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文檔簡(jiǎn)介
1、題目:澆注機(jī)械手設(shè)計(jì)目錄01、緒 論02、總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成03、澆注機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)04、機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì)與校核05、計(jì)算和選擇液壓元件06、結(jié) 論P(yáng)ART 01緒 論研究目的及意義工業(yè)機(jī)器手,是近數(shù)十年發(fā)展起來(lái)的一類高科技智能化制造裝置。工業(yè)機(jī)器手的發(fā)展是制造業(yè)機(jī)器人的一個(gè)主要分支。它的主要優(yōu)點(diǎn)是人可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)所有預(yù)期的作業(yè)目標(biāo),在結(jié)構(gòu)和功能方面也兼具了人與機(jī)械各自的優(yōu)勢(shì),特別反映了人的智慧性與適應(yīng)性。機(jī)械手操作的準(zhǔn)確率及其在各類自然環(huán)境中進(jìn)行操作的能力,在社會(huì)主義國(guó)民經(jīng)濟(jì)各應(yīng)用領(lǐng)域都擁有著巨大的前途。澆注機(jī)械手是在農(nóng)業(yè)化機(jī)器自動(dòng)制造過(guò)程中蓬勃發(fā)展出來(lái)的一類新型設(shè)備。在現(xiàn)代制造流程
2、中,由于機(jī)器手已經(jīng)被普遍的使用在自動(dòng)化工廠中。因此,機(jī)器人的研究與制造已經(jīng)成為高新技術(shù)鄰域內(nèi)的一項(xiàng)新技術(shù),正在快速發(fā)展起來(lái),使機(jī)器手能夠很好地完成其機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)融合。由于澆注機(jī)械手目前還遠(yuǎn)沒(méi)有人手那么靈巧,但是由于它有著能夠持續(xù)反復(fù)上班與勞力,不知疲倦,不畏風(fēng)險(xiǎn),并且抓舉重物的能力遠(yuǎn)較人手力大的優(yōu)點(diǎn),所以,機(jī)器手已經(jīng)引起了很多部門(mén)的注意,并日益普及進(jìn)行使用。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂,頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是可自動(dòng)識(shí)別的。聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手,采用關(guān)節(jié)
3、式結(jié)構(gòu)和程序控制。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè),它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍,重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手,以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件,在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí),相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手,有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件,如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu),所以便根據(jù)不同的作業(yè)要
4、求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu),即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造,又便于更換工件,擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度,減少?zèng)_擊,正確定位,以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。主要研究?jī)?nèi)容0103通過(guò)搜集相關(guān)機(jī)械手研究的資料,結(jié)合鑄造車間流水線的工作場(chǎng)地、搬運(yùn)流程以及毛坯重量等,確定本次設(shè)計(jì)的初始參數(shù)??紤]到生產(chǎn)成本問(wèn)題,本次機(jī)械手設(shè)計(jì)多以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)零件為主,部分采用非標(biāo)準(zhǔn)件,根據(jù)主體結(jié)構(gòu)方案以及配合尺寸,設(shè)計(jì)非標(biāo)件的尺寸、選材以及相關(guān)計(jì)算校核,配合繪圖軟件CAD完成零件圖、裝配圖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本次研究主要內(nèi)容包含如下幾點(diǎn):手部設(shè)計(jì)與相關(guān)運(yùn)算0402手腕設(shè)計(jì)與相關(guān)運(yùn)算手臂設(shè)計(jì)與相關(guān)運(yùn)算回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)PA
