畢業(yè)論文機械設計制造及其自動化方向

1、中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文） 中國石油大學（北京）現(xiàn)代遠程教育 畢 業(yè) 設 計（論文）機械設計制造及其自動化方向自動上下料機械手設計姓 名： 學 號： 200808108461性 別： 男專 業(yè): 機械設計制造及其自動化批 次： 0809層 次： 專升本電子郵箱： QQ.com聯(lián)系方式： 學習中心： 指導教師： 2011年4月22日目錄第一章 緒論 .41.1工業(yè)機械手概況 .41.2工業(yè)機械手的分類 .41.3工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢.51.4本章小結.6第二章 工業(yè)機械手的設計方案 .72.1工業(yè)機械手的組成 72.2規(guī)格參數(shù) 82.3設計路線與方案 82.4本章小結 9第

2、三章 機械手各部分的計算與分析 .103.1手部計算與分析 .103.1.1 輸入輸出力的比率分析 .103.2 腕部計算與分析 133.2.1腕部設計的基本要求 .133.2.2腕部回轉力矩的計算 .133.2.3腕部擺動油缸設計 .163.2.4選鍵并校核強度 .173.3臂部計算與分析 .183.3.1 臂部設計的基本要求 .183.3.2 手臂的設計計算 .203.4 機身計算與分析 .283.5 本章小結 .28第四章 液壓系統(tǒng) .294.1液壓缸 .294.2計算和選擇液壓元件 .314.2.1液壓泵的選取要求及其具體選取 .314.2.2選擇液壓控制閥的原則 .334.2.3選擇

3、液壓輔助元件的要求.334.2.4具體選擇液壓原件 .334.3本章小結.34第五章 液壓缸的保養(yǎng)與維修.365.1液壓元件的安裝.365.2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護.365.3 一般技術安全事項.36第六章 機械手控制系統(tǒng) .37結論 .38參考文獻 .39致謝 .40第1章 緒 論1.1 工業(yè)機械手概況工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器,機械手首先是從美國開始研制的，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。工業(yè)機械手是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工作或握持工具進行操作的自動化技術裝備。機械手可以在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。工業(yè)

4、生產(chǎn)上應用的機械手，由于使用場合和工作要求的不同，技術復雜程度也有很大差別。但他們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動作及功能；一般都能按預定程序，自動地、重復循環(huán)地進行工作。實踐證明：工業(yè)機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)笨重工件的搬運和長期、頻繁、單調的操作，采用機械手是有效的；此外，他能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。1.2 工業(yè)機械手的分類1、按用途分可分為專用機械手和通用機械手 （1）專業(yè)機械手 是指附屬于主機，動作程序固定，一般沒

5、有獨立控制系統(tǒng)，只制作專門用途的自動抓取或操作裝置。 （2）通用機械手（國外泛稱工業(yè)機械人） 是指程序可變的、獨立的、自動化的抓取或操作裝置。通用工作機械手工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。2、按驅動方式可分為液壓、氣壓、機械、電力傳動機械手 （1）液壓傳動機械手 是以油液的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄露對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。 （2）氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是介質來

6、源極方便、氣動動作迅速、結構簡單、成本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 （3）機械傳動機械手 即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等）驅動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。 （4）電力傳動機械手 即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動的機械手，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。3、按控制方式分

7、 （1）點位控制 它的運動分為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其遠動軌跡。 （2）連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。1.3 工業(yè)機械手機械手的發(fā)展趨勢1、擴大機械手在熱加工行業(yè)上的應用 因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復雜、環(huán)境溫度高等，給機械手的設計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術上的難點，使機械手更好地為熱加工作業(yè)服務。2、提高工業(yè)機械手的性能 機械手的工作性能的優(yōu)劣，決定著它能否正常地應用于生產(chǎn)中。機械手工作性能中的重復定位精度和工作速

8、度兩個指標，是決定機械手能否保質保量地完成操作任務的關鍵因素。因此要解決好機械手的工作平穩(wěn)性和快速性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應發(fā)展?jié)M足機械手性能要求價廉的電液伺服閥，將伺服控制系統(tǒng)應用于機械手上。3、發(fā)展組合式機械手 為了適應應用領域分門別類的要求，可將機械手的結構化設計成可以組合的型式。組合式機械手是將一些通用部件根據(jù)作業(yè)要求，選擇必要的能完成預定機能的單元部件，以機座為基礎進行組合，配上與其相適應的控制部分，即成為能完成特殊要求的機械手。它便于標準化，系列化設計和組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高機械手的質量和降低造價。4、研制具有“視覺”和“觸覺”的所謂“智能機器人” 對于需用人

