选刀机械手设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本科毕业论文 题 目： 选刀机械手 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1103 学生姓名： 王俊朝 指导教师： 侯志敏 论文提交日期： 2015 年 5 月 25 日 论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 毕业设计（论文）任务书 机械设计制造及其自动化专业 机制 1103 学生：王俊朝 毕业设计（论文）题目： 选刀机械手 毕业设计（论文）内容： 括原理介绍，结构尺寸计算及校核。设计计算说明书统一用 ，标准格式。正文不少于20 页； 2图纸折合成 不少于 3 张（必须有总装图）； 毕业设计（论文）专题部分： 起止时间： 2014 年 12 月 8 日 2015 年 6 月 5 日 指导教师： 侯志敏 2015 年 5 月 25 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 摘要 在现在的制造业当中，有很大一部分都是从国外引进的机械加工设备，比如，有一些数控机床等。还有一些事吧好多机床一起结合起来的加工中心，这样就可以代替以前的劳动力制造，在减少工作强度，加快工作进度方面有了显著的提高，但是吧，由于这些设备大部分是在国外引进的，所以说一般价格都是比较的昂贵的，所以这不得不促使在国内涌现出一批设计人员，来实现提高效率减少劳动力的目的，类似与这种设计，在现在国内是特备的受到制造业老板和大批制造业人员的欢迎的。 因此，我联想到是不是可 以在普通的机床上面装上一个上料的机械手，这样至少在理论上是可以节省很多时间的，既可以减少工人的劳动强度，又可以加快工作的进度。这都是因为机械手是一种模仿人体运动的一种机械设备，是可以按照事先设计好的运动轨迹进行工作的一种自动化的机械设备，对于工业的发展起到了重要的作用，机械手之所以如此的受到欢迎，也是因为其具有这些强大的功能。 随着工业的发展，良好的机械手工具是大势所趋，这样可以提高效率，还可以减少劳动强度，可以较多的避免工人从事单一劳动产生厌倦，促使工人的工作积极性增加，而且，机械手还可以在工作环境恶劣的 情况下进行，比如超低温，超高温，深水，等一些环境不好的地方进行工作，所以对比与人工的优越性，机械手在以后的发展中是具有良好的优越性，并且是有良好的发展前景的。 关 键 词 : 机 械 手 ; 自动化 ; 劳动强度 ; 效率 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 下载文档就送 纸全套 14951605 或 1304139763 n NC of in In NC of so of is so in of to of is I by a of on to is a of of it be to or of of of an by of in if is of is In it be in on 目 录 第一章引言 . 1 行机构 . 1 械手的系统工作原理及组成 . 1 部 . 2 腕手臂 . 2 柱 . 2 走机构 . 2 第二章液压缸 . 3 压缸的选定 . 3 活塞液压缸缸筒内径的计算 . 3 筒壁厚的计算 . 3 筒壁厚的验算 . 4 压缸活塞杆的确定及校核 . 6 压缸其它元件的确定 . 7 盖的材料 . 7 塞的材料 . 7 封圈的选择 . 7 口接头的确定 . 7 第三章摆动缸的选定 . 9 接部分的设计 . 9 接部分材料的选定与连接方法 . 10 第四章支小臂液压缸的确定 . 11 小臂液压缸的摆动角度确定 . 11 小臂缸的受力分析 . 11 压缸的活塞杆的确定 . 12 压缸内径的确定 . 12 压缸缸筒壁厚的计算 . 13 筒壁厚的验算 . 13 塞杆的最大行程 . 15 筒与端部焊接 . 16 盖螺钉的计算 . 16 压缸其它元件的确定 . 17 盖的材料 . 17 塞的材料 . 17 封圈的选择 . 17 接头的确定由公式 . 17 第五章大臂回转缸的设计 . 19 转缸的受力分析及内径的确定 . 19 片螺钉的选择 . 20 盖螺钉的计算 . 21 转缸的其它元件 . 22 第六章底座的设计 . 24 座材料及尺寸的选定 . 24 板螺栓的确定 . 24 翻转力矩的螺栓组连接 . 25 盖螺钉的计算 . 25 第七章液压系统传动方案的确定 . 27 液压缸的换向回路 . 27 速方案 . 27 第八章液压系统原理图 . 28 总结 . 30 参考文献 . 32 致谢 . 33 1 第一章引言 工业机械手 一共分三大部分组成， 主要由执行机构、驱动机构、和控制 系 统 行机构 机械手一般都是分成三各部分，机械手部，手臂，躯干。手部一般都是安装在手臂前面的用来模仿正常人的手指的动作。手臂又可以分为有关节臂和无关节臂，主要是用来控制控制系统的。 控制系统是用来支配机械手按指定好的要求就行工作的系统，现在工业的机械手一般都是由程序控制系通过还有 电器定位系统两者组成的。 