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1、本科毕业设计(论文) 题 目:机械手夹持器的设计 _ 英文题目:The design of mec hanical hand gripper 学 院:_专 业:_姓 名:_学 号:_指导教师:_2015年11月14日 毕业设计(论文)独创性声明该毕业设计(论文)是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名: 日期: 年 月 日 毕业设计(论文)使用授权声明本人完全了解XX学院有关保留、使用毕业设计(论文)的规定,即:学校
2、有权保留送交毕业设计(论文)的复印件,允许被查阅和借阅;学校可以公布全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计(论文)。保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 I 摘要 针对国内组装生产线机械手夹持器的功能和适应性相对于国外的机械手夹持器不足的现状,来设计机械手夹持器来提高效率,解放人力。 国内机械手夹持器的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。近期对机械行业中机械手设备的使用情况进行了调查,发现在机械行业中,机械手是提高大型生产线组装效率和实现自动化程度的最重要的设备之一,通过在组装生产线使用机械手,可以在很
3、大程度上面减少人工的投入和有效地增加组装效率和节省人力的投入。自然而然机械手配备的夹持器的设计加工也非常重要。在组装时如果使用临时的组装设备,不但劳动强度太大而且工作效率极低,所以设计一个专用的机械手夹持器势在必行。 通过大学所学的知识,提出了机械手夹持器的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验,构建了机械手夹持器总的指导思想,从而得出了该机械手夹持器的优点是工作灵活,运行平稳。关键词:组装生产线;机械手夹持器;结构;平稳全套图纸,加153893706II XX学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计(论文)AbstractPneumatic manipulato
4、r is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something,aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, el
5、ectronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carry
6、ing and unloading.in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design,
7、 can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key words:sturcermonickouey;the machine cylinder;pneumatic loop;degrees目 录摘要IAbstractII1 绪论1 1.1本课题研究的内容1 1.2 国内外发展状况2 1.3机械手的组成和分类52 机械手夹持器结构的设计11 2.1 机械手夹持器的总体方案图12 2.2 机械手夹持器的工作原理13 2.3 装配机械手的功能特点14 2.4 机械部分的设计计
8、算16 2.4.1电机在选型设计17 2.4.2压缩弹簧的选型计算192.4.3螺栓的选型计算223 机械手夹持器中关键零部件的强度计算与校核24 3.1 弹簧的强度计算与校核25 3.2 套筒的强度计算与校核27结论28致谢29参考文献30V 1 绪论 工业机械手技术和产品强度的可靠性得到了增强,有望应用于教学,免费的产品系统和一些新的领域。 只有我们创建的模式可十分完美地与网络技术结合在一起,才能建立一个满是生机的社会环境,帮助型机械手也才能服务大众的各类活动。如果多个应用程序可以为我们创造的,他们提供快速,安全的服务,满足他们的需求,将是非常愉快的。所以,我们应该抓紧实现建设这样一个好的
