搬運機械手的設計

ⅡPAGE1畢業(yè)論文搬運機械手的設計學院：機械工程學院專業(yè)：數(shù)控技術(shù)學生姓名：馮強學號：110201326指導教師：陳雪莉2014年5月摘要PAGEI-Ⅰ-摘要在當代社會,科學技術(shù)日新月異，工業(yè)生產(chǎn)的機械化和智能化水平越來越高。機械手的誕生和發(fā)展極大地促進了社會生產(chǎn)力的進步，促進了人類社會的發(fā)展。而人類社會的進步和發(fā)展又進一步推動了機械手在生產(chǎn)和生活中的運用。當代社會,機械手的應用越來越廣泛,在生活中和生產(chǎn)中的影響越來越大。工人勞動由機械手代替,這極大地解放了生產(chǎn)力,也極大地解放了一線工人。隨著技術(shù)的進步和成熟,當代工業(yè)機械手更好地融入了液壓電氣等技術(shù)。隨著科學技術(shù)的不斷提高,工人對工作環(huán)境提出更高的要求，機械手更多的應用于生產(chǎn)。特別在惡劣環(huán)境下的生產(chǎn)和重復的機械式生產(chǎn)方面，機械手應用廣泛。機械手的應用和發(fā)展極大地提高了生產(chǎn)效率和一線工人的工作環(huán)境質(zhì)量。在本課題中,根據(jù)任務書的要求,做一個工業(yè)搬運機械手。我選用了液壓驅(qū)動,并用液壓進行控制。因為此種方法在技術(shù)上較為成熟，并且在工業(yè)領域液壓應用極為廣泛。它有技術(shù)成熟,效率高,占地面積小等等的優(yōu)勢。在全文中,對機械手的設計計算特別是液壓元件的計算和選用作了較大篇幅的介紹。也大幅面的介紹了根據(jù)本課題的要求所設計的機械手的機械部分和液壓部分，最后還對接械手的發(fā)展做了一些探討。關(guān)鍵字：搬運機械手，液壓驅(qū)動，液壓控制Abstract-Ⅱ-AbstractIncontemporarysociety,scienceandtechnology,industrialproduction,mechanizationlevelofintelligenceisgettinghigherandhigher.Thebirthanddevelopmentoftherobothasgreatlypromotedthedevelopmentofsocialproductivityconcepttopromotetheprogressofhumansociety.Theprogressanddevelopmentofhumansocietytofurtherpromotetheuseoftherobotinproductionandlife.Contemporarysociety,robotandmorewidely,increasinginfluenceinthelifeandproduction.Robotworkerslabortoreplace,andgreatlyliberatingtheproductiveforces,butalsototheliberationofthefront-lineworkers.Astechnologyadvancesandmature,contemporaryindustrialrobottobetterintegrateintothehydraulic,electricandothertechnology.Withthecontinuousimprovementofscienceandtechnology,andsocialworkenvironmentofthepeopleputforwardhigherrequirements.Therobotusedintheproduction.Productioninharshenvironments,andrepeatedmechanicalproduction.Theuseanddevelopmentoftherobotgreatlyimprovesproductionefficiencytosaveintotheworkenvironmenttoimprovefront-lineworkers.Inthisissue,accordingtotherequirementsofthemissionstatementtodoanindustrialhandlingrobot.Ichosetouseahydraulicdriveandhydrauliccontrol.Thismethodistechnicallymoremature.Andhydraulicapplicationsintheindustrialfieldisextremelybroad.Ithasamaturetechnology,highefficiency,smallfootprintadvantages.Infull-text,designandcalculationoftherobot,especiallythecalculationandselectionofhydrauliccomponentsmade??oftheintroductionofgreaterlength.Alsolarge-formatintroductionofmachinerypartsandhydraulicpartsoftherobotisdesignedinaccordancewiththerequirementsofthesubject,dosomeresearchandfinallydockingthedevelopmentofthemechanicalhand.KeyWords:manipulator,thehydraulicpressuredrive,Hydrauliccontrol目錄-Ⅲ-目錄摘要 IAbstract（英文摘要）………………Ⅱ目錄……………… Ⅲ第一章緒論 11.1機械手的概述 11.1.1國外機械手的狀況簡介 11.1.2中國機械手的發(fā)展狀況介紹 21.1.3機械手分類方式及其種類 21.2工業(yè)機械手的應用 31.3設計問題的提出 3第二章機械手總體設計方案 42.1工業(yè)機械手的各部分組成及其關(guān)系簡述 42.2工業(yè)機械手設計的具體分析 42.2.1本次任務設計要求 42.2.2搬運機械手總體設計任務分析 42.2.3總體方案擬定 6第三章機械手結(jié)構(gòu)的設計分析 73.1機械手的末端操作器（即抓取部分）的設計 73.2腕部設計分析 73.3手臂部分的的設計 73.4機械手的機身和機座的設計 7第四章對機械手各部件載荷的計算 74.1設計要求分析 84.2手指的夾緊機構(gòu) 84.3機械手伸縮機構(gòu)載荷計算 94.4機械手臂的俯仰機構(gòu)的運動載荷 104.5機械手腕部所售載荷的計算 114.6機身擺動機構(gòu)力矩計算分析 114.7系統(tǒng)工作壓力的選定 12第5章機械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計算校核 