 13 齒輪泵 5MPa，1450r/min 14 溢流閥 2.5MPa， 12?15 電磁換向閥 6.3MPa， 12 16 單向閥 6.3MPa， 12 17 壓力表 (0~8)MPa 18，14 節(jié)流閥 6.3MPa， 12 29，15，20，2125，26，30 節(jié)流閥 6.3MPa， 8 710，16 電磁換向閥 6.3MPa， 12?211，17 電磁換向閥 6.3MPa， 12 212，18 單向順序閥 2.5MPa， 12 222，27 電磁換向閥 6.3MPa， 8 223，28 電磁換向閥 6.3MPa， 8 231 電磁換向閥 6.3MPa， 8 133 壓力繼電器 (1~6.3)MPa 134 減壓閥 6.3MPa， 8?135 壓力表開關(guān) 6.3MPa， 4 1注：表中元件的序號與液壓系統(tǒng)原理圖中的序號相對應(yīng)。6.3 液壓系統(tǒng)性能驗算6.3.1 壓力損失驗算（1）沿程壓力損失沿程壓力損失，主要是注射缸快速注射時進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長 5m，管內(nèi)徑 0.032m，快速時通過流量 2.7L/s；選用 20 號機械系統(tǒng)損耗油，正常運轉(zhuǎn)后油的運動粘度 ν＝27mm2/s，油的密度 ρ＝918kg/m3。油在管路中的實際流速為需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯smdqv/36.02.1742?????09836???Re油在管路中呈紊流流動狀態(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）局部壓力損失單向順序伺 17 的額定流量為 50L/min，額定壓力損失為 0.4MPa。電液換向閥 2 的額定流量為 190L/min，額定壓力損失 0.3 MPa。單向順序閥 18 的額定流量為 150L/min，額定壓力損失 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...?從大泵出油口到注射缸進(jìn)油口要經(jīng)過單向閥 13，電液換向閥 2 和單向順序閥 18。單向閥 13 的額定流量為 250L/min，額定壓力損失為 0.2 MPa。通過各閥的局部壓力損失之和為： Pap65.023.4.0253.17.02,3 ????????????????由以上計算結(jié)果可求得快速注射時，小泵到注射缸之間總的壓力損失為∑p1＝(0.03 ＋0.88)MPa＝0.91MPa大泵到注射缸之間總的壓力損失為∑p 2＝(0.03 ＋0.65)MPa＝0.68MPa由計算結(jié)果看，大小泵的實際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵是適合的。綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為 6.3MPa，也就是溢流閥 7 的調(diào)定壓力。6.3.2 發(fā)熱溫升驗算（1）計算發(fā)熱功率需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，發(fā)熱功率計算如下：Phr＝P r－P c對本系統(tǒng)來說，Pr 是整個工作循環(huán)中雙泵的平均輸入功率。 ??ziPitrtqpT1?系統(tǒng)總輸出功率，求系統(tǒng)的輸出有效功率： ?????????nimjjWjitc tsFP11?由前面給定參數(shù)及計算結(jié)果可知：合模缸的外載荷為 90kN，行程 0.35m；注射缸的外載荷為 192kN，行程 0.2m；預(yù)塑螺桿有效功率 5kW，工作時間 15s；開模時外載荷近同合模，行程也相同。注射機輸出有效功率主要是以上這些。 kPc 3)1502.109.35014.(5 35???????總的發(fā)熱功率為：Phr＝(5.3－3)kW＝2.3kW（2）計算散熱功率前面初步求得油箱的有效容積為 1m3，按 V＝0.8abh 求得油箱各邊之積：a·b·h＝1/0.8m3＝1.25m3取 a 為 1.25m，b、h 分別為 1m。求得油箱散熱面積為：At＝1.8h(a＋b) ＋1.5ab＝(1.8×l×(1.25＋1) ＋1.5×1.25)m2 ＝5.9m2油箱的散熱功率為：Phc