毕业设计（论文）-基于汽车发动机缸体零件夹持机械手设计（全套图纸）

目 录 第一章绪论 . 1 1.1 汽车发动机缸体零件夹持机械手概述 1 1.2 汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成及作用 2 1.2.1 汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成 . 2 1.2.2 汽车发动机缸体零件夹持机械手的作用 . 2 第二章夹持机械手的对发动机缸体抓取设计 . 4 2.1 夹持机械手对发动机缸体抓取设计关键技术参数要求 4 2.2 汽车发动机缸体零件夹持机械手的传动方案设计 4 2.3 汽车发动机缸体零件夹持机械手的驱动气缸选择 5 2.3.1 气缸活塞的永久润滑系统 . 6 2.3.2 气缸设计特点 . 6 2.3.3 气缸的设计 . 7 2.4 汽车发动机缸体零件夹持机械手的导轨选择 9 2.5 汽车发动机缸体零件夹持机械手的齿轮齿条选择 10 2.5.1 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 . 10 2.5.2 按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸 . 10 2.5.3 按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸 . 13 2.5.4 几何尺寸计算 . 15 2.5.5 齿轮结构设计 . 15 2.5.6 齿轮传动的润滑方式 . 16 2.5.7 绘制齿轮零件图 . 16 第三章汽车发动机缸体零件夹持机械手对缸盖托板抓取设计 . 17 3.1 夹持机械手对缸盖托板抓取设计关键技术参数要求 17 3.2 夹持机械手对缸盖托板抓取传动方案设计 17 3.2.1 夹紧机械手的设计原则 . 17 3.2.2 夹紧力计算 . 18 3.2.3 夹紧装置的组成 . 19 3.3 汽车发动机缸体零件夹持机械手的真空吸盘选择 19 第四章基于 solidworks 夹持机械手的建模及装配 . 22 4.1 solidworks 软件建模与装配概述 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 运用 SolidWorks 软件进行零件设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3 运用 SolidWorks 软件进行零件装配 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第五章结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附 录 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 摘要摘要 本论文是结合目前实际生产中，常常发现仅用汽车发动机缸盖夹具 不能满足生产工作要求，用汽车发动机缸盖夹具装夹工件生产效率低、 劳动强大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计了 缸盖夹手，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体与 定位键的设计及加工精度等方面的分析。 本机器人缸盖夹具的工作原理是：由电机带动齿轮齿条机构，由齿 轮齿条的啮合装置带动直线导轨来回移动，直线导轨与运动机械手指、 气缸、法兰相连，从而实现整体机械手指的整体横向移动，调节机械手 指之间的距离，从而实现发动机缸盖的夹持工作。 本设计缸盖夹手有良好的工作性能，针对性强，主要用于缸盖的夹 持的操作。其具有夹紧力装置，具备现代夹具所要求的高效化和精密化 的特点，可以有效的减少工缸盖夹持的基本时间和辅助时间，大大提高 了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。 缸盖夹手具有提高生产率、扩大工艺范围、减轻工人劳动强度以及保证 生产安全等特点。因此，对夹具知识的认识和学习以及设计新式的适合 实际生产的夹具在今天显得尤为重要起来。 关键词：关键词：汽车发动机;缸盖;夹具; Abstract In this paper is combined with the actual production, often found in automobile engine cylinder head fixture can not only meet the production requirements, with the automobile engine cylinder head fixture clamping workpiece production efficiency, low labor quality is not high, and often need to increase the marking process, specially designed for cylinder head hand, mainly including fixture locating scheme, the clamping scheme, the scheme of the knife, clamp locating and specific key aspects such as design and machining precision of analysis. Cylinder head fixture this robot working principle is: by motor driven gear rack mechanism, driven by the meshing of gear and rack