135.1機械手手指夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定 135.2確定機械手臂伸縮機構(gòu)尺寸 155.3手臂俯仰機構(gòu)結(jié)構(gòu)的尺寸 15-Ⅳ-5.4腕部擺動機構(gòu)確定 155.5計算確定機身擺動機構(gòu) 165.5強度校核 165.6活塞桿的彎曲穩(wěn)定性校核 175.7計算確定機身擺動機構(gòu) 18第6章設計液壓系統(tǒng) 196.1確定液壓馬達液壓缸需流量 196.2液壓馬達工作時的流量 206.3液壓馬達和液壓缸的主要零件技術(shù)要求和材料結(jié)構(gòu) 206.3.1缸體 206.3.2活塞 206.3.3缸蓋的要求 206.3.4活塞桿 216.3.5液壓缸的緩沖裝置 216.3.6液壓缸排氣裝置 216.4制定基本方案 226.5選擇液壓元件 226.5.1選擇液壓泵 226.5.2液壓泵所需電機功率的確定 246.5.3液壓閥的選擇 246.5.4液壓輔助元件的選擇原則 246.5.5液箱油量的確定 276.5.6液壓原理圖 27結(jié)論 30參考文獻 31致謝 32附錄 33第一章緒論PAGE8第一章緒論1.1機械手的概述1.1.1國外機械手的狀況簡介機械手，它是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，機械手得到了長足的進步。隨著1946年電腦的出現(xiàn)，人類歷史發(fā)生了驚天動地的變化。計算機大大促進了科技的進步，計算機的進步為其他的學科科技的發(fā)展帶來了無限的力。這也為機器人的發(fā)展帶來了很好的契機，由于計算機的優(yōu)點，使機器人得到了前所未有的大發(fā)展。計算機的可操控性好，計算速度快等等的優(yōu)點都為機器人的發(fā)展帶來了極大的動力。計算機價格的迅速降低也帶動了機器人的價格有所降低。計算機的普及也在一定程度上促進了機器人的普及。另外，核能技術(shù)等的研究也要求某些可操作的機器人代替人來處理會對人體產(chǎn)生傷害的物質(zhì)。在這些成熟的社會和科技條件下，1947年美國誕生了遙控機械手，機械式主從機械手也于1948年研制成功了。機械手首先是從美國開始研制的。在1954年的時候，世界機器人工業(yè)領域發(fā)生了一件大事。美國的戴沃爾先生在那年申請了關(guān)于機器人的一個專利。這項專利是關(guān)于工業(yè)機器人的一個概念。這項專利主要是關(guān)于示教再現(xiàn)機器人的一個專利，也就是通過伺服技術(shù)來掌握機器人的關(guān)節(jié)活動。通過人的手來控制機器人，現(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺機械手鉚接機器人。最早的實用機型（示教再現(xiàn)）機器人產(chǎn)品是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成，它們可以代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害的環(huán)境下運作以保護人的安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出的第一臺機械手的結(jié)構(gòu)包括機體上安裝的一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部安裝的電磁塊工件抓放機構(gòu)和示教控制系統(tǒng)。美國聯(lián)合控制公司在1962年又在上述方案的基礎上試制了一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手，商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔。臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個大基礎上發(fā)展起來的。同時該公司還和普魯曼公司合并成立萬能自動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。在1962年在美國誕生的Vewrsatran機械手也是示教再現(xiàn)性機械手。它是采用液壓進行驅(qū)動控制的，能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)和升降的動作。在1978年美國Unimate公司和麻省理工，斯坦福大學一起研制了一種新型的機械手。這種新型的機械手采用了微電子進行控制。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)它的定位精度相當?shù)木_。這是機器人領域的一次很大進步。在美國之外的其他國家，機器人工業(yè)也在迅猛發(fā)展，比較有代表性的有：前蘇聯(lián)，日本和西德。其中，前蘇聯(lián)主要發(fā)展了第一代的工業(yè)機器人，它們是由人進行控制的。前蘇聯(lián)對第二代機器人的研究也取得了較大的進步。到達1975年的時候，他們國家使用的工業(yè)機器人已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一半的國產(chǎn)化。日本憑借著它在高科技領域的優(yōu)勢地位，在機器人領域是全球領先的，他們研制的機器人先進并且應用廣泛。德國歷來在機械領域全球領先，在機械手、機器人領域自然是全球領先，他們國家的機器人相當?shù)南冗M，他們在機器人領域經(jīng)驗豐富。目前，第二代機器人已經(jīng)有了一定的觸覺和視覺能力。而第三代機器人將是智能化大大提高的機器人。在最新一代的機器人研究領域，西方發(fā)達國家擁有資金人才科技領域的巨大優(yōu)勢。他們在機器人領域引領著世界的潮流。1.1.2中國機械手的發(fā)展狀況介紹在中國國內(nèi)，機械手經(jīng)過近些年的市場培養(yǎng),其作用和優(yōu)勢已基本得到客戶的認可。隨著我國勞動環(huán)境的提高和改善,社會經(jīng)濟的發(fā)展，使企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷提高。機械手因其節(jié)省人力,節(jié)省時間,明顯降低成本而得到廣泛應用。機械手工業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展越來越快。

