燈殼沖壓上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

燈殼沖壓上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì),沖壓,上下,機(jī)械手,液壓,系統(tǒng),畢業(yè)設(shè)計(jì) 寧XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 燈殼沖壓上下料機(jī)械手 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 機(jī)械手是在在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展的一種新型裝置,使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置。機(jī)械手能代替人類、重復(fù)枯燥完成危險(xiǎn)工作，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力,減輕人勞動(dòng)強(qiáng)度。該裝置涵蓋了位置控制技術(shù)可編程控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料液壓機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù),可代替人工在高溫危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手, 液壓機(jī)械手，燈殼沖壓，提升 39 Abstract A robot is a new type of device development in mechanization and automation of the production process, an automated device has a gripping and moving the workpiece functional use. Robot can replace humans, the risk of repeating the boring work to complete, improve labor productivity, reduce human labor intensity. The device covers the position control programmable control technology, detection technology. The subject material to be developed hydraulic robot can pick and place objects in space, flexible operation, change the relevant parameters according to changes in the movement of the workpiece and the process requirements at any time, you can replace the manual operation in high temperature danger zone. Keywords: robot, hydraulic manipulator, light shell stamping, upgrade 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 緒論 1 1.1課題背景及目的 1 1.2 本課題研究的目的和意義 2 1.3 液壓機(jī)械手概念 2 1.4 國(guó)內(nèi)液壓機(jī)械手的研究 2 第2章 燈殼沖壓上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)要求與方案 4 2.1 液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)要求 4 2.2 基本設(shè)計(jì)思路 4 2.2.1 系統(tǒng)分析 4 2.2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 4 2.2.3 液壓機(jī)械手的基本參數(shù) 5 2.3 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.4 機(jī)械手材料的選擇 5 2.5機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式 6 2.6 液壓機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇 6 2.7 動(dòng)作要求分析 7 2.8 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 7 第3章 機(jī)械手機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 8 3.1 手部結(jié)構(gòu) 8 3.1.1 端執(zhí)行器的要求 8 3.1.2 手爪的分類和選取 8 3.2 機(jī)械手手爪設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.2.1 手爪的力學(xué)分析 9 3.2.2 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 10 3.3 夾緊液壓缸的設(shè)計(jì) 10 3.4 手爪夾持范圍計(jì)算 12 3.5 機(jī)械手手爪夾持精度的分析計(jì)算 13 3.6 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.7升降方向設(shè)計(jì)計(jì)算 17 3.7.1 初步確系統(tǒng)壓力 17 3.7.2 升降液壓缸計(jì)算 17 3.7.3 活塞桿的計(jì)算校核 19 3.7.4 液壓缸工作行程的確定 20 3.7.5 活塞的設(shè)計(jì) 21 3.7.6 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21 3.7.7 端蓋和缸底的計(jì)算校核 22 3.7.8 缸體長(zhǎng)度的確定 23 3.7.9 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 23 3.7.10 液壓缸的選型 23 3.8 水平方向設(shè)計(jì)計(jì)算 25 3.8.1 水平方向計(jì)算 25 3.8.2 液壓缸的選型 25 3.9機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核 27 3.10 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 27 3.11 繪制液壓系統(tǒng)圖 29 第4章 液壓集成塊的設(shè)計(jì) 30 4.1塊式集成的結(jié)構(gòu) 31 4.2塊式集成的特點(diǎn) 31 4.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計(jì) 32 4.4 計(jì)算和選擇液壓元件 35 4.5 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 36 總結(jié) 37 參考文獻(xiàn) 38 致 謝 39 第1章 緒論 1.1課題背景及目的 由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，液壓機(jī)械手技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。智能型液壓機(jī)械手的研究是近年來(lái)科學(xué)家同意致力的方向。式液壓機(jī)械手的人體模型，它可以模擬各種人類行為和人類的外部特征。未來(lái)的液壓機(jī)械手的管家將不是夢(mèng)想。 根據(jù)不同的液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，液壓機(jī)械手可以分為各種各樣的。輪式移動(dòng)機(jī)械手，履帶式液壓機(jī)械手，機(jī)械手，行走液壓機(jī)械手等。值得一提的是，行走液壓機(jī)械手，他是近年來(lái)類機(jī)的一個(gè)重要研究成果。移動(dòng)它最喜歡的動(dòng)物甚至人類交談。這是一個(gè)非常復(fù)雜的自動(dòng)化程度很高的運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的輪式和履帶式液壓機(jī)械手相比，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。在工作空間很小，在崎嶇的道路上，樓梯等。