澆注機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)士學(xué)位論文

摘要機(jī)械工業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和人民生活耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平已成為衡量一個國家發(fā)展水平的重要標(biāo)志。因此，世界各個國家都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)。隨著工業(yè)革命的不斷變革，在各個工業(yè)領(lǐng)域中機(jī)械手的地位變得越來越重。本篇文章主要記述了機(jī)械手的設(shè)計計算過程。首先，本文介紹了機(jī)械手的發(fā)展和機(jī)械手的用途，組成，分類等，說明自由度和機(jī)械手整體座標(biāo)的樣式。同時，文章給出了這臺機(jī)械手主要的性能規(guī)格參量。文章中介紹了機(jī)械手的設(shè)計原理與設(shè)計方法。全面詳盡的討論了機(jī)械手各主要組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞:機(jī)械手;液壓傳動;液壓缸；AbstractMachineryindustryistoprovideequipmentforthenationaleconomyandpeople'slifeanddurableconsumergoodsindustry.Withthedevelopmentofworldeconomy,scaleandtechnicallevelofmachineryindustryhasbecomeameasureofanimportantsymbolofanation'sdevelopment.Therefore,theworldallcountriestodevelopmachineryindustryasastrategicprioritytodevelopnationaleconomy.Withtheconstantchangeoftheindustrialrevolution,invariousindustrialfieldsinthepositionofthemanipulatorisbecomingmoreandmoreheavy.Thisarticlemainlydescribesthedesignandcalculationprocessofthemanipulator.First,thispaperintroducesthedevelopmentanduseofthemanipulatorofthemanipulator,composition,classificationandsoon,thedegreesoffreedomandthestyleofthemanipulatoroverallcoordinates.Atthesametime,thearticlegivesthemainperformancespecificationsofthemanipulatorparameters.Thearticleintroducesthedesignofthemanipulatorprincipleanddesignmethod.Comprehensiveanddetaileddiscussedthestructuredesignofthemaincomponentofmanipulator.Keywords:Manipulator;Hydraulicpowertransmission;Hydrauliccylin-de.目錄第一章引言 1第二章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 ：缸筒外徑；D：缸筒內(nèi)經(jīng)；故可得：QUOTE則可得：。為了使缸筒在工作時不使其發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力QUOTE值應(yīng)該和塑性變形壓力有一定的比例范圍：(2-6)(2-7)：缸筒發(fā)生塑性變形的壓力；而，則??；所以：本液壓缸最大工作壓力為1.6Mpa，故設(shè)計選擇的壁厚符合要求。缸筒的底部厚度計算（因?yàn)楦淄驳撞繛槠矫妫运暮穸瓤梢园凑账闹芮蹲A盤的強(qiáng)度公式進(jìn)行近似計算得）：(取QUOTE)故QUOTE。