基于PLC的自动化车间物料搬运装置的控制设计（含CAD图纸）

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B．气缸的直径 本气缸属于单向作用气缸。以下公式都参照[17]，根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: （3-6） 式中: —活塞杆上的推力，N —弹簧反作用力，N —气缸工作时的总阻力，N —气缸工作压力，Pa 弹簧反作用按下式计算: （3-7） （3-8） （3-9） 式中: — 弹簧刚度，N/m — 弹簧预压缩量，m 一 活塞行程，m — 弹簧钢丝直径，m —弹簧平均直径，m — 弹簧外径，m — 弹簧有效圈数 一弹簧材料剪切模量，一般取 在设计中，必须考虑负载率的影响，则: 由以上分析得单向作用气缸的直径: 代入有关数据，可得 所以： 查有关手册圆整，得 由，可得活塞杆直径: 圆整后，取活塞杆直径 校核，按公式 （3-10） 有: 其中，, 则: 所以满足设计要求。 C．缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，参照[17]，其壁厚可按薄壁筒公式计算: （3-11） 式中: — 缸筒壁厚，mm D—气缸内径，mm —实验压力，取, Pa 材料为:ZL3, 代入己知数据，则壁厚为: 取，则缸筒外径为: 根据以上计算选择的气缸型号为：QGSD q 32×50 B LB 其中：QGSD- 普通型单作用气缸； q – 派生气缸代号：q=弹簧前置型； 32 – 汽缸内径； 50- 气缸行程； B –缓冲：B=可调缓冲； LB – 安装方式：LB=轴向底座 3.2.10 升降气缸设计计算 手臂升降装置由转柱、升降缸活塞轴、升降缸体、碰铁、可调定位块、定位拉杆、缓冲撞铁、定位块联接盘和导向杆等组成。在转柱上端用管接头和气管分别将压缩空气引到手腕回转气缸手部夹紧气缸和手臂伸缩气缸，转柱下端的气路，将压缩空气引到升降缸上腔，当压缩空气进入上腔后，推动升降缸体上升，并由两个导向杆进行导向，同时碰铁随升降缸体一同上移，当碰触上边的可调定位块后，即带动定位拉杆,缓冲撞铁向上移动碰触升降用液压缓冲器进行缓冲。上升行程大小通过调整可调定位块来实现，手臂下降靠自重实现。结构简图如图3-9所示： 图3-9 结构分析简图 A．驱动力计算 根据上图力的作用方向，可计算活塞的驱动力F，参照[1]可知摩擦系数f=0. 17。 a) 根据结构示意图，驱动力公式为： （3-12） b) 质量计算:手臂升降部分主要由手臂伸缩气缸、夹紧气缸、手臂、手爪及相关的固定元件组成。气缸为标准气缸，根据中国烟台气动元件厂的《产品样本》可估其质量，同时测量设计的有关尺寸，据估计 所以代入公式（3-12）： c) 参照[17]实际驱动力: 因为传力机构为齿轮齿条传动，参照[1]故取，并取 若被抓取工件的最大加速度取a= g时，根据[17]则： 所以 所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为1494N. B．气缸的直径 本气缸属于单向作用气缸。以下公式均参照[17]根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: 式中: —活塞杆上的推力，N —弹簧反作用力，N —气缸工作时的总阻力，N —气缸工作压力，Pa 弹簧反作用按下式计算: 式中: — 弹簧刚度，N/m — 弹簧预压缩量，m 一 活塞行程，m — 弹簧钢丝直径，m —弹簧平均直径，m — 弹簧外径，m — 弹簧有效圈数 一弹簧材料剪切模量，一般取 在设计中，必须考虑负载率的影响，则: 由以上分析得单向作用气缸的直径: 代入有关数据，可得 3677.46 220.6 所以： 查有关手册圆整，得 由，可得活塞杆直径: 圆整后，取活塞杆直径 校核，按公式 有: 其中，, 则: 所以满足设计要求。 C．缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，根据[17]其壁厚可按薄壁筒公式计算: 式中: — 缸筒壁厚，mm D—气缸内径，mm —实验压力，取, Pa 材料为:ZL3, 代入己知数据，则壁厚为: 取，则缸筒外径为: 根据以上计算选择气缸型号为：QGSD q 40×100 B FB 其中：QGSD- 普通型单作用气缸； q –派生气缸代号：q=弹簧前置型； 40- 汽缸内径； 100- 气缸行程； B –缓冲：B=缓冲可调； FB- 安装方式：FB=后法兰； 3.2.11 伸缩气缸设计计算 手臂伸缩装置由伸缩缸活塞轴、伸缩缸体、碰铁、可调定位块、定位拉杆、缓冲撞铁、定位块联接盘和导向杆等组成。