畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))-某生產(chǎn)線機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1、目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc22271 第一章 緒論 PAGEREF _Toc22271 1 HYPERLINK l _Toc3854 1.1 課題背景及意義 PAGEREF _Toc3854 1 HYPERLINK l _Toc24603 1.2 機(jī)械手的發(fā)展和趨勢(shì) PAGEREF _Toc24603 1 HYPERLINK l _Toc16889 1.3 某生產(chǎn)線機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求和基本內(nèi)容 PAGEREF _Toc16889 2 HYPERLINK l _Toc22799 第二章 某生產(chǎn)線機(jī)械手模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22799 4 HYP

2、ERLINK l _Toc12336 PAGEREF _Toc12336 4 HYPERLINK l _Toc13949 PAGEREF _Toc13949 5 HYPERLINK l _Toc27082 PAGEREF _Toc27082 6 HYPERLINK l _Toc12310 PAGEREF _Toc12310 6 HYPERLINK l _Toc14455 PAGEREF _Toc14455 8 HYPERLINK l _Toc17915 PAGEREF _Toc17915 9 HYPERLINK l _Toc23058 PAGEREF _Toc23058 12 HYPERLIN

3、K l _Toc4688 PAGEREF _Toc4688 13 HYPERLINK l _Toc11089 PAGEREF _Toc11089 15 HYPERLINK l _Toc16779 第三章 旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc16779 23 HYPERLINK l _Toc9369 PAGEREF _Toc9369 23 HYPERLINK l _Toc29870 PAGEREF _Toc29870 23 HYPERLINK l _Toc1631 第四章 裝釘模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc1631 25 HYPERLINK l _Toc17002 4.1 裝釘模塊的總

4、體布置設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17002 25 HYPERLINK l _Toc5666 PAGEREF _Toc5666 26 HYPERLINK l _Toc12768 PAGEREF _Toc12768 26 HYPERLINK l _Toc20133 PAGEREF _Toc20133 26 HYPERLINK l _Toc19014 PAGEREF _Toc19014 27 HYPERLINK l _Toc15297 第五章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15297 28 HYPERLINK l _Toc27560 5.1 三維建模 PAGEREF _Toc27560

5、 28 HYPERLINK l _Toc21109 5.2 CAXA的運(yùn)用 PAGEREF _Toc21109 33 HYPERLINK l _Toc15278 結(jié)束語 PAGEREF _Toc15278 35 HYPERLINK l _Toc3080 致 謝 PAGEREF _Toc3080 36 HYPERLINK l _Toc7371 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc7371 37第一章 緒論1.1 課題背景及意義 某生產(chǎn)線機(jī)械手是一種具有開放式特征的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。是多種高科技的融合，可以完成電工、電子、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、機(jī)電控制、數(shù)字信號(hào)處理等許多課程的幾百個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。某生產(chǎn)

6、線機(jī)械手的作用主要以展示機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特征和功能關(guān)系為主。相對(duì)于工業(yè)機(jī)器人具有它的特殊性：首先，一臺(tái)機(jī)械手相當(dāng)于一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，要能顯示多種運(yùn)動(dòng)性能。因此，應(yīng)用環(huán)境廣泛，功能多樣。其次，其制造加上精度略低于工業(yè)機(jī)器人，且性價(jià)比高。另外，它的體積小，重量輕。因此，專用性強(qiáng)的生產(chǎn)線機(jī)械手的研制方法不能滿足這樣的要求。所以我用solidworks軟件來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)其進(jìn)行的原理分析設(shè)計(jì)了一種的可擴(kuò)展式機(jī)械手，具有造價(jià)低、調(diào)控容易、重復(fù)性好的特點(diǎn)。1.2 機(jī)械手的發(fā)展和趨勢(shì)機(jī)械手在現(xiàn)實(shí)生活中的種類可以說是非常的多，然而最初的機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手，它最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料

7、和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。工業(yè)機(jī)械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國聯(lián)合控制

8、公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；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(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲(chǔ)存裝置。不少球面坐標(biāo)式機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同年該公司和普曼公司合并成為萬能制動(dòng)公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國機(jī)械鑄造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制：該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮，采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這2種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，

9、但都是國外機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開始應(yīng)用。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種UnimationVic.arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國Kuka公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)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(jī)器人發(fā)展最快，應(yīng)用國家最多的國家，自1969年從美國引進(jìn)兩種典型機(jī)械手后，開始大力從事機(jī)械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手

10、，主要用于機(jī)械化、自動(dòng)化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。我國工業(yè)機(jī)械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代。1972年我國第一臺(tái)機(jī)械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機(jī)械手。從第七個(gè)五年計(jì)劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展列入其中，并且為此項(xiàng)目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機(jī)器人，有由北京機(jī)械自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)制造的噴涂機(jī)器人，廣州機(jī)床研究所和北京機(jī)床研究所合作設(shè)計(jì)制造的點(diǎn)焊機(jī)器人，大連機(jī)床研究所設(shè)計(jì)制造的氬弧焊機(jī)器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)制造的裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)的

11、，同時(shí)一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機(jī)器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī)，編碼器，DCPWM等等。我國的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展主要是逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，研制出示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等?？梢詫C(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)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機(jī)構(gòu)，組裝成各種用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于跟換工件，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。1.3 某生產(chǎn)線機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求和基本內(nèi)容 所謂機(jī)械手的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指具有特定功能的、相互間具有許多聯(lián)系要素構(gòu)成的一個(gè)整體。首先，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，