不久的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將被廣泛使用。 在研究中，液壓機(jī)械的生產(chǎn)，對(duì)液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬中的應(yīng)用是一個(gè)非常重要的過(guò)程。包括零件建模，裝配液壓機(jī)械手的仿真，與運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)仿真，設(shè)計(jì)師可以觀察各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)非常直觀，知道沒(méi)有干擾；可以了解各部件的受力，不同的模擬數(shù)據(jù)。該方法大大降低了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。 在學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)習(xí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)在大學(xué)四年的繼續(xù)深化和檢驗(yàn)，具有實(shí)踐性和綜合性，是不是一個(gè)單一的其他替代方案，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)可以提高綜合能力的培養(yǎng)，是要去上班，提高實(shí)際工作能力起著非常重要的作用。為了實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： （1）基本理論，基本知識(shí)和基本技能的綜合運(yùn)用，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 （2）接受全面的培訓(xùn)工程師必須，提高實(shí)際工作能力。為調(diào)查研究，文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)收集和分析能力；設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)測(cè)試計(jì)劃能力；設(shè)計(jì)，計(jì)算和繪圖能力的提高；總結(jié)和撰寫論文的能力。 （3）的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力的測(cè)試。 1.2 本課題研究的目的和意義 （1）通過(guò)對(duì)的設(shè)計(jì)使我們得到對(duì)所學(xué)相關(guān)課程的綜合訓(xùn)練； （2）傳統(tǒng)的配料以人為主體，而人的操作總是有失誤的，并不如機(jī)器可靠。本設(shè)計(jì)，自動(dòng)上料系統(tǒng)效率高，反應(yīng)快，確保高質(zhì)量進(jìn)行工作。 （3）本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是通過(guò)自動(dòng)送料系統(tǒng)送到別的地方 傳統(tǒng)夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)加工時(shí)的干涉太大，對(duì)生產(chǎn)量影響較大，設(shè)計(jì)一款新的夾緊機(jī)構(gòu)，使得加工時(shí)間縮短，加工精度得到保證，生產(chǎn)量得到提高。 1.3 液壓機(jī)械手概念 目前，工業(yè)機(jī)械手的概念，世界是不統(tǒng)一，分類是不一樣的。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)合國(guó)最近采用了美國(guó)機(jī)械手協(xié)會(huì)定義了工業(yè)機(jī)械手的組織：工業(yè)機(jī)械手是一種可編程的多功能操作裝置，可以改變行動(dòng)計(jì)劃，完成各種工作，主要用于材料處理，工件傳送。 液壓機(jī)械手（機(jī)械手）是一臺(tái)自動(dòng)執(zhí)行工作。它是一個(gè)產(chǎn)品的控制理論，先進(jìn)的集成機(jī)械電子，計(jì)算機(jī)，材料和仿生。在工業(yè)，醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要的應(yīng)用。 液壓機(jī)械手是一種有代表性的，機(jī)械的和電子控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高的生產(chǎn)工具，在近50年的發(fā)展。在制造業(yè)中，液壓工業(yè)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這是一個(gè)高的自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件，保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高工作效率，發(fā)揮了非常重要的作用。可以說(shuō)，他是現(xiàn)代工業(yè)的技術(shù)革命。 執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手，腕，臂，底座，一個(gè)主要的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 主要由液壓機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。 手抓（或吸附，控股）和松開(kāi)工件或工具的部分，由手指（或吸收），驅(qū)動(dòng)元件和驅(qū)動(dòng)元件。 1.4 國(guó)內(nèi)液壓機(jī)械手的研究 工業(yè)液壓機(jī)械手的應(yīng)用在日本有著悠久的歷史。在七十年代當(dāng)工業(yè)液壓操縱器，然后經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，已在工業(yè)液壓機(jī)械手八十年代流行。他們的年工業(yè)產(chǎn)值迅速增加。1980達(dá)到一千億日元，1990至六千億日元。在2004達(dá)到了一兆和八千五百億日元。這表明工業(yè)液壓機(jī)械手在提高生產(chǎn)效率的重要性。 在國(guó)際上，各個(gè)國(guó)家都實(shí)現(xiàn)了工業(yè)液壓機(jī)械手的重要性。因此，工業(yè)液壓機(jī)械手訂單銳減。相比于2003 2002百分之十的增長(zhǎng)的訂單。然后工業(yè)液壓機(jī)械手的需求量仍在上升。從2001到2006，超過(guò)90000的全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中的訂單。7%的平均年增長(zhǎng)率。 國(guó)際工業(yè)液壓機(jī)械手的發(fā)展方向： 液壓機(jī)械手涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)。包括：計(jì)算機(jī)，電子，控制，人工智能，傳感器，通信和網(wǎng)絡(luò)，控制，機(jī)械等。液壓機(jī)械手的發(fā)展離不開(kāi)主題。正是由于各學(xué)科整合的相互作用，創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化程度高，其。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在液壓機(jī)械手的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛；技術(shù)越來(lái)越高，功能更強(qiáng)大。它是液壓機(jī)械手的研究向小型化發(fā)展。液壓機(jī)械手將更多地進(jìn)入人們的日常生活。總的發(fā)展趨勢(shì)是模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化，智能化。 廣泛應(yīng)用于工業(yè)液壓機(jī)械手，以提高質(zhì)量和生產(chǎn)力，產(chǎn)品安全人員安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料的消耗，降低了生產(chǎn)成本，具有非常重要的作用。廣泛應(yīng)用于工業(yè)液壓機(jī)械手的以人為本的原則，它的出現(xiàn)使人們的生活更方便、美好。液壓機(jī)械手工業(yè)是一個(gè)大型高新技術(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)，后車?，F(xiàn)代軍事工業(yè)，液壓機(jī)械發(fā)展的市場(chǎng)前景是非常好的。從第二十世紀(jì)起，液壓機(jī)械行業(yè)的穩(wěn)步增長(zhǎng)。