小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng) 龍門(mén)機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)【10張cad圖紙+說(shuō)明書(shū)完整資料】

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托架為200×145mm方形有機(jī)玻璃，2公斤。 定位精度：±1mm ；運(yùn)動(dòng)速度：>2m/min； 工作行程：X:1000mm, Z:200mm； 設(shè)計(jì)空間：橫梁與地面高度需有1800mm，便于工作人員通過(guò)。已知工作臺(tái)高度為1000mm，托架離工作臺(tái)200mm。 工作要求：X軸引動(dòng)器用于機(jī)械手在水平方向上的精確定位，Z軸引動(dòng)器則完成對(duì)工件托架提起或放下操作，機(jī)械手爪則完成對(duì)工件托架安全抓緊或釋放操作。 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手設(shè)計(jì)要求為整體重量不超過(guò)2kg，考慮其工作狀態(tài)，加速度為一倍重力加速度，因此在手指的選材上選擇非金屬材料，而且要求具有穩(wěn)定的工作特性和防腐防老化的性能，綜合各個(gè)方面要求選擇聚丙烯材料，其密度低，工作特性穩(wěn)定，且具有較高強(qiáng)度。 手指所承受的徑向力F 3.1 重力 已知條件： 手指總長(zhǎng) l = 0.08m 集中載荷 P = 60N 彈性模量 E = 5GPa 截面的軸慣性矩 縱向作用力 Q = 60 N 剪切面積 許用剪切應(yīng)力 [τ] = 33MPa 材料彈性模量 E = 5GPa 波松比 μ = 1 計(jì)算結(jié)果： 懸臂梁一的危險(xiǎn)截面B處的: 支座反力 反力矩 最大剪力 最大撓度 最大轉(zhuǎn)角 剪應(yīng)力 τ = 0.75MPa 剪應(yīng)變 2.2氣缸的選擇。 由氣缸所提供的力為 3.2 安全系數(shù)K=1.2 3.3 氣缸選擇 根據(jù)機(jī)械手質(zhì)量的要求，盡量選擇尺寸較小的氣缸。 初定氣壓0.8mpa 氣缸內(nèi)徑20mm 3.4 3.5 選定氣壓1mpa 氣缸內(nèi)徑25mm 3.6 3.7 選取氣壓1mpa 氣缸內(nèi)徑35mm 3.8 1256>1212 因此選用氣缸CM2YG40-25 質(zhì)量0.176kg 工作環(huán)境-10—60攝氏度 氣體壓力1mp,用節(jié)流閥控制氣缸前進(jìn)速度，使手指達(dá)到每秒張開(kāi)不大于。 2.3.1選擇電動(dòng)機(jī)容的量 電機(jī)分為直流電機(jī)與交流電機(jī)，根究的工作要求于各個(gè)國(guó)家的所用交流電之間的差異，因此選用直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)，額定電流有12V、24v、42v等。 2.3．2確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 翻轉(zhuǎn)時(shí)力矩 3.9 有效功率為 3.10 手腕的翻轉(zhuǎn)速度： η1 、η2、分別為軸承、齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)效率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表9.1取η1 =0.98，η2=0.97，則 滾珠軸承的的摩擦系數(shù)為u=0.0010—0.0015 直齒輪齒輪的機(jī)械效率 軸承的機(jī)械效率 從電動(dòng)機(jī)到翻轉(zhuǎn)軸輸送總效率 3.11 所以電動(dòng)機(jī)所需工作功率為 3.12 初選電機(jī)SM40-00130LFB，轉(zhuǎn)速3000r/min,轉(zhuǎn)矩0.1N·m，質(zhì)量0.23kg。 3.13 電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇因手抓的動(dòng)作要求平緩，且轉(zhuǎn)速不能過(guò)高，考慮齒輪減速比i<4因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜過(guò)大因此手腕的轉(zhuǎn)速控制在60度每秒左右，因此選用電機(jī)SM40-00130LFB需要做5級(jí)減速裝置，這樣會(huì)大大加大機(jī)械手的重量與機(jī)械復(fù)雜程度，因此此電機(jī)不符合設(shè)計(jì)要求。 2.4手腕旋轉(zhuǎn)電機(jī)選擇 選擇電機(jī)GMP-2855TD720為轉(zhuǎn)速13r/min，額定功率44w，轉(zhuǎn)矩2N·m。 圖3.3電動(dòng)機(jī)安裝尺寸 L=25mm 減速比 3.14 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) I軸 II軸 各軸的輸入功率 I軸 II軸 3.15 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 3.16 3.17 軸名 功率P/w 轉(zhuǎn)矩T/(N·m) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 傳動(dòng)比 效率 I軸 1.18 0.086 13 1.3 0.95 II軸 1.12 0.081 10 表3.1軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 電機(jī)選擇GMP-2855TD720無(wú)刷直流電機(jī)，額定電流24v。 