9、工進行靈巧操作及需要進行判斷的工作場合機械手很難代替人的勞動。因此，人們對機械手提出了更高的要求，希望具有“視覺”和“觸覺”的功能，使之對物件進行判斷、選擇，并能進行“手眼”協(xié)調工作。具有感覺功能的機器人，其工作性能是比較完善的，能夠準確夾持任一方位的物件，判斷物件重量，越過障礙物進行工作，自動測出夾緊力大小，并能自動調節(jié)，適用于從事復雜、精密的操作。 隨著工業(yè)機械手工作性能不斷提高，應用范圍不斷擴大，通用化、系列化、標準化工作進一步開展，工業(yè)機械手必將在工業(yè)生產(chǎn)中大量推廣應用。1.4 本章小結本章介紹了工業(yè)機械手的概括，工業(yè)機械手的分類、發(fā)展趨勢。工業(yè)機械手在國民生產(chǎn)中有廣泛的應用，許多機械

10、設備都用到工業(yè)機械手，它是近代自動控制領域內出現(xiàn)的一種新型的技術裝備。第2章 工業(yè)機械手的設計方案2.1 工業(yè)機械手的組成機械手的組成一般包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。細分則可列為以下數(shù)項：1、手部（或稱抓取機構） 包括手指、傳力機構等，主要起抓取和放置物件的作用。2、傳送機構（或稱臂部） 包括手腕、手臂等，主要起改變物件方位和位置的作用。3、驅動部分 是驅動前兩部分的動力，因此也成動力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機械式驅動四種形式。液壓驅動系統(tǒng)是由油缸、閥、油閥和油箱等組成；氣壓驅動系統(tǒng)是由氣缸、氣閥、空壓機（或由空氣壓縮機站直接提供）和儲氣罐等組成；電機驅動系統(tǒng)是由一些電動

11、機、專用電動機等組成。4、控制部分 是機械手動作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序（程序）、位置和時間（甚至速度與加速度）等。一般包括程序控制部分和行程檢測反饋部分。5、其它部分 如機體、行走機構、行程檢測裝置和傳感裝置等： （1）機體（也稱機身） 是用以支承和連接其他零件、部件的基礎件。 （2）行走機構 是為了擴大機械手的使用空間而設置的。而本身又包括動力源、傳動（減速）機構、滾輪或連桿機構等。 （3）行程檢測裝置 是監(jiān)測和控制機械手各運動行程（位置）的裝置。 （4）傳感裝置 其中裝有某種傳感器，是手指具有敏感性和自控性，用以反應手指與物件是否接觸、物件有無滑下或脫落、物件的方位是否正確、手指

12、對物件的握緊力是否與物件的重量相適應等。2.2 規(guī)格參數(shù) 工業(yè)機械手的技術參數(shù)，是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標。1、抓重（或臂力） 抓重是機械手所能抓取或搬運物件的最大重量，它是機械手規(guī)格中的主要參數(shù)。抓重以10公斤左右的機械手為數(shù)最多。一般將抓重1公斤以下的定為微型；15公斤的定為小型；530公斤的定位中型；30公斤以上的定為大型。機械手抓重的大小對其他參數(shù)如行程范圍、運動速度、坐標型式和緩沖裝置的設計均有影響，因此，設計時必須予以重視。2、自由度數(shù)和坐標型式 機械手的自由度數(shù)和坐標型式的選擇，應根據(jù)機械手現(xiàn)場具體的生產(chǎn)情況和工藝的要求而定。3、運動速度 運動速度是機械手主要參數(shù)之一，它反

13、映了機械手的生產(chǎn)水平，很多機械手由于速度低限制了它的適用范圍。4、行程范圍 機械手的手臂運動行程大小與機械手的抓重大小、坐標型式、驅動方式以及使用性能有關系，一般對于通用機械手的手臂回轉應盡可能的大些使機械手具有一定的通用性，因此一般地手臂回轉行程范圍應大于180度；手臂伸縮行程大多數(shù)在5001000毫米范圍內選取。2.3 設計路線與方案2.3.1 設計步驟1.查閱相關資料；2.確定研究技術路線與方案構思；3.結構和運動學分析；4.根據(jù)所給技術參數(shù)進行計算；5.按所給規(guī)格，范圍，性能進行分析，強度和運動學校核；6.繪制工作裝配圖草圖；7.繪制總圖及零件圖等；8.總結問題進行分析和解決。2.3.

