毕业设计（论文）-纱锭搬运三爪机械手设计(含全套CAD图纸)

纱锭搬运三爪机械手设计论文1本科毕业设计说明书题 目 纱锭搬运机器人三爪机械手设计 院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机设 10-4班 姓 名： 范祥明 学 号： 2010022521 指导教师： 赵存友 教师职称： 副教授 优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763摘要纱锭搬运三爪机械手应用于生产线上代替工人工作，它把工人从复杂、繁重、疲劳、的工作环境中解脱出来，是人类的好伙伴，是工业制造领域重要的生产和服务性设备，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备，也是一个企业现代化水平的重要标志，同时可以减少企业的成本，提高企业的效益。本课题要求根据装卸搬运的生产需要，完成通用机械手回转与升降功能部件的结构设计。有助于培养学生运用所学基础知识、基本理论进行一般机械产品结构设计的综合能力。由于本课题研究的三抓机械手的额定负载较小，体积和重量均要求较小，且结构简单，纱锭怕污染，综合分析后，决定采用气压缸来实现对纱锭的搬运，而且可以采用简易的开关来控制。关键字：纱锭；搬运；机械手优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763AbstractThe spindle carrying three claw manipulator used in the production line to replace the workers, the workers from the heavy, complex, fatigue, work environment in relief, is a human partner, is the industry an important production and service equipment, automation equipment in the field of advanced manufacturing technology can not lack, but also it is an important mark an enterprise modernization level, also can reduce the enterprise cost, improve the efficiency of enterprises. This topic request according to production needs handling, structure design general mechanical hand rotary and lifting parts. To help students learn to use the basic knowledge, basic theory of comprehensive ability of general mechanical product structure design. Because the three grasping manipulator rated the study load is smaller, the volume and weight are small, and the structure is simple, the spindle is afraid of pollution, comprehensive analysis, decided to adopt air cylinder to achieve the spindles handling, but also to control the simple switch.Keywords: Spindle; Carry; Manipulator优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763目录摘要 .2Abstract.3第 1章 绪论 .71.1 目的及意义 .71.2 国内外研究现状与发展趋势 .71.2.1国内的研究现状 .71.2.2国外研究现状 .81.2.3发展趋势 .91.3 本设计主要研究的内容 .11第 2章 纱锭搬运机械手的方案设计 .122.1 机械手的方案设计 .122.1.1方案一（如图 1）所示 .122.1.2方案二（如图 2）所示 .122.1.3方案三（如图 3）所示 .132.2 机械手的方案可行性分析 .132.3 设计的创新之处 .142.4 设计的产品应用 .14第 3章 机械手的结构设计 .153.1手抓设计计算 .153.2连接杆的设计计算 .153.2.1 连接杆强度计算 .173.2.2 连接杆的疲劳强度校核 .183.2.3 连接杆的接触应力校核 .203.3 手指座的设计校核 .213.4 连接架的设计与校核 .223.5连杆设计与校核 .24第 4章 气缸的设计 .284.1 气缸的介绍 .28优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397634.2 气压缸工作原理 .284.3气缸的校核 .314.5缸筒和缸盖的连接 .324.6气缸推力验算 .32总结 .33致谢 .34参考文献 .35优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载6第 1 章 绪论1.1 目的及意义机器人技术是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要方面。是近 40 年来发展起来的一门交叉性学科，它涉及电子学、计算机科学、控制理论、传感器技术、机械学、仿生学、人工智能等学科领域。