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机械手-液压机械手1.rar

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    编号:20180915103628103    类型:共享资源    大小:1,013.79KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    机械手 液压
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    题 目: 工业机械手设计 (液压驱动设计) 姓 名: 学 院: 工学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机自 12 班 学 号: 3041207 指 导教师: 丁兰英 职称: 讲师 200 5 年 6 月 8 日南京农业大学教务处制目 录摘要……………………………………………………………………………………………1关键词…………………………………………………………………………………………1Abstract………………………………………………………………………………………1Key 1words………………………………………………………………………………………1引言……………………………………………………………………………………………21.机械手设计要求分析………………………………………………………………………31.1 设计目的和要求…………………………………………………………………………31. 2 机械手简介与分析………………………………………………………………………32. 液压系统设计………………………………………………………………………………32.1 确定工作循环周期………………………………………………………………………42.2 工况分析…………………………………………………………………………………42.3 拟订液压系统工作原理图………………………………………………………………42.4 选择标准的液压元件……………………………………………………………………52.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核………………………………………………53. 集成块设计……………………………………………………………………………… 73.1 设计分析…………………………………………………………………………………73.2 设计计算…………………………………………………………………………………83.3 设计步骤…………………………………………………………………………………103.4 液压集成块加工工艺……………………………………………………………………124. 液压集成块 CAD 技术……………………………………………………………………13总结 …… ……… ……… ……… ……………… …………… …………… ………15致谢 …… ……… ……… ……… ……………… …………… …………… ………15参考文献……………………………………………………… ……………………………16工业机械手液压系统设计机械设计制造及其自动化专业 李刚 指导老师 丁兰英摘要:本文主要介绍了上下料用机械手的设计过程,它包括了对于整个系统的工作要求和情况的分析,通过系统的工作过程确定整个液压系统的结构设计。分析整个循环过程,确定系统工作原理图,根据系统参数要求选择标准的液压元件,完成液压系统的装配图。液压集成块作为现在液压系统的主要部件,当前液压集成块应用开发受到了国内外液压界的广泛重视,液压集成块的 CAD 的研究与开发已为液压工程设计提供了有力的支持,在对机械手液压系统集成块设计过程中,能够与实际的加工工艺相结合。并且对现在的液压集成块的 CAD 技术有很好的认识。2关键词:工业机械手,驱动,集成块,原理Design of The Industry Manipulator Mechanical design & manufacture& automation LiGang Tutor DingLanyingAbstract: This text introduce upper and lower material spend design process of manipulator , it include to whole job requirements and analysis of situation of system mainly, confirm the whole structural design systematic in hydraulic pressure through the working course of the system. Analyse whole cyclical process , confirm systematic operation principle picture , require the hydraulic pressure component