機(jī)械手-液壓工業(yè)抓持機(jī)械手設(shè)計(jì)

機(jī)械手-液壓工業(yè)抓持機(jī)械手設(shè)計(jì),機(jī)械手,液壓,工業(yè),設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1機(jī)器人的定義 工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要分支，作為多學(xué)科融合的邊沿科學(xué)，機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)、微電子技術(shù)、液壓技術(shù)、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能的研究取得突破性進(jìn)展，必將對(duì)機(jī)器人技術(shù)的研究及應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，特別是生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)在感覺及大腦神經(jīng)研究所取得的重大成果，為未來高度智能化機(jī)器人的誕生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于機(jī)器人科學(xué)的發(fā)展十分迅速，世界上對(duì)機(jī)器人還沒有一個(gè)明晰、統(tǒng)一的定義。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義:機(jī)器 人是一種可以反復(fù)編程和多功能的用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)或?yàn)榱藞?zhí)行不同任務(wù)而具有可改變和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)(A reprogrammable and multifunctional manipulator,devised for the transport of masterials,parts,tools or specialized Systems,with varied and programmed movements,with the aim of carring out varied tasks )。 隨著我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)上研究的不斷進(jìn)展，很多專家也建議建立自己的機(jī)器人定義，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90將工業(yè)機(jī)器人定義為“一種能自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用于完成各種任務(wù)作業(yè)”。 1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展簡(jiǎn)史及趨勢(shì) 50年代，機(jī)器人技術(shù)開始萌芽，并隨計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)控技術(shù)的研究進(jìn)展而迅速發(fā)展起來。1949年，美國(guó)空軍研制新型軍用飛機(jī)，它把成熟的伺服技術(shù)與當(dāng)時(shí)新近發(fā)展起來的數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，麻省理工學(xué)院(MIT)輻射實(shí)驗(yàn)室于1953年研制出這樣的機(jī)器。1954年美國(guó)人(George C.Devol)申請(qǐng)了第一個(gè)機(jī)器人技術(shù)方面的專利——“程序控制物料傳送裝置”，根據(jù)這一專利，1959年第一次成功地研制出采用數(shù)字控制程序自動(dòng)化裝置的原型機(jī)。世界上第一臺(tái)實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人是美國(guó)Unimation公司研制成功的"Unimate"機(jī)器人，人們普遍把Unimate機(jī)器人看成是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的鼻祖。 到了90年代后期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。 我國(guó)的機(jī)器人研究相對(duì)開始較晚。先后經(jīng)歷了上世紀(jì)70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。1972年我國(guó)開始研制工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入80年代，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展得到了國(guó)家和政府的重視與支持。“七五”期間，國(guó)家著重進(jìn)行了工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元件、幾類工業(yè)機(jī)器人整機(jī)與應(yīng)用工程的開發(fā)研究。經(jīng)過五年的攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人的成套技術(shù)開發(fā)，研制出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)器人，開發(fā)了幾類通用與專用控制器及幾類關(guān)鍵的元部件，并在生產(chǎn)中經(jīng)受了實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)。90年代是我國(guó)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵年代。我國(guó)自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長(zhǎng)春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。國(guó)家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。而在“十一五”期間，我國(guó)更強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人技術(shù)的重要性，把重點(diǎn)放在解決我國(guó)已研制應(yīng)用多年的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化前期關(guān)鍵技術(shù)，大力推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，力爭(zhēng)在“十五”末期實(shí)現(xiàn)噴涂、焊接、裝配等機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化。 21世紀(jì)的頭十年應(yīng)是我國(guó)工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)商品化、為產(chǎn)業(yè)化鋪平道路的時(shí)期，在擴(kuò)大國(guó)內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，進(jìn)一步開拓國(guó)際市場(chǎng)，促進(jìn)國(guó)際合作，為以后我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的普及和騰飛打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì): （1）工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 （3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。 （4）機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制。 （5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 1.3項(xiàng)目的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一種，它能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。作者所研究的項(xiàng)目是“軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手”，項(xiàng)目來源于云南銅業(yè)股份有線公司的電鍍生產(chǎn)線改進(jìn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手手部采用夾持式結(jié)構(gòu)，在空中能實(shí)現(xiàn)升降移動(dòng)和前后移動(dòng)兩個(gè)自由度，并能搬運(yùn)重30kg的軸類零件。 機(jī)械手最多有六個(gè)自由度，二維機(jī)械手是其中最簡(jiǎn)單的一種，技術(shù)相對(duì)成熟。國(guó)內(nèi)外很多專家和學(xué)者都對(duì)這類機(jī)械手進(jìn)行了研究，國(guó)外發(fā)展最成熟的是日本的公司，把可重構(gòu)化的思想與機(jī)械手機(jī)構(gòu)相結(jié)合，生產(chǎn)的機(jī)械手不僅價(jià)格低，還具有相當(dāng)廣泛的適用性，易于維護(hù)和改進(jìn)。