注塑机取件机械手结构设计【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 - 第一章 绪论 在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产的重要办法。大除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。 机械手是一种模拟人手动作操作的自动机械。注塑机专用机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，根据所编写的程序对相应的工件进行夹取的自动化生产装备。注塑机机械手是专门 为注塑生产自动化产业配备的自动化机械，它可以在减轻工人们的体力劳动，改善劳动环境和生产安全；提高企业的生产效率、生产出高质量、低废品率、低生产成本的产品、同时也增强了企业的竞争力。改革开放以后，我国工业迅速发展，工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 械手国内 外的发展趋势 械手国外发展趋势 (1)工业机器人性能不断提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修 )，而单机价格不断下降，平均单机价格从 1991 年的 美元降至 97年的 65 万美元。 (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器人整机 ;国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于 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)机器人中的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、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、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)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人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器 人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从 1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 械手国内发展趋势 我国的工业机器人从 80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计 技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人 ;其中有 130 多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线 (站 )上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如 :可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距 ;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前 我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程 863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人， 6000m 水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种 :在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基 础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。 随着工业化程度的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。 就目前来看，总的来说 现代工业机器人有以下几个发展趋势： (1)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - (2)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合； (3)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问 题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳 动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。 用机械手的意义 在机械工业中，机械手的应用具有以下意义： （ 1）可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 （ 2）可以改善劳动条件、部分的代替人工操作 在高 温、 高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 （ 3）可以减少人力，便于有节奏的生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产 线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 械手的特点 总的来说，注塑机专用机械手满足了社会生产的需要，其主要特点是： (1) 对环境适应性强，能代替人从事危险、有害的操作在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等环境中胜任工作。 