抓料机小臂及抓爪部分设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 抓料机小臂设计 摘要 抓料机小臂采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后左右运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，纵截面高为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。 关键词 : 抓料机 轴承 汽缸 rm of of up as is a of is of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 前 沿 受整个国民经济增长的影响，原材料工业、能源、石油、化工、汽车等各个行业都会有非常大的发展。在这些行业发展的同时直接会带动散料机械装备工业的发展。 就钢铁工业而言，受建筑、汽车工业的影响，钢铁工业飞速发展 ,我国已经连续六年局世界第一产钢大国 ,同时又是第一钢铁消费大国。到 2002年钢的产量已经达到 以每年 300万吨的速度增长。近几年在股市上钢铁板块普遍看好 ,建筑业的发展和技术的提高加大了对钢铁的需求，中国建筑业在钢铁的应用数量方面和世界发达国家相比还有很大的差距 ,随着建筑业的不断发展这一行业 对钢铁的需求会更会加大。汽车进入百姓耐用消费品市场已经开始，汽车产业的发展也拉动钢材的需求量。机械制造业、家用电器、造船业、石油天然气、集装箱等各行业的发展都会拉动中国钢铁企业的发展，使钢铁企业加大投入，并且现在已有部分民营资本进入钢铁行业。钢铁事业的发展离不开矿石和煤炭，而煤炭和矿石的运输和储存必须使用散料机械，这些设备包括皮带运输机，装船机、卸船机，抓料机等散料机械。在钢铁企业的发展过程中加大了钢的产量，也加大了对煤炭和矿石的需求，国产矿石和目前进口的矿石数量已经满足不了钢铁企业发展的要求，会有更多的矿 石进口到中国，其中会有来自澳大利亚、巴西的铁矿石通过港口转运到各个钢铁企业。南部沿海的广西、广东各个口岸，华东地区、山东、渤海湾等各大港口会进口更多的来自国外的铁矿石，所以在钢铁企业的发展过程中最先发展的是沿海各个口岸的交通。在新建的矿石港口的泊位中也将以大吨位船只的泊位为主。在钢铁企业矿石需求发展港口的同时还会同时发展钢铁企业内的原料长场的建设，这里会包括在钢铁企业内部的一次料场和二次料场，同时钢铁企业也会加大对煤炭的需求，将有大量的煤炭经过北方港口装船运往南方，所以，在钢铁行业快速发展的推动下，在港口和 钢铁企业，散料机械会有一个十分巨大的市场发展空间。散料机械在港口行业的高速发展已经开始并会持续一定的时间。 在电力方面，前几年部分电力部门出现了供大于求的矛盾，部分电厂限制发电或只是部分机组开机，受国民经济持续增长的影响，各行各业用电量也在不断的增长。现在在南方的部分地区出现了电力紧缺的情况，为缓解和解决电力紧缺买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 的矛盾，在电力方面必然会加大其投入。电厂的增加使煤炭的需求量增加，各个煤矿会加大煤炭产量，以满足电力市场对煤炭的需求，在电力方面也存在着大量的煤炭北煤南运，同钢铁行业一样，也会大幅度增加散料机械的 需求量。电厂和港口都会因为电力企业的发展增加对散料机械的需求。 在沙石、水泥等建材行业也随着国民经济的发展和固定资产投入的加大而得到迅猛的发展。散料机械虽然在建材行业的应用设备形式较小，但其在全国的数量是巨大的，混匀堆取料机、刮板取料机、皮带运输机的数量同样会有一个大的发展。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 绪 论 国内堆取料机的设计已有近四十年年的历史，最早制造的一两台设备投入使用也有三十四年的历史。最早的抓料机设计可以追溯到 1966年，当时参加设计和研制的单位有 ： 北京钢铁设计院、大连工矿车辆厂 、北京起重机械研究所、鞍山钢铁设计院、哈尔滨重机厂、华北电力设计院、东北电力设计院、西北电力设计院等单位。 当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备，国外当时已使用了十余年，为满足当时的社会需要开发了我国早期的 抓料机 。 这些单位为中国抓料机事业的早期发展做出了贡献，奠定了这一行业的基础。虽然当时的产品和现代产品在质量上和控制水平上存在着很大的差别，但这些早期的产品对当时的电力企业和钢铁企业的发展起到了十分重要。 八十年代，随着电力工业和钢铁工业的发展，抓料机的事业也得到了十分迅猛的发展，在电力部 门的使用数量有很大的提高，并且在港口上的使用量剧增。