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机械毕业设计830机车轴承座自动上下料机构.docx
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机车轴承座自动上下料机构及其控制系统设计
第一章 自动上下料机构的总体构想
该装置是机车轴承座自动生产线上的辅助装置之一,主要完成抓取工件,提升一定
高度,旋转,移位,松开工件等几个基本功能。
其主要技术指标如下:
1. 工件重量约为 70Kg;
2. 工件最大尺寸(长,宽,高):440×92×290(具体见零件图);
3. 最大操作范围:提升高度为 70mm,转动角度为 90°,水平移动为 400mm;
4. 机械手的自由度数为 3(上升,转动,平移);
5.定位精度:属于上下料机构,本身精度要求不高;
6.装料高度:1050mm;
7.性能要求:抓取可靠、灵活,松放平稳,定位可靠。
在满足上述各项功能的前提下,我们尽量采用结构简单,制造方便的零部件来组成
该机车轴承座的自动上下料专用机构即机械手。根据机械手所要实现的基本功能,我们
采用圆柱坐标式机械手。其手臂的运动系由两个直线运动和一个回转运动所组成,即沿
X 轴的平移、沿 Z 轴的升降和绕 Z 轴的回转,而手部的夹放动作不能改变工件的位置和
方位,故它不计为自由度数,因此该机械手具有三个自由度数即可满足使用要求。
根据实际需要我们选用液压传动机械手:以油液的压力来驱动执行机构运动。其主
要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。安排夹紧液压缸,
升降液压缸,回转液压缸和移动液压缸来分别实现夹紧松开、升降、转动和平移各项功
能。为了实现对机械手的各个动作的顺序控制,我们采用 PLC 控制各动作的执行元件。
该机械手的具体结构为:使用两个立柱作为支撑架,在支架上钻两个孔,把装有滑
板及连接板和平移液压缸的导轨装于支架的孔里,采用螺钉进行紧固。滑板上装有由升
降缸和回转缸组成的臂部及手指式手部和驱动手部夹紧、松开的夹紧液压缸。滑板带动
工件一起移动实现平移,移动液压缸与滑板的运动可以由齿轮与齿条的传动来实现。
1
第二章 机械手的具体设计
2.1 手部的设计
2.1.1 类型选择
根据工件形状、尺寸、重量、材料和表面等状况,选用回转型两指式手部。
2.1.2 手指夹紧力的计算
对于手指垂直位置夹水平位置放置的工件的夹紧力可按下式计算:
0.5G
N=
„„„„„„„„„„„„2.1
f
式中 N——夹紧力(N);
G——工件的重量(N);
f——摩擦系数,钢对钢 f=0.1。
0.5 709.8
=3430 N
0.1
则 N=
2.1.3 手部驱动力的计算
由于采用夹紧缸来驱动手指夹紧与松开,因此选用连杆传动的手部比较合理。
(1)理论驱动力的计算:
2bsin sin
P
N
=
„„„„„„„„„„„2.2
理 sin( )
c
式中
P
——理论驱动力(N);
理
b——夹紧力到回转支点的垂直距离 b=116mm;
c——连杆铰销到回转支点的垂直距离 c=78mm;
α ——连杆的倾斜角α =43°;
υ ——杠杆的倾斜角υ =85.5°。
2116sin 43sin 85.5
P
则
=
3430 10290N
理
78sin(43 85.5)
(2)实际驱动力的计算:
K K
1
P
≥
P
实
„„„„„„„„„„„2.3
2
理
2
式中 K ——安全系数,一般取 1.2~2,取 K =1.5;
1
1
K ——工作情况系数,主要考虑惯性力的影响,K =1+a/g,相当于匀速运动,
2 2
取 K =1;
2
η ——手部的机械效率,取η =0.9。
11.5
≥
则
P
10290
17150 N
0.9
实
取
P
=17200N
实
2.1.4 校核手部结构的强度
(1)校核夹爪的剪切强度和挤压强度
夹爪的材料为 45钢,其伸长率δ >5%,属于塑性材料。
则许用应力[σ ]=
„„„„„„„„„„„„2.4
s
n
式中 σ ——材料的屈服点,45钢的屈服点σ =360MP ;
s
s
a
n——安全系数,对于塑性材料 n=1.32~3.5,取 n=1.5。
则 45钢的许用应力为[σ ]=360/1.5=270MP
a
其许用剪切应力为[τ ]=(0.6~0.8)[σ ]=162~216MP ,取[τ ]=200MP 。
a
a
