三自由度机械手结构设计【自动机床和自动线上下料和工件送给】【说明书+CAD】
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毕业设计(论文)任务书机械设计制造及其自动化 机制1101 班学生:于兆明 毕业设计(论文)题目:三自由度机械手结构设计毕业设计(论文)内容: 1.设计说明书一份 2.CAD图纸一套(包括总装图、零件图 ) 3.文献综述(不少于3000字)毕业设计(论文)专题部分:三自由度机械手结构起止时间:2015年3月6日 至 2015年6月5日指导教师: 签字 2015 年 3 月 6 日沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院本科生毕业设计成绩考核评价表毕业设计名 称三自由度机械手结构设计专 业机械设计制造及其自动化 班级 1101姓名于兆明评价人权重评价点得分指导教师10图纸完备、整洁,设计说明书的撰写质量95分析、计算、论证的综合能力55能综合运用所学知识和专业知识,独立工作能力强55毕业实习表现、进度表书写情况4评阅人10设计的有重大改进或独特见解,有一定应用价值85设计的难度和工作量,结合本专业情况45计算、图纸、公式、符号、单位是否符合工程设计规范45说明书的条理性、语言、书写、图表水平4答辩小组10设计规格符合要求及答辩规范程度10答辩挂图准备情况10答辩中思维敏捷,知识面宽厚程度10回答问题的正确性,有无错误10是否有创新意识,设计是否有新意教师、评阅人和答辩小组按以上各条的相应评价点给出得分,合计总分数。在总成绩分数中,90-100分为优秀,80-89分为良好,70-79为中等,60-69为及格,不足60分为不及格,列入本表右侧成绩栏中。注意:有严重抄袭现象的学生成绩应定为不及格,有抄袭现象但不严重的学生成绩应降档处理。指导教师、评阅人及答辩小组对此应切实注意,如有不可解决的分歧,可交于院系答辩委员会裁定。合计分数成绩答辩小组: 年 月 日毕业设计(论文)指导教师评阅意见表专业机械设计制造及其自动化班级1101姓名于兆明题目三自由度机械手结构设计指导教师评语于兆明同学在毕业设计中,设计题目为三自由度机械手结构设计,经检查得出以下结论:1完成图纸和设计计算说明书的规定毕业设计的工作量。2设计计算书参数选取及计算正确,应用基础理论知识的能力较强,文中插图较合理。 3结构设计较好, 视图表达较为清晰,能用计算机进行绘图。 4具有良好的专业知识基础,能够结合题目进行分析运算,基础概念清楚。5能够结合题目查阅技术文献,参考文献较多。可以参加答辩。签字: 2015年 5月 25日文献综述 学院: 机械与交通工程 专业:机械设计制造及其自动化 班级: 机制1101班 学号: 311202201 姓名: 于兆明 指导教师: 赵艳春 我国机械手的研究现状和发展趋势机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备,它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。本文参阅了大量的国内外期刊杂志,论述了机械手的组成和分类,同时对国内外机械手的研究现状和发展趋势做了一定的了解。对应用机械手的工业机器人市场四大家族竞争分析。另外,本文还对机械手的常见驱动方式做了一番分析,并预测了机械手的发展趋势。1. 机械手的研究现状1.1. 概述及现状机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动,实现生产的机械化和自动化,代替人在有害环境下的手工操作,改善劳动条件,保证人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期,美国在原子能实验中,首先采用机械手搬运放射性材料,人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后,机械手逐步推广到工业生产部门,用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料,也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用,完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。由度是机械手设计的关键参数。由度自自越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。1.2 机械手技术发展现象概述1.2.1机械手技术的发展 机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性(王希敏,1992)。在现代生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用。(王承义,1995)机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,控制系统是示教形的。1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年,美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手,是后来国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。目前,机械手大部分还属于第一代,主要依靠人工进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节。1.2.2 机械手的组成分类及驱动1) .机械手的组成一般来说,机械手主要有以下几部分组成:1. 手部(或称抓取机构)包括手指、传力机构等,主要起抓取和放置物件的作用。2. 传送机构(或称臂部)包括手腕、手臂等,主要起改变物件方向和位置的作用。3. 驱动部分它是前两部分的动力,因此也称动力源,常用的有液压气压电力和机四种驱动形式。4. 控制部分它是机械手动作的指挥系统,由它来控制动作的顺序(程序)、位置和时间(甚至速度与加速度)等。5. 其它部分如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。(侯沂,刘涛.2004)2) 机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为:1. 手部(或称抓取机构)包括手指、传力机构等,主要起抓取和放置物件的作用。2. 传送机构(或称臂部)包括手腕、手臂等,主要起改变物件方向和位置的作用。3. 驱动部分它是前两部分的动力,因此也称动力源,常用的有液压气压电力和机四种驱动形式。4. 控制部分它是机械手动作的指挥系统,由它来控制动作的顺序(程序)、位置和时间(甚至速度与加速度)等。5. 其它部分如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。(侯沂,刘涛.2004)1.2.3 机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为:1) .