为了谋求操作安全和彻底防止公害，在工伤事故多的工种，如冲压、压铸、热处理、锻造、喷漆 以及有强烈紫外线照射的电弧焊等作业中，推广工业机械手或工业机械人。 (2) 机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。人在连续工作几个小时后，总会感到疲劳或厌倦，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间的单调重复劳动。 (3) 由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品质量，同时又可避免人为的操作错误 (4) 机械手特别是 专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置 专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点。 (5) 采用机械手能明显地提高劳动生产率和降低成本 械手的工作原理 机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在 用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整， 从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 . 械手的组成 机械手的组成部分的相互关系如图 示。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 图 各组成部分的相互之间的关系 行机构 机械手的执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 （ 1）手部 即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本本次设计所采用的手部形式为夹持式手部结构。夹持式手部由手指 (或手爪 )和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件 ，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位 (是外廓或是内孔 )和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、 手指有外夹式和内撑式 ;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有 :滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮 齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。 （ 2）手腕 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位 (即姿势 )为了使机械手的专用性更强，把机械手的手部结构设计成固定结构。此次设计的手腕具有一个自由度即手腕回转运动。 （ 3）手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置 如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等 )与驱动源 (如液压、气压或电机等 )相配合，以实现手臂的各种运动。按 照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩运动、手臂的升降运动和手臂回转运动。手臂的伸缩运动是通过手臂伸缩气缸来驱动的，手臂升降运动是通过手臂升降气缸来驱动的，手臂回转运动是通过手臂回转气缸驱动的。 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。导向装置结构形式，常用的有 :单圆柱、双圆柱、四圆柱和 尾槽等导向型式。 （ 4）立柱 立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降 (或俯仰 )运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。 （ 5）行走机构 当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。 （ 6）机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于 机座上，故起支撑和连接的作用。 动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有气压驱动、液压驱动、机械驱动和电机驱动。本次设计采用气压驱动。 制系统 控制系统指机械手的指挥系统，用来控制动作的顺序、位置、时间、速度和加速度。目前工业机械手的控制系统一般由电气定位系统和程序控制系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按照所编写的程序运动，并记忆编写者给予机械手运动的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，另外可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置 . 械手的分类 工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 : （ 1）专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无单独的控制系统的机械装置。