小型柔性生产系统 龙门机械手机械设计中期报告

PAGEPAGE6上海电机学院学生姓名专业班级学号毕业设计（论文）题目小型柔性生产系统龙门机械手机械设计开题日期计划完成日期设计（论文）进展情况提前完成□；按期完成□；滞后完成□能否按期完成目前按任务书规定应完成的内容1、开题报告约1500字，查阅文献15篇以上。2、设计图纸A1（折合）4张（AUTOCAD绘图）。3、翻译与课题有关的外文资料，译文英文不少于4000单词。4、设计说明书不少于10000字。目前已完成的内容1、开题报告约1500字，查阅文献15篇以上。3、翻译与课题有关的外文资料，译文英文不少于4000单词。设计计算部分一小部分指导教师意见签字：年月日系（专业）领导小组意见签字：年月日本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计题目：小型柔性生产系统龙门机械手机械设计本课题来源于亚龙YL-221型自动化柔性生产系统项目，该机械加工自主创新实训系统模拟了实际工业生产系统，根据生产机械加工的不同阶段设置了多个工作站：自动存取型高架仓库、搬运机械手站、直线输送机站、90度转弯输送机站、综合机械加工站、装配站、工件码堆站。本课题将设计一个龙门机械手，将用于工作人员出入，使断开输送带上的零件通过机械手进行运输，需完成对工件的安全抓紧和释放，并将零件从输送带的一端送到指定位置的另一端生产线输送带上。通过本课题的研究，学生不仅可以了解自动生产线的工作过程，还可以深入了解其组成部分的内部结构设计。希望学生通过本课题设计，能充分运用已学习的基础知识和专业知识，设计出可行、优化的装置，并完成机械装配图，重要零件的加工图，在毕业设计说明书中，选用合理的动力元件，计算设计零件的合理尺寸，体现合理的设计思路，综合应用机械原理和设计、工程制图，以及现代制造理念。课题的技术要求：工件和托架形状：工件为φ50×50mm的铝制圆柱体或φ50×50mm的塑料圆柱体;托架为200×145mm方形有机玻璃，2公斤。定位精度：±1mm；运动速度：>2m/min；工作行程：X:1000mm,Z:200mm；设计空间：横梁与地面高度需有1800mm，便于工作人员通过。已知工作台高度为1000mm，托架离工作台200mm。工作要求：X轴引动器用于机械手在水平方向上的精确定位，Z轴引动器则完成对工件托架提起或放下操作，机械手爪则完成对工件托架安全抓紧或释放操作。具体结构设计机械手设计要求为整体重量不超过2kg，考虑其工作状态，加速度为一倍重力加速度，因此在手指的选材上选择非金属材料，而且要求具有稳定的工作特性和防腐防老化的性能，综合各个方面要求选择聚丙烯材料，其密度低，工作特性稳定，且具有较高强度。手指所承受的径向力F3.1重力已知条件：手指总长l=0.08m集中载荷P=60N弹性模量E=5GPa截面的轴惯性矩纵向作用力Q=60 N剪切面积许用剪切应力[τ]=33MPa材料弹性模量E=5GPa波松比μ=1 计算结果：悬臂梁一的危险截面B处的: 支座反力反力矩最大剪力最大挠度最大转角剪应力τ=0.75MPa剪应变2.2气缸的选择。由气缸所提供的力为3.2安全系数K=1.23.3气缸选择根据机械手质量的要求，尽量选择尺寸较小的气缸。初定气压0.8mpa气缸内径20mm3.43.5选定气压1mpa气缸内径25mm3.63.7选取气压1mpa气缸内径35mm3.81256>1212因此选用气缸CM2YG40-25质量0.176kg工作环境-10—60摄氏度气体压力1mp,用节流阀控制气缸前进速度，使手指达到每秒张开不大于。2.3.1选择电动机容的量电机分为直流电机与交流电机，根究的工作要求于各个国家的所用交流电之间的差异，因此选用直流电动机。直流电机，额定电流有12V、24v、42v等。2.3．2确定电动机转速翻转时力矩3.9有效功率为3.10手腕的翻转速度：η1、η2、分别为轴承、齿轮传动传动效率。由《机械设计手册》表9.1取η1=0.98，η2=0.97，则滚珠轴承的的摩擦系数为u=0.0010—0.0015直齿轮齿轮的机械效率轴承的机械效率从电动机到翻转轴输送总效率3.11所以电动机所需工作功率为3.12初选电机SM40-00130LFB，转速3000r/min,转矩0.1N·m，质量0.23kg。3.13电机转速的选择因手抓的动作要求平缓，且转速不能过高，考虑齿轮减速比i<4因此电机的转速不宜过大因此手腕的转速控制在60度每秒左右，因此选用电机SM40-00130LFB需要做5级减速装置，这样会大大加大机械手的重量与机械复杂程度，因此此电机不符合设计要求。2.4手腕旋转电机选择选择电机GMP-2855TD720为转速13r/min，额定功率44w，转矩2N·m。图3.3电动机安装尺寸L=25mm减速比3.14计算传动装置各轴的运动和动力参数I轴II轴各轴的输入功率I轴II轴3.15各轴的输入转矩3.163.17轴名功率P/w转矩T/(N·m)转速n/(r/min)传动比效率I轴1.180.086131.30.95II轴1.120.08110表3.1轴的运动参数电机选择GMP-2855TD720无刷直流电机，额定电流24v。质量0.12kg工作环境-10—70摄氏度2.4.1选择电动机容的量按工作要求和工作条件选用无刷直流伺服电机，额定电流24v。翻转时力矩3.18有效功率为3.19式中，、分别为轴承、齿轮传动传动效率。由《机械设计手册》成大先版表9.1取，，则滚珠轴承的的摩擦系数为u=0.0010—0.0015轴承的机械效率直齿轮齿轮的机械效率从电动机到翻转轴输送总效率3.20所以电动机所需工作功率为3.212.4．2确定电动机转速电机转速的选择因手抓的动作要求平缓，且转速不能过高，考虑齿轮减速比i<4因此电机的转速不宜过大因此手腕的转速控制在60度每秒左右，选用电机为转速13r/min，减速比i=1.3。图3.4电机安装尺寸计算传动装置各轴的运动和动力参数I轴II轴各轴的输入功率I轴II轴3.22各轴的输入转矩3.233.24轴名功率P/w转矩T/(N·m)转速n/(r/min)传动比效率I轴1.890.138131.30.95II轴1.800.13110表3.1轴的运动参数电机选择GMP-2855TD720无刷直流电机，额定电流24v。质量0.12kg工作环境-10—70摄氏度直流无刷电机是用电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了10-30倍。外置驱动的直流无刷属静态电机，空载电流小；输出效率高；外置驱动的无刷电机可以做到体积很小。内置驱动器的无刷电机，由于散热问题，在电机运行一段时间后，就出现发热情况。缺点：无霍尔的无刷电机在起动时有轻微振动，速度正常后就感觉不到振动现象了；空心杯结构的无刷电机价格高，控制器要求高；外置驱动器的无刷电机，使用不方便，需要外配控制器，在尺寸、成本方面不易控制三．参考文献【1】成大先.机械设计手册.第1版.北京：化学工业出版社，20021-5卷工业机器人技术郭洪红主编：西安电子科技大学出版社【3】机械原理