在第二十世紀(jì)九十年代，液壓機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和快速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率超過(guò)百分之十。在2004到百分之二十的記錄。亞洲液壓機(jī)械手的更多需求，年增長(zhǎng)率高達(dá)百分之四十三。經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，應(yīng)用工業(yè)液壓機(jī)械手的許多領(lǐng)域。生產(chǎn)中使用最廣泛的液壓機(jī)械手。如制造焊接，熱處理，表面涂層，加工，裝配，測(cè)試和倉(cāng)庫(kù)，毛（沖壓，壓鑄，鍛坯等）等操作，代替人工操作的液壓機(jī)械手，極大地提高了生產(chǎn)效率。 第2章 燈殼沖壓上下料液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)要求與方案 2.1 液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一種液壓機(jī)械手,用于燈殼沖壓上下料機(jī)械手,可上升下降,可左右旋轉(zhuǎn),可手部伸長(zhǎng)縮短,可夾持工件. 2.2 基本設(shè)計(jì)思路 2.2.1 系統(tǒng)分析 該機(jī)械手是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有力工具。為了在生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，機(jī)械化，自動(dòng)化的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的需要，從而判斷是否適當(dāng)?shù)臋C(jī)械手。以完成機(jī)械手的設(shè)計(jì)，一般都要先做以下工作： （1）根據(jù)使用場(chǎng)合的機(jī)械手機(jī)械手的，明確的目標(biāo)和任務(wù)。 （2）機(jī)械手的工作環(huán)境分析。 （3）對(duì)系統(tǒng)要求的分析，確定了機(jī)械手和方案的基本功能，如自由度的數(shù)目，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，定位準(zhǔn)確，抓住重。此外，根據(jù)抓斗液壓質(zhì)量，形狀，尺寸和批量生產(chǎn)，以確定的形式和機(jī)械手的位置和握力的大小。 在這方面，我分析如下： （1）為手材料液壓機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，機(jī)械手是物料輸送機(jī)械手。雖然機(jī)械手的使用場(chǎng)合，也非常廣泛，涉及到材料的狀態(tài)，環(huán)境因素的作業(yè)線，比我的知識(shí)和能力，我選擇了材料液壓機(jī)械手的小對(duì)象處理非生產(chǎn)線。 （2）由于機(jī)械手我選擇的是材料的液壓機(jī)械手，小對(duì)象處理非生產(chǎn)線。因此，系統(tǒng)的工作環(huán)境下，機(jī)械廠，準(zhǔn)確度高，故障率低，速度。 2.2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 圖2 總體設(shè)計(jì)框圖 如圖2為總設(shè)計(jì)框圖，說(shuō)明如下： (1) 控制系統(tǒng)：任務(wù)是根據(jù)機(jī)械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)，控制機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為CPU的選擇，CPU程序的編寫調(diào)試等。 (2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作的驅(qū)動(dòng)裝置。 (3) 機(jī)械系統(tǒng)：包括機(jī)身、機(jī)械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標(biāo)形式，并計(jì)算得出具體結(jié)構(gòu)。 (4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用。 2.2.3 液壓機(jī)械手的基本參數(shù) 1. 機(jī)械手的最大液壓物料的重量是它的主參數(shù)。 2. 運(yùn)動(dòng)速度直接影響機(jī)械手的動(dòng)作快慢和機(jī)械手動(dòng)作的穩(wěn)定性，所以運(yùn)動(dòng)速度也是是物料物料液壓機(jī)械手的一個(gè)主要的基本參數(shù)。設(shè)計(jì)速度過(guò)低的話，會(huì)無(wú)法滿足機(jī)械手的動(dòng)作功能，限制機(jī)械手的使用范圍。設(shè)計(jì)的速度過(guò)高又會(huì)加重機(jī)械手的負(fù)載并影響機(jī)械手動(dòng)作的平穩(wěn)性。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定機(jī)械手工作范圍及整機(jī)尺寸的關(guān)鍵，也是機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。 3.定位精度也是機(jī)械手的主要基本參數(shù)之一。機(jī)械手精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味著成本的增加。綜合考慮，該物料液壓機(jī)械手的定位精度設(shè)定定位精度±0.3mm。物料液壓機(jī)械手的各個(gè)部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料液壓機(jī)械手各關(guān)節(jié)的行程和時(shí)間分配來(lái)決定。 2.3 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式：機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械臂的升降。根據(jù)上文所說(shuō)的，機(jī)械手按照坐標(biāo)的分類情況，選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手更為妥當(dāng)。 2.4 機(jī)械手材料的選擇 機(jī)械手的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作條件，滿足機(jī)械手的設(shè)計(jì)和制造要求。從設(shè)計(jì)思想，機(jī)械臂完成各種運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)材料的要求是為移動(dòng)部件，它應(yīng)該是輕質(zhì)材料。另一方面，手臂振動(dòng)經(jīng)常的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，這將大大減少它的運(yùn)動(dòng)精度。所以在材料的選擇上，綜合考慮的質(zhì)量，剛度，阻尼的需要，從而有效地提高了機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)性能。此外，機(jī)械手選材料和不同材料的一般結(jié)構(gòu)。機(jī)械手是一種伺服機(jī)構(gòu)，受控制，必須考慮其可控性。在臂的材料選擇，可控性和可加工性的材料，結(jié)構(gòu)，質(zhì)量性能的考慮。 總之，選擇一個(gè)機(jī)械臂的材料，應(yīng)考慮強(qiáng)度，剛度，重量輕，彈性，耐沖擊，外觀和價(jià)格等因素。這里有幾個(gè)機(jī)械手使用的材料： （L）的高強(qiáng)度鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼：這類材料的強(qiáng)度，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度增加了4 ~ 5倍，彈性模量，抗變形能力，是最廣泛使用的材料； （2）鋁，鋁合金等輕合金材料的共同特點(diǎn)是重量輕，彈性模量E的小，但材料的密度小，與E／P比值還與鋼相比； （3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的質(zhì)量，但易碎，但處理不好，接頭需要特殊的設(shè)計(jì)與金屬零件。然而，日本已開(kāi)發(fā)ARM陶瓷機(jī)械手用于高速機(jī)械手的樣品； 從機(jī)械手設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，不需要負(fù)載能力在材料的選擇，也不需要高彈性模量和抗變形能力，除了要考慮到材料成本，加工和其他因素。在各種因素的措施，結(jié)合鋁合金的初步選擇的工作條件，如機(jī)械臂組件。 