moving back and forth linear guide, linear guide, cylinder, flange and movement mechanical finger is linked together, so as to realize the whole mechanical finger lateral movement of the whole, adjust the distance between the manipulator hand, so as to realize the clamping of the engine cylinder head. This design cylinder head hand good machining precision, pertinence, mainly used for clamping cylinder head machining.Its clamping force device, the qualifications for the modern fixture efficiency, and the characteristics of motors, can effectively reduce the processing time and auxiliary time, greatly improving the labor productivity, which can effectively reduce the labor intensity of workers and increase the work efficiency.Cylinder head clamp hand has to raise productivity, expanding the scope of the process, reduce labor intensity and ensure safe production, etc.Therefore, understanding of fixture knowledge and learning, and is suitable for the actual production in the design of new jig in today is particularly important. Key words：Car engines; cylinder head;fixture; 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 1 第一章绪论 1.1 汽车发动机缸体零件夹持机械手概述汽车发动机缸体零件夹持机械手概述 加工工艺及汽车发动机缸体零件夹持机械手毕业设计是对所学专业知识的加深 巩固，是在毕业之前对所学各科目的一次深入综合的总复习，也是理论与实际结合的 锻炼。 汽车发动机缸体零件夹持机械手已成为机械加工过程中的重要装备。 它的设计和 使用是促进生产发展的重要工艺方式之一。随着我国机械工业的不断发展,汽车发动 机缸体零件夹持机械手的改进和创新已成为广大技术人员和机械工人在技术革新中 的一项重要任务。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消 耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和 健全劳动组织的重要依据，也是企业加速产品更新，提高经济效益的技术保证。 在实际生产过程中，由于零件的生产类型、结构、材料、尺寸、形状和技术要求 不同，针对某一零件，往往不是单独在一种设备上，用某种加工方法就能完成的，而 是要有一定的工艺过程才能完成对零件的加工。所以，不仅要根据零件的具体要求， 对零件的各组成表面选择适当的加工方法，还需要确切地安排加工次序，一步一步地 把零件加工出来。 对于某个具体零件，可以采用不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加 工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益两方面来看，其中就可能会有更加合理 且切实可行的方案。所以，必须根据零件的具体要求和加工条件，来拟订较为合理的 工艺过程。 在整个加工构成中，汽车发动机缸体零件夹持机械手不仅仅是为了夹紧、固定被 加工零件，设计合理的汽车发动机缸体零件夹持机械手，还要求保证加工零件的位置 精度、提高加工生产率。各种汽车发动机缸体零件夹持机械手的设计质量，将直接影 响被加工零件的精度要求，在机械加工工艺过程中起到重要的作用。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 2 1.2 汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成及作用汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成及作用 1.2.1 汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成 汽车发动机缸体零件夹持机械手的组成系统是由电机带动齿轮齿条机构， 由齿轮 齿条的啮合装置带动直线导轨来回移动，与此同时带动气缸法兰的的整体横向移动， 调节汽车发动机缸体零件夹持机械手之间的距离， 具体就是调节夹持机械手指间的距 离，进而实现发动机缸盖的夹持工作。 按在机械夹手中的作用，地位结构特点，组成机械夹手的元件可以划分为以下几 类： （1）定位元件及定位装置； （2）夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； （3）机械夹手； （4）对刀，引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)； （5）动力装置； （6）分度，对定装置； （7） 其它的元件及装置(包括机械夹手各部分相互连接用的以及机械夹手与系统 相连接用的紧固螺钉，销钉，键和各种手柄等)； 每个机械夹手不一定所有的各类元件都具备，例如手动夹手就没有动力装置,一 般的机械夹手不一定有刀具导向元件及分度装置。