在國內(nèi)市場上機械手品牌眾多,有歷史悠久,實力雄厚的歐美日企業(yè),這些公司技術(shù)力量雄厚,有相當?shù)钠放菩?因而在高端市場份額較大。國產(chǎn)機械手最近也有了很大的進步，但由于國內(nèi)機械手企業(yè)起步較晚，目前與歐美日等知名品牌比還有一定的差距。由于中國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型時期，工業(yè)機械手的市場會越來越大。相信機械手的普及應用一定會更好的推動我國經(jīng)社會的快速發(fā)展，促進我國的產(chǎn)業(yè)升級。1.1.3機械手分類方式及其種類機械手的種類繁多，根據(jù)運動軌跡控制方式的不同，有連續(xù)軌跡控制機械手、點位控制機械手等。按工作要求不同，分為電動式、氣動式、機械式、液壓式等幾種。根據(jù)使用的范圍的不同也可也分為通用機械手和專用機械手。機械手通常不是獨立的，它是附加于其他裝置之上的。比如說，在生產(chǎn)線上的某一部位移動貨物，在加工中心對刀的位置進行變換等等。在某些特殊的領域需要我們對機械手進行直接的控制，他不依靠機械手的特定程序進行固定的操作，這類機械手往往造價更高。（1）按驅(qū)動方式分：液壓式：操作力大，體積小，動作平穩(wěn)；其缺點是漏油，會影響系統(tǒng)的工作性能，油的黏度對溫度的變化敏感。氣動式機械手：氣源方便，維護簡單，便于獲得高速度；缺點是操作力較小，體積大，由于空氣可壓縮能力大，所以控制較為困難，動作不平穩(wěn)，存在滯后現(xiàn)象。電動式機械手：動力源方便，操作力較大；其缺點是需要設計減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)復雜，或用特殊電機驅(qū)動。機械式：一般借助主動力源，通過凸輪，連桿機構(gòu)等完成事先規(guī)定的動作。優(yōu)點是動作可靠；缺點是變換程序較為困難。（2）按使用范圍分專用機械手：一般指附屬于某一設備，程序固定的簡單機械手。通用性機械手：一般指動作程序可變的，具有獨立控制的機械手。（3）按照運動軌跡分點位控制：只要求準確控制手的起止位置，不要求控制運動軌跡。連續(xù)軌跡控制：要求準確控制運動軌跡，其設點是無限的，只能在三維空間內(nèi)做特定的運動。（4）按臂部的運動形式分球坐標式、直角坐標式、圓柱坐標式、關(guān)節(jié)式。1.1.4工業(yè)機械手應用隨著技術(shù)和科技的進步，工業(yè)機械手得到了越來越廣泛的應用。在計算機廣泛應用的今天，通過電腦程序控制的機械手功能更加多樣化，使用界面更加友好。現(xiàn)代的機械手設計生產(chǎn)綜合應用了大量的當代科學技術(shù)。它是高科技迅速發(fā)展和生產(chǎn)力急需提高的必然的產(chǎn)物。隨著社會的不斷進步，人們對生活品質(zhì)要求越來越高，對生產(chǎn)力的需求越來越大，這推動了普通領域機械手的應用。而在核能航天深海等極端工作環(huán)境領域，必然需要機械手代替人的工作，更好的完成人類的既定任務。實踐證明，機械手的應用普及，極大地解放了人類的勞動強度，提高了生產(chǎn)自動化水平，極大地提高了生產(chǎn)效率，給人類社會帶來了巨大的貢獻。隨著科技的進一步發(fā)展，和人們意識的進一步提高，機械手的應用將更加廣泛，將給人類社會帶來更大的貢獻。1.2設計問題的提出在工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會遇到大量的重復性工作，特別是在流水線作業(yè)過程中這種情況尤為突出。這樣如果繼續(xù)由一線工人進行操作必然會加重勞動者的厭煩情緒和重復工作量。這樣導致了，生產(chǎn)效率極低。這就需要我們設計一款機械手，它可以完美地完成交給它的重復性工作。這樣可以大大的提高生產(chǎn)率，改善工人的工作質(zhì)量和工作環(huán)境。第二章機械手總體設計方案第二章機械手總體設計方案2.1工業(yè)機械手的各部分組成及其關(guān)系簡述普通機械手可以分為五個子系統(tǒng)即：人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械機構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)。一般的機械手由三大部分組成，即：控制部分、機械部分、傳感部分。工業(yè)機械手的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括末端執(zhí)行機構(gòu)、機身（立柱）、手腕、手臂等結(jié)構(gòu)。工業(yè)機械手的驅(qū)動。機械手的驅(qū)動裝置是將外部獲得的動力轉(zhuǎn)化為機械手所需動力的裝置。交流電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、步進電機驅(qū)動、直流電機驅(qū)動、氣壓驅(qū)動等都是工業(yè)機械手常見的驅(qū)動的形式。另外，隨著對工業(yè)機械手的進一步發(fā)展，一些新的驅(qū)動形式也加入了進來，比如說超聲波驅(qū)動等等。工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)。工業(yè)機械手有很多的控制方式，根據(jù)具體的要求，我們可以進行不同的選擇。當下比較流行的工業(yè)機械手的控制方式有連續(xù)軌跡控制方式、智能控制方式、力控制方式、點位控制方式等等。需要我們根據(jù)不同的需求具體選擇。2.2工業(yè)機械手設計的具體分析2.2.1本次任務設計要求生產(chǎn)線上的工作往往是重復的，并且比較繁重，生產(chǎn)效率低下，重復工作量大，工作環(huán)境得不到質(zhì)的提高。為了提高現(xiàn)代化水平，提高工廠的生產(chǎn)效率，提高工人的工作環(huán)境。需要根據(jù)生產(chǎn)工藝設計一臺能完成重復性操作的機械手，代替工人的手工勞作。提高生產(chǎn)率，給公司帶來更好的效益。根據(jù)具體下發(fā)的任務書，本次設計的機械手需要完成如下動作：機械手臂前伸→機械手指抓緊物料→手臂部分上升→手臂部分縮回→整個機身回轉(zhuǎn)一百八十度→手腕的部分轉(zhuǎn)動九十度→手臂部分下降→手臂部分前伸→機械手指放下物料→手臂回縮→整個機身回轉(zhuǎn)一百八十度→手腕部分復位→等待下次循環(huán)。這個過程是不斷的往復循環(huán)的。2.2.2搬運機械手總體設計任務分析(1)工業(yè)機械手的運動形式有：關(guān)節(jié)型、圓柱坐標型、球坐標型、平面關(guān)節(jié)型、直角坐標型等。關(guān)節(jié)型機械手的手臂是與人類的手臂雷同的，是一種仿生機構(gòu)。它擁有三個回轉(zhuǎn)自由度。關(guān)節(jié)型機械手一般有大臂和小臂，大臂和立柱之間構(gòu)成類似人類肘關(guān)節(jié)的部分，機械手得大臂可以做俯仰運動和回轉(zhuǎn)運動，機械手的小臂可以做上下擺動。關(guān)節(jié)型機械手的優(yōu)點是，通用性強，工作范圍大，動作靈活等。