自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 自動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械手的研究和開(kāi)發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)及生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)加工中的應(yīng)用。機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新型技術(shù)裝備，它能模仿人體上肢某些動(dòng)作，在生產(chǎn)中代替人搬運(yùn)物體或操持工具進(jìn)行動(dòng)作，已成為現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)自動(dòng)上下料的機(jī)械手，該系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，且易于控制，控制系統(tǒng)采用一般PLC所具有的位移寄存器和位移指令來(lái)編程。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手，液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)

2、 專心---專注---專業(yè) 目 錄 1緒論 1 2 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 2 2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 2 2.2 上下料機(jī)械手的工作原理 3 2.3 規(guī)格參數(shù)的選擇 3 2.4 設(shè)計(jì)路線與方案 4 2.4.1 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 4 2.4.2 設(shè)計(jì)步驟 4 2.4.3 研究方法和措施 4 3 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 5 3.1 手部計(jì)算與分析 5 3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求 5 3.1.2 手部的計(jì)算和分析 5 3.2 腕部計(jì)算與分析 12 3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求

3、12 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 13 3.2.3 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) 16 3.2.4 選鍵并校核強(qiáng)度 18 3.3 臂部計(jì)算與分析 18 3.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 18 3.3.2 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 3.4 機(jī)身計(jì)算與分析 28 4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 4.1 液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 29 4.2 液壓元件的選擇 29 4.2.1 液壓缸 29 4.2.2 液壓泵的選取要求及其具體選取 31 4.2.3 選擇液壓控制閥的原則 33 4.2.4 選擇液壓輔助元件的要求 33 5 液壓元件的保養(yǎng)與維修 37 5.1 液壓元件的安裝 37 5.2 液壓系統(tǒng)

4、的一般使用與維護(hù) 37 5.3 一般技術(shù)安全事項(xiàng) 37 6 結(jié) 論 39 參考文獻(xiàn) 40 致 謝 41 附 錄 42 1緒論 工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的。 世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在各行各業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手

5、的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。 上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均

6、集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。 機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。它是一種能自動(dòng)控制并可以從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 　 2 工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案 2.1 工業(yè)機(jī)械手的組成 　　工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 控制機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 位置檢測(cè)裝置 電量 工件

7、 圖2-1 工業(yè)機(jī)械手各部分關(guān)系圖 　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件所組成。 　?。?）手部：直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。 （2）腕部：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物體的方位。 （3）臂部：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定位置。 　　該設(shè)計(jì)的手臂有三個(gè)自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動(dòng)和左右擺動(dòng)）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)性容

8、易進(jìn)行優(yōu)化，便于提高機(jī)械手的動(dòng)態(tài)操作性能。 （4）行走機(jī)構(gòu)：有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式。 　　控制系統(tǒng)：有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種方式。 機(jī)身：它是整個(gè)工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。 機(jī)械手功能： （1）它能部分的代替人工操作； （2）它能按照生產(chǎn)工藝的要求遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸； （3）它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。 2.2 上下料機(jī)械手的工作原理 上下料機(jī)械手是一種專用的工業(yè)機(jī)械手，其執(zhí)行程序一般是固化好的，或只能進(jìn)行簡(jiǎn)單編程，所以機(jī)械手的動(dòng)作是固定的，一種機(jī)械手只能供送一種或有限的幾種物品，程序控制系統(tǒng)相

9、對(duì)比較簡(jiǎn)單。 供送料機(jī)械手可看做是一種無(wú)料槽、滑道的供送料機(jī)構(gòu)，它在一個(gè)位置（料槽）抓取物品（工件），然后將其搬運(yùn)到另一個(gè)位置。其基本動(dòng)作是：上料時(shí)，先由料槽中取出工件，帶著工件到指定工位，將其放在工位上，返回；卸料時(shí)則從工位上取下工件，帶走，放到料箱中。上料時(shí)一般有位置及方位要求，而卸料時(shí)一般無(wú)嚴(yán)格要求，所以上料是關(guān)鍵。 要完成上述動(dòng)作，上下料機(jī)械手的手爪必須到達(dá)兩點(diǎn)（取料點(diǎn)—料槽；放料點(diǎn)—加工工位），這可通過(guò)機(jī)械手的手臂來(lái)實(shí)現(xiàn)。手爪必須做兩個(gè)動(dòng)作（抓取料和放下料），這可通過(guò)機(jī)械手的手爪閉合、張開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。方位要求一般通過(guò)機(jī)械手的手腕來(lái)滿足供送料要求的運(yùn)動(dòng)，軌跡應(yīng)該是：直線下降—直線升起—