宝钢的原料码头，秦皇岛港、连云港、北仑港、西基港、烟台港、天津港、大连港等相继一大批港口增设了散料码头用于煤炭或矿石的转运。九十年代国内抓料机的事业发展更是向数量更多，应用更广的方向发展。在钢铁企业、电力企业、各大港口几乎都可以看到抓料机的应用。在港口人们也已经把抓料机当作一种港口机械。 在抓料机的出口方面国内的产品还比较少，大多数出口的产品是和某些成套项目共同出口到其他国家。其次是和国外的某些公司联合制造，为其制造焊接件和机械加工件出口。 在进口 方面，最早的抓料机的进口是： 1980 1981年北仑港进口两台抓料机； 1988年福州华能电厂，大连华能电厂等。 在国内项目和国外合作制造的有： 1982年石臼港项目； 1984年 秦皇岛港二期； 1986年 秦皇岛港三期； 1994年 秦皇岛港四期； 1990 年 青岛前湾港； 1984 年 广州西基码头； 1988 年宝钢二期项目； 1995宝钢三期项目； 2000年 宝钢马迹山港项目； 2001 年 天津港项目；黄骅港的一期和二期项目；以及上海罗径港、 石洞口电厂、扬州电厂、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 北仑电厂、江由电厂、硌磺电厂等基本上采用了引进技术合作制造的模式生产的抓料机。 进口和引进的主要国家来自日本、美国、德国、法国、奥地利、意大利等国。 产品的进口和技术的引进大大缩短了国产设备和国外设备的差距，使国内本行业的产品在质量上有了很大的提高。目前国内的产品质量基本可以满足国内用户的要求， 现在可设计制造 抓料机 的厂家达五六家。 经过几十年的发展，我国的 抓料机 研制水平取得了较大提高，但同发达国家相比，仍存在明显差距，其控制技术仅限于基于可编程控制器（ 核心的单 机控制，作业水平也仅限于单机手动方式。现在国内的 抓料机 已经从最初的研究转向发展，向更高的产品质量和设计水平迈进。国内已经开展了 抓料机 自动控制方面的引进和开发工作，已能生产带有半自动微机程控系统的机型，控制水平已达到了 20世纪 70 年代末国际水平。 第 1章 抓料机总体设计 抓料机是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自 动化和生产线自动化，随着应用范围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。 平面关节型机器人又称 装配机器人，是 缩写，意思是具有选择柔顺性的装配机器人手臂。在水买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业零件的插接、装配中应用广泛。 总体设计的任务：包括进 行抓料机的运动设计，确定主要工作参数，选择驱动系统和电控系统，整体结构设计，最后绘出方案草图。 要技术参数见表 1 1料机类型 平面关节型 抓取重量 由度 3个（ 2个回转 1个移动） 大臂 长 700转运动，回转角 240，步进电机驱动 单片机控制 小臂 长 600转运动，回转角 240，步进电机驱动 单片机控制 移动关节 气缸驱动 行程开关控制 手指 气缸驱动 行程开关控制 构特点如下图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 第 2 章 手指设计 抓料机的手部是用来抓持工件或工具的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度都将直接影响到抓料机的工作性能，它是抓料机的关键部件之一。 计时要注意的问题： (1) 手指应有足够的夹紧力，为使手指牢靠的夹紧工件，除考虑夹持工件的重力外，还应考虑工件在传送过程中的动载荷。 (2) 手指应有一定的开闭范围。其大小不仅与工件的尺寸有关，而且应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响。 (3) 应能保证工件在手指内准确定位。 (4) 结构 尽量紧凑重量轻，以利于腕部和臂部的结构设计。 (5) 根据应用条件考虑通用性。 零件的计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - )( 2 6 0 07800)(2 8 2 6 0 0150)2535(932222其中 0 取 G=23（ N） 力的计算： 件材料为 40号钢，手指为钢材，查机械零件手册 表 2f=以 34 =40（ N） 驱动力的计算 14 为斜面倾角， ， 为传动机构的效率，这里为平摩擦传动， 查机械零件手册表 2 这里取 以 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 40154 0 p=55(N) 塞手抓重量的估算 )(23107 8 0 21 0 缸的设计 因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。 