637 机车轴承座自动上下料机构及其控制系统设计

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：

1. 工件重量约为70Kg；

2. 工件最大尺寸（长，宽，高）：440×92×290（具体见零件图）；

3. 最大操作范围：提升高度为70mm，转动角度为90°，水平移动为400mm；

4. 机械手的自由度数为3(上升,转动,平移)；

5．定位精度：属于上下料机构，本身精度要求不高；

6．装料高度：1050mm；

7．性能要求：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

2.1 手部的设计

2.1.1 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。 2.1.2 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

G 5 . 0 ………………………………2.1

式中 N——夹紧力（N）；

G——工件的重量（N）；

f——摩擦系数，钢对钢f=0.1。

则 N= 1 . 0 8

. 9 70 5 . 0 ´ ´ =3430 N

2.1.3 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 =

N c b )

sin( sin sin 2 j a f a + ……………………………2.2

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=85.5°。

则 理 P =

N 10290 3430 ) 5 . 85 43 sin( 78 5 . 85 sin 43 sin 116 2 » ´ ° + ° × °

° × ´ (2)实际驱动力的计算:

实 P ≥

理 P h

2 1 K K ……………………………2.3

式中 K 1——安全系数,一般取1.2～2,取K 1=1.5；

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=0.9。

则 实

P ≥10290 17150 9 . 0 5

. 1 1 » ´ N 取 实 P =17200N

2.1.4 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

s

………………………………2.4

式中 σs ——材料的屈服点,45钢的屈服点σs =360 a MP ；

n——安全系数，对于塑性材料n＝1.32～3.5,取n=1.5。

则45钢的许用应力为[σ]=360/1.5=270 a

MP 其许用剪切应力为[τ]=(0.6～0.8)[σ]=162～216 a MP ,取[τ]=200 a MP 。 许用挤压应力为[ jy s ]=(1.7～2.0)[σ]=459～540 a MP ,取[ jy s ]=500 a MP 。 夹爪的剪切应力条件为τ=

A F Q ≤[τ]

…………………………2.5

式中 F Q——剪切面上的剪力(N)；

A——剪切面面积。

则τ= 20 20 2 17200

´ ´ ≈21.5 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 s =

jy

jy A F ≤[ jy s ]

…………………………2.6

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 jy s = a MP 3 . 14 30 20 2 17200

» ´ ´ ＜[ jy s ]=500 a MP ,故夹爪的挤压强度满足要求。

(2)校核绞链的剪切强度

绞链材料为45钢,其许用应力[τ] =200 a

MP