缸筒端部法蘭厚度的計算：(2-8)選用M6的沉頭螺釘；初選，；則為了防止油液的泄漏，兩端內(nèi)需裝入O型密封圈，所以端蓋向內(nèi)凹處厚度選為7mm；即整個端蓋厚度14mm。2.2.4液壓缸活塞桿的確定及校核對于雙作用單活塞桿的液壓缸，其活塞桿直徑d，可依據(jù)往復(fù)運(yùn)動速度比QUOTE的要求初步按下式計算活塞桿直徑d：(2-9)：缸筒內(nèi)徑；：速度比；由機(jī)械設(shè)計手冊查得：；由機(jī)械設(shè)計手冊查得：；大體估計整個液壓缸加上油液的重量約為25N?；钊麠U強(qiáng)度的計算： (2-10)（活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力）；而（活塞桿選用45號鋼）；故可知，所以滿足工作時的強(qiáng)度要求。2.2.5活塞的最大行程活塞桿一般為細(xì)長桿，當(dāng)時，由歐拉公式推導(dǎo)得：（2-11）：活塞桿彎曲失衡臨界壓縮力；：活塞桿縱向壓縮力；：安全系數(shù)，通常；：材料的彈性模數(shù)，材鋼；：活塞桿橫截面慣性矩；取N；則：由機(jī)械設(shè)計手冊得取取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)行程。2.2.6缸蓋螺釘?shù)挠嬎愀咨w用受軸向載荷的螺釘組聯(lián)接，工作載荷（N）：(Z取6)（2-12）則。；；：剩余預(yù)緊力；螺釘強(qiáng)度條件：即；：料的許用應(yīng)力；因Mpa；為安全系數(shù)，則取3；則選用標(biāo)準(zhǔn)六角螺栓6M。2.2.7液壓缸其它元件的確定缸蓋的材料：因?yàn)楦咨w的另一用途是活塞桿的導(dǎo)向套，所以缸蓋選用鑄鐵，擬定HT200。活塞的材料：無導(dǎo)向環(huán)的活塞可用耐磨鑄鐵，灰鑄鐵（HT300,HT350），球墨鑄鐵；故初步擬定為HT300密封圈的選擇：選用O形橡膠密封圈，選取橫截面為圓形，標(biāo)準(zhǔn)直徑，型號為。油口接頭的確定：因?yàn)橛涂诳状蠖鄶?shù)是屬于薄壁孔（其指的是孔的長度與直徑之比的通孔）。通過薄壁孔的流量按下面公式計算：(2-13)式中：為流量系數(shù)，接頭處大孔與小孔之比大于7時，，小于7時，；：油孔的截面積；：液壓油的密度；：油孔前腔壓力；：油孔后腔壓力；：油孔前后腔壓力差；推導(dǎo)可得式子：(2-14)：液體的流量；：按推薦值選定，一般；取標(biāo)準(zhǔn)值。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章上升缸設(shè)計第三章上升缸設(shè)計圖3.1上升缸結(jié)構(gòu)圖3.1上升缸活塞桿受力分析圖3.2上升缸活塞桿受力圖一個人的因：；；；；得出：。選標(biāo)準(zhǔn)值,選活塞桿直徑。因：（）選取標(biāo)準(zhǔn)值：選取標(biāo)準(zhǔn)值：所選液壓缸的壁厚為：3.1.1缸筒壁厚驗(yàn)算額定壓力：(3-2)則知符合。為了缸筒在工作時不發(fā)生塑性變形,液壓缸的額定壓力值應(yīng)該和塑性QUOTE變形壓力有一定的比例范圍：：缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力則：選取，本液壓缸最大工作壓力為2.5Mpa.故設(shè)計選擇的壁厚可滿足要求。缸筒底部厚度計算：取。3.1.2缸筒端部法蘭厚度計算(3-3)選用M6沉頭螺釘初定。選定螺栓為M6,所以初選,。為了防止油液的泄露兩端蓋內(nèi)需要裝入O型密封圈，所以蓋內(nèi)凹處厚度選用為8mm，即整個端厚度為16mm。3.1.3液壓缸其它元件的確定缸蓋的材料：缸蓋本身因?yàn)橛质腔钊麠U的導(dǎo)向套，所以缸蓋選用的材料為鑄鐵擬定HT200。活塞的材料：無導(dǎo)向環(huán)的活塞可用耐磨鑄鐵，灰鑄鐵（HT300，HT350），球墨鑄鐵，初步擬定為HT300。密封圈的選擇：密封件大多采用O型密封圈，參考機(jī)械手冊可知，O型密封圈的標(biāo)準(zhǔn)值，即截面直徑，故端蓋厚度符合要求。管接頭的確定，由公式得：(3-4)：液體流量，L/min；v按推薦制選定，一般。求得，取標(biāo)準(zhǔn)值。3.1.4液壓缸行程確定由公式：（3-5），選用,可選行程為250mm，所以整個液壓缸的長度為。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第四章底座的設(shè)計第四章底座的設(shè)計4.1底座材料及尺寸的選定初步擬定底座上底版和臂座以及連接板均采用200HT，底板邊長為640mm，高為438mm的方鑄鐵，臂座采用邊長為600mm，高為70mm的方鑄鐵，連接板邊長為400mm，高為25mm的圓鑄鐵，立柱為80mm直徑，高為460mm的圓鑄鐵，回轉(zhuǎn)缸固定在連接板和底板中間，采用螺栓連接。