圓柱坐標型機械手一般具有三個自由度，它的優(yōu)點時，所占面積較小，工作范圍較大，且制作工藝較為簡單。球坐標型機械手它可以做俯仰、伸縮和回轉(zhuǎn)運動他可以完成的工作空間是一個球體，它的特點是機構(gòu)緊湊，占地面積小，能夠完成比較復雜的動作，但是它的結(jié)構(gòu)復雜成本較高。平面關(guān)節(jié)型機械手，它一般擁有一個移動的關(guān)節(jié)和兩個回轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，移動關(guān)節(jié)完成上下的運動，回轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)完成左右和前后的運動。這種機械手動作靈活，結(jié)構(gòu)也較為簡單，可以完成較為復雜的運動。在生產(chǎn)線的裝配作業(yè)中應用較為廣泛。直角坐標型機械手它的工作空間一般在一個長方體內(nèi)，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單易于操作，精度高，但是它占地面積較大。根據(jù)以上的分析及對任務的判斷，在本次設計中決定設計一款圓柱坐標型機械手。(2)確定機械手的自由度：所謂機械手的自由度是指機械手所具有的獨立坐標軸運動的個數(shù)。從運動形式上可以將其分為旋轉(zhuǎn)運動R和直線運動P。機械手自由度個數(shù)的多少在一定程度上反映了它所能完成的動作的復雜程度。根據(jù)對所下發(fā)任務的具體分析發(fā)現(xiàn)設計四個自由度的機械手就能完成所下達的任務要求。本次所設計的機械手為RPPR型，即從手腕到基座的各關(guān)節(jié)的運動方式為旋轉(zhuǎn)運動-直線運動-直線運動-旋轉(zhuǎn)運動。(3)機械手的驅(qū)動方式是一般有：電機驅(qū)動、機械聯(lián)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動等，最常用的是液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動。電機驅(qū)動：伺服電動機或是步進電動機可以應用于運動軌跡要求高及動作復雜的小型機械手。直流電動機和異步電動機經(jīng)常應用于抓力比較大的械手。電機驅(qū)動的優(yōu)點是電源方便，驅(qū)動力大，便于檢測，技術(shù)非常成熟，便于維修和維護等。缺點是，控制較為困難，定位難以十分精確。機械聯(lián)動：動作十分的可靠，但結(jié)構(gòu)很復雜設計較為困難，適用于自由度較小的機械手。液壓驅(qū)動：防爆性好、結(jié)構(gòu)緊湊、耐沖擊、動作平穩(wěn)、耐振動。而且液壓技術(shù)易于實現(xiàn)比較成熟、響應速度快、力慣量比大、直接驅(qū)動、動力大。氣壓驅(qū)動：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、速度快、維修方便、造價較低，適用于中小負載的系統(tǒng)中。但氣壓不可太高抓取力較低、對速度很難進行精確控制，并且伺服控制難于應用于氣壓驅(qū)動。通過比較分析，在條件基本相同的條件下，液壓驅(qū)動擁有很多優(yōu)勢，比如質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、能實現(xiàn)無級變速、調(diào)速范圍大、運動慣性力較小、并且在載荷超載較大時能夠自動防止過載實現(xiàn)對設配的保護。液壓驅(qū)動可以很好地與電氣控制融合在一起，實現(xiàn)PLC控制。并且相比較而言，液壓驅(qū)動的成本控制也是比較合理的。所以在本次設計中，選擇了液壓驅(qū)動的控制方式。(4)選擇機械手的控制方式:機械手常用的控制方式有力矩控制、連續(xù)軌跡控制、智能控制和點位控制四種。力矩控制：要求在適度力矩和力的條件下較為精確的完成抓取等機械手運動。連續(xù)軌跡控制：由于連續(xù)軌跡控制對于機械手的運動過程要求很高，所以要求機械手的整個運動過程都要可控。此類機械手要求較高，一般應用于工業(yè)上噴漆，弧焊等領域。智能控制：智能控制機械手在今年來得到了長足的發(fā)展，智能控制機械手能完成更復雜的任務，適應工作環(huán)境的能力更強。但是此類機械手控制設計非常復雜，成本很高。點位控制：點位控制機械手要求機械手在某些點位的姿態(tài)是確定的，它要求機械手運動一定要迅速，在特定點位上定位精確。此類機械手技術(shù)較為成熟，應用也較為廣泛。此類機械手控制較為簡單，設計成本控制也較為合理。此類機械手在工業(yè)領域的流水線搬運等領域應用相當廣泛。根據(jù)具體的任務要求分析，在本次設計中決定采用點位控制機械手。根據(jù)分析，決定應用PLC控制此次所涉及的機械手的運動。綜合以上分析過程及其本次任務說明書，本次設計決定應用電—液伺服點位控制。2.2.3總體方案擬定本次機械手的設計自由度取四個，就能較好地完成任務。對于此次機械手的自由度作如下設計:(1)手腕回轉(zhuǎn)自由度：手腕部的回轉(zhuǎn)自由度應用擺動液壓缸來實現(xiàn)。(2)手臂伸縮自由度：手臂伸縮自由度由普通液壓缸來實現(xiàn)。(3)手臂俯仰自由度：手臂的俯仰自由度由普通液壓缸和一個支點來完成。(4)手臂回轉(zhuǎn)自由度：手臂的回轉(zhuǎn)自由度由擺動液壓缸實現(xiàn)。各個液壓缸的運動停歇由擋塊和限位控制開關(guān)來實現(xiàn)第三章機械手機構(gòu)的設計分析PAGE35第三章機械手結(jié)構(gòu)的設計分析3.1機械手的末端操作器（即抓取部分）的設計抓取部分簡述機械手的抓取部分是直接與要抓取的部件接觸的部分，所以它與要抓取的部件息息相關(guān)。需要根據(jù)具體情況決定抓取部分即抓取爪子的設計形狀及其選材?，F(xiàn)在而言應用較為廣泛的形式有夾鉗式、吸附式、仿生手指式等。其中夾鉗式是最常用的；吸附式主要利用氣吸磁吸方式吸取大平面或是微小的物品；仿生手指式制造難度大，成本很高，目前應用領域尚且不大。在本次設計中將采用夾鉗式。3.2腕部設計分析機械手的腕部是連接機械手手臂和末端操作器（即抓取部分）的部分。根據(jù)任務書所設定的設計要求，我們由于需要腕部能實現(xiàn)相對獨立的轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)在抓取部件條件下的翻轉(zhuǎn)動作，所以選取適當?shù)臄[動液壓缸就能實現(xiàn)設計要求。3.3手臂部分的的設計機械手的手臂部分能實現(xiàn)在抓取部件條件下的俯仰動作，及其伸縮動作。伸縮動作多采取直線液壓缸來完成，而俯仰動作則由另一個直線液壓缸和一個相對手臂部分固定的支點來實現(xiàn)。3.4機械手的機身和機座的設計機械手的機座分為移動式和固定式，在我們這次的設計中能根據(jù)任務書采用固定式較為適合。