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（优秀毕业全套设计）通用型气动工业机器手结构及控制设计

内都有准确的相对位置，这对些有防伪要求的场合更为重要。要求结构紧凑，重量轻，效率高在保证本身刚度强度的前提下，尽可能使结构紧凑，重量轻，以利于减轻手臂的负载。应考虑通用性和特殊要求般情况下，手部多为专用的，为了扩大它的适用范围，可以考虑他的通用化程度，以适应夹持不同的尺寸和形状的工件需要，通常采用改变手指的方法。.手部夹紧气缸的设计手部驱动力计算本此设计气动机械手的手部结构如图所示。图齿轮齿条式手部工件重量，形手指的角度摩擦系数根据手部结构的传动示意图，其驱动力为根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式式中安全系数，取.工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似估算为式中运载工件时重力方向的最大上升加速度重力加速度，.取时，因此方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同选取即被抓取工件所受重力，单位所以，因为传动机构为齿轮齿条传动，故取夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为。气缸的直径气缸工作压力的确定由液压传动与气压传动表取气缸工作压力负载工作压力.表气压负载常用的工作压力气缸内径和活塞杆直径的确定本气缸属于单作用气缸。单作用气缸的特点是仅端进排气，结构简单，耗气量小。用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。缸内安装弹簧膜片等，般行程较短与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小些。气缸复位弹簧膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为式中活塞杆上的推力，单位弹簧反作用力，单位气缸工作时的总阻力，单位气缸工作压力，单位弹簧反作用按下式计算式中弹簧刚度，单位弹簧预压缩量，单位活塞行程，单位弹簧钢丝直径，单位弹簧平均直径，单位弹簧有效圈数弹簧材料剪切模量，般取在设计中，必须考虑负载率的影响，计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高且工作频率高，其载荷率般取。气缸动态参数要求般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。则由以上分析得单作用气缸的直径代入有关数据，可得所以查机械设计手册圆整，得由,可得活塞杆直径圆整后，取活塞杆直径缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，要有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算式中缸筒壁厚，单位气缸内径，单位气缸实验压力，取，缸筒材料许用应力,本课题手爪夹紧气缸缸筒材料用为铝合金，代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为手部活塞杆行程长计算活塞杆的位移量气缸活塞行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程应留有定的余量，按计算行程多加的行程余量。故查机械设计手册圆整为。校核活塞杆稳定性的验算当活塞杆的长度较小时，可以只按强度条件校核计算活塞杆直径有其中则所以满足设计要求。气缸推力验算由以上计算可知气缸能产生的推力大于夹紧工件所需的推力。所以该气缸满足要求。耗气量的计算气缸的耗气量与缸径行程工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积死容积有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为式中，气缸缸径，活塞杆直径，活塞行程，气缸活塞每分钟往复的次数此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关。特殊情况外，般气缸的进气口排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算式中，工作压力下气缸的耗气量，空气流经进排气口的速度，般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照气缸气口螺纹选择合适的气口螺纹。因此，手爪部分总质量估重其中手爪部分和活塞杆材料采用钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金查机械设计手册，号钢密度为.的密度为.手爪部分总质量约为缸筒与缸盖的连接形式设计缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接螺钉式缸筒螺纹卡环等，参见表。对于双头螺栓和螺栓连接，般是四根螺栓，但是对于工作压力高于时，定要校核螺栓强度，必要时增加螺栓数量。查阅机械设计手册，选择螺钉式连接，采用个螺钉。该结构简单，易于加工，易于装卸。由于工作压力小于，故无须校核螺钉强度。表缸筒和缸盖的连接密封形式的选择密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计，选择和使用密封装置，对保证气缸正常工作非常重要。对密封元件的要求如下密封性好，耐磨磨损，使用寿命长。稳定性好，不易膨胀和收缩，难于溶解，不易老化及软化。摩擦力小。密封件表面平光滑，无气泡杂志凹凸等缺陷。被密封表面粗糙度对密封远见的使用寿命有重要影响，表面粗糙度应在左右。结构简单，成本低。密封元件的材料耐油橡胶聚氨酯夹织物橡胶聚氯乙烯灰铸铁或耐磨铸铁活塞环和铬鞣牛皮等。密封元件的形状型密封圈型小型型型型和型密封圈以及金属活塞环等。