搞学习 > 毕业设计
+

运送铝活塞机械手设计(2)

2023-03-04    作者:    来源:

3手爪抓持机构的设计

手爪夹持机构是由手指、传动机构杯驱动装置三部分组成的,它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性,可以抓取轴、盘、套类零件。一般情况下,多采用两个手指,少数采用三指或多指。常见的传动机构往往通过滑块、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实观夹紧或松开。其类型可以分为以下几种:


平移型手指,它的张开闭合靠手指的平行移动,适于夹持平板,方料。在夹持直径不同的圆棒时,不会引起中心位置的偏移。但是这种手指结构复杂,体积大,要求加工精度高。

回转型手指,它的张开闭合靠手指根部(以枢肋支点为中心)的回转运动来完成。枢轴支点为一个的,称为单支点回转型;为两个的,称为双支点回转型。这种手指结构简单,形状小巧,但夹持不同工件会产生夹持定位偏楚。

在机械加工中,通常情况使手爪的夹持误差不超过-1~+1 mm就可以了。这就可以在满足定位精度的条件下,采用简单的回转型手爪。而避免单纯追求自动定心,而使设计出的结构过分复杂。同时又考虑到铝活塞铸造毛坯本身就有1~2mm的误差、所搬运的是棒料、尽量减轻手爪夹持机构的重量和平移型手指机构复杂体积庞大加工精度要求高的情况,故选用回转型手指结构。

如图所示:

运送铝活塞机械手设计 图1

3.1 手部夹持机构参数确定 

3.1.1 机械手各部分尺寸和材料的确定

机械手能否准确夹持工件,把工件送到指定位置,不仅取决于机械手定位精度(由臂部和腕部等运动部件确定),而且也与手指的央持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中,为了适应工件尺寸在一定范围内变化,避免产生手指夹持的定位误差,必须注意选用合理的手部结构参数,从而使夹持误差控制在较小的范围内。

若把工件工件轴心位置C到两支点的垂直距离CD用X表示,则根据几何关系有:运送铝活塞机械手设计 图2运送铝活塞机械手设计 图3


X=运送铝活塞机械手设计 图4

为看出半径R对X的影响,可将上式化为下式:


X=运送铝活塞机械手设计 图5

当R变化对X影响最小时即运送铝活塞机械手设计 图6

运送铝活塞机械手设计 图7=0


则  R=运送铝活塞机械手设计 图8,此时R的小变化对X的影响最小,即产生的机械手定位误差减小。

依据《工业机械手设计》——广东机械学院李允文主编机械工业出版社出版第二章手部第三节夹钳式手部的计算与分析以及铝活塞铸造毛坯的尺寸Φ84mm、高度50mm,确定手爪参数:

取θ=60°、运送铝活塞机械手设计 图9=110mm、a=32mm、R=42


根据手指夹持定位误差最小原则,         


β=运送铝活塞机械手设计 图10=运送铝活塞机械手设计 图11=64°

毛坯的直径变化范围为:Φ83~Φ85

运送铝活塞机械手设计 图12=运送铝活塞机械手设计 图13

=0.54mm

运送铝活塞机械手设计 图14=运送铝活塞机械手设计 图15

=0.53mm

所以夹持机构的定位误差取其中较大的0.54mm,其符合设计的要求。

根据以上夹持机构的数据,可以使用Solidworks画其机构图。运送铝活塞机械手设计 图16




材料的选择,注意到该夹持机构使用在机械手的末端,故为减轻重量以铝合金作为其材料ZalSi9Mg铝硅合金。其参数如下:

抗拉强度195MaP  铸造方法为砂型铸造  布氏硬度HBS  65

3.1.2 夹持机构的受力分析

运送铝活塞机械手设计 图17

运送铝活塞机械手设计 图18为驱动力、运送铝活塞机械手设计 图19为握力、运送铝活塞机械手设计 图20为OA杆对推杆的作用力其方向为垂直OA杆方向、运送铝活塞机械手设计 图21运送铝活塞机械手设计 图22的反作用力、

由于夹持机构左右对称,故运送铝活塞机械手设计 图23=运送铝活塞机械手设计 图24

由O点的受力平衡分析可知:运送铝活塞机械手设计 图25=2运送铝活塞机械手设计 图26

运送铝活塞机械手设计 图27

运送铝活塞机械手设计 图28得:运送铝活塞机械手设计 图29

运送铝活塞机械手设计 图30 又运送铝活塞机械手设计 图31

运送铝活塞机械手设计 图32   

由上式可知驱动力F一定时运送铝活塞机械手设计 图33角越大则握力运送铝活塞机械手设计 图34随之增大。但运送铝活塞机械手设计 图35角过大会导致拉杆的行程过大,以及手指滑槽尺寸长度增大,使结构加大。 依据《工业机械手设计》——广东机械学院李允文主编机械工业出版社出版,运送铝活塞机械手设计 图36一般取30°~40°,本设计中运送铝活塞机械手设计 图37取35°。

