機械手夾持器的優化設計*

□ 陳沖鋒 □ 潘 露

1.蕪湖機械工程學校 安徽蕪湖 241299 2.安徽機電職業技術學院 航空與材料學院 安徽蕪湖 241002

1 優化設計背景

目前,醫藥行業吊瓶生產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材料傳送、工件裝夾、刀具更換、設備裝配等自動化功能,可以提高勞動生產率,降低生產成本。在某醫藥設備企業的吊瓶生產流水線上,有一款傳統機械手夾持器,主要用于完成生產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,移動相應位置。但傳統機械手夾持器使用壽命短,夾持掉瓶率高,更換成本高,給企業造成了很大的經濟損失。

為解決傳統機械手夾持器局部磨損必須整體更換、不可重復利用、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化設計。

2 優化設計方案

傳統機械手夾持器使用整體制造的手指,在手指中部位置設置不完全齒輪,以保證機械手夾持器手指夾合動作的一致性。傳統機械手夾持器如圖1所示。傳統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,不可重復利用,因此使用時間短,并且損壞率高[5-6]。

▲圖1 傳統機械手夾持器

優化設計后的機械手夾持器如圖2所示。優化設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、螺母與復位裝置。兩根手指相對靠接,兩個齒輪位于兩根手指的上側面,套裝于手指側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、螺母將手指下側的固定塊固定。復位裝置位于手指的前部,固定于手指的下側面。

▲圖2 優化設計后機械手夾持器

與傳統機械手夾持器相比,優化設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安裝使用,從而實現齒輪的多次利用,提高產品的利用率,延長使用時間。復位裝置中原有的彈簧更換成復位皮筋,既節約了成本,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。優化設計后機械手夾持器結構如圖3所示。

▲圖3 優化設計后機械手夾持器結構

為了便于機械手夾持器在手指指尖處夾持吊瓶,手指的指尖部設有半圓孔,半圓孔上表面邊緣設有臺階孔,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角方向,手指中部的上表面設置齒形槽,并設有圓形通孔,圓形通孔和齒形槽同軸。手指中部的下表面設置固定塊,固定塊設有六角形通孔,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]。

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

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

優化設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,依靠復位裝置的拉力合攏指尖,完成夾持動作。

3 優化設計前后對比

優化設計后的機械手夾持器經過1 a實際應用,取得了良好的效果。傳統機械手夾持器與優化設計后機械手夾持器的吊瓶搬運結果對比見表1。

表1 吊瓶搬運對比

優化設計后機械手夾持器的掉瓶數明顯減少,僅為傳統機械手夾持器掉瓶數的1/10,可見優化設計提高了機械手夾持器夾持過程的穩定性。

傳統機械手夾持器與優化設計后機械手夾持器的生產時間對比見表2。優化設計后機械手夾持器的生產時間縮短為傳統機械手夾持器的1/3,生產效率明顯提高。

表2 生產時間對比

4 結束語

筆者分析了傳統機械手夾持器的技術缺陷,對機械手夾持器進行了優化設計。優化設計后機械手夾持器夾持搬運時的掉瓶數明顯減少,機械手夾持器的使用壽命延長。優化設計簡化了損壞零件的更換方式,為生產企業提供了便捷。目前,優化設計后的機械手夾持器已經在企業得到了實際應用,每年為企業節省20萬～30萬元的維修更換資金。