質(zhì)量0.12kg 工作環(huán)境-10—70攝氏度 2.4.1選擇電動(dòng)機(jī)容的量 按工作要求和工作條件選用無(wú)刷直流伺服電機(jī)，額定電流24v。 翻轉(zhuǎn)時(shí)力矩 3.18 有效功率為 3.19 式中，、分別為軸承、齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)效率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先版表9.1取，，則 滾珠軸承的的摩擦系數(shù)為u=0.0010—0.0015 軸承的機(jī)械效率 直齒輪齒輪的機(jī)械效率 從電動(dòng)機(jī)到翻轉(zhuǎn)軸輸送總效率 3.20 所以電動(dòng)機(jī)所需工作功率為 3.21 2.4．2確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇因手抓的動(dòng)作要求平緩，且轉(zhuǎn)速不能過(guò)高，考慮齒輪減速比i<4因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜過(guò)大因此手腕的轉(zhuǎn)速控制在60度每秒左右，選用電機(jī)為轉(zhuǎn)速13r/min，減速比i=1.3。 圖3.4電機(jī)安裝尺寸 計(jì)算傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) I軸 II軸 各軸的輸入功率 I軸 II軸 3.22 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 3.23 3.24 軸名 功率P/w 轉(zhuǎn)矩T/(N·m) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 傳動(dòng)比 效率 I軸 1.89 0.138 13 1.3 0.95 II軸 1.80 0.131 10 表3.1軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 電機(jī)選擇GMP-2855TD720無(wú)刷直流電機(jī)，額定電流24v。 質(zhì)量0.12kg 工作環(huán)境-10—70攝氏度 　　 直流無(wú)刷電機(jī)是用電子換向來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械換向，性能可靠、永無(wú)磨損、故障率低，壽命比有刷電機(jī)提高了10-30倍。 外置驅(qū)動(dòng)的直流無(wú)刷屬靜態(tài)電機(jī)，空載電流??；輸出效率高；外置驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷電機(jī)可以做到體積很小。 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器的無(wú)刷電機(jī)，由于散熱問(wèn)題， 在電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，就出現(xiàn)發(fā)熱情況。 缺點(diǎn)：無(wú)霍爾的無(wú)刷電機(jī)在起動(dòng)時(shí)有輕微振動(dòng)，速度正常后就感覺(jué)不到振動(dòng)現(xiàn)象了；空心杯結(jié)構(gòu)的無(wú)刷電機(jī)價(jià)格高，控制器要求高；外置驅(qū)動(dòng)器的無(wú)刷電機(jī)，使用不方便，需要外配控制器，在尺寸、成本方面不易控制 三．參考文獻(xiàn) 【1】 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 1-5卷 【3】 工業(yè)機(jī)器人技術(shù) 郭洪紅主編：西安電子科技大學(xué)出版社 【3】機(jī)械原理 高中庸主編 華中科技大學(xué)出版社 【4】 材料力學(xué) 章梓茂主編 高等教育出版社 【5】 工業(yè)機(jī)器人的操作設(shè)計(jì) 馬香峰 冶金工業(yè)出版 1996 【6】 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 李允文 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 【7】 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 天津大學(xué)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫(xiě)組 1980 【8】 工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1978 【9】 機(jī)械手 作者（蘇聯(lián)）A.N.別洛夫 原子能出版社 【10】 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版）R2.0 數(shù)字化手冊(cè)系列（軟件版）編寫(xiě)委員會(huì) 機(jī)械工業(yè)出版社 9