14、2 研究方法和措施使用現(xiàn)在機械設計方法和液壓傳動技術進行設計，采用關節(jié)式坐標（四個自由度，可以繞橫，縱軸轉動和上下左右擺動）。2.4 本章小結 本章介紹了工業(yè)機械手的組成、規(guī)格參數(shù)、設計路線等內容，這種設計的機械手組成全面，配置合理，能達到一定的使用要求。第3章 機械手各部分的計算與分析3.1 手部計算與分析手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設計主要考慮夾鉗式手部設計。夾鉗式手部是由手指，傳動機構和驅動裝置三部分組成，它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下可采用兩個手指。手部的主要功用是當工件在傳送過程中抓取

15、和釋放工件，當手指牢固地抓緊工件時 ，可把整個系統(tǒng)當做靜止狀態(tài)看待，這時就可以用傳統(tǒng)的靜力分析方法來確定各種力的關系及大小，從而保證機器人可靠地工作。3.1.1輸入 輸出力的比率分析 手部的主要功用是當工件在傳送過程中抓取和釋放工件，當手指牢固地抓緊工件時 ，可把整個系統(tǒng)當做靜止狀態(tài)看待，這時就可以用傳統(tǒng)的靜力分析方法來確定各種力的關系及大小，從而保證機器人可靠地工作?，F(xiàn)以實例說明手部輸入-輸出力的確定，如圖C點的力平衡方程式為： F23= F56= 其中：P驅動力(輸入力) F23、 F56分別為杠桿2作用在杠桿3和杠桿5作用在杠桿6上的力。 由A（A）點力矩平衡方程式可求的抓取力（輸出力）

16、： F= F23= F56=· 一般取46， 即rarcsin()4°477°11上述分析說明這類杠桿機構的最大優(yōu)點就是過死點位置時產(chǎn)生自鎖作用。上述方法 還不是一種簡便而直觀的方法，最直觀而又有效的方法就是虛功原理?，F(xiàn)以實例來分析，如圖根據(jù)虛功原理我們可得方程式： PV1=FVC1其中：V0=Va=L；V1=R而杠桿 2的角速度，R扇形齒輪的節(jié)圓半徑，LA點至固定鉸鏈點OR的距離。 VC的垂直分量VC1為：VC1= VCcos=Locos 將Vm=R和VC1= Locos代入PV1=FVC中可以求得輸入輸出力的比率為： =cos 另一實例瞬時中心確定在O3,由于

17、O1O1O3O2O4O3則 = 即=再根據(jù)平衡條件得：Pp-Fbr=0即P·b·2 F·a·1=0 由圖所示的幾何關系可得：Lb·1= L2即2=1=1 整理可得 c = 同樣可求出其它不同手部的輸入 一輸出的比率0 。3.2 腕部計算與分析3.2.1 腕部設計的基本要求手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，適應性更強。手腕具有獨立的自由度，此設計手腕有繞X軸轉動和沿X軸左右擺動兩個自由度。手腕回轉運動機構為回轉油缸，擺動也采用回轉油缸。他的結構緊湊，靈活，自由度符

18、合設計要求，它要求嚴格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉矩。1.腕部處于臂部的前端，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結構、重量和動力載荷直接影響著臂部的結構、重量和運動性能。因此在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。2.腕部作為機械手的執(zhí)行機構，又承擔聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運動的要求以及具有足夠的強度和剛度外還應綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調整等問題。3.腕部設計應充分估計環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點，有關材料及電控電測元件的耐熱性等問題）。3.2.2 腕部回轉力矩的計算腕部回轉時，需要克服以下幾種阻力：1.腕