控制系统有电气控制、射流控制两种，它 主要是 支配着机械手 按照 规定的程序进行运动，并 对此 记忆给予机械手的指令信息 (比 如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 )， 与此 同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令， 有时候还可以对机械手动作进行监视，如果系统出现错误的时候还有进行报错，提示错误的警告。 械手的系统工作原理及组成 通过我的仔细分析，结合实际的操作手册，我觉得机械手的工作原理应该是如下图所示： 图 械手的组成方框图 2 部 机械手的手部就是指的是与工件接触的地方，可以分成两个部分，支持式，吸附式。 支持式是由手指和传力机构组成的，手指与工件时直接接触的构件，常用的手指运动有会转型和平移型，但是回转性的结构更加简单，制造更加的容容易，所以在运用的范围上更加的广泛，另外的一种在运用上就要相对的较少了。他更加的适合于在直径范围更大的地方。 腕手臂 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 )。 手臂是 导向装置结构形式，常用的有 :单圆柱、双圆柱、四圆柱和 V 形槽、燕尾槽等导向型式。 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 以 作横向移动，即称为可移式立柱。 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 装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章液压缸 3 第二章液压缸 压缸的选定 活塞液压缸缸 筒内径的计算 液 压缸的负载推力，液压缸的理论输出力 P 可按下式计算： 需 (2式中： 活塞的实际作用力 N ； 负载力，一般取 t 液压缸的总效力，一般取 1 0 9 7 . 7 8 1 9 8 8 . 7 30 . 6 0 . 9 2 需查得液压缸的工作压力，初选 由公式 364 4 1 9 8 8 . 7 31 0 3 1 . 8 32 . 5 1 0m 选用标准液压缸内径 D =40 筒壁厚的计算 初定 ， 则按下式计算 m a xm a 4 12 1 . 3；p 缸筒材料的许用应力； 而 bp n 由于缸筒的材料 是有专业的要求。必须拥有 足够的强度和冲击韧性，沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章液压缸 4 所以我 选用 了 45#钢： 知 610b ； 查得安全系数 12n ， 则得 610 5 0 . 812bp n ； 查得.5 已选取 则选定 m a x 1 . 5 2 . 5 3 . 7 5P M P a m a xm a 4 4 0 5 0 . 8 0 . 4 3 . 7 51 1 1 . 3 42 1 . 3 2 5 0 . 8 1 . 3 3 . 7 5 初选 6 ，则 52D 。 故 6 0 . 1 1 5 4 ( 0 . 0 8 0 . 3 )40D ，由表 17 6 8 查 得 m a xm a 7 5 4 0 1 . 4 22 . 3 3 2 . 3 5 0 . 8 3 3 . 7 5 则知初选壁厚成立。 选标准液压缸 54D ，则液压缸壁厚为 ( 5 4 4 0 ) 2 7 壁。 筒壁厚的验算 缸筒壁厚 额定工作压力 低于一定 的 极限值， 为了 保证安全 221210 . 3 5 (2s 缸筒材料的屈服强度； 1D 缸筒外径； D 缸筒内径； 故可得 2223 6 0 5 4 4 00 . 3 5 5 6 . 8 654n ； 则知 221212 . 5 0 . 3 5 p ； 为了避免缸筒在 进行 工作 中 发生塑性变形，液压缸的额定工作压力 应于塑性变形压 力有一定的比例范围 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章液压缸 5 12 .3 s s 缸筒发生塑性变形的压力； 0 . 3 5 0 . 4 2n r 而 1 542 . 3 l g 2 . 3 3 6 0 l g 1 0 7 . 940r L s D ， 则取m a x 108； 0 . 3 5 0 . 4 2 0 . 3 5 0 . 4 2 1 0 8 3 7 . 8 4 5 . 4n r M a ； 本液压缸最大工作压力为 故设计选择的壁厚符合要求。 缸筒的底部厚度计算 缸筒底部 一般都是 为平面， 所以 厚度 可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行 类 似计算。 1 0 . 4 3 3D 计算厚度处的直径； 12 . 50 . 4 3 3 0 . 4 3 3 4 0 3 . 8 45 0 . 8m m 故取 7 。 缸筒端部法兰 厚度的计算 34 10a L ； (2F 法兰在缸筒最大内压下所承受的轴向压力； 法兰外圆直径； 螺栓直径， 6Ld ； p 法兰材料的许用应力； b 缸筒外径到螺栓中线的距离； 初选定 0 , 12；选用 6M 的沉头螺钉 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章液压缸 6 2m a x 3 . 