反之，按照加工等方面的要求，有 些机械夹手上还需要设有其它装置及机构， 例如在有的自动化机械夹手中必须有上下 料装置。 1.2.2 汽车发动机缸体零件夹持机械手的作用汽车发动机缸体零件夹持机械手的作用 汽车发动机缸体零件夹持机械手的作用就是在电机的带动下实现汽车发动机缸 体零件的夹持工作。机械夹手的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装 置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀：引导装置的设计；（4）机械夹手的 设计；（5）其他元件及装置的设计。 该汽车发动机缸体零件夹持机械手把以前的手动夹持汽车发动机缸体零件的工 作，用现代的机械设备完成了，方便快捷的智能化的作用已经显示出来。工业的迅速 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 3 发展，对产品的品种和生产率提出了更高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械 生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对缸盖机械夹手提出更高的要 求。 汽车发动机缸体零件夹持机械手的思想融入到机器人中去。 同时也注意到的机器 人的重要作用，机器人是现代一种典型的光机电一体化产品，机器人学也是当今世界 极为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学与工程、机械学、电子学、控制论与控 制工程学、人工智能、生物学、人类学等多个学科。在机器人技术快速发展的今天， 作为一名现代工程师、理工科大学学生都有必要学习和掌握一些机器人学方面的知 识。 材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另 一方面，技术也推动着设计。从设计美学的角度看，技术不仅仅是物质基础还具有其 本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工 艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 4 第二章夹持机械手对发动机缸体抓取设计 2.1 夹持机械手对发动机缸体抓取设计关键技术参数要求夹持机械手对发动机缸体抓取设计关键技术参数要求 汽车发动机缸体零件夹持机械手对发动机缸体抓取设计参数及要求如下： （1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧放松； （2）夹持器有足够的夹持力； （3）夹持器靠法兰联接在手臂上。 依据以上的重要参数我们可以查阅先关的资料进行设计计算。 2.2 汽车发动机缸体零件夹持机械手的传动方案设计汽车发动机缸体零件夹持机械手的传动方案设计 整个汽车发动机缸体零件夹持机械手的动力系统是由电机气缸提供动力支撑。 机器人缸盖机械夹手的工作原理是：由电机带动齿轮齿条机构，由齿轮齿条的啮 合装置带动直线导轨来回移动，在这同时带动气缸法兰的的整体横向移动，调节夹手 之间的距离，进而实现发动机缸盖的夹持工作。 整个系统的传动方案是：由电机提供动力，利用气缸和直线导轨的传输作用以及 出齿轮齿条的传动来带动这个机构进行的工作。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 5 2.3 汽车发动机缸体零件夹持机械手的驱动气缸选择汽车发动机缸体零件夹持机械手的驱动气缸选择 图 2- 1 气缸基本结构 缸筒：一般缸筒内表面的粗糙度应达 Ra0.8m，对于钢管缸筒，内表面还应镀硬 铬，从而减少摩擦阻力和磨损。其材质除了高碳钢外，还可以使用高强度铝合金、黄 铜和不锈钢管。 端盖：端盖上应设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设 有密封圈和防尘圈，以防止从活塞处向外漏气和防止外部灰尘进入缸内。一般端盖以 前常用可段铸铁，现在通常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材质的。 导向套：提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出 时的下弯量，延长气缸的使用寿命。一般使用烧结含油合金、铅青铜铸件。 活塞：活塞是受压力零件，活塞上设有密封圈、耐磨环。耐磨环可提高气缸的导 向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力，通常情况材料使用聚氨酯、聚四氟乙 烯、夹布合成树脂等材质。活塞的材质通常使用铝合金和铸铁，小型缸有的用黄铜制 成。 活塞杆：通常使用高碳钢、表面经镀硬铬处理，或者使用不锈钢，提高密封圈的 耐磨性。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 6 2.3.1 气缸活塞的永久润滑系统气缸活塞的永久润滑系统 A为环型腔，在两层垫圈中间充满油脂，保证永久润滑及减小摩擦以达到最优 性能。 B特福隆的环型圈防止内表面滑伤。 CO 型垫圈保证密封。 图 2- 2 气缸活塞图 2.3.2 气缸设计特点气缸设计特点 （1） 活塞定向系统: a.储油器不间断供油,低摩擦工作寿命长 (永久润滑) b.聚四氟乙烯圈给活塞提供机械定向 c.加厚活塞非常结实 d.可“滚转”拆除“O”型圈 （2）降低轴承磨损定向： a.