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寸要满足活塞(或液压缸)运动的要求和强度要求.对于杆长L大于直径d的15倍以上,按拉,压强度计算:(5.6)
设计中活塞杆取材料为碳刚,故,活塞直径d等于20mm,L等于1360mm,现在进行校核.
结论:活塞杆的强度足够.
5.5本章小结
本章设计了机械手的手臂结构,手臂采用双导杆手臂伸缩机构,对驱动的液压缸的驱动力进行了详细的计算,并对液压缸的基本尺寸进行了设计.
6机身的设计计算
机身是直接支撑和驱动手臂的部件.一般实现手臂的回转和升降运动,这些运动的传动机构都安在机身上,或者直接构成机身的躯干与底座相连.因此,臂部的运动越多,机身的机构和受力情况就越复杂.机身是可以固定的,也可以是行走的,既可以沿地面或架空轨道运动.
6.1机身的整体设计
按照设计要求,机械手要实现手臂1800的回转运动,实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处.为了设计出合理的运动机构,就要综合考虑,分析.
机身承载着手臂,做回转,升降运动,是机械手的重要组成部分.常用的机身结构有以下几种:
回转缸置于升降之下的结构.这种结构优点是能承受较大偏重力矩.其缺点是回转运动传动路线长,花键轴的变形对回转精度的影响较大.
回转缸置于升降之上的结构.这种结构采用单缸活塞杆,内部导向,结构紧凑.但回转缸与臂部一起升降,运动部件较大.
活塞缸和齿条齿轮机构.手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现:齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转,从而使手臂左右摆动.
分析:
经过综合考虑,本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构.本设计机身包括两个运动,机身的回转和升降.如上图所示,回转机构置于升降缸之上的机身结构.手臂部件与回转缸的上端盖连接,回转缸的动片与缸体连接,由缸体带动手臂回转运动.回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的.活塞杆采用空心,内装一花键套与花键轴配合,活塞升降由花键轴导向.花键轴与与升降缸的下端盖用键来固定,下短盖与连接地面的的底座固定.这样就固定了花键轴,也就通过花键轴固定了活塞杆.这种结构是导向杆在内部,结构紧凑.具体结构见下图.
驱动机构是液压驱动,回转缸通过两个油孔,一个进油孔,一个排油孔,分别通向回转叶片的两侧来实现叶片回转.回转角度一般靠机械挡块来决定,对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度,为满足设计要求,设计中动片和静片之间可以回转1800.
图6.1回转缸置于升降缸之上的机身结构示意图
6.2机身回转机构的设计计算
(1)回转缸驱动力矩的计算
手臂回转缸的回转驱动力矩,应该与手臂运动时所产生的惯性力矩及各密封装置处的摩擦阻力矩相平衡.
(6.1)
惯性力矩的计算
(6.2)
式中——回转缸动片角速度变化量(),在起动过程中等于,
t——起动过程的时间(s),
——手臂回转部件(包括工件)对回转轴线的转动惯量().
若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为,则
(6.3)
式中——回转零件的重心的转动惯量.
(6.4)
回转部件可以等效为一个长1800mm,直径为60mm的圆柱体,质量为159.2Kg.设置起动角度等于180,则起动角速度等于0.314,起动时间设计为0.1s.
这篇论文出处:http://www.sxsky.net/xie/070112638.html
4694.3
密封处的摩擦阻力矩可以粗略估算下等于0.03,由于回油背差一般非常的小,故在这里忽略不计.
经过以上的计算等于4839.5
回转缸尺寸的初步确定
设计回转缸的静片和动片宽b等于60mm,选择液压缸的工作压强为8Mpa.d为输出轴与动片连接处的直径,设d等于50mm,则回转缸的内径通过下列计算:
(6.5)
D等于151mm
既设计液压缸的内径为150mm,根据表4.2选择液压缸的基本外径尺寸180mm(不是最终尺寸),再经过配合等条件的考虑.
液压缸盖螺钉的计算
根据表4.3所示,因为回转缸的工作压力为8Mpa,所以螺钉间距t小于80mm,根据初步估算,,,所以缸盖螺钉的数目为(一个面6个,两个面是12个).
危险截面
所以,
所以
螺钉材料选择Q235,则()
螺钉的直径选择d等于20mm.选择M20的开槽盘头螺钉.
