電纜掛鉤機(jī)械手課程設(shè)計(jì)說明書

1、目錄任務(wù)書2一目的和要求2主要容2進(jìn)度計(jì)劃3課程設(shè)計(jì)成果3考核方式3一、機(jī)械手總體設(shè)計(jì)4二、手部的設(shè)計(jì)計(jì)算6三、手腕部分的設(shè)計(jì)9四、手臂液壓缸設(shè)計(jì)及校核19五、機(jī)身液壓缸設(shè)計(jì)23六、電纜掛鉤機(jī)械手的整體裝配及其二維工程圖的生成26七、液壓控制原理圖及 PLC 控制原理圖28八、心得體會(huì)30九、參考文獻(xiàn)30任 務(wù) 書一、目的與要求專業(yè)課程設(shè)計(jì) 是機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)方向?qū)W生的重要實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)， 也是該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)前的最后一次課程設(shè)計(jì)。 擬通過專業(yè)課程設(shè)計(jì) 這一教學(xué)環(huán)節(jié)來著重提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合的能力、 機(jī)械結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)能力、 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力和綜合運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)

2、新與實(shí)踐能力。在專業(yè)課程設(shè)計(jì)中，應(yīng)始終注重學(xué)生能力的培養(yǎng)與提高。 專業(yè)課程設(shè)計(jì)的題目為工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。學(xué)生通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該在下述幾個(gè)方面得到鍛煉：1 綜合運(yùn)用已學(xué)過的“機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)”、“液壓傳動(dòng)” 、“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 、“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等課程和其他已學(xué)過的有關(guān)先修課程的理論和實(shí)際知識(shí)，解決某一個(gè)具體設(shè)計(jì)問題，是所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和發(fā)展。2 通過比較完整地設(shè)計(jì)某一機(jī)電產(chǎn)品，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題、解決問題的能力，掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般方法和步驟。3 培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作者必備的基本技能，及熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料，如設(shè)計(jì)圖表、手冊(cè)、圖

3、冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)等。4 進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。二、主要容電纜掛鉤安裝機(jī)械手設(shè)計(jì)。本機(jī)械手是為安裝架空電纜掛鉤服務(wù)的。設(shè)計(jì)安裝電纜掛鉤的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)圖1 所示的工藝動(dòng)作。人在地面上操作。小車的行走（不一定在地面上），可采用手動(dòng)。（參看圖 1 ）圖 1該電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)見表1. 掛鉤在電纜上的卡掛間距應(yīng)為50cm ，允許偏差不大于±3cm 。電纜的桿距為 35-45m，電纜到地面的距離為 3-5.5m。水泥桿長(zhǎng)為 6-10m，6m桿的埋深為 1.4-1m，10m桿的埋深為 1.4-2.0m 。表 1電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)掛鉤形式使用電纜外徑吊線外徑（mm ）掛鉤重量（

4、N/（ mm ）只）25 126.60.363512186.60.364518246.60.365524327.80.3665 329.01.03表 2電纜掛鉤安裝機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù)控制方式自定驅(qū)動(dòng)方式液壓、氣動(dòng)、機(jī)械均可運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自定手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定自由度自定定位精度±5mm（ 1 ）根據(jù)以上相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，完成電纜掛鉤安裝機(jī)械手方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（ 2 ）撰寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，不少于10000 字。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)容完成時(shí)間備注1總體方案設(shè)計(jì)第 3天2繪制部件及總體設(shè)計(jì)草圖第 6天3繪制零件圖第 8天4繪制液壓原理圖第 9天5繪制電器原理

5、圖第 10天6繪制正式圖第 15天7編寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第 18天8答辯第 19天四、課程設(shè)計(jì)成果要求1 機(jī)械手總裝圖1 （ 0 號(hào)圖紙）、部件圖若干（0 號(hào)圖紙）；2 全部非標(biāo)零件圖（圖紙類型是零件類型及復(fù)雜程度而定）；3 液壓原理圖和電器控制原理圖各一；4 撰寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，不少于10000字。五、考核方式專業(yè)課程設(shè)計(jì)的成績(jī)?cè)u(píng)定采用五級(jí)評(píng)分制，即優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。成績(jī)的評(píng)定主要考慮學(xué)生的獨(dú)立工作能力、 設(shè)計(jì)質(zhì)量、 答辯情況和平時(shí)表現(xiàn)等幾個(gè)方面， 特別要注意學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行工程技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新精神，全面衡量學(xué)生的真實(shí)質(zhì)量。學(xué)生：指導(dǎo)教師：曉紅、化動(dòng)、花廣如2013年1月