按使用范围分类:1专用机械手一般只有固定的程序,而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一工具,例如“毛坯上下料机械手”、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等。这种机械手结构较简单,成本较低,适用于动作比较简单的大批量生产的场合。2 通用机械手指具有可变程序和单独驱动的控制系统,不从属于某种机器,而且能自动完成传送物件或操作某些工其的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同,可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制,故属于程序控制类型,伺服型可以是点位控制,也可以是连续轨迹控制,一般属于数字控制类型(李允文,1994)。2) .按运动坐标型式分类:1. 直角坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动,亦即臂部可以前后伸缩(定为沿X方向的移动)、左右移动(定为沿Y方向的移动)和上下升降(定为沿Z方向的移动)(张军,冯志辉,2004);2. 圆柱坐标式机械手手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动,又可绕Z轴转动(定为绕Z轴转动),亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动;3. 球坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴X方向移动,还可以绕Y轴和Z轴转动,亦即手臂可以前后伸缩(沿X方向移动)、上下摆动(定为绕Y轴摆动)和左右转动(仍定为绕Z轴转动);4. 多关节式机械手这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接(肘部)以及大臂和机体的连接(肩部)均为关节(铰链)式连接,亦即小臂对大臂可绕肘部上下摆动,大臂可绕肩部摆动多角,手臂还可以左右转动。(孙桓等,2006)3) 按驱动方式分类:1. 液压驱动机械手以压力油进行驱动;2. 气压驱动机械手以压缩空气进行驱动;3. 电力驱动机械手直接用电动机进行驱动;4. 机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式。4) 按机械手的臂力大小分类:1. 微型机械手臂力小于1;2. 小型机械手臂力为1-10;3. 中型机械手臂力为10-30;4. 大型机械手臂力大于30。2. 机械手的应用机械人市场分析 日本和欧洲是全球工业机器人市场的两大主角,并且实现了传感器、控制器、精密减速机等核心零部件完全自主化。通过满足具有国际性竞争力的汽车、电子/电机产业等企业使用者之严苛的要求,以及销售实绩与专门技能的累积,日本工业机器人产业已经成为全球的领导者。而在经过了日本国内市场激烈的价格竞争后,也获得了国际性的价格竞争力。目前家用机器人也处于优势地位。欧州工业机器人和医疗机器人领域已居于领先地位。美国积极致力于以军事、航天产业等为背景的开发或创投企业,体现在系统集成领域,医疗机器人和国防军工机器人具有主要优势。在机器人系统集成方面,除了机器人本体企业的集成业务,知名独立系统集成商还包括杜尔、徕斯和柯马等。2013年德国杜尔和意大利柯玛的系统集成业务收入均约为7亿美元,折人民币100亿元。机器人减速机70%以上市场份额由日本纳博特斯克(Nabtesco)和哈默(Harmonicdrive)垄断。2013年纳博的减速器业务收入约为5亿美元。中国产业信息网发布的2014-2019年工业机器人产业全景调研及投资方向研究报告指出:2013年ABB、发那科、库卡、安川电机收入分别为418、60、24、38亿美元;净利润分别为28、15、0.8、0.8亿美元;工业机器人收入均为10-14亿美元左右,但收入占比差别较大,分别为3%、23%、42%、34%;2013年末市值分别为610、300、16、24亿美元。注:工业机器人收入除ABB为2009年数据,其他为2013年末数据四大家族除了发那科综合毛利率接近50%,其余毛利率水平基本在25-30%左右。四家净利润水平相差较大,发那科净利率达25%,ABB为7%,库卡和安川电机仅为2-3%。从历史数据看,过去十年四大家族PE水平保持在20-30倍左右。3. 机械手发展前景及方向1)重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度,它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次,机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要,如果一个机器人定位不够精确,通常会显示一个固定的误差,这个误差是可以预测的,因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围,它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高,它的应用领域也将更广阔,如核工业和军事工业等。2)模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术,而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置,使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能,扩大了机械手的应用范围,是机械手的一个重要的发展方向。3)无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求,不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步,新型材料(如烧结金属石墨材料)的出现,构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件,不仅节省润滑油、不污染环境,而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。4)机电一体化由“可编程序控制器-传感器-液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件,使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”;省配线的复合集成系统,不仅减少配线、配管和元件,而且拆装简单,大大提高了系统的可靠性。而今,电磁阀的线圈功率越来越小,而PLC的输出功率在增大,由PLC直接控制线圈变得越来越可能。随着科学与技术的发展,机械手的应用领域也不断扩大.目前,机械手不仅应用于传统制造业如采矿,冶金,石油,化学,船舶等领域,同时也已开始扩大到核能,航空,航天,医药,生化等高科技领域以及家庭清洁,医疗康复等服务业领域中.如,水下机器人,抛光机器人,打毛刺机器人,擦玻璃机器人,高压线作业机器人,服装裁剪机器人,制衣机器人,管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人,作战机器人,侦察机器人,哨兵机器人,排雷机器人,布雷机器人等军用机器人都是机械手应用的典型。