12、本設(shè)計(jì)是采用內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)與外部系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，既重視內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也重視內(nèi)、外系統(tǒng)的聯(lián)系。在確定系統(tǒng)功能時(shí)，每個(gè)模塊都遵循保證基本功能、滿足使用功能、剔除多余功能，恰到好處地利用外觀功能和原則。因此，本著該設(shè)計(jì)意圖，根據(jù)動(dòng)作要求對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，本次的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)基本內(nèi)容： 1.掌握機(jī)械手整條生產(chǎn)線的工作原理，并分析各工作模塊的功能。 2.對(duì)機(jī)械手工作模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 3.根據(jù)功能需要，進(jìn)行機(jī)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析。 4.測(cè)繪零件，設(shè)計(jì)零件，用SolidWorks 2011繪制三維零件圖，并進(jìn)行三維裝配圖設(shè)計(jì)。 5.對(duì)三維圖進(jìn)行分析和修改，然后轉(zhuǎn)化為工程圖以便畫二維圖。 6

13、.對(duì)部分典型或非標(biāo)零件用CAXA 2011或SolidWorks 2011進(jìn)行設(shè)計(jì)。 7.完成設(shè)計(jì)圖紙，包括零件圖、裝配圖。最終本人用SolidWorks 2011設(shè)計(jì)完成的三維裝配圖如圖1.3所示： 圖1.3 三模塊總裝配圖 第二章 某生產(chǎn)線機(jī)械手模塊的設(shè)計(jì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式一般有三種方式：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式、液壓驅(qū)動(dòng)方式、電驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、氣源簡(jiǎn)便獲得、能得到較高的開關(guān)速度、可安裝調(diào)速器，使開關(guān)速度按需要進(jìn)行調(diào)整、氣體削減性大，關(guān)閉時(shí)有彈性、成本低。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)：因氣體有削減性所以速度不易勻稱 ，噪聲大，難以準(zhǔn)確控制位置及速度。 液動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體種小、輸出力大

14、、簡(jiǎn)便獲得低速或高速，能無級(jí)變速、功率重量比大，低速平穩(wěn)、由于液壓油的黏性而效率較高，有自潤(rùn)滑功能和防銹功能。 液動(dòng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)： 油溫變化引起油粘度的變化、液壓元件和管道易滲漏、配管，維修不方便、易漏油，成本較高。 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：適用性較強(qiáng)，不受環(huán)境溫度影響、輸出轉(zhuǎn)矩范圍廣、控制方便，能自由地采用直流、交流、短波、脈沖等各種信號(hào)，適于放大、記憶、邏輯判斷和計(jì)算等工作、可落實(shí)超小型化、擁有機(jī)械自鎖性、安裝、維護(hù)檢修方便、可分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)。其中直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速性能好，功率較大，效率高。 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)龐雜、機(jī)械效率低一般只有25%-60%、輸出轉(zhuǎn)速不能太低或太高、易受電源電壓

15、、頻率變化的影響 根據(jù)機(jī)械手的功能的動(dòng)作要求，確定利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流驅(qū)動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)；考慮到本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手工作范圍較小，利用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；考慮到機(jī)械手的手部需結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易維修，而且重量要輕，機(jī)械手的手部也采用氣缸驅(qū)動(dòng)。鑒于上面三種驅(qū)動(dòng)方式，選擇氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)。近20年來，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛的應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化的程度變得更高，控制方式更靈活，性能更可靠。從各國的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來看，近30年來，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。我國的氣動(dòng)行業(yè)

16、起步較晚，但發(fā)展較快，從20世紀(jì)80年化中期開始，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上，高于中國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事上?，F(xiàn)

17、代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車身在每個(gè)工序的移動(dòng)；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)械手。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運(yùn)送到指定目標(biāo)位置。對(duì)加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運(yùn)系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動(dòng)機(jī)械手用于對(duì)食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝；

18、用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙和自動(dòng)包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動(dòng)機(jī)械手；自動(dòng)加蓋、安裝和擰緊氣動(dòng)機(jī)械手等。 此外，氣動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：氣動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)病床機(jī)械手，外科手術(shù)機(jī)械手等。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動(dòng)技術(shù)、氣動(dòng)機(jī)械手三足鼎立的局面。我國對(duì)氣動(dòng)技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械手的研究與應(yīng)用都比較晚，但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大，我國自主研制的許多氣動(dòng)機(jī)械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進(jìn)步發(fā)揮著重要作用。由于氣動(dòng)機(jī)械手有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可能預(yù)見，在不久的將來，氣動(dòng)機(jī)械手將越來越廣泛地進(jìn)入工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)

19、療、生活等領(lǐng)域。機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和位置檢測(cè)裝置所組成。各系統(tǒng) 之間的相互關(guān)系如圖2.3.1所示： 圖2.3.1 系統(tǒng)之間相互關(guān)系機(jī)械手的工作原理：采用氣壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定要求，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡的動(dòng)作；同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)可發(fā)出報(bào)警信號(hào)；位置檢測(cè)裝置可隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的要求達(dá)到設(shè)定位置。 包括手部、手腕、手臂、立柱和機(jī)座等部件。（1）手部： 即與工件接觸的部件。由于與工件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式。手部結(jié)構(gòu)取決于被抓取工件的表