7 5 4 0 4 7 1 04F P A N 则 34 4 4 7 1 0 1 01 0 3 . 3 41 1 2 6 5 0 . 8a L m 为了防止油液的泄漏，两端内需装入 o 型密封圈，所以端盖向内凹处 厚度选为 7即整个端盖厚度为 14 压缸活塞杆的确定及校核 初步确定活塞杆直径 d 对于双作用单活塞杆的液压缸，其活塞杆直径 d ，可依据往复运动速度比 的要求初步按下式计算活塞杆直径 d 1 (2D 缸筒内径； 速度比 由表 17 6 3 3 查得 ； 1 . 3 3 14 0 1 9 . 91 . 3 3d m m ； 查表 17 6 2，圆整取标准值 20d ； 大体估计整个液压缸加上油液的重量约为 30N。 活塞杆强度的计算 62104； (2活塞杆在稳定工 况下，只受轴向推力或拉力 6261 9 8 8 . 7 3 1 0 6 . 3 32 0 1 04； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章液压缸 7 360 1203 （活塞杆选用 45#钢）； c 活塞杆材料的许用压应力 (； s 活塞杆材料的屈服点 (； n 安全系数，一般 。 故可知c，所以满足工作时的强度要求。 压缸其它元件的确定 盖的材料 缸盖本身又是活塞杆的导向套，故缸盖选用铸铁，拟定 200 塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（ 3 0 0 , 3 5 0H T H T ），球墨铸铁；故初步拟定为 300 封圈的选择 选用 O 形橡胶密封圈，由表 2 查得选用横截面为圆形，型号为 口接头的确定 油口孔大多数属于薄壁孔（指孔的长度与直径之比 的孔）。通过薄壁孔的流量按下式计算： 1222()Q C A P P C A P 3/ (2式中 C 流量系数，接头处大孔与小孔之比大于 7 时， 0 0 C ，小于 7 时， ； A 油孔的截面积， 2m ； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章液压缸 8 液压油的密度， 3/kg m ； 1P 油孔前腔压力， 2P 油孔后腔压力， P 油孔前后腔压力差， 推导可得式子： 4 . 6 ( )Qd m Q 液体的流量， / V 按推荐值选定，一般 3/V m s 。 2 6 4 30 . 0 1 4 0 1 0 0 . 1 2 5 6 1 0 / 0 . 7 5 3 6 / m i m s L 0 . 7 5 3 64 . 6 2 . 33d m m ；取标准值 3d 。 手部液压缸设计如下图： 图 2部液压缸 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章摆动缸的选定 9 第三 章 摆动缸的选定 手腕的转动部分由摆动缸来实现。由于手抓部位的活塞缸 4 0 , 5 4D m m D m m外，所以选定标准摆动缸轴径 30外径为 89 图 3动缸 接部分的设计 由于摆动缸的轴劲外凸无法直接连接于活塞杆上，设计一连接结构如下图所示： 图 3接部件 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章摆动缸的选定 10 接部分材料的选定与连接方法 初步选定此连接结构的材料为 摆动缸的轴与连接部分通过键连接，为防止所传递的转矩过大，故选择花键连接。根据实际情况选择标准花键 8 21 25 4 。 初步估计此摆动缸及连接装置重 50N ，为确保工作所需的供油量，计算长度为 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章支小臂液压缸的确定 11 第四章支小臂液压缸的确定 小臂液压缸的摆动角度确定 初步拟定大臂俯仰角度为 0 45 ，小臂俯仰角度的范围为 60 0 。 小臂缸的受力分析 由公式 M M M M 重推 惯 摩可求出推力 油缸输出的推力 推P 对小臂摆动中心 O 所产生的动力矩 ( ) 手臂偏重对中心 O 所产生的启动力矩 ( )； 手臂向上摆动的启动惯性力矩 ( )； 摩擦力矩 ( )； M G X G X G X G X G X 重 手 手物 物 缸 缸 臂 臂回 转 回 转 (4- 3 - 3- 3 - 31 0 0 ( 2 5 0 + 3 1 5 + 1 6 5 + 3 3 0 + 2 4 0 ) 1 0 + 8 0 ( 3 1 5 + 1 6 5 + 3 3 0 + 2 4 0 ) 1 0 +3 0 ( 1 6 5 + 3 3 0 + 2 4 0 ) 1 0 + 5 0 ( 3 3 0 + 2 4 0 ) 1 0 + 6 0 2 4 0 1 0 则得 0惯0J：参与摆动零件 (偏重 )对摆动中心的转动惯量 ( 2) ：手臂向上摆动的切向加速度， 拟定 36 (弧度 /秒 )， (启动时间 ) 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章支小臂液压缸的确定 12 臂臂回转回转缸缸手手物物惯(4 0 . 