机械手广泛应用于各行各业.而且,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场将繁荣兴旺。5)机械手能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人,也是最早出现的现代机器人,它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手在机械制造行业中应用较多,发展也很快。目前主要用于注塑辅机上自动取出产品、机床、横锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业,它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,作相应的变更。如位置发生稍许偏差时,即能更正并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。1.工业机械手性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)。2.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机械手整机;国外已有模块化装配机械手产品问市。3.工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4.传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机械手还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机械手则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5.虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机械手。6.当代遥控机械手系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机械手的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机械手走出实验室进入实用化阶段。4. 结束语 中国作为制造业大国,要实现制造业自动化必然缺不了机械手的应用,谁将会肩负重任完成这一伟大的使命呢?外国品牌机械手在技术上和做工上达到先进的水平,但我们不能一味依赖外国品牌,我们要始终坚持自主创新,做强做大我们的民主品牌。作为国产自主创新品牌的广东拓斯达机械手目前在国内制造业市场中份额每年逐渐攀升,广东拓斯达机械手荣获广东省名牌产品,并且拥有自主知识产权、核心技术和关键技术,以及战略性新兴产业、先进制造业产品。拓斯达自动化主张“让工业文明回归自然之美”品牌价值,打造中国制造业自动化第一品牌,实现无人化车间,积极推动机器换人时代,而努力奋斗前行,机械手市场前景开阔为工业的制造生产带来变化的不仅仅是机械手使用的现代化生产技术,而且随之而来的现代化管理模式也大大改变了企业的生机和活力和市场竞争力。机械手的应用对于企业调整产业结构,升级转型,是一个良好的契机。沈阳化工大学科亚学院毕业设计(论文)答辩成绩评定沈阳化工大学科亚学院毕业设计(论文)答辩委员会于 2015 年 6 月 5 日 审查了 机械设计制作及自动化 专业 于兆明 的毕业设计(论文)。设计(论文)题目: 三自由度机械手结构设计 设计(论文)专题部分: 三自由度机械手结构 设计(论文)共 28 页,设计图纸 4 张指导教师: 评 阅 人: 毕业设计(论文)答辩委员会意见:成绩: 学院答辩委员会主任委员(签章)年 月 日毕业设计(论文)答辩记录专业班级: 机械设计制造及其自动化 1101 学 号:31122201 姓 名: 于兆明答辩内容记录: 记录人:毕业设计(论文)评阅教师评阅意见表专业机械设计制造及其自动化班级1101姓名于兆明题目三自由度机械手结构设计评阅人评语于兆明同学在毕业设计中,设计题目为三自由度机械手结构设计,经检查得出以下结论:1完成图纸和设计计算说明书的规定毕业设计的工作量。2设计计算书参数选取及计算正确,应用基础理论知识的能力较强,文中插图较合理。 3结构设计较好, 视图表达较为清晰,能用计算机进行绘图。 4具有良好的专业知识基础,能够结合题目进行分析运算,基础概念清楚。5能够结合题目查阅技术文献,参考文献较多。可以参加答辩。签字: 2015年 5月 25日沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文题 目: 三自由度机械手结构设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 1101 班 学生姓名: 于兆明 指导教师: 赵艳春 论文提交日期:2015 年月 1 日论文答辩日期:2015 年月 5 日毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书机械设计制造及其自动化 机制 1101 班 学生:于兆明 毕业设计(论文)题目:三自由度机械手结构设计毕业设计(论文)内容: 1.设计说明书一份 2.CAD 图纸一套(包括总装图、零件图 ) 3.文献综述(不少于 3000 字)毕业设计(论文)专题部分:三自由度机械手结构起止时间:2015 年 3 月 6 日 至 2015 年 6 月 5 日指导教师: 签字 2015 年 3 月 6 日摘要摘要随着现代机械工业的发展,在机械生产中机械人得到了更广泛的应用。其中应用最为广泛的机械人是一个可以改编程序的多功能操作器,设计用来按照开始编制的完整完成多种作业的运动程序运送材料、零件、工具或专用设备。然而在机械人当中的主要部件就是大家所熟悉的机械手。本文主要介绍机械手结构设计,主要对液压系统、支持手臂运动的液压缸、使手臂可以在 180范围内的回转缸进行设计。主要参数为:抓取重量最大为 50N,最大夹持锻坯直径为 120.主要用于夹持直径在80120的锻坯件。本次机械手的设计,分为七部分进行介绍:手腕和加紧油缸结构的设计,是根据手部的旋转角度,进行摆动缸的设计。机械手臂伸缩机构设计,该种机构主要由活塞杆、油缸体、中间架体、左压条、滑枕和右压条等组合而成。定位油缸的选定和设计,主要用来定位机械手的位置。中间架座部件的设计,通过齿轮与机械手臂回转油缸稳固联接,而回转油缸的壳体又稳固在机械手臂伸缩机构的中间体上,从而使机械手臂运动连贯并且定位准确。最后是主要部件的连接设计。