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1、摘要本次毕业设计是关于曲轴装配生产线的设计。首先分析了曲轴装配生产线的意义和设计内容。阐述了装配生产线的结构组成、工作原理、国内外同类设备的发展状况。接着对曲轴装配生产线作了简单的概述；然后又分析了曲轴装配生产线的设计计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的装配生产线的各主要零部件进行了校核。曲轴装配生产线主要由六个主要部分组成：箱体输送线，机曲轴输送线，机械手，加热装置，电控系统，气控系统。其中箱体和曲轴输送线的设计是本次设计的重要环节，电控系统和气动系统对曲轴装配生产线进行了有效地控制，使曲轴装配生产线自动化程度更高。最后简单的说明了输送机的
2、安装与维护。曲轴装配生产线的设计大大的提高了生产过程的效率和质量,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造装配生产线过程中存在着很多不足。本次曲轴装配生产线的设计代表了设计的一般过程, 对今后的选型设计工作有一定的参考价值。 关键词：曲轴装配生产线；设计计算；主要部分；安装；维护Abstract The graduation design is about the crankshaft assembly line design 。This paper firstly analyzes the significance of the crankshaft assembly line
3、s and design content 。Expounds the assembly line structure and work principle， the development situation of domestic and foreign similar equipment。 Then the crankshaft assembly lines made simple overview。And then analyzes the crankshaft the design and calculation method of assembly lines。 Then accor
4、ding to the design principles and calculation selection method according to the requirements given parameter selection of design。 Then the assembly lines to choose major parts of dynamicrigidity。The crankshaft assembly production line is mainly composed of six major parts: Cabinet transport line, ma
5、chine, crankshaft manipulator, conveyor line heating device, electronic systems, gas control system.。One case and crankshaft conveying line design is an important part of this design。 Electronic control system and pneumatic system of crankshaft assembly lines, the effective control 。Make the cranksh
6、aft assembly lines and more automated 。Finally a short description of the conveyor installation and maintenance。The crankshaft assembly line design greatly improve the efficiency and quality of production process, At present our country compared with advanced level in domestic gap still in designing
7、 and manufacturing process of belt conveyor there are many insufficient。 Keywords：The crankshaft assembly lines; Design calculation; Main part; Installation; maintenance。目录摘要1Abstract21绪论51.1选题的意义51.2主要设计内容62装配生产线的概述62.1曲轴装配生产线的组成62.2国内同类设备的发展状况72.3曲轴装配生产线的工作原理82.4曲轴装配生产线的结构和布局形式92.4.1曲轴装配生产线的结构92.4
