電動(dòng)大巴車(chē)電池抓取裝置設(shè)計(jì)---畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　所謂抓取裝置也就是機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的

2、環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.</p><p>　　機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改

3、變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要完成電池快換真空吸附手整體設(shè)計(jì)與PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)是在楊世強(qiáng)老師的指導(dǎo)下完成的。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)涉及到真空原理的問(wèn)題，是我此前從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)的新領(lǐng)域，因此首先用了一個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行這些方面的理解與學(xué)習(xí)，熟悉了真空發(fā)生器的特點(diǎn)及原理，并收集了許多相關(guān)資料。在四月初開(kāi)始了機(jī)構(gòu)總體方案的探索性設(shè)計(jì)，在四

4、月下旬正式開(kāi)始機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。在楊老師的指導(dǎo)下，結(jié)合所學(xué)機(jī)械方面的知識(shí)，查閱許多手冊(cè)，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，最終設(shè)計(jì)出了此次專用機(jī)構(gòu)。</p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在機(jī)械CAD、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝、電氣控制PLC等方面的知識(shí)都受到全面的綜合訓(xùn)練，在機(jī)電氣的結(jié)合方面更使我受益匪淺。由于第一次接觸類(lèi)似的大型課題，又有本領(lǐng)域外的真空知識(shí)，加之本人知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，雖有楊老師的幫助，設(shè)計(jì)中依然存在許多不足

5、之處，錯(cuò)誤之處，有待于進(jìn)一步的完善，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)指正。</p><p>　　第1章 電動(dòng)大巴車(chē)的發(fā)展概述</p><p><b>　　1.1 形勢(shì)與需求</b></p><p>　　從國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)看，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與突破，面對(duì)金融危機(jī)、油價(jià)振蕩和日益嚴(yán)峻的節(jié)能減排壓力，2008年以來(lái)，以美國(guó)、日本、歐盟為代表的國(guó)家和地區(qū)相繼發(fā)布實(shí)施

6、了新的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步明確了產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，明顯加大了政策扶持力度。</p><p>　　從技術(shù)層面看，混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)逐步成熟，已進(jìn)入產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)期，率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，正成為汽車(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)售新的增長(zhǎng)點(diǎn)。純電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)進(jìn)步加速，整車(chē)產(chǎn)品更加接近消費(fèi)者需求；世界主要汽車(chē)制造商加快了純電動(dòng)汽車(chē)量產(chǎn)步伐；插電式混合動(dòng)力作為一種具有純電動(dòng)和混合動(dòng)力雙重特征的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)成為全球新的研發(fā)熱點(diǎn)；以電池租賃為代表的純電動(dòng)汽

7、車(chē)商業(yè)模式創(chuàng)新取得進(jìn)展。燃料電池及燃料電池汽車(chē)技術(shù)近年來(lái)取得突破性進(jìn)展，國(guó)際上各大汽車(chē)集團(tuán)持續(xù)投入開(kāi)展燃料電池汽車(chē)研發(fā)，燃料電池汽車(chē)整車(chē)成本顯著下降，性能指標(biāo)已接近商業(yè)化水平。</p><p>　　經(jīng)多年探索實(shí)踐，國(guó)際汽車(chē)產(chǎn)業(yè)界達(dá)成了電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略共識(shí)：在技術(shù)路線上，近期（2010-2015），在依靠傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)技術(shù)改進(jìn)和推進(jìn)車(chē)輛小型化實(shí)現(xiàn)降低排放的同時(shí)，為滿足更為嚴(yán)格的節(jié)能減排法規(guī)目標(biāo)要求，應(yīng)盡快推進(jìn)混合

8、動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用，并發(fā)展小型純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)；中期（2015-2020），在混合動(dòng)力技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，增加汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)電氣化程度，加大小型純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)推廣力度；在2020年之后，純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，通過(guò)發(fā)展純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)，實(shí)現(xiàn)大幅度降低排放。在車(chē)型應(yīng)用方面，純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池三種類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)各自具有最優(yōu)的適用車(chē)型。對(duì)短途出行需求，可采用小型純電動(dòng)汽車(chē)；對(duì)長(zhǎng)途出行

9、需求，主要采用混合動(dòng)力汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)或者燃料電池汽車(chē)。</p><p>　　我國(guó)高度重視電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)兩個(gè)五年計(jì)劃的科技攻關(guān)以及奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)、“十城千輛”等示范工程的實(shí)施，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)從無(wú)到有，在關(guān)鍵零部件、整車(chē)集成技術(shù)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試技術(shù)、示范運(yùn)行等方面都取得重大進(jìn)展，初步建立了電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)體系，已申請(qǐng)專利3000余項(xiàng)，頒布電動(dòng)汽車(chē)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)56項(xiàng)，建成30多個(gè)新能源汽車(chē)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)

10、。</p><p>　　1.2電動(dòng)大巴運(yùn)行的作用和意義</p><p>　　2011年10月，武漢市民驚喜的發(fā)現(xiàn)：大街小巷隨處可見(jiàn)的燃油公交車(chē)變少了，取而代之的是一批嶄新的“無(wú)辮子”電動(dòng)公交車(chē)，外觀設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔大方，運(yùn)行平穩(wěn)舒適，不僅低碳環(huán)保，而且安靜無(wú)污染，受到了駕駛員和廣大市民的歡迎。據(jù)筆者調(diào)查，不只是武漢，全國(guó)各大城市都在大力推行電動(dòng)公交車(chē)，各種電動(dòng)汽車(chē)、公交車(chē)充電站的投放使用，為未來(lái)新

11、能源汽車(chē)的暢行鋪平了道路。</p><p>　　據(jù)悉，能源短缺、二氧化碳排放過(guò)量、環(huán)境持續(xù)污染并惡化，這是全球可持續(xù)發(fā)展面臨的三大難題，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的掣肘。其中，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的大量使用是造成這些問(wèn)題的重要誘因之一。在這種大環(huán)境下，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，踐行美好清新生活，新能源汽車(chē)尤其是電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行。</p><p>　　但據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，由于國(guó)家還沒(méi)有出臺(tái)統(tǒng)一的電動(dòng)汽車(chē)充電

12、標(biāo)準(zhǔn)，雖然很多城市都配備了專業(yè)的充電站，但是電池規(guī)格、接口不統(tǒng)一，電池性能衰減較快，實(shí)際續(xù)航能力低于預(yù)期等問(wèn)題，都將嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)拓展。</p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 機(jī)械手基本形式的確定</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。</p><p>　　直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角

13、坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)?？紤]到本次課題中只需在兩個(gè)坐標(biāo)方向上移動(dòng)，</p><p>　　這里我選用第一種的直角坐標(biāo)型。工件為薄板類(lèi)非金屬零件，采用吸附式機(jī)械手。</p><p>　　2.2 驅(qū)動(dòng)方式的確定</p><p>　　按驅(qū)動(dòng)方式的動(dòng)力源，機(jī)械手可分為：</p>