20、面形狀、被抓部位和物件的重量以及尺寸。本設(shè)計(jì)考慮到以上因素，工件屬于輕、狀零件，所以采用吸附式手部，吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力吸附物件的。（2）手腕： 手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位。（3）手臂： 手臂的作用是帶動(dòng)手部去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。（4）立柱：立柱是支承手臂的部件，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。（5）機(jī)座： 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均裝在機(jī)座上，故它起支撐和連接的作用。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。 控制系統(tǒng)是支配著機(jī)械手按規(guī)定的動(dòng)作要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)

21、，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 它可將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置相比較，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。本課題采用氣動(dòng)位置傳感器，它可以將位移的變化轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ淖兓?，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓０礄C(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式，其坐標(biāo)形式可分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型及關(guān)節(jié)坐標(biāo)型。如圖2.4.1所示： （a） （b） 直角坐標(biāo)系 圓柱坐標(biāo)系 （c） （d） 球型坐標(biāo)系 關(guān)節(jié)式坐標(biāo)系 圖2.4.1 坐標(biāo)形式由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變，

22、因此，采用圓柱坐標(biāo)形式。機(jī)械手的技術(shù)參數(shù) 1.機(jī)械手最大抓重： 1kg 2.工件尺寸：長(zhǎng) QUOTE *寬*高=50*50*25（mm） 3.坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo) 4.支座旋轉(zhuǎn)角度：180 5.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：100mm 伸縮速度：100mm/s 升降行程：60mm 升降速度：100mm/s 6.機(jī)械手定位精度： QUOTE 自由度是指機(jī)械手所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種運(yùn)動(dòng)副，具有手臂伸降，旋轉(zhuǎn)和前后伸縮三個(gè)自由度。 工作范圍是指手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。該機(jī)械手的工作范圍如圖2.5所示：圖2.5 機(jī)械手工作范圍本設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)形式

23、的方案，運(yùn)動(dòng)形式為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 一般用作實(shí)驗(yàn)的工件不會(huì)太重，塑料制品工件和鋁制工件即可。 根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)，鋁制工件的質(zhì)量： QUOTE m12 塑料工件的質(zhì)量： QUOTE QUOTE m22 鋁制工件的重力為：G= QUOTE m1 QUOTE 可確定氣缸的軸向負(fù)載力F QUOTE 1.47N。 根據(jù)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，參考表2.6.1-1，預(yù)選氣缸的負(fù)載率=0.7。負(fù)載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)負(fù)載率靜載荷（如夾緊）70%動(dòng)載荷氣缸速度50mm-500mm/s50%氣缸速度500mm/s30% 根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力p。p應(yīng)小于減壓閥進(jìn)口壓力的85%。本課

24、題設(shè)計(jì)的氣缸為單作用氣缸，工作壓力p=0.3MPa。由以上分析得單作用氣缸的直徑： D=2.98（mm）查SMC現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，得D=4mm根據(jù)氣缸的操作距離及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程比來預(yù)選氣缸的行程，應(yīng)盡量選為標(biāo)準(zhǔn)行程，可保證供貨迅速，成本降低。本設(shè)計(jì)氣缸行程選為L(zhǎng)=30mm。 查SMC手冊(cè)表，為了滿足安裝空間小，氣缸小巧，選驅(qū)動(dòng)方式為彈簧壓回型的CJ1系列，如表2.6.1-2。本設(shè)計(jì)選用氣缸的型號(hào)為：CJ1B4-30型單作用彈簧壓回型氣缸。 氣缸內(nèi)徑為4mm,使用壓力為0.6MPa，可知?dú)飧姿芴峁┑睦椋?Fq=PA=P=0.6106106 可知1.884N1.47N,所以可以認(rèn)為氣缸的

25、選用是合適的。 缸徑4使用介質(zhì)空氣最高使用壓力最低使用壓力活塞速度50-500mm/s行程公差 為了抓取工件，采用真空吸盤結(jié)構(gòu)，如圖2.5.1所示，首先真空吸盤組建在氣缸的推動(dòng)下下移，當(dāng)吸盤4碰到工件時(shí)彈簧3壓縮，整個(gè)導(dǎo)向桿1在防轉(zhuǎn)螺釘2 的作用下直線移動(dòng)保證工件不會(huì)壓壞，然后吸盤吸住工件。 吸盤是直接吸附物體的元件。吸盤通常是由橡膠材料與金屬骨架壓制成型的。吸盤的橡膠出現(xiàn)脆裂，是橡膠老化的表現(xiàn)。通過查找相關(guān)真空吸盤的資料，本設(shè)計(jì)的工件質(zhì)量輕，因此，選取吸盤的形式為風(fēng)琴型吸盤，吸盤直徑為10，材料為硅橡膠。 與設(shè)計(jì)的手部結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境方面選LLDPE樹脂（線型低密度聚乙烯 ），它具有優(yōu)異的耐環(huán)

26、境應(yīng)力開裂性能和電絕緣性，較高的耐熱性能，抗沖和耐穿刺性能等。 LLDPE樹脂 QUOTE g/cm3; QUOTE g/cm3； QUOTE g/cm3。通過SolidWorks 2011的質(zhì)量屬性工具計(jì)算得到手部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量為： M手=M樹+M鋁+M鋼機(jī)械手手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.需根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選擇手臂截面形狀和高強(qiáng)度輕型材料。 2.盡量減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊，提高手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度。 3.手臂部分的結(jié)構(gòu)必需滿足完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間要求。 4.要盡量減輕手臂運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。 5.除了手臂部份設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕外，同時(shí)要采用一定形

