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上海電機(jī)學(xué)院
學(xué)生姓名
專業(yè)
班級(jí)學(xué)號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng) 龍門機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)
開題日期
計(jì)劃完成日期
設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展情況
提前完成□；按期完成□；滯后完成□
能否按期完成
目前按任務(wù)書規(guī)定應(yīng)完成的內(nèi)容
1、開題報(bào)告約1500字，查閱文獻(xiàn)15篇以上。
2、設(shè)計(jì)圖紙A1（折合）4張（AUTOCAD繪圖）。
3、翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文英文不少于4000單詞。
4、設(shè)計(jì)說明書不少于10000字。
目前已完成的內(nèi)容
1、開題報(bào)告約1500字，查閱文獻(xiàn)15篇以上。
3、翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文英文不少于4000單詞。
設(shè)計(jì)計(jì)算部分一小部分
指
導(dǎo)
教
師
意
見
簽字： 年 月 日
系（專業(yè)）領(lǐng)導(dǎo)小組意見
簽字： 年 月 日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：小型柔性生產(chǎn)系統(tǒng) 龍門機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)
本課題來源于亞龍YL-221型自動(dòng)化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目，該機(jī)械加工自主創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)模擬了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械加工的不同階段設(shè)置了多個(gè)工作站：自動(dòng)存取型高架倉(cāng)庫(kù)、搬運(yùn)機(jī)械手站、直線輸送機(jī)站、90度轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)站、綜合機(jī)械加工站、裝配站、工件碼堆站。
本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)龍門機(jī)械手，將用于工作人員出入，使斷開輸送帶上的零件通過機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)輸，需完成對(duì)工件的安全抓緊和釋放，并將零件從輸送帶的一端送到指定位置的另一端生產(chǎn)線輸送帶上。通過本課題的研究，學(xué)生不僅可以了解自動(dòng)生產(chǎn)線的工作過程，還可以深入了解其組成部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。希望學(xué)生通過本課題設(shè)計(jì)，能充分運(yùn)用已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機(jī)械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中，選用合理的動(dòng)力元件，計(jì)算設(shè)計(jì)零件的合理尺寸，體現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)思路，綜合應(yīng)用機(jī)械原理和設(shè)計(jì)、工程制圖，以及現(xiàn)代制造理念。
課題的技術(shù)要求：
工件和托架形狀：工件為φ50×50mm的鋁制圓柱體或φ50×50mm的塑料圓柱體; 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。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)速不能過高，考慮齒輪減速比i<4因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜過大因此手腕的轉(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)速不能過高，考慮齒輪減速比i<4因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜過大因此手腕的轉(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
直流無刷電機(jī)是用電子換向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械換向，性能可靠、永無磨損、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)的無刷電機(jī)可以做到體積很小。 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器的無刷電機(jī)，由于散熱問題， 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)：無霍爾的無刷電機(jī)在起動(dòng)時(shí)有輕微振動(dòng)，速度正常后就感覺不到振動(dòng)現(xiàn)象了；空心杯結(jié)構(gòu)的無刷電機(jī)價(jià)格高，控制器要求高；外置驅(qū)動(dòng)器的無刷電機(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）編寫委員會(huì) 機(jī)械工業(yè)出版社
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