1、徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書機電工程學(xué)院專業(yè)綜合課程設(shè)計說 明 書課題名稱： 簡易機械手機械機構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名： 沈柳根 學(xué)號： 20110611119 專 業(yè)： 機械電子工程 班級： 11機電 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 2015年1月5日摘要簡易機械手是工業(yè)機械手的簡化，功能相似，而工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。工業(yè)機械手設(shè)計是機械制造、機械設(shè)計和機械電子工程等專業(yè)的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)

2、，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程內(nèi)容得綜合設(shè)計。通過設(shè)計提高學(xué)生的機械分析與綜合能力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力、機電液一體化系統(tǒng)設(shè)計的能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計方法。通過對于氣動機械手的設(shè)計，展現(xiàn)了各個相關(guān)學(xué)科知識在這里的整合，有利于理解專業(yè)知識。 關(guān)鍵詞：簡易機械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計；氣動目 錄摘要I1 設(shè)計任務(wù)介紹及意義11.1設(shè)計任務(wù)意義：11.2設(shè)計任務(wù)要求介紹：12 總體方案設(shè)計32.1 結(jié)構(gòu)分析32.3 設(shè)計簡介33 機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計53.1傳動結(jié)構(gòu)總體設(shè)計53.2手指氣缸的設(shè)計63.3縱向氣缸的設(shè)計123.4橫向氣缸的設(shè)計134最終圖紙154.1裝配圖155 總結(jié)16參

3、考文獻(xiàn)17I1 設(shè)計任務(wù)介紹及意義1.1設(shè)計任務(wù)意義：通過課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，提高分析和解決問題能的一個重要環(huán)節(jié)，專業(yè)課程設(shè)計是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)的，是學(xué)生根據(jù)所學(xué)課程進(jìn)行的工程基本訓(xùn)練，課程設(shè)計的意義在于：1培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，獨立進(jìn)行機電控制系統(tǒng)（產(chǎn)品）的初步設(shè)計工作，并結(jié)合設(shè)計或試驗研究課題進(jìn)一步鞏固和擴大知 識領(lǐng)域。2通過設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立的機械整機設(shè)計能力，樹立正確的設(shè)計思路，掌握機電一體化機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟，為自動化機械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。3培養(yǎng)學(xué)生掌握機電產(chǎn)品設(shè)計的一般程序方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。4樹立正

4、確的設(shè)計思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng),同時最大限度的培養(yǎng)了學(xué)生分工協(xié)作完成大型設(shè)計的能力。1.2設(shè)計任務(wù)要求介紹：1. 基本要求：（1）總體設(shè)計：針對具體的原理方案，通過對動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進(jìn)行總體設(shè)計，最后給出機械系統(tǒng)的裝配圖（A1一張）。（2）根據(jù)要求，撰寫設(shè)計說明書1份。 (3）設(shè)計選題分組進(jìn)行，每位同學(xué)采用不同方案（或參數(shù)）獨立完成；2該機械手的功能：機械手的初始位置停在原點，啟動后，機械手將下降加緊工件上升右移再下降放松工件再上升左移八個動作，完成一個工作周期（如圖 1 所示）。3任務(wù)要求：執(zhí)行元件：氣動氣缸；運動方式：直角坐標(biāo)；4主要設(shè)計參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程400 mm；運

5、動負(fù)載質(zhì)量50 kg；移動速度控制0.2 m/s。圖 1 搬運任務(wù)2 總體方案設(shè)計 2.1 結(jié)構(gòu)分析機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié) 構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。1- 夾緊氣缸； 2-縱向氣缸 ；3-橫向氣缸； 4-常開手部 5-固定支架導(dǎo)軌（2個）；6-彈簧圖 2 方案一示意圖2.2 設(shè)計任務(wù)要求介紹可以看出：圖示為