2.5機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式有五種常見(jiàn)的SCARA型，直角坐標(biāo)式極坐標(biāo)型，聯(lián)合型和圓柱坐標(biāo)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的選擇主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一種運(yùn)動(dòng)形式以滿足不同生產(chǎn)工藝的需要，可以采用不同的結(jié)構(gòu)。選擇表格的具體位置，必須根據(jù)操作要求，工作地點(diǎn)，和液壓工作中心線方向的變化，比較和選擇。 這種機(jī)械手的定位2個(gè)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的1，2或3手腕方向。其中，繞垂直軸肩，另一個(gè)肩斜度。肩關(guān)節(jié)的兩個(gè)正交軸。平行于第二軸肩關(guān)節(jié)，考慮到機(jī)械手的工作特點(diǎn)，這就要求動(dòng)作靈活，具有較大的工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，關(guān)節(jié)式機(jī)械手的選擇。如圖所示。這種配置，動(dòng)作靈活，工作空間大，干涉儀的最小空間機(jī)械臂操作，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位易密封與防塵。但這種機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解比較復(fù)雜，難以確定的端元；態(tài)度不夠直觀，并在控制，計(jì)算量比較大。 圖3 常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)方式 2.6 液壓機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)械手使用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四種基本形式。 但是，與液壓傳動(dòng)相比，低功耗，能源，液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的速度不易控制，精度不高。 油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)能量是簡(jiǎn)單，速度和位置精度高，使用方便，低噪音，高速變化的機(jī)制，高效，靈活的控制。 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了減速裝置，響應(yīng)速度快，精度高。但需要有液壓源，但也容易漏氣。 首先，我會(huì)選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但考慮到純機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)并不能達(dá)到理想的傳播效果。如果你使用液壓或液壓傳動(dòng)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)，必須與回轉(zhuǎn)液壓或旋轉(zhuǎn)液壓缸，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于設(shè)計(jì)。 改進(jìn)后的方案，將驅(qū)動(dòng)方式分為兩個(gè)部分。其機(jī)械臂伸縮，升降機(jī)械手抓抓，采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。 2.7 動(dòng)作要求分析 動(dòng)作一：送 料 動(dòng)作二：預(yù)夾緊 動(dòng)作三：手臂上升 動(dòng)作四：手臂旋轉(zhuǎn) 動(dòng)作五：小臂伸長(zhǎng) 動(dòng)作六：手腕旋轉(zhuǎn) 預(yù)夾緊 手臂上升 手臂旋轉(zhuǎn) 手臂伸長(zhǎng) 手臂轉(zhuǎn)回 手腕旋轉(zhuǎn) 圖2.2 液壓機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)易圖 2.8 液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 本課題所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)械手為通用型的液壓機(jī)械手，其中坐標(biāo)系為圓柱坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)，油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用于機(jī)座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)用于手臂的伸縮和液壓機(jī)械手的夾取和翻轉(zhuǎn)[3]。 第3章 機(jī)械手機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 手部結(jié)構(gòu) 四自由度氣動(dòng)機(jī)械手采用夾持式手部結(jié)構(gòu)，由手爪和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式多樣，有楔塊杠桿式、滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、左右旋絲杠平移型[10]，本設(shè)計(jì)采用滑槽杠桿式的傳力機(jī)構(gòu)。 3.1.1 端執(zhí)行器的要求 （1）不論是夾持或是吸附，末端執(zhí)行器需具有滿足作業(yè)要求的足夠的夾持力和所需的夾持位置精度。 （2）應(yīng)盡可能使末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊、重量輕，以減輕手臂的負(fù)荷。專用的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，而能完成多種作業(yè)的萬(wàn)能末端執(zhí)行器可能具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用昂貴的缺點(diǎn)，因此提倡設(shè)計(jì)可快速更換的系列化、通用化專用末端執(zhí)行器[10]。 3.1.2 手爪的分類和選取 工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的機(jī)械式夾持器多為雙指手爪式，按其手爪的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。回轉(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可分為外夾式和內(nèi)撐式，按驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種。 回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變化時(shí)，將引起工件的軸心偏移。這個(gè)偏移量稱為夾持誤差。 平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置，但其架構(gòu)復(fù)雜，體積大，制造精度要求高。 當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械式夾持器式，在滿足工件定位精度要求的條件下，盡可能采用結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)型夾持器。[10] 結(jié)合機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求：手爪開(kāi)合角為60度，且能夠抓取重約1kg的圓柱形鐵質(zhì)工件。所以本設(shè)計(jì)采用雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽杠桿式手爪。 3.2 機(jī)械手手爪設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 手爪的力學(xué)分析 下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿，如圖3-1為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 圖3-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1——手指 2——銷軸 3——杠桿 = （3-1） 式中： ——驅(qū)動(dòng)力； ——夾緊力； ——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離； ——手指長(zhǎng)度； ——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則夾緊力也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~。 