经过以上的计算,需要螺钉来连接,最终确定的液压缸的截面尺寸如图5.2所示,内径为150mm,外径为230mm,输出轴径为50mm
图6.2回转缸的截面图
动片和输出轴间的连接螺钉
动片和输出轴之间的连接结构如图6.2.连接螺钉一般为偶数,对称安装,并用两个定位销定位.连接螺钉的作用:使动片和输出轴之间的配合紧密.
于是得
式中——每个螺钉预紧力,
D——动片的外径,
f——被连接件配合面间的摩擦系数,刚对铜取f等于0.15
螺钉的强度条件为
或
带入有关数据,得
等于
螺钉材料选择Q235,则()
螺钉的直径选择d等于14mm.选择M14的开槽盘头螺钉.
6.3机身升降机构的计算
6.3.1手臂偏重力矩的计算
图6.3手臂各部件重心位置图
零件重量,,,等.
现在对机械手手臂做粗略估算:总共等于33Kg
+++等于109.2Kg
(2)计算零件的重心位置,求出重心到回转轴线的距离.
等于1920mm
等于1.69mm
等于0.88mm
(6.6)
所以,回转半径
(3)计算偏重力矩
(6.7)
6.3.2升降不自锁条件分析计算
手臂在的作用下有向下的趋势,而里柱导套有防止这种趋势.
由力的平衡条件有
等于
h等于
即等于等于
所谓的不自锁条件为:
即
取
(6.8)
当等于1650mm时,0.32等于528mm
因此在设计中必须考虑到立柱导套必须大于528mm
6.3.3手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算
(6.9)
式中摩擦阻力,参考图5.3
取f等于0.16
G——零件及工件所受的总重.
(1)的计算
设定速度为V等于4,起动或制动的时间差t等于0.02s,近似估算为286.1Kg,将数据带入上面公式有:
等于
(2)的计算
28725.6等于2792.2N
(3)液压缸在这里选择O型密封,所以密封摩擦力可以通过近似估算
最后通过以上计算
当液压缸向上驱动时,F等于6756N
当液压缸向下驱动时,F等于6756-等于6184N
6.4轴承的选择分析
对于升降缸的运动,对于机身回转用的轴承有影响,因此,这里要充分考虑这个问题.对于本设计,采用一支点,双固定,另一支点游动的支撑结构.作为固定支撑的轴承,应能承受双向轴向载荷,故内外圈在轴向全要固定.其结构参看本章开始的——机身结构示意图5.3.
本设计采用两个角接触球轴承,面对面或者背对背的组合结构.这种结构可以承受双向轴向载荷.
6.5本章小结
本章对机械手的机身进行了设计,分别对机身的回转机构和升降机构进行设计计算.同时也计算了升降立柱不自锁的条件,这是机身设计中不可缺少的部分.
ADAMS模型的建立与仿真
7.1虚拟样机技术
(1)虚拟样机技术的基本概念
虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中,将分散的零部件设计和分析技术(指在某单一系统中零部件的CAD和FEA技术)糅合在一起,在计算机上创建出产品的整体模型,并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析,预测产品的整体性能,进而改进产品设计,提高产品性能的一种新技术.
(2)虚拟样机技术常用软件
虚拟样机技术在工程中的应用是通过界面友好,功能强大,性能稳定的商业化虚拟样机软件实现的.国外虚拟样机相关技术软件的商业化过程已经完成.目前有二十多家公司在这个日益增长的市场上竞争,比较有影响的有美国机械动力学公司(MechanicalDy2namicsInc1)的ADAMS,比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK.其中美国机械动力学公司的ADAMS占据了市场的50%以上.其它的软件还有WorkingModel,Folw3D,IDEAS,Phoenics,An2sys,Pamcrash等等.由于机械系统仿真提供的分析技术能够满足真实系统并行工程设计要求,通过建立机械系统的模拟样机,使得在物理样机建造前便可分析出它们的工作性能,因而其日益受到国内外机械领域的重视.
7.2ADAMS软件
该软件己在全世界数以千计的着名大公司中得到成功的应用.国外的一些着名大学也已开设了介绍ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)软件,是由美国机械动力公司(Mechanic
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