畢業(yè)設(shè)計(jì)真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)

一 緒論 （一）氣壓傳動(dòng)技術(shù)的研究發(fā)展動(dòng)向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前氣壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、高度集成化的方向發(fā)展。雖然氣壓傳動(dòng)技術(shù)方便簡(jiǎn)潔，但是氣壓傳動(dòng)中存在著一些亟待解決的問(wèn)題，如：氣壓系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、氣壓沖擊對(duì)設(shè)備可靠性的影響等等，這些問(wèn)題都是氣壓傳動(dòng)技術(shù)需要研究和解決的。任何技術(shù)的改革和創(chuàng)新，都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提，這樣才具有它的實(shí)際意義。 （二）氣壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用機(jī)械制造業(yè)，其中包括機(jī)械加工生產(chǎn)線上工件的裝夾及搬送，鑄造生產(chǎn)線上的造型、搗固、合箱等。在汽車(chē)制造中，汽車(chē)自動(dòng)化生產(chǎn)線、車(chē)體部件自動(dòng)搬運(yùn)與固定、自動(dòng)焊接等。電子IC及電器行業(yè)，如用于硅片的搬運(yùn)，元器件的插裝與錫焊，家用電器的組裝等。石油、化工業(yè) 用管道輸送介質(zhì)的自動(dòng)化流程絕大多數(shù)采用氣動(dòng)控制，如石油提煉加工、氣體加工、化肥生產(chǎn)等。輕工食品包裝業(yè)，其中包括各種半自動(dòng)或全自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，例如：酒類(lèi)、油類(lèi)、煤氣罐裝，各種食品的包裝等。機(jī)器人，例如裝配機(jī)器人，噴漆機(jī)器人，搬運(yùn)機(jī)器人以及爬墻、焊接機(jī)器人等。其它，如車(chē)輛剎車(chē)裝置，車(chē)門(mén)開(kāi)閉裝置，顆粒物質(zhì)的篩選，魚(yú)雷導(dǎo)彈自動(dòng)控制裝置等。目前各種氣動(dòng)工具的廣泛使用，也是氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)組成部分。 （三）氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ：以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動(dòng)相比不必設(shè)置回收的油箱和管道；因空氣的粘度很?。s為液壓油動(dòng)力粘度的萬(wàn)分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境；與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問(wèn)題；工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越；成本低，過(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。 氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差，但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的效果；因工作壓力低（一般為0.31.0MPa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)大，總輸出力不宜大于1040kN；噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器；氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。 （四）機(jī)械手的組成工業(yè)的機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1） 手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、楔塊杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、內(nèi)撐連桿式、右絲杠螺母式、彈簧式和重力式。（2）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。（3）臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。（4）行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國(guó)的正處于仿真階段。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類(lèi)。采用氣壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便、可獲得較大的輸出功率、氣體不可壓縮，壓力、流量易于控制，反應(yīng)靈敏、控位精確等優(yōu)秀特點(diǎn)。3 控制系統(tǒng)分類(lèi)在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷(xiāo)板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤(pán)磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 （五）本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)課題名稱為真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)，PLC系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動(dòng)作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。 性能特點(diǎn)：機(jī)械手的動(dòng)作循環(huán)（工件平放）：真空吸盤(pán)吸取工件-大臂上升-大臂回轉(zhuǎn)-手臂延伸-真空吸盤(pán)放下工件-手臂收縮-大臂反轉(zhuǎn)-大臂下降。