6、地面固定式，氣缸2固定在地面上的固定臺上，可以上下移動；氣缸3通過與導(dǎo)軌相連，可以在水平方向移動。氣缸1采用的是靠彈簧恢復(fù)的單作用氣缸，它與手爪構(gòu)成了一套常閉式夾緊裝置。3 機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1傳動結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 本方案的機械設(shè)計中重在氣缸的設(shè)計，氣缸1的作用是物品的抓緊和釋放，氣缸2的作用是實現(xiàn)物料縱向的提升與下降，氣缸3的作用是實現(xiàn)物料的橫向移動。對氣缸結(jié)構(gòu)的要求一是重量盡量輕，以達(dá)到動作靈活、運動速度高、節(jié)約材料和動力，同時減少運動的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運動精度和定位精度氣缸的設(shè)計流程圖如圖4所示圖4 氣缸設(shè)計流程圖氣缸按結(jié)構(gòu)特征分類如圖 5單活塞桿氣缸是各類氣缸中應(yīng)用最廣的一

7、種氣缸。由于它只在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側(cè)承受氣壓作用 的面積不等，因而活塞桿伸出時的推力大于退回時的拉力。雙活塞桿氣缸活塞兩側(cè)都有活塞桿，兩側(cè)受氣壓作用的面積相等， 活塞桿伸出時的推力和退回時的拉力相等。單作用氣缸是由一側(cè)氣口供給氣壓驅(qū)動活塞運動，依靠彈簧力、外力或自重等作用返回；而雙作用氣缸是由兩側(cè)供氣口交替供給氣壓使活塞作往復(fù)運動。結(jié)合課程設(shè)計的方案，夾緊氣缸1選擇單作用氣缸，依靠彈簧力恢復(fù)；縱向氣缸2選擇單作用氣缸，靠重力恢復(fù)；橫向氣缸3選擇雙作用氣缸圖5 氣缸結(jié)構(gòu)分類3.2手指氣缸的設(shè)計圖6 手指氣缸結(jié)構(gòu)圖（1）夾緊力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對其

8、大小、方向和作用點進(jìn)行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷(慣性力或慣性力矩)，以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對工件的夾緊力可按下式計算：式中 安全系數(shù)，通常取1.2-2.0； 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可用下式估算其中 a運載工件時重力方向的最大升加速度 g重力加速度 g=9.8 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定。 f摩擦系數(shù) G選取工件所受的重力（N） 設(shè)為1.5，將已知條件代入得：（2）氣缸的內(nèi)徑根據(jù)手指的幾何關(guān)系得： 由設(shè)計任務(wù)可以知道，要驅(qū)動的負(fù)載大小位100Kg，考慮到氣缸未加載時實際所能輸

9、出的力，受氣缸活塞和缸筒之間的摩擦、活塞桿與前氣缸之間的摩擦力的影響。在研究氣缸性能和確定氣缸缸徑時，常用到負(fù)載率：由液壓與氣壓傳動技術(shù)表11-1：取=0.45根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得：D-活塞直徑，m；d-活塞桿直徑，m；P-許用壓力,；-彈簧反作用力，N 估算時取d=0.3D,=40N, P=0.5。代入上式得： 按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=80 mm（3）活塞桿直徑 由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=25 mm (4) 缸筒長度的確定： 缸筒長度S=L+B+20 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=0.20D= 0.20x80=16mm 由于氣缸的行程L=200mm

10、,所以S=L+B+20=236 mm（5）氣缸筒的壁厚的確定:由液壓氣動技術(shù)速查手冊知：一般氣缸缸筒與內(nèi)徑之比/D1/10 ，其壁厚通常按薄壁筒公式計算：-實驗壓力，一般取=1.5p(p為氣缸工作壓力)，；-缸筒材料的許用應(yīng)力，=/S；-材料的抗拉強度，；S-安全系數(shù)，S>=68。 通常計算出的壁厚往往很薄，考慮機械加工工藝性，往往將缸筒壁厚適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管與鋁合金管。下圖所列缸筒壁厚可供參考。假設(shè)所選材料為無縫鋼管，則由表知(6)氣缸耗氣量的計算： 氣缸的耗氣量是指氣缸往復(fù)運動時所消耗的壓縮空氣量。耗氣量大小與氣缸的性能無關(guān)， 但它是選擇空壓機排氣量的重要依據(jù)。