执行机构的轴采用减少摩擦的新材料 b.油脂分离器持续对轴提供润滑 c.油塞使得加油方便,减少维护时间 d.附加的“O”型圈增加密封性 e.止推环通过削减径向压力来定向 f.清结环使残留物离开密封表面 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 7 2.3.3 气缸的设计气缸的设计 1.主要设计参数参数： 气缸工作行程800 mm； 运动负载质量30 kg； 移动速度控制3m/min。 具体步骤如下： （1）先根据参考资料，确定适当的设计方案。 （2）通过计算、分析设计执行元件的参数：气缸的内径、壁厚，活塞杆的直径， 耗气量的计算，验算设计结果，导向装置的设计，驱动元件的选择，管路设计，底座 的设计. （3）根据动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，完成机械系统的主要 部件图。 图 2- 3 气缸设计图 由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位 100kg，考虑到气缸未加载时实际所 能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气缸之间的摩擦力的影响， 并且考虑到机械爪的质量。在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率 ： 由液压与气压传动技术表 2.1： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 8 表 2.1 %100 0 = F F 气缸的理论负载 气缸的实际负载 气缸的运动状态与负载率 惯性负载的运动速度 v 500mm/s 0.65 0.5 0.3 运动速度 V=3m/min=50mm/s，取 =0.60，所以实际液压缸的负载大小为： F=F0/=1633.3N D=1.27 P F =1.27 6 106 . 0 3 . 1633 错 误 ！ 未 找 到 引 用 源 。错 误 ！ 未 找 到 引 用 源 。 =66.26mm （2- 1） F气缸的输出拉力 N； P 气缸的工作压力 Pa 按照 GB/T2348- 1993 标准进行圆整，取 D=80 mm 表 2.2 气缸缸径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 活塞杆直径的确定 由 d=0.3D 估取活塞杆直径 d=25 mm 缸筒长度的确定 缸筒长度 S=L+B+30 L 为活塞行程；B 为活塞厚度 活塞厚度 B=(0.6 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。1.0)D= 0.7错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 80=56mm 由于气缸的行程 L=800mm ,所以 S=L+B+30=886 mm 导向套滑动面长度 A： 一般导向套滑动面长度 A，在 D80mm 时, 可取 A=(0.61.0)d。所以 A=25mm 最小导向长度 H： 根据经验，当气缸的最大行程为 L，缸筒直径为 D，最小导向长度为：H 错误！错误！ 未找到引用源。未找到引用源。 代入数据 即最小导向长度 H 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 + 2 80 =80 mm 活塞杆的长度 H=L+B+A+80=800+56+25+40=961 mm 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 9 2.4 汽车发动机缸体零件夹持机械手的导轨选择汽车发动机缸体零件夹持机械手的导轨选择 （1）直线滚动导轨简介 中国经济的持续快速性增长，为直线导轨产品提供了巨大的市场，中国市场极大 的诱惑力，使得世界都把目光都聚焦在中国市场，在改革开放的这几十年来，中国直 线导轨制造业所形成的巨大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、数据通信 业、城市轨道交通业等行业规模的不断扩大，对直线导轨的需求也将随之快速增长， 因此未来直线导轨行业还有很大的发展空间。 直线导轨可分为：滚轮直线导轨，圆柱直线导轨，滚珠直线导轨，三种，是用来 支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复的直线运动。依按摩擦性质而定，直线运 动导轨可以分为滑动摩擦导轨、 滚动摩擦导轨、 弹性摩擦导轨、 流体摩擦导轨等种类。 直线导轨材料很多都用铬轴承钢，常见的如 GCr15 也可以考虑渗碳轴承钢，如 G20CrMo。结构设计需要注意淬火工艺要求，否则会有开裂，变形的现象。 作为导向的导轨为淬硬钢，经精磨后置于安装平面上。与平面导轨比较，直线导 轨横截面的几何形状，比平面导轨要复杂，复杂的原因是导轨上需要加工沟槽，以此 利于滑动元件的移动，沟槽的形状和数量，取决于机床需要完成的功能。例如：一个 既承受直线作用力， 还承受颠覆力矩的导轨系统， 与仅承受直线作用力的导轨相比 设 计上有很大的不同。 （2）直线滚动导轨的选用 轨宽的确定 轨宽指滑轨的宽度。轨宽是决定其负载大小的关键因素之一，四排滚珠（也有部 分两排珠的）的方轨现货产品一般有 15、20、25（23）、30（28）、35（34）、45、 55（53）、65（63），某些品牌最大只生产到 45 规格，有些小厂家可能只到 30。期 货产品也有 85、120 等，但大部分厂家都不生产。 轨长的确定 这个长度是导轨轨的总长，不是行程。全长=有效行程+滑块间距+滑块长度滑 块数量+两端的安全行程，如果增加了防护罩，需要加上两端防护罩的压缩长度。需 要注意的是，事先问清楚该品牌规格导轨整支的最大长度，超过这个长度是需要对接 使用的。