3.2.2 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 （1）手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： （3-2） 式中: ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0； ——軸向力； ——V形手抓的開(kāi)合角； ——工件和手抓間的摩擦系數(shù)； 計(jì)算：設(shè)a=10mm,b=30mm, =，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力 。 設(shè)K=1.5，，0.3 根據(jù)公式，將已知條件帶入得： （2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： 由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算，把手抓的機(jī)械效率考慮在內(nèi)，一般取。 （3）取 （3-3） 3.3 夾緊液壓缸的設(shè)計(jì) （1）液壓缸工作壓力的確定 由表3-1取液壓缸工作壓力 表3-1 液壓負(fù)載常用的工作壓力 負(fù)載F/N <5000 5000~ 10000 10000~ 20000 20000~ 30000 30000~ 50000 >50000 工作壓力p/MPa <0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 >5~7 （2）液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 可由下式推算出液壓缸的內(nèi)徑D： （3-4） 預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=0.5D,液壓缸工作壓力P=0.4MPa,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)分冊(cè)P22-125，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=32mm。 可以得出活塞桿內(nèi)徑為: d=0.5D=320.5=16mm，選取d=14mm。 （3）缸筒壁厚和外徑的設(shè)計(jì) 缸筒直接承受壓縮空液壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: （3-5） 式中， —— 缸筒壁厚，(mm)； —— 液壓缸內(nèi)徑，(mm)； —— 液壓缸試驗(yàn)壓力，一般取（Pa）； ——液壓缸工作壓力 （Pa）； ——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa）。 本設(shè)計(jì)手爪夾緊液壓缸缸筒材料采用為:鋁合金ZL1060,[]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: 取，則缸筒外徑為: （4）手部活塞桿行程長(zhǎng)L計(jì)算 活塞桿的位移量S可推得： S （3-6） 液壓缸的活塞行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)。為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加的行程余量[11]。 （3-7） 故液壓傳動(dòng)手冊(cè)圓整為。 （5）手爪部分總質(zhì)量估算： （3-8） 其中：手爪部分和活塞桿材料采用45鋼，缸筒和端蓋連接材料采用鋁合金ZL106 查相關(guān)手冊(cè)可得， 45號(hào)鋼密度為 ； ZL1060的密度為 。 手爪部分總質(zhì)量約為 ： 3.4 手爪夾持范圍計(jì)算 為了保證手爪張開(kāi)角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為27mm。 （a）手爪最小夾持半徑 （b）手爪最大夾持半徑 圖3-2 手爪張開(kāi)示意圖 手爪夾持范圍的計(jì)算，手指長(zhǎng)30mm，當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，如圖3-2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑=10，當(dāng)張開(kāi)時(shí)，如圖3-2（b）[12]所示，最大夾持半徑計(jì)算如下： 機(jī)械手的夾持半徑從。 3.5 機(jī)械手手爪夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定要進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差計(jì)算。 圖3-3 手爪夾持誤差分析示意圖 該設(shè)計(jì)以棒料來(lái)分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為10mm~26mm。 一般夾持誤差不超過(guò)1mm,分析如下： 工件的平均半徑： （3-9） 手指長(zhǎng),取V型夾角 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： （3-10） 計(jì)算 ： （3-11） 當(dāng)時(shí)帶入有： 所以?shī)A持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。 3.6 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇彈簧按照壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3-4所示，計(jì)算過(guò)程[13]如下。 圖3-4 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù) （1）選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力 （2）選擇旋繞比C=8，則 （3-12） （3）根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=22mm，估算彈簧絲直徑 （4）試算彈簧絲直徑 （3-13） 取3mm。 （5）根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （3-14） 選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈 （6） 最后確定： ，，， （7） 對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算 對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。? 當(dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，。 彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 （8） 疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。 對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。 現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式： （3-15） 選取1.3~1.7（力學(xué)性精確能高） （3-16） 經(jīng)過(guò)上式校核，彈簧滿足要求。 以上對(duì)機(jī)械手的手部和手爪進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且對(duì)夾緊液壓缸進(jìn)行了選取計(jì)算，對(duì)夾持范圍和夾持精度進(jìn)行了計(jì)算，最后對(duì)彈簧強(qiáng)度進(jìn)行了校核，符合使用要求。 