19、部回轉支承處的摩擦力矩 從圖3.4可知：××-軸承直徑（m）式中：軸承處支反力；可靜力學平衡方程求得。f-軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承f=為簡化計算取圖3.4 腕部回轉支承處的受力圖-工件重量（kgf），-手部重量（kgf），手腕轉動件重量（kgf）2.克服由于重心偏置所引起的力矩（kgf）式中e工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離（m）3.克服啟動慣性，所需的力矩啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉的角加速度及啟動所用的角速度： (3.8)式中：工件對手腕回轉軸線的轉動慣量J手腕回轉部分對手腕回轉軸線的轉動慣量手腕回轉過程的角加速 啟動過程所轉過的角度（度）手腕回轉所需要的驅

20、動力矩應當?shù)扔谏鲜鋈椫汀?(3.9)因為手腕回轉部分的轉動慣量不是很大，手腕起動過程所產(chǎn)生的轉動力矩也不大，為了簡化計算，可以將計算，適當放大，而省略掉，這時(1)設手指，手指驅動油缸及回轉油缸轉動件為一個等效圓柱體，L=50cm，直徑D=10cm，則m=27.5kg。(2)摩擦阻力矩0.1(3)設起動過程所轉過的角度,等速轉動角速度計算：求查型鋼表有： 代入256（N·m）0;0.1;0.1+265M=確定轉軸的最小尺寸，抗扭剖面模量，查得，取轉軸直徑d=40mm。4.回轉油缸所產(chǎn)生的驅動力矩計算回轉油缸所產(chǎn)生的驅動力矩必須大于總的阻力矩，機械手的手腕回轉運動所采用的單葉片回轉

21、油缸，定片1與缸體2固連，動片3與轉軸5固連，當a,b口分別進出油時，動片帶動轉軸回轉達到手腕回轉目的。M= (3.10)式中：手腕回轉總的阻力矩（N·m）P回轉油缸的工作壓力 r缸體內徑半徑（cm）R輸出軸半徑（cm）b動片寬度注：可按外形要求或安裝空間大小，先設定b,R,r中兩個：=1.52.5,取=2，=3又因為d=40mm，則D=80mm，b=60mm去頂回轉油缸工作壓力： (3.11)由于系統(tǒng)工作壓力遠遠大于此壓力，因此回轉油缸的工作壓力足以克服摩擦力。3.2.3 腕部擺動油缸設計偏離重心e的計算及圖3.5 腕部擺動油缸設計尺寸圖估計L=45cm， =30cm克服重心偏置所

22、需的力矩克服摩擦所需力矩=0.1cm克服運動慣性所需的力矩=0.7654(kg-m-)=25=5.1(kg-m-)=5.8654(kg-m-)=JW/t設w=,=0.0175/=12.83(kgf·m)則擺動所需的驅動力矩 =32.14(kgf·m)確定轉軸的最小直徑抗拒剖面摸量所需驅動力矩 (3.12)取d=50mm所以機械手的擺動采用單葉片回轉油缸，定片與缸體固連，動片與轉軸固連，當兩油口分別進出油時，動片帶動轉軸轉動達到腕部擺動目的。 (3.13)又因為：=1.52.5,，取=2，=3所以：d=50mm，所以D=100mm，b=75mm確定回轉油缸工作壓力 (3.14

23、)由于系統(tǒng)工作壓力遠遠大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。3.2.4 選鍵并校核強度轉軸直徑d=40mm,由GB1095-79選鍵為bh=128轉軸直徑d=50mm,由GB1095-79選鍵為bh=2010鍵校核如下公式=2T/kld，K接觸面的高度取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得=100所以滿足要求3.3 臂部計算與分析3.3.1 臂部設計的基本要求手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉動。臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內的任意一點。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉和俯仰運動。手臂的各種運動由油缸驅動和

24、各種傳動機構來實現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動載荷，而且自身運動又較多，故受力復雜。因而，它的結構，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉等運動。臂部要實現(xiàn)所要求的運動，需滿足下列各項基本要求：1.機械手臂式機身的承載機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結構上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支臂桿的伸縮不斷變化，對于機械手的運動性能，位置精度和負荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長度，還應注意：(1)根據(jù)受力情