6、13 日?qǐng)?bào)告正文一、 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)1 、序言工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序，軌跡或其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的一種新型自動(dòng)化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置，開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件， 完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化，隨著應(yīng)用圍的不段擴(kuò)大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。 近年來， 隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。實(shí)踐證明它可以代替代替人類完成危險(xiǎn)

7、、重復(fù)枯燥的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。電纜掛鉤安裝機(jī)械手設(shè)計(jì)。本機(jī)械手是為安裝架空電纜掛鉤服務(wù)的。設(shè)計(jì)安裝電纜掛鉤的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)圖1 所示的工藝動(dòng)作。人在地面上操作。小車的行走（不一定在地面上），可采用手動(dòng)2 、主要技術(shù)參數(shù) （見表 1 ， 2 ）表 1 電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)掛鉤形式使用電纜外徑吊線外徑（mm ）掛鉤重量（ N/（ mm ）只）25 126.60.363512186.60.364518246.60.365524327.80.3665 329.01.03表 2 電纜掛鉤安裝機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù)控制方式自定驅(qū)動(dòng)方式液壓、氣動(dòng)、機(jī)械均可運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自定手腕運(yùn)

8、動(dòng)參數(shù)自定手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定自由度自定定位精度±5mm3 、 電纜掛鉤安裝機(jī)械手的動(dòng)作過程機(jī)械手工作流程：?jiǎn)?dòng)手臂伸出夾緊腰部上升手腕旋轉(zhuǎn)上升手臂伸出手腕回轉(zhuǎn)90 腰部下降松開手腕旋轉(zhuǎn)90-原位90 手臂收回腰部手臂收回 - 腰部下降 - 回歸4 、電纜掛鉤安裝機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖由動(dòng)作要求和實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)的綜合考慮，初步擬定機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：5 、 電纜掛鉤安裝機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可看出，該機(jī)械手有 3 個(gè)自由度：腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；臂部的水平移動(dòng)；腰部的上下移動(dòng)。I、手部主要功能：夾緊、放松驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)II 、腕部主要功能：旋轉(zhuǎn)（90 °）驅(qū)動(dòng)方式：液壓

9、III 、臂部主要功能：上下移動(dòng)（伸長(zhǎng)、縮短）驅(qū)動(dòng)方式：液壓IV 、腰部 (機(jī)身 )主要功能：水平移動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式：液壓6 、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于液壓壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速， 反應(yīng)靈敏， 阻力損失和泄漏較小， 成本低廉因此本機(jī)械手采用液壓壓傳動(dòng)方式。7 、機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC) 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。 當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC 程序即可實(shí)現(xiàn)， 非常方便快捷。二、手部的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 夾緊力的計(jì)算N K1K2K3G kgf式中，K1 安全系數(shù)，通常取1.22，取K1=1.5K2a動(dòng)載系數(shù)， K2=1+， a 為機(jī)械

10、手在搬運(yùn)過程中的加速度，取最大加g速度為 3g ，則 K2=4K3方位系數(shù)，取 K3 =5 ，所以， N 30.9 N1 、手指手部的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式及驅(qū)動(dòng)力根據(jù)工作條件選用連桿傳動(dòng)的手部結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)力公式P2b cos2N1a式中， b 夾緊力至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離，取 a 連桿繳銷至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離，取b=200mma=50mm；連桿的傾斜角，= 30o連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，取=0.9則 P=206N所以?shī)A持掛鉤所需的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為206N.2. 液壓缸尺寸的計(jì)算1 ）徑 D 和活塞桿直徑dD 3.57 10 2 F P式中 F 液壓缸推力P選定的工作壓力所以， D=36.8mm,圓整為 D=4

11、0mm2) 活塞桿直徑 dd= D1式中速度比；表 1和 p 的關(guān)系工作壓力 1012.520 20p/MPa速度比1.331.46 ； 22表 2D 和 d 的關(guān)系1.151.251.331.462d0.360.450.5D0.560.71DDDD所以，=1.33 ， d=0.5D=20mm.表 3液壓缸徑尺寸系列810121620253240506380（ 90）100（110 ）125（ 140）160（180）200（220 ）250320400500630表 4活塞桿直徑系列4568101214161820222528323640455056637080901011121400501

12、618202225283236400000000003. 液壓缸壁厚和外徑計(jì)算起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸， 一般用無縫鋼管材料， 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)， 其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算py D2式中：液壓缸壁厚（m ）D 液壓缸徑（ m ）p y 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5）倍 (MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110 120MPa；鑄鋼：100 110MPa；無縫鋼管：100 110MPa；高強(qiáng)度鑄鐵：60MPa；灰鑄鐵：25MPa。因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到 0.9mm.根據(jù)表 5 取液壓缸合適外徑表 5 工程機(jī)械用液壓缸外徑系