10、平面圓弧擺動(dòng)—直線下降。 2.3 規(guī)格參數(shù)的選擇 工業(yè)機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)是說(shuō)明機(jī)械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個(gè)方面： 　?。?）抓重（又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤，本次設(shè)計(jì)要求抓重為25kg。 　　（2）自由度數(shù)目：本次設(shè)計(jì)整機(jī)四個(gè)自由度，手臂三個(gè)自由度，手腕兩個(gè)自由度。 　?。?）定位方式：有固定機(jī)械擋塊，可調(diào)機(jī)械擋塊，行程開(kāi)關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測(cè)裝置，本次設(shè)計(jì)選固定機(jī)械擋塊定位。 　?。?）驅(qū)動(dòng)方式：有氣動(dòng)，液動(dòng)，電動(dòng)和機(jī)械式四種形式，本次設(shè)計(jì)選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 　?。?）手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：臂部上仰60度、下俯30度、回轉(zhuǎn)220度。 　　（

11、6）手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：腕部回轉(zhuǎn)順逆各180度。 　?。?）手指夾持范圍和握力：工件直徑d<100mm。 　　（8）定位精度：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度。 　?。?）輪廓尺寸：長(zhǎng)×寬×高（毫米）為445.75×223.15×459.5mm。 2.4 設(shè)計(jì)路線與方案 2.4.1 機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案 本課題是自動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，以及液壓系統(tǒng)方面的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。在本章中對(duì)機(jī)械手的坐標(biāo)形式、自由度、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了確定。因此機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。 2.4.2 設(shè)計(jì)步驟 （1）查閱相關(guān)資料； 　　（2）確定研究技術(shù)路線與方

12、案構(gòu)思； 　?。?）結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析； 　 （4）根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算； 　?。?）按所給規(guī)格，范圍，性能進(jìn)行分析，強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)校核； 　?。?）繪制工作裝配圖草圖； 　?。?）繪制總圖及零件圖等； 　　（8）總結(jié)問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。 2.4.3 研究方法和措施 使用現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)方法和液壓傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個(gè)自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)和上下左右擺動(dòng)）。 液壓驅(qū)動(dòng)即是以油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。抓重能力大，結(jié)構(gòu)小巧輕便，傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作靈便，可無(wú)級(jí)調(diào)速，進(jìn)行連續(xù)軌跡控制，易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。但因油的泄露對(duì)工作性能影響較大，故它對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，且不宜在高溫

13、或低溫下工作。 3 機(jī)械手各部分的計(jì)算與分析 3.1 手部計(jì)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(jiàn)的主要有夾鉗式，本設(shè)計(jì)主要考慮夾鉗式手部設(shè)計(jì)。 夾鉗式手部是由手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個(gè)手指。手部示意圖如下： 圖3-1 手部示意圖 3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計(jì)的基本要求 （1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。 （2）手指應(yīng)具有一定的開(kāi)閉范圍。 （3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。 （4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。

14、 　?。?）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。 3.1.2 手部的計(jì)算和分析 　?。?）手部受力分析 圖3-2 手部受力圖(1) 圖3-3 手部受力圖(2) 　?。?）手指尺寸初步設(shè)定 　　由拉桿的力平衡條件： cos= 得 由得 又由工件的平均半徑： mm 初取V型手指的夾角2，mm，，，，滑桿總長(zhǎng)h=170mm （3）夾緊力計(jì)算 又由于工件的直徑不影響其軸心的位置即定位誤差為零，手指水平位置夾取水

15、平位置放置的工件。 由參考文獻(xiàn)[2]中表2-1查得： N＝0.5G=0.5×25=12.5kg （3—1） 又因?yàn)椋? （3—2） 當(dāng)取最小值時(shí)，則增力比較大，手指走到最小行程時(shí)則有, 又因?yàn)椋? （3—3） （3—4） 取安全系數(shù)，工作情況系數(shù),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率