8、.2布局形式103曲轴装配生产线的设计计算113.1装配生产线输送线的设计计算113.1.1链条的设计计算113.1.2链轮的设计计算133.1.3张紧力计算133.1.3.1箱体输送线张紧力的计算133.1.3.2曲轴输送线张紧力计算143.1.3.3链条的选定153.1.4电机的选择153.1.4.1曲轴输送线电机的选择153.1.4.2箱体输送线电机的163.1.5减速器的选择163.2机械手设计173.2.1机械手总体结构的类型183.2.2机械手手臂的设计要求193.2.3机械手腕部的结构设计202、机器人气动驱动系统213.2.4设计计算223.3加热装置233.3.1表面淬火原理
9、23一、基本原理：233.3.2浅析加热装置在装配生产线中的应用243.3.3加热装置的布置和安装设计254、曲轴装配生产线部件的选用和设计254.1导轨254.1.1链条导轨的支撑方式264.2机架274.3垫铁274.4链板285安装286检测297 维修保养30小结30致谢32参考文献331绪论1.1选题的意义1.输送能力大，高效的输送线允许在较小空间内输送大量物料，可承载较大的载荷 2.输送能耗低，借助物料的内摩擦力，变推动物料为拉动，使其与螺旋输送机相比节电50%。 3.密封和安全，全密封的机壳使粉尘无缝可钻，操作安全，运行可靠。输送速度准确稳定，能保证精确的同步输送4.使用寿命长，
10、用合金钢材经先进的热处理手段加工而成的输送链，其正常寿命5年，链上的滚子寿命（根据不同物料）23年。 5.工艺布置灵活，可高架、地面或地坑布置，可水平或爬坡（15）安装，也可同机水平加爬坡安装，可多点进出料。 6.使用费用低，节电且耐用，维修少，费用低（约为螺旋机的1/10），能确保主机的正常运转，以增加产出、降低消耗、提高效益。曲轴装配生产线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和机械手、加热装置有机的组合，以满足多品种产品的装配要求。装配生产线的传输方式有同步传输的也可以是非同步传输的，根据配置的选择，实现手工装配或半自动装配。装配生产线在企业的批量生产中不可
11、或缺。装配生产线是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械。装配生产线可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，装配生产线线路一般是固定的。装配生产线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。在产品生产过程中，对于一些加工工序较多的工件，为保证加工质量、提高生产效率和降低成本，往往把加工装配一次排列，并用一些输送装置与辅助装置将它们连接成一个整体，使之能够完成工件的制定加工过程。合理地规划设计曲轴装配生产线可以更好地实现产品的高精度、高效率、高柔性和高质量。选择装配生产线这种通用机械的设计作为毕业设计的选题，能培养我们独立解决工程实际问题的能力，通过这
12、次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。1.2主要设计内容根据链条上安装的承载面的不同，可分：链条式/链板式/链网式/板条式/链斗式/托盘式/台车式，此外，也常与其他输送机、升降装置等组成各种功能的生产线。其中有间歇传送，间歇传送是指工件在装配生产线上按节拍进行传送，工件静止时进行装配作业，工件和生产线可以精确定位，装配精度高，也易于实现装配作业自动化。间歇传送又可以分为同步间歇传送和非同步间歇传送。传送线的基本形式有回转型、直进型、 和环型。本次设计是选用同步间歇传送，通过电控系统来控制其同步性和非同步性，生产节拍等，选用直线型输
13、送线输送工件。本次设计的 内容及工作量是确定曲轴装配生产线总体方案设计，总体结构及其组成，掌握曲轴装配生产线的工作原理。完成主要机械部分设计。曲轴装配生产线由箱体输送线、曲轴输送线、加热装置、机械手等几部分组成。具体设计内容包括拟定总体结构方案的确定，轴的设计计算，机械手的设计计算，箱体输送线的设计计算，曲轴输送线的设计计算，联轴器，护栏，支架，调节器，带座轴承等零件的选型校核。此外还包括设计说明书的编写，外文资料的翻译工作。图纸的绘制工作。电气、气动专业设计任务书的编写。2装配生产线的概述2.1曲轴装配生产线的组成曲轴装配生产线一般是指由输送设备（空中悬挂和地面）和专用设备（如举升、翻转、压
14、装、加热或冷却、检测、螺栓螺帽的紧固设备等）构成的有机整体。输送设备：曲轴装配生产线的输送设备主要是链板式输送机构成。它构成了一个循环系统，提高了生产效率降低了劳动强度。专用设备：气动升降机负责升降加热装置，实现对发动机箱体的加热。机械手在两输送线上实现曲轴和箱体的移动为了装配，随行夹具对曲轴和箱体进行定位有利于输送和装配时的定位。曲轴装配线的问世使机械行业高速发展，生产出更具个性化大批量的产品，所以我们在曲轴装配生产线的研究上能获取更多利益。装配生产线采用大节距滚子直板链为输送介质,拖动金属面板作循环往复运行,链板式装配生产线输送的速度可调。根据产量对线体的长度进行选择。由于线体结构及输送介
