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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 http://www.paper51.com 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。 paper51.com 其主要技术指标如下： 内容来自www.paper51.com 1. 工件重量约为70Kg； copyright paper51.com
2. 工件最大尺寸（长，宽，高）：440×92×290（具体见零件图）； 内容来自www.paper51.com
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； paper51.com 4. 机械手的自由度数为3(上升,转动,平移)； 内容来自www.paper51.com 5．定位精度：属于上下料机构，本身精度要求不高； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 6．装料高度：1050mm； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 7．性能要求：抓取可靠、灵活，松放平稳，定位可靠。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 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。 http://www.paper51.com 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。 paper51.com 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。 http://www.paper51.com
第二章 机械手的具体设计 http://www.paper51.com 2.1 手部的设计 内容来自www.paper51.com 2.1.1 类型选择 copyright paper51.com
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。 paper51.com 2.1.2 手指夹紧力的计算 copyright paper51.com
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： paper51.com N= ………………………………2.1 http://www.paper51.com 式中 N——夹紧力（N）； paper51.com
G——工件的重量（N）； copyright paper51.com f——摩擦系数，钢对钢f=0.1。 copyright paper51.com 则 N==3430 N paper51.com 2.1.3 手部驱动力的计算 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 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。 http://www.paper51.com
(1)理论驱动力的计算： 内容来自www.paper51.com
= ……………………………2.2 copyright paper51.com 式中 ——理论驱动力（N）； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
b——夹紧力到回转支点的垂直距离b=116mm； paper51.com
c——连杆铰销到回转支点的垂直距离c=78mm； 内容来自www.paper51.com
α——连杆的倾斜角α=43°； copyright paper51.com
φ——杠杆的倾斜角φ=85.5°。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 则= 内容来自论文无忧网 www.paper51.com (2)实际驱动力的计算: paper51.com ≥ ……………………………2.3 paper51.com 式中 K1——安全系数,一般取1.2～2,取K1=1.5； copyright paper51.com
K2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2=1+a/g，相当于匀速运动,取K2=1； copyright paper51.com η——手部的机械效率，取η=0.9。 http://www.paper51.com 则≥10290N 内容来自www.paper51.com 取=17200N copyright paper51.com
2.1.4校核手部结构的强度 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
(1)校核夹爪的剪切强度和挤压强度 copyright paper51.com 夹爪的材料为45钢,其伸长率δ＞5%,属于塑性材料。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 则许用应力[σ]= ………………………………2.4 paper51.com 式中 σs——材料的屈服点,45钢的屈服点σs=360； paper51.com n——安全系数，对于塑性材料n＝1.32～3.5,取n=1.5。 http://www.paper51.com 则45钢的许用应力为[σ]=360/1.5=270 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 其许用剪切应力为[τ]=(0.6～0.8)[σ]=162～216,取[τ]=200。 内容来自www.paper51.com 许用挤压应力为[]=(1.7～2.0)[σ]=459～540,取[]=500。 http://www.paper51.com
夹爪的剪切应力条件为τ=≤[τ] …………………………2.5 http://www.paper51.com
式中 FQ——剪切面上的剪力(N)； paper51.com A——剪切面面积。 paper51.com 则τ=≈21.5＜[τ]=200,故夹爪的抗剪强度满足要求。 copyright paper51.com 夹爪的挤压应力条件为=≤[] …………………………2.6 内容来自www.paper51.com 式中 Fjy——挤压面上的挤压力(N)； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com Ajy——挤压面的计算面积(mm)。 内容来自www.paper51.com 则=＜[]=500,故夹爪的挤压强度满足要求。 内容来自www.paper51.com (2)校核绞链的剪切强度 paper51.com
绞链材料为45钢,其许用应力[τ] =200 copyright paper51.com 绞链的剪切应力条件为τ=≤[τ] paper51.com 则τ=＜[τ]=200,故绞链的抗剪强度满足要求。 内容来自www.paper51.com (3)校核夹爪外套的剪切强度和挤压强度 copyright paper51.com
夹爪外套材料为45钢,其许用切应力[τ] =200,许用挤压应力[]=500 内容来自www.paper51.com
夹爪外套的剪切应力条件为τ=≤[τ] http://www.paper51.com 则τ=＜[τ]=200,故夹爪外套的抗剪强度满足要求。 paper51.com
夹爪外套的挤压应力条件为=≤[] http://www.paper51.com
则=＜[]=500,故夹爪外套的挤压强度满足要求。 copyright paper51.com (4)选用销轴 copyright paper51.com
销轴材料为35钢,其许用应力[σ]= copyright paper51.com 式中 σs——材料的屈服点,35钢的屈服点σs=315； paper51.com 则35钢的许用应力为[σ]==210 copyright paper51.com 其许用剪切应力为[τ]=(0.6～0.8)[σ]=126～168,取[τ]=150。 内容来自www.paper51.com 许用挤压应力为[]=(1.7～2.0)[σ]=357～420,取[]=400。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 对于连接夹爪外套与夹爪处销轴的剪切应力条件为τ=≤[τ] 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 则τ=≤[τ] =150 即d≥16mm 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
为了提高强度取d=20mm,以下校核其挤压强度。 内容来自www.paper51.com 其挤压应力条件为=≤[] http://www.paper51.com = 故该销轴的挤压强度满足要求。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 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。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 机械手手部的具体形状和尺寸见零件图。 copyright paper51.com 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。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com |