9、平台。 此外,因为教育是人才的培养,社会和工业的各个领域也要由它来服务。教育以及教育系统以机械手为目标的不仅得提高应付难处的能力;他们也喜欢传统的技术,在不同的方向、在合作领域,但关键是要把机械手技术对社会和高级人才使用。1)实现的潜力 2010年,国家各部委进行详细的调查和论证后认为:智能机械手这个大产业在接下来的几十年内产值和市场占有率都会是井喷式的。在2013七月,在测量市场大小的根本上行使2010之“机械手产业的市场趋势考查”后续。情况即中国市场正在急剧膨胀,然后韩国,日本和德国都在拼命瓜分市场。2)工业机械手的定义和需求 在日本,工业机械手从开始普及到现在已然30年。工业机械手对全球
10、制造业发展提供了很多的帮助,像战胜了困难的,污浊的,无法掌握的应用情况,供应了优秀的产品品质,补充了贫乏的现场人力。 能理解,在将来数年,由于老龄化加剧,现场人力数目缩小,会发生很多的用人贫乏。因此,产业机械手的希冀变得更多。产业机械手在全新范畴的施行(像食物,药剂以及消费物的研发,建设以及制造范围)亦然有很好的远景。特别是在医学范畴,试剂以及样品分析前处理,可能获得类似于高度精准的技术实验数据。人力也能够防止于在危急境况下作业,如病毒和细菌。另一面来说,怎么去教依旧是产业机械手的很大问题。利用口令进行示范,必须锻炼的非常好,方能娴熟的操纵各式各样产业机械手。在当下的机械手体系里,多臂互相配合
11、链接操纵的境况下,操纵要用去巨额的工夫。早前的机械手体系愈来愈艰巨,是让教授更易学的一个大难点。在将来的时间里边,达成不必讲授成了终极的目的。更由于这样,智能的机械手会成为不可或缺的。我们需求各式各类的研发成效,联合科研院所的协助。 3)机械手在社会中的定义和需要 由于全球都迈进了衰老型社会,想让老弱病残幼在存活和环境容纳中获得援手。估计机械手会给以充分的反馈,好比讯号的供应以及撑持,帮助那些居家讨生活的人,向组建社团给以帮助,缩小休养之包袱,给身体功能施以帮助,以及增加商业设施。这会能使得老人以及残疾人觉得就是貌似孩子们、孙子们和他们呆在一块儿似的。历经实践,这是愈来愈明朗,在以后,服务型机
12、械手的成长会加快环境容纳度,我们会使得延续康健的时期愈来愈长,用自帮自助的存在方法,有目的地工作和参与社会。所以有,它可以变成构建更好环境以及衰老境况乃至世界上生长的能量。 B)机械手服务平台 如果我们必须领会服务机械手体系的运作方法,就得懂得实际情况、顾客还有产品中的悬殊,包括领导大批机械手还给以帮助。不只是增添了很多额外花费,以及能否赚钱的疑惑。诚然我们可以建造出来服务机械手体系,若是服务的回报无法回本更无盈利,就更不能扩大利用了。假如一个多服务系统机械手可以建造出来,可给他人用的崭新的帮助方式已初露锋芒,制造者才敢去想走到了这一步,得到的回报能否顺利地抵消甚至超出用去的本金。所以,现在极
13、大的障碍是创造出一个体系,这体系会渗透进帮助型机械手的发展范畴,也更容易渗透进IT行业。4)机械手在教育中的定义和需求 C)机械手在教育中的需求 在日本,那样的向来肩负着本国对外竞争力的研发科技、生产制造人员却是在急剧锐减,现在,他们加快应对着居民衰老化,真正境况是,依托相应调研报告,眼下的事实却是,日本群众用在高端科技的精力以及会意程度非常明显的愈来愈少了。即使如此,机械手和机械手应用工程课堂展示教学也收获了重视,是一种很好的锻炼制造员工以及淡化对科学害怕的技术措施。机械手活动比赛被承办在各式各样的地区,传统刊物也录用了兴趣者们的作品,还有机械手知识亦然在人民里边传播开来。1.1本课题研究的
14、内容 本次设计的题目是机械手夹持器的设计,该机械手夹持器采用压缩弹簧的张力实现该机械手夹持器的张开,驱动机械手夹爪开合的动力来做标准型气缸,本次设计的机械手夹持器研究的主要内容为:(1)功能分析与方案设计;(2)结构设计与三维造型;(3)控制系统设计。技术指标与基本要求:(1)要求理论分析正确;(2)要求完成所有设计功能;(3)根据该机械手夹持器的具体设计对设计说明书里面的相关传动进行设计计算以及对驱动装置进行选型设计等等。1.2 国内外发展状况 我们在1986之木牛流马基础钻研四脚机器人制造的来历,来自于王健的以前的资料,他数十年的废寝忘食建造了一个单体七环节机构,开纯机械行走机。王健更设计
