圆柱坐标机械手毕业设计说明书word格式

圆柱坐标机械手毕业设计说明书word格式内容摘要：

① 结构紧凑，重量尽量轻。 ② 转动 灵活，密封性要好。 ③ 注意解决好腕部也手部、臂部的连接，以及各个自由度的位置检测、管线的布置以及润滑、维修、调整等问题 ④ 要适应工作环境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。 腕部的结构形式 本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小，但密封性差，回转角度为 180176。 . 如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。 夹紧缸体也指座固连成一体。 当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动，即为手腕的回转运动。 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 15 手腕驱动力矩的计算 驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。 手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算： M 驱 =M 惯 +M 偏 +M 摩 +M 封 （ N178。 m） 式中 M 驱 ——驱动手腕转动的驱动力矩 M 惯 ——惯性力矩 （ N178。 m） M 偏 ——参与转动的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回转缸体的动片）对转动轴线所产生的偏重力矩 （ N178。 m） M 摩 ——手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩 （ N178。 m） M 封 ——腕部回转缸的东片与定片、缸内壁、端盖、等处密封装置的摩擦阻力距（ N178。 m） 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩 M偏 M 偏 =G1 e （ ） 式中 G1——工件重量（ N） 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 16 e——偏心距（即工件重心到碗回转中心线的垂直距离），当工件重心与手腕回转中心线重合时， M 偏为零 当 e=， G1=300N时 M 偏 =6（ Nm） ⑶ 腕部启动时的惯性阻力矩 M 惯 ① 当知道手腕回转角速度  时，可用下式计算 M 惯 M 惯 =（ J+J 工件）t （ Nm） 式中  ——手腕回转角速度 （ 1/s） T——手腕启动过程中所用时间（ s），（假定启动过程中近为加速运动） J——手腕回转部件对回转轴线的转动惯量（ kgm2 ） J 工件 ——工件对手腕回转轴线的转动惯量 （ kgm2 ） 按已知计算得 J=， J 工件 =，  =,t=2 故 M 惯 = （ Nm） ② 当知道启动过程所转过的角度  时，也可以用下面的公式计算 M 惯： M 惯 =（ J+J 工件）22 （ Nm） 式中  ——启动过程所转过的角度（ rad）。  ——手腕回转角速度 （ 1/s）。 考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将 M 取大一些，可取 M =∽ （ M 惯 +M 偏 +M 摩 ） （ ） M = *（ ++） = （ ） 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 17 第四章 臂部的结构 手臂部件是机械手的主要握持部件。 它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。 手臂运动应该包括 3个运动：伸缩、回转和升降。 本章叙述手臂的伸缩运动， 手臂的回转和升降运动设置在机身处，将在下一章叙述。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。 如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。 因此，一般来说臂部应该具备 3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。 手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承 受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。 因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。 臂部设计的基本要求 一、 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻 （ 1） 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。 （ 2） 提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。 （ 4） 注意简化结构。 （ 5） 提高配合精度。 二、 臂部运动速度要高，惯性要小 机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。 对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在 100 0 150 0 mm s,最大回转角速度设计在0180s 内，大部分平均移动速度为 1000mm s ，平均回转角速度在 090s。 在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。 减少惯量具体有 3个途径： （ 1） 减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。 （ 2） 减少臂部运动件的轮廓尺寸。 （ 3） 减少回转半径  ，再安排 机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。 （ 4） 驱动系统中设有缓冲装置。 三、手臂动作应该灵活 为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。 对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。 为此，必须计算使之满足不自锁的条件。 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 18 手臂的典型机构以及结构的选择 手臂的典型运动机构 常见的手臂伸缩机构有以下几种： （ 1） 双导杆手臂伸缩机构。 （ 2） 手臂的典 型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心结构。 （ 3） 双活塞杆液压岗结构。 （ 4） 活塞杆和齿轮齿条机构。 手臂运动机构的选择 通过以上，综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用液压驱动 ,液压缸选取双作用液压缸。 手臂直线运动的驱动力计算 先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。 如此反复，绘出最终的结构。 做水平伸缩直线运动的液压 缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性、密封等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。 液压缸活塞的驱动力的计算。 P P P P P   回摩 密 惯 P摩 摩擦阻力 (N)。 臂部运动时，运动件表面间的摩擦力，如导向装置、活塞和缸壁等处的阻力。 P密 密封装置处的摩擦阻力 (N)。 P回 油缸回油腔低压油造成的阻力 (N)，一般背压阻力较小，可取 P回 =。 P惯 臂部起动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力 (N)。 手臂摩擦力的分析与计算 分析： 摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具合肥工业大学 机械设计与自动化一班 19 体情况进行估算。 下图是机械手的手臂示意图。 图 机械手臂部受力示意 计算如下： 不同的配置和不同的导向截 面形状， P摩是不同的，要根据具体情况进行估算，本案为圆柱面双导向杆导向，导向杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。 0AM  bG L aP总 得 b GLP a 总 0Y baG P P总 得 a LaPG a 总 39。 39。 a b a bP P P P P   摩 摩摩 39。 2 LaPG a  总摩 式中 G总 — — 参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（ N）； 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 20 L—— 手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（ m） a—— 导向支撑的长度（ m）。 39。  —— 当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。 对于圆柱面：  39。 4 1 .2 7 1 .5 72      —— 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜：取   钢对铸铁：取   计算： 导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁 39。     估算： 250GN总， L=,导向支撑 a设计为 将有关数据代入进行计算 39。 2 2 0 . 5 0 . 0 82 5 0 0 . 3 1 0 1 2 . 50 . 0 8LP G Na              总摩 手臂惯性力的计算 本设计要求手臂平动是 V=,在计算 惯性力的时候 ,设置启动时间  ，启动速度  V=V=, GvP gt 总惯 GvP gt 总惯 2 5 0 0 .3 / 1 5 .39 .8 0 .5N m s NN K g S 密封装置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O型密封，当液压缸工作压力小于 10Mpa，活塞杆直径为油缸直径的一半，活塞与活塞杆处都采用 O 形圈密封时，液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为： 封(因手部轴线与臂部伸缩轴线垂直 ，手部油管不会经过臂部，故油管密封不考虑 )。 经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力： 0 .0 3 + 0 .0 5 P= 1 1 1 7 .2 NP P P P  摩 惯 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 21 液压缸工作压力和结构的确定 经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力 P=，根据表 选择液压缸的工作压力 P=1MPa （ 1） 确定液压缸的结构尺寸： 液压缸内径的计算，如图 所示 图 双作用液压缸示意图 当油进入无杆腔， 2114DP P p  当油进入有杆腔 中，  22 21 1 1 249Dd DP P P P      液压缸的有效面积： 1PF p 故有 114 1 .1 3PPD pp   （无杆腔） 192 PD p （有杆腔） 式中 P活塞的驱动力 (N) P1油缸的工作压力 (MPa) d活塞杆直径 (mm),本案初设 d=D/3 合肥工业大学 机械设计与自动化一班 22 D油缸内径 (mm) η 油缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取η = 据上述计算，。