工业机器人与其它设备组成的生产线极大地提高了企业的生产率、提高和稳定了产品质量、大大缩短了产品更新换代的周期，机器人的出现和发展已使传统工业生产的面貌发生了根本性变化，使人类的生产方式从手工作业、机械化、自动化、跨入智能化的新时代。机器人不仅在工业上应用愈来愈广，而且正在社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下矿藏、抢险救灾、军事等领域开拓新应用，以代替人在其无法适应的特殊环境下工作，这将极大地扩展人类生产和活动的范围，大大提高人类创造性劳动的能力。在某种程度上机器人水平的高低能反映一个国家的综合国力和科技水平的发展。该机械手应用于生产线上代替工人工作，它把工人从复杂、繁重、疲劳、的工作环境中解脱出来，是人类的好伙伴，是工业制造领域重要的生产和服务性设备，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备，也是一个企业现代化水平的重要标志，同时可以减少企业的成本，提高企业的效益。本课题要求学生根据装卸搬运的生产需要，完成通用机械手回转与升降功能部件的结构设计。有助于培养学生运用所学基础知识、基本理论进行一般机械产品结构设计的综合能力。1.2 国内外研究现状与发展趋势1.2.1 国内的研究现状工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载7中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。我国工业机械手的研究与开发始于 20世纪 70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DCPWM 等等。我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。1.2.2 国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如 发生少优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载8许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962 年美国机械铸造公司也实验成功一种叫 Versatran 机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这 2种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的基础。从 60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种 UnimationVic.arm 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从 1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业：联邦德国 Kuka 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自 1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。1.2.3 发展趋势在教育领域，许多院校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程，但与世界先进国家相比，我们在认识和投入等方面均存在不足。而教学机器人作为机器人技术、计算机技术和机电一体化技术教育的教学工具，对人才培养和高新技术的推广应用有着重要的意义。如今教学机器人已经广泛应用于大专院校的课程与试验中，它可以再现工业机器人的工作原理和过程，让人们对机器人有直观的理解，在学生的学习中起到了很大的作用，所以深得学生和老师的青睐。目前，国内已有部分高校研制开发了较为成型的机器人教学研究设备，例如哈尔滨工业大学、清华大学等。另外还有许多高校也正投入到相关产品的研发工作中，相信不久会有更多相应产品的问世 2-7。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载9动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。目前世界高端工业机械手均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 工业机器人，一般指的是在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。国际标准化组织(ISO)在对工业机器人所下的定义是“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用设备，以执行种种任务” 1。随着科学和技术的不断发展，在过去的几个世纪里，人类在许多方面都取得了重大的进展。机器人技术作为人类最伟大的发明之一，自 20 世纪 60 年代初问世以来，经历了短短的 40 年，已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生、成长、成熟期后，已成为制造业中必不可少的核心装备，而且工业机器人不仅在工厂里成了工人必不可少的伙伴，而且正在以惊人的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等人类生活的各个领域渗透。据联合国经济委员会和国际机器人联合会去年关于世界机器人的报告，仅 2003 年新投入使用的机器人接近10 万个，使世界目前使用的机器人总数超过 75 万。