汽缸内型选择，由于行程短，选单作用活塞汽缸，借弹簧复位。 汽缸的计算 气压缸内径 按液压传动与气压传动公式 13 2 m)， , 为负载率，负载率与汽缸工作压力有关，取 ，查液压传动与气压传动表 13P 由于汽缸垂直安装，所以取 P= )(024 1 544 6 D 按液压传动与气压传动表 132活塞杆直径 一般 此选 Dd 液压传动与气压传动表 13整取 8缸壁厚 的计算 按液压传动与气压传动表 13 弹簧力的 )(231 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 第 3 章 移动关节的设计计算 抓料机的驱动系统有液压驱动，气压驱动，电机驱动，和机械传动四种。一台抓料机可以只用一种驱动，也可以用几种方 式联合驱动，各种驱动的特点见表3 因为气压工作压力较低，对气动组件的材质和精度要求较液压底，无污染，动作迅速反映快，维护简单，使用安全。而且此处作用力不大，所以选气压传动。 汽缸内型选择：因为活塞行程较长，往复运动，所以选双作用单活塞汽缸，利用压缩空气使活塞向两个方向运动。 初选活塞杆直径 d=12算其重量 )( 222 取 5N 515232321 取 80N 表 3较内 容 驱动方式 机械传动 电机 驱 动 气压传动 液压传动 异步电机，直流电机 步进或伺服电机 输出力矩 输出力矩较大 输出力可较大 输出力矩较小 气体压力小，输出力矩小，如需输出力矩较大，结构尺寸过大 液体压力高，可以获得较大的输出力 控制性能 速度可高，速度和加速度均由机构控制，定位控制性能较差，惯性大，步控制性能好，可精确定位，但控可高速，气体压缩性大，阻力效果差，冲油液压缩性小，压力流量均容易控制，可无级调买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 精度高，可与主机严格同步 易精确定位 制系统复杂 击较严重，精确定位较困难，低速步易控制 速，反应灵敏，可实现连续轨 迹控制 体积 当自由度多时，机构复杂，体积液较大 要油减速装置，体积较大 体积较小 体积较大 在输出力相同的条件下体积小 维修使用 维修使用方便 维修使用方便 维修使用较复杂 维修简单，能在高温，粉尘等恶劣环境种使用，泄漏影响小 维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火 应用范围 适用于自由度少的专用抓料机，高速低速均能适用 适用于抓取重量大和速度低的专用抓料机 可用于程序复杂和运动轨迹要求严格的小型通用抓料机 中小型专用通用抓料机都有 中小型专用通用抓料机都有，特别时重型抓料机多用 成本 结 构简单，成本低，一般工厂可以自己制造 成本低 成本较高 结构简单，能源方便，成本低 液压元件成本较高，油路也较复杂 气压缸内径 D 的计算 按液压传动与气压传动公式 13 )( 22 m)， , 为负载率，负载率与汽缸工作压力有关，取 ，查液压传动与气压传动表 13P 由于汽缸垂直安装，所以取 P=般 此选 ( 66 D 按液压传动与气压传动表 130一般 此选 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - Dd 缸壁厚 的计算 按液压传动与气压传动表 13 汽 缸重量的计算 )( 0 2 22223 其中： R 为汽缸外径， r 为汽缸内径， h 为汽缸长度， g 取 10， 为汽缸材料密度 35N 第 4 章 小臂的设计 臂部是抓料机的主要执行部件，其作用是支撑手部和腕部，主要用来改变工件的位置。手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。 计时注意的问题 (1) 刚度要好，要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸，空心杆比实心杆刚度大的多，常用钢管做臂部和导向 杆，用工字钢和槽钢左支撑板，以保证有足够的刚度。 (2) 偏重力矩要小，偏重力矩时指臂部的总重量对其支撑或回转轴所产生的力矩。 (3) 重量要轻，惯量要小，为了减轻运动时的冲击，除采取缓冲外，力求结构紧凑，重量轻，以减少惯性力。 (4) 导向性要好。 臂结构的设计 把小臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻小臂重量，使其经济、轻巧。 选 10 号工字钢。理论重 00, 1 . 2 6 1 k g / m 3 ,小臂长为 600 较核： N） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 取 75N 其受力如下图 : F=75+105=180（ N） ).