主要技術(shù)參數(shù)：吸持力2kg；自由度數(shù)為3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍0-300mm，手臂升降行程范圍0-200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍0-180；定位方式為定位塊；控制方式為點(diǎn)位式、PLC控制；驅(qū)動(dòng)方式為氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 （六）設(shè)計(jì)的基本思路、方案分析、理解設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求查閱相關(guān)資料初步擬訂設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案對(duì)比并確定最佳方案參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算裝配圖草圖零件設(shè)計(jì)零件草圖繪制裝配圖繪制零件圖編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （七）設(shè)計(jì)原則這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書(shū)所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮機(jī)械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時(shí)提高可靠性。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓、氣動(dòng)、電氣傳動(dòng)及控制、傳感器、可編程控制器（PLC）、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識(shí)盡可能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)階段的知識(shí)得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。二 真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì) （一）真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一套真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)，PLC系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動(dòng)作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2.1：表2.1 主要技術(shù)參數(shù)吸盤(pán)吸持力 2kg運(yùn)動(dòng)形式 圓柱坐標(biāo)手臂伸縮行程范圍 0-300mm手臂升降行程范圍 0-200mm手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0-180定位方式 定位塊控制方式 點(diǎn)位式、PLC控制驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)自由度數(shù) 3 （二）真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手工作原理分析真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手功能原理如圖2.1所示圖2.1 功能原理圖真空吸盤(pán)工作原理：真空的產(chǎn)生可以是由電動(dòng)機(jī)、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統(tǒng)來(lái)提供，也可以由壓縮空氣通過(guò)真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來(lái)提供。前者需要配置獨(dú)立的真空系統(tǒng)，而后者可以利用一般生產(chǎn)過(guò)程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。因此，特別在各種包裝作業(yè)過(guò)程中，利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟(jì)。真空發(fā)生器的原理是：壓縮空氣通過(guò)收縮的噴嘴后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周?chē)撵o止流體和它一起向前流動(dòng)，從而在接受室形成負(fù)壓，誘導(dǎo)二次真空。這樣的真空系統(tǒng)，尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。用真空吸盤(pán)來(lái)抓取物體，可以根據(jù)物體的不同形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)任意角度的傳遞。以下將從兩種特殊位置，即水平和垂直兩個(gè)方向，對(duì)真空吸盤(pán)的受力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。 （三）真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手工藝方案設(shè)計(jì)一套真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手，它采用圓柱坐標(biāo)型的運(yùn)動(dòng)形式，氣壓傳動(dòng)，PLC系統(tǒng)控制。功能原理先進(jìn)，動(dòng)作可靠，結(jié)構(gòu)合理，安全經(jīng)濟(jì)，滿足生產(chǎn)要求。 主要技術(shù)參數(shù)：吸持力2kg；自由度數(shù)為3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮行程范圍0-300mm，手臂升降行程范圍0-200mm；手臂回轉(zhuǎn)行程范圍0-180；定位方式為定位塊；控制方式為點(diǎn)位式、PLC控制；驅(qū)動(dòng)方式為氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械手的動(dòng)作循環(huán)（工件平放）：真空吸盤(pán)吸取工件-大臂上升-大臂回轉(zhuǎn)-手臂延伸-真空吸盤(pán)放下工件-手臂收縮-大臂反轉(zhuǎn)-大臂下降。 （四）真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手方案設(shè)計(jì)（1） 對(duì)于真空吸盤(pán)式氣動(dòng)的機(jī)械手，其工件的運(yùn)動(dòng)只需較少的自由度就能完成。氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制則使系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，故采取氣壓傳動(dòng)方式。（2） 本機(jī)械手是專用自動(dòng)機(jī)械手，選擇智能控制方式中的PLC程序控制方式，這樣可以使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)更加緊湊和完美。（3） 本機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)是手部機(jī)構(gòu)。手部機(jī)構(gòu)形式多樣，但綜合其總體構(gòu)型，可分為：氣吸式、電磁式和鉗爪式3種。根據(jù)本組合機(jī)床加工工件的特征，選擇氣吸式（真空吸盤(pán)式）手部結(jié)構(gòu)。（4）常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài),按坐標(biāo)形式大致可以分為以下4種: 直角坐標(biāo)型機(jī)械手、圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手、球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手、多關(guān)節(jié)型機(jī)機(jī)械手。其中圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,定位精度較高,占地面積小，且根據(jù)本機(jī)械手坐標(biāo)形式分析分析本機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，采用圓柱坐標(biāo)形式。因此方案確定機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式，PLC控制，真空吸盤(pán)式手部結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)形式。三 真空元件的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 （一）真空吸盤(pán)吸持工件的動(dòng)力學(xué)分析在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)作業(yè)線上 ,使用真空吸盤(pán)來(lái)抓取物體的案例越來(lái)越多。柔而有彈性的吸盤(pán)可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開(kāi)、傳遞等搬運(yùn)功能 ,并確保不損壞其作用之對(duì)象。而吸持力靠真空系統(tǒng)維持 ,真空的產(chǎn)生可以是由電動(dòng)機(jī)、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統(tǒng)來(lái)提供，也可以由壓縮空氣通過(guò)真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來(lái)提供。前者需要配置獨(dú)力的真空系統(tǒng) ,而后者可以利用一般生產(chǎn)過(guò)程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。因此 ,特別在各種包裝作業(yè)過(guò)程中,利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟(jì)。真空發(fā)生器的原理是 壓空氣通過(guò)收縮的噴騰后 ,從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周?chē)撵o止流體和它一起向前流動(dòng) ,從而在接受室形成負(fù)壓 ,誘導(dǎo)二次真空。這樣的真空系統(tǒng),尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì) ,可以根據(jù)需的真空度設(shè)計(jì)出所需的真空發(fā)生器。用真空吸盤(pán)來(lái)抓取物體 ,可以根據(jù)物體的不同形狀實(shí)現(xiàn)任意角度的傳遞。 在此次設(shè)計(jì)中，工件平放；故從水平方向?qū)φ婵瘴P(pán)的受力分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。如圖3.1所示為真空吸盤(pán)用于水平位置工作時(shí)的安裝方位。在圖3.1吸盤(pán)水平安裝時(shí) ,除了要吸持住工件負(fù)載外 ,還應(yīng)該考慮吸盤(pán)移動(dòng)時(shí)因工件的慣性力對(duì)吸力的影響。圖3.1 真空吸盤(pán)的安裝位置 （二）真空吸盤(pán)的選取為了確保真空吸盤(pán)能完成給定的任務(wù),需考慮一定的安全系數(shù),根據(jù)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),真空吸盤(pán)的安全系數(shù)N一般取2.5，因此,許用提升重量= 理論提升重量/N=垂直提升力/N 表3.1 吸盤(pán)直徑、面積、垂直提升力參數(shù)表吸盤(pán)垂直提升力（N）吸盤(pán)直徑D(mm) 1013162025324050吸持面積（cm）0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盤(pán)垂直提升力（N）（-0.04MPa）3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4由上表可知，當(dāng)工件重量為2kg時(shí)，許用提升重量為19.6N，欲使安全系數(shù)達(dá)到要求，只需滿足 （3.1）即可，由表3.1選取吸盤(pán)直徑為40mm即可滿足考慮到吸附物的可吸附尺寸（面），所選的吸盤(pán)直徑應(yīng)設(shè)定為大于所需吸盤(pán)直徑（D）因吸盤(pán)在吸附時(shí)會(huì)變形，吸盤(pán)的外徑將增加10%左右。因?yàn)檎婵諌毫?huì)使吸盤(pán)變形，所以吸附面積要比吸盤(pán)直徑小。變形度根據(jù)吸盤(pán)的材質(zhì)，形狀，橡膠的硬度而有區(qū)別，因此，在計(jì)算得出吸盤(pán)直徑時(shí)需留出余量。安全系數(shù)中包括變形部分。吸盤(pán)直徑雖表示吸盤(pán)的外徑，但利用真空壓力吸附物體時(shí)，因真空壓會(huì)使橡膠變形，吸附面積也會(huì)隨之縮小?？s小后的面積即稱為有效吸附面積，此時(shí)的吸盤(pán)直徑即稱為有效吸盤(pán)直徑。根據(jù)真空壓力，吸盤(pán)橡膠的厚度以及與吸附物的摩擦系數(shù)等不同，有效吸盤(pán)直徑也會(huì)有差異，一般情況可預(yù)估會(huì)縮小10%。 