14、;<p><b>　　A.液壓式</b></p><p><b>　　B.氣動(dòng)式</b></p><p><b>　　C.電動(dòng)式</b></p><p>　　液壓式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由液動(dòng)機(jī)、伺服閥、油泵、油箱等組成。通常它具有很大的抓舉能力，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，沖擊，耐震動(dòng)，

15、防爆好，但液壓組件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。</p><p>　　氣動(dòng)式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是電源方便，動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，維修方便。但難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。</p><p>　　電動(dòng)式：電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可以采

16、用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)以及交流伺服電機(jī)。由于電機(jī)速度高，通常必須采用減速機(jī)構(gòu)。</p><p>　　根據(jù)本課題的技術(shù)要求，我選擇驅(qū)動(dòng)方式為氣動(dòng)式的動(dòng)力源。</p><p>　　2.3 機(jī)械手傳動(dòng)方案的分析</p><p>　　傳動(dòng)方式按工作原理可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)和電力傳動(dòng)，其中機(jī)械傳動(dòng)又分為摩擦傳動(dòng)和齒合傳動(dòng)；流體傳動(dòng)分

17、為液力傳動(dòng)和氣力傳動(dòng)；電力傳動(dòng)分為直流電力傳動(dòng)和交流電力傳動(dòng)。</p><p>　　2.3.1 機(jī)械傳動(dòng)</p><p>　　靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的摩擦傳動(dòng)，包括帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等。摩擦傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動(dòng)場(chǎng)合,過(guò)載打滑還能起到緩沖和保護(hù)傳動(dòng)裝置的作用，但這種傳動(dòng)一般不能用于大功率的場(chǎng)合，也不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。</p><

18、;p>　　靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)，包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。嚙合傳動(dòng)能夠用于大功率的場(chǎng)合，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。</p><p>　　2.3.2 流體傳動(dòng)</p><p>　　液壓傳動(dòng)是在機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)上誕生的一種新型的傳動(dòng)方式，它以液體為工作介質(zhì)，通過(guò)動(dòng)力元件（液壓泵）將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力

19、能，然后通過(guò)管道控制元件，借助執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)以體積小，傳動(dòng)平穩(wěn)，性能可靠，能輕松實(shí)現(xiàn)很多機(jī)械傳動(dòng)不能完成的動(dòng)作，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的最佳選擇。尤其在鍛壓行業(yè)有著不可替代的作用。缺點(diǎn)是普遍存在泄露，但只要設(shè)計(jì)合理，加上高質(zhì)量的密封裝置，這些問(wèn)題就都會(huì)迎刃而解。</p><p><b>　　氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：</b>

20、</p><p>　　(1）以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動(dòng)相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。</p><p>　　(2）因空氣的粘度很?。s為液壓油動(dòng)力粘度的萬(wàn)分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。</p><p>　　(3) 與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)

21、快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問(wèn)題。</p><p>　　(4）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。</p><p>　　(5）成本低，過(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。</p><p><b>　　氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：</b></p><p>　　(1）由于

22、空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的效果。</p><p>　　(2）因工作壓力低（一般為0.31.0MPa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)大，總輸出力不宜大于10～40kN。</p><p>　　(3）噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。</p><p>　　(4）氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜

23、用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。</p><p>　　2.3.3 電力傳動(dòng)</p><p>　　電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)，控制裝置以及被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械所組成。其主要特點(diǎn)是功率范圍極大，單個(gè)設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦；調(diào)速范圍極寬，轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿邹D(zhuǎn)到每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，在無(wú)變速機(jī)構(gòu)的情況下調(diào)速范圍可達(dá)1：10000；適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負(fù)載。</p><

24、p>　　2.4 總體方案的確定</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　工作原理簡(jiǎn)介：該方案采用兩個(gè)氣缸的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成整套的上下料過(guò)程，豎直方向上的氣缸負(fù)責(zé)物料的抓取、上升和下降，水平方向上的氣缸負(fù)責(zé)物料的水平5m的運(yùn)動(dòng)行程。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：方案簡(jiǎn)單明了，傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔。&

25、lt;/p><p>　　缺點(diǎn)：水平方向上的氣缸行程達(dá)5m，氣缸太長(zhǎng)，加工困難，生產(chǎn)代價(jià)高</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　工作原理簡(jiǎn)介：在豎直方向上的氣缸，其工作任務(wù)與方案一一致，也是負(fù)責(zé)物料的抓取、提升和下降，但該方案在水平方向上采用了絲杠運(yùn)動(dòng)原理來(lái)完成水平行程，絲桿右端是一套減速裝置，從動(dòng)力源發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)

26、帶傳動(dòng)進(jìn)行一級(jí)減速，再經(jīng)過(guò)齒輪進(jìn)行二、三級(jí)減速，同時(shí)絲杠和豎直方向上的氣缸又是再一級(jí)的減速，這樣通過(guò)四級(jí)減速，可以讓物料在水平行程上以較緩慢的速度移動(dòng)。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：此方案合理的運(yùn)用了絲杠的傳動(dòng)原理以及帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的減速，其中帶傳動(dòng)中心距變化范圍大，可用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，能緩沖吸振，有過(guò)載保護(hù)作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安裝要求不高。齒輪傳動(dòng)外廓尺寸小，效率高，傳動(dòng)比恒定，圓周速度

27、及功率范圍廣。</p><p>　　缺點(diǎn)：系統(tǒng)較為復(fù)雜，且齒輪長(zhǎng)期暴露在外部，壽命會(huì)降低，對(duì)于帶傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，有滑動(dòng)，傳動(dòng)比不能保持恒定，外廓尺寸大，帶的壽命較短（通常為3500h～5000h），由于帶的摩擦起電不宜用于易燃、易爆的地方，軸和軸承上作用力大。而且齒輪傳動(dòng)制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無(wú)過(guò)載保護(hù)作用，有噪音。</p><p>　　對(duì)于以上兩種方案的分析，并結(jié)合導(dǎo)師的指點(diǎn)，本課

28、題的設(shè)計(jì)選用第二種方案，即機(jī)械手的上升下降通過(guò)氣動(dòng)控制的氣壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，水平左右移動(dòng)通過(guò)鏈輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.5 機(jī)械手工作過(guò)程分析</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手每次自動(dòng)抓取一次，并自動(dòng)釋放到固定位置，完成物料輸送。為了能順利完成這次物料輸送，我把該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析如下：</p><p>　　喂料機(jī)械手開(kāi)始工作時(shí),首先打開(kāi)真空泵：<