根据设计中原始数据负载能力为3Kg,根据《机械设计课程设计手册》表1-10常用材料摩擦系数查得接近的摩擦系数纯铝与钢的滑动摩擦系数为f=0.17 。

手指对工件的夹紧力可按下式计算:

运送铝活塞机械手设计 图38     运送铝活塞机械手设计 图39为安全系数通常取1.2~2.0、  运送铝活塞机械手设计 图40工作情况系数运送铝活塞机械手设计 图41,竖直方向运送铝活塞机械手设计 图42=运送铝活塞机械手设计 图43=1.52(运送铝活塞机械手设计 图44一取0.03~0.5)、运送铝活塞机械手设计 图45为方位系数查《工业机械手设计》表2-2得运送铝活塞机械手设计 图46=0.5/运送铝活塞机械手设计 图47=0.5/0.17=2.94

运送铝活塞机械手设计 图48197.1N


所需的驱动力为:

运送铝活塞机械手设计 图49N

3.2 夹持机构驱动方案

为使机构的重量减轻机构简化,经考虑决定采用滚珠丝杠来传递动力。在以前做的工作基础上,已经绘制出夹持机构的三维实体图。在仿真中为使其能够夹持或放开铸造毛坯,发现驱动力F在直线方向的移动距离为:26.17mm,据此可以确定丝杠的行程为27mm。由节拍分析夹紧所用时间t为0.4,则运送铝活塞机械手设计 图50=26.17/0.4=65.43mm/s=3925.5mm/min。

3.2.1 丝杠副尺寸选择计算的确定


经三维实体仿真,采用铝合金材料的夹持机构和载荷的重量运送铝活塞机械手设计 图51为5.1KG。丝杠的最大负荷运送铝活塞机械手设计 图52,查《机械设计课程设计手册》表1-10常用材料摩擦系数运送铝活塞机械手设计 图53取0.06,则

运送铝活塞机械手设计 图54=410.9N

为使设计更可靠令当量载荷运送铝活塞机械手设计 图55=运送铝活塞机械手设计 图56,假设丝杠副最大相对转速为运送铝活塞机械手设计 图57=1100r/min。查表11-1-25精度推荐表,确定机械手使用的精度为5级。滚珠丝杠的失位量为0.15mm。初算导程运送铝活塞机械手设计 图58=3925.5/1100=3.57mm,根据《机械设计手册—机械传动》表11-1-15查得运送铝活塞机械手设计 图59应该大于或等于3.57mm,取5mm。


1、额定动载荷运送铝活塞机械手设计 图60

运送铝活塞机械手设计 图61

表11-1-35精度系数运送铝活塞机械手设计 图62取0.9、查表11-1-36可靠性系数运送铝活塞机械手设计 图63取0.62、预期工作寿命运送铝活塞机械手设计 图64为15000小时、查表11-1-37载荷性系数运送铝活塞机械手设计 图65取1.5。

运送铝活塞机械手设计 图66=1100.8N

2、估算滚珠丝杠允许最大轴向变形运送铝活塞机械手设计 图67

运送铝活塞机械手设计 图68=运送铝活塞机械手设计 图69定位精度=运送铝活塞机械手设计 图700.15运送铝活塞机械手设计 图71=37.5运送铝活塞机械手设计 图72

3、估算滚珠丝杠底径运送铝活塞机械手设计 图73

运送铝活塞机械手设计 图74

运送铝活塞机械手设计 图75

运送铝活塞机械手设计 图76为导轨静摩擦因素、a为支撑方式系数一端固定一端自由时取0.078。L为滚珠丝杠支撑点距离常取1.1倍行程+1.1运送铝活塞机械手设计 图77,L=运送铝活塞机械手设计 图78=84.7mm。

运送铝活塞机械手设计 图79=运送铝活塞机械手设计 图80=3.1N

运送铝活塞机械手设计 图81为导轨摩擦因数,查《机械设计课程设计手册》表1-10常用材料摩擦系数运送铝活塞机械手设计 图82取0.06。

运送铝活塞机械手设计 图83=运送铝活塞机械手设计 图84=9.9mm

查《机械设计手册机械传动》根据以上的计算结果并查表11-1-30~表11-1-33确定丝杠的型号。南京工艺装备制造厂法兰型螺母CMF运送铝活塞机械手设计 图852005-5GB/T 17587.2—1998—20—5—85—T5R。

4、计算预紧力运送铝活塞机械手设计 图86

运送铝活塞机械手设计 图87=运送铝活塞机械手设计 图88=运送铝活塞机械手设计 图89=136N   

3.2.2 轴承型号的选择计算

依据工作情况丝杠采用一端固定一端铰支的工作方式。因为在这种情况下它的静态稳定性和动态稳定性都较高、轴向刚度大。

运送铝活塞机械手设计 图90

如图所示左端用角接触球轴承,又端用深沟球轴承作为支撑。由于滚珠丝杠螺母上的机构重量由导轨承受,所以滚珠丝杠只承受轴向力。所以滚动轴承的当量动负荷P=运送铝活塞机械手设计 图91=运送铝活塞机械手设计 图92=493.1N,运送铝活塞机械手设计 图93为负荷系数中等惯性力作用时取1.2。