关键词关键词: 夹持式机械手; 液压系统; 工作原理; 伸缩; 定位AbstractThis text mainly introduces the machine hand structure design, main to the liquids press system, support the liquids of the arm sports press an urn and make the turn-over urn that the arm revolve in 180scopes carry on a design .Its main parameter is:The biggest work radius is a 120mm, biggest grab at the weight as5. Mainly used for the work piece handling, loading and unloading,can be applied to most of the plant operations, cutting device.The manipulator design, divided into six parts description: wrist structure design is based on grasping part of the rotation angle, swing-cylinder design. arm structure of the design, telescopic arm to the main structure, internal hydraulic cylinder sleeve driven sets of telescopic arm to achieve the operation. arm cylinder design, which is based on the entire arm and the weight of the hand, arm rotational angle of the design to achieve the required operating range. arm structure design, the arm is the support arm component must be carefully considered the arm of materials, so that they will reach the strength. final link is a major component of the design, arm and boom, boom and hydraulic cylinder blocks, as well as the size the arm are connected by hinged.Keywords :to clip machinery hand, Press sulfide hydraulic, work axiom, flexibility, fixed position 目目 录录第一章引 言 .11.1 机械手的分类 .11.2 机械手的组成 .41.3 应用机械手的意义 .6第二章总体技术方案及系统组成 .82.1 原始数据 .82.2 工作要求 .82.3 系统组成 .92.4 总体技术方案 .92.4.1 动作分析 .102.4.2 手部 .10第三章回转装置的总体组成及结构设计 .123.1 回转装置的组成 .123.1.1 执行件 .123.1.2 传递件 .123.1.3 驱动件 .12第四章机械传动方案的设计与计算 .144.1 小车的主要组成部分 .144.2 同步带传动方式优缺点 .144.3 驱动动力源 .154.4 机械传动方案的设计计算 .154.4.1 设计数据确定 .164.4.2 同步带结构的设计计算 .17致谢 .22参考文献 .23沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言1第第 1 章章 引引 言言机械工业是我国国民的基础,为国民经济各个产业提供装备且为人民生活提供实用消费产品的产业。无论是传统经济产业,以及新兴行业,都是和各种工业机械设备是分不开的。工业机械设备的性能,质量和成本,为提供中国国民经济各部门和国家的整体经济效率的所有技术进步有着直接的影响。机械行业的技术水平和规模是衡量整个国家的经济实力和重要标准的科学技术水平。因此,在世界各地发展机械行业在经济实力发展的一个重要战略。工业机器人是近几十年来迅速发展高科技自动化生产设备。而工业机械手是作为工业机器人的重要分支之一。其特性可以被编程来完成各种预期的任务分配,对整体结构性能人和机器的相关优势,尤其反映了人们的智力和适应性。在各种不适环境下的情况下的机械手操作精度和运算能力,在国民经济的各个领域的工作有一个良好的发展态势。机械手是机械自动化生产发展的过程中发展起来的一种创新机制。如今,现代化的自动化生产线作业的该设备广泛应用于工业机器人的过程。和机器人生产这种新技术的发展已经在技术上完善,并快速发展。它被促进的工业机械手的发展过程中,操纵器可以更好地实现机械化和自动化的整体组合。而机械手灵活,方便,但它有重复的工作和工作,不知道疲劳,这是人手所不具备的,抓住重量的能力也大于人的能力。因此,机械手正在很多部门,并应用到越来越多的广泛领域和项目。涉及机械,机电液压技术,计算机技术,传感器技术和科技等领域的自动化控制技术的机械手技术,是一种跨学科的综合技术。机械手作为多功能机器是可以自动化定位、控制并且可重新编程序以的,并且拥有多个自由度,可以在各式各样的工作环境下正确的完成任务。1.1 机械手的分类机械手的分类机械手一般可分为三类:第一种类为通用型机械手,无需人工操作。它不附属于某种主机的装置。可以自行根据不同任务的需求进行程序的编制,以便可以完成各项操作。它特点是不但具备了普通机械的性能,还具备记忆智能与通用机械。第二类为操作机,需要人工操作。这类机械手起源于军事和原子工沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言2业。最先是需要操作机来完成特定的作业动作,后来发展到可以利用无线电讯号操作机来完成包括探测月球在内的一些高级的作业动作。而机械工业中所采用的锻造操作机就是属于这一类机械手。第三类为主机专用机械手,主要依附于自动机床和自动线上,用来解决机床上下料和工件送给动作。这种机械手国外称之为“Mechanical Hand”,是专门为主机服务机械。由主机提供驱动;除极少数外,工作程序一般是固定的。目前,在国外第一类通用机械手应用的较多,国外称之为机器人。本课题所研究机械手则是属于第三种类机械手。1 简史机械手开始于美国开发研制的。美国联合控制公司于 1958 年研发出了第一台机械手。它的结构是:机体上安装了一个可回转长臂,顶部装有电磁块制作的工件抓取机构,控制系统为演示教形的。美国联合控制的公司在于 1962 年,根据上述方案,开发机器人的数控示范教学类型。命名为 Unimate(即万能自动) 。这组运动系统是仿照坦克炮塔,臂可以俯仰,旋转和缩放。由液压驱动。控制系统是使用鼓作为存储设备。现代也有很多的操盘一般球面坐标被包的基础上发展起来的。同年,公司和 Leo pluijmen 公司合并成立了通用自动公司,是专业生产工业机器人。美国机械制造公司在 1962 年也研制出了一种叫 Vewrsatran 的机械手。该机械手的中央立柱可以回转。它的升降采用了液压驱动控制系统。虽然两种机械手都出现在六十年代初期,但两者都是国外工业机械手发展的基础。为 Unimate 公司和斯坦福大学在美国于 1978 年,麻省理工学院联合开发了为 Unimate - Vicarm 工业机器人。操纵器安装到控制小型电脑。要在装配工作中使用。其定位误差小于+ / - 1 毫米。虽然从早期的 20 世纪 70 年代的德国机械制造行业开始应用的机械手。主要目的是进行焊接,起重,运输设备和材料等工作难度动作上下。目前,工业机械手中的大部分属于第一代,控制主要依靠人工来进行,目前的努力改进的方向主要是在于提高精度和降低成本两个方面。