29、;/p><p>　　(1) 吸盤(pán)支架帶動(dòng)兩排吸盤(pán)快速下降,可調(diào)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到零件后,慢速下降,吸盤(pán)觸及零件,同時(shí)吸盤(pán)支架觸碰限位開(kāi)關(guān); </p><p>　　(2) 兩位三通電磁閥開(kāi)始動(dòng)作,使吸盤(pán)接入真空,時(shí)間約1～2s ,當(dāng)真空開(kāi)關(guān)檢測(cè)到真空值為60～80 kPa (吸盤(pán)樣本參數(shù)) 時(shí),確認(rèn)電池已被吸牢;</p><p>　　(3) 快速提升,觸碰第一個(gè)限位開(kāi)關(guān),吸盤(pán)

30、轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng),觸碰第二個(gè)限位開(kāi)關(guān),到位停止; </p><p>　　(4) 水平移動(dòng),觸碰第一個(gè)限位開(kāi)關(guān),吸盤(pán)轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng),觸碰第二個(gè)限位開(kāi)關(guān),到位停止; </p><p>　　(5) 快速下降,觸碰第一個(gè)限位開(kāi)關(guān),吸盤(pán)轉(zhuǎn)為慢速運(yùn)動(dòng),觸碰第二個(gè)限位開(kāi)關(guān),到位停止;</p><p>　　(6) 電磁換向閥換向,放大氣,吸盤(pán)從物料上脫開(kāi)；</p><

31、p>　　(7) 吸盤(pán)支架帶動(dòng)吸盤(pán)快速上升,慢速到位;</p><p>　　(8) 水平移動(dòng)，返程，停止。至此,一次自動(dòng)電池更換動(dòng)作完成。</p><p>　　第3章 真空發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1真空發(fā)生器的工作原理</p><p>　　真空發(fā)生器由工作噴嘴，負(fù)壓室，接收室組成。壓縮空氣通過(guò)收縮的噴嘴后，從噴嘴內(nèi)噴射出來(lái)的

32、一束流動(dòng)的流體稱為射流。射流能卷吸周?chē)撵o止流體和它一起向前流動(dòng)，稱為射流的卷吸作用 ，負(fù)壓室限制了射流與外界的接觸，但從噴嘴射出的主射流還是要卷吸一部分周?chē)牧黧w向前運(yùn)動(dòng)，于是在射流的周?chē)纬梢粋€(gè)低壓區(qū)。若在噴嘴兩端的壓差達(dá)到一定值時(shí)，氣流則為超聲波流動(dòng)，于是在負(fù)壓室內(nèi)可獲得一定的負(fù)壓。</p><p>　　對(duì)于真空發(fā)生器，若在負(fù)壓室內(nèi)通道接真空吸盤(pán)，當(dāng)吸盤(pán)與平面工件接觸，只要將吸盤(pán)腔室內(nèi)的氣體抽吸完并達(dá)到一定

33、真空度，就可將平版吸持住。真空發(fā)生器可用于產(chǎn)生負(fù)壓，也可用作噴射器 。</p><p>　　3.2真空發(fā)生器的分類(lèi)及選擇</p><p>　　真空發(fā)生器按其結(jié)構(gòu)組合形式分為普通真空發(fā)生器，帶噴射開(kāi)關(guān)的真空發(fā)生器與組合真空發(fā)生器三種。真空發(fā)生器按外形分，有盒式和管式。盒式在排氣口帶有消音器，管式不帶消音器。按性能分，有標(biāo)準(zhǔn)型和大流量型兩種。標(biāo)準(zhǔn)型的最大真空度可達(dá)到88kPa，但最大吸入比大流

34、量型小。大流量型的最大真空度為48 kPa，但最大吸入量比標(biāo)準(zhǔn)型大，可用于吸吊有透氣性的瓦楞硬紙之類(lèi)的物體。</p><p>　　普通真空發(fā)生器的供氣口接正壓氣源，排氣口接消聲器，真空口接真空吸盤(pán)壓縮氣從真空發(fā)生器的供氣口流向排氣口時(shí)，在真空口產(chǎn)生真空。當(dāng)供氣口無(wú)壓縮空氣輸入時(shí)，抽吸過(guò)程停止。</p><p>　　帶噴射開(kāi)關(guān)的真空發(fā)生器，一般真空吸盤(pán)持工件后，要放掉工件就必須使吸盤(pán)內(nèi)的真空

35、消除。若在真空發(fā)生器引射通道流入一股正壓氣流，就能使吸盤(pán)內(nèi)壓力從負(fù)壓迅速變?yōu)檎龎?，使工件脫離。帶噴射開(kāi)關(guān)的真空發(fā)生器就能完成這一功能。</p><p>　　組合真空發(fā)生器有幾種形式。主要分為：按連續(xù)耗氣和斷續(xù)耗氣兩種。真空發(fā)生器常與電磁閥，壓力開(kāi)關(guān)和單向閥等真空元件構(gòu)成組件。采用一體化設(shè)計(jì)，便于安裝使用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)性，壽命性，維修性，技術(shù)性等多方面考慮，決定使用普

36、通真空發(fā)生器從經(jīng)濟(jì)性考慮它制造成本低，生產(chǎn)普遍，采購(gòu)容易，從壽命考慮它使用時(shí)間長(zhǎng)，能在惡劣條件下使用，從維修方面考慮普通真空發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修，在技術(shù)上普通真空發(fā)生器的技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)難度。所以選用普通真空發(fā)生器。</p><p>　　3.3真空發(fā)生器的應(yīng)用</p><p>　　真空系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一種手段，在電子，半導(dǎo)體元件組裝，汽車(chē)組裝，自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械，輕工機(jī)械，醫(yī)

37、療機(jī)械，印刷機(jī)械，塑料制品機(jī)械，鍛造機(jī)械，機(jī)器人等許多方面得到廣泛的應(yīng)用。如真空包裝機(jī)械中，包裝紙的吸附，送標(biāo)，貼標(biāo)，包裝袋的啟動(dòng)；電視機(jī)的顯象管，電子槍的加工，運(yùn)輸，裝配及電視機(jī)的組裝；印刷機(jī)械中的雙張，折面的檢測(cè)，印刷紙張的運(yùn)輸；玻璃的搬運(yùn)和裝運(yùn)；機(jī)器人抓起重物，搬運(yùn)和裝配；真空成型，真空卡盤(pán)等?？傊瑢?duì)任何具體較光滑表面的物體，特別對(duì)于非金屬且不適合夾緊的物體，如簿的柔軟的紙張，塑料膜，鋁簿，易碎的玻璃及其制品，集成電路等微型精密

38、零件，都可以使用真空吸附，完成各種作業(yè)。</p><p>　　3.4真空發(fā)生器的主要性能</p><p><b>　　3.4.1排氣特性</b></p><p>　　真空發(fā)生器的排氣特性表示最大真空度，空氣消耗量和最大吸入流量三者分別與供給壓力之間的關(guān)系。最大真空度是指真空口被完全封閉時(shí)，真空口內(nèi)的真空度。空氣消耗量是通過(guò)供給噴管的流量（標(biāo)準(zhǔn)狀