它从属于某种生产线或者机器用以操作某一工具或自动传送工件。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。这种机械手成本较低，结构简单，适用于动作简单的大批量生产场合。 （ 2）通用机械手它是一种具有可变程序、单独驱动的控制系统、动作灵活多样的机械手，不从属于某种机器。其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立 的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种 :简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制 :可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般属于数字控制类型。 驱动方式分 （ 1）液压驱动动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油 的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 （ 2）气压驱动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是 :介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的 环境中进行工作。 （ 3）机械驱动机械手即由机械传动机构 (如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等 )驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。 （ 4）电力驱动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 控 制方式分 （ 1）点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。 （ 2）连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 第二章 注塑机取件机械手总体设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 第三章 气压驱动系统设计 气动机械手由操作机 (机械本体 )、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。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。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并 不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备 给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率 :可以减轻劳动 强度、保证产品质量、实现安全生产 ;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用 用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性 较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾 就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是 :充分分析作业对象 (工件 )的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件 ;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求 ;尽量选用定型的标准组件，简化设计 制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制 . 由于气压驱动气源容易获得，无污染， ,因此本设计确定选用气压驱动。 动技术的发展历史 气压传动的应用历史非常悠久。早在公元前，埃及人就开始利用风箱产生压缩空气买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 用于助燃，后来人们懂得用空气作为工作介质传递动力做功，如古代利用风力推动风车、带动水车提水灌溉、利用风能航海。从十八世纪产业革命开始，气压传动逐渐被应用于各类行业中，如矿山用的风钻，火车的刹车装置、汽车的自动开关门等。而气压传动应用于一般工业中的 自动化、省力化则是近些年的事情。目前世界各国都把气压传动作为一种低成本的工业自动化手段应用于工业化领域。目前气压传动元件的发展速度已经超过液压元件，气压传动已成为一个独立的专门技术领域。 国气动技术的发展历史与现状 经过改革开放，我国工业化水平越来越高，伴随着工业化的发展我国的气动技术也有了很大的发展，虽然我国气动技术技术水平和规模越来越大，但是与国际先进水平相比，差距甚大。产品性能和质量水平的差距也很大。由于气动技术越来越多地应用于各行业的自动装配和自动加工小件、特殊物品的设备上，原有传统的气 动元件性能正在不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气动元件的品种日益增加，我国气动发展趋势主要有以下几个方面： （ 1）体积更小，重量更轻，功耗更低。 （ 2）执行元件的定位精度提高，刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便。 （ 3）多功能化，复合化 应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。 （ 4）与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化。 （ 5） 向高速、高频、高响应、高寿命方向发展。 动技术的应用 （ 1） 在机械工业中，如组合机床的程序控制 、轴承的加工、零件的检测、汽车、农机等生产线上已得到广泛应用 。 （ 2） 在冶金工业中，金属的冶炼、烧结、冷轧、热轧及打捆、包装等已有大量应用。一个现代化钢铁厂生产中气缸主要需 3000个左右 。 （ 3） 在轻工、纺织、食品工业中，缝纫机、自行车、手表、电视机、纺织机械、洗衣机、食品加工等生产线上已得到广泛的应用 。 （ 4） 在化工、纺织工业中，对于化工原料的输送、有害液体的灌装、炸药的包装、石油钻采等设备上已有大量应用 。 （ 5） 在交通运输中，列车的制动闸、车辆门窗的开闭，气垫船的自动控制装置等 。 （ 6） 在航空工业中，因 启动除能承受辐射、高温外还能承受大的加速度，所以在近代的飞机、火箭、导弹的控制装置中逐渐已被广泛地应用 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 气压传动在工业机械手中应用较多。它的压力一般在 4 6公斤 /厘米 2，个别达 810公斤 /厘米 2。臂力一般在 30公斤以下。高速机械手采用气压传动的比较多。 （ 1） 通过调节气量，实现无级变速。 （ 2） 由于压缩空气的粘性小，流速大（一般压缩空气在管路中的流速达 180米 /秒，而油路在管路中的流速常为 45米 /秒），因此，气压驱动的机械动作速度快。 （ 3） 压缩空气的粘度小 。 （ 4） 适应易爆、易燃等恶劣环境。结构、保养都简单，成本低。 （ 5） 空气泄露基本无害。 （ 6） 空气可以从大气中吸取。一般工厂都有压缩空气站，故动力获得方便，价格低廉，而且废气处理方便。 （ 7） 不用增度机构就能获得较高的运动速度，这正是简易型机械手的一项主要性能，使其可以适应各种快速自动搬运的工作。 向气动系统提供压缩空气的装置称为气源装置。气动系统各部分气动元件使用的压缩空气都是从气源装置获得的。气源装置的主体部分是空气压缩机，由空气压缩机产生的压缩空气，因为不可避免的含有过高的杂 质（灰尘、水分等），不能直接输入气动系统使用，还必须进行降温、除尘、除油、过滤等一系列处理后才能用在气动系统。这就需要在空气压缩机出口管路上安装一系列辅助元件，如冷却器、油水分离器、过滤器、干燥器等。此外，为了提高气动传动系统的工作性能，还需要用到其他辅助元件，如油雾器、转换器、消声器等。 （ 1） 气源装置 其主体部分是空气压缩机。它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。为了方便管理并向各用气点输送压缩空气，用气量较大的厂矿企业都专门建立压缩空气站。本次设计所采用的起源装置为空气压 缩机。 （ 2） 控制元件 控制元件是用来控制压缩空气压力、流量和流动方向等，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。如各种压力阀、流量阀、方向阀、逻辑元件、射流元件和行程阀、传感器等。 （ 3） 执行元件 执行元件是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体的压力能转变为机械能的能量转换装置。直接做直线运动的是气缸、做回转运动的为摆动缸、气马达等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - （ 4） 辅助元件 辅助元件是使空气净化、润滑、消声以及用于元件间连接等所需要的装置。如分水滤气器、油雾器、消声器及管件等。 （ 5） 工作介质 工作介质即传动气体，为 压缩空气。气压系统是通过压缩空气实现运动和动力传递的。 源装置 力源 此次设计的动力源为空气压缩机，作用是空给气压系统所需的压缩空气。 气压缩机 空气压缩机是产生和输送压缩空气的装置。它将机械能转化为气体的压力能。按其工作原理的不同可分为容积式和动力式两类。在气压传动系统中，一般都采用容积式空气压缩机。一般气压驱动系统的工作压力为 积式压缩机选择 空气压缩机的选用应以气压传动系统所需要的工作压力和流量两个参数为依据。一般气 动系统需要的工作压力为 此选用额定排气压力为 1低压空气压缩机。此外还有中压空气压缩机，额定排气压力 1压空气压缩机，额定排气压力为 10高压空气压缩机，额定排气压力为 100出流量要根据整个气动系统对压缩空气的需要，再加一定的备用余量，作为选择空气压缩机流量的依据。一般空气压缩机按流量可分为微型（流量小于 1 m3/小型（流量在 1 10 m3/中型（流量在 10 100 m3/大型（流量大于 100 m3/ 如 表 示，此次设计选择的是上海第二压缩机厂生产的容积式压缩机型号为动机气缸直径为 9 表 参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 额定排气量 额定排气压力 电动机功率 额定转速 噪声 压缩机重量 机组总重量 机组外形尺寸 400r/00201由空气压缩机输出的压缩空气，虽然能够满足一定的压力和流量的要求，但不能直接被气动装置使用，因为一般气动设备所使用的空气压缩机都是属于工作压力较低（小于 1用油润滑的活塞式空气压缩机。它从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气温度升高到 140 170，这时压缩机气缸里的润滑油也部分地成为气态。这样油分、水分以及灰尘变形成混合的胶体微雾及杂质，混合在压缩空气中，会带来以下 问题。 （ 1）油气聚集在储气罐内，形成易燃物，同时油分被高温汽化后，形成有机酸，对金属设备有腐蚀作用。 （ 2） 水、油、灰尘的混合物沉积在管道内，使管道面积减小，增大气流阻力，造成管道堵塞。 （ 3） 在冰冻季节，水汽凝结使附件因冻结而损坏。 （ 4） 灰尘等杂质对运动部件产生研磨作用，泄漏增加，影响它们的使用寿命。 因此，必须设置一些除油、除水、除尘并使压缩空气干燥的气源净化处理辅助设备，提高压缩空气质量。净化设备一般包括后冷却器、油水分离器、干燥器、分水滤气器和储气罐 。 冷却器 冷却器一般安装在空气压缩机的出口管路上。其作用是把空气压缩机排出的压缩空气的温度由 140 170降至 40 50，使得其中大部分的水、油转化成液态，以便排出 。 本次设计选用 水冷换热器。 水分离器 油水分离器的作用是将从后冷却器降温析出的水滴、油滴等杂质从压缩空气中分离买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 出来 使压缩空气 在进入气动回路之前 能得到初步 净化。其结构形式有环行回转式、撞击挡板式、离心旋转式和水浴式等 。 气罐 储气罐的作用是消除压力波动，保证供气的连续性、稳定性；储存一定数量的压缩空气以备应急时使用，同时，进一步分离空气中的油分、水分。 燥器 干燥器的作用是进一步除去压缩空气中的水、油和灰尘。其方法主要有吸附法和冷冻法。吸附法是利用具有吸附性能的吸附剂吸附压缩空气中的水分而使其达到干燥的目的。冷冻法是利用制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出所含的多余水分，从而达到所需要的干燥度。 水滤气器 作用是滤除压缩空气中的杂质微粒，达到气压传动系统所需要要求净化的程度。 工作原理 ： 压缩空气经叶子或旋风分水器进入滤杯的内壁产生旋转，使混入空气中较大的水滴、油滴 、固体杂质受离心力作用而分离。空气再经过滤芯将残余的杂质去掉。靠手动（或自动）可将水分中的杂质经过放水阀放掉。 水滤气器型号选择 如表 技术参数 最大输出压力 1称输出压力 滤精度 50 70 m 雾器及其选择 如表 作用是使润滑油雾化后，随压缩空气一起进入需要润滑的部件，达到润滑的目的此次所选用的油雾器型号为 表 技术参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 介质及环境温度 5 60 最大输出压力 作压力 停气注油压力 100万次 声器 在大多情况下，气压传动系统用后的压缩空气直接排入大气。这样因气体排出执行元件后，压缩空气的体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。排气的速度越快、功率越大、噪声也越大，一般可达 100 120 种噪声使工作环 境恶化，危害人体健康。一般来说。噪声高于 85 此可在换向阀的排气口安装消声器来降低排气噪声。 液转换器 在气动系统中，为了获得较平稳的速度，常用到气液阻尼缸或用液压缸作执行元件，这就需要用气液转换器把气压信号转换成液压信号。 气液转换器主要有两种，一种是直接作用式，另一种是换向阀式。 缸与气缸马达 缸 气缸是用于实现直线运动并做功的元件。其结构、形状有多种形式，分类方法也很多，常用的有以下几种： 按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为单 作用气缸和双作用气缸。单作用气缸只有一个方向的运动是靠气压传动，活塞的复位是靠弹簧力或重力；双作用气缸的往返全都靠压缩空气来完成。 按结构特点可分为活塞式气缸、叶片式气缸、薄膜式气缸和气液阻尼缸等。 按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式。 按气缸的功能可分为普通气缸和特殊气缸。普通气缸主要指活塞式单作用气缸和双作用气缸。 特殊气缸包括气液阻尼缸、薄膜式气缸、冲击式气缸、增压气缸、步进气缸和回转气缸等。 缸马达 气压马达是把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置。其 作用相当于买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 电动机或者液压马达。气压马达输出转矩，带动被动机构作旋转运动。最常用的气压马达有叶片式、活塞式和薄膜式三种。本次设计的机械手手腕回转气缸采用的是双叶片式回转气缸。气缸马达有如下特点： 工作安全，可以在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、灰尘等恶劣环境和气候下工作，同时不受高温、振动、地理条件的影响。 具有过载保护作用，可长时间满载工作，而温升较小，过载时马达只是降低转速或停车，当过载解除后，立即可重新正常运转。 可以实现无级调速，通过调节、控制节流阀的开度来控制进入气压马达的压缩空气的流量， 就能无级调节马达的转速。 具有较高的启动转矩，启动、停止迅速。 功率范围及转速范围均较宽，功率小至数百瓦，大的可以有几万瓦，转速可以从每分钟几转到上万转。 结构简单、操纵方便，正、反方向都能旋转，维修容易、成本低。 气压马达的主要缺点是速度稳定性较差，相比液压传动来讲输出功率小、耗气量大、效率低、噪声大。 气动系统的管路系统的布置要合理、安全、优化、经济，这几个方面有时互相间有一定矛盾，因此，要根据主要问题作出合理的取舍。 管路系统的布置原则： （ 1）按照 供气压力考虑 在实际应用中，如果只有一种压力要求，则只需设计一种管道供气系统。如有多种压力要求，则其供气方式有以下三种： 多种压力管道供气系统。多种压力管道供气系统适用于气动设备有多种压力要求，且用气量都比较大的情况。应根据供气压力大小和使用设备的位置，设计几种不同压力的管道供气系统。 降压管道供气系统。降压管道供气系统适用于气动设备有多种压力要求，但用气量都不大的情况。应根据最高供气压力设计管道供气系统，气动装置需要的低压，利用减压阀降压来得到。 管道供气与瓶装供气相结合的供气系统。管道供气与 瓶装供气相结合的供气系统适用于大多数气动装置都使用低压空气，而部分气动装置需要高压空气，但用气量不大的情况。