我國(guó)的機(jī)械手研究起步較晚，發(fā)展相對(duì)落后，雖然也有很多公司已經(jīng)開始生產(chǎn)這種機(jī)械產(chǎn)品，并初具規(guī)模，例如上海瓦科自動(dòng)化設(shè)備有限公司、揚(yáng)州市恒陽冶金科技有限公司、廣州市海同機(jī)電設(shè)備有限公司、大連四達(dá)高技術(shù)發(fā)展有限公司和上海優(yōu)樂博特自動(dòng)化工程有限公司等都是專業(yè)提供各種機(jī)械手的公司，但多采用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)和控制，使這類機(jī)械手運(yùn)行不平穩(wěn)、體積大、調(diào)速不方便、造價(jià)昂貴，且只能控制單個(gè)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)，不利于組裝在自動(dòng)生產(chǎn)線上。而應(yīng)用在電鍍行業(yè)的機(jī)械手更是少，由于電鍍行業(yè)的特殊性，項(xiàng)目的復(fù)雜性，市場(chǎng)上不可能買到現(xiàn)成的機(jī)械手裝備，重新設(shè)計(jì)電鍍行業(yè)二維軸類零件運(yùn)輸機(jī)械手生產(chǎn)線有相當(dāng)大的必要性。 目前，在電鍍行業(yè)，機(jī)器設(shè)備還比較差，多為人工操作或是半自動(dòng)機(jī)操作，生產(chǎn)線裝備更是比較落后，致使生產(chǎn)效率低，而且在惡劣的環(huán)境下，對(duì)工人身體不利還易出現(xiàn)危險(xiǎn)。正是在這種條件下，以電鍍行業(yè)軸類運(yùn)輸通用機(jī)械手為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)能夠在電鍍槽與電鍍槽之間、電鍍槽與上料裝置之間、電鍍槽與下料裝置之間搬運(yùn)軸類零件的通用機(jī)械手，為改善此行業(yè)的生產(chǎn)效率低，工人環(huán)境危險(xiǎn)的問題。雖然目前也有很多同類運(yùn)輸機(jī)械手正在應(yīng)用中，可是最大的問題是，這些機(jī)械手為專用化設(shè)備，不僅價(jià)格高，而且適應(yīng)性不強(qiáng)，有的只能適用于一種零件或只適用于一條生產(chǎn)線，且有些老式的機(jī)械手體積龐大，浪費(fèi)了不少資源，這也就成了制約電鍍行業(yè)發(fā)展的瓶頸。 綜上所述，機(jī)械手生產(chǎn)線作為新一代生產(chǎn)工具，能夠代替人完成人力所不及或人所不適宜的工作。隨著機(jī)械手在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)機(jī)械手的綜合性能提出了更高的要求，專業(yè)化更強(qiáng)，實(shí)用性更高，經(jīng)濟(jì)性要求也己經(jīng)擺到了人們的面前。因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、能滿足功能要求又具有一定的可靠性的工業(yè)機(jī)器人或者說功能專一的機(jī)械手需求量越來越大。 1.4項(xiàng)目的可行性與安全性分析 1.4.1項(xiàng)目的可行性分析 可行性研究的目的是用最小的代價(jià)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)確定問題是否能夠解決。以下分別從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上、運(yùn)行上、法律上對(duì)該系統(tǒng)可行性進(jìn)行研究。 （1）從經(jīng)濟(jì)上來說，隨著技術(shù)的逐步成熟與工作效率的提高，液壓缸、行架、導(dǎo)軌、螺釘?shù)攘慵图庸こ杀镜荣M(fèi)用都有所降低，原來十幾萬的系統(tǒng)成本現(xiàn)在幾萬元就能實(shí)現(xiàn)，而該系統(tǒng)投入運(yùn)行后能節(jié)約更多的財(cái)力，現(xiàn)在主要表現(xiàn)有以下幾個(gè)方面: 第一，本系統(tǒng)的運(yùn)行可以代替人工進(jìn)行許多繁雜的勞動(dòng)； 第二，本系統(tǒng)的運(yùn)行可以節(jié)省更多的資源； 第三，本系統(tǒng)的運(yùn)行可以大大的提高工作人員的工作效率； 第四，本系統(tǒng)的運(yùn)行可以滿足大量軸類零件的電鍍，很好的適應(yīng)零件的變化。 所以，本系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。 （2）從技術(shù)上來說，本系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、精度配合的知識(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在二維繪圖軟件CAXA2007的環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)；用液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和計(jì)算方法對(duì)其液壓油缸、液壓站、集成油路進(jìn)行設(shè)計(jì)；從工藝學(xué)的角度出發(fā)對(duì)機(jī)械手中的復(fù)雜零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜上所述，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)在技術(shù)上和軟硬件設(shè)備上的條件都是滿足的，因此，它在技術(shù)上是可行的。 （3）從運(yùn)行上來說，本系統(tǒng)為一個(gè)軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手生產(chǎn)線系統(tǒng)，采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式，使三個(gè)機(jī)械手同步運(yùn)動(dòng)完成整個(gè)電鍍的過程。機(jī)械工廠的電壓380V，能提供此系統(tǒng)所需的能量。因此，本系統(tǒng)在運(yùn)行上也是可行的。 （4）從法律上來說，本系統(tǒng)純?yōu)樗饺嗽O(shè)計(jì)，在開發(fā)過程中沒有涉及合同、責(zé)任等與法律相抵觸的方面。因此，本系統(tǒng)在法律上是可行的。 1.4.2項(xiàng)目的安全性分析 系統(tǒng)安全性研究的目的是該系統(tǒng)的運(yùn)行不影響工人的工作生活，工廠的設(shè)備，零件的質(zhì)量以及盡量避免事故的發(fā)生。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）油缸的設(shè)計(jì)及密封方式做了很好的保護(hù)，盡量避免露油、泄油事故的發(fā)生。 （2）定期對(duì)油缸、油管、油口進(jìn)行檢查與清洗，避免油口或油管堵塞事故的發(fā)生。 （3）整個(gè)生產(chǎn)線放置指定的區(qū)域里，外圍用黃色警戒線標(biāo)出，以免工人無意靠近造成事故的發(fā)生。 （4）對(duì)機(jī)械手生產(chǎn)線進(jìn)行維修，檢查時(shí)，事先切斷電源開關(guān)，防止事故的發(fā)生，提高系統(tǒng)的安全性。 綜上所述，該機(jī)械手生產(chǎn)線是安全的。 1.5本論文的主要研究?jī)?nèi)容 本論文選題于電鍍行業(yè)的“軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手設(shè)計(jì)”，并把機(jī)械手運(yùn)用到自動(dòng)生產(chǎn)線上。該生產(chǎn)線針對(duì)現(xiàn)在電鍍行業(yè)工作效率低、電鍍成本高、工人工作環(huán)境危險(xiǎn)的情況而設(shè)計(jì)。主要完成機(jī)械手夾緊和松開、前后移動(dòng)、上下移動(dòng)的功能，實(shí)現(xiàn)把將要電鍍的軸類零件從上料機(jī)構(gòu)取下，到完成電鍍從下料機(jī)構(gòu)取出的全自動(dòng)化操作，整個(gè)過程需要三個(gè)機(jī)械手同步運(yùn)動(dòng)，它們是生產(chǎn)線的重要組成部分，其組成環(huán)節(jié)較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難協(xié)調(diào)工作。整個(gè)運(yùn)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)的方法，分別用三對(duì)油缸實(shí)現(xiàn)三對(duì)運(yùn)動(dòng)，這是本文論述的重點(diǎn)。而行架、上料機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、電鍍槽的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在整個(gè)系統(tǒng)中只取到輔助作用，所以只對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述。 本論文研究的主要內(nèi)容有： （1）軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手的總體方案的確定。機(jī)械手采用懸掛式結(jié)構(gòu)，在空間行架上運(yùn)動(dòng)，用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建液壓站對(duì)其進(jìn)行控制。 （2）機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。手部采用連桿杠桿式結(jié)構(gòu)，夾持部用鑲塊的結(jié)構(gòu)。由于是搬運(yùn)軸類零件，采用兩支機(jī)械手并排設(shè)計(jì)。 （3）機(jī)械手行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)械手要能前后運(yùn)動(dòng)，只有在機(jī)械手上安上滾輪和導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的高效的運(yùn)動(dòng)。 （4）液壓缸的設(shè)計(jì)。機(jī)械手有三對(duì)運(yùn)動(dòng)，故采用三個(gè)液壓缸來滿足系統(tǒng)的需要，對(duì)每個(gè)液壓缸都需要詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 （5）液壓站的設(shè)計(jì)。包括油箱、電動(dòng)機(jī)、液壓泵、油管等的設(shè)計(jì)過程。 （6）功能檢驗(yàn)。檢驗(yàn)機(jī)械手的各功能，并效驗(yàn)使用年限和工作效率。 2 機(jī)械手關(guān)鍵技術(shù)分析 2.1引言 機(jī)械行業(yè)擁有悠久的歷史，是一個(gè)自古就有的行業(yè)。從古代生產(chǎn)簡(jiǎn)單的小型工具開始，到英國(guó)工業(yè)革命時(shí)期瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，到現(xiàn)在新型數(shù)控機(jī)床、大型機(jī)的發(fā)明，整個(gè)機(jī)械行業(yè)都在向前發(fā)展著。而工業(yè)機(jī)器人和專用機(jī)械手這個(gè)才起源于上實(shí)際70年代的應(yīng)用科學(xué)，伴隨著傳動(dòng)技術(shù)、液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、控制工程等各種科學(xué)的交叉發(fā)展，技術(shù)逐步趨近成熟，在國(guó)民生活中發(fā)揮到越來越來的作用。這是在這些關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，機(jī)械手生產(chǎn)線才能做出正確的設(shè)計(jì)。 2.2電鍍技術(shù) 隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細(xì)分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實(shí)際產(chǎn)品中得到應(yīng)用的設(shè)計(jì)效果也日新月異，電鍍是在設(shè)計(jì)中經(jīng)常要涉及到的一種工藝，對(duì)于這種工藝的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，通過這種工藝的處理我們通?？梢缘玫揭恍┙饘偕珴傻男Ч?，如高光，亞光等，通過這樣的處理為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)增加一個(gè)亮點(diǎn)。電鍍就是利用電解的方式使金屬或合金沉積在工件表面，以形成均勻、致密、結(jié)合力良好的金屬層的過程。簡(jiǎn)單的理解，是物理和化學(xué)的變化和結(jié)合。我們一般應(yīng)用電鍍工藝來提高工件的抗腐蝕、抗磨損的性能，或提供導(dǎo)電或絕緣性能的鍍層改變工件的電性能等。 電鍍工藝要求鍍層金屬做陽極，待鍍件做陰極，鍍層金屬的鹽溶液做電解質(zhì)溶液,通直流電進(jìn)行電鍍。利用這個(gè)原理,可以鍍金、銀、銅、鋅、鎘、鎳等。也可以說，電鍍是指借助外界直流電的作用，在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng)，使導(dǎo)電體例如金屬的表面沉積上一層金屬或合金層的過程。 該機(jī)械手系統(tǒng)就是應(yīng)用在電鍍銅生產(chǎn)線上，用CuSO4作電解質(zhì)溶液，要鍍的金屬軸類工件接電源負(fù)極，電源正極接純銅。通電后，陽極的Cu原子失去電子變成Cu2＋離子溶入電解液中，而在陰極：金屬銅以離子狀態(tài)進(jìn)入鍍液，并不斷向陰極遷移，最后在陰極上得到電子還原為金屬銅，逐漸形成金屬銅鍍層。其反應(yīng)式為： 陽極： Cu - 2e－ → Cu2＋ 陰極： Cu2+ + 2e－ → Cu 2.3液壓技術(shù) 2.3.1液壓傳動(dòng)概述及其優(yōu)點(diǎn) 一部完整的機(jī)器就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由動(dòng)力子系統(tǒng)、傳動(dòng)子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)和工作機(jī)構(gòu)等組成。傳動(dòng)部分是一個(gè)中間環(huán)節(jié)，而液壓傳動(dòng)是傳動(dòng)方式的一種主要類型。液壓傳動(dòng)（hydrostatic transmission）是用液體的壓力能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與傳遞。液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。近30年來，由于控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)及材料科學(xué)的發(fā)展，極大的推動(dòng)了液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展，使其成為集傳動(dòng)、控制、計(jì)算機(jī)、傳感檢測(cè)、機(jī)電液為一體化的全新的自動(dòng)控制技術(shù)。 液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)應(yīng)用在工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車機(jī)械、機(jī)床機(jī)械、軍事機(jī)械、海洋工程等各種行業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。表現(xiàn)出液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： （1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊。因此，液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)及頻繁換向，每分鐘的換向次數(shù)可達(dá)500次（左右擺動(dòng)）、1000次（往復(fù)移動(dòng)）。?? （2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)大范圍的無極調(diào)速。這使得液壓傳動(dòng)裝置可在極低的速度下輸出很大的力?? （3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。?? （4）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。當(dāng)液壓系統(tǒng)超過負(fù)荷（或系統(tǒng)承受液壓沖擊）時(shí)，液壓油可以經(jīng)溢流閥排回油箱，系統(tǒng)特到過載保護(hù)。? （5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤(rùn)滑，磨損小，使用壽命長(zhǎng)。?? （6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。?? （7）易于設(shè)計(jì)和制造。因?yàn)橐簤涸家呀?jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，使液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造都比較方便。? 2.3.2液壓傳動(dòng)的基本原理 液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)，通過液壓泵把電動(dòng)機(jī)（或其他動(dòng)力）供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的液壓能，油液輸入液壓缸后，又通過液壓缸把油液的液壓能轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程可以簡(jiǎn)單的用圖2－1來表示。 動(dòng)力元件 執(zhí)行元件 機(jī)械能 液壓能 機(jī)械能 控 制 元 件 控制與調(diào)節(jié)作用 圖2－1 液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程 在液壓系統(tǒng)中，無論電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或其他直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能都依靠密封容積的變化轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，即液壓泵輸出的液壓油具有一定的壓力。而工作部件運(yùn)動(dòng)的速度決定于在單位時(shí)間內(nèi)通過節(jié)流閥流入液壓缸中油液的多少，因?yàn)楣ぷ鞑考\(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的阻力大小于液壓油的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。對(duì)液壓系統(tǒng)的控制則是通過控制和調(diào)節(jié)液壓油的壓力、流量及液壓方向來實(shí)現(xiàn)的，因此，液壓傳動(dòng)和液壓控制是不可分割的。 2.3.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計(jì)算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟大體如下： （1）液壓系統(tǒng)的工況分析。即在開始設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì)機(jī)器的工作情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，一般要考慮下面幾個(gè)方面的問題。 第一：確定該機(jī)器中哪些運(yùn)動(dòng)需要液壓傳動(dòng)來完成。 第二：確定各運(yùn)動(dòng)的工作順序和各執(zhí)行元件的工作循環(huán)。 第三：確定液壓系統(tǒng)的主要工作性能，包括執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、調(diào)速范圍、最大行程以及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性要求。 第四：確定各執(zhí)行元件所承受的負(fù)載及其變化范圍。 （2）擬定液壓系統(tǒng)原理圖。