多数厂家整支长度最大是 4000（微轨一般是 1000），有的是 3000，这与厂 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 10 家的加工设备有关。 需要对接并且用户想事先在机器上加工安装孔的情况下最好提供 接口图纸。另一点需要特别注意，导轨上的安装孔孔间距是一定的，用户在确定轨长 时要注意位置，例如：15 的轨，长 600。如果不告诉供应商需要的端部尺寸，一般到 货的状态是 10 个安装孔，导轨两端面到各自最近的安装孔中心的距离是 30、30，但 也可能是其他尺寸。 滑块类型和数量的确定 常用的滑块有两种：法兰型，方形。前者高度低一点，但是会宽一点，安装孔是 贯穿螺纹孔，后者高度高一点，但是会窄一点，安装孔是螺纹盲孔。两者均有短型、 标准型和加长型之分，主要的区别是滑块本体即金属部分的长度不同，当然安装孔的 孔间距也可能不同，多数短型滑块只有 2 个安装孔。滑块的数量应由用户通过计算来 确定，在此推荐一条：少到可以承载，多到可以安装。滑块类型和数量与滑轨宽度构 成负载大小的三要素。 2.5 汽车发动机缸体零件夹持机械手的齿轮齿条选择汽车发动机缸体零件夹持机械手的齿轮齿条选择 2.5.1 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 （1）选用齿轮齿条传动方案。 （2）该机器人夹持装置为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10095- 88） （3）材料选择。查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇，1.5.31； 齿条选用 45 钢，调质处理，硬度为 236HBS 齿轮选用 45 钢，正火处理，硬度为 190HBS 两者材料的硬度差为 46HBS。 大齿轮的齿数 2 Z =2.62524=63 取 2 Z =97 2.5.2 按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸按照齿面接触强度初步设计齿轮主要尺寸 由设计计算公式进行试算，即 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 11 3 2 1 1 )( 1 .32 . 2 H E d t Z u uKT d （2- 2） （1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数 t K=1.3 计算齿条传递的转矩 mN n P T.84.226 33.323 68. 7 95509550 1 1 1 = （2- 3） 选择齿宽系数 d 根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。查 查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 5 选齿宽 系数 d 1 （2- 4） 选择弹性影响系数 ZE 查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 5，选 ZE=176.3 2 1 MPa （2- 5） 确定齿条和齿轮的接触疲劳强度极限 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇，表 14- 1- 97 按 齿面硬度查得齿条的接触疲劳强度极限 aH MP560 1lim = （2- 6） 同理可以查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 5 确定大齿轮的接触疲劳强度极限 aH MP510 2lim = （2- 7） 计算应力循环次数 设每年工作 300 天 () 8 11 1045 . 7 830082133.3236060= h jLnN （2- 8） 8 1 2 1086. 1 01. 4 = N N （2- 9） 确定接触疲劳寿命系数 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 5 查得 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 12 96. 0 1=HN K，98. 0 2 = HN K 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为 S=1， MPa S K LimHN H 8 . 55658096 . 0 11 1 = （2- 10） MPa S K LimHN H 4 . 51953098 . 0 22 2 = （2- 11） （2）计算 试算齿条的 H 中较小的值。 mm Z u uKtT d H E d t 54.78 1 .32 . 2 3 2 1 1 = + （2- 12） 计算圆周速度 v ()sm nd v t /503 . 1 100060 33.32354.78 100060 11 = = = （2- 13） 计算齿宽 b mmdb td 54.7854.781. 1 = （2- 14） 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mm z d m t t 273 . 3 24 54.78 1 1 = 齿高 h=2.25mt=2.25x3.273=7.363mm 667.10 363. 7 54.78 = h b （2- 15） 计算载荷系数。 根据 v=1.504（m/s），7 级精度，由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编， 第三册第 14 篇表 14- 1- 99 查得动载系数 Kv=1.06 齿轮 1= FH KK 由机械设计教材 P193 表 10- 2 查得使用系数 KA=1 由机械设计教材 P196 表 10- 4 用插值法查得 7 级精度，齿条相对支承非对称 布置时，427 . 