16、 手指夾緊時(shí)：夾緊缸活塞移動(dòng)范圍L＝130mm，其動(dòng)作時(shí)間t=1.5s（由機(jī)械手的動(dòng)作節(jié)拍時(shí)間得之），所以?shī)A緊活塞移動(dòng)得平均速度v為： 運(yùn)動(dòng)部件得總重估算G＝10kg 夾緊力N與驅(qū)動(dòng)力P的關(guān)系： 由于結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，在驅(qū)動(dòng)力P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等 圖3-4 夾緊力與驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系圖 在不計(jì)摩擦力的情況下： 為夾緊狀態(tài)得傾斜角＝50夾緊工件半徑為50mm ＝38.9kg 根據(jù)各力對(duì)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的力矩平衡條件，同樣在不計(jì)摩擦力的情況下, C為杠桿動(dòng)力臂，即驅(qū)動(dòng)銷對(duì)滑槽杠桿作用力對(duì)支點(diǎn)的垂直距離。 又因?yàn)閍=50

17、mm C= 則 Nb= 當(dāng)夾緊半徑為25mm的工件時(shí)，＝ 則 Nb= （4）動(dòng)作特性和傳動(dòng)特點(diǎn) 　　定位到最大行程時(shí)， 則 取 又因?yàn)椋?滑槽杠桿手指最大開(kāi)閉角為 滑槽傾斜角的變化范圍可以為,可見(jiàn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比將在下列范圍內(nèi)變化: 所以開(kāi)始所初步取的a，

18、b與均符合要求。 （5）確定夾緊油缸外徑D 　　①驅(qū)動(dòng)桿行程與手指開(kāi)閉范圍關(guān)系 　　—分別為手指夾緊工件范圍值時(shí)，滑槽相對(duì)于兩支點(diǎn)連接的傾斜角。 　　 考慮到機(jī)構(gòu)效率，傳力比N/P的公式應(yīng)力： （3—5） ＝0.9 又因?yàn)镚=250N,夾緊力F=500N, 則 式中：—工作負(fù)載即為重物重力＝250N。 —導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，對(duì)于平導(dǎo)軌 —垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，＝0。 f—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。 ，一般

19、取＝0.01-0.5s，時(shí)間內(nèi)速度變化量： 啟動(dòng)： 穩(wěn)態(tài)： 　?、诠ぷ鲏毫的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定。參閱參考文獻(xiàn)[5]中表37.5按載荷選擇工作壓力為1。 ③計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，由負(fù)載可知最大負(fù)載F為275N。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2－2取為0.5，為0.95，d/D為0.7。 又因?yàn)椋? （3—6） 根據(jù)參考文獻(xiàn)[8]中表2－4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=25mm,活塞桿直徑按d/D＝0.7及參考文獻(xiàn)[8]中表2－5活塞直徑系列取d=18mm。 按工作要求夾緊力

20、為一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。夾緊缸的工作壓力應(yīng)大于復(fù)位彈簧的彈力。 又因?yàn)檫M(jìn)油缸在有桿腔，則其有效工作面積： ④液壓缸壁厚和外徑計(jì)算： （3—7） 為最大工作壓力的1.5倍，＝1.5。 　　材料為高強(qiáng)度鑄鐵，＝60 液壓缸工作行程的確定，并參照參考文獻(xiàn)[8]中表2－6中的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值S=100mm。 ⑤缸蓋厚度的確定 一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求計(jì)算。 （3—8） 現(xiàn)取t

21、=20mm。 活塞的寬度B一般取 B=(0.6-1.0)D=0.6D=15mm ⑥夾緊缸彈簧的確定 彈簧工作載荷F=50N,最大軸直徑,最小筒直徑 彈簧剛度 查參考文獻(xiàn)[5]中表30.2－8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得: 材料直徑d=2.5mm,彈簧中徑D=25mm,節(jié)距P=10.4mm,單圈彈簧工作極限載荷下變形量為7.075mm，單圈彈簧剛度。 （3—9） C-直徑比，G－彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材G=， 計(jì)算得Z=110mm,則活塞缸總長(zhǎng)L=120mm。 3.2 腕部計(jì)算與分析 3.2.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求

22、 　　手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)手腕有繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿X軸左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計(jì)要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。 （1）腕部處于臂部的前端，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)動(dòng)性能。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 （2）腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠

23、的強(qiáng)度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測(cè)和位置檢測(cè)、管線布置以及潤(rùn)滑、維修調(diào)整等問(wèn)題。 （3）腕部設(shè)計(jì)應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。 腕部的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，它可做與手臂垂直方向（例如Y軸方向）橫移，還可以繞Y軸或Z軸回轉(zhuǎn)。 圖3-5 手腕運(yùn)動(dòng)示意圖 3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 　　腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力： （1） 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 ： 由靜力學(xué)平衡方程求得 ＝× （3—10） 式中：D1、D2—軸承直