即根據(jù)任務(wù)要求，確定采用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式、調(diào)速方案和速度換接方法，滿足系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向和安全互鎖等要求，選擇基本回路，然后將各基本回路組合成液壓系統(tǒng)原理圖。 （3）液壓系統(tǒng)的計(jì)算并選擇液壓元件。液壓計(jì)算的目的是確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，以便按照這些參數(shù)合理的選擇標(biāo)準(zhǔn)元件和設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)元件。具體設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下: 第一步：計(jì)算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量。 第二步：計(jì)算液壓泵的工作壓力、流量和傳動(dòng)功率。 第三步：選擇液壓泵和電動(dòng)機(jī)的類型和規(guī)格。 第四步：選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格。 （4）對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱升溫要進(jìn)行驗(yàn)算。 （5）繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件。正式工作圖一般包括：液壓系統(tǒng)原理圖；非標(biāo)準(zhǔn)的液壓缸、液壓油箱圖；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。技術(shù)文件一般包括：基本件、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件及外購件匯總表，液壓系統(tǒng)安裝和調(diào)試要求，設(shè)計(jì)說明書等。 2.4機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù) 2.4.1機(jī)械原理 “機(jī)械”是“機(jī)器”和“機(jī)構(gòu)”的總稱，機(jī)械原理正式一門以以機(jī)器和機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象的科學(xué)。在機(jī)械原理中，我們把機(jī)器的各種問題看成是歸納成機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)以及機(jī)器的動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面來考慮?，F(xiàn)代機(jī)器人的研究，正是建立在此基礎(chǔ)上，在機(jī)構(gòu)學(xué)中形成了研究專題，其中以普通、特殊串聯(lián)、多環(huán)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，步行和蛇行機(jī)器人機(jī)構(gòu)等為研究對(duì)象，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模，最優(yōu)控制，參數(shù)識(shí)別等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 用機(jī)械原理的方法，能使所分析的問題簡(jiǎn)單化，以最快的速度，最優(yōu)的方法滿足系統(tǒng)的要求。我所設(shè)計(jì)的電鍍機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)運(yùn)用連桿杠桿式機(jī)構(gòu)的原理，繪出正確的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析。 2.4.2機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)是為了滿足機(jī)器的某些特定的功能而進(jìn)行的創(chuàng)造性的過程，即用新的原理或新的概念，開發(fā)創(chuàng)新出新的產(chǎn)品。我已經(jīng)掌握了通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，具有選用通用機(jī)械傳動(dòng)裝置和初步具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械的能力，具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力，在此機(jī)械設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上，我的項(xiàng)目題目為“軸類運(yùn)輸二維機(jī)械手的設(shè)計(jì)”，包括了機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、空間行架、行走機(jī)構(gòu)和液壓站的設(shè)計(jì)。整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)步驟如下： （1）明確設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，把任務(wù)分解為具體的功能模塊。 （2）針對(duì)具體的要求，提供可供選擇的方案，并進(jìn)行比較得出最優(yōu)的方案。 （3）按照選定的方案進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析、零部件的工作能力和結(jié)構(gòu)分析，繪制裝配總圖。 （4）根據(jù)裝配圖，結(jié)合具體的生產(chǎn)條件和零件的結(jié)構(gòu)工藝性等因素，繪制零件工作圖。 （5）整理圖紙，編寫計(jì)算說明書和使用說明書。 我所設(shè)計(jì)的機(jī)械手正是根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析的，從解讀任務(wù)要求到完成設(shè)計(jì)說明書，都以機(jī)械設(shè)計(jì)的思想和方法貫穿于始終，以機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)為重要的參考資料，完成整個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程。 2.4.3精度設(shè)計(jì) 任何機(jī)械產(chǎn)品，都是由零部件組成的。因此，機(jī)械零部件幾何參數(shù)的精度（尺寸精度、形狀及相互位置精度、表面粗燥度等）會(huì)直接影響現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，包括工作精度、耐用性、可靠性、效率等。這就是說，在合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和正確選用材料的前提下，機(jī)械零部件幾何參數(shù)的精度設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，是機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。機(jī)械零部件幾何精度的任務(wù)，就是根據(jù)使用要求對(duì)于經(jīng)過參數(shù)設(shè)計(jì)階段確定的機(jī)械零件的幾何參數(shù)合理的給出尺寸、形狀位置和表面粗糙度公差值，用以控制加工誤差，從而保證產(chǎn)品的各項(xiàng)性能要求。機(jī)械產(chǎn)品中的孔、軸結(jié)合主要有三種形式：孔、軸有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，孔軸固定連接和孔、軸之間定位可拆連接。為滿足這三種配合要求，極限于配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了配合制、標(biāo)準(zhǔn)公差系列和基本偏差系列，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖2－2所示。 標(biāo)準(zhǔn)公差系列 基孔制配合 配合制 基本偏差系列 基軸制配合 圖2－2 極限與配合的結(jié)構(gòu) 在機(jī)械制造過程中，從工藝上和宏觀經(jīng)濟(jì)效益考慮，一般優(yōu)先選用基孔制。這是因?yàn)榧庸た子玫牡毒叨嗍嵌ㄖ档?，選用基孔制便于減少孔用定值刀具和量具的數(shù)目。而加工軸的刀具大都不是定值的，因此，改變軸的尺寸不會(huì)增加刀具和量具的數(shù)目。軸類零件二維機(jī)械手經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)用到的配合尺寸如圖2－3所示。 序號(hào) 配合零件 配合代號(hào) 配合制 配合類別 配合特征 1 活塞與油缸 H7/g6 基孔制 間隙配合 較小的間隙，應(yīng)用于精密的潤(rùn)滑處。 2 活塞桿和法蘭蓋 H7/g6 基孔制 間隙配合 較小的間隙，應(yīng)用于精密的潤(rùn)滑處。 3 內(nèi)缸套和外端蓋 H7/g6 基孔制 間隙配合 較小的間隙，應(yīng)用于精密的潤(rùn)滑處。 4 法蘭蓋和油缸 H8/g7 基孔制 間隙配合 較小的間隙，應(yīng)用于精密的潤(rùn)滑處。 5 開口銷的連接 H8/f8 基孔制 間隙配合 一般的間隙，用于一般轉(zhuǎn)速的動(dòng)配合。 6 機(jī)械手部鉸鏈連接處 H9/c9 基孔制 間隙配合 較大間隙多應(yīng)用于鉸接處。 7 彈性聯(lián)軸器的配合 H7/k6 基孔制 過渡配合 大部分有微小的間隙，用于稍有震動(dòng)的配合。 圖2－3 機(jī)械手設(shè)計(jì)中用到的配合 2.4.4工程材料 材料用來做器件、機(jī)構(gòu)或其他產(chǎn)品，材料是生產(chǎn)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。