機械手的機身，在本次設計中就是立柱的部分。在此次設計中立柱要求與擺動液壓缸的轉(zhuǎn)軸連接，它起到了支撐的作用。在此次設計中機身與機座用螺栓連接起來。機座用地腳螺栓直接固定于地面上。第四章機械手各部件的載荷計算第4章對機械手各部件載荷的計算4.1設計要求分析本課題設計的搬運機械手采用關(guān)節(jié)型坐標系、全液壓驅(qū)動，具有手臂俯仰、回轉(zhuǎn)、伸縮、手腕回轉(zhuǎn)四個自由度，以及手指的抓取動作。機械手的整個運動過程。機械手臂前伸→機械手指抓住緊物料→手臂部分上升→手臂部分縮回→整個機身回轉(zhuǎn)一百八十度→手腕的部分轉(zhuǎn)動九十度→手臂部分下降→手臂部分前伸→機械手指放下物料→手臂回縮→整個機身回轉(zhuǎn)一百八十度→手腕部分復位→等待下次循環(huán)。這個過程是不斷的往復循環(huán)的。4.2手指的夾緊機構(gòu)在本次設計中，根據(jù)任務說明書，決定設計一種V型結(jié)構(gòu)。合攏時機械手指將成一種六邊形。要保證機械手一定要比較光滑，這樣才能保證對零件無傷害。手指加緊機構(gòu)的圖如下：手指夾緊機構(gòu)載荷的計算計算機械手指對工件夾緊力（4-1）—安全系數(shù)，通常取1.2～2；—工作情況系數(shù)，=（4-2）—重力加速度；—運載工件時重力方向的最大上升加速度，（4-3）—工件在重力方向上最大的上升速度之值，設為0.1?！俣壬底畲笾邓璧臅r間，一般取0.3～0.5，再此處取值為0.5s—方位系數(shù)，由工件和手指的形狀及其工作時的相互狀態(tài)決定。取值一般為0.9～1.1。在此處取值1.0.—工件重力（）。1604.3機械手伸縮機構(gòu)載荷計算本次設計中運用雙作用液壓缸實現(xiàn)手臂的伸縮，機械手臂在做水平伸縮時需要克服的力包括支撐滑套與導向桿之間的摩擦力，及其活塞和油缸之間的摩擦阻力，還要包括運動過程中的慣性力。機械手伸縮機構(gòu)即機械手的小臂如下：（4-4）——總摩擦阻力（N），（4-5）G——手臂伸縮缸運動部件總重力（）——外部載荷對導軌的正壓力（）（4-6）——摩擦系數(shù)，此處取值0.1；——慣性力（）（4-7）——重力加速度，此處取值9.8；——速度變化量（）。——啟動或制動時間（），取值范圍一般為～。=4.4機械手臂的俯仰機構(gòu)的運動載荷手臂做俯仰運動時在剛開始與要停止時俯仰直線液壓缸的載荷力達到最大值。俯仰直線液壓缸最大速度為0.1，加速時間為0.1，升降過程不會是嚴格的等加速度運動，故取一個系數(shù)值為1.3。機械手的俯仰機構(gòu)液壓缸如下圖（4-8）—俯仰缸在豎直方向上所支撐質(zhì)量（），4.5機械手腕部所售載荷的計算由上文的論述已經(jīng)知道腕部采用的是擺動液壓缸。腕部的驅(qū)動力矩要克服腕部運動時的摩擦力矩和運動時所產(chǎn)生的慣性力矩。由于不是等加速運動取系數(shù)值1.3。（4-9）——慣性力矩（）——摩擦力矩（）；（4-10）——臂部對回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動慣量（）；——轉(zhuǎn)速變化量（）；——臂部起動或制動所需的時間（），取值范圍一般為0.1-0.5S=4.6機身擺動機構(gòu)力矩計算分析機械手機身部分的驅(qū)動力矩需要克服運動時的摩擦力矩和運動時所產(chǎn)生的慣性力矩。由于不是等加速運動取系數(shù)值1.3?！獞T性力矩（）——摩擦力矩（）；:——角度變化量（）；——臂部對其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（）；起動或制動所需的時間（s）,一般為0.1～0.5s。=4.7系統(tǒng)工作壓力的選定系統(tǒng)工作壓力的選定是一個綜合考慮的結(jié)果，如壓力選定太低，則完不成所需要完成的任務。反之壓力太大，則會造成設備要求高，進而增加成本。所以要適當選取。表4-1按載荷選擇工作壓力載荷/KN<55～1010～2020～3030～50>50工作壓力/MPa<0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5表4-2各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機床農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機起重機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.8～23～52～88～1010～1820～32經(jīng)過計算與選定最終選擇的工作壓力為8Mpa第五章機械手各部件機構(gòu)尺寸計算校核第5章機械手各部件結(jié)構(gòu)尺寸計算校核在本次設計中，液壓缸的選取具有重要意義。由于液壓缸是標準件，需要根據(jù)我們的計算進行選取。液壓缸的選擇過程中，可以根據(jù)總的負載載荷和工作壓力來選取液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d進而確定液壓缸的型號。5.1機械手手指夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定手指夾緊采用的是單作用線性活塞缸(1)液壓缸內(nèi)徑D及活塞桿直徑d的確定活塞桿受壓時（5-1）活塞桿受拉時（5-2）—無桿活塞面的有效作用面積（）；—有桿活塞桿有效作用面積（）；——液壓缸工作腔壓力8MPa；——背壓力，此處選取背壓0?！钊麠U直徑（）?！透變?nèi)徑（）；系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2～0.5回油路帶調(diào)速閥系統(tǒng)0.4～0.6回油路設置有背壓閥的系統(tǒng)0.5～1.5用補油泵的閉式回路0.8～1.5回油路較復雜的工程機械1.2～3回油路較短，且直接回油箱可忽略不計對于單活塞桿缸，無桿腔進液體或氣體時，在考慮機械效率的情況下，D=（5-3）有桿腔進液體或氣體時，在不考慮機械效率情況下=（5-4）當P2=0時，可對原式子進行簡化=（5-5）有桿腔進油時：=（5-6）取機械效率0.8或0.9?；钊麠U的桿徑可根據(jù)工作壓力選取，見表工作壓力/MPa≤5.05.0～7.0≥7/0.5～0.550.62～0.700.7當液壓缸的往復速度比有一定要求時，桿徑可由下式計算。=（5-7）液壓缸的速比過大會使無桿腔產(chǎn)生過大的背壓，速度比過小則活塞桿太細，穩(wěn)定性不好。推薦液壓缸的速度比如表所示。往復速比31.461.612/0.550.620.71經(jīng)計算分析我們所要求的夾緊液壓缸所需要的活塞桿的直徑是58mm，所需要的缸的內(nèi)徑是96mm。根據(jù)標準來選取，由GB/T2348-1993.活塞桿直徑為70mm，取液壓缸內(nèi)徑100mm。