15、出单腿八杆机构,创建王木车马。在这之后,台湾教授颜洪森以木制车马为基础,开发了一系列的步行机,如四连杆式,六连杆式等等步行机,查建中和其他人一起以单腿八杆机构为对象,共同钻研考虑怎样改良按压力引发的角度以及零部件的分理。总之,传统的对象加上科学的分析和先进的理论,使得机器人在国内的研究范围和深度得到了极大的丰富和发展。只了解到外国科学家在十九世纪末建造出了一部类似于骡马,整体部分是用齿轮以及连接杆件机构组装,人可以骑在上面用脚蹬踏板推动运行的机器人,但是却没有做出实物来加以佐证.20世纪初又有人运用齿轮以及连接杆件体系制造出类似的机器人,然而相关资料中并没有找到对这个作品的介绍,所以那个时候有
16、关机器人的研究还仅能思索腿的组成以及运动起来的行程路径。20世纪中期Shigley已然放进步态研究的思维制造出来在每一条腿上都用成组的连接杆件体系拼装而且安装两个摇杆体系结构以操纵机器人的步伐轨迹,已然加入步态设计的思路。同期,又有两位发明家麦吉以及弗兰科创作了首部彻底用计算机操纵的行走机器人。接下来几年有关此机器的设计被充分的融入了运行操纵理论。1979年席罗思在行进机器人里加入了操纵水平行走的仪器,同样在腿上加入了保持和校对偏向的装置。20世纪末布朗、罗布特以及莎普恩斯研究了加入了液压部件和直流电机的相应机器人。这都意味着人类对四杆动力体系的认识已从简单的考虑迈入了整体操纵、计算机和高新科
17、技的相互融汇贯通的康庄大道。1.3机械手的组成和分类 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图1-1所示。 图1-1 机械手组成方框图2 机械手夹持器结构的设计2.1 机械手夹持器的总体方案图 本次设计的题目是机械手夹持器的设计,该机械手夹持器采用压缩弹簧的张力实现该机械手夹持器的张开,气缸提供驱动机械手夹爪开合的动力。该机械手夹持器具体的总体方案图如下图所示: 2.2 机械手夹持器的工作原理 该机械手夹持器采用压缩弹簧的张力实现该机械手夹持器的张开,旋转气缸提供驱动机械手夹爪开合的动力,当需要夹紧工件时,只需要通过直流电机的旋转就能够使该
18、机械手的夹爪夹紧,然后当需要松开工件的时候,需要电机反转就可以使夹爪松开工件,然后移载工件到指定的位置。2.3 装配机械手的功能特点 本文所设计的机械手夹持器所配套的机械手,具有全程悬浮功能,模块化结构和符合人机工程学操作原理的特性能够更好的满足客户需求。现有产品,主机负载能力可从80Kg350Kg(含夹具);提升有效行程可达1400mm,最大工作半径可达R3m;也可通过铺设滑轨来实现覆盖范围的有效扩展,以满足不同的现场工作情况。 装配机械手在机械结构上来说,主关节旋转角度可以实现360度自由旋转,特有的四连杆机构能够有效保证机械手前段始终处于水平状态,以达到工件状态的始终如一;本身的刚性特点
19、能够有效抵抗工件的偏心,以满足更复杂的工序装配移载要求。 装配机械手在安全上也做有足够的保护措施,在给定的气压下只能够提起相应的负载,有效的避免超负荷工作而带来的风险。设备设有断气保护功能,当气源突然断气时,止回阀可以有效的防止因工作气体回流而导致的工件下坠现象的方式。同时还可以根据工况需要选配增压稳压系统,以提高设备的稳定性,保护操作人员在正常使用过程中不会受到伤害。此类机械手广泛运用于食品、医疗、化工、印刷、机械制造、电子、陶瓷及汽车等行业的生产加工车间的物件移载与装配工位,对偏心工件的移载与装配,或工件的探入操作具有很强的适应性。2.4 机械部分的设计计算2.4.1电机的选型计算 已知整
20、个机械手夹持器的总重量50KG,其他重量150KG,我们取总重量为200Kg,移动速度为12r/min。即:具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度(m/min)有速度可知每秒上升50mm,电机转速 3.负载转矩式中:4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数,这里取1.0。 根据以上得出数据,我们选用电机型号为160BL-A,此电机厂家为机电产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下: 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表,我们选用电机型号为160BL-4030H1-LK-B,电机额定功率为0.2KW,额定转矩为7.62N.m,最大转矩为9N.m,额定转速为 3000r/