對(duì)機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先就是要對(duì)材料進(jìn)行選擇。選用材料的好壞，直接影響到整個(gè)機(jī)器的性能好壞，如果選擇的材料不適當(dāng)，整個(gè)機(jī)器無法正確的制造出來，這個(gè)設(shè)計(jì)就是白費(fèi)。在機(jī)械行業(yè)中，應(yīng)用得最廣的仍然是金屬材料。根據(jù)初步的估計(jì)，整個(gè)機(jī)械手生產(chǎn)線自重的70％左右為鑄鐵，碳鋼占20％，其余為合金鋼及少量的有色金屬塑料等。了解鋼的熱處理及各金屬材料的組織、性能關(guān)系，從工藝學(xué)的角度認(rèn)識(shí)機(jī)械產(chǎn)品是進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本前提。再好的設(shè)計(jì)，如果在實(shí)際生產(chǎn)中無法制造出來，那么這個(gè)設(shè)計(jì)就是失敗的，正式這點(diǎn)，使我的整個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)立足于實(shí)際生產(chǎn)。從毛坯的材料選擇到材料的制造工藝，都為本設(shè)計(jì)提供了基本的保證。 2.5計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù) 計(jì)算機(jī)繪圖是相對(duì)于手工繪圖而言的一種高效率、高質(zhì)量的繪圖技術(shù)。手工繪圖使用三角板、丁字尺、圓規(guī)等簡(jiǎn)單工具，是一項(xiàng)細(xì)致、復(fù)雜和冗長(zhǎng)的勞動(dòng)。不但效率低、質(zhì)量差，而且周期長(zhǎng)，不易于修改。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)繪圖能很好的解決手工繪圖所帶來的不便。 現(xiàn)在市場(chǎng)上，計(jì)算機(jī)繪圖軟件主要分三維繪圖和二維繪圖兩大類，由于現(xiàn)在三維繪圖軟件還發(fā)展的不太成熟，國(guó)內(nèi)公司主要應(yīng)用三維繪圖在外觀設(shè)計(jì)和產(chǎn)品造型方面。而我所設(shè)計(jì)的機(jī)械手處于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，用二維繪圖軟件才能更好的表示出整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)比較活躍的二維繪圖軟件有：美國(guó)AutoDesk公司AutoCAD、華工開目公司的KMCAD、北航華正的CAXA、華軟公司的InteCAD。因?yàn)镃AXA不僅具有繪圖方便、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行消耗的資源小等優(yōu)點(diǎn)，更因?yàn)樗姆N類齊全的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)件圖庫，靈活的剖面線設(shè)置使得越來越多的企業(yè)應(yīng)用此軟件。正是因?yàn)榇嗽?，我說設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用CAXA2007r1（測(cè)試版）的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖。 2.6本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)械手所采用的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了介紹。首先詳細(xì)說明液壓的基本原理和方法，接著分別介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的方法原理，并初步介紹了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、工程材料等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)分析了CAXA繪圖的優(yōu)點(diǎn)及整個(gè)設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境。為下面幾章的機(jī)械手詳細(xì)設(shè)計(jì)做好了鋪墊。 4 機(jī)械手系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3.1引言 機(jī)器手是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，根據(jù)機(jī)械手所要完成的要求，合理的分配機(jī)械、電子、硬件、軟件各部分所承擔(dān)的任務(wù)和功能，對(duì)提高系統(tǒng)的整體性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本降低起著舉足輕重的作用。因此，對(duì)軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行整體功能分析，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、靈活性和高可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵步驟。 3.2機(jī)械手任務(wù)要求 該機(jī)械手運(yùn)用在電鍍生產(chǎn)線上，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快產(chǎn)品的生產(chǎn)速度與工人工作的安全性，要求三支機(jī)械手同步運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝恢C(jī)械手把軸類零件從上料機(jī)構(gòu)搬運(yùn)到電鍍槽內(nèi)時(shí)，第二支機(jī)械手負(fù)責(zé)把軸內(nèi)零件從電鍍槽搬運(yùn)到清洗槽內(nèi)，而第三支機(jī)械手則把零件從清洗槽搬運(yùn)到下料機(jī)構(gòu)中，最后整個(gè)工序完成。三支機(jī)械手在生產(chǎn)線上要求同步運(yùn)動(dòng)，即機(jī)械手每次運(yùn)動(dòng)都要完成如下動(dòng)作： 下降——夾緊——上升——平移——下降——松開——返回 機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)與要求如下： （1）機(jī)械手能夾持軸類零件的直徑為?30——?60mm。 （2）機(jī)械手能進(jìn)行上下運(yùn)輸運(yùn)動(dòng)，其最大行程為300mm。 （3）機(jī)械手能進(jìn)行左右運(yùn)輸運(yùn)動(dòng)，其行程為100mm——1500mm。 （4）工件重量30Kg，工件長(zhǎng)度為400mm。 （5）完成一次運(yùn)輸時(shí)間小于20秒鐘。 （6）機(jī)械手使用年限為20年。（按每年250天，每天16小時(shí)計(jì)算） 3.3機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)是軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手生產(chǎn)線賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體，機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局、類型、傳動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著其工作性能。專業(yè)機(jī)械手屬于工業(yè)機(jī)器人的一種，其機(jī)械結(jié)構(gòu)按坐標(biāo)形式主要有直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、SCARA型和關(guān)節(jié)型等。 （1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高，三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒有禍合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是占地面積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。 （2）球坐標(biāo)機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)機(jī)器人占地面積小，工作空間較大，在空間中的定位也比較直觀，但是它們的移動(dòng)關(guān)節(jié)不容易防護(hù)，極坐標(biāo)型機(jī)器人也存在移動(dòng)關(guān)節(jié)不易防護(hù)的問題，它們多用于一些特殊的作業(yè)環(huán)境。 （3）SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向完成零件的裝配作業(yè)。 （4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，動(dòng)作靈活，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，工作空間大；缺點(diǎn)是進(jìn)行控制時(shí)計(jì)算量比較大，確定末端執(zhí)行部件的位姿不直觀。 綜上所述，關(guān)節(jié)型機(jī)器人雖然運(yùn)動(dòng)學(xué)分析比較復(fù)雜，控制難度大，但與其它型式機(jī)器人相比操作靈活性強(qiáng)，因而它的應(yīng)用日益廣泛。 針對(duì)該軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手，為了使它具有一定的操作靈活性和較好的使用性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用圓柱坐標(biāo)型。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)為3個(gè)自由度，將運(yùn)動(dòng)分解為兩部分:移動(dòng)部分和操作部分。