27、式的緩沖措施。 6.手臂部分的設(shè)計(jì)需動(dòng)作迅速、靈活、平穩(wěn)，定位精度高。 本設(shè)計(jì)中，手臂的上下運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝拆方便，導(dǎo)向裝置由一根立柱導(dǎo)向，防止手臂在直線運(yùn)動(dòng)過程中沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保手臂隨機(jī)座一起轉(zhuǎn)動(dòng)。手臂的結(jié)構(gòu)圖如圖2.7.1所示：圖2.7.1 手臂結(jié)構(gòu)圖 1.考慮到以上設(shè)計(jì)要求，且要滿足行程要求，經(jīng)過查找篩選預(yù)選SMC氣缸的CQM系列薄型單桿雙作用氣缸，型號(hào)為：CQMB20RC-100-M9B（缸徑為20mm，行程100mm）。 本設(shè)計(jì)所選伸縮氣缸符合體積小、重量輕、薄、安裝空間小、安裝方便等特點(diǎn)。 本薄型單桿雙作用伸縮氣缸只需基本型安裝即可滿足要求。 氣動(dòng)機(jī)械手

28、的手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）時(shí)，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生變形，以保證手部的正確方向，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)、抓重等因素選取。 目前常采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手設(shè)計(jì)中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。3 QUOTE 3 QUOTE 通過SolidWorks 2011的質(zhì)量屬性工具計(jì)算得到手部結(jié)構(gòu)和臂部結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為： M=M手+M鋁+M缸+M閥+M薄片+M其他=71.04+271.94+451.6+84.29+30.57+175.83=1085.27（g） 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.8.1所示。手臂升降裝置主要

29、由立柱、導(dǎo)軸上零件1、導(dǎo)軸下零件2、升降氣缸5、塊零件6、定位套3和轉(zhuǎn)柱7等組成，塊零件和轉(zhuǎn)柱通過螺母連接，即轉(zhuǎn)柱定制為螺紋柱，安裝方便，節(jié)約成本。手臂機(jī)座結(jié)構(gòu)主要由三塊鋁型材8通過螺栓連接而成。實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式多種多樣，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)械、連桿機(jī)構(gòu)等。在本設(shè)計(jì)中，手臂回轉(zhuǎn)裝置用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式。通過PLC控制伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪外罩4內(nèi)的齒輪，達(dá)到手臂回轉(zhuǎn)的功能。圖2.8.1 機(jī)械手腰部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)圖 1.已知：升降氣缸預(yù)選SMC氣缸的薄型氣缸。手臂結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為M=1085.27，考慮到在臂部安裝時(shí)還要添加控制部分，故預(yù)選負(fù)載力為F=30N；查相關(guān)手

30、冊(cè)取氣缸工作壓力為p=0.4MPa;由SMC手冊(cè)查得負(fù)載率 QUOTE 。因此，氣缸缸徑為：D=經(jīng)圓整并查手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)?。篋=20（mm） 為便于安裝調(diào)試，對(duì)行程要留有適當(dāng)余量，所示預(yù)選氣缸標(biāo)準(zhǔn)行程為H=60mm,預(yù)選SMC薄型單桿雙作用氣缸的型號(hào)為：CQMB20RC-60。根據(jù)氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是輸出推力還是拉力、負(fù)載率 QUOTE 、氣缸的行程L=60mm和氣缸的動(dòng)作時(shí)間t=0.6s,由SMC手冊(cè)相應(yīng)圖可查得氣缸的理論基準(zhǔn)速度 QUOTE =220mm/s。 根據(jù)氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是輸出力還是拉力以及負(fù)載率，可查得氣缸的最大速度 QUOTE vmax與理論基準(zhǔn)速度 QUOTE QUOTE 之比 QUO

31、TE QUOTE 值，從而求得氣缸的最大速度 QUOTE QUOTE QUOTE vmax。查得： QUOTE =0.9 vmax=v0=2200.9=198mm/s 最后根據(jù)各系列緩沖氣缸的緩沖特性曲線和氣緩沖氣缸的緩沖特性曲線，若氣缸的負(fù)載質(zhì)量M和最大速度 QUOTE 的交點(diǎn)在預(yù)選氣缸缸徑的緩沖特性曲線之下，則表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能MV2max QUOTE EMBED Equation.KSEE3 * MERGEFORMAT 小于氣缸的允許吸收的最大能量，即該預(yù)選缸徑的緩沖能力滿足要求。本設(shè)計(jì)所選的伸縮氣缸負(fù)載質(zhì)量較小，從手冊(cè)圖中查可知所選擇的缸徑的緩沖能力能滿足要求。 在設(shè)計(jì)中，臂部的運(yùn)動(dòng)較

32、多，如果運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載較大，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，將產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。這不僅會(huì)影響機(jī)械手的精確定位，甚至?xí)蛊洳荒苷＿\(yùn)轉(zhuǎn)。為了提高平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取有效的緩沖裝置吸收能量。因此從減少能量產(chǎn)生的角度來看，要注意以下兩點(diǎn)：（1）機(jī)身和臂部運(yùn)動(dòng)部件要緊湊，質(zhì)量輕，以減少慣性力。本設(shè)計(jì)中臂部采用鋁合金制作。（2）應(yīng)考慮重心的位置，即運(yùn)動(dòng)部件各部分的質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)軸或支承的分布情況。在設(shè)計(jì)中如果重心和轉(zhuǎn)軸不重合，將增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高，將會(huì)有較大的沖擊和振動(dòng)。 常見機(jī)械手臂桿的平衡技術(shù)有四種：質(zhì)量平衡法、彈簧平衡法、氣動(dòng)或液壓平衡法和采用平衡電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)采用質(zhì)量平衡法來達(dá)到要求，臂桿質(zhì)量平衡的原理是合理