许用挤压应力为[ ]=(1.7~2.0)[σ ]=459~540MP ,取[ ]=500MP 。
jy
a
jy
a
F
夹爪的剪切应力条件为τ =
≤[τ ]
„„„„„„„„„„2.5
Q
A
式中 F
Q——
剪切面上的剪力(N);
A——剪切面面积。
17200
则τ =
≈21.5MP <[τ ]=200MP ,故夹爪的抗剪强度满足要求。
2 20 20
a
a
F
A
夹爪的挤压应力条件为 =
≤[ ]
„„„„„„„„„„2.6
jy
jy
jy
jy
式中 F
jy——
挤压面上的挤压力(N);
A ——挤压面的计算面积(mm)。
jy
17200
14.3MP <[ ]=500MP ,故夹爪的挤压强度满足要求。
则 =
2 20 30
(2)校核绞链的剪切强度
绞链材料为 45钢,其许用应力[τ ] =200MP
a
jy
jy
a
a
3
F
Q
A
绞链的剪切应力条件为τ =
≤[τ ]
17200
则τ =
107.5 MP <[τ ]=200MP ,故绞链的抗剪强度满足要求。
(36 20)10
a
a
(3)校核夹爪外套的剪切强度和挤压强度
夹爪外套材料为 45钢,其许用切应力[τ ] =200MP ,许用挤压应力[ ]=500MP
a
jy
a
F
Q
A
夹爪外套的剪切应力条件为τ =
≤[τ ]
17200
2
则τ =
35.1 MP <[τ ]=200MP ,故夹爪外套的抗剪强度满足要求。
(16 10 )
2
2
a
a
2
F
A
夹爪外套的挤压应力条件为 =
≤[ ]
jy
jy
jy
jy
17200
则 =
27.6MP <[ ]=500MP ,故夹爪外套的挤压强度满足
2 (32 20) 26
jy
a
jy
a
要求。
(4)选用销轴
销轴材料为 35钢,其许用应力[σ ]=
s
n
式中 σ
材料的屈服点,35钢的屈服点σ =315MP ;
s——
s
a
310
则 35钢的许用应力为[σ ]=
=210MP
1.5
a
其许用剪切应力为[τ ]=(0.6~0.8)[σ ]=126~168MP ,取[τ ]=150MP 。
a
a
许用挤压应力为[ ]=(1.7~2.0)[σ ]=357~420MP ,取[ ]=400MP 。
jy
a
jy
a
F
Q
A
对于连接夹爪外套与夹爪处销轴的剪切应力条件为τ =
≤[τ ]
17200
则τ =
≤[τ ] =150MP 即 d≥16mm
d 2
a
2
4
为了提高强度取 d=20mm,以下校核其挤压强度。
4
F
A
其挤压应力条件为 =
≤[ ]
jy
jy
jy
jy
17200
=
17.1
故该销轴的挤压强度满足要求。
MP
2 20 26
jy
a
按照同样方法可求得连接夹爪与铰链处销轴的直径 d=20mm 和连接连杆与铰链处销
轴的直径 d=20mm。
机械手手部的具体形状和尺寸见零件图。
根据机械手的使用要求和自由度数的限制 ,以及为了结构简单 ,手部与臂部直接通
过拉杆连接而不需要设计腕部。
2.2 臂部的设计
通过对各种条件的综合考虑(整体结构、强度等),臂部的大体结构是把夹紧缸、升
降缸和回转缸从上到下依次布置在滑板上 ,其内部结构是拉杆通过连杆和夹紧缸的活塞
杆相联接,拉杆与连杆以及拉杆与活塞杆之间都是螺纹连接 .为了提高拉杆的强度和装
拆的方便,在其外边加一空心轴.各部分的具体结构设计和一些细节问题分析如下:
2.2.1 夹紧缸的设计
1. 液压缸主要尺寸的确定
(1)液压缸工作压力的确定
液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定,对不同用途的液压设备,由于工作
条件不同,通常采用的压力范围也不同.设计时,可用类比法来确定。
夹紧缸的工作压力初步确定为
p
=5MP 。
1
a
(2)液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定
F=P
„„„„„„„„„„„„„„„2.7
cm
式中 F——作用在活塞上的总机械载荷,F=19646N;
P——作用在活塞上的实际工作载荷;
——液压缸的机械效率,一般 =0.9~0.97,取 =0.95
cm
cm
cm
F 19646
则 P=
=
=20680N
0.95
cm
又 P= ( )
„„„„„„„„„„„„„„2.8
D
2
d
2
p
1
4
5
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