機械手夾持器的優(yōu)化設(shè)計*

□ 陳沖鋒 □ 潘 露

1.蕪湖機械工程學(xué)校 安徽蕪湖 241299 2.安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空與材料學(xué)院 安徽蕪湖 241002

1 優(yōu)化設(shè)計背景

目前,醫(yī)藥行業(yè)吊瓶生產(chǎn)流水線廣泛使用各種機械手夾持器。機械手夾持器方便實現(xiàn)材料傳送、工件裝夾、刀具更換、設(shè)備裝配等自動化功能,可以提高勞動生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本。在某醫(yī)藥設(shè)備企業(yè)的吊瓶生產(chǎn)流水線上,有一款傳統(tǒng)機械手夾持器,主要用于完成生產(chǎn)流水線上吊瓶的搬運。 機械手夾持器必須能夠夾持圓柱形吊瓶,移動相應(yīng)位置。但傳統(tǒng)機械手夾持器使用壽命短,夾持掉瓶率高,更換成本高,給企業(yè)造成了很大的經(jīng)濟損失。

為解決傳統(tǒng)機械手夾持器局部磨損必須整體更換、不可重復(fù)利用、使用時間短、損壞率高等問題,筆者對機械手夾持器進行了優(yōu)化設(shè)計。

2 優(yōu)化設(shè)計方案

傳統(tǒng)機械手夾持器使用整體制造的手指,在手指中部位置設(shè)置不完全齒輪,以保證機械手夾持器手指夾合動作的一致性。傳統(tǒng)機械手夾持器如圖1所示。傳統(tǒng)機械手夾持器磨損快,一旦不完全齒輪嚙合部位磨損,就必須整體更換,不可重復(fù)利用,因此使用時間短,并且損壞率高[5-6]。

▲圖1 傳統(tǒng)機械手夾持器

優(yōu)化設(shè)計后的機械手夾持器如圖2所示。優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器包括兩根手指、兩個齒輪,以及配套的螺栓、螺母與復(fù)位裝置。兩根手指相對靠接,兩個齒輪位于兩根手指的上側(cè)面,套裝于手指側(cè)部的固定齒形槽中并嚙合。齒輪通過螺栓、螺母軸向固定,螺栓貫穿手指中部的通孔和齒輪的中心孔。螺栓、螺母將手指下側(cè)的固定塊固定。復(fù)位裝置位于手指的前部,固定于手指的下側(cè)面。

▲圖2 優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器

與傳統(tǒng)機械手夾持器相比,優(yōu)化設(shè)計后的機械手夾持器在齒輪嚙合部位磨損后可以拆下齒輪,改變裝配位置后繼續(xù)安裝使用,從而實現(xiàn)齒輪的多次利用,提高產(chǎn)品的利用率,延長使用時間。復(fù)位裝置中原有的彈簧更換成復(fù)位皮筋,既節(jié)約了成本,又避免了彈簧斷裂帶來的危險,延長了機械手夾持器的使用壽命。優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

▲圖3 優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器結(jié)構(gòu)

為了便于機械手夾持器在手指指尖處夾持吊瓶,手指的指尖部設(shè)有半圓孔,半圓孔上表面邊緣設(shè)有臺階孔,以便兩指尖形成的圓孔與吊瓶開口處的凸緣相互配合,避免干涉。

為了在開合動作幅度較小的情況下可以夾持吊瓶,手指指尖頂部設(shè)有V形避讓缺口。這一避讓缺口可以在開合動作幅度較小的情況下使指尖距離大于吊瓶外徑。

為了安裝齒輪并固定齒輪的轉(zhuǎn)角方向,手指中部的上表面設(shè)置齒形槽,并設(shè)有圓形通孔,圓形通孔和齒形槽同軸。手指中部的下表面設(shè)置固定塊,固定塊設(shè)有六角形通孔,六角形通孔的尺寸和位置與螺栓相匹配。固定塊也可以為其它形狀,只需保證固定塊的邊緣與螺栓靠合即可[7-8]。

為了保證優(yōu)化設(shè)計后的機械手夾持器手指可夾緊吊瓶,手指的前部設(shè)有復(fù)位裝置。復(fù)位裝置由位于手指前部的銷孔、定位銷和復(fù)位皮筋組成。定位銷插裝于銷孔中,并設(shè)有外露于手指表面的環(huán)形槽。復(fù)位皮筋套裝于環(huán)形槽中。

為了保證機械手夾持器手指可以松開吊瓶,手指尾部為加長結(jié)構(gòu)。尾部尖端固定有塑料輪,用于和其它零件滑動配合。塑料輪轉(zhuǎn)軸方向垂直于手指平面。

優(yōu)化設(shè)計后的機械手夾持器在手指尾部受到拉力時,兩根手指在中部相互嚙合的齒輪作用下,克服復(fù)位裝置的拉力同步張開,指尖展開距離超過吊瓶外徑即可。拉力作用撤除后,依靠復(fù)位裝置的拉力合攏指尖,完成夾持動作。

3 優(yōu)化設(shè)計前后對比

優(yōu)化設(shè)計后的機械手夾持器經(jīng)過1 a實際應(yīng)用,取得了良好的效果。傳統(tǒng)機械手夾持器與優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器的吊瓶搬運結(jié)果對比見表1。

表1 吊瓶搬運對比

優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器的掉瓶數(shù)明顯減少,僅為傳統(tǒng)機械手夾持器掉瓶數(shù)的1/10,可見優(yōu)化設(shè)計提高了機械手夾持器夾持過程的穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)機械手夾持器與優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器的生產(chǎn)時間對比見表2。優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器的生產(chǎn)時間縮短為傳統(tǒng)機械手夾持器的1/3,生產(chǎn)效率明顯提高。

表2 生產(chǎn)時間對比

4 結(jié)束語

筆者分析了傳統(tǒng)機械手夾持器的技術(shù)缺陷,對機械手夾持器進行了優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計后機械手夾持器夾持搬運時的掉瓶數(shù)明顯減少,機械手夾持器的使用壽命延長。優(yōu)化設(shè)計簡化了損壞零件的更換方式,為生產(chǎn)企業(yè)提供了便捷。目前,優(yōu)化設(shè)計后的機械手夾持器已經(jīng)在企業(yè)得到了實際應(yīng)用,每年為企業(yè)節(jié)省20萬～30萬元的維修更換資金。