33、地分布臂桿質(zhì)量，使臂桿重心盡可能落在支點(diǎn)上，必要時(shí)甚至采用在適當(dāng)位置配置平衡質(zhì)量的方法，使臂桿的重心落在支點(diǎn)上?？紤]到氣動(dòng)機(jī)械手的性能要求，本設(shè)計(jì)初步確定以下兩個(gè)傳動(dòng)方案：錐齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)，下面將對(duì)兩種方案進(jìn)行比較以便確定個(gè)合理的傳動(dòng)方案。 它的主要優(yōu)點(diǎn)有： （1）因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊，所以可實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)軸間的很大傳動(dòng)比。 （2）蝸桿傳動(dòng)接觸方式不同于其它類型傳動(dòng)，為線接觸，噪音小，傳動(dòng)平穩(wěn)； （3）當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角g 很小時(shí)，傳動(dòng)具有自鎖性，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿，故它常用于起重或其它需要自鎖的場(chǎng)合。 它的缺點(diǎn)： （1）蝸桿傳動(dòng)的一般效率=0.70.9，機(jī)械效率較

34、低，具有自鎖性的蝸桿傳動(dòng)的效率0.5。 （2） 蝸桿傳動(dòng)齒面的螺旋線方向滑動(dòng)速度很大，因此容易引起磨損和發(fā)熱，故摩擦損失大，效率低，而且為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸輪一般使用貴重的減摩材料制造，成本高。 （3）對(duì)制造和安裝誤差很敏感，安裝時(shí)對(duì)中心距的尺寸精度要求較高。它的主要優(yōu)點(diǎn)有： （1）瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 （2）適用的功率和速度范圍廣。 （3）傳動(dòng)效率高，=0.920.98。在機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率較高。 （4）工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。 （5）外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。它的主要缺點(diǎn)是：制造和安裝精度要求較高，需專門設(shè)備制造，成本較高

35、，不宜用于較遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。 圖2.9.1-2 錐齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)方案除滿足氣動(dòng)機(jī)械手功能、動(dòng)作上要求外，還需滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、工藝性好和使用維護(hù)便利等要求。分析以上兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)后，確定采用錐齒輪傳動(dòng)方案會(huì)更加的合理，所以本設(shè)計(jì)采用錐齒輪傳動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)的選擇有兩種類型：步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。下面將通過分析比較確定選用哪種類型的電機(jī)： 1.頻率特性的比較。步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，而伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。 2.矩頻特性的比較。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速時(shí)會(huì)急劇下降，而伺服電機(jī)為恒力矩輸出。 3.過載能力的

36、比較。步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力，伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。 4.運(yùn)行性能的比較。步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更可靠。綜合以上四點(diǎn)所述，而且采用的是PLC控制系統(tǒng)，所以確定采用伺服電機(jī)。使用直流電源的電動(dòng)機(jī)稱為直流電動(dòng)機(jī)，它與交流電動(dòng)機(jī)相比，具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。所以考慮到以上因素和本系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求，預(yù)選本設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)為直流有刷伺服電機(jī)，型號(hào)：2224A024SR。已知工作條件：輸入功率P= QU

37、OTE Pmaxmax 小錐齒輪轉(zhuǎn)速 QUOTE n1=11r/min 大錐齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)速 QUOTE QUOTE n2 所以，傳動(dòng)比i= QUOTE = 驗(yàn)證傳動(dòng)比：由以上數(shù)據(jù)得：傳動(dòng)比誤差 QUOTE =2%傳動(dòng)比誤差=2% QUOTE 1.選擇錐齒輪材料、熱處理方法、精度等級(jí) 考慮到該傳動(dòng)的功率較小，故大、小錐齒輪都選用45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度分別為220HBS、260HBS，屬軟齒面閉式傳動(dòng)；錐齒輪的載荷平穩(wěn)，而且轉(zhuǎn)速較低，根據(jù)工作條件，定為7級(jí)精度。 2.因?yàn)辇X面為軟齒面，故應(yīng)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行較核。由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：計(jì)算公式均摘自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷第1

38、4篇項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)果1、Z2及齒寬、系數(shù)R 取小錐齒輪齒數(shù)Z1=15，大錐齒輪齒數(shù) QUOTE Z2=i QUOTE Z1= QUOTE ，取大錐齒輪齒數(shù) QUOTE Z2=23，齒寬系數(shù)不宜取得過大，否則將引起小端齒項(xiàng)過薄，齒根圓角半徑過小，故取齒寬系數(shù) QUOTE R=Z1=15 QUOTE Z2=23R=Td1t試選 QUOTE KT QUOTE KTdETd查表得：ZE QUOTE TdZE QUOTE HLim1、HLim2按齒面硬度查圖得：HLim1=600MPaHLim2=560MPaHLim1=600MPaHLim2=560MPaN1=60n1jLh=60111103008=1