39、態(tài)下），最大吸入流量是指真空口向大氣開(kāi)時(shí)，從真空口吸入的流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）?？諝庀牧渴怯晒ぷ鲊娮熘睆?jīng)Q定的。噴嘴直徑范圍一般為0.5-0.3mm。對(duì)同一噴嘴直徑的真空發(fā)生器，其耗氣量隨著工作壓力的增加而增加。真空度有最大值，當(dāng)超過(guò)最大值，即使增加工作壓力，真空度非但沒(méi)有增加反而會(huì)下降。真空發(fā)生器產(chǎn)生的真空度最大可達(dá)88kPa。建議實(shí)際使用時(shí)真空度可選定在70kPa，工作壓力在0.5MPa左右。</p><p>

40、　　3.4.2 流量特性</p><p>　　流量特性是指供給壓力為0.45MPa條件下，真空口處于變化的不封閉狀態(tài)下，吸入量與真空度之間的關(guān)系，為了獲得較大的真空度或較大的吸入流量真空發(fā)生器的供給壓力應(yīng)處于0.25-0.6MPa范圍內(nèi)，最佳使用范圍為0.4-0.45MPa。真空發(fā)生器的使用溫度范圍為5-60℃，不得給油工作。</p><p>　　3.5吸盤(pán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p&g

41、t;<p>　　考慮到抓取的對(duì)象為電動(dòng)大巴車(chē)電池，其外形尺寸為：長(zhǎng)500mm，寬200mm，厚200mm。因電池存放空間有限，為此，我選用吸盤(pán)來(lái)抓取該類(lèi)零件。</p><p>　　真空吸盤(pán)的基本原理：</p><p>　　盤(pán)壓到被吸物后，吸盤(pán)內(nèi)的空氣被真空發(fā)生器或者真空泵從吸盤(pán)上的管路中抽走，使吸盤(pán)內(nèi)形成真空。而吸盤(pán)外的大氣壓力把吸盤(pán)死死的壓在被吸物上使之幾乎形成一個(gè)整體，可

42、以共同運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.5.1 電池重量的計(jì)算</p><p>　　由電池尺寸數(shù)據(jù)：L=500mm S=200mm H=200mm 查閱密度表，并結(jié)合工程機(jī)械上常用的材料零件，取ρ=2.0 g/cm3（泡沫塑料的ρ是0.2g/cm3,工業(yè)橡膠ρ是1.8g/cm3，ρ在2.0以上的是玻璃類(lèi)和火磚石頭類(lèi)，不予考慮），取g=9.8N/kg。</p>&

43、lt;p>　　則電池的重量：G=ρLSHg392N</p><p>　　3.5.2 吸盤(pán)型號(hào)的確定</p><p><b>　　吸盤(pán)的理論吸力F=</b></p><p>　　根據(jù)吸盤(pán)安裝位置和帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同，吸盤(pán)的實(shí)際吸力應(yīng)考慮一個(gè)安全系數(shù)n，即實(shí)際吸力F’為F’=F/n 。</p><p>　　當(dāng)水平安

44、裝提升物體時(shí)，n4；在垂直安裝提升物體時(shí)n8 。</p><p>　　吸盤(pán)所受的吸力F=G/4=392/4 =98N</p><p>　　又因?yàn)槭撬教嵘?，則取安全系數(shù)n4</p><p>　　實(shí)際所要受到的吸力F’4F=984=392N</p><p>　　真空發(fā)生器的真空度P=84KPa</p><p>　　則由吸

45、盤(pán)的理論吸力F=可以得到</p><p>　　392 /4 841000</p><p>　　即D77mm，也就說(shuō)要求吸盤(pán)吸持工件被抽空的有效直徑至少為77mm 。</p><p>　　(a) (b) </p><p><b>　　圖4-1 真空吸盤(pán)</b>

46、</p><p>　　3.6真空吸盤(pán)的材料</p><p>　　通常吸盤(pán)是由橡膠材料與金屬骨架壓制而成的。制造吸盤(pán)所使用的橡膠材料及其性能見(jiàn)上表。橡膠材料如長(zhǎng)時(shí)間在高溫下工作，則使用壽命變短。硅橡膠的使用溫度范圍較寬，但在潮熱條件下工作則性能變差。吸盤(pán)的橡膠出現(xiàn)脆裂，是橡膠老化的表現(xiàn)。除過(guò)度使用的原因外，多由于受熱和日光照射所致，故吸盤(pán)宜保管在冷陰的室內(nèi)。</p><p

47、>　　表3.1真空吸盤(pán)的材料</p><p>　　3.7 吸盤(pán)連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。剩冢认盗泄芙宇^，是一種新型的組合式氣動(dòng)管接頭。最大工作壓力為１．０ＭＰａ。這種管接頭是由各種不同的接頭、接頭體和一個(gè)終端管座組合而成。通過(guò)這三部分的組合，可以把同一個(gè)管接頭組合成具有不同聯(lián)接方式和不同公稱通徑的組合式管接頭。組合式管接頭能同時(shí)適用幾種不同公稱通徑和不同材質(zhì)的氣管，具有通

48、用性強(qiáng)，多功能、拆裝方便等特點(diǎn)。</p><p>　　參照以上組合式氣動(dòng)管接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我設(shè)計(jì)出一下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又能滿足工作條件的等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭：</p><p>　　圖3.4 等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭剖視圖</p><p>　　圖3.5 等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭基本尺寸</p><p>　　3.8 吸盤(pán)定位結(jié)構(gòu)的設(shè)

49、計(jì)</p><p>　　圖3.6 六角雙頭螺栓</p><p>　　3.8.1 伸縮缸的概述</p><p>　　上面的總體設(shè)計(jì)方案中已指出本課題機(jī)械手水平方向上的氣壓缸選擇具有雙行程的伸縮缸，接下來(lái)我先對(duì)這類(lèi)伸縮缸進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的概述：</p><p>　?。?）工程伸縮缸缸的基本型式</p><p>　　同傳統(tǒng)的缸一

50、樣,伸縮缸兩種基本類(lèi)型是單作用和雙作用型. 單作用伸縮缸在壓力油的作用下伸出,依靠重力或外部機(jī)械作用力縮回。單作用缸應(yīng)用在某種形式的作用力總是作用在缸上的場(chǎng)合。最基本的單作用伸縮應(yīng)用就是傾卸式卡車(chē)和傾卸式拖車(chē)。壓力油伸出伸縮缸以升起傾卸車(chē)的一端并卸除負(fù)載,當(dāng)解除壓力 時(shí),傾卸車(chē)廂的重量將伸縮油缸中的油排出并縮回。 雙作用伸縮缸兩個(gè)方向都由油壓作為動(dòng)力,它們可以使用在既給沒(méi)有重力又沒(méi)有外部機(jī)械作用力的應(yīng)用場(chǎng)合。它們非常好地適用于無(wú)嚴(yán)格定位