液壓缸缸筒長度一般不能大于液壓缸內(nèi)徑的的20～30倍，根據(jù)本次的設計要求設計中需要的液壓缸長度L為160mm即可。液壓缸的缸筒壁的厚度是液壓缸十分重要的一個參數(shù)，要對其進行承受壓力計算。當活塞桿受到壓力時還要進行壓桿穩(wěn)定性驗算。（5-8）—缸筒材料許用應力—缸筒的最高工作壓力；=（5-9）—安全系數(shù)，當≥10時一般取=5；當<10時，稱為厚壁筒?！淄膊牧峡估瓘姸韧ㄟ^查機械手冊可以得值為610Mpa。在本次設計中，經(jīng)過計算及我們的要求可以選用的夾緊液壓缸壁厚取為20。5.2確定機械手臂伸縮機構(gòu)尺寸此次設計中應用雙作用活塞缸作為機械手的伸縮機構(gòu)。通過我們的計算可以得到伸縮液壓缸活塞桿直徑101.5，內(nèi)徑145。按照GB/T2348-1993標準，取活塞桿直徑100，160。同上，根據(jù)相同的選擇原則原則，聯(lián)系我們所需的實際得到手臂伸縮液壓缸缸筒長度取2000，壁厚取36。5.3手臂俯仰機構(gòu)結(jié)構(gòu)的尺寸根據(jù)設計要求，手臂俯仰機構(gòu)決定采用雙作用活塞缸，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)和我們的計算可以得到要想滿足我們的設計要求需要活塞桿直徑70.7mm，液壓缸的內(nèi)徑為101mm。按照GB/T2348-1993標準，活塞桿直徑取值為70mm，液壓缸內(nèi)徑取值為100mm。同上可得，手臂俯仰液壓缸缸筒長度630，壁厚28。5.4腕部擺動機構(gòu)確定在此次設計中機械手腕部的擺動是通過擺動液壓缸實現(xiàn)的。根據(jù)以前得到的數(shù)據(jù)分析確定擺動液壓缸的型號。擺動液壓缸排量（5-10）液壓馬達的進出口壓差（）,已知為8MPaT—液壓馬達載荷轉(zhuǎn)矩（）；/r根據(jù)分析得到需要YMD30葉片擺動液壓缸。5.5強度校核當活塞桿只受軸向拉力和推力時，可以近似地用直桿承受拉壓負載的簡單強度計算公式進行計算：（5-11）—活塞桿直徑（m）；—活塞桿作用力（N）；—活塞桿材料許用應力，查機械設計手冊得為600MPa。各液壓缸活塞桿強度校核:故<<，故液壓桿是滿足所需要的強度要求。5.6活塞桿的彎曲穩(wěn)定性校核當活塞桿受軸向壓力時，可能會不穩(wěn)定，發(fā)生彎曲。設出現(xiàn)這種情況的的臨界值為F，根據(jù)經(jīng)驗，當活塞桿的長度大于直徑的十倍時才需要進行活塞缸縱向穩(wěn)定性計算。故根據(jù)以前所得數(shù)據(jù)，只需要對手臂伸縮液壓缸的活塞桿進行縱向穩(wěn)定性計算。（5-12）——安全系數(shù)，一般為3.5～6；——液壓缸安裝及導向系數(shù)，見機械設計手冊20-6-17?！簤焊壮惺艿妮S向壓力（）；——活塞桿彎曲失穩(wěn)的臨界壓力（），L——液壓缸支承長度（）；——活塞桿橫截面慣性矩（），可由下式計算：——實際彈性模數(shù)，可由下式計算：——材料的彈性模數(shù)（），鋼材；——材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a；——活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取b；——活塞桿直徑（）。計算：4.9×是滿足設計要求的。5.7計算確定機身擺動機構(gòu) 根據(jù)設計要求機身的擺動采用葉片式擺動液壓缸，根據(jù)以前數(shù)據(jù)得到，擺動液壓缸排量/r選取YMD300型葉片擺動液壓缸。第六章設計液壓系統(tǒng)第6章設計液壓系統(tǒng)6.1確定液壓馬達液壓缸需流量6.1.1液壓缸工作所需流量（6-1）——活塞與缸體的相對速度（）——液壓缸有效作用面積（）；有桿活塞桿有效作用面積：（6-2）——活塞桿直徑（）無桿活塞桿有效作用面積：（6-3）式中:——油缸內(nèi)徑（）。經(jīng)計算各活塞的有效面積如下表6-1各活塞的有效面積有效面積液壓缸(mm2)(mm2)手臂俯仰油缸78504003.5手臂伸縮油缸2009612246手指夾緊油缸78504003.5經(jīng)計算各液壓缸流量如下表6-2各液壓缸流量工況執(zhí)行元件運動速度m/s結(jié)構(gòu)參數(shù)()流量(L/s)計算公式手指夾緊夾緊缸0.035=0.00790.28手指松開0.070=0.0040手臂前伸伸縮缸0.042=0.02010.85手臂縮回0.070=0.0122手臂上升俯仰缸0.035=0.00790.28手臂下降0.07=0.00406.2液壓馬達工作時流量查表得YMD300擺角270°，流量為470；YMD30擺角90°，流量為300。6.3液壓馬達和液壓缸的主要零件技術(shù)要求和材料結(jié)構(gòu)6.3.1缸體液壓缸缸體的常用材料有20、35、45號無縫鋼管。20號鋼由于力學性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，故應用較少。35鋼焊接性能好，所以當液壓缸各部分需要較多焊接時通常采用35鋼，初加工后調(diào)質(zhì)。通常情況下，采用的都是45鋼。并且對其調(diào)質(zhì)到241～285HB。缸體毛坯也可采用鑄鐵件、鑄鋼、鍛鋼。在特殊要求下還可以采用鋁合金等材料。在本次設計中我們所選擇的缸體的材料是45鋼，并對其進行調(diào)制處理至241～285HB。缸體內(nèi)徑采用H8配合?；钊芊夥绞讲捎玫氖窍鹉z密封圈密封。橡膠密封圈方式的密封可靠性好，簡單阻力小，但是它也要求液壓缸的內(nèi)壁光滑，本此設計的粗糙度取為Ra為1.6。液壓缸的內(nèi)徑的圓柱度公差選取8級精度，圓度公差選擇8級精度。液壓缸的缸體端面的垂直度公差選取7級精度。對于機械手臂由于缸體有耳環(huán)存在，使缸體內(nèi)徑軸線對孔徑的中心線的垂直度公差選擇為9級精度。在缸體內(nèi)徑需要鍍層30～40的鉻層，以防止腐蝕提高壽命。再度層后要進行拋光，以達到前面所述的粗糙度要求。本次設計中液壓缸的安裝方式均采用法蘭連接缸底支撐。6.3.2活塞液壓缸的活塞應用的材料一般為鋼、鋁合金、灰鑄鐵、耐磨鑄鐵等耐磨材料?；钊着c活塞用螺紋連接，活塞的材料選用HT350。外徑的圓柱度公差值為0.01mm精度。端面對內(nèi)孔軸線的垂直度公差也按7級精度選取?；钊鈴綄?nèi)孔的徑向跳動精度為0.025mm。6.3.3缸蓋的要求液壓缸缸蓋的材料可以選用ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵、35、45號鍛鋼等材料。當活塞桿的導向套就是由本身缸蓋來充當時，最好選用鑄鐵作為制作缸蓋的材料。且需要在套的表面鍍一層青銅等耐磨材料。如果，活塞桿的導向套是壓入缸蓋時，我們選擇的導向套材料是耐磨鑄鐵、青銅等耐磨材料。在本次的設計中屬于缸蓋本身又是活塞桿的導向套的這種情況，缸蓋材料本次選用Q235。