【毕业设计】凸轮轴加工自动线机械手设计 ㊣ 精品文档 值得下载

寸的要求可制成组合式手指。

手爪的类型可分成指爪式和吸盘式手爪式又分外夹式和内胀式。

手爪即与物体接触的部分，由于与物体接触的形式分为夹持式和吸附式手部。

钳式手部结构由手指传力。

机构所组成其传力形式比较多，如滑槽杠杆式连杠杆式斜契杠杆式弹簧杠杆式等结构形式按手指夹持工件的部分又可以分为内卡式和外卡式模仿人手指的动作，手指可以分为支点回转型二支点回转型和移动型，其中以二支点回转型为例，而二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成支点回转型手指。

同理，当二支点回转型手指的手指长度变为无穷长时，就变为移动型。

回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛，移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，但移动型手指夹持变化的零件时不影响其轴心的位置，其使用于不同直径的工件。

手爪的定位误差分析如图所示为偏转角，当满足上式角时，误差最小。

手爪夹紧力的计算本次设计中采用外夹式手爪，如下图所示手爪夹紧力的计算作用在单个手指上的作用力根据抓重大小来安排装配手指的方法。

计算式抓重夹紧方位系数惯性力影响系数安全系数取加速度工件随手爪运动时产生重力加速度取平钳口水平位置放，水平位置夹时钳口水平位置放，水平位置夹时平钳口垂直放，水平夹时水平放，垂直位置夹时钳口水平放，垂直位置夹时平钳口垂直夹，垂直放时水平位置夹悬臂工件手爪的驱动装置的选择与驱动力计算目前机械手常用的驱动方式如前所述，也有其他特殊的驱动方式，如步进电机驱动直线电机驱动，但应用不多。

所有方式中，最常用的为液压气动驱动方式，下面仅对这两种方式进行比较选择。

液压驱动液压驱动的主要优点是功率大，结构简单，可省去减速装置，能直接与被动的杆件相连响应快，伺服驱动具有较高的精度，目前多用于机器人系统。

气压驱动气压驱动的能源结构都比较简单，但与液压驱动相比，同体积条件下，功率较小固压底，且速度不易控制。

由于该装置的实验模型，环境要求无污染，材料经费相对短缺，精度和稳定性要求不是很高，启动力矩小，惯性小，尺寸小，只许点位控制且功率小，终上所述，所以选用液压驱动。

二手腕机构手腕的作用和动作手腕是连接手部和手臂的部件，手腕的作用是控制手爪的抓紧方向，以便能从任意角度抓取工件。

因而它具有的自由度以便机械手适应复杂的动作要求，手腕运动有力轴转动称为回转运动。

绕轴转动称为上下摆动，绕轴转动它称为左右摆动。

手腕的基本运动是回转运动和直线运动。

目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的是回转气缸，它的结构紧凑，回转角度小于度并且要求严格的密封。

设计时除应满足启动和传递过程中所需的传动力矩外，还要求手腕的结构简单紧凑轻巧。

另外，通过手腕气缸的管道尽量从手臂的内部通过，以便手腕转动时管道不扭转不外露使外型整齐。

而考虑到本次设计对手腕的外观要求不高，回转角度比较小的实际情况下，可以把气缸管道安排在外部。

手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算摩偏惯驱驱驱动手腕转动的驱动力矩惯惯性力矩摩手腕转动轴与支撑孔处的摩擦阻力矩偏参与转动的部件的重量对轴线产生的偏重力矩手腕加速度运动时所产生的惯性力矩惯，手腕转动时的角度，启动过程的时间。

惯手爪手腕的转动惯量工件对转轴中心的转动惯量手腕回转角速度变动量可取最大值变动时间手腕转动工件时工件的偏重对转动轴线的偏重力矩偏偏手腕抓重的重量工件中心到手腕回转中心的偏心矩手腕转动在轴颈处的摩擦阻力矩摩轴承处的约束反力轴承直径，滑动轴承为轴颈直径，滚动轴承为滚子中心直径本次设计没有采用手腕部分，此举仅供参考。

三手臂设计机械手手臂应满足的基本要求力学方面要有足够的刚度，重量要轻，运动要稳定，结构要美观，使用安全，维护方便，造价经济。

为满足基本要求而采取的机构工艺性措施手臂是机械手执行机构中的重要部件，它的作用是将被抓取的工件传送到给定的位置和方位上，因而般机械手臂有三个自由度，即手指伸缩手臂的左右回转和上下运动。

手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现。

因此它不仅要承受被抓取工件的重量，而且要承受手指和手臂自身的重量，手臂的结构工作范围灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。

所以必须根据机械手的抓取重量，运动形式，运动速度及定位精度的要求来设计手臂的机构形式。

手臂伸缩运动的结构设计伸缩运动驱动机构设计按手臂的结构形式分单臂双臂及悬挂式。

按手臂的运动分手臂有直线运动的，如手臂的左右回转，上下摆动有复合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动组合，两回转运动组合。

驱动机构的结构形式如下图驱动机构的运动学计算惯摩摩摩擦系数型密封型密封型密封摩有效密封宽度密封件接触长。

为了加工方便且不影响机械手的使用要求，把导向杆设置为外置式。

四导向杆对抓取较大的手臂采用四导向杆，以加强刚性，在本次设计中，由于机械手臂的质量中心不于几何中心重合，易发生翻转变形，影响机械手的正常工作，考虑到传动的平稳性，但由于为实验装置且四导向杆质量太大，所以不宜采用。