应根据对低压空气的要求设计管道供气系统，而气量不大的高压空气采用气瓶供气方式来解决。 （ 2）按供气的空气质量考虑 根据各气动装置对于空气质量的不同要求，分别设计成一般供气系统和清洁供气系统。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 若一般供气量不大，为了减少投资，可用清洁供气代替；若清洁供气系统的用气量不大，可单独设置小型净化干燥装置来解决。 （ 3）按供气可靠性和经济性考虑 单树枝状管网供气系统。 单环状管网供气系统。 双树枝状管网供气系统。 在气动系统中，控制阀是控制和调节压缩空气的压力、流量和方向的气动控制元件。其作用是保证执行元件（如气缸、气马达）的启动、进退、停止、变速、换向或实现顺序动作等。 控制阀按照其作用和功能可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。 向控制阀 在气压系统中，控制执行元件启动、停止、改变运动方向的元件叫方向控制阀 6。方向控制阀的作用是改变压缩空气的流动方向和气流的通断。如图 6 图 向控制阀 类型 力控制阀 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 在气动系统中，压力控制阀是调节和控制气体压力大小的控制阀，一般常用的有减压阀、溢流阀和顺序阀。 (1)减压阀 减压阀分定值、定差和定比减压阀三种，此次设计的减压阀是定值减压阀。其作用是将压力减到每台装置所需要的压力值，并且保证减压后的压力值维持稳定。对减压阀的要求是：出口压力维持恒定，不受进口压力的影响。 (2)溢流阀 溢流阀的作用是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压、调压或限压作用。此次设计所选用的溢流阀型号为 对溢流阀 的主要要求是：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。 如图 图 压力控制阀类型 减压阀的功用： 气动不同于液压，液压是每台装置上大都自带液压源（液 压泵）。而在气动系统中，一般都有是由空气压缩机先将空气压缩，贮存在贮气罐内，然后经管输送给气动装置使用，而贮气罐内的高压空气其压力波动也较大，需用减压阀将其压力减到每台装置需要的压力，并保证减压后压力值稳定。 量控制阀 流量控制是通过改变阀的流通面积来实现流量（或流速）控制的 元件。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。 节流阀：是通过改变阀的流通截面积来调节流量的。对节流阀调节特性要求是调节买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 流量范围大，阀开度小时流量调节作用要小，阀杆的位移与通过的流量成线形关系，调节精度要高。阀芯节流部分的形状，对节流阀的调节特性影响大。 单向节流阀：是由单向阀和节流阀并联而成的组合式控制阀。 排气消声阀：排气消声节流阀是装在执行元件的排气口处，调节排入大气中的气体流量的一种控制。排气节流阀不光能调整执行元件的运动速度，因其常有消声器件，所以也起减少排气噪声的作用。 根据气路原理选用 气压控制换向阀 气压控制是以气压变动力切换主阀，和回路换向或开闭的控制。 气压控制适用于易燃、易爆、潮湿和粉尘多的场合、操作安全可靠。 按 作用原理气控换向阀可分为加压控制、卸压控制、差压控制三大类型。 加压控制换向阀：加压控制是给阀开闭件以逐渐增加的压力值，而使阀换向的一种控制方式。 卸压控制换向阀：卸压控制是给阀开闭件以逐渐减少的压力值，而使阀换向的一种控制方式。 差压控制换向阀：差压控制是利用控制气压作用在阀芯两端不同面积上产生的压力差，来使阀换向的 一种控制方式。 磁控制换向阀 这种阀是利用电磁力的作用来实现阀的切换以控制气流的流动方向，电磁换向阀分为直动式和先导式两种。 直动式电磁换向阀：由电磁铁直接推动阀芯换向的形式成为直动式电磁换向阀。 先导式电磁换向阀：由电磁铁首先控制磁路，产生先导压力，再由先导压力去推动主阀阀芯，使其换向。 直动式电磁阀是由电磁铁直接推动阀芯移动的，当阀退径较大时用直动式结构所需要电磁铁体积和电力消耗必然加大，为克服此弱点可采用先导式结构。根据设计要求及气路原理选用型号为 位五通双电控先导式 换向阀。 间控制换向阀 时间控制换向阀是使气流通过气阻、气容等延迟一定时间再使阀芯切换的阀类。时间换向阀包括有延时阀和脉冲阀。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - 选择控制阀应考虑以下因素 （ 1）根据用途选择阀。如需控制流量、压力、方向应分别选择流量、压力、方向控制阀，在选择方向阀时应考虑阀的机能和控制任务的一致性： （ 2）根据使用条件，环境要求选择技术规格与其相适应的阀。如工作压力范围、电源条件环境温度、粉尘等； （ 3）根据所需流量确定阀的通径； （ 4）根据使用条件、使用要求选择阀的结构形式。如 密封是主要的应选择软质密封形式，如要求换向力小，具有记忆性能应选择滑阀。若过滤条件较差可选择截止阀； （ 5）尽量减少阀的种类并采用标准阀和通用阀 压系统设计 压传动系统工作原理图 图 械手的气压传动系统工作原理图，它的气源是由空气压缩机（排气压力大于 过快速换头进入储气罐，经过水过滤器、调压阀、油雾，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。 图 动原理图 压传动的工作原理 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - 工作原理：气压通过 电磁阀的转换而使压力气体进入气缸的不同腔来完成顺序动作。机械手的全部动作由气缸驱动。其中手臂升降、手臂回转、手腕回转、手臂伸缩、气爪夹紧、放松分别由双线圈两位电磁阀控