( M P 00( 2 2 按材料力学公式 其中 Q 为所受的力。 所以 M P 080 33 所以选 10号工字钢合适。 3 3 轴的设计计算 大轴的直径取 20料为 45号钢。 受力如下图 : 验算： )(21 F=180N 0010( 2 232 所以合适 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 承的选择 因为上轴承只受径向，下轴承受轴向力和径向力，所以选用圆锥滚子轴承，按机械零件手册表 91（ 97 7304E， d=20mm 3 1 .5 k e=承的校核 因为此处轴承做低速的摆动，所以其失效形式是，接触应力过大，产生永久性的过大的凹坑（即材料发生了不允许的永久变形），按轴 承静载能力选择的公式为： 机械设计 13 000 其中0决于轴承的使用条件。按机械设计表 3摆动运动轴承 ,冲击及不均匀载荷 , 上轴承受纯径向载荷 , )(所以 )( 8 因此 轴承合适 . 下轴承受径向和轴向载荷 , X 值按机械设计表 13 5查取 因为 21 80 所以 10 2000 所以 )( 4 因此轴承合适 小轴承受力很小，所以不用教核 承摩擦力矩的计算： 如果 10C 为基本额定动载荷， P 为所受当量动载荷），可按机械设计手册第二版 (式 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 估算 其中 : 为滚动轴承摩擦因数， 查表机械设计手册第二版 表 所以也可以用此公式估算 所以 ).( 查表机械设计手册第二版 表 ， 1015 018 027 00 0 所以也可以用此公式估算 所以 ).( )0 0 2 3 0 1 8 总 取 动选择 因为所需驱动力小，精度要求不很高，所以选择控制方便，输出转角无长期积累误差的步进电机。 步进电机的选择：步距角要小，要满足最大静转矩，因为转速低不考虑矩频特性，按机电综 合设计指导表 2 选 45，其主要参数如下： 步矩角 压 27伏，最大静转矩 量 径 45度 58径 4 精度验证 : )(10)(6 0 00 能够满足精度要求， 为了提高精度，采用一级齿轮传动 312 z 的齿数为 20， 2z 的齿数为 70。 按机械原理表 8 m=1，取 020 则 )(2012011 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - )(7017022 )(111* ( * 齿轮宽度计算： 按机械设计表 10柱齿轮的齿宽度系数d两支承相对小齿轮作对称布置取 处取 1 则 012011 为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减少，要适当加宽，所以取 24 5 章 大臂的设计计算 构的设计 把大臂的截面设计成工字钢形式，这样抗弯系数大，使截面面积小，从而减轻小臂重量，使其经济、轻巧。 选 14 号工字钢。理论重 40, 6 . 8 9 0 k g / m 3 ,小臂长为 700 较核： 6 7 N） 取 140N 其受力如图 : F=75+105+140=320（ N） ).(75)052)2()( 2大臂21小臂210 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - M P 0(2 按材料力学公式 其中 Q 为所受的力。 所以 M P 020 33 所以选 10号工字钢合适。 轴的设计计算 轴的直径取 20料为 45号钢。 其受力如下图 : 验算： )(2 0 011014 21 F=320N M P 0010( 0 0 1 2321 所以合适 大轴轴承的选择：因为上轴承只受径向，下轴承受轴向力和径向力，所以选用圆锥滚子轴承，按机械零件手册表 91（ 97 7304E， d=20mm 3 1 .5 k e=承的校核 因为此处轴承做低速的摆动，所以其失效形式是，接触应力过大，产生永久性的过大的凹坑（即材料发生了不允许的永久变形），按轴承静载能力选择的公式为： 机械设计 13 000 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 23 - 其中0决于轴承的使用条件。按机械设计表 3摆动运动轴承 ,冲击及不均匀载荷 , 上轴承受纯径向载荷 , )(200110 所以 )( 0 0 1000 因此轴承合适 . 下轴承受径向和轴向载荷 , X 值按机械设计表 13 5查取 因为 所以 10 0 0 1000 所以 )( 0 0 1000 因此轴承合适 小轴承受力很小，所以不用教核 承摩擦力矩的计算 如果 10C 为基本额定动 载荷， P 为所受当量动载荷），可按机械设计手册第二版 (式 : 估算 其中 : 为滚动轴承摩擦因数， 查表机械设计手册第二版 表 ， 所以也可以用此公式估算 所以 ).