39、.58107N2=1.05107N1=1.58107N2=1.05107 QUOTE KHN1、KHN2查圖得:KHN1=1.11，KHN2KHN1KHN2取安全系數(shù) QUOTE SH=1H1=1.11600KPaH2=1.13560MPa QUOTE SH=1H1=666MPaH2=623MPa取 QUOTE H1=H2d1t為了保證齒輪平穩(wěn)傳動(dòng)，確定過載時(shí)能自我保護(hù)，且方便制造維修，將分度圓直徑擴(kuò)大兩倍，得到 QUOTE d1t QUOTE d1tV=AV QUOTE QUOTE K則K=KAKV QUOTE K QUOTE KA=1KV QUOTE K1d1=d1t=13.54 d1M=

40、0.87按標(biāo)準(zhǔn)取m=1取d1=15m=11、d2、錐距R、齒寬b、齒高h(yuǎn)d1=mz1=115=15mmd2=mz2=123=23mmR=b=RR=h=（2h*a+c*）m=（210.2）1d1=15mmd2=23mm查圖6.9?。?QUOTE FLim1=240MPa、FLim2=220MPaFLim1=240MPaFLim2=220MPa16. 彎曲疲勞壽命系數(shù)查圖6.7?。?QUOTE KFN1=0.96、KFN2KFN1KFN2錐齒輪主要傳動(dòng)尺寸列表：模數(shù)m1壓力角20齒數(shù)zZ1=15 QUOTE Z2=23Z1=15 QUOTE Z2=23齒頂高 QUOTE haha=h*am=11=

41、1ha=1mm齒根高 QUOTE hfhf=（h*a+c*hf分度圓直徑dd1=mz1=115=15d2=mz2=123=23d1=15mmd2=23mm分度圓錐角 QUOTE QUOTE 1=tan-1=tan-1=33.11 QUOTE 2=90- QUOTE 1=56.89 QUOTE 1=33.11 QUOTE 2=56.89錐距RR=齒頂角 QUOTE aa1=a2=tan-1=tan-1a1=a2=7.14 齒寬b QUOTE b=4.57（取整數(shù)）b=42.9.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核根據(jù)軸線形狀的不同，軸可分為直軸、曲軸和撓性鋼絲軟軸。其中，直軸的應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)外形又可分為直徑

42、無變化的光軸（圖2.9.4-1）和直徑有變化的階梯軸（圖2.9.4-2），本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)軸本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配緊湊的原則，選用光軸即能滿足傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的功能。 光軸 圖2.9.4-2 階梯軸傳動(dòng)軸的承載情況，主要承受轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩或承受很小的彎矩，僅起到傳遞動(dòng)力的作用。傳動(dòng)軸材料的選擇:軸常用的材料是碳素鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。碳素鋼比合金鋼低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，經(jīng)熱處理或化學(xué)處理可得到較高的綜合力學(xué)性能，尤其在耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度兩個(gè)方面，而且優(yōu)質(zhì)中碳鋼中的45鋼經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)處理后可用于比較重要或承載較大的軸，因此，本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)。：圖中，A、B處均為平端緊定螺釘連

43、接，緊定螺釘既起固定又起定位作用。A處通過螺釘連接聯(lián)軸器，B處通過緊定螺釘連接錐齒輪，平端緊定螺釘均選用M2.5，長(zhǎng)度為6mm，B處的齒輪安裝公差尺寸為 QUOTE 6H8/m7。本設(shè)計(jì)采用套筒聯(lián)軸器，套筒聯(lián)軸器擁有的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，徑向尺寸小，成本較低。套筒的材料采用45鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)。套筒聯(lián)軸器通過一個(gè)公用套筒并采用平端緊定螺釘作軸向固定，為了保證連接具有一定的對(duì)中精度和便于套筒的裝拆，套筒與軸采用 QUOTE 的配合。因此，所設(shè)計(jì)的套筒聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖如圖2.9.5所示：消聲器是一種允許氣流通過而能使聲能衰減的裝置，能夠降低氣流通道上的空氣動(dòng)力性噪聲。本設(shè)計(jì)中，對(duì)消聲器的要求是，

44、在噪聲頻率范圍內(nèi)消聲效果好，排氣的阻力要小，以免影響換向閥的換向性能，而且要求結(jié)構(gòu)耐用、便于清洗。通常根據(jù)換向閥的連接口徑來選擇消聲器的規(guī)格。根據(jù)以上要求，選取SMC公司的AN系列消聲器，型號(hào)為AN110-01，最高使用壓力為1.0MPa，該消聲器的消聲原理為膨脹干涉型。 第三章 旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)模塊的設(shè)計(jì)須與氣動(dòng)機(jī)械手緊密聯(lián)系，總體布置時(shí)，需具體確定各零部件之間的相對(duì)位置保證模塊在整個(gè)工序中的連續(xù)和流暢。從整個(gè)模塊來說，需做到結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝。本設(shè)計(jì)中主要是擺動(dòng)氣缸和旋轉(zhuǎn)載體的設(shè)計(jì)和裝配，保證功能滿足要求。：圖3.1 旋轉(zhuǎn)模塊總體布置軸測(cè)圖根據(jù)擺動(dòng)氣缸反受負(fù)載的性質(zhì)，確定氣缸的有效輸出力

45、矩 QUOTE M0。有效輸出力矩：M0=式中：M擺動(dòng)氣缸承受的實(shí)際力矩； QUOTE 負(fù)載率，按SMC手冊(cè)查表，本設(shè)計(jì)可取 QUOTE =0.1。 QUOTE 已知：擺動(dòng)角 QUOTE =90，擺動(dòng)時(shí)間t=1s，塑料的密度 QUOTE 塑3,鋁合金的密度 QUOTE QUOTE 鋁3，旋轉(zhuǎn)載體和連接方塊的質(zhì)量通過SolidWorks 2011的質(zhì)量屬 性工具計(jì)算得到： m=m工件+m方塊+m載體=150+22.76+59.36=232g使用壓力為0.5MPa，等效半徑 QUOTE r=15cm所以，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 QUOTE ：J=mr22=0.00522kgm2擺動(dòng)角加速度： QUOTE =

