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上海電機學院 學生姓名 專業(yè) 班級學號 畢業(yè)設計（論文）題目 小型柔性生產系統(tǒng) 龍門機械手機械設計 開題日期 計劃完成日期 設計（論文）進展情況 提前完成□；按期完成□；滯后完成□ 能否按期完成 目前按任務書規(guī)定應完成的內容 1、開題報告約1500字，查閱文獻15篇以上。 2、設計圖紙A1（折合）4張（AUTOCAD繪圖）。 3、翻譯與課題有關的外文資料，譯文英文不少于4000單詞。 4、設計說明書不少于10000字。 目前已完成的內容 1、開題報告約1500字，查閱文獻15篇以上。 3、翻譯與課題有關的外文資料，譯文英文不少于4000單詞。 設計計算部分一小部分 指 導 教 師 意 見 簽字： 年 月 日 系（專業(yè)）領導小組意見 簽字： 年 月 日 本科畢業(yè)設計（論文）中期報告 畢業(yè)設計題目：小型柔性生產系統(tǒng) 龍門機械手機械設計 本課題來源于亞龍YL-221型自動化柔性生產系統(tǒng)項目，該機械加工自主創(chuàng)新實訓系統(tǒng)模擬了實際工業(yè)生產系統(tǒng)，根據生產機械加工的不同階段設置了多個工作站：自動存取型高架倉庫、搬運機械手站、直線輸送機站、90度轉彎輸送機站、綜合機械加工站、裝配站、工件碼堆站。 本課題將設計一個龍門機械手，將用于工作人員出入，使斷開輸送帶上的零件通過機械手進行運輸，需完成對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線輸送帶上。通過本課題的研究，學生不僅可以了解自動生產線的工作過程，還可以深入了解其組成部分的內部結構設計。希望學生通過本課題設計，能充分運用已學習的基礎知識和專業(yè)知識，設計出可行、優(yōu)化的裝置，并完成機械裝配圖，重要零件的加工圖，在畢業(yè)設計說明書中，選用合理的動力元件，計算設計零件的合理尺寸，體現合理的設計思路，綜合應用機械原理和設計、工程制圖，以及現代制造理念。 課題的技術要求： 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方形有機玻璃，2公斤。 定位精度：±1mm ；運動速度：>2m/min； 工作行程：X:1000mm, Z:200mm； 設計空間：橫梁與地面高度需有1800mm，便于工作人員通過。已知工作臺高度為1000mm，托架離工作臺200mm。 工作要求：X軸引動器用于機械手在水平方向上的精確定位，Z軸引動器則完成對工件托架提起或放下操作，機械手爪則完成對工件托架安全抓緊或釋放操作。 具體結構設計 機械手設計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，且具有較高強度。 手指所承受的徑向力F 3.1 重力 已知條件： 手指總長 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 許用剪切應力 [τ] = 33MPa 材料彈性模量 E = 5GPa 波松比 μ = 1 計算結果： 懸臂梁一的危險截面B處的: 支座反力 反力矩 最大剪力 最大撓度 最大轉角 剪應力 τ = 0.75MPa 剪應變 2.2氣缸的選擇。 由氣缸所提供的力為 3.2 安全系數K=1.2 3.3 氣缸選擇 根據機械手質量的要求，盡量選擇尺寸較小的氣缸。 初定氣壓0.8mpa 氣缸內徑20mm 3.4 3.5 選定氣壓1mpa 氣缸內徑25mm 3.6 3.7 選取氣壓1mpa 氣缸內徑35mm 3.8 1256>1212 因此選用氣缸CM2YG40-25 質量0.176kg 工作環(huán)境-10—60攝氏度 氣體壓力1mp,用節(jié)流閥控制氣缸前進速度，使手指達到每秒張開不大于。 2.3.1選擇電動機容的量 電機分為直流電機與交流電機，根究的工作要求于各個國家的所用交流電之間的差異，因此選用直流電動機。直流電機，額定電流有12V、24v、42v等。 2.3．2確定電動機轉速 翻轉時力矩 3.9 有效功率為 3.10 手腕的翻轉速度： η1 、η2、分別為軸承、齒輪傳動傳動效率。