13、列缸徑液壓缸外徑 /mm/mmp 202531.516MPa40505050545060606063.5637676838380959510210290108108108114100121121121127110133133133140125146146152152140168168168168160194194194194180219219219219200245245245245所以，液壓缸外徑D1 =50mm ，壁厚=5mm4. 液壓缸工作行程的確定（參考表 6）表 6液壓缸活塞行程參數(shù)系列（ mm ）255080100125160200250I320400500630800100125

14、1600002002503204000000406390110140180220280I360450550700900110140180I000220280390000240260300340380420480530I600650750850950105120130II00015017019021024026030038000000000根據(jù)工作條件，取工作行程S=50mm5. 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強(qiáng)度要求可用下面?zhèn)z式進(jìn)行近似計(jì)算。無空時(shí)t0.433D 2p y有空時(shí)t0.433D 2p y D 2D 2d0式中t 缸蓋有效厚度（m ）D 2 缸蓋止口徑（m

15、）d0 缸蓋孔的直徑（m ）得 t=9.5mm 圓整后得 t=10mm三、手腕部分的設(shè)計(jì)1. 任務(wù)目標(biāo)作為機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)缸，其主要的功能是實(shí)現(xiàn)手部在水平方向上的選裝，以達(dá)到手部觸及水平位置的變化要求。2 . 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)1 缸體的結(jié)構(gòu)本機(jī)身采用了擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖：2 材料的選擇1 ）要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。2 ）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。3 對(duì)缸筒的要求1 ）有足夠的的剛度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)壓力不至于導(dǎo)致永久的變形。2 ）有足夠的的剛度， 能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。3

16、 ）表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少于公差等級(jí)及形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。3. 液壓缸主要技術(shù)性能參考的計(jì)算1 ）驅(qū)動(dòng)力作的確定根據(jù)公式 PqFmFgW Kgf試中Fm 各支承處的摩擦力Fg 啟動(dòng)時(shí)慣性力W 運(yùn)動(dòng)部件的總重量上升為正，下降為負(fù)所以 Pq480N2 ）液壓缸徑 D 和活塞桿直徑d 的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式D2P1 F(D 2d 2 ) p2 F fc（21）44試中p1 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)的工作壓力p2 液壓缸回油腔的背壓力，初算時(shí)無法準(zhǔn)確酸楚算出，可根據(jù)表2 2估計(jì)d活塞直徑與液壓缸徑之比，可按表2 3選??；D表 7執(zhí)行

17、元件背壓的估計(jì)系統(tǒng)類型背壓（ MPa ）簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般的輕載截流調(diào)0.20.5中、低壓系統(tǒng)速系統(tǒng)0 8MPa回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.50.8回油路帶背壓閥0.5-1.5采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0.8-1.5中等壓系統(tǒng)大于同上比中低壓系統(tǒng)高8 16MPa50%-80%高壓系統(tǒng)大于如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不16 32MPa計(jì)表 8液壓缸徑 D 與活塞桿直徑d 的關(guān)系按機(jī)床類型選取 d/D按液壓缸工作壓力選取d/D機(jī)床類別d/D工作壓力 p/(MPa)d/D磨床 .研磨機(jī)床0.20.3小于等于 20.20.3插床 .拉床 .刨床0.5大于 2-50.50.58鉆.鏜.車.洗床0.7大于 5

18、-70.62 0.70_大于 70.7F工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；F fc 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率cm 進(jìn)行估算。一般cm =0.9 0.97,將cm 代入公式（2 1 ）可求得DD4Fp22p1dcm11p1D活塞桿直徑可由d/D值算出 ,由計(jì)算所得的D 與 d 值分別按表24 與表 25 圓整到，相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。D4480124.12mm0.40.95 10.2 1 0.720.4查表 2 4 得， D 圓整為 125mm所以 d=0.3D=37.5 mm根據(jù)表 2 5 圓整為 36mm 。活塞桿如下圖：3 ）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)

19、算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受壓力的圓筒，其應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可氛圍薄壁圓筒和臂厚圓筒。液壓缸的徑D 與其壁厚的比值D10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算py D2式中：液壓缸壁厚（m ）D 液壓缸徑（ m ）p y 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5 ）倍 (MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110 120MPa ；鑄鋼：100 110MPa ；無縫鋼管：100 110MPa ；高強(qiáng)度鑄