世界使用机器人最多的国家是日本，约 38.9 万；其次为德国(9.1 万)、美国(9 万)、意大利(3.9 万)、韩国(3.8 万)、法国(2.1 万)、西班牙(1.3 万)和英国(1.2 万)，并且报告估计 2004年，全世界使用的机器人总数将超过 100 万。我国的工业机器人发展的历史已经有 20 多年，从“七五”科技攻关开始，正式列入国家计划，在国家的组织和支持下，通过“七五” “八五”科技攻关不仅在机器人的基础理论和关键技术方面取得重大突破，而且在工业机器人整机方面，己经陆续掌握了喷漆、弧焊、点焊、装配和搬运等不同用途、典型的工业机器人整机技术，并成功的应用于生产，掌握了相关的应用工程知识。但总的看来，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离。我国目前大约有 4000 台工业机优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载10器人，其中仅有 1/5 是国产的，其余的则是从 40 多个国外厂商进口的机器人。总之，各种各样机器人的出现和应用是人类走向文明和发展的一个巨大进步和标志，在未来社会中，机器人的广泛应用和发展是一个必然的发展趋势。相信在不远的将来机器人技术将一定能够为人类带来更多的方便，为人类的文明和发展带来更大的机会 8。1.3 本设计主要研究的内容在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：机械手加工行业中用于取料、送料；实现产品在不同生产线之间的快速转移。浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现产品在不同生产线之间的转移,实现产品的搬运,完成不同的工序的生产线搬运机械手为研究对象。在设计的过程中完成机械手的结构设计，根据所给定纱锭：内孔 110mm、外径 180mm、高 120mm转腰机构：转角范围 90，时间 4秒的设计参数和工作环境的要求，设计结构简单、抓取灵活的机械手，使其与机器人总体相协调，成为有机整体，并能够应用于生产实践。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载11第 2 章 纱锭搬运机械手的方案设计2.1 机械手的方案设计根据纱锭搬运生产线的要求，用气压缸来实现机械手臂在水平面上的旋转和支撑整个手臂。完成手臂在两生产线间的移动，完成三爪对纱锭的搬运。旋转机构：旋转机构是气压缸构来控制。三爪：用四杆机构来控制，两个四杆机构用气压机来控制，来分别实现对纱锭的搬运。 2.1.1 方案一（如图 1）所示方案 1是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手，其特点是，抓重可达几百公斤，运动比较平稳，结构紧凑、动作灵敏，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从体积、重量及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。但是，其费用较高，而且其液压系统经常出现漏油现象，维护不方便，容易把纱锭污染。1-液压缸；2-液压缸；3-液压缸图 1 结构运动简图2.1.2 方案二（如图 2）所示方案 2是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载121-气压缸；2-气压缸；3-气压缸图 2 结构运动简图 2.1.3 方案三（如图 3）所示是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手，抓住重负载是容产生滑动，还容易把纱锭污染，不失为一个合适的选择方案。但是，其费用较高，而且其液压系统经常出现漏油现象，维护不方便。1-液压缸；2-液压缸；3-液压缸图 3 结构运动简图综上所述，由于搬运的是纱锭，纱锭怕污染，质量也比较轻，而液压容易漏油把纱锭污染，所以选择方案2气压传动的方式。2.2 机械手的方案可行性分析本次纱锭搬运机器人三爪机械手的设计采用了气压缸的设计。介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的操作简单，适用于高速、优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载13高温和粉尘大的环境中进行工作。利用气压缸来控制三爪机械手的运动以及旋转，三爪机械手下行，气压缸把三爪机械手合拢，到达搬运的纱锭时，气压缸再把三爪张开，再利用 2 号气压缸带动旋转台将其搬运的纱锭旋转 90 度，1.3号气压缸在运动，将其纱锭卸载，2 号气缸再带动旋转台旋转回到初始位置，一次搬运完成，重复以上运动即可完成对纱锭搬运。2.3 设计的创新之处这种创新提高了生产率，降低了成本；使其发挥更大的技术、经济效益等。由于本课题研究的三抓机械手的额定负载较小，体积和重量均要求较小，且结构简单，纱锭怕污染，综合分析后，决定采用气压缸来实现对纱锭的搬运，而且可以采用简易的开关来控制。2.4 设计的产品应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬运、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：机械手加工行业中用于取料、送料；实现产品在不同生产线之间的快速转移。浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现产品在不同生产线之间的转移,实现产品的搬运,完成不同的工序的生产线搬运机械手为研究对象。