估算底座重量約為650N。4.2底板螺栓的確定受扭轉(zhuǎn)力矩以及翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接，初步擬定底板用8個螺栓，螺栓中心距翻轉(zhuǎn)軸距離270mm。公式：（4-1）其中：：防滑系數(shù)，；T：扭轉(zhuǎn)力（N/m）；f：摩檫系數(shù)，；r1,r2,r3……：螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離；4.2.1受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接公式：（4-2）其中：：螺栓所受的最大工作載荷（N）；：對稱軸線左側(cè)各螺栓軸線到對稱軸線的距離（mm）；：中最大值（mm）；M：各運(yùn)動工件的偏重力矩；求得：4.2.2缸蓋螺釘?shù)挠嬎愎剑海?-3）其中：Q：工作載荷(N),；P：缸蓋所受的負(fù)載液壓力(N)；Z：螺釘數(shù)目；D：螺釘中心所在圓的直徑(mm)；P：油缸內(nèi)油液的工作壓力(Mpa)；：剩余鎖緊力對于要求緊密的連接,,，??；公式：(4-4)：材料的許用應(yīng)力，，n：安全系數(shù)，，；；，；；取標(biāo)準(zhǔn)開槽沉頭螺釘M16QUOTE100。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章計算和選擇液壓元件第五章計算和選擇液壓元件5.1閥的種類和功用5.1.1壓力控制閥其作用主要是控制系統(tǒng)中油液的壓力大小，用來達(dá)到機(jī)械手運(yùn)動時所需要的輸出力（或力矩）。這種類型閥主要包括溢流閥、液壓閥、安全閥和壓力繼電器等。溢流閥其主要功用是維持液壓系統(tǒng)中的壓力趨于穩(wěn)定，也可以作安全閥使用，以防止液壓系統(tǒng)壓力超負(fù)荷，還可以作卸荷閥用，以減少液壓系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱量。減壓閥其主要功用是使閥的出口壓力低于進(jìn)口壓力，并使液壓系統(tǒng)某一部分的壓力低于油泵的穩(wěn)定壓力。5.1.2流量（速度）控制閥（流量閥）它的作用主要是控制液壓系統(tǒng)中油液流量的大小，用來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的運(yùn)動速度，如節(jié)流閥、調(diào)速閥。節(jié)流閥亦稱簡式節(jié)流閥，其主要功用是以節(jié)流的形式改變所通過的流量大小，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到不同的運(yùn)動速度。它也可作背壓閥和截止閥使用。調(diào)速閥亦稱復(fù)式節(jié)流閥，它是由減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成，用以保證節(jié)流閥進(jìn)出口壓力差趨于穩(wěn)定，從而調(diào)節(jié)流量時不受外界負(fù)荷的變化影響。5.1.3方向控制閥其主要功能是控制液壓系統(tǒng)中的油液流動方向，用來達(dá)到機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的運(yùn)動方向，如電磁換向閥等。電磁換向閥是利用其電磁鐵線圈通電后通過電磁鐵帶動閥芯完成換向工作的。按電源的不同。它又分為交流和直流兩類；而按閥芯位置數(shù)和油路數(shù)又可分為二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通和三位五通等。閥類的選擇原則，是根據(jù)通過閥門的流量，工作壓力及要求的通路等因素結(jié)合產(chǎn)品的規(guī)格型號進(jìn)行選取。5.2擬定液壓系統(tǒng)5.2.1換向回路所有換向閥選用O型三位四通換向閥。選人控閥便于人工控制，選中位為O型定位準(zhǔn)確。5.2.2調(diào)速方案該系統(tǒng)功率較小，所以選簡單的進(jìn)油路節(jié)流閥調(diào)速，同理可見選用單泵供油，力求獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。