3.7升降方向設(shè)計(jì)計(jì)算 3.7.1 初步確系統(tǒng)壓力 表3-1 按負(fù)載選擇工作壓力[1] 負(fù)載/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作壓力/MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5 表3-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力[1] 機(jī)械類型 機(jī) 床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 氣鑿巖機(jī) 氣機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合 機(jī)床 龍門 刨床 拉床 工作壓力/MPa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 由表2-1和表2-2可知，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=1MPa 3.7.2 升降液壓缸計(jì)算 為了滿足工作臺(tái)快速進(jìn)退速度相等，并減小氣泵的流量，則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程 故液壓缸無(wú)桿腔的有效面積： 液壓缸直徑 表1 液壓缸內(nèi)徑系列GB/T2348-1980mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=63mm；本來(lái)可以取50的，考慮不可預(yù)測(cè)的超載等因素，故在這取的略微大一些。 查《氣傳動(dòng)與控制手冊(cè)》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。 因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.5D=31.5mm 取d=32（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 表2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 (1) 液壓缸缸體厚度計(jì)算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。在這幾種材料中45號(hào)鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號(hào)鋼作為缸體的材料。 式中，——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力Pn5.1 MPa時(shí)，Py=1.5Pn，當(dāng)Pn16MPa時(shí)，Py=1.25Pn。 []——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強(qiáng)度。 注：1.額定壓力Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=10MPa 2.最高允許壓力Pmax Pmax1.5Pn=1.2510=12.5MPa 液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強(qiáng)度：σb=600MPa 安全系數(shù)n按《氣傳動(dòng)與控制手冊(cè)》P243表2—10，取n=5。 則許用應(yīng)力[]==120MPa = =5.5mm ,滿足。所以液壓缸厚度取10mm。 則液壓缸缸體外徑為83mm。 3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。 3.7.3 活塞桿的計(jì)算校核 活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼。 活塞桿直徑的計(jì)算[1] 查《氣傳動(dòng)與控制手冊(cè)》根據(jù)桿徑比d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿受拉時(shí)，一般選取d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，一般選取d/D=0.5-0.7。 因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=88.375mm按GB/T2348—1993將所計(jì)算的d值圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得： 取d=90（標(biāo)準(zhǔn)直徑） 表2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度 為最小速度，則由式 （4-3） 本例=122.65625>1.25，滿足最低速度的要求。 2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： <90mm （4-4） 式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中） 3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)油馬達(dá)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。 4.活塞桿的密封與防塵 活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。 3.7.4 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。 表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6] 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）[6] 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3400 3800 根據(jù)設(shè)計(jì)要求知快速接近工件，行程根據(jù)任務(wù)書要求，根據(jù)表3-8，可選取垂直方向液壓缸的工作行程為900mm，可選取水平方向液壓缸的工作行程為1000mm。 3.7.5 活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在氣力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動(dòng)，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過(guò)緊，也不能間隙過(guò)大。配合過(guò)緊，不僅使最低啟動(dòng)壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過(guò)大，會(huì)引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能?？紤]選用O型密封圈。 3.7.6 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1]。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為L(zhǎng),缸筒直徑為D時(shí),最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為: （4-5） 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在缸徑小于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑大于80mm時(shí)取A=(0.6~1.0)d.。活塞寬度B取B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長(zhǎng)度H不夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套K(見(jiàn)圖4-1)來(lái)增加H值。隔套K的寬度。 圖4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度[1] 因此:最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，取H=9cm； 導(dǎo)向套滑動(dòng)面長(zhǎng)度A= 活塞寬度B= 2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當(dāng)選擇。 3.7.7 端蓋和缸底的計(jì)算校核 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過(guò)的端蓋叫端蓋，無(wú)活塞桿通過(guò)的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承受氣力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好容易損壞。 