楔块式机械手设计与仿真

哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书I摘要《数字化仿真与设计》技能训练是在学习相关专业方向课和专业选修课程后，进行的一次综合性设计技能训练。通过综合技能训练，使学生能够运用所学过的基础课、学科基础课、专业平台课和专业方向课的有关理论知识，以及实习、实验等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。机械手，即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。本次《数字化仿真与设计》技能训练的工作内容包括：原理分析与设计计算、参数化设计与仿真、快速成型与分析、工程图样设计和编制技术文件五部分。关键词：机械手；数字化；设计；仿真哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书目录一、技能训练的目的............................................-1-二、主要技术参数与要求........................................-2-三、原理分析与设计计算........................................-3-1、工作原理分析...........................................-3-2、设计计算...............................................-3-2.1设计时应考虑的几个问题.............................-3-2.2计算时的“三确定”.................................-4-2.3驱动力的计算.......................................-5-3、零件的选择及尺寸确定...................................-7-3.1手臂杠杆的选择及尺寸确定...........................-7-3.2外壳的选择及尺寸确定...............................................................-8-3.3拉杆的选择及尺寸确定...............................-9-3.4支撑块的选择及尺寸确定.............................-9-3.5圆柱销的选择及尺寸确定............................-10-3.6挡圈的选择及尺寸确定..............................-10-3.7垫圈的选择及尺寸确定.................错误!未定义书签。3.8螺钉的选择及尺寸确定..............................-11-3.9夹紧部件的选择及尺寸确定..........................-12-四、参数化建模与仿真.........................................-13-1、零件建模..............................................-13-1.1手臂杠杆的建模....................................-13-1.2外壳的建模........................................-15-1.3拉杆的建模........................................-16-1.4支撑块的建模......................................-17-1.5圆柱销的建模......................................-17-1.6弹性挡圈的建模....................................-18-1.7垫圈的建模...........................错误!未定义书签。1.8螺钉的建模........................................-18-1.9圆弧夹块的建模....................................-19-2、虚拟装配..............................................-20-2.1为全部建模完成的零件进行装配......................-20-2.2爆炸图的制作......................................-20-2.3装配序列的制作.......................错误!未定义书签。3、运动仿真..............................................-21-3.1连杆和运动副的创建................................-22-哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书3.2仿真动画输出......................................-22-五、快速成型与分析....................................................................................-23-1、快速成型简介..........................................-23-2、快速成型的特点........................................-23-3、快速成型的过程........................................-23-六、工程图图样设计......................................................................................-24-1、装配图设计............................................-24-1.1装配图的转换......................................-24-1.2装配图的标注......................................-24-2、零件图的设计..........................................-25-2.1零件图的转换......................................-25-2.2零件图的标注......................................-26-七、技术经济评价........................................................................................-27-结束语.......................................................-28-参考文献.....................................................-29-哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书-1-一、技能训练的目的《数字化设计与仿真》技能训练是在学习相关专业方向课和专业选修课程后，进行的一次综合性设计技能训练。通过综合技能训练，使学生能够运用所学过的基础课、学科基础课、专业平台课和专业方向课的有关理论知识，以及实习、实验等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。通过对机械系统中的典型机构的分析、三维设计、快速成型和工程设计等现代设计技术的训练，使学生们加深对机械产品的现代设计方法、设计过程和设计技巧的理解；通过对典型机构的三维设计、仿真设计和快速成型的综合性训练，使学生们巩固并加强对三维设计、三维高级应用技术等知识的认知；通过对典型机构的工程设计、设计计算和技术文件的编写，使学生们掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和设计资料的方法，巩固并加深对实用设计技术知识的认知。通过对典型机构的设计，使学生们能够获得机电产品现代设计技术的综合性技能训练，提高工程技术设计的能力，加强三维技术设计与仿真的能力，提高分析和解决工程技术问题的能力及创新意识，为培养具有高素质的应用型卓越机械工程技术人才奠定良好的基础。哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书-2-二、主要技术参数与要求设计题目：楔块杠杆式机械手数字化设计与仿真。设计参考图样：如图2-1图2-1楔块杠杆式机械手技术参数与要求：手指运动速度25mm/s，手指捏紧力50N。要求水平握持工件，工件为圆柱形物体，直径60mm。哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书-3-三、原理分析与设计计算1、工作原理分析本设计说明书仅讲述楔块杠杆式机械手。此种机械手的的驱动可以分为多种。无论哪种驱动都是带动楔块运动。驱动装置带动楔块，楔块向下运动，克服弹簧拉力，使杠杆手指装有滚子的一端向外张开，从而使工件夹紧。楔块向上运动，则在弹簧拉力作用下，使手指松开。2、设计计算2.1设计时应考虑的几个问题2.1.1应具有足够的夹紧力在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。2.1.2手指间应有一定的开闭角两个手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。2.1.3应保证工件的准确定位为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。2.1.4应具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书-4-生的惯性力和振动的影响，要求具有足够的强度和刚度以防止折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻。2.1.5应考虑被抓取对象的要求应根据抓取工件的形状、抓取部位和抓取数量的不同，来设计和确定手指的形状。2.2计算时的“三确定”2.2.1臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为0.15N，最大为8000N。本机械手的臂力为N臂=65N，安全系数K一般可在1.5~3，本机械手取安全系数K=2。定位精度为±1mm。2.2.2工作范围的确定机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如下：手臂回转角度——20°手臂升降行程——5mm手臂水平运动行程——22.6mm2.2.3运动速度的确定机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。楔块杠杆式机械手要完成水平握持工件的过程，需完成夹紧工件、手臂升降、回转，平移等一系列的动作，这些动作都应该在工作拍节规定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多哈尔滨理工大学《数字化设计与仿真》技能训练设计计算说明书-5-因素，根据各种因素反复考虑，对分配的方案进行比较，才能确定。楔块杠杆式机械手的各运动速度如下：立柱竖直运动速度——V柱移=5.53m