24、徑(m) R1、R2—軸承處支反力(kgf-m) f—軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承f=0.01-0.02 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 —工件重量（kgf） —手部重量（kgf） —手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（kgf） （2）克服由于重心偏置所引起的力矩： ＝（kgf） （3—11） 式中e—工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m） （3）克服啟動(dòng)慣性，所需的力矩 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度及啟動(dòng)所用的角速度, ＝ （3—12） 式中:—工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)

25、軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J—手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 —手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 —啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和： 因?yàn)槭滞蠡剞D(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是很大，手腕起動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將計(jì)算，適當(dāng)放大，而省略掉，這時(shí) 　?、僭O(shè)手指，手指驅(qū)動(dòng)油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)件為一個(gè)等效圓柱體，L=50cm，直徑D=10cm，則m=27.5kg。 　　②摩擦阻力矩＝0.1 　?、墼O(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度＝,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度

26、 ＝ 查型鋼表有： （3—13） （3—14） 代入＝256（N·m） ＝0 ＝0.1 ＝0.1+265 M= 確定轉(zhuǎn)軸的最小尺寸： （3—15） —抗扭剖面模量, ， 查得,，取轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm。 ④回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-6所示，它的回轉(zhuǎn)角小于360度。定片2與缸體1固連，動(dòng)片3與輸出軸4固連，當(dāng)a,b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)

27、片帶動(dòng)輸出軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。 圖3-6 葉片式擺動(dòng)缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 M= （3—16） 　　式中：—手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩（N·m） 　　　　　P—回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 　　　　　r—缸體內(nèi)徑半徑（cm） 　　　　　R—輸出軸半徑（cm） b—?jiǎng)悠瑢挾? 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定b,R,r中兩個(gè)： ，取=3 =1.5-2.5, 取=2 又因?yàn)閐=40mm，則D=80mm，b=60mm 去頂回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，

28、因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 3.2.3 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) （3—17） 偏離重心e的計(jì)算及 圖3-4 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì)尺寸圖 估計(jì)L=45cm，， =30cm 克服重心偏置所需的力矩 克服摩擦所需力矩=0.1cm 克服運(yùn)動(dòng)慣性所需的力矩： =0.7654(kg-m-) ==25=5.1(kg-m-) =5.8654(kg-m-) =JW/t 設(shè)w=, =0.0175/=12

29、.83(kgf·m) 則擺動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩： =32.14(kgf·m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑： （3—18） 抗拒剖面摸量 所需驅(qū)動(dòng)力矩： 取d=50mm 所以機(jī)械手的擺動(dòng)采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到腕部擺動(dòng)目的。 又因?yàn)椋? =1.5-2.5, 取

30、 =2，=3 所以：d=50mm，所以D=100mm，b=75mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)度 轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm,由參考文獻(xiàn)[5]中GB1095-79選鍵為bh=128 鍵校核如下公式： =2T/kld[] （3—19） K—接觸面的高度 k=0.4h=0.4×8=3.2mm =32.24mpa≤[] 轉(zhuǎn)軸直徑d=50mm,由參考文獻(xiàn)[5]中GB1095-79選鍵為bh=2010 k=0.4h=

31、0.4×10=4mm =13.208mpa≤[] 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(jì)算與分析 3.3.1 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 　　手臂部件是機(jī)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(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。因此，臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手臂繞橫軸旋轉(zhuǎn)，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由油缸驅(qū)動(dòng)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)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(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和

32、定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)身是固定的，它直接承受和傳動(dòng)手臂的部件，實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： （1）機(jī)械手臂式機(jī)身的承載 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)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(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能，位置精度和負(fù)荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度，還應(yīng)注意： 　?、俑鶕?jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身既受彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機(jī)械手常用工字鋼或槽

33、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(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。 　?、诟咧С袆偠群瓦x擇支承間的距離 臂部和機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支撐的剛度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各作用力的變形相互抵消。 　　a）設(shè)計(jì)臂部時(shí)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合

34、理，確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見(jiàn)的間隙，從而提高剛度。 　　b）水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時(shí)提高其配合精度和相對(duì)位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重。 c）提高活塞和剛體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂俯仰的剛度。 　　（2）臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 　　機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般是根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來(lái)決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動(dòng)，（v和w為常數(shù)），但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。 　　對(duì)于告訴運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)

