机械手设计说明书Word格式文档下载.docx
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驱动方式的选择
本机械手的驱动方案采用液压机构驱动机械手，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。
机械手的技术参数列表
用途：
卸码垛机械手臂
抓重：
5kg
抓取的物体的几何形状：
宽度为90〜110mm六菱柱形钢质工件
机械手自重：
小于等于10kg
机械工作原理
机械手的夹工件的工作原理框图如图1所示。
图1.机械手夹工件的工作原理框图
该机械手采用了液压驱动方式来实现其工作的要求，工作要求就是机械手能适应六菱柱形钢质工件不同面的夹持，故带有水平转盘手臂的回转运动。
传动机构采用齿条与齿轮啮合。
本机械通过液压驱动传递动力推动齿条平动，齿条与齿轮啮合将液压缸传来的水平运动转化为齿轮连杆的回转运动。
而齿条与齿轮啮合驱动四连杆转动，四连杆机构使夹板水平移动，完成对工件的夹紧松开。
机械手的整体结构图如图2、图3所示。
手爪局部特点如下表述：
1.机械手手部由手爪〔即夹板〕和传力机构所构成。
机械手爪能夹宽度尺寸为90〜110mm的工件，由于所夹工件是六菱柱形钢质工件，故在竖直方面上夹持会比拟方便设计和简化机构，手爪局部可以做成平面夹板，而机构本身应带水平转盘机构以适应不同角度的夹持。
2.传力机构型式连杆杠杆式，夹板是与工件直接接触的构件，在竖直方向上夹持工件，夹板外表始终保持与工件侧外表平行，通过夹板产生夹紧力来完成夹放物件的任务。
图2•机械手整体结构图3.机械手除去端盖部件正视图
结构说明
本机械手从上至下主要部件分别是水平转盘、液压缸、齿条齿轮、四连杆、夹板。
手爪结构设计及夹持范围计算（如图4）
a.齿轮设计：
综合考虑防止齿轮根切、加工方便、机械手结构尽量小和简单等因素，齿轮模数M=l,分度圆半径为20mm。
同时连杆1和齿轮做成一体能大大简化机械结构。
b・考虑到刚度和夹紧的需要确定L3=19
c・确定D
因为机械手要夹紧的工件的范围是90〜110mm,所以Dv=：
90mm•而且D越大，机械手的体积越大。
再结合己经确定的齿轮的参数，应选D=40fl
d.确定L2
因为机械手要夹紧的工件的范围是90〜110mm,故L2=（110+19*2-40）/i=54.留下一定的设计余量，选L2=60o
e・夹紧力和驱动力的计算
手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。
必须对大小、方向和作用点进行分析计算。
一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。
手指对工件的加紧力可按公式计算：
Kn>
（3.2）
式中Ki——平安系数，通常；
©
——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。
可近似按下式估算K2=l+a/g
（其中a为重力方向的最大上升加速度a=Vmax/t«
；
Vmax——运载时工件最大上升速度
J一一系统到达最高速度的时间，一般选取
心——方位系数,根据手指与工件位置不同进行选择
G——被抓取工件所受重力（N）
本设计采用的参数值如下：
；
K2=l+a/g=l）.5）/10=1.02；
K3；
G=50
故得：
X1.02X1.5X50=122.4N
计算驱动力：
F计算二Fn（（h+L2COSa）・kb）=122.4X（（47.5+80Xcosl8）・0.15X1/20
=739N
实际驱动力：
取n=0.95得F实护F计算/n=739/0.95=778N
液压缸的直径D
选取活塞杆直径d=0.5D,选择液压缸压力油工作压力P=0.8~lMPa/
4F实际
"
（1-00
4x778
=
表1•液压缸的缸筒内径尺寸系列
表2.液压缸活塞杆外径尺寸系列
40
125
（2S0）
418
520
622
16
180
（180）
400
20
<
90）
200
（450）
F
100
（220）
500
|（110）
250
1—
["
s-[25"
|631160|
180
28
70
123280200
两阳|90〔220|
fl6^|4o"
|100|250|
表3・液压缸活塞行程系列（GB/T23494980）
zrx0.x105
25
630
|~280
S00
360
160
320
10001250160020002S0032004000
|90|110|140|180
1400
63
450
700
900
1100
1SOO
