氣壓傳動(dòng)兩維運(yùn)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)前言可編程掌握技器〔PLC〕是以微處理器為根底，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)掌握技術(shù)和通信技術(shù)用。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義訓(xùn)練，課程設(shè)計(jì)的意義在于：〔產(chǎn)品〕的初步設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合設(shè)計(jì)或試驗(yàn)爭(zhēng)論課題進(jìn)一步穩(wěn)固和擴(kuò)大知識(shí)領(lǐng)域。的力量，提高計(jì)算、繪圖等根本技能。3．培育學(xué)生把握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序方法，進(jìn)展工程師根本素養(yǎng)的訓(xùn)練。4．樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)峻認(rèn)真的工作作風(fēng)。設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)1任務(wù)要求：掌握方式：PLC主要設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：氣缸工作行程——800mm；運(yùn)動(dòng)負(fù)載質(zhì)量——100kg；3m/min。具體步驟如下：先依據(jù)參考資料，確定適宜的設(shè)計(jì)方案。的計(jì)算，驗(yàn)算設(shè)計(jì)結(jié)果，導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)元件的選擇，管路設(shè)計(jì)，底座的設(shè)計(jì).依據(jù)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)展總體設(shè)計(jì)，完成機(jī)械系統(tǒng)的主要部件圖。應(yīng)用啟動(dòng)原理圖，設(shè)計(jì)掌握電路，編寫(xiě)掌握程序，繪制電氣掌握電路原理圖。方案一：1.氣動(dòng)機(jī)械手示意圖氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)方案二：5.導(dǎo)軌2.氣動(dòng)機(jī)械手示意圖參閱各種氣壓設(shè)計(jì)書(shū)籍和論文，比照設(shè)計(jì)任務(wù)要求，并通過(guò)對(duì)以前學(xué)習(xí)過(guò)的課程進(jìn)展綜1氣動(dòng)元件組合而成，為直角坐標(biāo)式機(jī)械手構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)2夾緊手組成，可以完成水平臂的伸縮、豎直臂的升降以及抓取等動(dòng)作，可以便利的通過(guò)節(jié)流32橫向移動(dòng)氣缸和縱向移動(dòng)氣缸，其掌握系統(tǒng)承受目前掌握領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍、性能優(yōu)越的PLC，S7-200PLC1121設(shè)計(jì)時(shí)可視作橫向氣缸只受軸向力，不受徑向力。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)12是實(shí)現(xiàn)物料縱向的提升及物品的釋放。對(duì)氣缸構(gòu)造的要求一是重量盡量輕，以到達(dá)動(dòng)作敏捷、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)削減運(yùn)動(dòng)的沖擊，二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度氣缸的設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示3氣缸設(shè)計(jì)流程圖氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)及計(jì)算 結(jié)果縱向氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核:100Kg，考慮到氣缸未加載時(shí)實(shí)際所能輸出的力，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，并考慮到機(jī)械爪的質(zhì)量。在爭(zhēng)論氣缸性能和確定氣缸缸徑時(shí)，常用到負(fù)載率β：由《液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)》表11-1：運(yùn)動(dòng)速度v=3m/min=50mm/s，取β=0.60F=F/β0

F=1633.3=1633.3N氣缸內(nèi)徑確實(shí)定D=1.27=1.27 =66.26mmF—N；

ND=80mm5PPaGB/T2348-1993D=80mm氣缸缸徑尺寸系列1124568〔90180126205320030〕00〔11012〔14016〔18020〔22025324050630〕5〕0〕0〕0000活塞桿直徑確實(shí)定d=0.3D估取活塞桿直徑d=25mm缸筒長(zhǎng)度確實(shí)定BB=(0.61.0)D=0.780=56mmL=800mm,所以S=L+B+30=886mm導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A:A，在D<80mmA=(0.61.0)D；在D>80mmA=(0.61.0)d。

d=25mmS=886mmA=25mm可取氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)A=25mmH：依據(jù)閱歷，當(dāng)氣缸的最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為：l=961mmH代入數(shù)據(jù)即最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H + =80mm活塞桿的長(zhǎng)度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961mm氣缸筒的壁厚確實(shí)定由《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》可查氣缸筒的壁厚 可依據(jù)薄避筒計(jì)算公式進(jìn)展計(jì)算：式中—缸筒壁厚m；D—缸筒內(nèi)徑m；P—缸筒承受的最大工作壓力—缸筒材料的許用應(yīng)力〔MPa；720參考《液壓與氣壓傳動(dòng)》缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核,我們的缸體的材料選擇45鋼，=600MPa， = =120MPa7n為安全系數(shù)一般取n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa) =7P—缸筒承受的最大工作壓力〔MPa。當(dāng)工作壓力p≤16MPa時(shí)，P=1.5p；當(dāng)工作mmp＞16MPa，P=1.25p0.6MPa16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa= =0.3mm參照下表氣缸筒的壁厚圓整取=7mmQ=1.85/s氣缸耗氣量的計(jì)算Q = ===1.85/s

d =150mm氣缸進(jìn)排氣口直徑d0氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)v—空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1015 〕選取v=12m/s由公式 d=20代入數(shù)據(jù)得 d=0