35、計(jì)在1000～1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動(dòng)速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為內(nèi)。 　　為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的措施： 　　①減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 　　②減少手臂運(yùn)動(dòng)件的尺寸輪廓。 ③減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作，并且驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 （3）手臂動(dòng)作應(yīng)靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特

36、別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 ①計(jì)算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計(jì)算。 ②計(jì)算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 ③求重心位置并計(jì)算偏重力臂： （3—20） （3—21） 　　④計(jì)算偏重力矩： （3—22） （4）位置精度要高 一般說(shuō)來(lái)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度較高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，精度差；在手冊(cè)上加設(shè)定位裝置和自檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)，嚙合件的

37、間隙。 除此之外，要求機(jī)械手通用性要好，能適合做各種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 3.3.2 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，在進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，分別對(duì)俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)敘述如下： （1）小臂設(shè)計(jì) 設(shè)小臂L=40cm,D=60cm 則 m= =0.79kg 則手臂總重： ①俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算

38、： 設(shè)，， 當(dāng)手臂處在仰角為的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩 為： 因?yàn)椋? 又因?yàn)椋? =，= P= （3—23） P—油缸的工作壓力（） D—油缸內(nèi)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） —通油箱，=0 10590.3kg取=10600kg .8=60356.601kg·cm 當(dāng)手臂處在俯角為的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力

39、 因?yàn)椋? , , 所以： 則 當(dāng)手臂處在水平位置即為驅(qū)動(dòng)力矩時(shí) 因?yàn)?由于手臂與支柱連軸有振動(dòng)軸承，摩擦力矩較小 =0,所以 驗(yàn)證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于時(shí) = =1134kgf 選取=0.7，所以 D=0.053m 整理得到D=63mm，則d=45mm。 ②液壓缸壁和外徑計(jì)算

40、 （3—24） 材料為高強(qiáng)度鑄鐵，=60 液壓缸為平底缸差，其厚度t按強(qiáng)度要求計(jì)算 無(wú)孔時(shí)： （3—25） 取t=3mm ③液壓缸工作行程的確定 由得S=16mm 由參考文獻(xiàn)[8]中表2-6的系列尺寸查得: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(zhǎng)300mm，d=45mm,最大壓力P=1134N,設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為，，，。 將上面

41、參數(shù)帶入式中求得： 活塞桿兩端可簡(jiǎn)化為鉸支座，故，活塞桿橫截面為圓形i=,故為 因?yàn)?，故不能用歐拉公式計(jì)算,使用直線公式，由參考文獻(xiàn)[5]中表10.1查得 可得： 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(qiáng)度計(jì)算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)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接。 ①缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目，在這種連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載

42、荷Q和預(yù)進(jìn)力之和。 （3—26） 式中：P—驅(qū)動(dòng)力kgf P—工作壓力kgf/ Z—螺釘數(shù)目，取8 —預(yù)緊力kgf =K，K=1.5-1.8 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： （3—27） 式中：=1.3—計(jì)算載荷（kgf） —抗拉許用應(yīng)力() ，—螺紋內(nèi)徑（cm） 表3-1 常用螺釘材料的流動(dòng)極限 鋼號(hào) 10 A2 A3 35 45 40cr 2100 2200 2400 3200 3600 6500-9000 ②缸體螺紋計(jì)算： （3—28）

43、 式中， , D—油缸內(nèi)徑 —考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取=1.3 （3）大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)的力矩： D—輸出軸與缸差密封處的直徑（cm） L—密封的有效長(zhǎng)度（cm） —“O”形密封圈的截面直徑（cm） —“O”形圈在裝配時(shí)壓縮率，對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，k=0.03-0.35 —摩擦系數(shù) P—回轉(zhuǎn)軸缸的工作壓力（kg/） 選取=0.5，b=10cm,p=80kg/,設(shè)=6mm， 若,則取 ，取， 則 ，D=14cm 選用O型橡膠密封圈S58型，=4.7mm，則 —?jiǎng)悠瑐?cè)面與缸蓋密

44、封處的摩擦阻力距： —回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的角速度變化量，在啟動(dòng)過(guò)程中（弧度/秒） —啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間 —手臂回轉(zhuǎn)部件，對(duì)回轉(zhuǎn)軸的輕功慣量（） 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則 —回轉(zhuǎn)零件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =649.2（） 設(shè)角速度，啟動(dòng)時(shí)間 （3—29） 取=0.2P=16（）