型密封圈工作可靠，静摩擦因数大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广，但其使用寿命比其他几种稍低些。对于动密封，小型密封圈应用较广，它的摩擦应属较其他几种小，磨损后又自补偿功能，使用寿命比其他高。因此本次设计使用型密封圈。气缸的安装连接结构根据安装位置和工作要求不同可有法兰式脚架式支座式铰轴式。由于结构需要，该气缸用法兰式安装连接。.气吸附式吸盘的设计气吸附式吸盘是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。那形成压力差的方法，可分为真空吸附气流负压气吸挤压排气负压气吸式等几种。气吸式与夹钳式手部相比，具有结构简单，重量轻，表面吸附力分布均匀等优点，对于薄片状的搬运更有其优越性如板材纸张玻璃等物体，广泛应用于非金属材料或者不可有剩磁的材料的吸附。但要求所吸附物体表面较平整光滑无孔无凹槽。在本机械手中，采用气流负压吸盘。.橡胶吸盘.心套.透气螺钉.支承杆.喷嘴.喷嘴套图可调喷射式负压吸盘结构气流负压吸附吸盘如图所示。气流负压吸附吸盘是利用流体力学的原理，当需要取物时，压缩空气高速流经喷嘴时，其出口处的气压低于吸盘腔内的气压，于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压，完成取物动作当需要释放时，切断压缩空气即可。这种吸盘需要压缩空气，工厂里较易得到，所以成本较低。机械手的手腕结构设计.手腕的自由度腕部是连接手部和臂部，用于改变和调整手部在空中的方位。通过臂部与腕部的配合，即可完成物件的传送，又可在传送过程中根据需要改变物件的方位。手腕部件具有独立的自由度。由于本机械手考虑到通用性，因此给手腕设绕轴转动回转运动来满足工作的要求。目前应用最广泛的手腕回转运动是回转气缸，因此选用回转气缸。它的结构紧凑，灵巧但回转角度较小般小于，并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出转矩。.手腕的驱动力矩的计算手腕转动时所需的驱动力矩手腕的转动为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服启动惯性所需的力矩，克服由于工件重心偏执所需的力矩，手腕回转支承处的摩擦力矩。图手腕结构图手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算式中手腕转动时所需的驱动力矩，单位克服启动惯性所需的力矩，单位克服由于工件重心偏执所需的力矩，单位手腕回转支承处的摩擦力矩，单位以下为手腕受力情况，分析各阻力矩的计算克服启动惯性所需的力矩启动过程近似等加速运动，根据手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为，则式中手腕转动部分对手腕回转轴线的转动惯量，单位工件对手腕转动轴线的转动惯量，单位如果工件的重心与转动轴线不重合，其转动惯量为式中工件对过重心轴线的转动惯量，单位工件的重量，单位工件的中心到转动轴线的偏心距，单位手腕转动时的角速度，单位启动过程所需的时间，单位启动过程所转过的角度，单位克服由于工件重心偏执所需的力矩式中手腕转动件的重量，单位手腕转动件的中心到转动轴线的偏心距，单位当工件的中心与手腕转动轴线重合时，则。手腕回转支承处的摩擦力矩式中，转动轴的轴颈直径摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承，轴承处支反力，可由静力平衡方程求的，可按手腕转动轴的受力分析求解，根据,得同理，根据,得式中重量，单位图所示长度尺寸，单位回转气缸的驱动力矩计算尺寸设计设计气缸长度为,气缸内径为,半径,轴径,半径,气缸运行角速度，加速度时间.,压强。则力矩回转气缸的驱动力矩计算测定参与手腕转动部件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在个半径的圆盘上，那么转动惯量工件的质量为,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量若工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为克服由于工件重心偏执所需的力矩，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合夹持工件端时工件重心偏离转动轴线,则手腕回转支承处的摩擦力矩，对于滚动轴承，对于滑动轴承.为手腕转动轴的轴颈直径为轴颈处的支承反力，粗略估计.手腕驱动力矩的校核由式得到因此设计尺寸符合使用要求，安全。.缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，要有定厚度。般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于，其壁厚可按薄壁筒公式计算式中缸筒壁厚，单位气缸内径，单位气缸实验压力，取，缸筒材料许用应力,本课题手爪夹紧气缸缸筒材料用为铝合金，代入己知数据，则壁厚为取，则缸筒外径为.耗气量的计算气缸的耗气量与缸径行程工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积死容积有关，气缸每分钟消耗的压缩空气流量为式中，气缸缸径，气缸的最大速度，使用压力，此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。.气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关。特殊情况外，般气缸的进气口排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算式中，工作压力下气缸的耗气量，空气流经进排气口的速度，般取把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照气缸气口螺纹选择合适的气口螺纹。因此，.手腕总重量估算其中轴采用钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金查机械设计手