5.2.3系統(tǒng)的安全性為防止俯仰缸因?yàn)樽灾貙?dǎo)致自由下滑，在仰起一定角度后自由下滑，所以都采用液控單向閥來控制其平衡。為樂保證夾緊缸工作的可靠性所以選用液控單向閥保壓和鎖緊。5.2.4合成并完善液壓系統(tǒng)壓力繼電器在夾緊工件后發(fā)出訊號，讓微機(jī)控制其它缸開始運(yùn)動。二位二通電磁換向閥用于系統(tǒng)卸荷。5.3油泵的選擇5.3.1確定油泵的工作壓力公式：（5-1）P：油缸的最大工作油壓（Mpa）；：管道和各閥的全部壓力損失之和，。因，估算。取。5.3.2計算液壓泵的流量油泵的流量應(yīng)該根據(jù)各系統(tǒng)回路，按設(shè)計其要求在工作時實(shí)際所需的最大流量，并考慮系統(tǒng)的總泄露量來確定，即：：是在系統(tǒng)中同時工作的所有并聯(lián)油缸，按最大的速度運(yùn)動時需要的總量()。K:考慮系統(tǒng)油液泄露的系數(shù)，一般取K=1.10QUOTE1.25。所選油泵的額定流量，應(yīng)該大于上述計算的數(shù)值，但也不宜過大，避免浪費(fèi)動力和引起油溫的突然升高。根據(jù)手冊選標(biāo)準(zhǔn)的定量單片葉泵YB，,，。5.3.3確定油泵所需要的電動機(jī)功率公式：（5-2）N：油泵所需要的電動機(jī)功率；：所需油泵的工作壓力（Mpa）：油泵的額定流量（）；：油泵的總效率，一般葉片泵??；選電動機(jī)Y801-4,,。5.4液壓系統(tǒng)中的輔助裝置1油箱的主要功用是存儲液壓油使供給液壓系統(tǒng)的工作液壓油不會出現(xiàn)缺失，同時達(dá)到散發(fā)熱量(在工作環(huán)境溫度較低時可以保持液壓油中的熱量)、沉淀液壓油中雜質(zhì)和溢出混在液壓油中的氣體等作用，因此其容積不宜太小。最小容積應(yīng)能貯存整個液壓系統(tǒng)都充滿油液還稍有富余。目前液壓驅(qū)動機(jī)械手的油壓一般多為中壓（）范圍內(nèi)，油管容積一般是油泵每分鐘流量的倍以上。5.4.1油箱容積的確定從油箱的散熱和沉淀雜質(zhì)等方面考慮，油箱的體積越大就越好，但也因油箱的體積過大導(dǎo)致占空間，難移動，操作不方便等。油箱的有效容積是指油位高度大約是槽體積高度的80%。因此，油箱的有效容積應(yīng)根據(jù)加熱的原理的液壓系統(tǒng)設(shè)計計算和熱平衡。一般條件下，油箱的有效容積可以根據(jù)油泵的額定流量計算公式：；v：油箱的有效容積,(QUOTE)；QUOTE：與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)字；低壓系統(tǒng)中，中壓系統(tǒng)中，高壓系統(tǒng)中，取。：液壓泵的額定流量，（）；擬定長、寬、高分別為640mm,500mm,438mm,底座高為38mm。5.4.2油箱的結(jié)構(gòu)圖4.2油箱的結(jié)構(gòu)簡圖5.5液壓系統(tǒng)中的輔助裝置2油管：有紫銅管、塑料管、尼龍管和軟管等，應(yīng)根據(jù)油管的壓力，流量、裝置條件和工作部位等不同進(jìn)行選取。紫銅管彎曲較方便，容易裝配，承受壓力65QUOTE100公斤/厘米以下，對機(jī)械手來說一般還是夠用的，故采用較多。橡皮管多用于高壓和有相對運(yùn)動的部件上較為方便。尼龍和塑料管已逐漸廣泛采用。尼龍管可用于低壓或中壓系統(tǒng)中，而塑料管則可用于回油管系統(tǒng)中。管接頭：在管路中應(yīng)采用管接頭進(jìn)行連成管路時，必須注意緊湊、美觀、整齊等。在手部和腕部所用的油缸，如果在外部有很多較長的軟管輸油，就有可能會影響機(jī)械手的運(yùn)動，甚至損壞油管。因此，常將從液壓操作板來的油管在遠(yuǎn)離手部處集中輸入，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在油缸壁或活塞桿、導(dǎo)向桿等內(nèi)部鉆孔輸油，采用回轉(zhuǎn)接頭或伸縮油管將油液輸往手部或腕部動作的油缸內(nèi)。濾油器：它的主要作用是濾油，以保證油液的清潔，防止油泵和液壓系統(tǒng)中其它元件的擦傷，咬死或堵塞節(jié)流閥和管路小孔而影響機(jī)械手工作。網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)簡單，清洗方便，通用性好。但濾油強(qiáng)度強(qiáng)度較大，抗腐蝕性能較好，制造較簡單，過濾精度較高，可是一旦本身的顆粒有脫落，則會影響過濾精度。