移動(dòng)部分占2個(gè)自由度，包括上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)和前后移動(dòng)機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)自由度相互垂直，其間無禍合，可以有效的進(jìn)行控制。操作部分有1個(gè)自由度，即為機(jī)械手夾緊和放松機(jī)構(gòu)。機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)采用連桿杠桿式結(jié)構(gòu)，如圖3－1所示。 圖3－1 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析及方案設(shè)計(jì) 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往要受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)還要考慮價(jià)格因素的影響以及所能達(dá)到的技術(shù)水平。目前機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種形式。氣動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速，可在惡劣的環(huán)境中工作，但氣動(dòng)裝置也存在噪聲問題，只適用于精度要求不高的點(diǎn)位系統(tǒng)中。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有精度高、控制準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速快等優(yōu)點(diǎn)，但控制較復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。而壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠提供較大的驅(qū)動(dòng)壓力和功率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、無級(jí)變速等特點(diǎn)，液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度快，可達(dá)到較高的定位精度和剛度，常用于要求提供較大驅(qū)動(dòng)力矩、對(duì)移動(dòng)性能要求差的大功率機(jī)器人系統(tǒng)中。綜合考慮各種因素，這里設(shè)計(jì)的電鍍生產(chǎn)線運(yùn)輸機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)用液壓驅(qū)動(dòng)，建立一個(gè)液壓站為整個(gè)生產(chǎn)線提供動(dòng)力支持。 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝配圖見設(shè)計(jì)圖紙部分第2張：電鍍自動(dòng)線液壓站裝配圖。 3.5傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.5.1傳動(dòng)方式概述 傳動(dòng)裝置的作用主要是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人相應(yīng)的執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。目前常用的傳動(dòng)方式有:皮帶輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、諧波減速傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等機(jī)械傳動(dòng)方式以及液體傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)等。諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、能獲得大的傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)，但存在扭轉(zhuǎn)剛度較低且傳動(dòng)比不能太小的缺點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點(diǎn)是用于中等減速比傳動(dòng)，但存在齒輪間隙，難以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)過程中精確位置要求，因此限制了它的廣泛應(yīng)用。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用于要求有大的傳動(dòng)比且傳動(dòng)過程中要求機(jī)構(gòu)自鎖的場(chǎng)合，這種方式安全性能高，但同樣存在齒側(cè)間隙，而且效率較低。皮帶輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可是存在彈性滑動(dòng)，和鏈傳動(dòng)一樣使用一段時(shí)間后易松弛，傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還產(chǎn)生動(dòng)載荷，因此，二者常用于傳動(dòng)精度要求不高的場(chǎng)合。滾珠絲杠傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、摩擦阻力小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且能夠有效消除傳動(dòng)間隙，無傳動(dòng)“爬行”現(xiàn)象和不自鎖等優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格較高。相對(duì)機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速、可在極低的速度下傳遞出很大的力、體積小、質(zhì)量輕、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。 3.5.2機(jī)械手移動(dòng)部分傳動(dòng) 由于在電鍍生產(chǎn)線上，機(jī)械手移動(dòng)精度要求不是很高，但需要三支機(jī)械手同步運(yùn)動(dòng)，要傳遞的力很大，在滿足性能的基礎(chǔ)上考慮到經(jīng)濟(jì)性要求，所以，移動(dòng)機(jī)構(gòu)選用液壓傳動(dòng)，由活塞液壓缸來承擔(dān)將油液壓力轉(zhuǎn)換為機(jī)械手的直線移動(dòng)。 由于升降移動(dòng)行程較短，故采用單桿移動(dòng)液壓缸就能滿足要求；而機(jī)械手的前后移動(dòng)由于行程為1500mm，距離較長(zhǎng)，故需采用液壓缸套筒的結(jié)構(gòu)，液壓油先推動(dòng)油缸內(nèi)缸套筒移動(dòng)，當(dāng)內(nèi)缸套頂住一個(gè)凸臺(tái)后，內(nèi)缸套不動(dòng)，液壓油繼續(xù)推動(dòng)活塞桿移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二級(jí)移動(dòng)，即節(jié)約了液壓缸的制造成本，又節(jié)省了液壓缸的空間占位面積。 機(jī)械手移動(dòng)部分傳動(dòng)設(shè)計(jì)，見設(shè)計(jì)圖紙第4張：機(jī)械手前后移動(dòng)液壓缸；第5張：機(jī)械手升降移動(dòng)液壓缸。 3.5.3機(jī)械手夾持部分傳動(dòng) 考慮到機(jī)械手的零件為軸類零件，工件重量30Kg，工件長(zhǎng)度為400mm，需要兩支機(jī)械手手爪均部于軸的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，且機(jī)械手抓起零件后，在空中運(yùn)輸需要保持機(jī)械手的夾緊狀態(tài)。用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，可以直接用閥類元件控制兩支機(jī)械手手爪的同步運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行夾緊，夾緊油缸要求體積小，但活塞運(yùn)動(dòng)速度快，保證夾緊時(shí)間小于1s。 機(jī)械手夾持部分傳動(dòng)設(shè)計(jì)見設(shè)計(jì)圖紙第6張：機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3.6機(jī)械手總裝配置 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)方案，繪制出電鍍生產(chǎn)線運(yùn)輸機(jī)械手總體配置方案如下圖所示： 圖3－2 機(jī)械手總體配置圖 整個(gè)機(jī)械手電鍍生產(chǎn)線包括上料機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、液壓站、電鍍槽、清洗槽、機(jī)體支座、支撐柜空中行架、機(jī)械手、液壓缸等部件組成。在此機(jī)械手電鍍生產(chǎn)線上，三支機(jī)械手同步運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝恢C(jī)械手把軸類零件從上料機(jī)構(gòu)搬運(yùn)到電鍍槽內(nèi)時(shí)，第二支機(jī)械手負(fù)責(zé)把軸內(nèi)零件從電鍍槽搬運(yùn)到清洗槽內(nèi)，而第三支機(jī)械手則把零件從清洗槽搬運(yùn)到下料機(jī)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)三個(gè)零件同時(shí)工作，節(jié)省了人力，大大提高了工作的效率。 