11、(7)氣缸的進(jìn)、排氣口計算 通常氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑大小與氣缸速度有關(guān)，根據(jù)ISO-15552、ISO-7180。氣缸的進(jìn)、排氣口的直徑見下表（ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）氣缸直徑3240506380氣口尺寸汽缸直徑100125150200250氣口尺寸汽缸直徑320氣口尺寸查此表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為3.3縱向氣缸的設(shè)計 由設(shè)計方案可以知道，縱向氣缸1不僅要承受負(fù)載50kg的重量，還要承受氣缸3及手指部分的重量，假設(shè)此重量為負(fù)載的十分之一，即5kg。則縱向氣缸實際的負(fù)載F=539N。進(jìn)一步求的理論負(fù)載（1）氣缸的內(nèi)徑由公式得： 查表后得：D=63mm。（2）活塞桿直徑 由d=0.3D 估取活塞

12、桿直徑 d=18.9 mm 查表后得：d=20mm(3) 缸筒長度的確定： 缸筒長度S=L+B+20 L為活塞行程；B為活塞厚度 活塞厚度B=(0.200.25)D= 0.2063=13mm 由于氣缸的行程L=400mm ,所以S=L+B+20=433 mm（4）氣缸筒的壁厚的確定 選用無縫鋼管為材料，查表得：(5) 氣缸耗氣量的計算(6)氣缸的進(jìn)、排氣口計算查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為3.4橫向氣缸的設(shè)計(1)氣缸的內(nèi)徑 根據(jù)機械手結(jié)構(gòu)關(guān)系得： 取：=0.2，g=9.8 得：F=130(近似) 根據(jù)氣缸的結(jié)構(gòu)得： 估算時取d=0.3D,P=0.5。代入上式得：按照GB/T2348-19

13、93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，取D=50 mm(2)活塞桿直徑由d=0.3D 估取活塞桿直徑 d=15 mm查表得：d=16mm（3）缸筒長度的確定：缸筒長度S=L+B+20L為活塞行程；B為活塞厚度活塞厚度B=0.20D= 0.20X0.5=10mm由于氣缸的行程L=400mm ,所以S=L+B+20=430 mm（4）氣缸筒的壁厚的確定:假設(shè)所選材料為無縫鋼管，則由表知（5）氣缸耗氣量的計算：（6）氣缸的進(jìn)、排氣口計算查表可知，氣缸的進(jìn)、排氣口的規(guī)格為4最終圖紙4.1裝配圖最終圖紙如圖7所示：圖7 裝配圖5 總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)

14、,是對我們實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。通過此次課程設(shè)計,暴露出了平時學(xué)習(xí)當(dāng)中存在的問題:學(xué)習(xí)不夠深入,了解不透徹,導(dǎo)致在做課程設(shè)計的過程中,經(jīng)常對一些基本的知識點弄混.這次課程設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計前最后的一次練兵,對我來說非常有意義。機械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機械手的使用也將越來越廣泛。回顧起此次課程設(shè)計，令我仍感慨頗多。一周的時間說長不長，說短也不短，在這一周里讓我學(xué)會了本課程在實際生活中的用途，學(xué)會了同學(xué)之間的互助團(tuán)結(jié)，學(xué)會了怎樣克服困難。付出了不少時間和精力，但學(xué)到了很多很多東西。通過本次課程設(shè)計，從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。我在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，這對我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)這方面的知識有極大的幫助。在此謹(jǐn)向各位老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一起愉快的度過此次課程設(shè)計的各位同學(xué)