油箱內噴漆機器人直線伸縮關節(jié)設計【噴涂機器人】【說明書+CAD】
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論文題目:油箱內噴漆機器人直線伸縮關節(jié)設計論文題目:油箱內噴漆機器人直線伸縮關節(jié)設計學生姓名:學生姓名:張海玉張海玉學學號:號:20030314127班班級級:機教機教031班班導師姓名:劉法治導師姓名:劉法治崔杭平崔杭平摘摘要要n在噴漆行業(yè),人工噴漆嚴重影響了人的身心健康,制約了生產效率的提高,為避免人在有毒、易燃、易爆的惡劣環(huán)境下工作,減少噴漆廢品,提高噴漆質量,提高勞動生產率,迫切需要實現(xiàn)噴漆自動化,而噴漆機器人不怕酷熱寒暑,不怕輻射和污染,不怕危險,干活快,縮短了生產周期,降低了生產成本,并且保證了噴漆操作在時間和空間上的延續(xù)性與連續(xù)性,文章首先進行了噴漆機器人傳動裝置的分析,接著討論了該機器人的直線伸縮關節(jié),通過工作空間分析確定出操作手的尺寸,進而進行了抗拉、抗剪和剛度校核,給出了慣量匹配、轉矩匹配等控制參數(shù)的調節(jié)計算方法。1緒論緒論 n車用油箱系列產品其外形呈橢圓柱狀,上方開有一圓形入口,整個油箱在縱向被兩塊隔油板分成三個儲油區(qū),該系列油箱用于汽車燃油的儲運,在其制造過程中,其內腔壁需經三層漆料的噴涂,要求噴涂均勻,涂層厚薄一致,無遺漏點,并要求不掉漆,不起泡,以保證油箱的防腐蝕,增加油箱的使用壽命和確保儲運的動力燃油的清潔。但受油箱結構的限制,人工噴漆的操作環(huán)境極為惡劣,為此,筆者研究設計了一種能替代人工噴漆作業(yè)的油箱內噴漆機器人。由于工業(yè)機器人能夠根據作業(yè)對象完成多種復雜動作,因此,使用機器人完成噴漆作業(yè)是一種有效的方法,噴漆質量和生產率也較易保證。2總體機構n噴漆機器人的總體結構有機座、肩部、臂部、腕部等組成,機座位于油箱外的后側,由固定底座、立柱、橫梁等組成,對機械臂起支承和定位作用。臂部包括與其伸縮、屈伸或旋轉等運動有關的構件,并裝有傳動機構、驅動裝置、導向定位裝置、支承連接和位置檢測元件等,臂部又可分為肩部、大臂、小臂、腕關節(jié)及噴槍、它們所產生的直線運動和擺動運動的組合完成機械臂的運動的姿態(tài)調整。肩部由直線升降關節(jié)、擺動關節(jié)等組成,其作用是使機械手進入箱內并擺動伸入隔油板的偏心孔內。大臂由擺動關節(jié)、回轉關節(jié)和伸縮關節(jié)組成,其作用是帶動小臂及腕部縱向移動并進行360回轉,實現(xiàn)各表面的噴漆運動,小臂由肘關節(jié)(擺動關節(jié))和小臂伸縮關節(jié)組成,它們的運動使腕部帶動噴槍實現(xiàn)各種運動位姿;腕關節(jié)為一個回轉關節(jié),旋轉一定角度以滿足噴槍始終與被噴涂表面垂直。3.結構設計結構設計 n有三種方案可供選擇:a方案采用二級圓柱齒輪減速器,適合于繁重及惡劣條件下長期工作,使用維護方便,但結構尺寸較大;b方案,采用蝸桿減速器,結構緊湊,但傳動效率較低;c方案,采用一級圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動,工藝簡單,成本低,效率高,根據機器手的工作條件,初步選定c方案,在設計過程可能還要不斷修改和完善。3.1傳動方案的設計傳動方案的設計n電動機的類型和結構形式電動機的類型和結構形式選用三相異步電機選用三相異步電機YZR型,結構形式選用防爆型。型,結構形式選用防爆型。n選擇電機容量選擇電機容量在在變變化化較較小小的的載載荷荷下下長長期期工工作作的的機機器器,只只要要負負載載不不超超過過額額定定植植,電電機機便便不不會會過熱,所需電機功率:過熱,所需電機功率:n確定電機轉速確定電機轉速根根據據選選定定電電機機的的類類型型,結結構構,容容量量和和轉轉速速,選選電電機機YZR132M2-6.它它的額定功率為:的額定功率為:滿載轉速為:滿載轉速為:n 分配各級傳動比分配各級傳動比總傳動比:總傳動比:各軸分配各軸分配:計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)式中:電動機軸的輸出轉矩 3.2傳動零件的設計計算傳動零件的設計計算n聯(lián)軸器不僅具有連接兩軸并傳遞轉矩的功能,還具有補償兩軸因制造和安裝誤差造成的軸線偏移的功能,以及緩沖吸振安全保護的功能。電動機軸和減速器高速軸聯(lián)結用的聯(lián)軸器,由于軸的轉速較高,為減小啟動載荷,緩沖吸振,應選較小轉動慣量和具有彈性的聯(lián)軸器,一般選彈性柱銷聯(lián)軸器,選用HL2聯(lián)軸器,n其公稱轉矩為315N.m,許用轉速為500r/min.n在減速器外,采用開式直齒齒輪傳動,精度等級選為7級,小齒輪材料選為40Cr,硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼,硬度為240HBS,兩者的硬度材料差為40HBS。n選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù)取49。按齒面接觸疲勞強度計算數(shù)值按齒面接觸疲勞強度計算數(shù)值1)計算分度圓直徑 n計算中心距 n計算齒輪寬度 n取 ,大齒輪如下圖 4 軸的結構設計軸的結構設計n(1)為滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求,右端制出一個軸肩,故 n(2)初步選擇滾動軸承。