25、況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸臂部和機身既受彎曲（而且不僅是一個方向的彎曲）也受扭轉，應選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內部還可以布置驅動裝置，傳動機構以及管道，有利于結構的緊湊，外形整齊。(2)高支承剛度和選擇支承間的距離臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關，而且同支撐的剛度和支撐件間距離有很大關系，要提高剛度，除從支座的結構形狀，底板的剛度以及支座與底版的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。(3)合理布置作用力的位置和方向在結構設計時，應結合具體受力情況，設法使各作用力的變形

26、相互抵消。(1)設計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應盡可能使結構簡單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調整補償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見的間隙，從而提高剛度。(2)水平放置的手臂，要增加導向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導向桿承受部分或者大部分自重。(3)提高活塞和剛體內徑配合精度，以提高手臂俯仰的剛度。2.臂部運動速度要高，慣性要小機械手臂的運動速度是機械手主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平，一般時根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉俯仰均要求均速運動，（V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時間的加速

27、度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設計在10001500mm/s，最大回轉角速度設計在內，在大部分行程距離上平均移動速度為1000mm/s內，平均回轉角速度為內。為減少轉動慣量的措施：(1)減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質高強度材料。(2)減少手臂運動件的尺寸輪廓。(3)減少回轉半徑，在安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸），盡可能在前伸位置下進行回轉動作，并且驅動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。3.手臂動作應靈活為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件，導向件和定位件布置應合理，使手臂運動

28、過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。(1)計算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進行計算。(2)計算零件重心位置，求出重心至回轉軸線的距離。(3)求重心位置并計算偏重力臂 (3.15) (3.16)(4)計算偏重力矩 (3.17)4.位置精度要高一般說來，直角和圓柱坐標式機械手位置精度教高；關節(jié)式機械手的位置最難控制，精度差；在手冊上加設定位裝置和自檢測機構，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。除此之外，要求機械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于

29、加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手，還要設置防塵裝置等。3.3.2 手臂的設計計算通常先進行粗略的估算，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸，在進行校核計算，修正設計。為了便于進行液壓機械手的設計計算，分別俯仰缸回轉油缸的設計敘述如下：1.小臂設計設小臂L=40cm,D=60cm則m=則手臂總重，L=100mm=0.79kg俯仰缸的設計計算圖3.6 仰俯缸的設計尺寸圖設，當手臂處在仰角為的位置時，驅動力P通過連桿機構產(chǎn)生的驅動力矩為因為，又因為=，=，而P=P油缸的工作壓力（）D油缸內徑（cm）活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（kg）

30、通油箱，=010590.3kg取=10600kg106000.8=60356.601kg·cm當手臂處在俯角為的位置時，驅動力P通過連桿機構產(chǎn)生的驅動力因為：所以則當手臂處在水平位置即為驅動力矩時因為由于手臂與支柱連軸有振動軸承，摩擦力矩較小=0所以驗證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于時 (3.18) =1134kgf選取=0.7，所以 (3.19) D=0.053m整理得到D=63mm，則d=45mm。液壓缸壁和外徑計算 (3.20)高強度鑄鐵，=60液壓缸為平底缸差，其厚度t按強度要求計算無孔時 (3.21)取t=3mm液壓缸工作行程的確定由則S=16mm則由表2-6中的系列

31、尺寸查得（液壓系統(tǒng)設計手冊）S=25cm則活塞桿L=30cm活塞桿的穩(wěn)定性校核，活塞桿由45鋼制成。桿長300mm，d=45mm最大壓力P=1134N設穩(wěn)定安全系數(shù)為，由式（10.9）求出 (3.22)活塞桿兩端可簡化為鉸支座，故，活塞桿橫截面為圓形i=故為，因為，故不能用歐拉公式計算使用直線公式，由表10.1查得，優(yōu)化碳鋼的由公式（10.12）可得可見活塞桿是小柔度變壓桿，由直線公式求出而P=1134N，活塞桿的工作安全系數(shù)為n=所以滿足要求。2.油缸端蓋的連接方式及強度計算為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進而決定螺釘?shù)臄?shù)目。缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連