15、质较为坚固,所以一般用在较重物品的输送和装配作业现场,每米的最大承重可达到500Kg。线体的输送速度可调,有电磁调速、变频调速、机械调速等各种调速方式,一般最快速度在15M/min以内。由于工作环境以及生产工艺的需要,该线体也可做成90度或180度转弯型的。在面板上可设置各种工装夹具,以满足工件的夹紧、旋转及装配、检测等。在需要对工件表面进行防护的,面板可采用塑料材质或是在金属面板表面贴胶。线体的主体结构主要有钢架结构和铝型材结构两种。传送链条的节距从38.1mm到200mm可供选择。是重型物品输送装配作业现场最为理想的设备。板式装配生产线分地面型和高架型。本次设计选用的是高架型板式装配生产线
16、。2.2国内同类设备的发展状况目前装配生产线已广泛应用于国民经经济各个部门，近年来在汽车整车、发动机、变速器等工业领域广泛应用。其中汽车工业应用最广泛。随着汽车工业的发展，装配生产线正由刚性装配线向柔性装配线方向发展，柔性装配线的特点是装配节拍可以在一定的范围内自由调整，可以实现多品种混流生产并适应生产纲领的变化。又由于在装配作业时装配对象和装配工人保持相对静止状态，对保证装配的高质量及采用专门的装配设备提供了方便的条件，便于实现装配的自动化。因此国内引进的装配生产线均采用了柔性装配线。目前国内用于发动机装配非同步装配生产线主要型式有，纵置单滚杠式、摩擦式机动辊道式、双链滚轮式和鳞板式等。一般
17、从美国和日本引进的非同步装配生产线为摩擦式机动辊道式，如一汽二发和天内；从德国引进的发动机非同步装配线为纵置单滚杠式，如上海大众和一汽大众。板链式装配生产线应用于重件的输送，常用于各类摩托车装配线、汽车总装输送线及焊接输送线，各类制动器、发动机链板输送机、起动机链板机、磁电器门链板输送机、发电机链板输送机、电焊机，链板输送机等装配。 该输送设备为摩托车和汽车制造厂整车装配车间必不可少的设备，通过流水线操作，对工厂的装配工艺进行有效的调整,合理分配每道工序；并可在装配生产线上随意添置在线检测及自动装配专机,实施有效的产品质量控制及设备运行状态监控,为现代化的大生产提供必要的保障。 2.3曲轴装配
18、生产线的工作原理曲轴装配生产线其主要部件是箱体输送线，曲轴输送线，加热装置，机械手。曲轴装配生产线的工作原理如图2-1所示 图2-1曲轴装配生产线简图1-张紧装置 2-机械手 3-第一工位 4-第二工位 5-加热装置 6-第三工位 7-第四工位 8第五工位 9第六工位 10-动力装置曲轴装配生产线的上、下两部分分别是曲轴输送线和箱体输送线。张紧装置1给曲轴输送线和箱体输送线以正常运转所需要的张紧力。通过张紧为动力的传输提供可靠的条件。张紧装置是必不可少的，只有通过张紧后传动件才能接受动力源输出的动力。输送时，箱体从装载点9第六工位装到箱体输送线上的箱体随行夹具上面，使工件稳定水平。曲轴从装载点
19、9第六工位装到曲轴输送线上的曲轴随行夹具上面，保证曲轴和箱体的工位同步。通过直线型输送线形成连续运动的输送物流，在卸载点卸载。当箱体输送线上的箱体输送到4时通过传感器传递信号。将受到的信号反馈到信号处理中心，信号处理中心驱动5加热装置对箱体进行加热处理以便于热装。热处理处理时间是加热7s左右。当曲轴输送到3第一工位时，2机械手下降抓取曲轴在上升，在直线运动到箱体输送线相对的箱体工位工位一上方，通过传感器控制到位检测和运动信号的传送，将曲轴抓到箱体输送线的第一工位进行箱体和曲轴的装配。装备完成后在卸载点取出装配好的箱体和曲轴有机组合。机械手和加热装置的移动是通过传感器定位。机械手的动力装置有电动
20、和气动。为加热装置提供动力升价的是气动装置。2.4曲轴装配生产线的结构和布局形式2.4.1曲轴装配生产线的结构 2-2 曲轴装配线的结构简图曲轴装配生产线的结构主要是由输送线输送的物料，工件决定。本次设计采用高架型直线装配形式的生产线，在连续传送时，装配生产线的旁边的机械手和加热装置必须考虑相对性。板面上的随行夹具必须考虑其回转面得回转可行性。曲轴装配生产线主要由：支架，张紧装置，动力装置，机械手，加热装置，护栏，调节器，导轨，链轮，链条，支撑板等组成。该结构采用组装式，以方便调整、安装、维修。调节器安装在机架的安装块上面对机架进行高度的调整。机架是用焊接件焊接成的框架结构，能承受300kg的
21、矩形管焊接而成。动力装置时电机和减速器法兰盘、联轴器连接组成的动力机构。张紧装置时滑动块，导轨，螺杆，螺母，弹簧组成的张紧导向滑动装置。机械手是调节器，矩形管，气缸，电机，组成的具有升降，水平移动，手腕张开抓紧的夹持装置。加热装置是由高频淬火机，调节块，气缸，托板组成的具有升降，靠近的可动加热装置。各个部件的结构严密相连，保证曲轴装配生产线的自动化，高效性进程得以顺利完成。2.4.2布局形式装配生产线的布局形式多种多样，它由生产类型，工件结构形式，工件输送方式，产间条件，生产纲领等因素决定。它的布局形式有回转型，直进型，环行型。采用何种类型主要取决于工业布置和装配工作头香对装配对象的工作方向。
22、回转型的装配工位及给料装置沿工作台圆周布置，结构紧凑；但装配工作的安排受到圆周长度的限制。直进型用于直线配置的装配生产线，各工位沿直线配列，装配对象沿直线导轨移动。本次设计选用直进型，由于工件是在输送线的紧边上输送，所以输送方向是从张紧装置安装的位置水平直线的向动力装置输送，要将箱体加热在进行装配，而装配是在加热过后进行，要将曲轴输送线的曲轴取到箱体输送线进行装配所以需要用机械手进行夹取工件，所以选用龙门式的机械手横跨两条输送线。本次设计选择的是直线输送方式。这种方式是工件由输送装置直接输送，依次输送到各工位，输送基面就是工件的某一表面。输送线最好选用高架型输送线，便于观察装配情况和检查系统是