由《機械設計手冊》表9.1取η1 =0.98，η2=0.97，則 滾珠軸承的的摩擦系數為u=0.0010—0.0015 直齒輪齒輪的機械效率 軸承的機械效率 從電動機到翻轉軸輸送總效率 3.11 所以電動機所需工作功率為 3.12 初選電機SM40-00130LFB，轉速3000r/min,轉矩0.1N·m，質量0.23kg。 3.13 電機轉速的選擇因手抓的動作要求平緩，且轉速不能過高，考慮齒輪減速比i<4因此電機的轉速不宜過大因此手腕的轉速控制在60度每秒左右，因此選用電機SM40-00130LFB需要做5級減速裝置，這樣會大大加大機械手的重量與機械復雜程度，因此此電機不符合設計要求。 2.4手腕旋轉電機選擇 選擇電機GMP-2855TD720為轉速13r/min，額定功率44w，轉矩2N·m。 圖3.3電動機安裝尺寸 L=25mm 減速比 3.14 計算傳動裝置各軸的運動和動力參數 I軸 II軸 各軸的輸入功率 I軸 II軸 3.15 各軸的輸入轉矩 3.16 3.17 軸名 功率P/w 轉矩T/(N·m) 轉速n/(r/min) 傳動比 效率 I軸 1.18 0.086 13 1.3 0.95 II軸 1.12 0.081 10 表3.1軸的運動參數 電機選擇GMP-2855TD720無刷直流電機，額定電流24v。 質量0.12kg 工作環(huán)境-10—70攝氏度 2.4.1選擇電動機容的量 按工作要求和工作條件選用無刷直流伺服電機，額定電流24v。 翻轉時力矩 3.18 有效功率為 3.19 式中，、分別為軸承、齒輪傳動傳動效率。由《機械設計手冊》成大先版表9.1取，，則 滾珠軸承的的摩擦系數為u=0.0010—0.0015 軸承的機械效率 直齒輪齒輪的機械效率 從電動機到翻轉軸輸送總效率 3.20 所以電動機所需工作功率為 3.21 2.4．2確定電動機轉速 電機轉速的選擇因手抓的動作要求平緩，且轉速不能過高，考慮齒輪減速比i<4因此電機的轉速不宜過大因此手腕的轉速控制在60度每秒左右，選用電機為轉速13r/min，減速比i=1.3。 圖3.4電機安裝尺寸 計算傳動裝置各軸的運動和動力參數 I軸 II軸 各軸的輸入功率 I軸 II軸 3.22 各軸的輸入轉矩 3.23 3.24 軸名 功率P/w 轉矩T/(N·m) 轉速n/(r/min) 傳動比 效率 I軸 1.89 0.138 13 1.3 0.95 II軸 1.80 0.131 10 表3.1軸的運動參數 電機選擇GMP-2855TD720無刷直流電機，額定電流24v。 質量0.12kg 工作環(huán)境-10—70攝氏度 　　 直流無刷電機是用電子換向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械換向，性能可靠、永無磨損、故障率低，壽命比有刷電機提高了10-30倍。 外置驅動的直流無刷屬靜態(tài)電機，空載電流??；輸出效率高；外置驅動的無刷電機可以做到體積很小。 內置驅動器的無刷電機，由于散熱問題， 在電機運行一段時間后，就出現發(fā)熱情況。 缺點：無霍爾的無刷電機在起動時有輕微振動，速度正常后就感覺不到振動現象了；空心杯結構的無刷電機價格高，控制器要求高；外置驅動器的無刷電機，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 【1】 成大先.機械設計手冊.第1版.北京：化學工業(yè)出版社，2002 1-5卷 【3】 工業(yè)機器人技術 郭洪紅主編：西安電子科技大學出版社 【3】機械原理 高中庸主編 華中科技大學出版社 【4】 材料力學 章梓茂主編 高等教育出版社 【5】 工業(yè)機器人的操作設計 馬香峰 冶金工業(yè)出版 1996 【6】 工業(yè)機械手設計 李允文 機械工業(yè)出版社 1996 【7】 工業(yè)機械手設計基礎 天津大學《工業(yè)機械手設計基礎》編寫組 1980 【8】 工業(yè)機械手圖冊 機械工業(yè)出版社 1978 【9】 機械手 作者（蘇聯）A.N.別洛夫 原子能出版社 【10】 機械設計手冊（軟件版）R2.0 數字化手冊系列（軟件版）編寫委員會 機械工業(yè)出版社 9