2025年气压传动两维运动机械手设计方案说明书.doc

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，环境污染小，工程容易实现，、化工、电子、电气、纺织、食品、包装、印刷、轻工、汽车等各个制造行业，尤其在多种自动化生产装备和生产线中得到了广泛地应用，，引起了世界各国产业界地普遍重视，
可编程控制技器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来地一种新型、通用地自动控制装置，他具有机构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用以便等一系列长处，


通过课程设计培养学生综合运用所学知识地能力，提高分析和处理问题能地一种重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课地基础地，是学生根据所学课程进行地工程基本训练，课程设计地意义在于：DXDiTa9E3d
1．培养学生综合运用所学地基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统（产品）地初步设计工作，并结合设计或试验研究课题深入巩固和扩大知
2．培养学生搜集、阅读和综合分析参照资料，运用多种原则和工具书籍以及编写技术文献地能力，提高计算、
3．培养学生掌握机电产品设计地一般程序措施，进行工程师基本素质地训练.
4．树立对的地设计思想及严厉认真地工作作风.

1．该机械手地功能：将货物自动放到坐标位置（300，300）处，并延时1分钟等待卸货，然后返回原点位置，
2．任务规定：
执行元件：气动气缸；
运动方式：直角坐标；
控制方式：PLC控制；
控制规定：位置控制；
重要设计参数参数：
气缸工作行程——800 mm；
运动负载质量——100 kg；
移动速度控制——3m/min.
3．详细环节如下：
（1）先根据参照资料，确定合适地设计方案.
（2）通过计算、分析设计执行元件地参数：气缸地内径、壁厚，活塞杆地直径，耗气量地计算，验算设计成果，导向装置地设计，驱动元件地选择，管路设计，
（3）根据动力和总体参数地选择和计算，进行总体设计，完毕机械系统地重要部件图.
（4）应用启动原理图，设计控制电路，编写控制程序，绘制电气控制电路原理图.

方案一：


方案二：


参阅多种气压设计书籍和论文，对照设计任务规定，并通过对此前学习过地课程进行综合考虑，，选用品质精良地气动元件组合而成，为直角坐标式机械手构造，实现2个自由度，由机身、水平臂、竖直臂、夹紧手构成，可以完毕水平臂地伸缩、竖直臂地升降以及抓取等动作，可以以便地通过节流阀调整合适地执行元件地速度，，即横向移动气缸和纵向移动气缸，其控制系统采用目前控制领域应用比较普遍、性能优越地PLC，根据需要选用西门子企业地S7-200型PLC作为控制系统地关键.
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由于该系统规定该气动机械手地动作逻辑次序为： 升降气缸1下降——抓取工件——升降气缸1上升——气缸2左移——气缸1下降——卸载工件，
在设计计算时发现，如用方案一，则横向气缸活塞杆会承受很大地弯矩，影响装置地使用寿命，并且挥霍原材料，，其中导轨分担了纵向活塞地重力，故在设计时可视作横向气缸只受轴向力，

本方案地机械设计中重在气缸地设计，气缸1地作用是实现物料地横向移动，，以达到动作灵活、运动速度高、节省材料和动力，同步减少运动地冲击，二是要有足够地刚度以保证运动精度和定位精度rqyn14ZNXI
气缸地设计流程图如图3所示
图3 气缸设计流程图
气缸按供油方向分，，，，有外力使活塞反向运动，而双作用单活塞气缸在压缩空气地驱动下可以像两个方向运动但两个方向地输出力不一样，因此该方案采用双作用单活塞缸.
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设计及计算
成果
:
由设计任务可以懂得，要驱动地负载大小位100Kg，考虑到气缸未加载时实际所能输出地力，受气缸活塞和缸筒之间地摩擦、活塞杆与前气缸之间地摩擦力地影响，，常用到负载率 β：
由《液压与气压传动技术》表11-1：
运动速度v=3m/min=50mm/s，取β=，因此实际液压缸地负载大小为：F=F0/β=

F=
D==×106 =
F—气缸地输出拉力 N；
P —气缸地工作压力Pa
按照GB/T2348-1993原则进行圆整，取D=80 mm
气缸缸径尺寸系列
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630

由d= 估取活塞杆直径 d=25 mm

D=80 mm
d=25 mm
缸筒长度S=L+B+30
L为活塞行程；B为活塞厚度
活塞厚度B=(~)D= ×80=56mm
由于气缸地行程L=800mm ,因此S=L+B+30=886 mm
导向套滑动面长度A:
一般导向套滑动面长度A，在D<80mm时，可取A=(~)D；在D>80mm时, 可取A=(~)d.
因此A=25mm
最小导向长度H：
根据经验，当气缸地最大行程为L，缸筒直径为D，最小导向长度为：H≥L20+D2
代入数据 即最小导向长度H≥80020 +802 =80 mm
活塞杆地长度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961 mm

由《液压气动技术手册》可查气缸筒地壁厚δ可根据薄避筒计算公式进行计算：δ ≥
式中
δ—缸筒壁厚（m）；
S=886 mm
A=25mm
l= 961 mm
D—缸筒内径（m）；
P—缸筒承受地最大工作压力（MPa）；
σ—缸筒材料地许用应力（MPa）；
实际缸筒壁厚地取值：对于一般用途气缸约取计算值地7倍；重型气缸约取计算值地20倍，再圆整到原则管材尺码.
参照《液压与气压传动》缸筒壁厚强度计算及校核
σ=σbn,我们地缸体地材料选择45钢，σb=600 MPa，σ =6005=120 MPa
n为安全系数 一般取 n=5； σb 缸筒材料地抗拉强度(Pa)
P—缸筒承受地最大工作压力（MPa）.当工作压力p≤16 MPa时，P=；当工作压力p＞16 MPa时，P=
MPa不不小于16 MPa，P==×= MPa
δ ≥= ×802×120 =
参照下表 气缸筒地壁厚圆整取δ = 7 mm
δ = 7 mm

Q = πD24ts = πD2∙V4ηvP+PaPa = π ××∙+
=×10-3m3/s

v—空气流经进排气口地速度，可取v=10~15（ms） 选用v = 12 m/s
由公式 d0 = 2Qπv
代入数据得 d0 = 2××10-3π×12= mm
因此取气缸排气口直径为15 mm
Q=×10-3m3/s
d0 =15 mm