1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 端蓋厚h為： 式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm； P——壓力，； ——密封環(huán)形端面平均直徑，cm； ——材料的許用應(yīng)力，。 2.缸底的設(shè)計(jì) 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.7.8 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的20~30倍。取系數(shù)為5,則液壓缸缸體長(zhǎng)度：L=5*10cm=50cm。 3.7.9 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在氣力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)具有很大的動(dòng)量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時(shí)，會(huì)引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會(huì)嚴(yán)重影響液壓缸和整個(gè)氣系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速度的遞減，直至為零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動(dòng)速度在6m/min以下時(shí)，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn)動(dòng)速度在12m/min以上時(shí)，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床氣系統(tǒng)中，動(dòng)力滑臺(tái)的最大速度為4m/min,因此沒(méi)有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。 3.7.10 液壓缸的選型 經(jīng)過(guò)比較，參考市場(chǎng)上的液壓缸類型，選擇一種可靠?jī)?yōu)質(zhì)的液壓缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。 速易可氣動(dòng)（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動(dòng)化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營(yíng)銷國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，產(chǎn)品主要有空氣凈化組件、氣動(dòng)控制組件、氣動(dòng)執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)械手、食品包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機(jī)械、機(jī)床自動(dòng)控制、真空搬運(yùn)、汽車制造、教學(xué)培訓(xùn)等行業(yè)。 速易可目前主要產(chǎn)品有：無(wú)桿液壓缸、滑臺(tái)液壓缸、止動(dòng)液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型液壓缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動(dòng)輔助零組件。 根據(jù)上節(jié)計(jì)算，在這選擇YAM63. 3.8 水平方向設(shè)計(jì)計(jì)算 3.8.1 水平方向計(jì)算 當(dāng)工件處于水平位置時(shí)，擺動(dòng)缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重5kg，長(zhǎng)度l =300mm。如圖3.4所示。 工件 圖3.4 受力簡(jiǎn)圖 (1)計(jì)算扭矩[4] (2)液壓缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 [4] F =50N S =1m（最大行程時(shí)） 帶入公式2.9得 =50×10×1 =500（N·M） 由于水平方向的液壓缸與升降方向的有些類似，在此不在一一列舉 3.8.2 液壓缸的選型 速易可目前主要產(chǎn)品有：無(wú)桿液壓缸、滑臺(tái)液壓缸、止動(dòng)液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸、機(jī)械夾、回轉(zhuǎn)夾緊氣（油）壓缸、導(dǎo)桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標(biāo)準(zhǔn)型液壓缸、控制閥、空氣控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)氣動(dòng)輔助零組件。 根據(jù)上節(jié)計(jì)算，在這選擇YAM63. 腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運(yùn)動(dòng)主要用來(lái)改變被夾物體的方位，它動(dòng)作靈活，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個(gè)自由度，可采用具有一個(gè)活動(dòng)度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。 3.9機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核 臂部和機(jī)身的配置形式基本上反映了氣機(jī)械手的總體布局。本課題氣機(jī)械手的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座式，這樣氣機(jī)械手可以是獨(dú)立的，自成系統(tǒng)的完整裝置，便于隨意安放和搬動(dòng)，也可具有行走機(jī)構(gòu)。臂部配置于機(jī)座立柱中間，多見(jiàn)于回轉(zhuǎn)型氣機(jī)械手。臂部可沿機(jī)座立柱作升降運(yùn)動(dòng)，獲得較大的升降行程。升降過(guò)程由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺柱旋轉(zhuǎn)。由螺柱配合導(dǎo)致了手臂的上下運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了機(jī)身的旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到了自由度的要求[7-9]。 3.10 螺柱的設(shè)計(jì)與校核 螺桿是氣機(jī)械手的主支承件，并傳動(dòng)使手臂上下運(yùn)動(dòng)。 螺桿的材料選擇： 從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講并能滿足要求的材料為鑄鐵。 螺距 P =6mm 梯形螺紋 螺紋的工作高度 h =0.5P （3.17） =3mm 螺紋牙底寬度 b =0.65P=0.65×6=3.9mm （3.18） 螺桿強(qiáng)度〖11〗 （3.19） =30～50Mpa 螺紋牙剪切 =40 彎曲=45～55 (1)當(dāng)量應(yīng)力 (3.20) 式中 T——傳遞轉(zhuǎn)矩N·mm [σ]——螺桿材料的許用應(yīng)力 所以代入公式（3.20）得： 6225025d12+11236≤900d16×1012 6225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012 即16471pa＜535340pa 合格 (2)剪切強(qiáng)度 （旋合圈數(shù)） （3.21） （3.22） =206.8×103pa =0.206Mpa＜[τ]=40Mpa (3)彎曲強(qiáng)度 =0.48Mpa＜[σ]=45Mpa 合格 3.11 繪制液壓系統(tǒng)圖 本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)圖如圖3-1所示， 它擁有垂直手臂的上升、下降，水平伸縮缸/的前伸、后縮，以及執(zhí)行手爪的夾緊、張開(kāi)三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中，泵由三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)定；1DT的得失電決定了動(dòng)力源的投入與摘除。 考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開(kāi)，系統(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個(gè)單向節(jié)流閥。