并且在導向套的表面上熔堆黃銅、青銅或其它耐磨材料?；钊麠U緩沖孔和缸蓋軸線的同軸度公差選擇為0.03mm，圓柱度公差選取為9級精度。缸徑軸線與端面的垂直度公差選擇按7級精度，導向孔的表面粗糙度選擇為1.6μm。6.3.4活塞桿活塞桿選用外螺紋結(jié)構(gòu)、實心桿，材料選用45號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229～285HB，必要時再經(jīng)高頻淬火，硬度可達HRC45～55?；钊麠U各外徑的圓度公差按9級精度選取，d的圓柱度公差按8級精度選取，活塞桿兩端的徑向跳動公差為0.01mm，活塞桿端的垂直度公差按7級精度選取，活塞桿上的螺紋按6級精度加工，活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra=0.63μm，必要時鍍厚度為0.05mm的鉻，然后拋光。6.3.5液壓缸的緩沖裝置液壓缸的活塞及活塞桿，在液壓力的驅(qū)動下具有很大的動量。它在行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊。為了防止帶來的沖擊對油缸的影響，設計時會考慮到油缸到缸底時活塞與缸筒底的碰撞問題，所以會考慮油缸行程，大都會讓行程有富余，快到行程終端時外部都有機械限位，防止油缸內(nèi)部碰撞，任何時候都不會用到油缸的全行程。若在行程方面無法得到解決的話，就必須在油缸的設計時采用緩沖裝置，來避免油缸較強的機械碰撞。在緩沖裝置的作用下，在行程終端時能實現(xiàn)速度遞減，直至為零。避免機械碰撞，從而達到對油缸的保護作用。本設計中采用的緩沖裝置是可變節(jié)流槽式的緩沖裝置。這種緩沖裝置是在緩沖柱塞上開由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減少，緩沖壓力變化平緩。6.3.6液壓缸排氣裝置液壓缸工作時一定要首先排除空氣，如果空氣未排出，最明顯的會引起缸的低速爬行，進而帶來一些列的問題和事故。液壓缸有桿腔和無桿腔存有氣體而產(chǎn)生的低速爬行，可通過反復運行液壓缸排氣來解決，必要時在管路或液壓缸的兩腔設置排氣裝置，在液壓系統(tǒng)工作時進行排氣。目前采用的較為可靠的排氣方法是，設置排氣閥，雙作用液壓缸需要設置兩個排氣塞。由于液壓缸是液壓系統(tǒng)的最后執(zhí)行元件，會直接反映出殘留空氣的危害，所以首先防止氣體進入液壓缸內(nèi)，其次要設置排氣閥。不同設計中，要將油口排在最高處，這樣空氣就會溢出。6.4制定基本方案只有完整合理的設計方案才能完成我們的設計任務。我們首先根據(jù)經(jīng)驗設計出各個基本的液壓回路，再有機的將他們結(jié)合起來，組成完整的液壓系統(tǒng)。6.4.1基本回路的選擇1）動力源回路：動力源回路即壓力源回路，它的作用是提供液壓系統(tǒng)工作所需要的液體流量和壓力。動力源回路主要由單向閥、液壓泵、電動機、油箱、油箱附件、電動機（發(fā)動機）、安全閥、過濾器等組成。在本次設計中通過分析決定采用高低壓雙聯(lián)泵液壓源回路。2）速度控制回路：速度控制回路是液壓原理圖的核心，速度控制方案決定了其他回路的選擇方案。本次設計中出于現(xiàn)實和成本控制的考量決定采用節(jié)流閥實現(xiàn)速度的控制。這樣可以用一個泵就能實現(xiàn)調(diào)速，由于在本次設計中轉(zhuǎn)向是通過換向閥實現(xiàn)，所以節(jié)流閥要安裝在轉(zhuǎn)向閥的下部，以實現(xiàn)在液壓缸來回雙向節(jié)流閥都能實現(xiàn)它的作用。3）方向控制回路：方向控制回路能夠?qū)崿F(xiàn)回路的開閉、方向的轉(zhuǎn)換等動作。方向控制方法很多，包括換向閥實現(xiàn)，采用雙向液壓馬達實現(xiàn)，用雙向定量泵和雙向變量泵實現(xiàn)流量和方向的改變等等。4）壓力控制回路：壓力控制回路是以控制系統(tǒng)及各支路壓力，使之完成特定功能的回路。壓力控制回路的種類很多，減壓回路適用于某支路需要穩(wěn)定的低于動力油源的壓力時；多級壓力控制回路適用于載荷變化較大時；卸載回路適用于一個工作循環(huán)的某一段時間內(nèi)各支路均不需要新提供的液壓能時；緩沖或制動回路適用于平衡回路中有慣性力較大的運動部件容易產(chǎn)生沖擊的系統(tǒng)時。在這次設計中經(jīng)過分析可得，應采用調(diào)壓、限壓回路與油源回路合并考慮的回路。6.5選擇液壓元件6.5.1選擇液壓泵液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟，它是為液壓系統(tǒng)提供動力的原件。它把機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，以提供液壓能，即流量和壓力。液壓泵性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的可靠性和工作特性，地位非常重要。液壓泵按照不同的分類方式區(qū)分為不同的種類：按進出油口的方向是否可變分為單向泵和雙向泵；按運動構(gòu)件的形狀和運動方式分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵;按排量能否改變分為定量泵和變量泵。選用液壓泵的原則和根據(jù)有：1）噪音指標屬于低噪音的液壓泵有嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺桿泵，后兩種泵理論上瞬時流量是均勻的。2）工作壓力各種液壓泵目前壓力都有提高，其中柱塞泵壓力最高。3）效率其中軸向柱塞泵的效率最高。由于在額定情況下效率狀態(tài)達到最佳，因此盡量在額定功率附近讓其工作。4）是否要求變量根據(jù)具體情況選擇5）工作環(huán)境齒輪泵對環(huán)境的適應能力較強。當前，葉片泵和齒輪泵，多采用的是定量泵。在本次設計中采用PV2R雙聯(lián)葉片泵。已知系統(tǒng)壓力為8MPa，選取PV2R12，查機械設計手冊表20-5-33選取其前泵排量V1為33mL/r，后泵排量V2為12mL/r，其允許最高轉(zhuǎn)速1800r/min，最低轉(zhuǎn)速750r/min。該泵使用普通液壓油時前泵的最高使用壓力為14MPa，后泵為16MPa，滿足系統(tǒng)要求的8MPa。前泵的流量：（6-4）——泵的排量（）；——泵的額定轉(zhuǎn)速（）。后泵的流量：（6-5）——泵的排量（）；——泵的額定轉(zhuǎn)速（）。6.5.2液壓泵所需電機功率的確定（6-6）——油泵所需要的電動機功率；——油泵的最大工作壓力（）；——油泵最大流量（）；——油泵總效率，一般葉片泵0.75～0.85；齒輪泵0.6～0.8；柱塞泵0.75～0.9。前泵所需電機功率：后泵所需電機功率：6.5.3液壓閥的選擇液壓閥通常與電磁配壓閥組合使用，可用于遠距離控制水電站油、氣、水管路系統(tǒng)的通斷。