自动加持机械手臂及输送结构部件的三维设计及主要零部件设计

第一章前言1.2工业机械手臂发展简史1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种差可小于±1毫米。8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间(注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间),由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%,并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第三代机械手(机械人)则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视随着工业机器手(机械人)研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，1.3国内外研究现状和趋势1.4本章小结第二章机械手直臂部分的总体设计2.1执行机构的选择(1)手部，是直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型。手部是用来抓取工件的(2)腕部，即连接手部和臂部的部件，起支撑和改变手部姿态的作用，以扩大机械手的(3)臂部,手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部(包括工作或夹具),并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态(方位),则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降(或俯仰)运动。手臂的各种运动通常用驱动机构(如液压缸或者气缸)和各种传动机构来实现，从臂部的受力2.2驱动机构的选择(1)气压传动机械手(2)液压传动机械手(3)机械驱动机械手(4)电气驱动机械手(1)齿轮传动机构(2)谐波齿轮传动谐波齿轮传动具有结构简单、体积小重量轻，传动比大(几十到几百),传动精度高、(3)螺旋传动丝杠螺母传动分为普通丝杠(滑动摩擦)和滚珠丝杠(滚动摩擦),前者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、传动效率低(30%~40%)。后者(4)同步带传动同步带具有传动比准确、传动效率高(可达98%)、节能效果好；能吸振、噪声低、不需要润滑；传动平稳，能高速传动(可达40m/s)、传动比可达10,结构紧凑、维护方便等优(5)钢带传动(6)链传动2.4机械手的基本形式选择业初业初图2.1机械手基本形式2.5自动夹持机械手臂及输送结构的运动2.6机械手的技术参数(1)用途：材料自动夹持送料(2)设计技术参数：6、手臂运动参数2.7本章小结第三章机械手手爪的三维设计3.1手部设计基本要求3.2典型的手部结构(2)移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。(3)平面平移型。3.3机械手手爪的设计计算3.3.2手爪夹持范围计算毛坯质量(以铝合金的密度计算):约224Kg(按最大300Kg计算)纵向定位精度：2cm考虑机械手臂适用环境为高温条件，整个手爪选用钢材，以保证机械手臂的安全性。油缸推力F设计需求为500Kg,液压压强需求：P=0.99Mpa综合市场现有液压油缸类型，选用HSGL80/40-1000油缸2个3.3.4电机选型计算条件：空行程最长l=60mm,夹紧时间不超过1.2s设计计算：(电机选型部分和组长商量而定)螺母移动平均速度丝杠的平均转速n=33.3r/s摩擦转矩电机轴驱动转矩：电机轴输出功率：电机选用Y160M1-2交流电动机。油泵选择为EHP-700AS-3三油路带油泵。3.4机械手手爪的三维出图及其主要零部件出图图3.2手爪三维图图3.3导向杆图3.5电机齿轮第四章直臂部分的三维设计态(旋转),则用手腕部的自由度加以实现，本设计暂不涉及腕部的自由度。因此，一般手臂部件是机械手的主要支撑部件，它的作用是4.2臂部油缸设计油缸推力F设计需求为1000Kg,综合市场现有液压油缸类型，选用HSGL100/50-500。锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关"圆柱"在锥齿轮中就变成了"圆锥",如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动(<5m/s);曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本设计采用S=90°的标准直齿锥齿轮传动。小锥齿验大维齿轮锥齿轮箱座载荷系数K=1.5齿数比i=1.5因此估算时的齿轮许用接触应力估算结果：2.几何计算大端模数：3.强度校核1).齿根弯曲疲劳强度设计Ysa应力校正系数查表得Kp=1.2查表得Kp=1.2可得Y=1.5,取常用值1/32).齿面接触疲劳强度计算其条件其中ZE弹性影响系数查机械手册4.4电机选型光杠转矩电机选用同步转速n₀=3000r/min的三相异步电机，速比电机输出轴负载转矩：电机输出轴功率电机选用YS5012三相异步电动机4.5机械手直臂部分三维出图及主要零部件出图4.6本章小结维图(二维图见附录)。第五章总结参考文献[1]于传浩，章涤峰.一种气动机械手夹持机构的设计[J].武汉：武汉化工学院机械工程学院，学院，2010.9[3]岳锡芬.数控车床单机自动化的途径及若干技术问题[J].南京：南京数控机床有限公司技术开发部，2005.10[5]邱济宝.全自动易拉罐盆栽机的系统研制[D].浙江：中国计量学院，2010.3[6]无平.用于缸体三轴孔机床上下料的桁架机械手设计[J].辽宁大连：大连机床集团有限责任公[11]陈心昭.现代实用机床设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.[14]寿庆丰.一种经济型数控车床的自动上下料系统[J].中国学术期