现在第二代机械手正在紧锣密鼓地研制中。设有微型电子计算控制系统。具有可视、可触的能力。甚至还可能具备听和想等智能能力。需要研发安装上各种传感器,并且把感受到的信息反馈到信息终端,使机械手成为有感觉的智能机能。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言3而第三代机器人都能独立完成作业任务。它的电子计算机和电视设备能保持稳定的连接,它也是一个机械手发展成柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元FMC 的重要一步。2 应用简况在现代工业生产,机械化和自动化的生产过程中已经成为一个突出重点。而在化工等行业的连续生产自动化过程已经基本解决。但在生产组装加工是不足够的机械和在工业生产过程中的问题。因此,处理卸载过程自动化机械等问题十分迫切。工业机器人是解决夫人和发展的过程自动化的问题。根据现有的研究资料统计:美国的技术偏重在于毛坯的生产环节,而日本则偏重于机械加工环节。随着机械手技术的不断发展进步,该应用的对象会不断进行改变。机械手的作用在于锻造作业中能进一步成为为锻造设备的生产力。进而改善人工操作面临的热、累、险等劳动条件与镜况。在国内机械手工业和铁路产业的研究中首先要在单机、专机上采用机械手上下料,用于减轻工人的劳动强度和危险度。而在国外铁路工业中应用机械手却是用于在铁路车轴、轮等大、中批量零件的加工和生产。并能与机床共同工作组成一个综合性的数控加工机械工作系统。3 国外使用机械组件在操纵器的研究成为了焦点,有相机和微型计算机一起研究,为了准确地确定轴承零件实现镶嵌加载的目标。4发展趋势工业机械手主要表现在无论数量,品种,还是性能机床加工,铸造,热处理等,以及作用还远远没有它是产业发展的需要。在国内机械手的主要发展逐步扩大应用范围。注重功能开发铸造,机械手的热处理。从而减轻劳动强度,提高了作业的条件。在专业机械工业,也发展相当迅速的机械手的同时。将各种机械手的运动工作,如摆动,俯仰,升降,机构如收缩,横向和纵向机构,设计成为一个典型的机械。所以,你可以根据不同的要求和不同类型的需求而研制。这可以灵活地组成的工业机器人的功能。这大大方便了工业过程的设计,如制造和零件更广泛地扩大应用范围。此外正确的方向,减少冲击,提高了速度,以更好地发挥机械手的作用。此外,在现代研究应侧重于机械手的发展,如伺服,记忆体再现。考虑用沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言4腹腔镜,通常连接到一个微型计算机的机械手,具有触觉,视觉等的智能机械手的性能的感觉。在国外机械制造业中的应用及各种机械手。目前主要应用于机床,卧式锻压机上下点焊,喷漆等。这种机械手可以根据预先设定以完成操作任务的程序。此外,国外操纵的发展趋势是注重机械智能性能发展。与感知能力,并正在努力可以反馈外部环境的变化,并作出相应的改变。如当位置偏差,机械手可以检测并更正。 ,在视觉和触觉功能。目前已经取得了一定的成绩。安装机械手与视觉功能是在电视,迷你计算机,如计算机,摄像机和一个距离传感器装置的工作。工作是 TV 摄像机对象可以转化为视频信号,然后传送到计算机中,计算机分析对象,如类型,大小,位置和颜色,以及指示指令来控制所述操纵器的行动。触觉功能安装在机械手的触觉反馈控制装置。机械手首先需要手指在工作中找到了工作,并通过安装在手指的内部压力敏感元件的触摸效果,手指后提前去抢占文物。手柄的大小可以操作的敏感元素的手指往里装,可实现全自动控制的握力大小。传感器技术的不断发展,使机器人的运算能力将得到进一步的发展。但是更重要则是将机械手、单元和柔性制造系统并相结合,进而从能根本改变机械制造系统的人工操作。1.2 机械手的组成机械手的组成机械手主要是由驱动机构、执行机构和控制系统三部分构成。各组成部分的关系如下图 执行机构(如图 1-1 所示)沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言5 图 1-1 执行机构 手部手部安装在手臂的前端。手臂中镶孔装置中有转动轴轴承,并可以把动作传给手腕,用以作转动、伸屈手腕,开闭合手指的动力。本课所指的机械手则仅需进行开闭手指的动作。机械手手就像一个人的手指,分为无关节,关节固定和关节,三种自由。手指的数量也可以被分为手指,三个和四个手指,大多使用手指的。因为手指能够根据夹持物体的大小装配各种形状和尺寸与卡盘的形状,这样就可以完成基本操作需求。本课题的机械手使用的是二指形状。 手臂手臂则有无关节和有关节手臂之分本次课题机械手的手臂采用的是无关节臂手臂是引导手指准确把握构件的主要目的,并传输到所需的位置。为了使操作者能够准确地工作,三自由度的手臂都需要小心和精确定位。本课题所做的机械手是在手臂三个自由度的前伸后退、上升下降、左转右转三个方向定位上都是采用了行程开关,近一步确保了定位的精准度。机械手的运动是平移运动和旋转分不开的。因此,它主要是在液压马达用的伺服致动器,摆动缸电脉冲马达,和直圆柱体,直流伺服电动机和步进电机等。躯干是使手臂、电动源和执行机构能够固定相连接的支架。 驱动机构沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言6驱动机构主要有四种:液压、气压、电动和机械驱动。这 4 种驱动中属液压气压使用最多,能够占据 90%以上,而电动、机械驱动则是使用的少之又少。主要是通过液压油缸,油泵,阀和燃料箱来实现传输。它是利用油缸,马达齿轮,齿条和实现该臂的线性运动;并通过摆动油缸,减速机和电机,油缸,机架,链或齿轮,链轮等。要实现旋转臂运动。液压驱动的高压,产量大,体积小,运动平稳的优点,并且可以无极变速,自动锁定,并且可以在中间位置停止。其缺点是需要配备压力源,该系统是复杂的和成本较高。由气动驱动元件的气动马达,气动气缸,阀等一般采用采用四到六个大气压,个别的崛起可以达到 8-10 个大气压。它的优点是空气便捷,维护简单,成本低。的缺点是,输出小,体积大。但是,由于大的空气的可压缩性是比较难以实现的停止,控制方法的唯一点,润滑性差,这会导致压力系统的中间位置是容易生锈。为了减低停机时产生的冲击力效果,气压系统应装有速度控制或缓冲机构。电力驱动的产量不多。现在是使用三相感应电动机作为主要动力,以极大的减速比减速,以驱动致动器。直线运动由电机丝杆螺母机构驱动;其他用于线性电机。通用机械手正在思考与齿轮箱,直流或交流伺服电机,步进电机等。电力驱动的优势在于简单的电源,使用简单,维护方便。驱动和控制系统被用作电源的形式,输出较大。缺点是控制反应速度慢。机械驱动则只能应在于固定的场地。一般使用凸轮连杆机构实现制定的动作。它的优点在于动作准确可靠,成本低,速度快。缺点是不易调整结构形状。本课题所研究的机械手则是采用电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升与下降方面。5 控制系统机械手控制系统的主要因素,包括工作秩序,位置和加速度等控制系统是根据动作的要求设计的,该数字序列被用于控制。首先,你需要编写程序,并将其存储。然后根据设定的程序,然后以控制的操纵器的正确操作。1.3 应用机械手的意义应用机械手的意义沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言7随着科学技术,越来越多的各种机械手和应用的发展。