1、角接触球轴承选择:

由《机械设计》公式基本额定动负荷C=运送铝活塞机械手设计 图94

已知运送铝活塞机械手设计 图95运送铝活塞机械手设计 图96小时、球轴承运送铝活塞机械手设计 图97取3,则C=运送铝活塞机械手设计 图98=4525.5N

考虑到上面已选滚珠丝杠底径为16.7mm,查《机械设计课程设计手册》表6—6选取角接触球轴承7000AC基本尺寸为:内径10mm、外径26mm、宽度8mm、接触角25°、基本额定动载荷4.75KN、脂润滑情况下极限转速19000r/min。

极限转速的校核:

由选取的轴承参数知运送铝活塞机械手设计 图99=19000r/min

依据《机械设计》图8.13负荷系数运送铝活塞机械手设计 图100取0.64,运送铝活塞机械手设计 图101=0.95

运送铝活塞机械手设计 图102=运送铝活塞机械手设计 图103=11552r/min

运送铝活塞机械手设计 图104=750r/min<运送铝活塞机械手设计 图105=11552r/min

所以转速符合要求。

2、右端深沟球轴承的选择

该深沟球轴承只是起到支撑作用,而且所支撑的重量较小,所以只要在直径方面满足要求即可。从《机械设计课程设计手册》表6—1,查得轴承6000。其基本尺寸为:内径10mm、外径26mm、宽度8mm、极限转速20000。

3.2.3 丝杠系统刚度K计算

由公式运送铝活塞机械手设计 图106

运送铝活塞机械手设计 图107滚珠丝杠拉压刚度运送铝活塞机械手设计 图108,a=85mm为滚珠螺母中点至轴承支点距离运送铝活塞机械手设计 图109=541.4运送铝活塞机械手设计 图110运送铝活塞机械手设计 图111轴承刚度生产厂产品样本中查出1020运送铝活塞机械手设计 图112运送铝活塞机械手设计 图113是轴向接触刚度从《机械设计手册机械传动》表11-1-31查得为439运送铝活塞机械手设计 图114

运送铝活塞机械手设计 图115   

K=195.9运送铝活塞机械手设计 图116

夹紧工件时载荷F=410.9N总弹性变形量:

运送铝活塞机械手设计 图117=运送铝活塞机械手设计 图118=2.1运送铝活塞机械手设计 图119

其远远小于37.5运送铝活塞机械手设计 图120,所以符合要求。

3.2.4 电机和连轴器的选择

1、电机的选择

夹紧过程中克服摩擦的阻力运送铝活塞机械手设计 图121=3.1N,前面已计算。丝杠螺母的移动速度为V=65.43mm/s(上面已计算)。

则所须的电机功率为:

运送铝活塞机械手设计 图122=运送铝活塞机械手设计 图123

查《机械设计课程设计手册》表1-7,运送铝活塞机械手设计 图124为夹持机构在导轨副上的滑动效率取0.9,运送铝活塞机械手设计 图125为丝杠的效率0.94

运送铝活塞机械手设计 图126=运送铝活塞机械手设计 图127=0.24W

考虑到要时时的夹紧毛坯,所以选用力矩电机。由《滚珠丝杠及其自锁装置》电机堵转时的力矩运送铝活塞机械手设计 图128=运送铝活塞机械手设计 图129,F为丝杠轴向力、L为丝杠导程、η为丝杠传动效率0.94。

运送铝活塞机械手设计 图130=运送铝活塞机械手设计 图131=0.348Nm

因为预先估计滚珠螺母相对滚珠丝杠的转速为1100/min,所以根据电机的功率、转速和堵转时的力矩,并在网上查找决定用成都微精电机股份公司的永磁式直流力矩电机J70LYX01其参数为:连续堵转电压10.8V、连续堵转电流2.25A、连续堵转转矩0.4N.m、最大空载转速为1100r/min、电枢转动惯量2.2运送铝活塞机械手设计 图132运送铝活塞机械手设计 图133、重量0.32kg、外形尺寸运送铝活塞机械手设计 图134mm。

2、连轴器

连轴器选用十字滑块连轴器,因为该连轴器适用于需正反转或启动频繁传递中小载荷的场合。

阅读:48    评论:0
  • 相关文章
  • 热门文章
  • 相关评论
网站地图

免责申明:我要玩起网旨在提供一个相互学习交流的平台,是一个完全免费的网站,部分原创作品,欢迎转载,部分内容来自互联网,如果侵犯了您的权利请尽快通知我们!邮箱:279459762@qq.com Copyright 2018-2021我要玩起网

  湘ICP备17006802号-2
【电脑版】  【回到顶部】