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载14第 3 章 机械手的结构设计3.1 手抓设计计算手部要能抓起工件必须满足： GkN321式中， -为所需夹持力；-安全系数，通常取 1.22；1-为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按 估算， 为机2k gak12械手在搬运工件过程的加速度 ， ， 为重力加速度；2/sm2/8.9sa-方位系数，查表选取 ；3k 13k-被抓持工件的重量 30 ；Gg带入数据，计算得： N=1200N；3.2 连接杆的设计计算连接杆其驱动力可 可按下式计算：伸 缩Fmaf/)(伸 缩式中： 各支承处的的摩擦阻力（N） ，其大小可按下式估算：f)(NfFG式中： G运动部件所受的重力（ ） ；外载荷作用于导轨上的正压力（ ） ，其大小可按下式计算：NF手 腕手 部工 件FN摩擦系数，取 0.1，详见机械设计手册表 23.4-1；启动过程中的惯性力（ ） ，其大小可按下式估算：aF优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载15tvgGFa总式中： 重力加速度，取 9.8 ；g2/sm速度变化量（ ） 。如果从静止状态加速到工作速度 时，则v v这个过程的速度变化量就等于杆部的工作速度。启动或制动时间（ ） ，一般为 0.1 。对轻载低速运动部件t ss5.0取小值，对重载高速部件取大值，行走机械一般取 0.5 1.5 。tvsm/经过计算得： )294168.590(1.)( NfFG N7.=tvga总 .7.62Fmaf 9350/)17.62(/)(伸 缩连接杆设计如图 3-1所示：图 3-1：连接杆零件图优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载163.2.1 连接杆强度计算拉力 60NWF131792/m.Pqb式中： 连接杆的均布载荷；力；宽度。b22163208457N/m.WRFqL式中： 均布载荷；反力；R长度2L103270.6N/m.9Tqb式中： 前后均布载荷3103()27.3876/9TRmb式中： 平面上附加的均布力矩3按扭转条件计算截面的强度优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载17MPa159.175.02463PaWTca因此截面安全。按弯扭合成条件计算截面 Pa133.8760.1)5.23(784) 2222 PaTMca （因此截面安全。3.2.2 连接杆的疲劳强度校核截面直径最小，且有应力集中；截面为连接处，由于直径发生实然变化，产生明显的应力集中；由于直径最大且无应力集中，故不必对其他地方处进行校核，而只需对、截面进行校核。截面右侧 MPa94.175.02463.0713dWT 因为截面受扭矩作用，所以 a.8ma由于变化形成的理论应力集中系数 由表查取。因 ，0.1658dr，经插值后可查得1.0538dD.2轴的材料的敏性系数为 85.0q有效应力集中系数为 28.)1.(.1)(1k尺寸系数 75.0表面质量系数为 8.0优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载18处未经表面强化处理，即 ，则得综合系数值为1q18.3.075.28kK取 计算安全系数 5.197.3.80597.1831 SKSmaca可知其安全。截面左侧弯曲应力 MPa7.1542.0861.0233dWMb所以 ，aa70m扭转应力 Pa9.1452.0632.43dT所以 M7ma由于轴径变化形成的理论应力集中系数 因 ，0.83542dr，经插值后可查得1.354270dD，8.13.轴的材料的敏性系数为，.0q5.有效应力集中系数为 6.1)8.(3.1)(1k 4550q尺寸系数 5.0尺寸系数 7表面质量系数为优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载1991.0此处未经表面强化处理，即 ，则得综合系数值为1q 12.39.05.6kK.7.41取 ，005计算系数值 caS 64.305.712.31 maK .7.4.01aS 5.129.36.7.322 SSc故安全。3.2.3 连接杆的接触应力校核最大压应力Hbq2max637.0式中： 均布载荷；2接触区宽度的一半。Hm05.814.3.0128457.152.1921 REqb式中： 模数；半径；1R半径。2优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载20所以 2max84570.637.1.02.MPa.HqPab max45ax.03.26.7 故安全。3.3 手指座的设计校核手指座的的结构如图 3-2所示，直径为 200mm。图 3-2：手指座优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载21在实际工作中手指座只受到拉压力的作用，因此只要校核手指座的拉压应力即可。从图 3-2可以看出，手指座在连接处的面积最小，即属于危险截面。激振力即式作用在手指座上的最大力。2013.().5sMPan右端连接处最大应力max2.64.189()0.50NFaA左端连接处的最大应力max12.61.267()0NMPa通过对手指座的以上校核，可知所设计的手指座符合设计要求。3.4 连接架的设计与校核连接架的设计数据如图 3-3所示：图 3-3：连接架零件图0)(435)(cbaFaBA优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载220)(435)(cbacbFAB357.68.720BN（2）校核许用应力 用插入法查得： 0.64bMPa许用应力值 1375应力校正系数 10.0.964b当量弯矩 .59387.TNm22()58AMT.9B设计的直径 min1.6d315.80.AAbm（3）疲劳强度校核初步分析 、 两个截面有较大的应力和应力集中，下面以截面 为例进行I I安全系数校核。