21、min。电机大致图如下:外形尺寸110x150,电机输出轴径为25mm。2.4.2压缩弹簧的选型计算 本次进行压缩弹簧的计算,先大概选取缠绕比C,弹簧材料:65Mn,系统的扭转刚度:怠速级刚度Kl,行驶级刚度Krz对于两级压缩。已知条件可知,则弹簧刚度的计算为: 压缩器总刚度K,弹簧的刚度K1,弹簧的刚度K1=4282. 1 N/m外层弹簧的刚度Kz=11065.0 N/m;弹簧极限变形:弹簧的极限变形Sz: Sz=0.0821m;弹簧的极限变形S1=0.0977m;弹簧极限受力:弹簧的极限受力F1,弹簧的极限受力:F2弹簧的极限受力:Fl=K1 x 51=42. 7kgf;弹簧的极限受力:F
22、z=Kz x 52=92. 7kgf;弹簧直径:内外弹簧d.弹簧直径的公式_1.6倍;弹簧dl=2. 98mm;其中Kl=1. 34 C1=4. 6 z =76;弹簧中径:弹簧的中径D1和D,弹簧的中径计算公式:D=Cd;弹簧的中径D1=13. 708mm,查表取整Dl=12mm;弹簧的中径D.,=23. 24mm,查表取整D.,=2 5mm ;弹黄有效圈数:n1=40,弹簧实际圈数n1=60;弹簧有效圈数:n2=30, 弹簧实际圈数n2=50; 弹簧节距:t,=4. 63mm;弹簧节距:t,=7. 54mm;自由高度:弹簧自由高度H1和H,,自由高度计算公式: H=(n一0.5 )d+1.2
23、F弹簧自由高度:H1=330. 56mm;弹簧自由高度:H2=243. 95mm;弹簧材料长度:内外弹簧L1和L,.计算公式:;弹簧长度:L1=3103. 6mm;弹簧长度:L2=2366. 58mm;弹簧螺旋角:弹簧螺旋角a层弹簧螺旋角a1和a2弹簧螺旋角a1=6.14弹簧的内外径:内径D1=D2-d,外径:D=D2+d;弹簧内径D1=10;弹簧固有频率:内外弹簧fl和f,计算公式:;内层弹簧:f,=80574.2Hz;弹簧压并高度:弹簧Hb2=15. 43mm;2.4.3螺栓的选型计算 螺栓的强度在机械联接中至关重要,特别是在重要的场合,其强度校核和计算尤其重要。其受力简图如上图所示,图中
24、以合力代替均匀分布的作用力假设应力在剪切面内是均匀分布的,若为剪切面面积,则应力为:与剪切面相切,故为剪应力。2、挤压实用计算在工程上也采用类似剪切的实用计算方法,假定挤压应力是均匀分布的,则 挤压面面积为挤压面的正投影面积。对于平键接触面面积就是挤压面面积;对于螺栓挤压面面积就是直径平面面积,其值为。3、强度条件 剪切和挤压的强度条件如下:剪切强度条件:挤压强度条件: 式中塑性材料:脆性材料:先按剪切强度设计:?d再用挤压强度条件设计,挤压力为,所以? ?d 最后得到螺栓的抗大强度和抗剪强度是合适的。3 机械手夹持器中关键零部件的强度计算与校核3.1 弹簧的强度计算与校核 其中临界载荷可按下
25、式计算: Fcr=CB*kH 式中,CB为不稳定系数,查表可得。 如果FFcr,应重新选择有关参数,改变b值,提高;Fcr的大小,使其大于F m; 一般受变应力作用的弹簧,其应力变化规律有max =常数和min =常数两种。因此,可根据力学疲劳强度理论与相应计算公式,进行应力幅安全系数、最大应力安全系数的计算。对于弹簧钢丝也可按简化公式进行验算:Fcr=0.3x1000xK=300X0.65=1950N,符合设计要求。3.2 套筒的强度计算与校核 根据根据条件,套筒预计寿命163658=48720小时;(1)已知n=458.2r/min套筒承受径向反力:FR1=FR2=500.2N;初先套筒为角接触球套筒7206AC型。根据课本P265(11-12)得套筒内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N;(2)FS1+Fa=FS2;Fa=0故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N;(4)计算当量载荷P1、P2根据课本P263表(11-9)取fP=1.5;根据课本P262(11-6)式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N;P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N;P1=P2故取P=750.3N;角接触球套筒 =3; 13
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