因滾針軸承工作時允許內外圈有少量的軸向錯動,有較大的徑向承受能力,摩擦系數(shù)較大,故選此軸承。參照工作要求并根據 ,有軸承目錄產品中初步選取 ,其尺寸為dDT=25mm42mm17mm,故 ;而 。n右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位,由手冊查得它的定位軸肩高度h=1.5mm,因此取d=48mm。n(3)取安裝齒輪處的軸段的直徑 ,齒輪的左端與左軸承間采用套筒定位,已知齒輪輪轂的寬度,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,此軸段應略小于輪轂寬度,故取 ,齒輪右端采用軸肩定位,軸肩高度,取h=2mm,軸環(huán)寬度 各軸段的長度圖和直徑如下:圖4減速器軸段5直線伸縮關節(jié)直線伸縮關節(jié)n圖5為直線伸縮關節(jié)的機械結構,該關節(jié)由滾珠絲桿、滾針軸承、交流伺服電動機(或帶制動器)、雙向滾柱式超越離合器等組成。雙向滾柱式超越離合器起自鎖保護作用6 絲杠的設計絲杠的設計n(1)初算滾珠絲杠副的導程n2)估算滾珠絲杠副底徑n(3)確定滾珠絲杠副的其他尺寸 綜合考慮各項幾何尺寸要求,取L為38mm.1)滾珠絲杠副的螺紋長度2)絲杠全程滾珠絲杠螺旋原理圖滾珠絲杠螺旋原理圖1齒輪2返回滾道3螺桿4滾珠5螺母6鍵7機架7手臂機構尺寸的初步確定手臂機構尺寸的初步確定根據機器手的工作空間,初步確定出手臂的長度。操作機位置與姿態(tài)的確定操作機位置與姿態(tài)的確定構件的空間位置和姿態(tài)可用其上任一點(稱為基點,通常選構件的質心或形心基準)在空間的位置和與與構件固接的坐標系相對于參考參考坐標系來確定。機械手的主參數(shù)為最大抓重量(目前,該值通常為10公斤左右,故設重物為10kg,影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉的速度,設機械手最大移動速度為1.2m/s,最大回轉速度為120/s,手臂機構的尺寸即手臂的長度和手臂的關節(jié)的轉角范圍應該由機器人要完成作業(yè)任務提出的工作空間尺寸確定,因為機器人要完成20mm80mm的正平面和R40mm的中間曲面的噴涂工作,初步確定出手臂的長度小于20mm,選用合金鋼管作為手臂的原始材料;鋼管的厚度為5mm,求解滿足使用要求前提下手臂的最小質量。7.1抗拉強度分析抗拉強度分析7.2抗剪強度條件抗剪強度條件手臂N點處所受剪應力最大,因圓截面壁厚遠小于外徑,故最大剪應力為根據抗剪強度條件有將已知數(shù)據代入,計算得7.3剛度條件n由受力分析得,點處撓度最大,據剛度條件代入數(shù)據整理得8建立數(shù)學模型n運用數(shù)學規(guī)劃方法的理論,應用軟件進行輔助優(yōu)化計算與設計,以求得機械手臂的最佳設計參數(shù)n應用MATAB軟件求解(1)編寫目標函數(shù)的文件Obj.fun,m,返回X的函數(shù)值f。Functionf=objfun(x).f=0.00468*(1)*(2);(2)因設計約束含非線性約束,故需編寫一個描述非線性約束的文件NonLinconstr.mFunction=non.Lin.str(x);(3)給定函數(shù)的初值,并調用優(yōu)化函數(shù)Ib=zeros(1,1);Opetions=optimiset;(4)計算結果x=3.186fval=0。7201exitflag=outplot=iterations:2funCount:11slepsize:firstorderopt:0.184cgiterations經11次迭代計算后,求得最優(yōu)方案為慣量匹配系統(tǒng)的慣量匹配對于系統(tǒng)的靈敏度影響很大,若負載慣量過大,則伺服電機加減速的時間較長,同時還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此一般應滿足下式式中:為伺服電動機轉子的轉動慣量(),可由伺服電動機的產品樣本查得;為折算到伺服電動機軸上的全部負載轉動慣量.轉矩匹配n對于380L型機器人,各直線伸縮關節(jié)動作時,只是帶動相應的臂和腕部運動,因此只存在由系統(tǒng)質量移動引起的負載,而沒有其他外加的載荷,伺服電動機空載加速啟動時的負載轉矩由下式給出 通過相應的計算,在上述慣量匹配和轉矩匹配的計算過程中,代入所求數(shù)據滿足要求,在論文中有詳細的論述,在此不再詳述。結束語n本文設計了機器人的直線伸縮關節(jié),從強度剛度,轉矩等方面進行的相應的校核,克服了以往構件的截面直徑較小,剛度較弱,因而構件受到較大的變形,易產生振動的缺點,從而保證了它的剛度和強度要求,提高了工作效率,降低了生產成本,維護了人的身心健康。致致謝謝n本文是在指導老師的悉心指導下完成的,指導老師具有嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,豐富的實踐經驗,在治學及做人方面都給予我很大的幫助,使我少走了許多彎路,衷心感謝劉老師對我的關心指導和幫助。n同時也感謝三利集團的崔工和史工以及其他的不知名的好心員工的大力幫助,他們豐富的實踐經驗使我受益匪淺,也向曾經給予過我?guī)椭钠渌蠋熀屯瑢W深表感謝。
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上傳時間:2021-04-20
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