1 = H K 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 13 由 67.10= h b ，427 . 1 = H K查现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三 册第 14 篇图 14- 1- 53 得356 . 1 = F K;故载荷系数 486 . 1 = HHVA KKKKK （2- 16） 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 mm K K dd t t 145.943 11 = （2- 17） 计算模数 m mm z d m923 . 3 24 145.94 1 1 = （2- 18） 2.5.3 按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸 弯曲强度的设计公式 3 2 1 1 )( 2 F SaFa d YY z KT m （2- 19） 确定公式内各计算数值 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 53 查得齿条的弯曲疲劳强度极限 aFE MP215 1 =；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 aFE MP200 2 = 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇图 14- 1- 53 取 弯曲疲劳寿命系数 95. 0 1=FN K，91. 0 2 = HN K （2- 20） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 MPa S K FEFN F 89.145 4 . 1 21595 . 0 11 1 = = （2- 21） MPa S K FEFN F 0 . 130 4 . 1 20091 . 0 22 2 = = （2- 22） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 14 计算载荷系数 K 437 . 1 = FFVA KKKKK （2- 23） 查取齿形系数。 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 108， 65. 2 1=Fa Y 174. 2 2 = Fa Y 查取应力校正系数。 由现代机械设计手册秦大同，谢里阳主编，第三册第 14 篇表 14- 1- 108，查 得 58. 1 1=Sa Y，787. 1 2 = Sa Y 计算齿轮齿条的 F SaFaY Y 并加以比较。 02870 . 0 89.145 58 . 1 65 . 2 1 11 = = F SaFaY Y （2- 24） 02988 . 0 0 . 130 787 . 1 174 . 2 2 22 = = F SaFa YY （2- 25） 齿轮的数值大。 设计计算 926 . 2 02988 . 0 241 1044.258437 . 1 2 3 2 3 = m （2- 26） 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计 算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面 接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取 由弯曲强度算得的模数 3.378 并就近圆整为标准值 m=3 按接触疲劳强度算得的分度 圆直径 d1=93.396mm，算出小齿轮的齿数 31 3 396.93 1 1 = m d z （2- 27） 齿轮的齿数 Z=2.0331=63 ， 取 2 Z =63 。 这样设计出的齿轮既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并 做到结构紧凑，避免浪费。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 15 2.5.4 几何尺寸计算几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径 mmmzd94333.31 22 = （2- 28） （2）计算齿轮宽度 mmdb d 35351 1 = （2- 29） 取齿轮的齿轮宽度 B2=35mm，齿条的齿轮宽度 B1=40mm 2.5.5 齿轮结构设计齿轮结构设计 因为对于齿轮， 齿轮齿顶圆直径 mmmmzda195323632 22 =+=+= （2- 30） 齿全高 h=2.25m=2.253=6.75mm 其齿顶圆的直径大于 160mm 而又小于 500m 故齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构 齿轮的关尺寸计算如下： 轴孔直径 d=25)(mm 轮毂直径 1 D=1.6d=1.625=40)(mm 轮毂长度 )(35 2 mmBL= 轮缘厚度 0 = (34)m = 912(mm) 取 0 =10mm 轮 缘 内 径 2 D= 2a d 2h 2 0 =378 26.75 210=344.5mm 取 2 D=345mm 腹板厚度 c=0.3=0.393=27.9mm 取 c=28mm 腹板中心孔直径=0.5()=0.5(80+345)=212.5(mm) 腹板孔直径 0 d=0.25 （ 2 D 1 D） =0.25 （34580） =66.25(mm) 取 0 d=66(mm) 齿轮倒角 n=0.5m=0.53=1.5 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 夹持机械手对发动机缸体抓取设计 16 2.5.6 齿轮传动的润滑方式齿轮传动的润滑方式 通用的闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮的圆周速度大小而定，齿轮的的圆周 速度小于 12m/s 时，故常采用将大齿轮的轮齿浸入油池中进行浸油润滑的方式。 