20、鐵：60MPa ；灰鑄鐵：25MPa 。因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到1.25480.0630.0101m2110所以圓整壁厚為 11mm在低壓液壓系統(tǒng)中， 按上式計(jì)算所得液壓剛液壓缸的壁厚往往很小，使的缸體的剛度往往很不夠， 如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。對(duì)于 D10 時(shí)，應(yīng)按材料力學(xué)中的壁厚圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1 為D1D2所以 D11202 11142 ，圓整缸的外徑D1146mm4 ）液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根

21、據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照表 26中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。表 9液壓缸活塞行程參數(shù)系列（ mm ）255080100125160200250I3204005006308001001251600002002503204000000406390110140180220280I360450550700900110140180I000220280390000240260300340380420480530I600650750850950105120130II00015017019021024026030038000000000參照整體工作尺寸，選擇缸的工作行程是L300mm5 ）缸蓋

22、厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強(qiáng)度要求可用下面?zhèn)z式進(jìn)行近似計(jì)算。p y無空時(shí)t0.433D 2有空時(shí)t 0.433D 2p y D 2D 2d 0式中t 缸蓋有效厚度（m ）D 2 缸蓋止口徑（m ）d0 缸蓋孔的直徑（m ）把數(shù)據(jù) D 2125mm 代入公式，算得t=14.5圓整后得t=15mm缸端蓋如下圖：6 ）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H 稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將會(huì)使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H 應(yīng)該滿足以下要求：H

23、LD202式中： L液壓缸的最大行程；D 液壓缸的徑。因?yàn)長(zhǎng)=300mmD=125mm代入公式30012577.5H220所以 H 圓整到 80mm 既 H=100mm活塞的寬度 B= （0.61.0） D; 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l1 , 根據(jù)液壓缸的徑D 而定;當(dāng) D<80mm時(shí) ,取 l1(0.6 1.0) D當(dāng) D>80mm時(shí) ,取 l1(0.6 1.0)d所以取B0.612575mm又因?yàn)?D<80mm,所以 l1102mm7) 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體的部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外型長(zhǎng)度還要考慮到端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于徑的2030倍

24、。所以缸體的長(zhǎng)度LZLBt4523015487mm8 ）缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，經(jīng)過查表決定選用法蘭連接。9 ）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。11 ）活塞及活塞桿處密封圈的選用查表得選用 O 形密封圈。12 ）液壓缸的緩沖裝置查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)1 液壓缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求我們選用尾部外法蘭安裝的安裝形式。2 液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定液壓缸的進(jìn)、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固

25、定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)計(jì)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。根據(jù)表214 選取。表 2 14 單桿液壓缸油口安裝尺寸（ mm ）缸體徑 D進(jìn)、出油口缸體徑進(jìn)、出油口25M 141.580M 27232M 141.5100M 27240M 181.5125M 27250M 221.5160M 33263M 221.5200M 422根據(jù)表 214選用M221.5 的進(jìn)、出油口。4. 其他主要零件附圖1. 非標(biāo)準(zhǔn)件2. 標(biāo)準(zhǔn)件M10 螺釘M8 螺釘四、手臂液壓缸設(shè)計(jì)及校核1 、材料的選擇1

26、 ）要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。2 ）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。2 、對(duì)缸筒的要求1 ）有足夠的的剛度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)壓力不至于導(dǎo)致永久的變形。2 ）有足夠的的剛度， 能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。3 ）表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少于公差等級(jí)及形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。4 ）需焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭盤接頭后，不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。3 、 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1 ）驅(qū)動(dòng)力作的確定根據(jù)公式 PqFmFgW Kgf式中Fm

27、各支承處的摩擦力，320NFg 啟動(dòng)時(shí)慣性力，900NW 運(yùn)動(dòng)部件的總重量，1400N上升為正，下降為負(fù)所以 Pq3120 N2 ）液壓缸徑 D 和活塞桿直徑d 的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式D2P1 F(D 2d 2 ) p2 F fc（21）44試中p1 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)的工作壓力，2.7MPap2 液壓缸回油腔的背壓力，初算時(shí)無法準(zhǔn)確酸楚算出，可根據(jù)表2 2估計(jì)d活塞直徑與液壓缸徑之比，可按表23 選取；D表 2-2執(zhí)行元件背壓的估計(jì)表 2-3液壓缸徑 D 與活塞桿直徑d 的關(guān)系F工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；F fc 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效

28、率cm 進(jìn)行估算。一般cm =0.9 0.97, 將cm 代入公式（ 2 1 ）可求得 DD4Fp2 12p1cm1dp1D活塞桿直徑可由d/D值算出 ,由計(jì)算所得的D 與 d 值分別按表24 與表 25 圓整到，相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。D42120136.7mm0.2 10.7 20.40.95 10.4查表得， D 圓整為 140mm，所以 d=0.5D=70 mm3 ）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受壓力的圓筒，其應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可氛圍薄壁圓筒和臂厚圓筒。