32、接。(1)缸蓋螺釘?shù)挠嬎銥楸ＷC連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進而決定螺釘?shù)臄?shù)目在這種連接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為工作載荷Q和預進力之和。式中：P驅動力kgfP工作壓力kgf/Z螺釘數(shù)目，取8預緊力kgf=K，K=1.5-1.8螺釘?shù)膹姸葪l件為：式中：=1.3計算載荷（kgf）表3-1 螺釘間距與壓力p的關系工作壓力（）螺釘間距（mm）515<1501525<1202550<10050100<80 ()抗拉許用應力，螺紋內徑（cm）表3-2 常用螺釘材料的流動極限 鋼號10A2A3354540cr210022002400320036006500-9000(

33、2)缸體螺紋計算 (3.23)式中， D油缸內徑考慮螺紋拉應力和扭應力合成作用系數(shù)取=1.33.大臂回轉缸的設計驅動手臂回轉的力矩 D輸出軸與缸差密封處的直徑（cm）L密封的有效長度（cm）“O”形密封圈的截面直徑（cm）“O”形圈在裝配時壓縮率，對于回轉運動，k=0.03-0.35摩擦系數(shù)P回轉軸缸的工作壓力（kg/）選取=0.5，b=10cm,p=80kg/,設=6mm若，則取，取，則，D=14cm選用O型橡膠密封圈S58型，=4.7mm則 (3.24)動片側面與缸蓋密封處的摩擦阻力距回轉缸動片的角速度變化量，在啟動過程中（弧度/秒）啟動過程時間手臂回轉部件，對回轉軸的輕功慣量（）若手臂回

34、轉零件的重心與回轉軸的距離為則回轉零件對重心軸線的轉動慣量 (3.25)=649.2（）設角速度，啟動時間般取=0.2P=16（）由內徑公式 (3.26)基本滿足要求，則D=16cm，d=8cm。又由4.缸蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算螺釘?shù)膹姸葪l件為或（取=8mm）式中：螺釘?shù)膬葟剑╟m）計算載荷（kgf）螺釘材料作用拉應力3.4 機身計算與分析機身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降，回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構成機體的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結構和受力情況就愈復雜。機身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。

35、此次設計機身為地面軌道運動式。它的驅動系統(tǒng)是步進電機其型號為Y132S8功率2.2KW轉速710r/min，再電動機后接了一個圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個制動箱。其主要參數(shù)是由外部計算機調整和控制，在很大程度上是由運動學和軌跡運動而去編制小車的運行程序。3.5本章小結本章介紹了機械手各部分的計算與分析，分別為手部、腕部、臂部、機身的結構，并進行了計算與校核，在使用中能滿足要求。 第4章 液壓系統(tǒng)41 液壓缸根據(jù)前面設計好的各種液壓缸的參數(shù)。1.活塞缸已知參數(shù)（包括設計出的參數(shù)）：表示第幾個缸的參數(shù) 無桿腔進油 有桿腔進油2.擺動缸已知參數(shù)：注意已知參數(shù)中在前面設計中不

36、夠明確時，則要進行分析。已知參數(shù)（包括已設計好的參數(shù)）(1)單作用彈簧復位的夾緊缸；=25mm，=18mm F= =8.67cm/s注意：為尚未夾持工件的時間。(2)手腕回轉缸。=80mm，=40mm，=60mm (4.1)(3)手腕擺動缸 (4)手臂回轉缸 =160mm =80mm =120mm 注意：忽略角加速度和角減速度的影響(5)手臂仰俯活塞缸：=63mm，=45mm V=5cm/s3.估算流量(1)夾緊缸：。(2)手腕回轉缸：(3)手腕擺動缸：(4)手臂回轉缸：(5)手臂仰俯活塞缸：42 計算和選擇液壓元件4.2.1 液壓泵的選取要求及其具體選?。?）計算液壓泵的工作壓力泵的工作壓力

37、是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和。即：管道和各類閥的全部壓力損失之和?？上裙烙嫞话闳。?（58）（2）計算液壓泵的流量，式中：K泄露折算系數(shù)，一般，K=1.11.5（3）選擇液壓泵的規(guī)格參照設計手冊或產(chǎn)品樣本，選取其額定壓力比高25%60%，其流量與上述計算一致的液壓泵。（4）計算功率，選用電動機按工況圖，找出所有缸N-t圖中最高功率點的對應的（計算值）和泵額定流量的乘積，然后除以泵的總效率 (4.2)確定液壓泵的流量壓力和選擇泵的規(guī)格，泵的工作壓力的確定。考慮到正常工作中進油路有一定的壓力損失，所以，泵的工作壓力為：液壓泵的最高工作壓力；執(zhí)行元件的最高工作壓力進油管路中的壓力