46、/(90t2)=90/（90122則理論輸出力矩：M0=0.00164Nm根據(jù)手冊(cè)可選CRBU2自由安裝型規(guī)格的氣缸。負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能: QUOTE Ed=J(t)2=0.00164（3.141）2=0.0081Nm故其允許能量能滿足轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的要求，擺動(dòng)氣缸的型號(hào)為：CRBU2WU30-90SL。 第四章 裝釘模塊的設(shè)計(jì)4.1 裝釘模塊的總體布置設(shè)計(jì)裝釘模塊的總體布置是指結(jié)構(gòu)布局的細(xì)化，需確定模塊各零件之間的相對(duì)位置及聯(lián)系尺寸、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞方式等。1、鋁型材 2、主壓釘氣缸 3、支架 4、壓釘軸 5、導(dǎo)軸 6、定位彈性螺栓 7、釘盒 8、工件載體 9、輔助壓釘氣缸圖4.1 裝釘模塊總體布置圖

47、經(jīng)過認(rèn)真功能原理分析，裝釘模塊的總體結(jié)構(gòu)布置如圖4.1示，從圖中可知道主壓釘氣缸在釘盒的左側(cè)，而輔助壓釘氣缸與工件載體連接，這主要是考慮到工件裝釘?shù)氖芰侠硇?，保證工藝過程的連續(xù)和流暢。首先，需考慮工件載體和釘盒的相對(duì)位置，使工件能安全快速的裝釘；其次，需考慮釘盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證供釘合理準(zhǔn)確，此釘盒所裝的釘子是靠其自身的重力有序地下移方便裝配；然后，需考慮到主氣缸和輔助氣缸的選取，達(dá)到模塊預(yù)定的功能。作為培訓(xùn)系統(tǒng)的一個(gè)模塊，主要是仿真工廠自動(dòng)生產(chǎn)線的功能，所以在釘盒的設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)定本釘盒可裝40個(gè)彈簧釘（即左右各20個(gè)釘子），為了提高設(shè)計(jì)和制造的經(jīng)濟(jì)性，降低生產(chǎn)成本，本釘盒采用各個(gè)零件裝配而成，

48、均通過國產(chǎn)內(nèi)六角螺栓裝配。因此經(jīng)過功能分析，為了讓釘子能有序迅速的往下掉方便安裝，在釘子的上方左右各加了T型抵塊，T型抵塊在設(shè)計(jì)時(shí)，需與壁保持合理的間隙，材料采用鋁合金，因此T型抵塊長(zhǎng)、寬分別設(shè)計(jì)為107mm、10mm。因?yàn)獒斪硬捎脴?biāo)準(zhǔn)的，因此考慮到釘子的放置空間，預(yù)定釘盒的總長(zhǎng)和總寬分別為262mm、67mm。此外，為了保證釘盒能合理的定位，在釘盒的底板添加 一個(gè)定位彈性螺栓M12，保證了功能的合理性。此壓釘軸僅傳遞橫向的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，根據(jù)軸上零件的安裝、定位及軸的制造工藝，可以合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，此軸材料亦采用45鋼調(diào)質(zhì)，基于釘子的尺寸，預(yù)定軸長(zhǎng)為90mm，直徑 QUOTE QUO

49、TE 4.5，為保證壓釘過程的安全和可靠，安裝此軸用兩個(gè)平端緊定螺釘進(jìn)行固定和定位。開槽平端緊定螺釘為M2.55。在氣動(dòng)機(jī)械手模塊的設(shè)計(jì)中有選到升降氣缸為SMC薄型單桿雙作用氣缸，它的型號(hào)為：CQMB20RC-60-M9B?？紤]到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化以及其經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過比較并分析，主打釘氣缸預(yù)選和升降氣缸同類型并且同型號(hào)的氣缸，經(jīng)過驗(yàn)算，該氣缸可滿足此主壓釘氣缸的要求，這樣可提高氣缸使用和維修的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)該壓釘預(yù)計(jì)用10N的力就夠?qū)⑨斪哟蛉牍ぜ?nèi)，而此氣缸所能提供的負(fù)載力為F： F=因此， QUOTE F10N，滿足功能要求。此氣缸的安裝亦采用基本型的通孔安裝。對(duì)于輔助壓釘氣缸的選取，

50、它主要起到輔助壓釘?shù)淖饔茫虼怂]于主壓釘氣缸的選取分析和CQM系列帶導(dǎo)桿氣缸的導(dǎo)向精度高，為使裝置簡(jiǎn)單緊湊、增強(qiáng)互換性和經(jīng)濟(jì)性，選取同類型的氣缸，只是行程無需那么大，行程選取L=20mm即可滿足要求，因此輔助壓釘氣缸的選取型號(hào)為：CQMB20RC-20-M9B。該氣缸的安裝尺寸與CQ2、CQS系列有互換性，而橫向負(fù)載是CQ2系列的2-4倍。（1）導(dǎo)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)軸為一光軸，主要起到引導(dǎo)的作用，只需滿足氣缸的行程要求以及精度要求即可。因此可設(shè)計(jì)軸的長(zhǎng)度為90mm,直徑為 QUOTE QUOTE 12 QUOTE ，材料為45鋼，通過緊定螺釘固定和定位。（2）導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 1、材料的選擇銅合金是銅與

