d?4F推4?200D2??0.0252??0.01m (2.4) 6πPS?3.14?0.55?10?0.85 活塞杆强度校核:L=100mm d=25mm,即L?10d,按强度条件计算,此时活塞杆直径有载荷决定,而与长度无关,或者说活塞杆所受的应力小于活塞材料的许用应力即:
F拉 ?[?p] (2.5)
π2d4 F拉-活塞杆的理论推力 N)( [?p]?活塞杆材料许用应 力 L?活塞杆长度(m) 代入计算得
200 ?2.5Mpa?235Mpa (2.6)
3.14?0.0124 故满足强度要求。即此次设计采用MGPM25-100Z型号气缸可以。
4.3连接杆尺寸计算与力的校核
连接杆部分包括2个,连接杆1(图中大圆的半径杆) 和连接杆2(图中大圆的原点,垂直于图面。 根据所抓的袋装物料横向尺寸(高20mm,宽320),设计了抓手手指部分大致尺寸,如图。
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手爪部分
图 4.3 结构尺寸图 圆形截面的抗扭强度校核:
估算手指部分重量:将手指部分看做2矩形,其中一个高为300mm,宽为10mm,长为100mm,另外一个高为10mm,宽为180mm,长为100mm。
故
G手指?(0.3?0.01?0.1?0.1?0.18?0.01)?7.9?103?9.8?37.161N6 (2.7)
由于手指重心位置离连接杆2距离为150mm,因此,连接杆2受到的转矩最大值为:
M杆2max?37.1616?0.15?5.574N?m (2.8) 圆形截面的抗扭截面模量为
πd432πd33.14?0.023 Wt????1.57?10?6m3 (2.9)
d21616 则
?max?Tmax5.574??3.55Mpa?150Mpa (3.0) ?6WT1.57?10 因此 ,此尺寸符合设计要求。 圆形截面梁(连接杆2)的弯曲切应力校核
圆形截面梁上弯曲切应力的分布规律与矩形截面梁有所不同,横截面上各点的切应力不能均与FS同向,此时
?FsSZ ?y? (3.1)
IZb式中:
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b?2R2?y2 (3.2)
?? SZ为弦所对中性轴Z的静矩,其表达式SZ?22(R?y2)32 (3.3) 3 将b和Sz的表达式带入
?FS(R2?y2) ?y? (3.4)
3IZ 将y=0及圆截面的惯性矩IZ?πR444FS4Fs ?max? (3.5) ?23πR3A 设连接杆2直径为20mm。且杆中间截面受力为连接杆1对它的力与自身重力,即
FS?10N?3.14?0.336?0.012?7.9?103?9.8?18.16N (3.6) 代入公式得 ?max?,求得圆截面上应切力的最大值为:
4?18.16?77112.52pa?180Mpa。 (3.7)
3?3.14?0.012 故直径为20mm左右的直杆可以作为连接杆。
连接杆1由于在其各方向上受到的力都很小,因此不需要力校核。
4.4 手指部分弯曲强度校核:
手指部分是个“L”型,可看做悬臂梁,其上放了500N的重物,但由于手指个数为20个,因此每个手指承担了25N的力。将手指部分近似看做一个长为180mm,宽为15mm,高为25mm的长方体。则: S? 将上式带入应力公式得:
?ZA1?ydA??1h2ybh2y1bdy1?(?y2) (3.8)
24FSh2(?y2) (3.9) ??2IZ4 当y=0时,即中性轴上各点处,切应力达到最大: ?max?3FS3FS325????100000Pa?180Mpa (4.0) 2bh2A20.015?0.025 故此手指参数符合设计要求。
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4.5 圆锥滚子轴承受力计算与寿命的的分析
各滚动体上轴向力之和为轴承的内部轴向力FS,即
FS??Fi?1nai (4.1)
对于圆锥滚子轴承来说,由于内部轴向力FS?FRtan?,因此:
FS?FR/(2Y) (4.2) 由于轴的径向压力大部分来源于自身的重力,则将轴看做一个高为400mm,底面半径为15mm的圆柱体。因此:
G轴?0.152?π?0.4?7.9?103Kg/m3?9.8N/Kg?2187N (4.3) 故FS?FR/2?1.7?(2187/2)/2?1.7N?321N (4.4) 由于机械结构对称,因此,左右两个轴承的轴向载荷相等,也就是说对于这种只能收到纯径向载荷的滚动轴承来说,当量动载荷为:
P?FR?2187N (4.5) 由于轴承在工作过程中平均转速较低,因此不考虑寿命问题。
5 控制系统的设计
5.1电气控制要求分析与PLC的选型
5.1.1控制要求分析
本次设计是用一个PLC控制的机械手爪从抓起固定到松开放下过程的循环系统。其控制要求如下:
1.自动控制,由于本次设计的机械手为工厂实用型码垛机械手,为了提高工作效率,将采用自动控制形式。
2.连续运作,在初始位置开始,当码垛机上的光电探测器探测到有工件时,机械手臂到达指定位置,然后手爪部分开始夹紧定位过程,随后将袋料运送到堆叠处进行放松,使袋料进行顺利堆叠,然后重复上述过程。即手爪部分只实现夹紧和放松两个工作过程。
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