0 3 L c o 摩推； 2 7 8 . 9 7 9 5 1 . 1 3 0 . 0 3 P L c o 推推 L= 取 2 7 8 . 9 7 9 5 1 . 1 3 0 . 0 3 P L c o 330 压缸的确定及校核 压缸的活塞杆的确定 初选液压缸的工作压力为 316 360 1203 M P a 33 3 0 1 0 120W 可得 3 33m a 6 3 3 0 1 0 2 4 . 1 1120Md m m 得出 m m 选取标准值，选活塞杆直径为 32d . 压缸内径的确定 1 2 P a (43 2 3 26 6 . 60 . 4 9 81D m m 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章支小臂液压缸的确定 13 机械设计手册 17取标准值： 80D 压缸缸筒壁厚的计算 按壁厚有关公式确定： 0 . 41 . 3P 外 内 (4知已选 m a 3 1 . 3 1 . 5 2 . 5 4 . 9 M P a ； 5 0 P a ； 则： 5 0 . 8 0 . 4 4 . 98 0 8 7 . 1 85 0 . 8 1 . 3 4 . 9D外从 表（ 17 6 9）选取标准值： 95D 所选液压缸的壁厚为： 9 5 8 0 7 . 52 ，则 7 4 0 0 ，所以下面的壁厚计算公式： m a x m a x 3 . 7 5 8 0 2 . 8 42 . 3 3 2 . 3 5 0 . 8 3 3 . 7 5PD 故初选成立。 筒壁厚的验算 额定压力 20 . 3 5 2外 内2外（ 4 其中： 定工作压力； s：缸筒材料的屈服强度； 查表 17 360s M P a 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章支小臂液压缸的确定 14 2 2 223 6 0 9 5 8 00 . 3 5 0 . 3 5 3 6 . 6 495 P 2外 内2外则知符合 2 . 5 3 6 . 6 4 P a M P a12 . 3 l gr l s 筒发生完全塑性变形的压力。 ( 0 . 3 5 0 . 4 2 )n r D 952 . 3 l g 2 . 3 3 6 0 l g 6 1 . 7 980r l P 外内取 m a x 6 7 . 5 P a( 0 . 3 5 0 . 4 2 ) ( 0 . 3 5 0 . 4 2 ) 6 7 . 5 ( 2 3 . 6 2 8 . 3 2 )n r M P a 本液压缸最大工作压力为 故设计选择的壁厚可满足要求。 缸筒底部厚度计算 120 . 4 3 3(4其中： P ：缸筒内最大工作压力， m a x 2 M P a ； p：筒底材料许用应力， 5 0 . 8p M P a； 2D：计算厚度处的直径，取2 70D 122 . 50 . 4 3 3 0 . 4 3 3 7 0 6 . 7 35 0 . 8m m 工作压力 ； 取 8 。 缸筒端部法兰厚度计算。 34 10a l （ 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章支小臂液压缸的确定 15 式 中： F ：法兰在最大压力下所承受的轴向力； 兰外圆直径； 栓直径， 6ld b ：缸筒外径到螺栓中线的距离， 6b ； 选定螺栓为 以初选 0 , 120ar 2 6d 6 2 63 . 7 5 1 0 8 0 1 0 1 8 8 4 0 a xF p A 14 b 4 1 8 8 4 0 1 0h 6 . 4 3 m m( ) 1 2 0 6 5 0 . 8 。 为了防止油液的泄露两端盖内 必须 需要装入 O 型密封圈，所以盖内凹处厚度选用为8即整个端厚度为 16 塞杆的最大行程 由公式： 2 (4其中： 塞杆弯曲失稳临界压缩力 ()N ，k F ：活塞杆纵向压缩力 ()N ； 全系数，通常 6，取 5； E ：材料的弹性模数，钢材 522 . 1 1 0 /E N m m ； I ：活塞杆横截面积惯性矩 4 圆截面： 4 40 . 0 4 964由小臂俯仰角度为 60 0 ，液压缸安装时铰链焊接处为小臂 300与大臂沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章支小臂液压缸的确定 16 焊接处为 360小臂旋转 60 时， 活塞压缩到最小，此时，缸总长 435据余弦定理可得，最大行程为 220 筒与端部焊接 焊缝应力计算公式： 62211104 (4其中： F ：缸筒最大推力 N ； 1D：缸筒外径 1d：焊缝底径 b：焊缝材料的抗拉强度 n ：安全系数， 12n ； ：焊接效率， ； 取焊缝底径为 40 盖螺钉的计算 缸盖用受轴向载荷的螺钉组联接。 工作载荷（ N）： 24 Z （ Z 取 6） (4则 28 0 2 . 54 2 0 9 3 . 3 36 剩余预紧力； F； （对于有紧密性要求的联结） 1 . 6 2 0 9 3 . 3 3 3 3 4 9 . 3 3