材料选用不锈钢调质， ，650BMPaPaS360对称循环疲劳极限 aBb28654.1 MPB19503.0. 脉动循环疲劳极限abb4862867.10 MP31295.0 优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载23等效系数18.0486220 b25.312950 截面 上的应力弯矩 I134867(.)MNm弯曲应力幅 1350.22.8aWP 弯曲平均应力 m扭转切应力 3156.0.28TMPa扭转应力幅和平均切应力 .175am如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从而取最大值，验算强度合格。3.5 连杆设计与校核本次设计的连杆如图 3-4所示：优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载24图 3-4：连杆零件图连杆长度为 150mm0)(435)(cbaFaBAcb；BA43510631.25ABFFN优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载25许用应力 用插入法查得： 012.5bMPa许用应力值 6应力校正系数 100.582b当量弯矩 .5938.67.TNm22()AMT5.B设计的法兰最小直径 min1d法兰直径 3120.AAb； 验算合格。mind最终设计的纱锭搬运机械手抓结构如图 3-5 所示：优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载26、图 3-2：纱锭搬运机械手优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载27第 4 章 气缸的设计4.1 气缸的介绍气压传动由于结构紧凑，制造简单，工作可靠，故在机械制造业、轻工业和食品工业的各个部门获得了广泛的应用。但由于对它的研究还不够充分，所以在很多地方，使它的应用受到了限制。在 20 实际 60 年代末，气动元件得到发展，控制方式有所创新，应用启动系统更为合理和安全。工业领域得到了广泛的应用。气压系统的工作介质是空气。1气源装置 获得压缩空气的设备，空气净化设备。 如空压机，空气干燥机等。气源装置是向气动系统提供所需压缩空气的动力源。他包括空气压缩机和气源处理系统两大部分。2执行元件 将气体的压力能转换成机械能的装置，也是系统能量输出的装置。如气缸，气马达等 3控制元件 用以控制压缩空气的压力，流量，流动方向以及系统执行元件工作程序的元件。如压力阀，流量阀，方向阀和逻辑元件等 4辅助元件 起辅助作用，如过滤器，油雾器，消声器，散热器，冷却器，放大器及管件等。4.2 气压缸工作原理单作用气缸：单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。主要尺寸的确定1.气缸工作压力的确定 本设计的气缸用于整个床体的升降功能：由液压传动与气压传动表 3-1 取气缸工作压力 p=1Mpa表 3-1 气压负载常用的工作压负载 F/N 50000 工作压力 57 优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载28p/MPa 假设每个气缸受力相同，则每个气缸收到的压力为：（4-1）=2450FN根据电控柜的高度，设计气缸的推杆长度为 350 mm，进行计算与设计。假设推杆为 45 号钢， F=2450N，临界力E=196 GPa。根据压杆稳定型计算推杆直径：（4-2）2crEl=4503FN由公式， （4-3）代入 计算公式，计算（4-4）43cr2Ed=50lFN由此得到： 3dm取整后，得到： 50本方案因为存在流水线本身自重可以是气缸恢复初始状态，所以选用单作用气缸。（4-5）式中， F活塞杆上的推力， N 气缸工作时的总阻力，N 优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载29P 气缸工作压力， Pa D 活塞直径，m 气缸工作时的总阻力 与众多因素有关，如运动部件惯性力、背压阻力、密封处摩擦力等。以上因素可以载荷率 的形式计入公式，如要求气缸的静推力 和静拉力 ，则在计入载荷后：（4-6）计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取 =0.3 至 0.5 ，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取 =0.7 至 0.85 。由上式，得：（4-7）4250.716.m去较大值，且圆整后，得到 70D缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算 : （4-8）式中， - 缸筒壁厚，mm 优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载30D - 气缸内径，mm- 气缸试验压力，一般取 pP -气缸工作压力 （Pa） -缸筒材料许用应力（Pa） 本方案气缸缸筒采用铝合金 ZL106,=3MPa 代入己知数据，则壁厚为:（4-9）啊啊 啊701.523.则筒壁外径为 70+17.5=87.5 mm。4.3 气缸的校核（1）活塞杆稳定性的验算：当活塞杆的长度 L 较小时（L10d） ，可以只按强度条件校核计算活塞杆直径 d 有: （4-10）其中，=120MPa ， 12450FN则: 0.54216m所以满足实际设计要求。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载314.5 缸筒和缸盖的连接 缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、螺钉式、钢筒螺纹、卡环等，参见表 3-2。