45、 由內(nèi)徑公式： 基本滿足要求，則D=16cm，d=8cm。 （4）缸蓋連接螺釘和動(dòng)片連接螺釘計(jì)算 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： 或（取=8mm） （3—30） 式中：—螺釘?shù)膬?nèi)徑（cm） —計(jì)算載荷（kgf） —螺釘材料作用拉應(yīng)力 3.4 機(jī)身計(jì)算與分析 機(jī)身是直接支撐和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)體的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或

46、架空軌道運(yùn)動(dòng)。此次設(shè)計(jì)機(jī)身為地面軌道運(yùn)動(dòng)式。它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是步進(jìn)電機(jī)其型號(hào)為Y132S—8功率2.2KW轉(zhuǎn)速710r/min，再電動(dòng)機(jī)后接了一個(gè)圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個(gè)制動(dòng)箱。其主要參數(shù)是由外部計(jì)算機(jī)調(diào)整和控制，在很大程度上是由運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡運(yùn)動(dòng)而去編制小車的運(yùn)行程序。由以上對(duì)機(jī)身的分析和前面的計(jì)算完成機(jī)身結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)附錄。 由以上對(duì)機(jī)械手各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析與計(jì)算，完成機(jī)械手總裝配圖見(jiàn)附錄。 4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是以PLC來(lái)控制整個(gè)液壓元件，通過(guò)控制液壓缸的電磁換向閥而

47、實(shí)現(xiàn)機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。至于機(jī)械手在空間的運(yùn)動(dòng)和定位則由外部的電腦操作系統(tǒng)完成，它主要先進(jìn)行機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析，軌跡規(guī)劃和編程。從而由上述系統(tǒng)完成整個(gè)機(jī)械手在空間的行走，定位和重復(fù)定位等操作。 (1) 換向回路的選擇 夾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(jī)控制，選中位為O型是使定位準(zhǔn)確。 (2) 調(diào)速方案的選擇 本系統(tǒng)是功率較小的，故選簡(jiǎn)單的進(jìn)油路節(jié)流閥調(diào)速。 (3) 緩沖回路的選擇 選用二位三通閥加入油路，便于微機(jī)控制，提高自動(dòng)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，都采

48、用單向順序閥來(lái)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。 4.2液壓元件的選擇 4.2.1液壓缸 根據(jù)前面設(shè)計(jì)好的各種液壓缸的參數(shù)。 （1）活塞缸 已知參數(shù)（包括設(shè)計(jì)出的參數(shù)）： —表示第幾個(gè)缸的參數(shù)： 無(wú)桿腔進(jìn)油： （4—1） 有桿腔進(jìn)油： （4—2） （4—3） （2）擺動(dòng)缸 已知參數(shù)： （4—4）

49、 （4—5） （4—6） 注意已知參數(shù)中在前面設(shè)計(jì)中不夠明確時(shí)，則要進(jìn)行分析。 ① 單作用彈簧復(fù)位的夾緊缸； =25mm，=18mm =8.67cm/s 注意：為尚未夾持工件的時(shí)間。 ②手腕回轉(zhuǎn)缸 =80mm，=40mm，=60mm ③手腕擺動(dòng)缸 ④手臂回轉(zhuǎn)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

50、 V=5cm/s （3）估算流量 ①夾緊缸：。 ②手腕回轉(zhuǎn)缸： ③手腕擺動(dòng)缸： ④手臂回轉(zhuǎn)缸： ⑤手臂仰俯活塞缸： 4.2.2液壓泵的選取要求及其具體選取 （1）計(jì)算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大者與管道壓力損失之和。即： （4—7） —管道和各類閥的全部壓力損失之和。 可先估計(jì)，一般?。?（5-8） （2）計(jì)算液壓泵的流量 式中：K—泄露折算系數(shù)，一般，K=1.1-1.5 （3）選擇液壓泵的規(guī)格 參照設(shè)計(jì)手冊(cè)或產(chǎn)品

51、樣本，選取其額定壓力比高25%—60%，其流量與上述計(jì)算一致的液壓泵。 （4）計(jì)算功率，選用電動(dòng)機(jī) ①按工況圖，找出所有缸N-t圖中最高功率點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的（計(jì)算值）和泵額定流量的乘積，然后除以泵的總效率 （4—8） 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?？紤]到正常工作中進(jìn)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(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)，簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2—0.5， =0.5，=4.5+0.5=5 上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各