5、RT 02總體技術(shù)方案及系統(tǒng)組成機(jī)械手基本參數(shù)1、澆包的最大容量8公斤2、自由度數(shù)3個(gè) 3、坐標(biāo)型式:球坐標(biāo)4、回轉(zhuǎn)角:110,俯仰角545、澆包的最大傾轉(zhuǎn)角為706、驅(qū)動(dòng)方式:液壓驅(qū)動(dòng)。綜合國(guó)內(nèi)常用機(jī)械手資料已知,其按照坐標(biāo)形式可分成四大類:直角形、圓柱形、球形、關(guān)節(jié)形,且按照其工作范圍適用的場(chǎng)合也不同,則:直角形:其連接處結(jié)構(gòu)形式為直角形狀,多作直線移動(dòng),國(guó)內(nèi)應(yīng)用率較高,維修簡(jiǎn)單,可用場(chǎng)合較多;圓柱形:其連接處結(jié)構(gòu)形式為圓柱形狀,可直接實(shí)現(xiàn)擺動(dòng),與直角形相比,結(jié)構(gòu)形式相對(duì)復(fù)雜,需精心維護(hù),靈活性較高,適用于大批量鍛壓等重復(fù)性搬運(yùn)工種;球形:其連接處結(jié)構(gòu)形式為球形狀,摩擦系數(shù)較大,與球形相比
6、,結(jié)構(gòu)形式類似,對(duì)于搬運(yùn)較重的物體,增大摩擦,降低使用壽命,制造成本較高,適用于小批量、較輕工件搬運(yùn);關(guān)節(jié)形:其連接處結(jié)構(gòu)形式為關(guān)節(jié)形狀,相對(duì)上述三類坐標(biāo)機(jī)械手,其靈活性最高,結(jié)構(gòu)最復(fù)雜,對(duì)零件及結(jié)構(gòu)裝配的要求較高,因此,市場(chǎng)多用于小空間、靈活性要求較高的場(chǎng)合。 結(jié)合流水線的工作空間、搬運(yùn)工件質(zhì)量、設(shè)計(jì)成本等要求,鑒于其所需搬運(yùn)要求簡(jiǎn)單,需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度,所以,最終采用第三種坐標(biāo)形式-球形。機(jī)械手的組成機(jī)械手系統(tǒng)主要由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器三個(gè)部分所構(gòu)成。其構(gòu)成和相互關(guān)系,如圖所示。1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)手部手部安裝于手腕的最前端。手腕的內(nèi)孔中裝有旋動(dòng)軸,能將動(dòng)作傳到手指,用以旋轉(zhuǎn)、伸屈手腕
7、,并開(kāi)閉手指。本課所做的機(jī)械手采用二指形狀,手部示意圖如所示:(2)手臂手臂的主要功能是促使指頭正確的把握工件,并傳遞到所要求的部位上。為使機(jī)械手可以更精確的工作,機(jī)械手臂的三個(gè)自由度都在必須精確的位置。本課題所要作的機(jī)械手,在手臂的上升、下落、前伸、倒退、左拐、右拐三個(gè)方面的位置都通過(guò)行程開(kāi)關(guān)控制,以提高定位的準(zhǔn)確性。軀干是支撐手臂、動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支柱。具體手臂示意圖所示:2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)大致有四類:液壓驅(qū)動(dòng)器、氣壓驅(qū)動(dòng)器、電力驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)器。其中又以液壓驅(qū)動(dòng)器用的最多,約占有百分之九十以上,而電力、機(jī)械驅(qū)動(dòng)器用的則相對(duì)少。液壓驅(qū)動(dòng)器主要是利用汽缸、閥、水泵和油缸等進(jìn)行傳動(dòng)的。