綜合上述，所選吸盤(pán)參數(shù)為：吸盤(pán)直徑D=40mm， 吸盤(pán)吸持面積A=12.6，吸盤(pán)個(gè)數(shù)n=1，真空壓力P=0.04MPa。（三）真空發(fā)生器設(shè)計(jì)真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，無(wú)可動(dòng)機(jī)械部件，安裝和使用都很方便，因此應(yīng)用很廣泛，真空發(fā)生器產(chǎn)生的真空度可達(dá)到88kpa，真空發(fā)生器的工作原理如圖3.2所示。它是由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管1、負(fù)壓腔2、和接收管3等組成，有供氣口、排氣口和真空口，當(dāng)供氣口的供氣壓力高于一定值后，噴管射出的超聲速射流。由于氣體的粘性，高速射流卷吸走負(fù)壓腔內(nèi)的氣體，使該腔形成很低的真空度，在真空口A處接上真空吸盤(pán)，靠真空壓力和吸盤(pán)吸取物體。圖3.2 真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)機(jī)械部件，故使用壽命長(zhǎng)。真空發(fā)生器的耗氣量是指供給拉伐爾噴管的流量，它不但由噴嘴的直徑?jīng)Q定，還與供氣壓力有關(guān)。同意噴嘴直徑，其耗氣量隨供氣壓力的增加而增加，如圖3.3所示。噴嘴直徑是選擇真空發(fā)生器的主要依據(jù)。噴起直徑越大，抽吸流量和耗氣量就越大，真空度越低；噴嘴直徑越小，抽吸流量和耗氣量越小，真空度越高。圖3.3 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系圖3.4所示為真空度特性曲線。由圖可知，真空度存在最大值Pzmax，當(dāng)超過(guò)最大值后，即使增加供氣壓力，真空度不但沒(méi)有增加反而下降。實(shí)際使用時(shí)，建議真空度選為（63%-95%）Pzmax。圖3.4 真空發(fā)生器耗氣量與工作壓力的關(guān)系在真空吸盤(pán)的選取時(shí)，已確定真空壓力為0.04Mpa，由圖3.3、3.4可得，該真空發(fā)生器耗氣量和真空度分別取5L/min，-0.002Mpa。 （四）其他元器件的選用一個(gè)完整的真空吸附系統(tǒng)還包括真空過(guò)濾器 、 供給閥 、 破壞閥等 ， 真空過(guò)濾器的選擇ZFB-200-06 型， 流量是 30L/min， 大于真空發(fā)生器的最大流量 24L/min， 滿足需求， 真空節(jié)流閥選擇KLA系列單向節(jié)流KLA-L6，公稱通徑是6mm，有效截流面大于5mm2,泄露量小于50cm3/min,單向閥開(kāi)啟壓力為0.05Mpa。供給閥設(shè)置在壓力管路中，選擇一般的換向閥AB31、AB41系列多流體二位二通直動(dòng)截止電磁換向閥，型號(hào)：AB310-1-6，公稱通徑5mm，AB接管螺紋ZG1/8，有效截面面積15.3mm2,有效截面面積大于真空發(fā)生器噴嘴兒面積的4倍，供氣口得連接管內(nèi)徑大于噴嘴直徑的4倍，減少供給回路的壓力損失。真空換向閥設(shè)置在真空回路中，必須選擇能用在真空條件下的換向閥，真空換向閥要求不泄露，故選擇用截止式和導(dǎo)膜片式結(jié)構(gòu)比較理想，選擇09270、09550系列多種流體二位二通先導(dǎo)膜片式電磁閥，型號(hào)：0927000，接管螺紋1/4in,通徑8mm,換向頻率大于0.5HZ。 四 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)的概述應(yīng)用PLC作為電氣控制，可以簡(jiǎn)化控制線路，降低故障率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手多種動(dòng)作線路。一般機(jī)械手有手動(dòng)和自動(dòng)控制之分，手動(dòng)控制主要用來(lái)硬件調(diào)試。自動(dòng)控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動(dòng)按鈕，檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否處于原位，如果不是，按下復(fù)位按鈕回到原位，如果是，則檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手執(zhí)行一步動(dòng)作；單周期指執(zhí)行一次動(dòng)作循環(huán)，最后回到初始位置；周期循環(huán)是機(jī)械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動(dòng)作，直到按下復(fù)位或停止按鈕為止。根據(jù)機(jī)械手的硬件結(jié)構(gòu)，PLC輸入信號(hào)有：工作狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)輸入、啟動(dòng)停止按鈕輸入、磁性接近開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入、手動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入及程序選擇開(kāi)關(guān)輸入共22個(gè)輸入點(diǎn)；機(jī)械手的輸出信號(hào)有：驅(qū)動(dòng)4個(gè)氣缸的電磁閥線圈4個(gè)，控制真空吸盤(pán)的電磁閥線圈2個(gè)，原點(diǎn)指示燈1個(gè)，共七個(gè)輸出點(diǎn)。選擇輸入點(diǎn)大于22點(diǎn)，輸出大于7點(diǎn)的PLC。機(jī)械手的定位系統(tǒng)采取定位塊定位，在設(shè)定位置裝置定位塊。并為了達(dá)到緩沖的目的，在滿足工作要求的前提下，設(shè)計(jì)盡量輕的零部件。比如將某些鑄鋼件改用鋁合金制造，或者將一些實(shí)心的零件做成空心的，以此來(lái)減輕總質(zhì)量。采取PLC程序控制，控制系統(tǒng)選擇三菱公司的FX1S系列的PLC控制器。另外機(jī)械手還可進(jìn)行回零等，其有手動(dòng)控制方式和全自動(dòng)控制。自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)械手的主要參數(shù):吸持力2kg；自由度數(shù)為3；運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)；手臂伸縮最大行程300mm；手臂升降最大行程為200mm；手臂回轉(zhuǎn)最大行程180度，手臂升降速度為150mm/s；大臂回轉(zhuǎn)角度范圍0-90，大臂回轉(zhuǎn)速度為135/s；定位方式為定位塊；定位精度為；控制方式為點(diǎn)位式、PLC控制；驅(qū)動(dòng)方式為氣壓系統(tǒng)。