51、且要求穩(wěn)固負(fù)載來(lái)回動(dòng)作的應(yīng)用場(chǎng)合。一個(gè)典型的 應(yīng)用是垃圾壓實(shí)車(chē)的推鏟液壓缸。水平安裝的液壓缸推動(dòng)一塊平 板壓縮負(fù)載，然后帶著平板縮回,以便添加更多的物料。不能借助于重力,所以使用雙作用缸。</p><p><b>　?。?）軸承和密封</b></p><p>　　每一伸縮級(jí)通過(guò)至少兩只軸承依次支撐在較大的伸縮段上。一只位于外直徑的底部或伸縮級(jí)的活塞端。另一只位于直徑的

52、頂部或下一個(gè)較大伸縮級(jí)的填塞級(jí)。這兩個(gè)軸承之間的距離決定一級(jí)同下一級(jí)之間的重疊程度。一般而言,這個(gè)距離或重疊必須隨總行 程的增加而增加,以抵抗由伸出級(jí)重量和負(fù)載引起的撓度。 伸縮缸的密封設(shè)計(jì)有好幾種。最普通的一種是使用多重疊合的 " V "形密封和/或帶現(xiàn)場(chǎng)模鑄的疊合唇整體式多唇密封件。這些密封件通過(guò)擋圈或卡環(huán)及壓緊螺母保持在適當(dāng)位置。每一級(jí)的內(nèi)圓面同套在里面的直徑小些的下一級(jí)外徑相互密封。這些密封的型式和位置各個(gè)油

53、缸制造廠不同。密封型式也取決于其特殊功 能。零泄漏,多唇柔性密封通常使用在主臂級(jí)和伸縮級(jí)密封部分的內(nèi)徑上。低泄漏硬性密封使用在雙作用伸縮缸的活塞端.這些活塞密封允許油缸在壓力下縮回. 在某些單作用伸縮缸上使用另外止動(dòng)環(huán)的設(shè)計(jì),在活塞上使用柔性零泄漏密封,依次將更大的下一個(gè)伸 縮級(jí)的全部?jī)?nèi)徑用作伸出力的有效面積。這些相同的密封將油容納在油缸中。油缸的上部通常使用柔性密封,此時(shí)包括一個(gè)導(dǎo)向 支撐.該伸縮缸的上端和論使用 何種型式的密封,都要

54、使用防塵 密封組合,以防止污染物進(jìn)</p><p><b>　?。?）伸縮缸的優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　同傳統(tǒng)的活塞桿式缸比較,伸縮缸的最大優(yōu)點(diǎn)在于其能從一個(gè)緊湊的初始部件提供特別長(zhǎng)的行程。典型伸縮缸疊合后的長(zhǎng)度在其伸出長(zhǎng)度的20%和40%之間變化。所以,當(dāng)安裝空間受限制而應(yīng)用場(chǎng)合又需要長(zhǎng)行程時(shí),伸縮缸是理所當(dāng)然的解決方案。 例如,自卸車(chē)為了完全傾卸,其車(chē)體需

55、要傾斜 60度 。 </p><p>　　（4）伸縮缸的工作原理</p><p>　　雙作用伸縮缸的正常伸出同單作用伸縮缸的方式一樣。雙作用伸縮缸的縮回通過(guò)將每個(gè)伸縮級(jí)的活塞面積外直徑同下一個(gè)較大級(jí) 的內(nèi)側(cè)直徑密閉,并在每一個(gè)伸縮級(jí)中溝通導(dǎo)油孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。伸縮級(jí)體上的導(dǎo)油孔正好位于伸縮段的活塞上方?？s回油口通常位于最小伸縮級(jí)的頂端。油液經(jīng)該油口進(jìn)入最小伸縮級(jí)。導(dǎo)油孔允許油進(jìn)入并作用在下一段內(nèi)徑

56、和較小段內(nèi)徑之間的容腔中。該容腔產(chǎn)生力以移動(dòng)或縮回較小的伸縮級(jí)進(jìn)入較大的伸縮級(jí)。 一且該級(jí)完全縮回,下一個(gè)較大一級(jí)的導(dǎo)油孔打開(kāi)并允許油進(jìn)入以縮回.該縮回過(guò)程持續(xù)直到所有的伸縮級(jí)全部縮回到主臂級(jí)內(nèi)。每一段上的密封選擇區(qū)域保證壓力能夠工作。 將縮回油口設(shè)置在最小級(jí)的頂端是設(shè)計(jì)雙作用伸縮缸最簡(jiǎn)單的方法,但是這種典型的油口布置需要布置軟管,軟管保護(hù)和軟管卷盤(pán)以傳遞油至伸縮級(jí)。為避免壓力油口在油缸全伸出時(shí)間隔太遠(yuǎn)。大多數(shù)雙作用伸縮缸設(shè)計(jì)時(shí)將兩個(gè)油

57、口都布置在最小級(jí)或柱塞級(jí)上。油缸安裝使最小段或柱塞級(jí)固定,較大較重的伸縮級(jí)在油缸伸出時(shí)移動(dòng)。伸縮缸的結(jié)構(gòu)象望遠(yuǎn)鏡, DOM(拉出心軸) 鋼管的直徑逐漸減小能夠一級(jí)套一級(jí)地相互套起來(lái)。直徑最大的一級(jí) 稱做主臂或缸筒;直徑較小的伸縮級(jí)稱做伸縮臂。最小的一級(jí)也</p><p>　　3.8.2 氣壓缸類(lèi)型的確定</p><p>　　基于對(duì)以上液壓型的伸縮缸的介紹，我把他推想到氣壓型的伸縮缸，工作原

58、理和液壓型的伸縮缸一樣，緊緊是兩伸縮缸所使用的動(dòng)力源不一樣而已，一個(gè)是液壓，一個(gè)是氣壓，再根據(jù)課題所給的數(shù)據(jù)可知，該氣壓缸在水平方向上要完成至少15000mm遠(yuǎn)的行程，如果僅僅采用普通的氣缸，那該氣缸的內(nèi)缸長(zhǎng)度至少需要15000mm長(zhǎng)，這樣制造出來(lái)的氣缸要耗費(fèi)很大的人力和材料，吸盤(pán)的水平左右移動(dòng)是往復(fù)式的，為此，這里選用了鏈輪傳動(dòng)。抓取的伸縮移動(dòng)行程比較短，需要耗費(fèi)的人力和材料也比較少，所以我采用氣壓傳動(dòng)。</p><

59、;p>　　3.8.3 氣缸的種類(lèi)</p><p>　　氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的和作往復(fù)擺動(dòng)的兩類(lèi)。作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸 4種。 </p><p>　?。?）單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。 </p><p