29、液壓缸的徑D 與其壁厚的比值 D10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸， 一般用無縫鋼管材料， 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)， 其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算py D2式中：液壓缸壁厚（m ）D 液壓缸徑（ m ）p y 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5 ）倍 (MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110 120MPa ；鑄鋼：100 110MPa ；無縫鋼管：100 110MPa ；高強(qiáng)度鑄鐵：60MPa ；灰鑄鐵：25MPa 。因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到1.254014021205.9mm所以圓整壁厚為 10mm在低壓液壓系統(tǒng)中，按

30、上式計(jì)算所得液壓剛液壓缸的壁厚往往很小，使的缸體的剛度往往很不夠， 如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。對(duì)于 D10 時(shí)，應(yīng)按材料力學(xué)中的壁厚圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1 為D1D2所以 D1140210160 mm 。4 ）液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照表 26中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)工作要求，選工作行程為500mm 。表 2-6液壓缸活塞行程參數(shù)系列（ mm ）255080100125160200250I320

31、4005006308001001251600002002503204000000406390110140180220280II360450550700900110140180000220280390000240260300340380420480530III600650750850950105120130000150170190210240260300380000000005 ）缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強(qiáng)度要求可用下面?zhèn)z式進(jìn)行近似計(jì)算。p y無空時(shí)t0.433D2有空時(shí)t 0.433D 2p y D 2D 2d 0式中t 缸蓋有效厚度（m ）D 2 缸蓋止口徑（m

32、 ）d0 缸蓋孔的直徑（m ）把數(shù)據(jù) D 2160mm代入公式，圓整后得t=62mm。6 ）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H 稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將會(huì)使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H 應(yīng)該滿足以下要求：HLD202式中： L液壓缸的最大行程；D 液壓缸的徑。因?yàn)長(zhǎng)=500mmD=160mm代入公式500160105 mmH220活塞的寬度 B= （0.61.0） D; 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l1 , 根據(jù)液壓缸的徑D 而定;當(dāng) D<80mm時(shí)

33、 ,取 l1(0.6 1.0) D當(dāng) D>80mm時(shí) ,取 l1(0.6 1.0)d所以取B 1.0160160mm又因?yàn)?D>80mm,所以 l1 1.0 160 160mm7) 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體的部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外型長(zhǎng)度還要考慮到倆端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于徑的2030倍。所以缸體的長(zhǎng)度 LZ L B 2t 500 1602 62784mm8 ）缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，所以選用拉桿連接。9 ）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。10 ）活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)機(jī)身

34、主要完成上下移動(dòng)的動(dòng)作，由于工作行程較長(zhǎng)， 故選用導(dǎo)向套和花鍵軸做導(dǎo)向裝置。11 ）活塞及活塞桿處密封圈的選用查表得選用 O 形密封圈。12 ）液壓缸的緩沖裝置查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)14 ）液壓缸的安裝形式根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用長(zhǎng)螺栓安裝形式。15 ）液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定液壓缸的進(jìn)、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)計(jì)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。 進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。 根據(jù)表 2 14 選取。表 2 14 單桿液壓缸油口安

35、裝尺寸（ mm ）缸體徑 D進(jìn)、出油口缸體徑進(jìn)、出油口25M 141.580M 27232M 141.5100M 27240M 181.5125M 27250M 221.5160M 33263M 221.5200M 422五、機(jī)身液壓缸設(shè)計(jì)1 、缸筒的設(shè)計(jì)（ 1 ）材料的選擇1 ）要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。2 ）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。（ 2 ）對(duì)缸筒的要求1 ）有足夠的的剛度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)壓力不至于導(dǎo)致永久的變形。2 ）有足夠的的剛度， 能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。3 ）表面的

36、一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少于公差等級(jí)及形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。4 ）需焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭盤接頭后，不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。(3) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1 ）驅(qū)動(dòng)力作的確定根據(jù)公式 PqFmFgW Kgf算得 Pq5000N2 ）液壓缸徑 D 和活塞桿直徑d 的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式D2P1 F(D 2d 2 ) p2 F fc（21）44式中p1 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)的工作壓力3.6MPaD4Fp22p1 cmd11p1D活塞桿直徑可由 d/D 值算出 ,由計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表圓整到，相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。D45000189.6mm0.20.40.95 110.7 20.4查表得， D 圓整為 200mm，所以 d=0.5D=100 mm3 ）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受壓力的圓筒，其應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可氛圍薄壁圓筒和臂厚