8、它利用汽缸、電動(dòng)機(jī),加上齒輪、齒條進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng);利用擺動(dòng)氣缸、電器與減速機(jī)、油缸與齒條、牙輪或鏈條、鏈輪等,進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)器的好處是電壓高、容積小、輸入出力大、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定,能無(wú)級(jí)變速器,自鎖簡(jiǎn)單,且可在中間區(qū)域停車。但缺點(diǎn)則是必須設(shè)置電源電壓且成本也比較高。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所使用的基本單元為液壓缸、液壓電機(jī)、氣閥等。通常使用四到六個(gè)大液壓,但是個(gè)別的也可以達(dá)到八到十個(gè)大液壓。它的優(yōu)勢(shì)是氣源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,保養(yǎng)簡(jiǎn)便,成本低廉。但不足之處是輸送能力小,且尺寸大。而且因?yàn)榭諝獾膲嚎s系數(shù)較大,靠近中心的位置很難停止,所以必須僅能用點(diǎn)位控制,且空氣潤(rùn)滑性很差,而且液壓控制系統(tǒng)還易生銹。為降低停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的撞擊
9、,液壓控制系統(tǒng)配備機(jī)速調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及緩沖機(jī)構(gòu)。電氣驅(qū)動(dòng)以前使用并不多?,F(xiàn)在一般使用三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)做為引擎,用最大減速器來(lái)推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu);直線運(yùn)動(dòng)時(shí)一般選用馬達(dá)推動(dòng)絲杠。而普通機(jī)械手可選擇使用步進(jìn)電機(jī)、直流或交換的伺服馬達(dá)、變速器等機(jī)械驅(qū)動(dòng)的好處是動(dòng)力源單一,維護(hù),使用方便。而且傳動(dòng)方式和控制器都可使用統(tǒng)一型式的機(jī)械驅(qū)動(dòng),力量輸出也比較高;但不足之處是機(jī)械驅(qū)動(dòng)速度較慢。機(jī)器驅(qū)動(dòng)器通常只使用在穩(wěn)定的工作場(chǎng)所。通常用凸輪連桿完成規(guī)定的動(dòng)態(tài)。它的優(yōu)勢(shì)是動(dòng)作確實(shí)可靠,且轉(zhuǎn)速較高,成本低;但劣勢(shì)則是速度無(wú)法調(diào)節(jié)。本課題中所做的機(jī)械手用電動(dòng)機(jī)牽引絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)完成手腕的向上、下滑方面。包括了手腕的左拐、右轉(zhuǎn)、手腕
10、的夾緊、放松等主要方面。3、控制系統(tǒng)及工作要求機(jī)械手控制的基本條件:包括工作次序、到達(dá)地點(diǎn)、動(dòng)作時(shí)間和加速度等??刂破饕部舍槍?duì)動(dòng)作的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)或使用數(shù)值方式進(jìn)行控制。先要編制程序進(jìn)行儲(chǔ)存,之后再按照指定的程式,通過(guò)操控機(jī)器手完成工作。由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程分析可知,澆注機(jī)械手系統(tǒng)的控制過(guò)程為:系統(tǒng)開(kāi)啟后首先檢測(cè)機(jī)械手是否在初始位置(即小臂在上端、大臂伸出、手爪松開(kāi))小手臂下降手爪夾緊小手臂上升大手臂收縮手腕旋轉(zhuǎn)90度放料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)90度手腕旋轉(zhuǎn)90度大手臂伸出小手臂下降手爪松開(kāi)大手臂收縮機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)90度大手臂伸出手爪夾緊小手臂上升大手臂收縮手腕旋轉(zhuǎn)90度拾取完成。控制系統(tǒng)工作要求具體方案選取
11、在本課題中要做的機(jī)械手通過(guò)電動(dòng)機(jī)和絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)完成手臂的向上、下滑方面。滾珠螺桿傳動(dòng)原理是在絲杠與螺紋滾道中間裝入大小適當(dāng)?shù)臐L珠,使螺紋與絲扣相互之間形成滑動(dòng)磨擦。絲桿傳動(dòng)原理是帶動(dòng)滾珠繞螺絲的扣軌道滑動(dòng)。而滾珠螺線傳動(dòng)和滑動(dòng)螺線傳動(dòng)和其他直線運(yùn)動(dòng)副比較,具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)有著較高的傳送效率一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效能約為百分之八十五百分到百分之九十八,是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠副的三至四倍。(2)運(yùn)動(dòng)平緩滾動(dòng)摩擦力近似為常數(shù),因此起動(dòng)和運(yùn)行的磨擦應(yīng)力差異極小。啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊,低速時(shí)無(wú)爬行。(3)能量預(yù)充預(yù)緊后可減少間隔產(chǎn)生過(guò)盈,增加接觸強(qiáng)度和傳動(dòng)精度。同時(shí)產(chǎn)生的沖擊力矩也不大。(4)工作壽命長(zhǎng)滾珠絲杠螺母