60、>　?。?）雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。 </p><p>　　（3）膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。 </p><p>　?。?） 沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(10～20米／秒)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲(chǔ)氣腔、

61、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。</p><p>　　3.8.4氣缸的結(jié)構(gòu)</p><p>　　氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成。 </p><p><b>

62、　　(1）缸筒 </b></p><p>　　缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動(dòng)，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.8um。對(duì)鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強(qiáng)度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開(kāi)關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。</p>

63、;<p>　　SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。 </p><p><b>　　(2）端蓋 </b></p><p>　　端蓋上設(shè)有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機(jī)構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，承受活塞桿

64、上少量的橫向負(fù)載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(zhǎng)氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。 </p><p><b>　　(3）活塞 </b></p><p>　　活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，減少

65、活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(zhǎng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒?dòng)部分長(zhǎng)度來(lái)決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。 </p><p><b>　　(4）活塞桿 </b></p><p>　　活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使

66、用不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。 </p><p><b>　　(5）密封圈 </b></p><p>　　回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)處的部件密封稱為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。 缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種： 整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。 </p><p>　　氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對(duì)活塞進(jìn)行潤(rùn)滑。也有小部

67、分免潤(rùn)滑氣缸。</p><p>　　3.8.5 氣缸的工作原理</p><p>　　根據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 </p><p>　　3.8.6

68、 運(yùn)動(dòng)缸徑的計(jì)算</p><p>　　由氣缸帶動(dòng)的負(fù)載，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及工作壓力，就可以進(jìn)行氣缸缸徑的計(jì)算和選擇。</p><p>　　根據(jù)氣缸帶動(dòng)的負(fù)載，計(jì)算氣缸的軸向負(fù)載F，本設(shè)計(jì)是上下運(yùn)動(dòng)氣缸，它的最大負(fù)載是40㎏，結(jié)構(gòu)是氣吊的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2-1汽缸帶動(dòng)負(fù)載圖</p><p>　　氣缸的軸向負(fù)載力F=mg=40×9

69、.8=392.5N</p><p>　　(2)由氣缸的平均速度來(lái)選定氣缸的負(fù)載β，如表1。氣缸的運(yùn)動(dòng)速度越高，負(fù)載應(yīng)選小。</p><p>　　表2.1 氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和負(fù)載率</p><p>　　本設(shè)計(jì)的氣缸的行程是200mm，動(dòng)作時(shí)間t=2s。</p><p>　　根據(jù)速度公式V=s/t=200/2=100mm/s</p>

70、<p>　　根據(jù)速度V選擇阻性負(fù)載β是0.5</p><p>　?。?）由氣缸的理論輸出力計(jì)算公式。負(fù)載率β及工作壓力p即能計(jì)算缸徑，由計(jì)算的缸徑再圓整到缸徑。</p><p>　　本題的理論輸出力F=F/β=392.5/0.5=785N</p><p>　　氣缸的工作壓力為：p=0.4MPa</p><p>　　氣缸缸徑D= =

71、50</p><p>　　故本設(shè)計(jì)取氣缸缸徑D=50mm，活塞桿的直徑為25mm。</p><p>　　3.8.7 緩沖性能</p><p>　　氣缸活塞運(yùn)動(dòng)到行程終端位置時(shí)，為避免活塞與缸蓋產(chǎn)生機(jī)械碰撞而造成機(jī)件變形，損害及極強(qiáng)的噪聲，氣缸必須采用緩沖裝置。通常缸徑小于16㎜的氣缸采用彈性緩沖墊，缸徑大于16㎜的氣缸采用氣墊緩沖結(jié)構(gòu)。</p><

72、;p>　　從緩沖柱塞封閉柱塞孔起，到活塞停止下來(lái)為止，活塞所走的行程稱為緩沖行程。緩沖裝置就是利用形成的氣墊（即產(chǎn)生背壓阻力）和節(jié)流阻尼來(lái)吸收活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量，到達(dá)緩沖的目的。</p><p>　　為了達(dá)到緩沖作用，緩沖腔室內(nèi)空氣絕熱壓縮所吸收的壓縮能Ep必須大于活塞等運(yùn)動(dòng)部件所具有的動(dòng)能Ed，即Ep≥Ed。</p><p>　　Ep=………………………………………………………(1

73、-1)</p><p>　　Ed=…………………………………………………………………………(1-2)</p><p>　　式中，p1-----絕熱壓縮開(kāi)始時(shí)的緩沖腔室內(nèi)的絕對(duì)壓力（Pa）</p><p>　　p2-----絕熱壓縮結(jié)束時(shí)的緩沖腔室內(nèi)的絕對(duì)壓力（Pa）</p><p>　　V1-----絕熱壓縮開(kāi)始時(shí)的緩沖腔室的容積（m2）&l

74、t;/p><p>　　m-----活塞等運(yùn)動(dòng)部件的總重量（kg）</p><p>　　v-----緩沖開(kāi)始前活塞的運(yùn)動(dòng)速度（m/s）</p><p>　　k-----空氣絕熱指數(shù)k=1.4.</p><p>　　若Ep≥Ed則認(rèn)為氣缸緩沖裝置能起到緩沖作用。反之，則不能滿足緩沖要求，應(yīng)采取一定措施，如在氣缸外部安裝液壓緩沖器。</p>

75、<p>　　最后要特別指出，對(duì)于氣缸之所以要討論緩沖性能及其計(jì)算，是因?yàn)橐乐箽飧走\(yùn)動(dòng)到行程末端時(shí)撞擊缸蓋，即氣缸活塞具有運(yùn)動(dòng)速度。若活塞在末端處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，無(wú)論加在哪的的壓力都務(wù)必關(guān)心其會(huì)撞擊杠蓋（除強(qiáng)度問(wèn)題外）。同時(shí)，氣缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程所有出現(xiàn)的摩擦力（能），重力（能）等的影響，都以反映在活塞的運(yùn)動(dòng)速度上，也就是說(shuō)，氣缸運(yùn)動(dòng)的速度決定于作用在活塞兩側(cè)的壓力差Δp產(chǎn)生的氣壓作用力克服了摩擦力（總阻力）的大小。因此，氣缸緩沖計(jì)

76、算時(shí)，只要考慮氣缸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，就必計(jì)算活塞上作用的氣壓能，重力能及摩擦能。</p><p><b>　　3.8.8耗氣量</b></p><p>　　耗氣量是指氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)所消耗的壓縮氣體量，耗氣量大小與氣缸的性能無(wú)關(guān)，但是選擇空壓機(jī)排量的重要依據(jù)。</p><p>　　3.8.9最大耗氣量 </p><p>　　是

77、指氣缸活塞完成一次行程所須的耗氣量，其計(jì)算式如下：</p><p><b>　　Qmax= </b></p><p>　　式中，Qmax-----最大耗氣量(L/min)(ANR)</p><p>　　D-----缸徑(cm)</p><p>　　S-----氣缸行程(cm)</p><p>　