（二）機(jī)械手電氣控制程序表4.1機(jī)械手自動(dòng)控制程序步序號(hào)指令數(shù)據(jù)步序號(hào)指令數(shù)據(jù)步序號(hào)指令數(shù)據(jù)1LDX40017ANDT453K1.52ANIX40118ANIT45431OUTY4393ANIT45019OUTY43532OUTT5504OUTY43020OUTT454K25OUTT450K1.533ANDT550K221ANDT45434ANIT5516ANDT45022ANIT45535OUTY5307ANIT45123OUTY43636OUTT5518OUTY43224OUTT455K1.59OUTT451K237ANDX500K0.525ANDT45538ANIT55210ANDT45126ANIT45639OUTY53111ANIT45227OUTY43740OUTY53213OUTY43328OUTT45641OUTT55214OUTT452K0.5K3K1.527ANDT45615OUTY43428ANIT45716OUTT45329OUTY438K230OUTT457 （三）機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)圖1自動(dòng)控制系統(tǒng)圖 圖4.1 機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)圖 上圖為機(jī)械手自控控制系統(tǒng)圖，他的指令采用FX1S的專用PLC控制器控制，他的工作順序是按照上圖中大臂下降開(kāi)始直至最后一次大臂回轉(zhuǎn)為完成一個(gè)完整的工作周期，每個(gè)工作段所用的時(shí)間在上圖均已標(biāo)明，從系統(tǒng)啟動(dòng)到結(jié)束程序，除非系統(tǒng)受到X500停車(chē)指令，否則系統(tǒng)均通過(guò)各個(gè)時(shí)間控制器來(lái)完成精確的控制。2 手動(dòng)控制系統(tǒng)圖 圖4.2 機(jī)械手手動(dòng)控制系統(tǒng)圖 上圖為本機(jī)械手在進(jìn)行試運(yùn)行和系統(tǒng)檢查以及手動(dòng)控制完成所需動(dòng)作而設(shè)計(jì)的手動(dòng)控制系統(tǒng)，工作流程在上圖已經(jīng)清晰標(biāo)明。3 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖如圖4.3所示，其中S2是自動(dòng)方式的初始狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移開(kāi)始輔助繼電器M8041，原點(diǎn)位置條件輔助繼電器M8044的狀態(tài)都是在初始化程序中設(shè)定的，在自動(dòng)系統(tǒng)程序運(yùn)行中不再改變。 圖4.3 機(jī)械手自動(dòng)方式狀態(tài)圖4 機(jī)械手獨(dú)立控制面板設(shè)計(jì)圖機(jī)械手控制獨(dú)立控制面板如圖4.4所示 圖4.4 機(jī)械手控制面板 面板中的啟動(dòng)和急停按鈕與PLC的運(yùn)行程序無(wú)關(guān)，這兩個(gè)按鈕是用來(lái)接通或斷開(kāi)PLC外部負(fù)載的電源。本機(jī)械手由手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)的控制系統(tǒng)，所以應(yīng)能根據(jù)所設(shè)置的運(yùn)行方式自動(dòng)進(jìn)入，這就要求系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)設(shè)定與各個(gè)運(yùn)行方式相應(yīng)的初始狀態(tài)，其相應(yīng)的輸入設(shè)定按鈕在圖4.4已經(jīng)標(biāo)定。五 機(jī)械手氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）機(jī)械手的工作原理分析真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手是自動(dòng)化流水生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用的工件搬運(yùn)機(jī)械設(shè)備，它是流水線作業(yè)中不可或缺的運(yùn)輸單元。氣動(dòng)機(jī)械手要求氣壓系統(tǒng)完成的主要?jiǎng)幼魇牵üぜ椒牛何止ぜ?大臂上升200mm-大臂回轉(zhuǎn)180-手臂延伸300mm-放下工件-手臂收縮300mm-大臂反轉(zhuǎn)180-大臂下降200mm。整個(gè)周期要完成所有動(dòng)作必須由3個(gè)氣壓缸協(xié)調(diào)動(dòng)作才能做到。 （二）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖圖5.1所示為該機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖圖5.1 機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖1-氣源 2-空氣過(guò)濾器 5-單向閥 6、9-兩位二通閥 7-先導(dǎo)型閥 8-三位四通電磁閥 10-節(jié)流閥 11-調(diào)速閥其余元件已在上圖說(shuō)明。 （三）各缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析1、吸持工件 在整機(jī)啟動(dòng)的情況下，氣體流經(jīng)單向閥，然后PLC控制程序指令控制電磁鐵3DT通電吸合，此時(shí)此二位四通電磁閥處于右位，氣體直接流進(jìn)右腔，從而拉動(dòng)滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)吸持工件。2、大臂上升 PLC指令控制電磁鐵4DT通電吸合。氣體經(jīng)單向閥5，流經(jīng)圖5.1所示從左到右第二個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，接著流向減壓閥和單向閥構(gòu)成的復(fù)合閥，然后直接流向大臂升降氣壓缸的下腔，從而推動(dòng)機(jī)械手做上升運(yùn)動(dòng)。3、大臂回轉(zhuǎn) PLC指令控制電磁鐵6DT通電吸合。泵3供油經(jīng)單向閥5，流經(jīng)圖5.1所示從左到右第一個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂回轉(zhuǎn)氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手大臂做左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。4、手臂延伸 PLC指令控制電磁鐵1DT通電吸合。