在机械行业,焊接,铸造,铆钉,耐压,抗冲击,热处理,检验,组装,电镀,喷漆,机械加工等工作的类型是真正的应用程序的原因。其他部门,如轻工业,建筑业,重工业,以及在国防工业等已使用。在机械工业中,使用机械手的意义可为一下几点:1 自动化程度成产过程中的提高应用机械手可以方便的材料制成,换刀,所述工件和机器组件的加载和卸载的传送诸如自动化的程度,不仅提高了劳动生产率,降低了生产成本。2 能够完善劳动条件,避免危险事故在高温、高压、低温、有灰尘、低压、臭味、噪声、有放射性或有其他毒性污染等工作场合中,用人为去操作则是很危险的,也无法完美做到。而应用机械手可部分甚至全部代替人安全完成作业,大大解决劳动危险问题。3 可以减轻人力劳动强度,更有节奏的生产应用机械手代替人来进行工作任务,这是直接减少人力投入的一个重要方面,同时应用机械手可以进行连续的无疲劳工作。这是也减少人力投入的另一个方面。因此,在自动化机床的综合加工的自动线上,目前用的几乎都是机械手,只有极少数的人力。实现了减少人力投入和更准确的控制生产的节拍,使得生产作业的工作进行的更有节奏。根据上面叙述,在生产生活中成功有效的应用机械手,是发展机械工业的必然也是一种重要趋势。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 总体技术方案及系统组成8第二章第二章 总体技术方案及系统组成总体技术方案及系统组成2.1 原始数据原始数据负载重量:10kg重复定位精度:1mm自由度:3(Z 轴的移动,R 轴的平动, 轴的转动)Z:大臂的升降R:大臂的伸缩:腰轴各轴最大运动速度: Z 轴上下:200mm/s 轴回转:30/s R 轴伸缩:200mm/s各轴最大运动范围: Z 轴上下:550mm 轴回转:90 R 轴伸缩:400mm2.2 工作要求工作要求机械手的工艺流程:机械手初始位机械手前伸机械手上升机械手抓紧物件机械手后退机械手前进(小车)小车停止机械手左转 90机械手前伸机械手松开物件机械手后退(小车)机械手下降机械手右转 90小车后退退至初始位. 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 总体技术方案及系统组成9 图 2-1 机构简图2.3 系统组成系统组成本课机械手系统是由机体,传送机构,动力源和控制装置四部分组成。主体由汽车和部件,如本体;输送机构主要由伸缩臂和把握机构;电源是由液压传动和机械传动;控制装置主要由自动控制和手动控制两部分组成。2.4 总体技术方案总体技术方案毕业设计的目的就是要把我们上课所学的分散的知识点综合起来进行灵活运用。由于机电一体化是目前产业发展的趋势,所以,我的毕业设计的主要研究是“机” , “电” , “流动性”这三个在一起。“机”指机器,机械的主要作用可分为五个部分,分别是和的操盘下,机械手放松,前后机械臂的收缩后,车前进后退,转向操纵的左转右。这五个部分在机器上完成上下的操纵器的运动,在本主题的研究操纵器由电机丝杠螺母机构驱动,以实现该臂向上和向下移动。滚珠丝杠驱动是放在适量做搓丝之间的摩擦产生的螺丝和螺母深沟球之间。丝杆驱动沿着轨道线驱动滚带球推进。滚珠丝杠传动与滑动丝杠传动相比,具有以下特点: 传动的效率高 滚珠丝杠副的传动效率能达 85%-98%,为滑动丝杠副的 3-4 倍。 运动平稳 它得到的接近恒定滚动摩擦系数,较小的摩擦转矩差异开始工作。有起动时,低速无爬行没有影响。 能源预紧 所述预装可以消除过量配合间隙配合后,可提高接触刚度和传输的准确性。同时增加摩擦扭矩已经比较适中。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 总体技术方案及系统组成10 工作的寿命长 滚珠丝杠螺母对摩擦表面具有精度高,硬度高,寿命长和精度稳定。寿命约为滑动丝杠副的 4 10 倍以上。 定位和重复定位精度高 由于滚珠丝杠副的摩擦小,无爬行,发热小,裂纹。可以通过扩张的预加载预拉伸补偿,因此,可以实现更高的定位,并重复定位精度。 同步性良好 同时可以使用更多套相同的滚珠丝杠副驱动的同时在相同的多个移动部件。可以得到更好的同步性。 可靠性高 润滑密封装置具有结构简单的优点,维护方便。 不自锁 用于垂直移动机械手,必须添加刹车装置。 经济性差,成本高 由于工件的结构的复杂性,所以价格高的生产成本也高。经过计算,选择如下:电动机型号: Y802-2功率: 1.1W丝杠型号: Tr4072.4.1 动作分析动作分析工业机械手的机械机构是指是机械手进行操作、夹持工件及各种运动的机械部件。机械部件主要包括手部,手臂可以前后伸缩部分,手臂可以上下升降部分,腰部可以回转部分以及行走机构和机座。2.4.2 手部手部手部:包括杠杆手指,单向函数型封闭式油缸等,经过工作原理:利用这个对象指的是绑双手紧握油缸动作,通过拉杆连接旋转手指,保持和释放操作。1 手臂的前后伸缩部分手臂的前后伸缩部分是由直线油缸来带动实现。当直线油缸工作时机械手通过活塞杆行程的变化而变化,从而完成了手臂的伸缩运动。2 手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分则是由电动机、丝杆传动副、立柱等部分组成。3 电机的工作,通过联轴器旋转螺杆,但螺母周由径向转动极限螺栓,螺沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 总体技术方案及系统组成11母和臂帧影响可以是向上和向下。腰转部分主要是由转盘和回转油缸两部分组成。回转油缸进入压力,回转油缸的回转轴开始执行回转动作,并通过活塞杆的伸缩来带动转盘,就实现了机械手的左右转动。4 行走机构行走机构主要是由电动机、齿轮、带轮等部分组成。电动机工作进行时,通过齿轮、带轮的传动,带动小车的轮子转动,来实现行走动作沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 回转装置的总体组成及结构设计12第三章第三章 回转装置的总体组成及结构设计回转装置的总体组成及结构设计3.1 回转装置的组成回转装置的组成回转装置主要是由执行件、传递件及控制系统三大部分组成。3.1.1 执行件执行件本次课设计应用回转台与传递件是链轮共同使用的一个长平键的心轴。驱动件驱动传递件链轮传动,链轮通过共用件通过共享链轮将直接得到主轴旋转运动的部分上的旋转台,使它可以旋转3.1.2 传递件传递件因为本课题中对机械手的要求是为间歇往返的回转运动,所以要考虑采用回转曲线传动。回转传动分为带传动、齿轮传动和链传动这三种类型。齿轮传动而高效,工作可靠,结构紧凑,使用寿命长等特点,广泛的转速和功率等,但细节上的制造和安装精度要求较高,且不能缓冲没有没有过载保护装置,在精度低时,噪音过大。由于这一类的操盘旋转精度不高,因此将不予考虑。链传动有无弹性滑动和打滑的现象。但稳定的工作,具有准确平均速度比,传动效率高,并且在相同的传输功率的结构的情况下更紧凑,链条张力小,在链轮轴的力作用很小,所以它可用于低速和重载荷的条件下。并与齿轮传动,链传动制造和安装精度要求比较。低链瞬时传动比的主要缺点是不恒定的,行驶稳定性较差,具有冲击和噪音的工作,很容易磨损后跳跃齿轮,周期性重负载的传输及啮合冲击发生。因此,不适合大负荷变化和快速反向旋转的场合。皮带传动是一种广泛使用的机械传动。