2.5.7 绘制齿轮零件图绘制齿轮零件图 图 2- 4 齿轮零件图 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 汽车发动机缸体零件夹持机械手对缸盖托板抓取设计 17 第三章汽车发动机缸体零件夹持机械手对缸盖托板抓取设计 3.1 夹持机械手对缸盖托板抓取设计关键技术参数要求夹持机械手对缸盖托板抓取设计关键技术参数要求 现在设计参数及要求 （1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧放松； （2）轮胎的重量小于 30kg （3）夹手具备抓取轮胎的直径范围在：450850mm，轮胎的厚度：100150mm （4）工件的材质为 5kg，材质为 45#钢； （5）夹持器有足够的夹持力； （6）夹持器靠法兰联接在手臂上。 3.2 夹持机械手对缸盖托板抓取传动方案设计夹持机械手对缸盖托板抓取传动方案设计 3.2.1 夹紧机械手的设计原则夹紧机械手的设计原则 工作不移动工作不变形工作不振动安全， 省力， 方便自动化， 复杂化足生产纲领， 在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响到工件的加工精度、表面粗糙度以 及生产效率。所以，设计夹紧装置应遵循以下原则： （1）工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。 （2）工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产 生加工精度所不允许的形变。 （3）工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应 提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系 统的振动。 （4）机械手的结构设计 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 汽车发动机缸体零件夹持机械手对缸盖托板抓取设计 18 图 3- 1 机械手夹持机构的结构图 该缸盖是机械手夹紧装置。 机构的结构图如图 3- 1 所示.。 该结构的设计是由齿轮 齿条带动的直线导轨相连的两块滑板，一边机械手指是不动的，其中有两个手指，另 一边的手指由直线导轨连接，随着直线导轨的移动来完成缸盖的夹持以及放松。来完 成整个动作。 其中两个机械手指间的距离可以调节。来完成不同尺寸缸盖的夹持。 机械手所夹持的力度： （1）应具有适当的夹紧力和驱动力； （2）手指应具有一定的开闭范围； （3）应保证工件在手指内的夹持精度； （4）要求结构紧凑，重量轻，效率高； （5）应考虑通用性和特殊要求。 3.2.2 夹紧力计算夹紧力计算 手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点 进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或 惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。 手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： GKKKFN 321 式中： K1安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取 1.22.0，取 1.5； K2工件情况系数，主要考虑惯性力的影响，计算最大加速度，得出工作情况系 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 汽车发动机缸体零件夹持机械手对缸盖托板抓取设计 19 数 K2, 002 . 1 8 . 9 1/02 . 0 1 g a 1K2=+=+=，a 为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的 绝对值（m/s）； K3方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，手指 与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置； 手指与工件形状：V型指端夹持圆柱型工件， f K sin5 . 0 3 =， f 为摩擦系数， 为V型手指半角，此处粗略计算4 3 K, G被抓取工件的重量 求得夹紧力 N F ： NGKKKFN 6 . 63338 . 9304002 . 1 5 . 1 321 = 取整为 6334N 3.2.3 夹紧装置的组成夹紧装置的组成 由以下五部分组成。 （1） 定位原件及定位装置.它与工件的定位基准相接触,用于确定工件在夹具中的 正确位置,从而保证加工时工件运动间的相对正确位置. （2）夹紧装置.用于夹紧工件,保持既定的位置 （3）夹具体.用于连接或固定夹具上各元件及装置,使其成为一个整体的基础件. 其他原件及装置.有些机械夹手根据工件的加工要求,要有分度机构。 3.3 汽车发动机缸体零件夹持机械手的真空吸盘选择汽车发动机缸体零件夹持机械手的真空吸盘选择 1.吸盘的分类 一种利用内外大气压力的差别，吸附在物体上的挂件，或者说是一种抓取物体的 工具。 还有一种是磁力吸