机车轴承座自动上下料机构及其控制系统设计.doc

机车轴承座自动上下料机构及其控制系统设计第一章自动上下料机构的总体构想该装置是机车轴承座自动生产线上的辅助装置之一,主要完成抓取工件,提升一定高度,旋转,移位,松开工件等几个基本功能。其主要技术指标如下: 70Kg ; (长,宽,高):440 ×92×290 (具体见零件图); :提升高度为 70mm ,转动角度为 90°,水平移动为 400mm ; 3(上升,转动,平移); :属于上下料机构,本身精度要求不高; : 1050mm ; :抓取可靠、灵活,松放平稳,定位可靠。在满足上述各项功能的前提下,我们尽量采用结构简单,制造方便的零部件来组成该机车轴承座的自动上下料专用机构即机械手。根据机械手所要实现的基本功能,我们采用圆柱坐标式机械手。其手臂的运动系由两个直线运动和一个回转运动所组成,即沿 X 轴的平移、沿 Z 轴的升降和绕 Z 轴的回转,而手部的夹放动作不能改变工件的位置和方位,故它不计为自由度数,因此该机械手具有三个自由度数即可满足使用要求。根据实际需要我们选用液压传动机械手:以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。安排夹紧液压缸, 升降液压缸,回转液压缸和移动液压缸来分别实现夹紧松开、升降、转动和平移各项功能。为了实现对机械手的各个动作的顺序控制,我们采用 PLC 控制各动作的执行元件。该机械手的具体结构为:使用两个立柱作为支撑架,在支架上钻两个孔,把装有滑板及连接板和平移液压缸的导轨装于支架的孔里,采用螺钉进行紧固。滑板上装有由升降缸和回转缸组成的臂部及手指式手部和驱动手部夹紧、松开的夹紧液压缸。滑板带动工件一起移动实现平移,移动液压缸与滑板的运动可以由齿轮与齿条的传动来实现。第二章机械手的具体设计 手部的设计 类型选择根据工件形状、尺寸、重量、材料和表面等状况,选用回转型两指式手部。 手指夹紧力的计算对于手指垂直位置夹水平位置放置的工件的夹紧力可按下式计算: N=f ……………………………… 式中 N——夹紧力( N); G——工件的重量( N); f——摩擦系数,钢对钢 f= 。则N= =3430 N 手部驱动力的计算由于采用夹紧缸来驱动手指夹紧与松开,因此选用连杆传动的手部比较合理。(1) 理论驱动力的计算: 理P =Nc b) sin( sin sin 2…………………………… 式中理P ——理论驱动力( N); b——夹紧力到回转支点的垂直距离 b=116mm ; c——连杆铰销到回转支点的垂直距离 c=78mm ; α——连杆的倾斜角α=43 °; φ——杠杆的倾斜角φ= °。则理P =N10290 3430 ) 43 sin( 78 sin 43 sin 116 2(2) 实际驱动力的计算:实P ≥理P 21KK …………………………… 式中 K 1——安全系数,一般取 ~2,取K 1= ; K 2——工作情况系数,主要考虑惯性力的影响, K 2=1+a/g ,相当于匀速运动, 取K 2=1; η——手部的机械效率,取η= 。则实P ≥10290 17150  N 取实P =17200N 校核手部结构的强度(1) 校核夹爪的剪切强度和挤压强度夹爪的材料为 45钢,其伸长率δ>5%, 属于塑性材料。则许用应力[σ]=n s……………………………… 式中σ s——材料的屈服点,45 钢的屈服点σ s=360 a MP ; n——安全系数,对于塑性材料 n= ~, 取n= 。则45钢的许用应力为[σ]=360/=270 a MP 其许用剪切应力为[τ]=( ~)[ σ]=162 ~216 a MP ,取[τ]=200 a MP 。许用挤压应力为[ jy]=( ~)[ σ]=459 ~540 a MP ,取[ jy]=500 a MP 。夹爪的剪切应力条件为τ=A F Q≤[τ]………………………… 式中 F Q——剪切面上的剪力(N) ; A——剪切面面积。则τ=20 20 2 17200 ≈ a MP <[τ]=200 a MP ,故夹爪的抗剪强度满足要求。夹爪的挤压应力条件为 jy= jy jyA F ≤[ jy]………………………… 式中 F jy——挤压面上的挤压力(N) ; A jy——挤压面的计算面积(mm) 。则 j