它具有结构简单,生产成本低,传输非常流畅,无润滑,制造和安装精度也不高,噪音小,还是可以缓冲减震,过载保护功能。同步带传动是一种网状型皮带传动装置。具有摩擦传动带和齿轮传动装置的特性。具有同时大发送功率,驱动更精确等,所以是稳定的,可用于高传输精度的工作情况。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 回转装置的总体组成及结构设计133.1.3 控制系统控制系统机械手控制系统的主要要素,包括到达的位置、工作进行的顺序、各式加速度还有运动工作的时间等。控制系统可以根据动作的要求是,要设计一个特定的数字序列被用于控制。这将是第一个写一个程序来存储,然后根据设定的程序,工作来控制机械手。本课就是采用的电机驱动。通过齿轮和效用函数的使用轴马达驱动皮带轮传动,实现了车步行运动。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算14第四章第四章 机械传动方案的设计与计算机械传动方案的设计与计算4.1 小车的主要组成部分小车的主要组成部分 驱动系统驱动系统是运用步进电动机带动同步带与带轮驱动小车沿着轨道进行的径向往返运动。 执行机构交换工作台输出方式采取的是送出的方式,交换工作台的输出沿着相对轨道送出。 控制部分采用 PLC 编程控制器来确保完成小车各种状态运动的控制。其小车示意图如图 4-1 所示 图图 4-1 小车示意图小车示意图4.2 同步带传动方式优缺点同步带传动方式优缺点 优点 、 比较准确的传动,同步带采用的是啮合传动,且工作时无滑动稳定。 、 较高的传动效率,最高效率可达 96%,与 V 带相比下能节能 10%以上。、 平稳传动,能够吸收振动,噪音也很小。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算15 、 可使用的范围非常广泛,传动比最高能达 10,带轮直径比 V 带小很多,从而不无需大的张紧力,系统结构最高速可大到 50m/s ,传递功率300KW 、 拥有准确的传动比,耐磨和耐油性较好,对轴及轴承的压力小,也可以使用较小的带轮直径,采用较短的中心距和而较大的则是速比。 、 可以在各式各样的工作环境下稳定工作,无需润滑,易于保养。 缺点 安装要求高。需要平行二带轮轴线。在与二带轮轴线垂直的平面同步运行。带轮中心距必须严格要求。安装不当容易发生爬齿,干涉,跳齿等现象。 带和带轮的工艺制造复杂且繁琐,批量成产会受到成本的影响。4.3 驱动动力源驱动动力源步进电动机的工作原理是把脉冲信号转变换成角位移和直线位移的执行元件,这也是一种机械式的脉冲转换器。脉冲的每一次输出,步进电动机就会前进一步,所以被称为脉冲电动机。步进电动机三大类主要有:反应式步进电动机、永磁感应式步进电动机还有机床磁式步进电动机。本次设计采用其中的反应式步进电动机,因为它的结构较为简单,且在工业上运用的方向也较为广泛之所以步进电动机能成为现代控制数学系统执行重要元件。是因为步进电动机无论是在本身上还是在性能方面都在不断的改进与完善。其优点如下: 可直接实现数字控制。 控制性能好 元件为无接触式,因为它没有电刷和转换器,可以可靠而又平稳的运行。步进电动机规定承受的范围负载内,步距值并不会受到负载大小影响,电压电源的影响,波形及环境周围温度不断变换的影响,抵抗干扰能力较强,可以保持稳定的转速运行。 误差不长期积累。 反应式步进电机相绕组功率的情况下,有能力的自我锁定和永磁步进电机也可以保持转矩。4.4 机械传动方案的设计计算机械传动方案的设计计算本次设计所选用了一级传动,得知其传动比为 1.5本次设计计算是参照(下册机械工业出版社出版)中沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算16的第十章带传动和链传动第五节同步带与多契带传动中的同步带传动章节。4.4.1 设计数据确定设计数据确定因预定设计的车速为 3km/h,并且还想到实际的车速有50%的误差问题,所以实际得到的最高车速为 4.5km/h折算成米/秒 应为 1.25m/s V 车=1.25m/s根据工作上的实际要求所以取的车轮直径为 130mm 又因为车速为 1.25m/s所以小车速行驶速度也应等于轮子的切向行驶速度因为 V=dn/601000 (4-1)V车轮切向速度 V=1.25m/sd车轮直径 d=130mmn车轮转速所以经计算得 n=601000V/d =6010001.25/3.14130=184rpm因为驱动轴转数就是等于转轮的转速所以 n 转驱 n=184rpm n 转驱=184rpm因为 T=9.55P 驱/n (4-2) 610 T驱动转矩 T=9NM P驱动轴功率 n驱动轴转速 n=184rpm所以经计算得 9=9.55P 驱/184310610 P 驱=0.2KM因为 =n 电/n 驱 (4-3) n 驱驱动轴转速 n 驱=184rpm n 电电机轴转速 传动比所以计算得 n 电=.n 电驱 n 电=1.5184=276rpm 记 n 电=276rpm由于驱动主轴 9 n。米,根据所选模型的实际工作需求 130 bf001 相五相步进角为 0.75 10 12/80V 电流电压空载 9.31 n 的最大转矩。起始频率 3000 步骤/ s,空载运行频率为 16000 步/ s 反应一步进电机因为 T 电=9.55P 电/n 电 (4-4)610 T 电电机轴转矩 T 电=9.31n.m n 电电机轴转速 n 电=276rpm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算17 P 电电机功率所以计算得 P 电=T 电n 电/9.55=9.31276/9.55=0.26km 610310610 P 电=0.26km因为 总=带联滚 (4-5)总总的传动效率带同步带的传动效率 带=0.98联联轴器的传动效率 联=0.99滚滚动轴承的传动效率 滚=0.99所以总=0.980.990.99=0.99 总=0.99因为 P 驱=P 实电总 (4-6)P 驱驱动轴功率 P 驱=0.2Kw总总机械传动功率 总=0.99 P 实电 实际的电动机功率 所以计算得 P 实电=P 驱/总=0.2/0.99=0.21kw P 实电=0.21kw因为 P 实电 P 电 所以符合工作要求4.4.2 同步带结构的设计计算同步带结构的设计计算 求出设计功率因为 Pd=PmK。 (4-7) Pd设计功率 Pm电动机功率 P P=0.26kw K。修正载荷系数 实用机械设计手册 (下)表 10.5-9 修正载荷系数K。