78、　t-----氣缸一次往返行程所需時(shí)間(s)</p><p>　　p-----工作壓力(MPa)</p><p>　　3.8.10伸縮運(yùn)動(dòng)氣缸耗氣量</p><p>　　缸徑： D=5cm</p><p>　　氣缸行程: S=20cm</p><p>　　工作壓力: p=0.4MPa 氣缸一次往返行程所需

79、時(shí)間 t=4s</p><p>　　最大耗氣量: Qmax= </p><p>　　==29.375（L/min） （ANR）</p><p>　　3.9氣缸使用注意事項(xiàng)</p><p>　　一般氣缸的正常工作條件；環(huán)境溫度為-35-80°C，工作壓力為0.4-0.6MPa。</p><p>　　安裝前，

80、應(yīng)用1.5倍工作壓力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，不應(yīng)漏氣。</p><p>　　裝配時(shí)，所有密封元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)工作表面應(yīng)涂以潤(rùn)滑脂。</p><p>　　安裝的氣源進(jìn)口處必須設(shè)置氣源調(diào)節(jié)裝置；過(guò)濾器-減壓閥-油霧器。</p><p>　　安裝時(shí)注意活塞桿應(yīng)盡量承受拉力載荷，承受推力載荷應(yīng)盡可能使載荷作用在活塞桿軸線上，活塞桿不允許承受偏心或橫向載荷。</p>&l

81、t;p>　　載荷在行程中有變化時(shí)，應(yīng)使用輸出力足夠的氣缸，并附設(shè)緩沖裝置。</p><p><b>　　盡量不使用滿行程。</b></p><p>　　3.10水平直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.10.1 直線導(dǎo)軌的概述</p><p>　　直線導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比

82、直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，按給定的方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。按摩擦性質(zhì)而定，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌可以分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類(lèi)。</p><p>　　3.10.2 直線導(dǎo)軌種類(lèi)的確定</p><p>　　在本課題

83、設(shè)計(jì)中，我選用圓形導(dǎo)軌，接下來(lái)我簡(jiǎn)單的說(shuō)一下圓形導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　圓形導(dǎo)軌產(chǎn)品的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是其圓形板可在端部支撐軸，實(shí)現(xiàn)橫跨相當(dāng)于軸直徑的12到24 倍的間隙的圓形直線軸承設(shè)計(jì)，從工廠自動(dòng)化中的龍門(mén)吊系統(tǒng)到DNA 取樣機(jī)中揀選和放置模塊的各種應(yīng)用均可采用這一設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)軸完全通過(guò)固定軸的兩端進(jìn)行組建。無(wú)論兩點(diǎn)之間的機(jī)器表面處于何種情況，無(wú)論是否只有一個(gè)點(diǎn)，該裝置的精密性都不會(huì)受到影響，僅僅取決于

84、端部支撐裝置的準(zhǔn)確度。此外，如果要通過(guò)直線導(dǎo)軌對(duì)中一套絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，只需在一個(gè)板上打三個(gè)孔，即以兩個(gè)圓形導(dǎo)軌和絲杠軸承的支撐為基準(zhǔn)，這是最容易做到的方法。通過(guò)這一設(shè)計(jì)，在裝配過(guò)程中無(wú)需調(diào)節(jié)。 </p><p>　　在某些應(yīng)用中，平整度可能是需要考慮一個(gè)主要的因素。雖然組件和應(yīng)用之間在細(xì)微處可能略有不同，并通常缺乏行業(yè)相關(guān)平整度數(shù)據(jù)，但滾珠襯套軸承往往可以非常平穩(wěn)地運(yùn)行，方形導(dǎo)軌和圓形導(dǎo)軌之間的差異通常用手即可感

85、覺(jué)得到。滾珠和導(dǎo)軌之間凸表面的點(diǎn)式接觸可將擦傷的可能性降到最低。滾珠襯套通常在微小間隙量或1％到2％額定動(dòng)載荷的輕預(yù)載荷下運(yùn)行，提高了平穩(wěn)性。而由于較高的一致性和預(yù)載荷，方形導(dǎo)軌軸承可在某些“缺口”情況下使用。 在大多數(shù)情況下，這是可行的，但如果需要用到儀表級(jí)軸承，圓形導(dǎo)軌可能更有優(yōu)勢(shì)。同樣，由于其簡(jiǎn)單的圓形幾何形狀，圓形襯套上的密封件往往更為可靠，產(chǎn)生更小的拖曳。方形導(dǎo)軌擦拭器必須符合導(dǎo)軌中的滾珠軌道，以達(dá)到耐用型密封。</p&

86、gt;<p>　　安裝圓形導(dǎo)軌時(shí)最后需要考慮的是安裝在軸上的非滾珠型聚合物襯套?？刹捎眠m用于鋁或其它基底的高性能軸承級(jí)材料，以提供良好的載荷能力（相當(dāng)于滾珠襯套載荷能力的20％）和一個(gè)在 0.05到0.25范圍內(nèi)的較低摩擦系數(shù)。襯套軸承可在具有能夠損傷密封嚴(yán)實(shí)的滾珠襯套的微粒的惡劣環(huán)境中平穩(wěn)運(yùn)行，也可在受到?jīng)_擊載荷損傷的滾珠軸承系統(tǒng)下正常工作。另一方面，滾珠循環(huán)噪聲可能會(huì)成為滾珠襯套或方形導(dǎo)軌軸承中的一個(gè)問(wèn)題，但對(duì)于上述襯

87、套軸承卻基本上不是問(wèn)題。由于接觸面分布在一個(gè)較大的區(qū)域中，無(wú)需配有滾珠襯套的硬化鋼軸。可以采用不銹鋼軸系，既適用于像半導(dǎo)體和醫(yī)藥行業(yè)所處的清潔環(huán)境，也適用于像食品加工行業(yè)所處的惡劣環(huán)境。</p><p>　　3.10.3 圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元</p><p>　　支撐導(dǎo)軌單元由支撐軌，直線軸及開(kāi)口型直線軸承箱式單元組成，圖3.10所示。</p><p>　　支撐軌

88、：支撐軌可在全行程上為軸提供最大的剛性，確保支撐導(dǎo)軌單元的正常工作，圖3.11所示。</p><p>　　箱體:可與開(kāi)口型直線軸承配合，在高負(fù)載或長(zhǎng)行程的場(chǎng)合，保證卓越的運(yùn)動(dòng)性能，圖3.12所示。</p><p>　　以下為圓形導(dǎo)軌的支撐導(dǎo)軌單元的結(jié)構(gòu)圖和相關(guān)數(shù)據(jù)表：</p><p>　　圖3.11 支撐軌 圖3.12