( 查表机械设计手册第二版 表 ， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 24 - 所以也可以用此公式估算 所以 ).(0 0 4 1 ) 6 0 7 4 0 2 0 1 总 取 服系统的选择 因为所需驱动力小，精度要求不很高，所以选择控制方便，输出转角无长期积累误差的步进电机。 步进电机的选择：步距角要小，要满足最大静转矩，因为转速低不考虑矩频特性，按机电综合设计指导表 2 选 45，其主要参数如下： 步矩角 压 27伏，最大静转矩 量 径 45度 58径 4 精度验证 : )(10)(0 3 2 1 4 0 00 所以不能满足精度要求 ,不能直接传动 ,要变速机构 在此选用直齿圆柱齿轮 为了提高精度，采用一级齿轮传动 312 z 的齿数为 20， 2z 的齿数为 70。 按机械原理表 8 m=1，取 020 则 )(2012011 )(7017022 )(111* ( * 齿轮宽度计算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 25 - 按机械设计表 10柱齿轮的齿宽度系数d两支承相对小齿轮作对称布置取 处取 1 则 012011 为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减少，要适当加宽，所以取 24 6 章 机身的设计 机身是支承臂部的部件，升降，回转和俯仰运动机构等都可以装在机身上。 计时注意的问题 (1) 要有足够的刚度和稳定性。 (2) 运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，否则可能产生卡死现象；一般要有导向装置。 (3)结构布置要合理，便于装修。 于此设计要求为三个自由度，所以此处无运动要求，只用来支承。只要刚度能满足就行了，高度可根据自动线的高低确定。 翻译 . of so or 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 26 - as in to is of of to O2 of 5% by 008 to 995, in in a of DI of of by of or of of to of in in 2. T T in of MT in of on 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 27 - s of an is as be in by an is of in of to a in an of is a a VT is by is is a of in to 3. . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 28 - . . is . . . . of of is to of in or . . of . . is to as a or . in . a by as 目前的传动系概念 1 发动机的发展 汽油和柴油发动机是目前主要的 驱动元件，混合驱动和燃料电池仍处于设计开发阶段尚未占领市场。新型的喷射技术，如共轨泵喷射，通常被应用于柴油发动机。它大幅度降低了油耗并由于提高了发动机的转矩和性能改善了动态传动特买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 29 - 性。 目前多点直接喷射广泛应用于汽油发动机。为了满足苛刻的排放法规，欧洲议会和欧洲汽车工业协会要求在 2008年将新注册的轿车的 995年水平上降低 25%，这需要在近几年内明显降低车辆的能耗和排放，这导致了汽油发动机用传动系的多样化。直接喷射系统将通过减少排量，发动机增压、机电一体化或机械式阀门配气机构系统及他们的组 合占领部分市场。采用分层进气或容积效率控制的汽油机多气门技术和是发动机工作在高效率区的负荷循环换挡概念将是全分离节气门汽油发动机今后几十年的两大主要技术。 小型化和发动机增压技术在未来几年内将明显提高发动机最大转矩的水平。 2 变速器类型 手动变速器（ 自动变速器（ 目前变速器市场的主要产品，几年前市场上开始出现机械自动变速器（ 无级变速器（ 但它们仅占有极小的市场份额。 手动变速器便宜，体积较小、并且圆柱齿轮组的效率很高，能耗主要取决于驾驶员的换挡技术和车辆形式。 自动 变速器的舒适性体现在自动换挡和离合器的自动工作上，教多的挡位及相应增加的间距也改善了舒适性，效率高、重量合适和成本底是该类变速器生存的要点。 换挡时存在的牵引力中断现象对舒适性有影响，将来的 两根对立变速器输入轴的双离合器动力换挡变速器是 在