在手臂右端用管接头和气管分别将压缩空气引到手腕回转气缸手部夹紧气缸，手臂左端的气路，将压缩空气引到伸缩缸上腔，当压缩空气进入上腔后，推动升降缸体右移，并由两个导向杆进行导向，同时碰铁随升降缸体一同右移，当碰触上边的可调定位块后，即带动定位拉杆,缓冲撞铁向右移动碰触左右用液压缓冲器进行缓冲。右移行程大小通过调整可调定位块来实现，手臂左移与右移类似。结构简图如图3-10所示： 图3-10 结构分析简图 A．驱动力计算 根据上图力的作用方向，可计算活塞的驱动力F，参照[1]可知摩擦系数f=0. 17。 a) 根据结构示意图，驱动力公式为： b) 质量计算:小臂升降部分主要由夹紧气缸、手臂、手爪及相关的固定元件组成。气缸为标准气缸，根据中国烟台气动元件厂的《产品样本》可估其质量，同时测量设计的有关尺寸，据估计 所以代入公式： c) 参照[17]实际驱动力: 因为传力机构为齿轮齿条传动，参照[1]故取，并取 若被抓取工件的最大加速度取a= g时，根据[17]则： 所以 所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为163N. B．气缸的直径 本气缸属于单向作用气缸。以下公式均参照[17]根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: 式中: —活塞杆上的推力，N —弹簧反作用力，N —气缸工作时的总阻力，N —气缸工作压力，Pa 弹簧反作用按下式计算: 式中: — 弹簧刚度，N/m — 弹簧预压缩量，m 一 活塞行程，m — 弹簧钢丝直径，m —弹簧平均直径，m — 弹簧外径，m — 弹簧有效圈数 一弹簧材料剪切模量，一般取 在设计中，必须考虑负载率的影响，则: 由以上分析得单向作用气缸的直径: 代入有关数据，可得 3677.46 220.6 所以： 查有关手册圆整，得 由，可得活塞杆直径: 圆整后，取活塞杆直径 校核，按公式 有: 其中，, 则: 所以满足设计要求。 C．缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，根据[17]其壁厚可按薄壁筒公式计算: 式中: — 缸筒壁厚，mm D—气缸内径，mm —实验压力，取, Pa 材料为:ZL3, 代入己知数据，则壁厚为: 取，则缸筒外径为: 根据以上计算选择气缸型号为：QGSD q 40×100 B LB 其中：QGSD- 普通型单作用气缸； q –派生气缸代号：q=弹簧前置型； 40- 汽缸内径； 100- 气缸行程； B –缓冲：B=缓冲可调； LB- 安装方式：LB=轴向底座； 3.2.12 回转气缸设计计算 实现机械手手臂回转运动的机构形式是多种多样的，常用的有叶片式回转缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、连杆机构等。在本机械手中，手臂回转装置由回转缸体、转轴、定片、回转定位块、回转中间定位块和回转用液压缓冲器(此部件位置参见附图)等组成。当压缩空气通过管路分别进入手臂回转气缸的两腔时，推动动片连同转轴一同回转，转轴通过平键而带动升降气缸活塞轴、定位块联接盘、导向杆、定位拉杆、升降缸体和转柱等同步回转。因转柱和手臂用螺栓连接，故手胃亦作回转运动。 手臂回转气缸采用矩形密封圈来密封，密封性能较好，对气缸孔的机械加工精度也易于保证。 手臂回转运动采用多点定位缓冲装置，其工作原理见回转用液压缓冲器部分。手臂回转角度的大小，通过调整两块回转定位块和回转中间定位块的位置而定。在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸是单叶片回转气缸，它的工作原理如图3-10所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈4把气腔分隔成两个.当压缩气体从孔a进入时，推动输出轴作逆时4回转，则低压腔的气从b孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。 图3-10 回转气缸示意图 参照[17]单叶片气缸的压力p和驱动力矩M的关系为： （3-13） 或 式中: M- 回转气缸的驱动力矩; P- 回转气缸的工作压力; R- 缸体内壁半径; r- 输出轴半径; b- 动片宽度. 上述驱动力矩和压力的关系式是对于低压腔背压为零的情况下而言的。若低压腔有一定的背压，则上式中的P应代以工作压力与背压之差。 根据以上计算选择回转气缸型号为：QGH 2 50×180 B F S R 其中：QGH- 齿杆式回转摆动气缸； 2 - 派生气缸代号：2=双出轴； 50- 气缸内径； 180- 回转动摆动角度； B –缓冲：B=可调缓冲； F – 法兰； S – 单杆基本型； R – 耐热型；R=采用氟橡胶密封件，最高耐温200°。 - 28 -