51、錫、鉛、鋅或鋁的合金，是傳統(tǒng)使用的材料，因?yàn)榍嚆~具有減磨性、耐磨性好，且具有較高的抗疲勞強(qiáng)度，廣泛用于重載的場(chǎng)合，因此導(dǎo)套的材料選擇青銅。2、潤(rùn)滑方式考慮到保養(yǎng)的效果和干凈性，選擇脂潤(rùn)滑。3、尺寸的設(shè)計(jì)導(dǎo)套的外徑：d1故取 QUOTE d1=16mm環(huán)的寬度： QUOTE 第五章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)5.1 三維建模 5.1.1 SolidWorks概述SolidWorks是功能強(qiáng)大的三維CAD設(shè)計(jì)軟件，是美國SolidWorks公司開發(fā)的基于Windows操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件。SolidWorks相對(duì)于其他CAD設(shè)計(jì)軟件來說，簡(jiǎn)單易學(xué)，具有高效的、簡(jiǎn)單的實(shí)體建模功能，并可以利用SolidWorks集

52、成的輔助功能對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)體模型進(jìn)行一系列計(jì)算機(jī)輔助分析，以便更好地滿足設(shè)計(jì)需要，節(jié)省設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)效率。SolidWorks通常應(yīng)用于產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計(jì)中，它將產(chǎn)品置于三維空間環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程師按照設(shè)計(jì)思想繪制出草圖，然后生成模型實(shí)體及裝配體，運(yùn)用SolidWorks自帶的輔助功能對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行模擬功能分析，根據(jù)分析結(jié)果修改設(shè)計(jì)的模型，最后輸出詳細(xì)的工程圖，進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。由于SolidWorks簡(jiǎn)單易用并且有強(qiáng)大的輔助分析功能，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，如機(jī)械設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、電裝設(shè)計(jì)、消費(fèi)品產(chǎn)品及通信器材設(shè)計(jì)、汽車制造設(shè)計(jì)、航空航天的飛行器設(shè)計(jì)等行業(yè)中。SolidWorks集成了強(qiáng)大的輔

53、助功能，使我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中可以方便地進(jìn)行三維瀏覽、運(yùn)動(dòng)模擬、碰撞和運(yùn)動(dòng)分析、受力分析及運(yùn)動(dòng)算例，在模擬運(yùn)動(dòng)中為動(dòng)畫添加馬達(dá)等。 5.1.2 SolidWorks 2011三維建模舉例下面將以裝釘模塊的工件載體零件作為例子，說明SolidWorks 2011三維建模的過程。 1.雙擊桌面上的SolidWorks 2011的快捷方式圖標(biāo)，啟動(dòng)軟件。 2.選擇【文件】-【新建】命令，在彈出的對(duì)話框中有3個(gè)圖標(biāo)，單擊【零件】圖標(biāo)，然后單擊【確定】按鈕，進(jìn)入默認(rèn)的工作環(huán)境。 3.單擊工具欄的保存按鈕，彈出【另存為】對(duì)話框，文件名取名為：工作載體，單擊保存。 4.單擊【草圖】工具欄上的【草圖繪制】按鈕

54、，并選擇前視為草繪平面，進(jìn)入草繪工作面。 5.單擊【草圖】工具欄上的矩形按鈕，采用中心矩形繪一矩形，點(diǎn)擊智能尺寸按鈕，對(duì)矩形的長(zhǎng)和寬進(jìn)行標(biāo)注，得到如下圖： 6.單擊【退出草圖】按鈕，單擊【特征】工具欄上的凸臺(tái)/基體按鈕，設(shè)置給定深度為47mm，得到方體。 7.選擇方體的上表面為草圖基準(zhǔn)面，右擊選擇【草圖繪制】進(jìn)入草繪工作面，繪制如圖所示的矩形。 8.單擊【退出草圖】按鈕，單擊【特征】工具欄上的拉伸切除按鈕，設(shè)置切除深度為40mm。 9.同第7、8步進(jìn)行拉伸切除，選擇右側(cè)面進(jìn)行草圖繪制，草圖如下圖所示，設(shè)置切除為完全貫穿。 10.選擇底面進(jìn)行草繪，用工具欄中的【圓】【中心線】【鏡像實(shí)體】等命令草繪，所畫草圖如下圖所示，畫好退出草圖繪制，點(diǎn)擊拉伸切除命令，設(shè)置給定深度為10mm，得到4個(gè)孔。 11.同上使用拉伸切除命令，在后背切除長(zhǎng)40mm、寬40mm、厚12mm的實(shí)體，草圖如下圖所示。 12.同步驟10，在后背打4個(gè)通孔孔，先打4個(gè)4的孔，和中間一個(gè)8的孔，拉伸切除，貫穿。 QUOTE 14.單擊【特征】工具欄上的倒角按鈕，對(duì)工件載體必要倒角的地方進(jìn)行倒角。15.最終得到工件載體的三維建模如下圖所示。 5.1.3 SolidWorks 2011裝配體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是自下而上設(shè)計(jì)裝配體。自下而上設(shè)計(jì)法是比較傳統(tǒng)的方法。它一般是先設(shè)計(jì)并造型零件，然后將之插入裝配體，接著使用配合