當(dāng)5DT得電時(shí)，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥V5進(jìn)入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng)6DT失電時(shí)，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開(kāi)。 另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時(shí)其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致，下降時(shí)有使運(yùn)動(dòng)速度加快的趨勢(shì)，為使運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)，同時(shí)盡量減小沖擊、振動(dòng)，保證系統(tǒng)的安全性，采用V2構(gòu)成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負(fù)載。 第4章 液壓集成塊的設(shè)計(jì) 液壓控制裝置的集成主要有板式集成、塊式集成和疊加閥式集成。 （1）板式集成液壓控制裝置，是把若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)板式液壓控制閥用螺釘固定在一塊公共底板（油路板，亦稱閥板）上，按系統(tǒng)要求，通過(guò)油路板中鉆、銑或鑄造出的孔道實(shí)現(xiàn)各閥之間的油路聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)回路。對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，則需將系統(tǒng)分解成若干個(gè)回路，用幾個(gè)油路板來(lái)安裝標(biāo)準(zhǔn)板式液壓元件，各個(gè)油路板之間通過(guò)管道來(lái)連接。通常將油路板上安裝閥的一面稱為正面，不安裝閥的一面稱為背面。 板式集成的特點(diǎn)是對(duì)于動(dòng)作復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，會(huì)因液壓元件數(shù)量的增加，導(dǎo)致所需油路板的尺寸和數(shù)量的增大，致使有些孔道甚至無(wú)法鉆出，而銑槽往往出現(xiàn)滲漏串腔現(xiàn)象。此外，油路板是根據(jù)特定的液壓系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)制造的，不易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，不易組織專業(yè)生產(chǎn)。特別是當(dāng)需要更改回路或追加元件時(shí)，油路板就要重新設(shè)計(jì)加工，而其中的差錯(cuò)可能會(huì)使整塊油路板報(bào)廢。 總之，板式集成液壓控制裝置適合不太復(fù)雜的低壓液壓系統(tǒng)采用。 （2）塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的6面體油路塊（集成塊），通常其四周除1面安裝通向液壓執(zhí)行器（液壓缸或液壓馬達(dá)）的管接頭外，其余3面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P、回油孔O（T）、泄油孔L及塊間連接螺栓孔，多個(gè)回路塊疊積在一起，同過(guò)4只長(zhǎng)螺栓固緊后，各塊之間的油路聯(lián)系通過(guò)公用油孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。 塊式集成有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)；2）設(shè)計(jì)靈活，更改方便；3）易于加工，專業(yè)化程度高；4）結(jié)構(gòu)緊湊，裝配維護(hù)方便；5）系統(tǒng)運(yùn)行效率較高。 塊式集成的主要缺點(diǎn)是集成塊的孔系設(shè)計(jì)和加工容易出錯(cuò)，需要一定的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)。 （3）疊加閥是在集成塊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,液壓元件間的連接不需要另外的連接塊,而是以特殊設(shè)計(jì)的疊加閥的閥體作為連接體,通過(guò)螺栓將液壓閥等元件直接疊積并固定在最底層的基塊(底板)上.基塊側(cè)面開(kāi)有螺紋孔,通過(guò)管接頭作為通向執(zhí)行器、液壓泵或油箱的孔道,并可以根據(jù)需要用螺塞封堵打開(kāi),只要把同一規(guī)格的疊加閥按一定順序疊加起來(lái),再將板式換向閥直接安裝于這些疊加閥的上面,即可構(gòu)成各種典型液壓回路. 疊加閥的特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,占地面積小。疊加閥安裝簡(jiǎn)便，裝配周期短，系統(tǒng)有變動(dòng)增減元件時(shí)，重新組裝較為方便。使用疊加閥，元件間無(wú)管連接，消除了因管接頭引起的漏油、振動(dòng)和噪聲。使用疊加閥系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，元件規(guī)格統(tǒng)一，外行整齊美觀，維修保養(yǎng)容易。采用我過(guò)疊加閥組成的集中供油系統(tǒng) 節(jié)電顯著。 由于規(guī)定尺寸限制，由疊加閥組成的回路形式少，通徑較小，一般使用于工作壓力小于20Mpa，流量小于200L/min的機(jī)床，輕工機(jī)械，工程機(jī)械等行業(yè)。綜上比較可以得出此液壓系統(tǒng)適用的塊式集成為疊加式。 ③動(dòng)力源裝置確定 液壓動(dòng)力源一般由液壓泵組、油箱組件、控溫組件和過(guò)濾器組件等相對(duì)獨(dú)立的部分組成。盡管這幾個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，但設(shè)計(jì)者在液壓動(dòng)力源裝置設(shè)計(jì)中，除了根據(jù)機(jī)器設(shè)備的工況特點(diǎn)和使用的具體要求合理進(jìn)行取舍外，經(jīng)常需要將它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，合理構(gòu)成一個(gè)部件。例如，油箱上常需將控溫組件中的油溫計(jì)、過(guò)濾器組件作為油箱附件而組合在一起構(gòu)成液壓油箱等等。 按液壓泵組布置的方式分上置式液壓動(dòng)力源、非上置式液壓動(dòng)力源和柜式液壓動(dòng)力源三種方式。本設(shè)計(jì)采用上置式液壓動(dòng)力源設(shè)計(jì)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時(shí)，稱為臥式液壓動(dòng)力源。當(dāng)電動(dòng)機(jī)立式安裝于油箱之上時(shí)，稱為立式液壓動(dòng)力源。上置式液壓動(dòng)力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(nèi)的立式安裝動(dòng)力源，躁聲低且便于收集漏油。綜合考慮本設(shè)計(jì)決定采用臥式液壓動(dòng)力源布置?！?6】 4.1塊式集成的結(jié)構(gòu) 塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的6面體油路塊（集成塊），通常其四周除1面安裝通向液壓執(zhí)行器（液壓缸或液壓馬達(dá)）的管接頭外，其余3面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P、回油孔O（T）、泄漏油孔L及塊間連接螺栓孔，多個(gè)回路塊疊積在一起，通過(guò)4只長(zhǎng)螺栓固緊后，各塊之間的油路聯(lián)系通過(guò)公用油孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.2塊式集成的特點(diǎn) 可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)靈活、更改方便； 易于加工、專業(yè)化程度高； 結(jié)構(gòu)緊湊、裝配維護(hù)方便； 系統(tǒng)運(yùn)行效率較高 塊式集成的主要缺點(diǎn)是集成塊的孔系設(shè)計(jì)和加工容易出錯(cuò)，需要一定的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)。 4.3塊式集成液壓控制裝置的設(shè)計(jì)