12、副的磨擦表面均為高硬度、高質(zhì)量,因此具備較長(zhǎng)的操作生命周期和高精度性能。壽命大約是滑動(dòng)絲杠副的四到十倍。(5)定位精度和重復(fù)定位精度高由于滾珠絲杠的副摩擦系數(shù)較小、溫升小、無(wú)爬行、無(wú)縫隙,能夠采用預(yù)緊和預(yù)拉長(zhǎng)的方式進(jìn)行補(bǔ)償,所以,能夠?qū)崿F(xiàn)較高的位置精確度和重復(fù)定位精確度。(6)同步性好用幾套同樣的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)著一些同樣的運(yùn)動(dòng)機(jī)件,進(jìn)而來(lái)達(dá)到較好的同步運(yùn)動(dòng)。(7)耐用性高潤(rùn)滑密封設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)易,維護(hù)簡(jiǎn)便。(8)不自鎖一般做垂直運(yùn)動(dòng),還需要在控制系統(tǒng)中增加自鎖的電子制動(dòng)裝置。(9)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性差,價(jià)格高因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)過(guò)程很復(fù)雜,所以制作的高價(jià)格也往往以mm計(jì)量。經(jīng)過(guò)計(jì)算,選擇如下:型號(hào)為:Y803-3
13、輸出功率為:1.1W絲杠型號(hào)為:Tr407手部工作原理由文獻(xiàn)可知6手部:包含杠桿手指,以及單向作用式的握緊油缸等。其工作機(jī)理:當(dāng)物品到達(dá)手指空間時(shí),由拉桿所推動(dòng)的杠桿手指旋轉(zhuǎn),從而完成抓持或松弛運(yùn)動(dòng)。(1)手臂的前伸后縮手臂的前伸后縮部分是由直線油缸帶動(dòng)完成。在直線油缸工作時(shí)會(huì)通過(guò)對(duì)活塞桿行程的改變,實(shí)現(xiàn)手臂的自由伸縮運(yùn)動(dòng)。(2)手臂的上升下降臂的左右移動(dòng)機(jī)構(gòu),是由發(fā)電機(jī)、絲桿驅(qū)動(dòng)副、支柱等組件所構(gòu)成。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可以利用聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)絲桿,因?yàn)榻z桿來(lái)螺栓和螺母周受立柱的徑向旋轉(zhuǎn)影響,所以螺栓和螺母周及手臂架都可以做上下運(yùn)動(dòng)。(3)腰轉(zhuǎn)部分腰轉(zhuǎn)部分是由由轉(zhuǎn)盤(pán)和旋轉(zhuǎn)油缸所構(gòu)成。壓力燃油流入旋轉(zhuǎn)油
14、缸時(shí),旋轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn),并利用活塞桿的伸縮推動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而完成了機(jī)械手的左右旋轉(zhuǎn)。(4)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般是由電機(jī)齒輪和帶輪等所構(gòu)成。在發(fā)電機(jī)運(yùn)作時(shí),利用管輪、帶輪的傳動(dòng)。使得小車的輪子旋轉(zhuǎn),以便完成行駛。PART 03澆注機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)01通過(guò)氣泵進(jìn)氣、出氣帶動(dòng)吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)吸、放,對(duì)工件表面粗糙度有一定要求,不適用于多邊形物件的搬運(yùn);02三個(gè)手指以支柱為中心均勻分布,通過(guò)伸縮立柱上端活動(dòng)套帶動(dòng)連接桿調(diào)節(jié)手爪的縮放,成自定心狀態(tài)。但抓取接觸面較小,適用于多邊形、圓形等點(diǎn)接觸工件的搬運(yùn);04帶工業(yè)形式的手部結(jié)構(gòu),例如噴嘴式等,其性能相對(duì)固定,實(shí)用性不高,相對(duì)于小型代加工廠