of the standard for selection according to systematic parameter, finish the installation diagram systematic in hydraulic pressure. Hydraulic pressure integrate piece as now main part , hydraulic pressure of system , hydraulic pressure at present integrate pieces of application and development receive domestic and international hydraulic pressure extensive attention of circle, hydraulic pressure integrate research and development of CAD of piece already offer effective support for engineering design of the hydraulic pressure, while design the system integration one of hydraulic pressure of the manipulator, can combine with real processing technology . And CAD integrating one to the present hydraulic pressure has very good understanding.Keyword: Industry manipulator ,Drive , Hydraulic manifold block , Elements引言工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作,如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品(电视机、电冰箱、洗衣机) 、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。 工业机器人由操作机(机械本体) 、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力,从某种意义上说它也是机器的进化过程产物,它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。第一章 机械手设计要求分析1.1 设计目的和要求上下料用机械手能在不同高度与不连续的工作台之间实现机械零件的重复取放,代替人工劳动,减轻了人工劳动强度,提高了自动化水平和劳动生产率,保证了产品和工人的质量与安全。1.2.机械手简介与分析31.上下料用机械手采用圆柱坐标的结构形式,主要的组成部分有:升降机构,回转机构,手臂伸缩结构等,在这三中机构中采用液压驱动传动方式,能保证机械手的整体结构的紧凑性,运动平稳以及可以方便的实现无级调速。2. 如图所示,机械手在工作过程中需三种运动,其中手臂的伸缩和立柱的升降为两种直线运动,而手臂的回转为圆周运动,所以采用圆柱坐标形式。其特点是,结构简单,手臂运动范围大,有较高的定位准确度。图 1 机械手运动坐标形式3. 机械手的工作范围机械手在水平方向上的伸缩范围为至两个不同高度的工作台的距离,手臂伸缩总行程为 500mm,手臂回转的运动范围为 90 度,立柱升降的垂直方向的距离为两工作台的高度差,总行程为 200mm第二章 液压系统设计2.1. 根据工作要求确定一个工作循环周期的运动过程1.手臂位于初始位置(1)2.手臂伸长至工作台(1)3.手指抓取工件(延时 20s,确保工件被抓住)4.手臂缩回5.立柱升高至所需高度,至工作台(2)6.手臂回转角度 α,至位置(2)7.手臂伸长并释放工件(延时 20s,确保工件被成功释放)8.手臂缩回9.手臂回转角度 —α,至位置(1)10.立柱下降高度至工作台(1)4图 2 上下料机械手运动位置示意图图 3 上下料机械手工作行程范围示意图工作行程范围:角度 0-240 度;手作工作范围 200mm;高度工作范围 200mm2.2 据工作循环过程确定系统工况分析图,确保工作运动中的动作连续性5图 4 机械手运动循环工况分析图2.3 拟订液压系统的工作原理图2.3.1. 根据整个系统的工作完成步骤,选择合适的液压缸。伸缩运动和升降运动 选择单杆活塞液压缸,回转运动选择摆动液压缸,保证整个系统能够达到稳定的运动效果。2.3.2.液压回路的选择确定液压执行元件以后,根据设备的共组特点和工作要求确定对主要性能起决定性影响的主要回路,机械手液压系统主要有针对伸缩运动,升降运动和回转运动的三个主要运动回路。2.3.3.对以上的液压元件和液压回路进行综合液压回路的综合就是把选择的液压回路放在一起,进行归并整理,增加必要的液压元件和辅助回路,确定完整的液压传动系统。同时注意:a.尽量简化系统机构,减少不必要的液压元件使用;b.保证整个液压系统运动动作的可靠,安全,没有元件与机构之间的相互干涉问题的存在;c.