泵3供油經(jīng)單向閥5，流經(jīng)圖4.1所示從左到右第三個(gè)三位四通電磁閥右位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)。5、放松工件 氣體流經(jīng)單向閥，然后PLC控制程序指令控制電磁鐵3DT斷電跳開(kāi)，此時(shí)此二位四通電磁閥處于左位，氣體直接流左腔，從而放松工件。6、手臂收縮 PLC指令控制電磁鐵2DT通電吸合氣體經(jīng)單向閥5，流經(jīng)圖5.1所示從左到右第三個(gè)三位四通電磁閥左位，然后直接流向手臂伸縮氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手手臂做收縮運(yùn)動(dòng)。7、大臂回轉(zhuǎn) PLC指令控制電磁鐵7DT通電吸合。氣體經(jīng)單向閥5，流經(jīng)圖5.1所示從左到右第一個(gè)三位四通電磁閥左位，接著氣體流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂回轉(zhuǎn)氣壓缸，從而推動(dòng)機(jī)械手大臂做左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。8、大臂下降 PLC指令控制電磁鐵5DT通電吸合。氣體經(jīng)單向閥5，流經(jīng)圖5.1所示從左到右第二個(gè)三位四通電磁閥左位，然后流經(jīng)節(jié)流閥和單向閥構(gòu)成的調(diào)速閥，然后直接流向大臂升降氣壓缸的上腔，從而推動(dòng)機(jī)械手做下降運(yùn)動(dòng)。至此就完成整個(gè)機(jī)械手的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，如果此時(shí)接到停止的指令，則10DT和11DT同時(shí)通電，電磁鐵將電磁換向閥到上位，此時(shí)氣壓系統(tǒng)卸壓，同時(shí)上面的各個(gè)電磁鐵同時(shí)斷電回到默認(rèn)位置，完成卸荷。電磁鐵動(dòng)作順序表如下：六 機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、翻轉(zhuǎn)和升降。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備3個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。由于本設(shè)計(jì)需要，手部、腕部無(wú)需設(shè)計(jì)，只需設(shè)計(jì)手臂即可。 （一） 臂部設(shè)計(jì)的基本要求臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕：根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸； 提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離；合理布置作用力的位置和方向；注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；提高配合精度。臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要?。簷C(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在10001500mm/s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在180/s內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為1000mm/s，平均回轉(zhuǎn)角速度在90/s。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活：為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出完美的、性能良好的機(jī)械手。 （二）手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇1 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：（1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。（2） 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層氣壓缸空心結(jié)構(gòu)。（3） 雙活塞桿氣壓缸結(jié)構(gòu)。（4） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。2 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇通過(guò)以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，使用氣壓驅(qū)動(dòng),氣壓缸選取雙作用氣壓缸。 （三）手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的氣壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)氣壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來(lái)確定來(lái)確定氣壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。氣壓壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。 （6.1）摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。下圖是機(jī)械手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮缸兩側(cè)。由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。得 得 （6.2） （6.3） （6.4） 式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（mm） a導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（mm）; 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對(duì)于圓柱面： 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：鋼對(duì)青銅：取u=0.10.15鋼對(duì)鑄鐵：取u=0.180.3計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 ，L=0.8-0.2=0.6m,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為0.1m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算手臂慣性力的計(jì)算本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是,在計(jì)算慣性力的時(shí)候,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)速度V=V=, （6.5） 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封，當(dāng)氣壓缸工作壓力小于10Mpa。