260
300
850
950
3600
340
550
3S0
420
4S0
530
600650
1050120013001500170019002100
2600300034003800
根据表1>
选取液压缸内径为：
D=16mm
根据表2,那么活塞杆内径为：
D=16x0.5=8mm,选取d=8mm
行程选择：
当夹住工件为90mmW,到达最小极限位置，那么夹板应能夹住小于90,取a=40〔图4〕,即齿轮转过角度要为
40°
a=arccos"
=48
6〔〕
齿条与齿轮配合，即齿条要走过L=20x<
查表3,行程选择最小行程25mm就可以满足要求了
主要零件结构说明
a.齿条〔如图5〕
齿条的端部做成圆柱形，方便装配。
另外在齿条的端面打孔，一方面可以与液压缸推杆端部很好的连接，另一方面可以方便定位，简化优化结构。
图5•齿条
b.齿轮连杆〔图6〕
齿轮与连杆做成一体，齿轮中心用轴连接，轴两端用套筒和轴承固定在壳体上，齿轮连杆与长杆连接处有凸起，保证连接处间隙可调。
图6•齿轮连杆图7•齿条与齿轮连杆啮合
c.轴承〔如图8〕
轴承使用的是脂润滑轴承，该类轴承使用方便，润滑性能优异，耐高温，保证使用精度，持久
耐用。
轴承与壳体上的轴承孔配合，用轴承盖封装起来，所以从外部看机械手整体，轴承就看不
到，但是轴承是本机械手中非常重要的部件，它很好地减小摩擦，保证了连杆运动的平稳性。
图8•脂润滑轴承
图9
d・连杆2〔如图10〕
其中与夹板连接的连杆2如下图，连杆2的连杆部位设计成对称形式，这样就保证了较接处很好地运动，并且在结构上看起来也比拟美观合理。
e.夹板〔如图11〕
连杆连接，在竖直方向上可动。
如果工件在未加工之前外表不平整，那么通过夹板在竖直方向上微动确保可以完全夹住工件。
注：
连杆连接处用较制螺栓连接
图10.连杆2
图连杆与夹板配合连接
四、主要零件的工艺性
a.底板〔如图13〕
底板做成弯折状，毛坏直接铸造得到，经过精加工得到实体。
壳体由两块底板连接合成得到。
比照设计前期所做的底板〔如图12〕及组成的整体机构，发现改良后的底板使结构更加紧凑合理和保证了运动的稳定。
图12.改良前的底板及由底板装配得到的机械手实体
图13.改良后的底板及由底板装配得到的机械手实体
b.齿轮连杆〔如图15〕
该零件是机械设计的关键零件，比照前期设计〔如图14〕,齿轮与连杆分开，虽然齿轮与连杆可以比拟容易得到，但是装配起来会使得机构臃肿并且不稳定。
改良后〔如图15〕,将齿轮与连杆做成一体，从而节省了材料，同时又使得机械手的结构变得紧凑，使得运动平稳。
在加工方面，连杆上的齿可以采用线切割技术方便地得到，并且节省了材料，精度也得到了保障。
此外，在连杆连接处设计了凸台，这样可以调整间隙而使得配合良好，而且因为凸台是工作面,
加工凸台使得加工方便，并且连杆旋转时会产生摩擦，加凸台会使得摩擦面减小，从而使机构运动
平稳。
图14•改良前的齿轮和连杆
图15•改良后的齿轮连杆
c•连杆2
该连杆在连接处设计成对称形式〔如图17〕,装配后运动稳定，并且在结构上装配合理。
比照前期〔如图16〕的设计，发现在前期的设计容易发生振动，并且容易磨损。
改良后的零件克服了以上弱点。
并且改良后的结构在较接处精度要求更高一些。
图16•改良前的连杆2
图17•改良后的连杆2
六、小结
1＞本次设计的是液压专用机械手，适用于夹宽度尺寸90〜110mm.质量为5kg以内的六菱柱形钢质工件，设计出来的机械构经过验算后可以满足要求。
2、设计的过程中，通过大家集体讨论得出初步方案，按照方案进行设计并不断改良验算优化,最终设计出大家满意的结果。
在设计过程当中，应该每隔一两天小组成员一起讨论，提出设计过程中出现的各种问题并解决问题，这样设计会比拟有效率并且可以集团体智慧，时不时地找指导老师
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欢送下载使用提供意见，综合设计出最优化结果。
3、设计过程是对自己solidworks技能提升的过程，即使是一个简单的结构，画起图来也是很花时间和精力的。
一件看似简单的东西，实践起来才知道自己现有的知识太少，如设计一个零件当中还要考虑到加工工艺性以及结构合理性的问题，知识面要广，同时设计过程也是提高自己语言沟通能力和表达能力的一个重要锻炼。
4、此次课程设计是一次愉快的体会，同时比照其他同学的作品，我也意识到什么叫“山外有山，人外有人〞。
仍需努力，锻炼自己的思维思考的能力，不断提升。
编号：
202104061636
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