其他形式的导向装置除上述几种的导向装置外，还有的机械手根据工作条件和实际可能，选用燕尾型的滑枕进行导向，导向性好，工作平稳。

此外，也采用花键轴，导向套大直径套筒加导向键导向，以及带型槽的框形导向结构等形式的导向方式。

在此设计中，由于要求结构简单，安装方便，故均不予考虑。

导向杆机构动力管路设计管路的类型管路的类型可分为活动软管伸缩油管等。

管路类型的特点及说明活动软管的特点是装拆方便维修方便抗震性好。

使用上要用管夹，占据空间尺寸大，外观差，不安全。

伸缩油管的特点是安全性好外观整齐但工艺性差。

手臂伸缩驱动力的计算摩摩擦系数型密封型密封型密封摩有效密封宽度密封件接触长度之和活塞杆直径活塞直径工作压力惯速度变化值选最大值变化时间伸缩机构主要构件结构强度计算惯摩手臂升降运动的结构设计升降机构的结构形式机械手手臂的升降运动属于直线运动，而实现手臂的往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油缸或气缸，活塞缸和齿轮齿条机构，丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。

液压缸油缸实现直线往复运动可采用液压式或气压式驱动的活塞油缸，由于活塞油缸的体积小，重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用较多。

本次设计采用活塞气缸推动块能沿导向杆移动，此结构简单，受力也简单，结构紧凑，传动平稳。

活塞缸和齿轮齿条机构在手臂的升降运动中，为了使手臂移动的距离和速度有定值的增加，可以采用齿轮齿条传动的倍增机构，在要求工作行程大，运动速度快的冲压机械手上常用此机械手作为手臂升降运动机构。

在本设计中不予考虑。

丝杆螺母机构丝杆螺母传动其位移具有较高的准确性，由于丝杆螺母机构是连续的面接触，传动中不会产生冲击，传动平稳，无噪声，并能自锁，因为丝杆螺母螺旋升角较小，所以用较小的驱动力矩，可以获得较大的牵引力。

此外，丝杆螺母的螺旋面之间的摩擦为滑动摩擦，故传动效率低，如果采用滚珠丝杆可提高效率，而且传动精度和定位精度均提高，在传动时灵敏读和平稳性也很好，由于磨损小，使用寿命较长，但丝杆螺母的材料热处理和加工工艺要求很高，故成本很高。

在本设计中不予考虑。

活塞杆和连杆机构由活塞杆驱动连杆机构，使手臂实现升降运动，并可以获得较大的行程。

综上所述，本设计中选取液压缸。

液压缸的选用要考虑到压力流量活塞的运动速度，活塞的最大允许行程和液压缸的总效率。

油液作用在单位面积上的压强最高允许压力，也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。

各国规范通常规定为液压缸的压力等级分为低压，压力范围中压，压力范围中高压，压力范围高压，压力范围液压缸的流量为液压缸的活塞运动速度液压缸的重要部件就是缸筒，它的要求如下有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态实验压力而不致产生永久变形。

有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。

内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损小，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。

液压缸的密封元件材料般选用氟碳橡胶。

液压缸的工作介质在常温下般采用石油型液压油。

在高温下采用难燃液及特殊结构液压缸。

升降运动驱动力的计算摩摩擦系数型密封型密封型密封摩有效密封宽度密封件接触长度之和活塞杆直径活塞直径工作压力惯速度变化值选最大值变化时间手臂机构主要构件结构强度计算惯摩手臂重力，下降为主动力用上升为阻力用手臂回转运动的结构设计回转运动驱动机构结构形式回转运动的结构形式分为叶片式摆缸直接驱动摆缸与行星齿轮的驱动方式齿轮齿条的驱动方式和直缸直接推动的驱动方式。

它们的优点是叶片式摆缸直接驱动优点是机构紧凑速度调整方便缺点是回转角度小于，内泄漏大。

摆缸和行星齿轮驱动的优点是传动平稳，齿轮齿条驱动的优点是回转角度大驱动力大缺点是结构尺寸大。

回转运动驱动力矩及其回转机构主要零部件力学计算惯摩驱惯手臂回转运动件的总重量重力加速度回转半径重心到回转轴的距离起动后手臂回转最大角速度手臂回转件的转动惯量为质量回转直径摩摩滑动两支点上反力总和摩擦点到回转中心的距离手臂设计的综合评价从手臂的结构形式动力装置外形尺寸工艺性经济性标准化等诸方面分析，突出重点。

从手臂的结构形式来分可分为手爪手臂手腕立柱行走机构等。

手臂的动力装置为液压驱动，它的外形尺寸不大，占地空间小，工作范围也小。

工艺性好，材料便宜，经济合理，零件加工方便。

四缓冲装置设计缓冲方式的确定了解弹性元件缓冲缸体内部结构缓冲节流回路缓冲油压缓冲器缓冲等。

弹性元件缓冲元件弹簧橡胶垫波纹管基本原理通过吸收动能实现缓冲回转物件移动物件弹性能弹性最大工作载荷最大变形特点结构简单，但缓冲行程小，定位不准，职能用于辅助装置。

油缸端部节流缓冲它的原理图如下它的设计要求缓冲腔内油液要能吸收运动部件的全部能量缓冲腔内冲击压力小于油缸的压力缓冲腔内减加速度要符合机械手对运动的要求。

设计步骤确定减加速度高速轻负荷小于低速重负荷小于计算缓冲时间应满足于生产节拍的要求。

缓冲行程确定缓冲柱塞面积平缓平回游腔压力重摩动压缓液作用在活塞