3.7本章小結(jié) 本章主要針對(duì)電鍍生產(chǎn)線上，軸類零件二維運(yùn)輸機(jī)械手的性能要求和工作特點(diǎn)，對(duì)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、液壓驅(qū)動(dòng)以及總裝配置等問題進(jìn)行了整體分析和方案設(shè)計(jì)，確定連桿杠桿式的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，采用液壓驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)技術(shù)，用液壓缸和液壓站來構(gòu)建整個(gè)電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線，并簡(jiǎn)單介紹了整個(gè)生產(chǎn)線的工作步驟。系統(tǒng)方案的確定為后文液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、液壓缸的設(shè)計(jì)和液壓站的設(shè)計(jì)提供了根本條件。 4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析 4.1引言 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)是整個(gè)電鍍生產(chǎn)線的重點(diǎn)，它是與零件直接接觸的重要部件，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的功能要求能否滿足。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括夾持部分、行走部分、缸體部分等組成，下文將分別從這幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。 4.2機(jī)械手夾持部的力學(xué)分析 機(jī)械手采用連桿杠桿式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，手爪內(nèi)部用鑲塊進(jìn)行連接，裝入不同大小的鑲塊，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑軸的夾緊，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖4－1所示： 圖4－1 機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在此機(jī)械手中，手爪的夾緊力靠a、b、c、Ф四個(gè)參數(shù)來設(shè)定，其力N、P的計(jì)算公式如下： P= （4.1） P——機(jī)械手外作用力； N——機(jī)械手對(duì)零件的夾緊力； 因?yàn)檩S類零件重量為30Kg，重力G＝m×g＝30×10＝300N，根據(jù)公式： G＝μN(yùn) （4.2） 查表得，將其μ＝0.28；G＝300N；代入公式（4.2）中，得：N＝300/0.28＝1071N，根據(jù)我所設(shè)計(jì)得機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)得尺寸，有b＝40mm；c＝22mm；a＝15°；?＝60°，將其代入公式（4.1）中，得 P＝＝＝940N＝0.94KN 機(jī)械手外作用力P＝0.94KN，即為機(jī)械手夾緊油缸的外作用力。 4.3機(jī)械手行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手要能實(shí)現(xiàn)在空中的前后移動(dòng)，首先需要在空中固定一個(gè)導(dǎo)軌，通過導(dǎo)軌，利用滾輪在導(dǎo)軌的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的前后移動(dòng)?？臻g行架用兩根槽型鋼焊接固定在圓柱立柱上，滾輪采用三角的型式，中間夾住導(dǎo)軌，使其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。導(dǎo)軌和行架用螺釘連接，中間螺釘起連接固定的作用，兩邊的螺釘起調(diào)整導(dǎo)軌相對(duì)位置及保證導(dǎo)軌平行的作用。由于前后移動(dòng)油缸固定在空中行架上，液壓缸的動(dòng)作通過帶動(dòng)拉桿的前后移動(dòng)，而拉桿與機(jī)械手的行走機(jī)構(gòu)套在一起，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的前后移動(dòng)，故在機(jī)械手的行走機(jī)構(gòu)上兩端要裝上拉桿套。如圖4－2所示，為機(jī)械手的行走機(jī)構(gòu)。 圖4－2 機(jī)械手行走機(jī)構(gòu) 4.4機(jī)械手總體結(jié)構(gòu) 通過以上的分析，該機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)包括空中行走機(jī)構(gòu)、機(jī)械手升降移動(dòng)油缸、機(jī)械手夾緊油缸和機(jī)械手的夾持部四個(gè)大的部件，將其組裝成一體后就形成了一部完整的機(jī)械手。 機(jī)械手的行走機(jī)構(gòu)與升降移動(dòng)液壓缸的法蘭蓋采用四個(gè)螺栓均勻布置進(jìn)行連接，使其升降移動(dòng)液壓缸穩(wěn)定的放置在機(jī)械手行走機(jī)構(gòu)的下方；而升降油缸與夾緊油缸中間用一塊連接板，用內(nèi)六角圓柱頭螺釘使活塞桿和連接板固定，用六角頭螺栓使連接板和夾緊油缸的法蘭蓋固定，這樣使夾緊油缸與升降油缸連接成為了一個(gè)整體。夾緊油箱的另一端法蘭蓋用長(zhǎng)板的結(jié)構(gòu)，直接與機(jī)械手的手爪部結(jié)構(gòu)連接在一起。如圖4－3所示，為機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4－3 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)示意圖 4.5本章小結(jié) 本章通過對(duì)機(jī)械手的行走機(jī)構(gòu)、手部結(jié)構(gòu)、升降油缸和夾緊油缸進(jìn)行分析，并對(duì)這四部分進(jìn)行連接，形成機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，并用簡(jiǎn)單的示意圖進(jìn)行表示，清楚的描述了機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)。 5 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1引言 液壓系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的核心，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)的工作性能，本章將重點(diǎn)介紹機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要按照一定的方法和步驟，首先了解系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、工作循環(huán)及對(duì)液壓系統(tǒng)的主要要求，其次對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析、計(jì)算及效驗(yàn)，最后分析液壓站的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并作出總結(jié)。 5.2液壓系統(tǒng)工況分析 5.2.1液壓系統(tǒng)的組成 機(jī)械手生產(chǎn)線系統(tǒng)，采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)若能正常工作必須由以下五部分組成： (1)動(dòng)力裝置。它是把原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般由電動(dòng)機(jī)和液壓系組成，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油。 (2)執(zhí)行元件。它是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用是在壓力油的推動(dòng)下輸出力和速度(直線運(yùn)動(dòng))，或力矩和轉(zhuǎn)速(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))。這類元件包括各類液壓缸和液壓馬達(dá)。 (3)控制調(diào)節(jié)元件。它是能控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中油的壓力、流量或方向，以保證執(zhí)行裝置完成預(yù)期工作的元件。這類元件主要包括各種液壓閥，如溢流閥、節(jié)流閥以及換向閥等。 (4)輔助元件。輔助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接頭、濾油器以及流量計(jì)等。這些元件分別起散熱、貯油、蓄能、輸油、連接、過濾、測(cè)量壓力和測(cè)量流量等作用，以保證系統(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分。 (5)工作介質(zhì)。它在液壓傳功及控制中起傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力的作用。工作介質(zhì)為液壓油或其它合成液體。 5.2.2系統(tǒng)達(dá)到的功能要求和技術(shù)指標(biāo) 運(yùn)輸機(jī)械手是對(duì)零件進(jìn)行搬運(yùn)以及正確放置為目的的設(shè)備，在自動(dòng)生產(chǎn)線上具有重要的用途。該機(jī)械手的各動(dòng)作是由液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，完成機(jī)械手的上升運(yùn)動(dòng)、前后移動(dòng)、夾緊和放松三對(duì)運(yùn)動(dòng)的六個(gè)動(dòng)作。工人在操作臺(tái)前，使用不同的按鈕實(shí)現(xiàn)本機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作。 