尽可能的去提高系统的工作效率,减少不必要的功耗的浪费;d.尽可能采用标准通用的液压元件。综合以上的动作,原理以及元件,绘制液压系统原理图。下图为本机械手液压系统的工作原理图:6图 5 上下料机械手液压系统的工作原理图 (注:上图中的 s1,s2,s3,s4,s5 ,s6,s7 为行程控制开关)2.4 根据整个系统的液压元件需求选择标准的液压元件机械手液压系统的主要液压元件选择包括:油箱,滤油器,油泵,溢流阀,减压阀,单向阀,电磁换向阀,单向节流阀,以及相应的电器开关等主要液压元件规格如下表:压力表 KF3—E3B节流阀 L—10H三位四通电磁换向阀 34—H10B单向阀 AJ—H10B减压阀 JF3—10B两位四通电磁换向阀 24—H10B(安装方法参照液压系统工作原理图)2.5 液压缸尺寸的确定及安全强度的校核根据设计的参数要求,确定合理的液压缸尺寸2.5.1.伸缩液压缸的设计计算由于工件相对于整个系统较小,并且工件运动为水平运动垂直于重力方向和摩擦力方向,所以对于运动过程来说负载较小,故不进行负载分析。伸缩液压选择单杆式活塞缸工作行程为 500mm由于此工业机械手属于小型的工程机械,故选初始压力 P=10Mpa试取 q=30L/minV1=100mm/s(活塞伸出的速度)V2=130mm/s(活塞缩回的速度)则:A = q / V1 = 50 cm2=1D480m7由于 故 =40mm21VAD进偏 2取标准 CHSG01-01/De 速比 1.337=80mm =40mm122.5.2 工作腔面积 211642214AD2.5.3 活塞稳定性较核活塞工作总行程 S=500mm 活塞杆直行 =40mm2De/d=500/400=12.5 10 需进行稳定性校核由材料力学中有关公式,根据液压缸一端支承一端链取末端数据 =2 活塞杆选用普通碳钢,则:2材料强度实验值 f=4.9 Pa,810=851因为4kJdA1250kl所以它的载荷 21()kkAFl当取安全系数为 =4 时kn所以满足稳定性要求4923567kNn则对于伸缩而言 则取缸径 =80mm1D杆半径 =40mm2D求液压缸流量: 16052.4qAVm进 2390l退2.摆动缸计算回转角度 0液压缸和工作压力 则输出压力 1PMa20P取 q=30L/min故取 b=30mm =70mm = 50mm2R1142()3.60.RrTbdNmT故可驱动基于手臂的回转运动3.升降机构设计计算由于手臂伸缩机构与摆动机构等重量全载与升降机构,故算的30GFN选液压缸工作压力 P=10MPa 工作负载 =2500NLF847301FAP取 =100mm =50mm1D2取 q=30L/min30/6.3/6/5qVcmss取 V=50mm/s 则耗时约为 4s三三三. 集成块的设计3.1 设计分析在整个液压系统中,由于整个系统由若干个液压阀有机组合在一起的,各个液压阀之间的连接方式主要有:管式连接,板式连接,集成式连接。集成式连接又可以分为集成块式连接,叠加阀式连接,插装锥阀式连接。由于管式连接结构分散,尤其对于复杂的液压系统,占据空间很大,管路交错,接头较多,装卸维修困难,并且在接头处容易造成油液的泄露与空气的渗入,有时会产生噪音和震动。板式连接一般油管较多,而且易在两板之间形成间隙,出现漏油,串腔等问题。而集成块式连接是集成式连接中的一种,即借助于集成块把标准式的板式连接的液压元件连接起来,它是一种代替管路把元件连接起来的六面连接体,在连接体内根据各控制油路设计出需要的油路通道,液压阀装在集成块周围。集成块的上下面是块与块的结合面,在结合面上加工有相同位置的压力油孔 P,回油孔 T,泄露油孔 L,以及安装螺栓孔。集成块与装在周围的阀类元件之间组成一个集成块组,可以完成一定典型回路的功能。将所有的集成块组叠加在一起,就可以构成整个集成块式的液压传动接系统。在所有的集成块组的下面应该有底板结构,底板上有压力油孔 P,回油孔 T,泄露油孔 L 等,通过底板来实现集成块组与油泵和油箱的连接,在所有的集成块组上面还应该有顶盖结构,在顶盖上可以安装压力表开关,以便于测量系统中各连接点或者某一油路的压力情况,这种集成方式的优点是它的机构紧凑,占地面积小,易于装卸和维修,并且具有标准化和系列化产品。以选用组合,因而被广泛用于各种中高压液压系统和各种中低压液压系统中,但是对于它的设计,工作量比较大,加工工艺复杂,不能任意修改等缺点。下面就简单的集成块举一个例子。包括三维造型的线形结构和实体结构。 (如下图)9图 6 集成块三维造型的线形结构图 7 集成块的三维实体造型3.2 根据具体的要求进行设计计算上下料用的机械手液压系统的集成块设计系统见集成块装配图,它包括地板块,升降机构控制集成块,回转机构控制集成块,伸缩机构控制集成块以及顶盖等五个集成块组成。下面针对整个系统中的伸缩缸液压控制回路集成块为例子,具体说明整个集成块的设计计算过程:为了能满足整个循环的工作要求,则该回路共需四个液压元件,有相关手册查得它们的型号和规格,以及安装底板在安装这些元件时候应考虑的油孔的相对位置情况等a. 减压阀
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