15、不太適用,因此,流通性較低。03多設(shè)計(jì)成卡鉗式,與自定心式卡爪工作原理類似,主要應(yīng)用在中小型工件搬運(yùn)。調(diào)查市場(chǎng),常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式為鰲夾式、板夾式等卡鉗式;針對(duì)現(xiàn)有機(jī)械手,結(jié)合工件形狀、性能等要求,分析常見(jiàn)型機(jī)械手手部的區(qū)別,例舉相關(guān)手部結(jié)構(gòu)圖形如圖所示:氣動(dòng)式真空吸盤(pán)式手部自定心卡式手爪鉗式手爪 特殊工種手爪手部夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)齒輪齒條式手部缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒壁厚的設(shè)計(jì)對(duì)于澆注機(jī)械手的手部進(jìn)行了設(shè)計(jì),確定了手部結(jié)構(gòu)的類型以及各手部零件的相關(guān)尺寸參數(shù),進(jìn)而完成了手腕,回轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算及尺寸校核。PART 04機(jī)械手尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核手臂伸縮液壓缸,是由煙臺(tái)液壓元件廠
16、設(shè)計(jì)制造的,參照根據(jù)本企業(yè)設(shè)計(jì)制造的所有產(chǎn)品的構(gòu)造特征,以及規(guī)格技術(shù)參數(shù),根據(jù)本產(chǎn)品的具體特點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)液壓缸為CTA系統(tǒng)液壓缸,標(biāo)準(zhǔn)尺寸產(chǎn)品的初選內(nèi)徑比手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核底座材料及尺寸的選定初步確定底座的上底版和臂座以及連接板各選用HT200,上底板邊長(zhǎng)為640mm,高為438mm的方鑄鐵,下臂座選用邊長(zhǎng)為六百毫米,高為70mm的方鑄鐵,連接板邊長(zhǎng)為400mm,高為25mm的圓鑄鐵,立柱為80mm口徑,高為460mm的圓鑄鐵,通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸緊固于聯(lián)接板與底板之間,并通過(guò)螺釘相連。估算的底座重約為650N。根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析,其搖桿需滿足0180回轉(zhuǎn),圖4-2所示弧度槽為90,則搖桿固定在
17、最右端時(shí),氣缸活塞桿全部回縮,此為搖擺極限點(diǎn);搖桿固定在最左端時(shí),氣缸活塞桿全部伸出,此為搖擺另一極限點(diǎn),兩極限點(diǎn)的夾角即為180。整個(gè)機(jī)構(gòu)操作簡(jiǎn)單,可循環(huán)使用,且以較小的力,驅(qū)動(dòng)整個(gè)主臂實(shí)現(xiàn)擺動(dòng),符合本次設(shè)計(jì)選型要求。搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)體底座支承主臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承結(jié)構(gòu)圖搖桿機(jī)構(gòu)-機(jī)座-主臂,三個(gè)部分連接依次按照該順序安裝??紤]到機(jī)座作為中轉(zhuǎn)點(diǎn),且支承整個(gè)機(jī)械手重量,需添加支承裝置。為提高傳動(dòng)靈活性,安裝便捷性,此處采用組合支承。機(jī)座為載體,由軸連接兩端,配合雙支承軸承對(duì)軸進(jìn)行支承,在機(jī)座內(nèi)連接的結(jié)構(gòu)圖如圖。鑒于主臂支承架孔可根據(jù)軸的大小調(diào)節(jié)開(kāi)口,待軸進(jìn)入連接口,用螺栓、螺母固定,限制軸活動(dòng);而軸的另一端是搖桿機(jī)構(gòu)頂端連接處為通孔,則通過(guò)過(guò)盈配合將軸卡死在連接孔內(nèi),此時(shí),待氣缸驅(qū)動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu),連接軸隨之轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)主臂旋轉(zhuǎn)角度。其具體連接如圖。安裝部件圖本章設(shè)計(jì)了手臂伸縮液壓缸和手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸,并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算校核。確定了導(dǎo)向裝置和平衡裝置及底座,底板的材料尺寸選定,從而完成了大部分機(jī)械手元件的設(shè)
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