氣缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：。經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算最后計(jì)算出氣壓缸的驅(qū)動(dòng)力： （四）氣壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，確定了氣壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=1700N，選擇氣壓缸的工作壓力P=0.04MPa（1） 確定氣壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：氣壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖6.2所示圖6.2 雙作用氣壓缸示意圖當(dāng)氣進(jìn)入無(wú)桿腔，當(dāng)氣進(jìn)入有桿腔中， 氣壓缸的有效面積：故 （無(wú)桿腔） (6.6) （有桿腔） (6.7)F=1625.7N，=，選擇機(jī)械效率將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 選擇標(biāo)準(zhǔn)氣壓缸內(nèi)徑系列及機(jī)械的工作范圍冗余設(shè)計(jì)，選擇D=40mm.（2） 氣壓缸外徑的設(shè)計(jì)根據(jù)裝配等因素，考慮到氣壓缸的臂厚在7mm，所以該氣壓缸的外徑為54mm.（3） 活塞桿的計(jì)算校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或氣壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長(zhǎng)L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： （6.8） 設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為45剛，故，活塞直徑d=20mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。 （五）氣壓缸的尺寸參數(shù)的確定根據(jù)夾緊力和驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算，初步確定了氣壓缸的內(nèi)徑為40mm，行程為500mm；下面要確定氣壓缸的缸筒長(zhǎng)度L。缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來(lái)確定，即： L=l+B+A+M+C （6.9）式中：l為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為(0.6-1)D;A為活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度，取(0.6-1.5)D;M為活塞桿密封長(zhǎng)度，由密封方式定；C為其他長(zhǎng)度，在此由于定位方式為定位塊式，需要保留一定的缸體冗余長(zhǎng)度作為緩沖，以免在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中損傷到缸體，所以C取60mm。一般缸筒的長(zhǎng)度最好不超過(guò)內(nèi)徑的20倍。另外，氣壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸還有最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。 所以：L=500+0.8D+D+0.9D+C=668mm 氣壓缸缸底厚度計(jì)算，本氣壓缸選用平行缸底，且缸底無(wú)氣孔時(shí)，其中h為缸底厚度；為氣壓缸內(nèi)徑；為實(shí)驗(yàn)壓力；為缸底材料的許用應(yīng)力，氣壓缸選用缸體材料為45號(hào)鋼，。 ，所以選取厚度。七 齒輪齒條機(jī)構(gòu)齒輪齒條在傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)有自己所獨(dú)有的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):齒輪傳動(dòng)用來(lái)傳遞任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，其圓周速度可達(dá)到300m/s，傳遞功率可達(dá)105KW，齒輪直徑可從不到1mm到150m以上，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。 齒輪齒條傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）傳遞動(dòng)力大、效齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)用來(lái)傳遞任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，其圓周速度可達(dá)到300m/s，傳遞功率可達(dá)105KW，齒輪直徑可從不到1mm到150m以上，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。 （2） 壽命長(zhǎng)，工作平穩(wěn)，可靠性高； （3） 能保證恒定的傳動(dòng)比，能傳遞任意夾角兩軸間的運(yùn)動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比主要缺點(diǎn)有： （1）制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高； （2）不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。由于齒輪齒條傳動(dòng)，因此傳動(dòng)比為1。機(jī)身重量不大，選取輸入功率為0.8Kw，轉(zhuǎn)速為12r/min。齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì)如下：（1）材料選擇 由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-1選擇齒輪材料為Q235，齒齒面硬度為240HBS；齒條材料味Q235，齒條齒面硬度為280HBS，。1）齒輪齒數(shù)，齒條齒數(shù)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 （7.1）(2) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)2）計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)矩 3)選齒寬系數(shù)4)由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-30選取區(qū)域系數(shù)5)由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-26查得，則6)由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)7）由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得（3）計(jì)算1）試算齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得 2)計(jì)算圓周速度v3)計(jì)算齒寬b及模數(shù) 4)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，8級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-3查得由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-2查得使用系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-13查得由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-4查得接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)5）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得6)計(jì)算模數(shù)7)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式 (7.2)（4）確定計(jì)算參數(shù)1)確定載荷系數(shù)2)根據(jù)重合度，由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)3) 由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）表10-5查得齒形系數(shù)4) 應(yīng)力校正系數(shù)5） 由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-20C查的齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為500MPa，齒條的彎曲強(qiáng)度極限為380MPa。6） 由機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）圖10-18取彎曲疲勞強(qiáng)度極限，取安全疲勞系數(shù)S=1.4 7） 計(jì)算齒輪、齒條的并加以比較齒輪的數(shù)值大。（5）設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，去=3.5mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑=69.4mm來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由取=23，則=u=31*23=23.(6)幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算齒輪的分度圓直徑（2）計(jì)算齒輪寬度圓整后取 圖7.1為齒輪結(jié)構(gòu)圖，圖7.2為齒條結(jié)構(gòu)圖，表7.1為齒輪性能參數(shù)。圖7.1 齒輪結(jié)構(gòu)圖圖7.2 齒條結(jié)構(gòu)圖表7.1 齒輪性能參數(shù)表結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次真空吸盤(pán)式氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是真空吸盤(pán)，不同于傳統(tǒng)的機(jī)械手爪，讓我在對(duì)真空方面的知識(shí)得到加深的同時(shí)，也認(rèn)識(shí)到了其相對(duì)手爪的優(yōu)勢(shì)。真空吸盤(pán)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、外形美觀、吸持力強(qiáng)等特點(diǎn)。在機(jī)械日益發(fā)展的今天，真空吸盤(pán)設(shè)備將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。由于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)水平、時(shí)間的局限，設(shè)計(jì)難免有不到之處。參考文獻(xiàn)1 JB3915-85。液壓機(jī)安全技術(shù)條件.北京:中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部,19850208發(fā)布2 許福玲、陳堯明主編。液壓與氣壓傳動(dòng)（第二版），北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2004.73 何存興主編。液壓與氣壓傳動(dòng)，武漢：華中科技大學(xué)出版社 2000.84 李?lèi)?ài)華等主編。工程制圖基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社，2003.85 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QDJXSZPT-00-00 機(jī)械手裝配圖A0打印 2 QDJXS-02-01 機(jī)械手氣壓系統(tǒng)原理圖A1打印 3 QDJXS-03-01 機(jī)械手電氣控制原理圖A1打印 4 QDJXS-01-01 真空吸盤(pán)A4打印 5 QDJXS-01-02 齒輪A4打印 6 QDJXS-01-03 齒條A4打印 7 QDJXS-01-04 導(dǎo)向花鍵軸A4打印 8結(jié)論 QDJXS-01-05 手臂氣缸缸體 A1打印38