14.014mm15mmQ——工作壓力下輸入氣缸的空氣流量〔 〕V----空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1025 〕活塞桿的校核L45參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本》由《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》9穩(wěn)定性校核：由公式 F≤P0式中 F—活塞桿承受的最大軸向壓力〔N；P0F=1633NP0F—縱向彎曲極限力〔N；Kn1.542KK—K=d/4代入數(shù)據(jù)K=25/4=6.25mm由于瘦長(zhǎng)桿比≥85即F=K實(shí)心圓桿：J=式中 L—?dú)飧椎陌惭b長(zhǎng)度；m—末端系數(shù)；選擇固定—自由m=1/4E—材料彈性模量，鋼材E=2.1 1011P；aJ—活塞桿橫截面慣性矩〔m4；d—活塞桿的直徑m；氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)L—961mm代入數(shù)據(jù)得FK

=2.685 N由于 =1.34 FP0

所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件；強(qiáng)度校核：由公式d，n為安全系數(shù)一般取n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)45鋼的抗拉強(qiáng)度，=600MPa， = =120MPa

F=347.17N則 =4.16mm＜d，所以強(qiáng)度滿足要求；綜上所述：活塞桿的穩(wěn)定性和強(qiáng)度滿足要求。11橫向氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核:如按原方案橫向氣缸活塞桿需承受很大的徑向力，對(duì)活塞桿的強(qiáng)度要求很高，消耗原材料，且壽命減短，極為不合理。故在縱向氣缸上端鉸接一工型導(dǎo)軌，以分擔(dān)橫向氣D=32mm缸的徑向力，使整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)約合理。這樣橫向氣缸的工作載荷主要是縱向氣缸和導(dǎo)軌的摩擦力，取摩擦系數(shù)=0.17。估算 縱向氣缸的重量

=7.9

=12.30Kg活塞桿的重量=7.9l=3.72Kg活塞及缸蓋重量

=9Kg

d=10mm所以

=(12.3+3.72+9+100)總

=208.3NF= =

=347.17N氣缸內(nèi)徑確實(shí)定=30.55mmF—N；

S=843mm氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)PPaGB/T2348-1993D=32mmA=20mm氣缸缸徑尺寸系列108 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 〔90〕012 16 20 25 32 40 50〔110〕 〔140〕 〔180〕 〔220〕 5 0 0 0 0 0 0活塞桿直徑確實(shí)定d=0.3D估取活塞桿直徑d=10mm缸筒長(zhǎng)度確實(shí)定BB=(0.61.0)D=0.732=23mm由于氣缸的行程L=800mm,所以S=L+B+20=843mm導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A:A，在D<80mmA=(0.61.0)D；在D>80mmA=(0.61.0)d。A=20mm13

l=903mmH：依據(jù)閱歷，當(dāng)氣缸的最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為：H代入數(shù)據(jù)即最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H + =56mm活塞桿的長(zhǎng)度l=L+B+A+40=800+23+20+60=903mm

=3mm氣缸筒的壁厚確實(shí)定由《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》可查氣缸筒的壁厚 可依據(jù)薄避筒計(jì)算公式進(jìn)展計(jì)算：式中—缸筒壁厚m；D—缸筒內(nèi)徑m；P—缸筒承受的最大工作壓力—缸筒材料的許用應(yīng)力〔MPa；

Q=0.30/s實(shí)際缸筒壁厚的取值：對(duì)于一般用途氣缸約取計(jì)算值的7倍；重型氣缸約取計(jì)算值的20倍，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。 8參考《液壓與氣壓傳動(dòng)》缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核 mm,我們的缸體的材料選擇45鋼，=600MPa，= =120MPan為安全系數(shù)一般取n=5； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)P—缸筒承受的最大工作壓力〔MPap≤16MPa，P=1.5p；當(dāng)工作氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)p＞16MPa，P=1.25p0.6MPa16MPa，P=1.5p=1.5×0.6=0.9MPa= =0.12mm參照下表氣缸筒的壁厚圓整取=3mm氣缸耗氣量的計(jì)算Q = ===0.30/s氣缸進(jìn)排氣口直徑d0v—空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1015 〕選取v=12m/s由公式 d=2015代入數(shù)據(jù)得 d0

= 5.643mm8mmR——工作壓力下輸入氣缸的空氣流量〔 〕V----空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=1025 〕活塞桿的校核L參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本》由《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》穩(wěn)定性校核：由公式 F≤P0式中 F—活塞桿承受的最大軸向壓力〔N；P0氣壓傳動(dòng)兩維機(jī)械手設(shè)計(jì)FN；Kn1.542KK—K=d/4代入數(shù)據(jù)K=10/4=2.5mm由于瘦長(zhǎng)桿比≥85 即F=K實(shí)心圓桿：J=式中 L—?dú)飧椎陌惭b長(zhǎng)度；m—末端系數(shù)；選擇固定—自由m=1/4E—材料彈性模量，鋼材E=2.1 1011P；aJ—活塞桿橫截面慣性矩〔m4；d—活塞桿的直徑m；L—903mm17代入數(shù)據(jù)得FK

=3.11 N由于 =1.55 FP0

所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件；強(qiáng)度校核：由公式d，n為安全系數(shù)一般取n=5；