38、損失，初算時，簡單系統(tǒng)可取0.20.5，=0.5，=4.5+0.5=5上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡，階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲備量并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應滿足泵流量的確定。液壓泵的最大流量應為：，液壓泵的最大流量同時工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量23L/min系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，現(xiàn)取=1.2選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得和，再查閱有關手冊，現(xiàn)選用YB-80BI雙聯(lián)葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉排量：10194mL/r;泵的額定壓力=10.5；電

39、動機轉速；容積效率；總效率。與液壓泵匹配的電動機的選定。首先分別計算出不同工況時的功率，取它們之間的最大值作為選取電動機規(guī)格的依據(jù)。由于在速度較小時，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當流量在0.21L/min范圍內時，可取=0.030.14。同時，應注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時，不致停車，需進行驗算，即 (4.3)泵的工作壓力：P=245.25余量系數(shù)，取K=1.05泵出油量油頭主管損失油頭泵的功率傳動效率直接傳遞為1選電機：4.2.2 選擇液壓控制閥的原則按控制閥的額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量原則4.2.3 選擇液壓輔助元件的要求

40、(1)濾油器按泵的最大流量選取流量略大些的濾油器，濾油精度在為網(wǎng)式或線段式濾油器即可。(2)油管和管接頭的通徑與閥一致來選取。(3)油箱容積Q=50Qp注意：Qp單位若為L/min時，V的單位為 Qp單位若為時，V的單位為4.2.4 具體選擇液壓元件（1）換向回路的選擇緊缸換向選用二位三通閥，其他缸全部選用B型的三位四通電磁換向閥。選用B型電磁閥便于微機控制，選中位為O型是使定位準確。（2）調速方案的選擇本系統(tǒng)是功率較小的，故選簡單的進油路節(jié)流閥調速。（3）緩沖回路的選擇選用二位三通閥加入油路，便于微機控制，提高自動化程度。(4)系統(tǒng)的安全可靠性的選擇為防止伸縮缸在仰起一定角度后的自由下滑，都

41、采用單向順序閥來平衡。為保證夾緊缸夾持工件的可靠性選用液控單向閥保壓和鎖緊。液壓元件的選擇單向壓力補償調速閥：QI-63B，QI-130B，QI-23B單向閥：I-25減壓閥：I-10單向順序閥：XI-160B二位三通電磁閥：23D-10B，23D-50B，23D-100B二位四通電磁閥：24D-25B，34DY-63B，34S-160B線隙式濾油器：XU-B327-75 XU-1337-50壓力表：Y-60確定管道尺寸時本系統(tǒng)主油路流量q=160L/min，壓油管的允許流速為v=4m/s，則內徑d=4.6=4.6=29mm夾緊油路d=11mm手腕回轉油路d=18mm手腕擺動油路d=18mm手

42、腕回轉油路d=26mm手腕仰俯油路d=28mm液壓油箱的設計：液壓油箱的作用是儲存液壓油，分離液壓油中的雜質和空氣，同時起到分散的作用。1.液壓油箱有效容積的確定液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量v可概略地確定為：在中低壓系統(tǒng)中（p），可取v=（57）。式中：V液壓油箱有效容量；液壓泵額定流量 V=3=696=576，故V=576L應當注意：設備停止運轉后，設備中的那部分會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的2.液壓油箱的外形尺寸液壓油箱的有效容積確定或，需設計液壓油箱的外

43、形尺寸，一般尺寸比（長：寬：高）為：1：1：11：2：3為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容量予以增大。根據(jù)油箱有效容量可選BEX630。4.3 本章小結本章介紹了機械手液壓系統(tǒng)的組成，工作原理及工作過程，液壓傳動有以下優(yōu)點：1.液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活的來布置；2.重量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快、定位精度好；3.操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調速；4.可自動實現(xiàn)過載保護；5.成本低廉、性能優(yōu)越。第5章 液壓缸的保養(yǎng)與維修5.1 液壓元件的安裝1.安裝前元件應以煤油進行清洗，并要進行壓力和密封性實驗，合格后可安裝。2.泵及其傳動要求較高的同心度。3.油泵的入口，出口和