23、否存在错误，即使得纠正存在的错误，高架型的装配生产线便于安装维护。2.5曲轴装配生产线设计依据生产节拍生产线的生产节拍是指连续完成相同的两个产品之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。生产节拍的计算公式：t=式中T为年基本工时，一般规定，按一班制工作时为2360h/年，按两班制工作时为4650h/年；为复杂系数，一般取0.650.85，复杂的生产线因故障导致开工率低些应取低值，N为生产线加工工件的年生产纲领。本次设计的曲轴装配生产线的生产纲领为一千万每年。取0.65 通过生产节拍公式t=的出生产节拍为33s装配输送线性能装配基件的大小：中小型装配基件。装配方向：上、下、横向。
24、传送方式：同步间歇和非同步间歇传送。装配工位数：一般在30个以下（本次设计是6个工位）。与前后生产流程的连接：方便。本次设计的曲轴，箱体输送线就是依据直进型装配机设计的，所以装配生产线的性能和直进装配机性能差不多。装配生产线的尺寸依据相邻不需要接近的运动部件的间距，可小于250mm或大于600mm，当取间距在250mm660mm时，应设置防护罩；对于需要调整但不运动的相邻部件之间的距离，一般取700mm，生产线最低点的高度一般取750mm850mm，本次设计的高度选取800mm。两生产线相距距离选取400mm。3曲轴装配生产线的设计计算3.1装配生产线输送线的设计计算3.1.1链条的设计计算按
25、给定的工作条件,输送的有效距离为2800mm。链条的选择应根据输送物的重量，尺寸，种类，以及要求的输送类型，输送距离，输送速度，选择链轮齿数为12的链轮。查输送链与特种链表5-11链号为M20的输送链查表5-11输送链。节距;P=40mm抗拉载荷为20Q/kN内链节内宽15mm 内链节外宽22mm 外链节内宽22.2mm 链板高度19mmS型滚子外径12.5mm链节数：np=(2800/40)*2+12*2=152*2=3043-1 K1型附件查表输送链与特种链表2-3得：d4=6.6mm f=54mm h4=16mm总宽b9=84mm链条选用M-S-40*152 K1 GB8350-1987
26、3.1.2链轮的设计计算链轮齿数z=12链轮分度圆直径d： d=154.5mm链轮齿顶圆直径d： d=p(0.54+cot)=167mm链轮齿根圆直径d： d根=d-d1；式中d1为链轮滚子直径，S型滚子直径为12.5mm则d根=142mm链轮齿宽b：由于内链板内宽为15mm，齿宽b=15*0.95=14.25mm3.1.3张紧力计算3.1.3.1箱体输送线张紧力的计算根据上述条件来初选出适合于该对象的输送机，输送链条的品种，再按下列公式计算张紧力F然后对照标准中的该种链条的最小抗拉载荷，从而暂定一种链条的规格和相应的链条尺寸，然后进行验算。发动机箱体的重量为4kg 曲轴的重量为3kg，s为有
27、效输送距离s=2800，f由表查的f=0.35由机械设计手册查的输送链的重量为5.6kg/m 附件的重量为1kg/m由于输送方式的不同，所以计算方式也各不相同，本次设计是水平输送，其计算公式如下：F=9.8*（M+2.1*q）*s*f式中：F表示张紧力 M出链条外的总重量 q输送链的单位距离的重量 s输送线的有效输送距离 f摩擦系数由已知条件的：F箱体=9.8*2.8*0.35（27/2.8）+2.1*(5.6+1)*2=358.83N3.1.3.2曲轴输送线张紧力计算F=9.8*（M+2.1*q）*s*f式中：F表示张紧力 M出链条外的总重量 q输送链的单位距离的重量 s输送线的有效输送距离
28、 f摩擦系数由已知条件的：F曲轴=327.97N3.1.3.3链条的选定上面选的的链条是初步选定的，应按下式进一步验算后才能确定F【F】 式中【F】链条的许用张力，或称许用拉伸载荷，它等于 【F】=式中的 n 为安全系数 c为载荷修正系数 由表查的c=1 n=5 Q为输送链的抗拉载荷【F】=4KN F箱体=358.83NF=4000NF曲轴=327.97NF=4000N3.1.4电机的选择输送线的输送速度V=8m/minP=P箱体=52.6WP曲轴=48.1W通过上面的计算，在根据具体的输送要求，可以确定电机的选型。电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低500r/m
29、in，因为功率一定时，电动机的转速低，其尺寸愈大，价格愈贵，而效率低。若电机的转速高，则极对数少，尺寸和重量小，价格也低。本设计装配生产线所需要的功率分别为52.6W和48.1W，由于要经过减速器减速，则他们存在功率消耗，功率因素为0.84.所以需选用功率为74.5W的电机。3.1.4.1曲轴输送线电机的选择通过输送要求和以上的计算数据可以看出，链条验算符合要求，曲轴输送线的需求功率是48.1W，曲轴输送线的速度为8m/min。选择如下型号的电机。查表选择的电机为Y80M1-4 转速为1390rpm令其为n2=13903.1.4.2箱体输送线电机的通过输送要求和以上的计算数据可以看出，链条验算