89、 箱體</p><p>　　圖3.13 支撐導(dǎo)軌單元 圖3.14導(dǎo)軌外形長(zhǎng)度表</p><p>　　圖3.15 支撐軌外形尺寸</p><p>　　圖3.16 支撐導(dǎo)軌單元外形尺寸</p><p>　　第四章 吸附手的穩(wěn)定性分析</p><p>　　4.1 機(jī)械手上升、下降過(guò)程的穩(wěn)定性分析<

90、;/p><p>　　機(jī)械手的下降過(guò)程是由豎直方向上的氣缸完成的，氣缸的選用按照了國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，而且所選的氣缸足夠提升起該密封墊零件，所以只要?dú)飧渍＃粫?huì)出現(xiàn)中途卡斷現(xiàn)象。該氣缸的活塞桿連接吸盤(pán)的定位支架，并通過(guò)螺母固定，而支架上又通過(guò)螺母連接方式使六角雙頭螺栓固定在支架上。通過(guò)等徑三通接口的組合式氣動(dòng)管接頭，一端與六角雙頭螺栓連接，另一端與吸盤(pán)螺紋連接，還有一端與真空發(fā)生器通過(guò)來(lái)的氣管相連接，這樣下來(lái)，該部分的機(jī)械結(jié)

91、構(gòu)是環(huán)環(huán)相扣，穩(wěn)定性很高，安全性也相當(dāng)高。而且該結(jié)構(gòu)具有拆裝性，拆裝非常方便，萬(wàn)哪個(gè)零件出了問(wèn)題，可以及時(shí)方便的拆卸并安裝，減少經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　4.2 機(jī)械手吸料過(guò)程的穩(wěn)定性分析</p><p>　　由于吸盤(pán)是與真空發(fā)生器通過(guò)帶螺紋的通氣管連接起來(lái)的，所以真空發(fā)生器產(chǎn)生的真空度就是吸盤(pán)里的真空值，我選用了真空度可以達(dá)到84KPa的空發(fā)生器，所以有足夠外力吸附起密封墊零件。真

92、空吸盤(pán)是直接吸吊物體的元件，是真空系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。通常它由橡膠材料和金屬骨架壓制而成。吸盤(pán)有多種不同的形狀，常用的有圓形平吸盤(pán)和波紋形吸盤(pán)。波紋型吸盤(pán)（風(fēng)琴型吸盤(pán)）相對(duì)圓形吸盤(pán)有更強(qiáng)的適應(yīng)性，允許工件表面有輕微的不平、彎曲或傾斜，同時(shí)在吸持工件進(jìn)行移時(shí)有較好的緩沖性能。所以本設(shè)計(jì)中我選用了波紋形吸盤(pán)，以提高機(jī)械手的穩(wěn)定性。</p><p>　　當(dāng)然該機(jī)械手的真空系統(tǒng)中除了真空發(fā)生器和真空吸盤(pán)這兩個(gè)主要的元件外，

93、還有真空閥、真空壓力開(kāi)關(guān)、真空過(guò)濾器、真空安全開(kāi)關(guān)等元件。這些真空元件都是按負(fù)壓元件來(lái)確定的。</p><p>　　4.3 機(jī)械手左移、右移的穩(wěn)定性分析</p><p>　　同樣，該過(guò)程的也是通過(guò)氣缸的伸縮來(lái)完成，氣缸的選用也足夠讓機(jī)械手完成水平方向上的左右往復(fù)移動(dòng)，氣缸通過(guò)左右兩端兩個(gè)耳座將其定位于水平方向上，其較小的那根活塞桿通過(guò)一簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軌工作臺(tái)相連接，又導(dǎo)軌在角鋼上的安裝

94、，角鋼由于受到所有負(fù)載發(fā)生變形的撓度相當(dāng)小，幾乎可以忽略不計(jì)，所以導(dǎo)軌在水平方向不會(huì)發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，這樣就保證了工作臺(tái)能順利的在導(dǎo)軌閃左右移動(dòng)，使得該機(jī)械手輸送的密封墊零件能很好的完成水平500mm的行程的輸送。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我更加熟練的掌握了相關(guān)制圖軟件的應(yīng)用?；仡櫛敬卧O(shè)計(jì)，我對(duì)氣壓缸的設(shè)計(jì)

95、,機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有了深刻的理解。</p><p>　　其中，機(jī)械手應(yīng)用于現(xiàn)代化制造業(yè)中也是大勢(shì)所趨。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。目前，機(jī)械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲倦、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此機(jī)械手受到很多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用。</p><p>　　此機(jī)械手的設(shè)計(jì)完成，能更好地針對(duì)電動(dòng)大巴車(chē)

96、電池的更換，而且本機(jī)械手大部分都是通過(guò)螺栓連接固定在一起的，這樣機(jī)械手的拆卸更換和運(yùn)輸方面就變得尤為方便，該機(jī)械手能滿足遠(yuǎn)距離的水平移動(dòng)。整體氣壓的運(yùn)用，空氣的取之不竭，用過(guò)之后排入大氣，不需要回收和處理，不污染環(huán)境，空氣的污染性很小，管路中壓力損失也很小，壓縮空氣的工作壓力較低，氣動(dòng)元件的材質(zhì)和制造精度要求降低，空氣介質(zhì)清潔，亦不會(huì)變質(zhì)，管路不易堵塞等優(yōu)勢(shì)就很有效的利用到，而且機(jī)械手四個(gè)角機(jī)械減震墊鐵的安裝，更能適應(yīng)有稍微凹凸不平的工

97、作環(huán)境。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)缺少了去工廠實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)，我們也就缺少了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械手工作過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)給我們帶來(lái)了一定的難度。</p><p>　　最后，將以上機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)合成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)，從而使A上的工件移動(dòng)到B上，完成整個(gè)過(guò)程。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

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102、</p><p>　?。?5］. 洪英發(fā),程國(guó)珩主編.《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》.沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2000</p><p>　　［16］. Hesse S. Sesors in Production Engineering.Esslingen:Festo AG＆C0.2001。</p><p>　　[17]indley TC.Richards CE. And Ritc

103、hie Ro.The mechanics and mechanisamosf fatigue cracks grawthin metals IN:pro.conf.Mechanics and physics of Trachure Cambridge :Inst.of physics and Metals society. 1975.</p><p><b>　　致 謝</b></p&

104、gt;<p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，離不開(kāi)院系各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，以及學(xué)院各位老師的指導(dǎo)和幫助，在此，我衷心的向院系各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和全院老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　四年的學(xué)習(xí)生活轉(zhuǎn)眼即逝，在外求學(xué)經(jīng)歷的坎坷使我慢慢成熟，對(duì)在過(guò)去的日子里曾給予過(guò)我鼓勵(lì)、幫助的人們我滿懷感激，時(shí)刻沒(méi)有忘記。所經(jīng)歷的一切將讓我倍加珍惜未來(lái)的生活。</p><p>　　本論

105、文是在導(dǎo)師cc老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！</p><p>