52、種工況的過(guò)渡，階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外考慮到，一定的壓力儲(chǔ)備量并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足 ③泵流量的確定 液壓泵的最大流量應(yīng)為： （4—9） 式中：—液壓泵的最大流量 —同時(shí)工作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正進(jìn)行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量2～3L/min —系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取=1.1-1.3，現(xiàn)取=1.2 ④選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得和，再查閱有關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用YB-80BI雙聯(lián)葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量：10-194mL/r;泵的額定壓力=10.5；電

53、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；容積效率；總效率。 ⑤與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定。首先分別計(jì)算出不同工況時(shí)的功率，取它們之間的最大值作為選取電動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在速度較小時(shí)，泵輸出的流量減小，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.2-1L/min范圍內(nèi)時(shí)，可取0.03-0.14。同時(shí)，應(yīng)注意到，為了使所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)，不致停車，需進(jìn)行驗(yàn)算，即： （4—10） 泵的工作壓力：P=245.25 式中：—余量系數(shù)，取K=1.05 —泵出油量 —油頭 —主管損失油頭 —泵的功

54、率 —傳動(dòng)效率直接傳遞為1 選電機(jī)： 4.2.3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(guò)該閥的最大流量原則 4.2.4選擇液壓輔助元件的要求 （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(lái)選取。 （3）油箱容積Q=50Qp 注意：Qp單位若為L(zhǎng)/min時(shí)，V的單位為 Qp單位若為時(shí)，V的單位為 ①液壓元件的選擇 單向壓力補(bǔ)償調(diào)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

55、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(shí)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(nèi)徑d=4.6=4.6=29mm 夾緊油路d=11mm 手腕回轉(zhuǎn)油路d=18mm 手腕擺動(dòng)油路d=18mm 手腕回轉(zhuǎn)油路d=26mm 手腕仰俯油路d=28mm ②液壓油箱的設(shè)計(jì)： 液壓油箱的作用是儲(chǔ)存液壓油，分離液壓油中的雜質(zhì)和空氣，同時(shí)起到分散 的作用。 a)液壓油箱有效容積的確定

56、 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(lái)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=（5-7）。 V=3=696=576，故V=576L 式中：V—液壓油箱有效容量；—液壓泵額定流量 　　應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分會(huì)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(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的 　　b)液壓油箱的外形尺寸 　　液壓油箱的有效容積確定或，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為：1：1：1—1：2：3 為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將液壓油箱的容量予

57、以增大 根據(jù)油箱有效容量可選BEX—630。 根據(jù)以上對(duì)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)，完成自動(dòng)上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖見(jiàn)附錄，液壓控制電磁鐵通斷表見(jiàn)表4-1。 表4-1 液壓控制電磁鐵通斷表 電磁鐵 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT 10DT 11DT 12DT 13DT 14DT 15DT 16DT 手 腕 回 轉(zhuǎn) 正傳 + 正轉(zhuǎn)緩沖 + +

58、 反 轉(zhuǎn) + 反轉(zhuǎn)緩沖 + + 手 腕 擺 動(dòng) 正 擺 + 正擺緩沖 + + 反 擺 + 反擺緩沖 + + 手 臂 回 轉(zhuǎn) 正 傳

59、+ 正轉(zhuǎn)緩沖 + + 反轉(zhuǎn) + 反轉(zhuǎn)緩沖 + + 手 臂 俯 仰 上 升 + + 上升緩沖 + + + 下 降 + + 下降緩沖 + +

60、 + 停 止 夾 持 夾緊 + 松開(kāi) 待料卸貨 + + 5液壓元件的保養(yǎng)與維修 5.1 液壓元件的安裝 （1）安裝前元件應(yīng)以煤油進(jìn)行清洗，并要進(jìn)行壓力和密封性實(shí)驗(yàn)，合格后可安裝。 （2）泵及其傳動(dòng)要求較高的同心度。 （3）油泵的入口，出口和旋轉(zhuǎn)方向一般在泵上均有標(biāo)明，不得接反。 （4）安裝各種閥時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)