30、符合要求，曲轴输送线的需求功率是52.6W，曲轴输送线的速度为8m/min.选择如下型号的电机。3.1.5减速器的选择减速器是按载荷平稳，每天工作时间一定和少量启停次数的情况设计的。减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。20世纪7080年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。曲轴输送线的减速器选择：V=*d*n则
31、n=16.4 取整的n1=17传动比ii=1390/17=81.7 取整得i=82查设计手册选择为S57的涡轮减速器，传动比为82箱体输送线的减速器的选择3.2机械手设计本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的曲轴装配生产线机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。目前，在国内很多工厂的生产线上装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统
32、,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与加热装置箱体输送线曲轴输送线组合最终形成曲轴装配生产线，实现加工过程的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。3.2.1机械手总体结构的类型工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。1.直角坐标机器人结构
33、 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图a2-1.。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。 直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。2.圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图2-1.b。这种机器人构造比较简单，精度还
34、可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。3. 球坐标机器人结构 球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图2-1.c。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。4. 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图2-1.d。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。 关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。图2-1 四种机器人坐标形式3.2.2机械
35、手手臂的设计要求机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则；1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。2.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。3.为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在
36、保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小（其比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。4.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、
37、便于调整的轴承间隙调整机构。5.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。6.机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。3.2.3机械手腕部的结构设计机器人的手臂运动，给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机
38、器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。1、机器人手腕结构的设计要求1.机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业
39、要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。2.机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。3.机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。4.机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。 5.要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。 6.手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限