取 1.8 因为传动装置不是张紧装置和系统减速,额外的修正系数为零所以Pd=1.80.26=0.5kw 选择带的节距因为 Pd=0.5kw n 电=276rpm=n1小带轮转速 查实用机械设计手册 (下)图 10.5-4 查出了同步带节距代号为 H,而对应的节距 Pd=12.7mm 确定其带轮的直径和各带节线长长度沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算18查实用机械设计手册表 10.5-8 得 H 型带的小带轮的转速 n1=276rpm 因而小于 900rpm 所以得出小带轮最少的齿数 Z1 应为 14Z1 取 22 因为 =Z2/Z1 传动比 =1.5 Z2大带轮齿数 Z1小带轮齿数 Z1=22所以 =Z1=1.522=33查机电一体化机械系统设计表 3-11 得出大带齿轮数大带轮齿数 Z2 应取标准值为 32 Z2=32 小带轮节圆直径因为1=PbZ1/ (4-8) Pb同步带节距 Pb=12.7mm Z1小带轮齿数 Z1=22 所以计算得 d1=12.722/3.14=88.94mm d1=88.94mm同理可得 大带轮节圆直径 d2=129.36mm d2=129.36mm选择带长 LP初定中心距 a 因为 0.7(d2d1)a2(d2d1) d2大带轮节圆直径 d2=129.36mm d1小带轮节圆直径 d1=88.94mm所以 152.81a436.6 a 取 420mm a=420mm因为 Lp=2aCOS(d2d1)/2(d2d1)/180 定角 (4-9)因为=arcsin(d2d1/2a) (4-10)1所以=arcsin(129.3688.94/2420)=3 1所以 a=420mm =3所以 Lp=2420COS3(129.3688.94)/23 (129.36-88.94)/180. =8393432 =1184mm节线长 Lp=1184mm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算19查实用机械设计手册 (下)表 10.5-5 取整数得出结果选用长度代号为 510 Lp=1295.4mm 齿数 Zb=102 的同步带 传动中心距 a 的确定 因为 M=Pb/8(2Zb-Z1-Z2) (4-11) M修正系数 Pb同步带节距 Pb=12.7mm Zb同步带齿数 Zb=102 Z1大带轮齿数 Z1=22 Z2小带轮齿数 Z2=32所以计算得 M=12.7/8(21102-22-32)=238.125 M=238.125mm因为 a=M+ (4-12) /)(8/12122ZZpbM 238.125=476mm 483.204)125.238(2 a=476mm所以节线长 Lp=1295.4mm 传动中心距 a=476mm 选择标准带宽确认小带轮的转速 n1=184rpm 小带轮的齿数 Z1=22查实用机械设计手册(下)表 10.5-17 运用差值方法计算出 H 型带的额定基准功率 P。=2.7Kw确定实际带宽 bs因为 bsbs。 (Pd/k2P。 ) (4-13) bs。标准带宽 即查实用机械设计手册(下)表 10.5-4 bs。=76.2mm Pd设计功率 Pd=0.5kw K2啮合齿数系数 K2 根据实际的工作需求得出 K2=1所以 bs76.2(0.5/12.7)=17.414. 1/1需要查实用机械设计手册表 10.5-4 中 bs 取标准值为 25.4mm 其宽度标准代号为 100 极限宽度偏差为 bs=25.4mm8 . 03 . 0确定带宽系数 Kw因为 Kw=(bs/bs。) 所以 Kw=(25.4/76.2)=0.2914. 114. 1 Kw=0.29沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算20确定额定功率 P因为 P=K2KwP。 (4-14) K2啮合齿数系数 k2=1 Kw带宽系数 kw=0.29 P。基准额定功率 P。=2.7kw所以计算得 P=0.292.7=0.77kw因为 PPd 所以满足设计要求带的圆周速度 V 的确定因为 V= PbZ1n1/601000 (4-15) Pb带的节距 Pb=12.7mmZ1小带轮齿数 Z1=22n1小带轮转速 n1=276r/mm所以计算得 V=12.722276/601000=1.3m/s工作能力验算 因为 P=(K2kwTa-bsmv /bs。)V10 (4-16)23 K2啮合齿数系数 K2=1 Kw带宽系数 Kw=0.29 Ta许用工作拉力 该拉力需查实用机械设计手册表 10.5-9Ta=2100.85Nm单位长度的质量查实用机械设计手册表 10.5-9 得知 m=0.448/m所以 P=1(25.4/76.2)2100.85-25.40.4481.3 /76.21.3/1000=0.7814. 12因为 PPd所以额定功率大于设计功率所以传动带的能力足够支持运转。最小轴径的确定因为 dminA (4-17)3/npA该系数修正需查简用机械设计手册的表 14-13 轴承材料应为 45钢 A 为 118 P传递功率为 0.26kwn驱动轴转速为 184r/mm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机械传动方案的设计与计算21所以 dminA=118=13mm3/np3184/26. 0 d 取 30mm 结果整理 选用 H 型同步带 Pb=12.7mm Lp=1295.4mmBs=25.4mm小带轮 Z=22 d=88.94mm大带轮 Z=32 d=129.36mm传动的中心距 a=476mm传动带长度带号为 510 而宽度带号为 100剩下查实用机械设计手册表 10.5-20 表 10.5-10最小轴径为 30mm沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢22致致 谢谢首先,我要诚挚的感谢沈阳化工大学科亚学院以及机械与交通工程系的各位老师这四年来对我的悉心栽培,是老师们的精心培养,让我成为了一名合格的大学毕业生,学到了很多专业知识,使我熟练掌握专业仅能,并且培养了我的动手实践能力。至此,我要特别感谢我的指导老师赵艳春老师,在老师的精心指导下,不仅让我对这次的毕业设计的课题有了深刻的了解,也从中掌握了机械设计的大致要求,设计的基本步骤。赵艳春老师在设计之初,过程和最后的总结部分给我提出了很多的宝贵建议。是我少走很多的弯路。能直接捕捉到本次设计的精髓所在。这次的毕业设计也完整而又顺利的完成了。这是我四年来我大学生活的一个见证,也是老师们悉心教育我们的一个见证。我会把它当做一个人生的起点,朝着这方向继续努力下去。 最后,对那些帮助过我的老师,同学.朋友们。是你们的帮助使我如虎添翼。顺利完成了毕业设计。诚挚的感谢你们。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献23参考文献参考文献1 杨黎明.机械零件设计手册.第一版.国防工业出版社,1986,122 吴宗泽.机械设计. 第一版.中央广播电视大学出版社,1998,23 卢颂峰.机械设计课程设计手册. 第一版.中央广播电视大学出版社,1998,44 非标准零件手册.第三版.国防工业出版社5 液压与气动传动.机械工业出版社6 机械手及其应用.机械工业出版社7 液压元件样本.机械工业出版社8 杨长能, 张兴毅.可编程序控制器基础及应用. 第一版.重庆大学出版社,1992,19 左建民.液压与气压传动.第二版.北京:机械工业出版社,1999,510 孙燕华.AutoCAD2000 机械制图.北京:机械工业出版社,2002,911 顾京.数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2003,912 陈立德.机械设计基础课程设计指导书.第二版.北京:高等教育出版社,2004,613 金大鹰.机械制图.北京:机械工业出版社,2001,714 柴鹏飞.机械设计基础.北京:机械工业出版社,2004,8
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