61、油口與回油口的方向。 （5）為了避免空氣滲入閥內(nèi)，連接處應(yīng)保持密封良好。 （6）用法蘭安裝閥件，螺釘不能擰的過(guò)緊，因?yàn)橛袝r(shí)擰的過(guò)緊反而密封不良。 5.2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護(hù) （1）油箱中的液壓油應(yīng)經(jīng)常保持正常油面。 （2）液壓油應(yīng)經(jīng)常保持清潔。 （3）油溫應(yīng)適當(dāng)，油箱的油溫一定不能超過(guò) （4）回路里的空氣應(yīng)完全清除掉。回路里進(jìn)入空氣后，因?yàn)闅怏w的體積和壓力成反比，可以隨著負(fù)荷的變動(dòng)，油缸的運(yùn)動(dòng)也要受到影響。為了防止回油管回油時(shí)帶入空氣，回油管必須插入油面以下。吸入管和泵軸的密封部分等各個(gè)低于大氣壓的地方應(yīng)注意不要漏入空氣。 （5）在初次起動(dòng)油泵時(shí)，應(yīng)向泵里灌滿油，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)

62、方向是否正確，入口與出口是否接反。 （6）在油泵起動(dòng)和停止時(shí)，應(yīng)使溢流閥御荷。 （7）溢流閥的調(diào)節(jié)壓力不得超過(guò)液壓系統(tǒng)的最高壓力。 （8）應(yīng)盡量保持電磁閥的電壓穩(wěn)定，否則可能會(huì)導(dǎo)致線圈的過(guò)熱。 （9）易損的零件，如密封圈等，應(yīng)經(jīng)常有備品，以便及時(shí)更換。 5.3 一般技術(shù)安全事項(xiàng) （1）液壓系統(tǒng)的使用維護(hù)中，必須注意技術(shù)安全否則會(huì)引起傷亡事故。 （2）用扳手去擰緊或調(diào)整的零件，避免放在當(dāng)扳手松滑時(shí)容易把手弄傷的地方。 （3）一切連鎖或鎖緊裝置校準(zhǔn)。 （4）檢查用的壓力計(jì)等儀表，必須放于便于觀察的地方。 （5）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，禁止在工作的條件下進(jìn)行檢查和調(diào)整。 （6）當(dāng)打開(kāi)

63、放氣閥時(shí)，眼睛不要對(duì)著噴射的方向。 6結(jié) 論 本篇設(shè)計(jì)的機(jī)械手綜合運(yùn)用了機(jī)械零件、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械制圖等知識(shí)，它主要是應(yīng)用在那些單調(diào)、頻繁的操作中用以代替人的勞動(dòng)進(jìn)行工作，它的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1）工作時(shí)間持久，不會(huì)出現(xiàn)人的疲勞，可以重復(fù)不斷的勞動(dòng)，維持流水線的正常工作。 （2）對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以在多粉塵、易燃、易爆、放射性強(qiáng)等惡劣環(huán)境中工作。 （3）運(yùn)動(dòng)精確、靈活、特別是在計(jì)算機(jī)的控制下，可以達(dá)到非常高的精度要求。 （

64、4）通用性好，除了特定用途外，適當(dāng)改變手部，便可以完成噴涂、焊接等。 （5）工作效率高，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)也提高了成本。 本機(jī)械手可以根據(jù)需要加上行走機(jī)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。 參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2003.6 [2] 張普禮.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1992.5 [3] 鄧廣敏.工業(yè)機(jī)械手手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.8 [4] 何發(fā)昌.邵遠(yuǎn).多功能機(jī)械手的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2002.1 [5] 吳延本.劉世華.機(jī)械設(shè)計(jì)

65、標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè).吉林：吉林科技出版社，1996.7 [6] 劉躍南.機(jī)械零件設(shè)計(jì)問(wèn)題解析.北京：中國(guó)致公出版社，1999.4 [7] 徐福玲.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 [8] 楊培元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 致 謝 在此，非常感謝劉家倫老師的指導(dǎo)和幫助，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，劉老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此向劉老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 還要感謝曾經(jīng)的任課

66、教師付貴興、陽(yáng)彥雄、黃河、張信禹、覃智廣、周文超等教師，是他們讓我學(xué)到了很多知識(shí)才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠按期完成，感謝學(xué)校給予的支持和幫助，感謝同學(xué)們的無(wú)私幫助。同時(shí)還要感謝在百忙之中進(jìn)行論文評(píng)審的老師們，對(duì)論文的不足之處敬請(qǐng)批評(píng)指正！ 附 錄 圖紙部分： （1）機(jī)械手總裝配圖A1; （2）機(jī)械手機(jī)身機(jī)構(gòu)圖A1; （3）機(jī)械手臂部和腕部機(jī)構(gòu)圖A1; （4）機(jī)械手腕部和手部結(jié)構(gòu)圖A1; （5）液壓控制原理圖A1； （6）機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)圖A3。 以上圖紙均見(jiàn)資料袋。