40、造成机械损坏。2、机器人气动驱动系统 气动机器人采用压缩空气为动力源，一般从工厂的压缩空气站引到机器人作业位置，也可以单独建立小型气源系统。由于气动机器人具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适宜在恶劣环境下工作等特点，因此它在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温条件下作业，机床上、下料，仪表及轻工行业中、小型零件的输送和自动装配等作业，食品包装及运输，电子产品输送、自动插接，弹药生产自动化等方面获得大量应用。 气动驱动系统在多数情况下是用于实现两位式的或有限点位控制的中、小机器人中的。这类机器人多是圆柱坐标型和直角坐标型或二者的组合型结构；3-5个自由度；负荷
41、在200N以下；速度300-1000mm/s；重复定位精度为+/-0.1-0。5mm。控制装置目前多数选用可编程控制器（PLC）。在易燃、易爆的场合下可采用气动逻辑元件组成控制装置。气动驱动系统大体由以下几部分组成。 1.气源 由总压缩空气站提供。气源部分包括空气压缩机，储气罐，气水分离器，调压器，过滤器等。如果没有压缩空气站的条件，可以按机器人及配套的其他气动设备需要配置相应供气量的气源设备。2.气动三联件 由分水滤气器，调压器，油雾器三大件组成，可以是分离式，也可以是三联组装式的，多数情况下用三联组装式结构。不论是由压缩空气站供气还是用单独的气源，气动三联件是必备的。虽然用无润滑气缸可以不
42、用油雾器，但是一般情况下，建议也在气路上装上油雾器，以减少气缸摩擦力，增加使用寿命。3.气动阀 气动阀的种类很多，在工业机器人的气动驱动系统中，常用的阀件有电磁气阀、节流调速阀、减压阀等。4.气动执行机构 多数情况下使用气缸（直线气缸或摆动气缸）。直线气缸分单动式和双动式两类。除个别用单动式气缸外（如手爪机构上用的），多数采用双动气缸。为实现端部缓冲，要选用双向端点位置缓冲的气缸。气缸的结构形式以及与机器人机构的连接方式（如法兰连接，尾部铰接，前端或中间铰接，气缸杆的螺纹连接或铰接等）由设计机器人时根据结构要求而定。气缸的内径，行程大小可根据对机器人的运动分析和动力分析进行计算。 为了确保气缸
43、的密封要求，同时又要尽量降低摩擦力，密封材料要选用橡胶和氟化塑料组合的密封环。无接触感应式气缸目前在气动系统中已获得广泛的应用，这种气缸在活塞上装有永久磁铁的磁环，通过磁感应，使在气缸外面安装的非接触磁性接近开关动作发讯，进行位置检测。除了直线气缸外，机器人中用得比较多还有有限角摆动气缸，这种摆动缸多用于手腕机构上。5.制动器 气动机器人的定位问题很大程度上是如何实现停点的制动。气缸活塞的运动速度容许达1.5m/s，如果气缸以1m/s的速度计算，电磁气阀以较大关闭时间70ms计，那么气缸活塞两个停点的距离约为70mm，两个停点的步长应大于这个数值。对于小流量的电磁气阀，吸合关闭时间较小，停点的
44、步长也要相应缩短。因此对机器人一个单自由度而言，停点数目最多6-9个。为增加定位点数，除采用多位置气缸外可采用制动的方法还有：反压制动，制动装置制动。6.限位器 气动机器人各运动轴的制动和定位点到位发讯，可由编程器发指令，或由限位开关发讯。根据要求和条件，如果选用无接触感应式气缸，其限位开关是无接触接近开关，这种开关的反映时间小于20ms，在机器人中应用比较理想。当气缸活塞运动到定位点时，为保证定位精度，需要将运动轴锁紧。常用的限位机构是由电磁阀控制的气缸带动锁紧机构（插锁，滑块等）将机器人运动机构锁定。再启动时，事先打开锁紧机构。3.2.4设计计算手爪要能抓起工件必须满足： 式中，-为所需夹
45、持力；-安全系数，通常取1.22；-为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬运工件过程的加速度，为重力加速度；-方位系数，查表选取；-被抓持工件的重量 3；带入数据，计算得： N=120N；3.3加热装置高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面
46、强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000ºC，而心部温度升高很小。3.3.1表面淬火原理一、基本原理：将工件放在用空心铜管绕成的感应器内，通入中频或高频交流电后，在工件表面形成同频率的的感应电流，将零件表面迅速加热（几秒钟内即可升温8001000度，心部仍接近室温）后立即喷水冷却（或浸油淬火)，使工件表面层淬硬。(如下面动画所示) 二、加热频率的选用室温时感应电流流入工件表层的深度（mm）与电流频率f（HZ）的关系为 频率升高，电流透入深度降低，淬透层降低。 常用的电流频率有： 1、高频加热：100500KHZ，常用200300KHZ，为电子管式高频加热，淬硬层深为0.52.5mm，适于中小型零件。 2、中频加热：电流频率为5