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文結(jié)論結(jié)論機(jī)械手主要優(yōu)點(diǎn)是：1.工作環(huán)境工作時間長，可重復(fù)的流程，維護(hù)生產(chǎn)線的正常工作。2.運(yùn)動精度，靈活，尤其是在計算機(jī)的控制下，可達(dá)到很高的精度。3.對環(huán)境的要求簡單，可用于粉塵，易燃，易爆糟糕的工作環(huán)境。4.工作效率高，提高勞動生產(chǎn)率的同時也降低了生產(chǎn)成本。5.良好的通用性，除了特定的目的，簡單的改變手部，就能完成噴涂，焊接的要求。本文所設(shè)計的機(jī)械手綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計，材料力學(xué)，金屬工藝學(xué)，熱處理，技術(shù)測量配合與公差，機(jī)械制圖，機(jī)械原理，理論力學(xué)等知識，主要是運(yùn)用在那些簡單，頻繁的操作中來代替人的勞動進(jìn)行工作。就本次設(shè)計而言，我在所掌握的資料的基礎(chǔ)上，增加了對液壓缸設(shè)計過程以及機(jī)械手手部和手腕結(jié)構(gòu)的分析和液壓控制系統(tǒng)的原理，這使我加深了對液壓系統(tǒng)和有關(guān)機(jī)械手知識的認(rèn)識和理解，鞏固了以前書本上的理論知識。最重要的是，在這次設(shè)計中，我學(xué)會了液壓設(shè)計的步驟以及分析和解決問題的方法。開闊了視野，增加了自己的知識面，同時也鍛煉了自己獨(dú)立思考和實(shí)際動手的能力。但是，在這次設(shè)計中也存在著一些不可避免的欠缺和不足。主要是因?yàn)槿鄙僭O(shè)計經(jīng)驗(yàn)，對許多的細(xì)節(jié)問題考慮不周，希望老師給予批評和指導(dǎo)，我會在以后的學(xué)習(xí)和設(shè)計工作中不斷的完善和糾正自己，努力的提高自己的專業(yè)素質(zhì)。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]董林福,趙艷春.液壓與氣壓傳動[M].沈陽：化學(xué)工業(yè)出版社,2006：15-36.[2]章宏甲,黃誼.液壓傳動[M].上海：機(jī)械工業(yè)出版社,2007：27-59.[3]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].沈陽：化學(xué)工業(yè)出版社,2008:12-31.[4]孫志禮,冷興聚,魏延剛等.機(jī)械設(shè)計[M].沈陽：東北大學(xué)出版社,2000：19-25.[5]王承義.機(jī)械手及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1981：13-78.[6]加藤一郎.機(jī)械手圖冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社,1979：27-42.[7]劉朝儒,彭福蔭,高政一.機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社,2002：25-30.[8]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社,2012:11-15.[9]張玉，劉平．幾何量公差與測量技術(shù)（第3版）[M]．沈陽：東北大學(xué)出版社，2006：17-97[10]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械零件[M].北京：高等教育出版社，1995:47-97[11]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2006：34-57[12]張桂芳，滑動軸承[M].北京高等教育出版社，1985:78-98[13]邱宣懷．機(jī)械設(shè)計．高等教育出版社．1995:47-97[14]吳宗澤，羅圣國．機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M]．高等教育出版社．1982：76-80[15]曹桄，高學(xué)滿．金屬切削機(jī)床掛圖[M]．上海交通大學(xué)出版社．1984：430-436沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文