工业机械手的设计项目说明指导书.doc
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1、机械系统设计课程设计阐明书设计题目:工业机械手设计学院:机电工程学院班级:机械092班姓名:学号:第四章 手臂设计4.1手臂伸缩设计计算 手臂是机械手重要执行部件。它作用是支撑腕部和手部,并带动它们在空间运动。臂部运动目,普通是把手部送达空间运动范畴内任意点上,从臂部受力状况看,它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件动、静载荷,并且自身运动又较多,故受力较复杂。机械手精度最后集中在反映在手部位置精度上。多义性在选取适当导向装置和定位方式就显得特别重要了。 1. 伸缩液压缸设计计算 1.1 求水平伸缩直线运动液压缸驱动力 依照液压缸运动时所需克服摩擦、回油背压及惯性等几种方面限力,来拟定液压缸所
2、需驱动力。手臂伸缩速度为300mm/s行程L=400mm 抓重100N 液压缸活塞驱动力计算 式中 一一摩擦阻力。手臂运动时,为运动件表面间摩擦阻力。若是导向装置,则为活塞和缸壁等处摩擦阻力。 一一密封装置处康擦阻力; 一一液压缸回油腔低压油掖所导致阻力; 一一起动或制动时,活塞杆所受平均惯性力。 、计算如下。 4.1.1. 计算不同配备和不同导向截面形状,其摩擦阻力不同,要依照详细状况进行估算。 图4-15为双导向杆导向,其导向杆截面形状为圆柱面,导向杆对称配备在伸缩缸两侧,启动时,导向装置摩擦阻力较大,计算如下: 由于导向杆对称配备,两导向杆受力均衡,可按一种导向杆计算。 得 式中参加运动
3、零部件所受总重力(含工件重),估算=(100+700)N=800N L手臂参加运动零部件总重量重心到导向支承前端距离(m),L=100mm a导向支承长度,a=150mm; 一一当量摩擦系数,其值与导向支承截面形状关于。 对子圆柱面: 取=1.5 摩擦系数,对于静摩擦且无润滑时: 钢对青铜:取=0.10.15 钢对铸铁:取=0.180.3取=0.1代入已知数据得=280N 4.1.2.计算 不同密封圈其摩擦阻力不同,其计算公式如下: (1)“O”形密封圈 当液服缸工作压力不大于10Mpa. 活寒杆直径为液压缸直径一半,活塞与活塞杆处都采用“O”形密封圈时,液压缸密封处总摩擦力为:式中 F为驱动
4、力, P工作压力(Pa); P 15d时,普通应进行稳定性校核。稳定性条件可表达为式中临界力(N),可按材料力学关于公式计算。安全系数,=242.2.1.大柔度杆临界力当时,临界力为=式中为活塞杆计算柔度(柔度系数) L为活塞杆计算长度(m),油缸支承状况和活塞杆端部支承状况不同,活塞杆计算长度不同,见表46; i为活塞杆横截面惯性半径(m),J为活塞杆截面对中性轴惯性矩()E为弹性横量,E=210GPa为长度折算系数,见表46;为特定柔度值,=,为比例极限。 2.2.2. 中柔度杆 当入2入:时,临界力为 二F式中F活塞杆横截面积() a、b常数,与材料性质关于,见表4-7;为特定柔度值,为
5、屈服极限 2.2.3. 短压杆入时,不校核压杆稳定。4.2 臂旋转机构设计手臂回转后液压缸设计计算(一) 手臂回转时所需驱动力矩 采用回转液压缸实现手臂回转运动时,其受力状况可化简成图4-20。图4-20 手臂回转运动时受力图驱动手臂回转力矩M驱,与手臂起动时所产生惯性力矩M惯及各密封装置摩擦阻力矩M摩相平衡。 M驱M惯+M摩+M回 (31)(1)M摩密封装置处摩擦力矩(Nm) M摩M摩+M摩” 预计取 F=500N ,F”=800N 预计取 回转缸内径D=230mm ,输出轴与动片联接处直径 d=100mm , 动片宽度b=100mm M摩=FR5000.23252Nm M摩”2F”R280
6、00.232=162Nm 因此, M摩52+162=214Nm(2)M惯手臂起动时惯性力矩M惯=J0=式中 回转缸动片角速度变化量(rad/s),在起动过程中=,取=60/s起动过程时间(s),取=0.5sJ0手臂回转部件(涉及工件)对回转轴线转动惯量(Nms2)。若手臂回转零件重心与回转轴距离为, 则J0=Jc+式中 Jc回转零件对重心轴线转动惯量Jc=取手臂回转零件质量m=600Kg,回转时手臂长度l=2500mmJc=230Jo=230+6000.32=280M惯=600Nm M回回转液压缸回油腔背压反力矩M回=取,M回=680 NmM驱=214+600+680=1480 Nm(二) 驱
7、动力矩计算 如图4-21所示回转液压缸进油腔压力油液,作用在动片上合成液压力矩即驱动力矩M驱M驱=图4-21 回转液压缸计算图(三) 回转缸内径D计算依照 M驱= M驱M驱=式中 D回转缸内径(m) M驱作用在动片外载荷力矩 p回转液压缸工作压力(Pa) d输出轴与动片联接处直径(m),初步设计时按 选用 b动片宽度(m)为减少动片与输出轴联接螺钉所受载荷及动片悬伸长度,选取动片宽度(即液压缸宽度)时,可选用因此 (四) 缸盖联接螺钉和动片联接螺钉计算1. 缸盖联接螺钉计算 缸盖与回转液压缸缸体用螺钉联接时,其螺钉强度计算办法与伸缩液压缸缸盖螺钉强度计算办法相似。2. 动片与输出轴联接螺钉计算
8、 动片与输出轴用螺钉联接构造见图4-22。联接螺钉普通为偶数,对称地安装,并用两个销钉定位。联接螺钉作用是:使动片与输出轴配合面紧密接触不留间隙,当油腔同高压油时,动片受油压作用,产生一种合成液压矩,克服输出轴上所受外载荷力矩。动片受力状况如图4-22b所示。依动片所受力矩平衡条件,有:图4-22 动片与输出轴联接方式及动片受力图于是得 式中 FQ每个螺钉预紧力(N)Z螺钉数目,Z=6f被联接件配合面间摩擦系数,钢对钢取f=0.15因此 螺钉强度条件为惯用螺钉材料屈服极限螺钉材料为45号钢,因此取MPa因此 4.3 机械手手臂升降某些设计4.3.1 臂部构造设计臂部做升降运动机构 回转缸置于升
9、降缸之下机身构造 回转缸置于升降缸之上机身构造4.3.2 臂部设计计算普通先进行粗略估算,或者是采用类比型构造,依照运动参数初步拟定关于构造尺寸,再进行校核计算,修正设计。如此重复多次,绘出最后构造。4.3.3 臂部做升降运动油缸计算1)计算驱动力 (2-1)式中 _摩擦阻力(N),取;_臂部运动零部件总重量(涉及被抓取工件),单位(N) 。(注:必要加上不自锁条件)计算成果取驱动力为45000牛,即 , 。4.4.4拟定油缸构造尺寸(1)油缸内径计算如图1-1所示,当油进入无杆腔:当油进入有杆腔:油缸有效面积:因此, (无杆腔) (2-2) (有杆腔)式中 P_活塞驱动力(N); P1_油缸
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