对于双头螺栓和螺栓连接，一般是四根螺栓，但是对于工作压力高于 1MPa时，一定要校核螺栓强度，必要时增加螺栓数量，例如 6根。查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接，采用 4根螺钉。该结构简单，易于加工，易于装卸。由于工作压力小于 1MPa，故无须校核螺栓强度。 4.6 气缸推力验算270.84615N由以上计算可知气压缸能产生的推力 F= 6154N 大于升起床体所需的推力F= 2450 N 。所以该气缸满足要求。最后设计的纱锭搬运机械手如图 4-6所示：图 4-6：纱锭搬运机械手总装图优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载32总结毕业设计是大学四年所学知识的一个考察,它兼顾了四年中所学的基础和专业知识,因此不同于以前的课程设计,毕业设计是课程设计一个质的飞越.认识到这点,我对待毕业设计的态度也不敢懒散,一直抱以认真谨慎的学习态度.在接到毕业设计课题后首先要做的就是搜集各方面的资料，以前的课程设计都是老师给出的，不用自己去烦恼。但是毕业设计就不同了，它是一个综合设计，很多资料，数据都需要自己通过各种途径搜集得到。在本次设计中，要用到许多基础理论，由于有些知识已经遗忘，这使我们要重新温习知识，因此设计之前就对大学里面所涉及到的有关该课题的课程认真的复习了一遍，开始对本课题的设计任务有了大致的了解，并也有了设计的感觉。同时，由于设计的需要，要查阅并收集大量关于机械制造方面的文献，进而对这些文献进行分析和总结，这些都提高了我们对于专业知识的综合运用能力和分析解决实际问题的能力。通过本次设计还使我更深切地感受到了团队的力量，在与同学们的讨论中发现问题并及时解决问题，这些使我们相互之间的沟通协调能力得到了提高，团队合作精神也得到了增强。可以说，毕业设计体现了我们大学四年所学的大部分知识，也检验了我们的综合素质和实际能力。同时也跨出了我的工程师之路的第一步。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载33致谢为期三个多月的毕业设计就要结束了，我也顺利的完成了我的课题设计，在此之际我要衷心的感谢在设计过程中一直帮助我支持我的老师。我要感谢指导老师，老师在整个设计过程中对我的影响很大，设计过程中的很多个难点都是在老师的悉心指导下才克服的，还有老师大亲切和善也是我在整个设计过程中感受最深的。也因为这样，和老师之间存在着师生心理障碍一下全无，我也就大方的有问题就问，有想法就提，这也使得我能更多的发现设计中存在的问题，并解决问题。老师严谨的治学态度，渊博的专业知识，诲人不倦教学精神，在学术上和为人上都是我们的楷模和榜样。同时我还要感谢跟我一起参与设计的同学，虽然我们课题不同，但是都能在讨论中发现各自的问题，并互相提出解决的方法，设计能够顺利完成，也因为他们的帮助。结束代表着新的开始，新的征程，本次的毕业设计将会成为我今后工作，学习生活中的一份坚实的基础和保证。从中吸取的经验教训也将成为我们在今后生活道路上的一笔财富，挫折永远是前进道路上所必须面对的，相信我们的未来会走的更好，也可以让我们大学的老师放心。真心的感谢在大学帮助过我的老师和同学们，再次感谢你们！优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载34参考文献1 郭洪红.工业机器人运用技术M.北京：科学出版社.2008-7.711，15，19，2630，40，4445，51，68，7984，912 原魁.工业机器人发展现状与趋势J.工厂自动化.2007.第 1 期.34383 周寿明，邓成良 .可用于生产线的工业机器人研究J.科技创新导报.2008.第27 期.59-614 罗璟，赵克定，陶湘厅，袁锐波.工业机器人的控制策略探讨J，机床与液压.2008-10.第 10 期.951005 张新聚，曹慧勤，杨雪.程控通用机器人设计J.液压与气动.2007.第 2 期.63646 李文明.水力清砂机械手的研究与设计D. 武汉：华中科技大学.20077 郭洪红.工业机械人技术M.西安：西安电子科技大学.2006.58 王小玲.工业机械手的 PLC 控制J.机电工程技术.2004.第 9 期.32369 许福玲，陈尧明 .液压与气压传动M.北京：机械工业出版社.2007-10.3840，41，4851，6877，79104，123131，14116310 成大先. 机械设计手册液压传动S，第 4 版.北京：化学工业社 .2007-9.20-320-5 ，20-13 ，20-74 20-100 ， 20-117，20-184 ，20-277 ，20-28120-306，20-39020-392，20-40120-419 ，20-427 20-454，20-471 20-484，20-508540，20-640，20-70820-711 ，20-74020-741，20-76711 机械设计手册编委会.机械设计手册液压传动与控制S ，第 4 版.北京：机械工业出版社.2007-7.23-4923-58，23-64 23-66 ，23-13423-135 ，23-17023-171，23-17323-174，23-254 23-255， 23-49023-491 ，23-49823-499，23-561，23-58123-58412 张培志，朱宏俊 .电气控制与可编程序控制器S. 北京：化学工业出版社.2009-1.12013 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学S ，第 6 版.北京：高等教育出版社.2007-4.109，17017714 刘鸿文. 材料力学S，第 4 版.北京：高等教育出版社 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