常用于夾緊、控制、潤滑等油路。有直動型與先導型之分，多用先導型。液壓閥的要求：1）動作靈活，作用可靠，工作時沖擊和振動小。2）油流過時壓力損失小。3）密封性能好。4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)試、使用、維護方便，通用性大。它在液壓傳動中是用來控制液體壓力﹑流量和方向的元件。其中控制壓力的稱為壓力控制閥，控制流量的稱為流量控制閥，控制油路通斷和流向的稱為方向控制閥。通過對本次設計任務的分析，按照額定流量和定壓力大于通過該閥的最大流量和系統(tǒng)最高工作壓力的原則選擇液壓閥。選擇換向回路的核心是選擇換向閥的形式，從而實現(xiàn)對于換向平穩(wěn)性和換向精度的要求。在一般情況下，在換向性能要求高時，應選用液動換向閥或機動換向閥；在對于換向性能無特別要求時，應選用電磁閥。根據(jù)本次設計任務書的要求和本設計液壓系統(tǒng)的要求，夾緊缸換向選用兩位兩通電磁閥，其它缸全部選用三位四通電磁換向閥。為了防止俯仰缸由于自重自由下滑和伸縮缸在仰起一定角度后自由下滑，在本次設計中通過單向順序閥平橫。為確保夾緊缸夾持工件的可靠性，采用液控單向閥保壓和鎖緊。手臂升降缸選取的是立式液壓缸，為了支承平衡手臂運動部件自重，本次設計中運用了單向順序閥平衡回路。6.5.4液壓輔助元件的擇原則（一）蓄能器1、作用蓄能器的作用是存儲壓力能，達到節(jié)約能量、減少投資的目的，也可以起吸收壓力脈動及減小液壓沖擊。分類包括：氣瓶式蓄能器、活塞式蓄能器、氣囊式蓄能器。應用：折合型氣囊容量較大，可用來儲存能量；波紋型氣囊適用于吸收沖擊。2、使用與安裝蓄能器作為吸收液壓沖擊或壓力脈動時，宜放在沖擊源附近或脈動源旁；補油保壓時宜放在盡可能接近有關(guān)的執(zhí)行元件處。安裝時注意：氣瓶式蓄能器要垂直安裝，氣體在上部，油液在下部，避免氣體隨液體一起排出；裝在管路上的蓄能器必須用支架固定；蓄能器與管路系統(tǒng)之間應安裝截止閥，供充氣、檢修時使用。蓄能器與液壓泵之間應安裝單向閥，以防止液壓泵停車時蓄能器內(nèi)的壓力油倒流。（二）濾油器1、作用及性能參數(shù)1）作用：不斷凈化油液，使其污染程度控制在允許范圍內(nèi)。其原理是采用帶有一定尺寸濾孔的濾芯來過濾污染物。2）性能參數(shù)：主要有過濾精度、壓降特性。3）過濾精度：表示濾油器對各種不同尺寸的污染顆粒的濾除能力，常用絕對過濾精度、過濾比、過濾效率來評定。4）絕對過濾精度：通過濾芯的最大堅硬球狀顆粒的尺寸，它反應了濾芯的最大通孔尺寸，用m表示。5）壓降特性：油液通過濾油器濾芯和濾油器進、出口時產(chǎn)生的壓力損失。2、類型及典型結(jié)構(gòu)濾油器分為機械式和磁式兩類，機械式又分為網(wǎng)式、線隙式、紙芯式和燒結(jié)式等。1）網(wǎng)式濾油器過濾精度為80～400m，壓力損失為（2～4）×103Pa，結(jié)構(gòu)簡單，通流能力大，清洗方便，但過濾精度低。主要用于泵吸油口。2）線隙式濾油器過濾精度通常為100～200m，精密的可達20m，壓力損失約為0.3～0.6M3）紙芯式濾油器過濾精度為5～30m，壓降為（1～4）×104Pa，過濾精度高，但紙芯強度低，且堵塞后不能清洗，必須更換紙芯。液壓系統(tǒng)廣泛使用這種濾油器。4）燒結(jié)式濾油器濾芯由粉末冶金燒結(jié)而成。過濾精度一般為10～100m，壓降為（0.9～2）×105Pa，過濾精度高，但堵塞后不易清洗。適用于精過濾。3、選擇和使用主要考慮三個問題：1）濾孔尺寸：選擇合適的過濾精度。2）通流能力：要有足夠的通流面積。3）耐壓：考慮濾芯及殼有足夠的強度。濾油器在系統(tǒng)中有幾種安裝方式1)安裝在液壓泵吸油路上。2)安裝在液壓泵壓油路上。3)安裝在系統(tǒng)的回油路上。4）安裝在系統(tǒng)的支油路上。5）獨立的過濾系統(tǒng)。4.管道尺寸的確定1.管道內(nèi)徑計算：（6-7）——通過管道內(nèi)的流量（）；——管內(nèi)允許流速（）見表。根據(jù)所得的內(nèi)徑尺寸，按下表標準系列選取相應的管子。表6-3軟管內(nèi)徑尺寸系列2.53.256.381012.5161920（22）2531.538405051表6-4硬管外徑系列45681012（14）16（18）20（22）25（28）32（34）38*40（42）505.管道壁厚計算：（6-8）——管道內(nèi)最高工作壓力（）；——管道內(nèi)徑（）；——管道材料的需用應力（），；——管道材料的抗拉強度（）；n——安全系數(shù)，對鋼管來說，p<7MPa時，取n=8；p<17.5MPa時，取n=6；p>17.5MPa時，取n=4。管頭連接螺紋根據(jù)油管外徑選取。液壓缸進出油口直徑的確定缸的進出油口直徑可用下式求得：（6-9）q——液壓缸配管內(nèi)的流量；v——液壓缸配管內(nèi)液體的平均流量（一般取v=4～5m/s計算得出的數(shù)值并按液壓的相關(guān)標準進行選取，如表所示：表6-5各液壓缸進出油口直徑進出油口直徑液壓缸（mm）俯仰擺動直線油缸M272手臂伸宿液壓缸M332手指夾緊液壓缸M2726.5.5油箱容量的確定在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢油，要保證即使在系統(tǒng)油量達到最大時也使油箱的油位保持在最低要求油位之上。油箱容量經(jīng)驗公式：（6-10）——液壓泵每分鐘排除壓力油的容積（）；——經(jīng)驗系數(shù)，見下表。表6-6經(jīng)驗系數(shù)a系統(tǒng)類型行走機械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)a1～22～45～76～1210計算可得油箱容量：選用規(guī)格為250L的油箱。6.5.6液壓原理圖本次設計中通過電控系統(tǒng)發(fā)信號控制電液動換向閥或電磁換向閥進而控制各個執(zhí)行機構(gòu)的動作，各動作依次按照程序進行。液壓系統(tǒng)工作順序是由控制各個液壓缸換向閥電磁鐵的得失電完成的。執(zhí)行機構(gòu)緩沖和定位是機械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。為了提高生產(chǎn)率，機械手運動的越快越好，但是運動的太快則會影響控制的精度，運動速度越高，啟動和停止時慣性力矩就越大，這不僅會影響到機械手的定位精度，嚴重時還會損傷機件。為達到機械手對于運動平穩(wěn)性和定位精度的要求，要在定位前采取緩沖措施。通過壓力傳感器來控制機械手手指夾緊力度，要保證工件不被抓傷也不會在搬運過程中掉落；手臂俯仰通過行程開關(guān)適時發(fā)信號，提前切斷油路滑行緩沖并定位；手腕回轉(zhuǎn)、手臂回轉(zhuǎn)通過擋鐵定位保證精度，在端點到達之前發(fā)信號以切斷油路。機械