機(jī)械手運(yùn)用在電鍍生產(chǎn)線上，要求三支機(jī)械手同步運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝恢C(jī)械手把軸類零件從上料機(jī)構(gòu)搬運(yùn)到電鍍槽內(nèi)時(shí)，第二支機(jī)械手負(fù)責(zé)把軸內(nèi)零件從電鍍槽搬運(yùn)到清洗槽內(nèi)，而第三支機(jī)械手則把零件從清洗槽搬運(yùn)到下料機(jī)構(gòu)中，最后整個(gè)工序完成。機(jī)械手由液壓和電氣配合實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作循環(huán)要求如圖5－1所示： 圖5－1 機(jī)械手動(dòng)作循環(huán)圖 通過機(jī)械手的以上動(dòng)作分析，分別用三個(gè)液壓油缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的三對(duì)動(dòng)作。分別稱作：前后移動(dòng)油缸、升降油缸和夾緊油缸。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手的設(shè)計(jì)參數(shù)如圖5－2所示。 序號(hào) 設(shè)計(jì)參數(shù) 1 機(jī)械手能夾持軸類零件的直徑為?30——?60mm。 2 機(jī)械手能進(jìn)行上下運(yùn)輸運(yùn)動(dòng)，其最大行程為300mm。 3 機(jī)械手能進(jìn)行前后運(yùn)輸運(yùn)動(dòng)，其行程為100mm——1500mm。 4 工件重量30Kg，工件長(zhǎng)度為400mm。 5 完成一次運(yùn)輸時(shí)間小于20秒鐘。 6 機(jī)械手使用年限為20年。（按每年250天，每天16小時(shí)計(jì)算） 圖5－2 機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù) 5.3液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 5.3.1確定液壓缸負(fù)載力 設(shè)液壓缸工作循環(huán)中最大外負(fù)載為F，根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)中，液壓缸負(fù)載公式及各參數(shù)意義為： F= （5.1） R——液壓缸外作用力，單位KN； ——液壓缸總效率； 通過查表，在額定壓力下的液壓缸，總效率為=0.9~0.95，取=0.93，升降移動(dòng)液壓缸所受外作用力R=5.56KN，代入公式（5.1）得： F===5.98KN＝5980N 夾緊油缸和前后移動(dòng)油缸的外作用力分別為0.94KN、34.31KN，帶入公式2－1中，對(duì)各油缸的負(fù)載情況進(jìn)行計(jì)算，對(duì)出如圖5－3所示的數(shù)據(jù)。 液壓缸類型 液壓缸外作用力R（KN） 液壓缸負(fù)載力F（KN） 前后移動(dòng)液壓缸 14.78 15.89 升降移動(dòng)液壓缸 5.56 5.98 機(jī)械手夾緊液壓缸 0.94 1.01 5－3 各油缸的外作用力和負(fù)載力 5.3.2確定液壓缸主要尺寸 5.3.2.1初選液壓系統(tǒng)壓力 系統(tǒng)壓力選定得是否合理，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下，若系統(tǒng)壓力選得過低，則液壓元器件、液壓輔件的尺寸和重量就增加，系統(tǒng)造價(jià)也相應(yīng)增加；若系統(tǒng)壓力選得較高，則液壓設(shè)備的重量、尺寸會(huì)相應(yīng)降低，但制造精度等要求也相應(yīng)的提高。根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)中的工作壓力表，初步選定液壓系統(tǒng)的工作壓力為PP＝5MPa。 5.3.2.2液壓缸主要尺寸 液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的外徑兩個(gè)主要的尺寸，設(shè)液壓缸的內(nèi)徑用D表示，塞桿的外徑用d表示，根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)中，單活塞桿液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算公式及各參數(shù)的意義為： （5.2） P1——液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力PP，單位MPa； P2——液壓缸回油腔背壓力，單位MPa； d／D——活塞桿外徑與液壓缸內(nèi)徑之比； F——液壓缸負(fù)載，單位N； 通過查表，確定P1＝5MPa，P2＝0.4MPa，d/D=0.5，機(jī)械手升降移動(dòng)油缸的負(fù)載力F＝5980N,代入公式（5.2）得： ＝40.33mm 機(jī)械手夾緊油缸的負(fù)載力F＝1010N，帶入公式（5.2）得： ＝17.27mm 機(jī)械手橫移油缸得負(fù)載力F＝15890N，帶入公式（5.2）得： ＝63.09mm 活塞桿直徑可由d/D值算出，由計(jì)算所得得D與d值分別按液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)表中圓整到近似得標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。由于機(jī)械手的前后移動(dòng)油缸最大行程為1500mm，考慮到活塞桿的加工過程中，此長(zhǎng)活塞桿加工困難，不易制造，故采用雙級(jí)油缸結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸套內(nèi)徑取63mm，根據(jù)設(shè)計(jì)，外油缸取100mm。各功能液壓缸的油缸內(nèi)徑D和活塞桿外徑選取值如圖5－4所示。 液壓缸類型 液壓缸內(nèi)徑D（mm） 活塞桿外徑d（mm） 前后移動(dòng)液壓缸 100 32 升降移動(dòng)液壓缸 40 22 機(jī)械手夾緊液壓缸 18 8 圖5－4 各液壓缸的D和d的取值 對(duì)選定后的液壓缸內(nèi)徑D，必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin，即A>Amin，由公式： Amin＝ （5.3） ——流量閥的最小穩(wěn)定流量； ——液壓缸的最低速度，由設(shè)計(jì)要求給定； 用機(jī)械手夾緊油缸進(jìn)行最小穩(wěn)定速度驗(yàn)算，qmin是由產(chǎn)品樣本查得調(diào)速閥L-10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min，由于夾緊時(shí)間取1s，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，vmin＝20m/min。夾緊油缸D=18mm，d＝8mm，代入公式（5.3），得： Amin＝cm2＝2.5cm2 A＝＝×182＝2.64 cm2 可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。 5.3.2.3計(jì)算各液壓缸工作時(shí)所需流量 查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，液壓缸的流量計(jì)算公式及各參數(shù)的意義為： （5.4） ——液壓缸的流量，m3/min； D——液壓缸內(nèi)徑，m； V——活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度，m/min； 根據(jù)公式（5.4），代入各參數(shù)數(shù)值，計(jì)算出機(jī)械手前后移動(dòng)和升降移動(dòng)工作所需的流量Q前后、Q上下為： Q前后＝π×D2×v/4＝3.14×0.0632×18÷4＝0.05608m3/min＝56.08L/min Q上下＝π×D2×v/4＝3.14×0.042×10÷4＝0.01256m3/min＝12.56L/min 5.3.3液壓泵與電動(dòng)機(jī)的確定 5.3.3.1泵的工作壓力的確定 考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： PP＝P1+∑△P （5.5） PP——液壓泵最大工作壓力，MPa； P1——執(zhí)行元件最大工作壓力，MPa； △P——進(jìn)油管路中的壓力損失； 初始計(jì)算時(shí)，壓力損失△P在簡(jiǎn)單系統(tǒng)下，可取0.2—0.5MPa；在復(fù)雜系統(tǒng)下，可取0.5－1.5MPa。這里機(jī)械手液壓系統(tǒng)中選取0.4MPa，并將P1=5MPa，△P＝0.4MPa 代入公式（5.5），得： PP＝P1+∑△P=5+0.4=5.4MPa 上述計(jì)算得的是系統(tǒng)的靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外，考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn≥(1.25～1.6)PP。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值，機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，按中低壓系統(tǒng)取小值，則： Pn＝1.3×5.4＝7.02MPa 5.3.3.2泵的流量確定 液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)中，液壓泵的最大流量公式為： Q≥ （5.6） Q——液壓泵的最大流量，L/min； ——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，L/min； ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)； 一般取系統(tǒng)泄漏系數(shù)＝1.1~1.3，現(xiàn)?。?.2。由于機(jī)械手升降移動(dòng)油缸有三個(gè)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，故流量之和為3×Q上下＝37.68 L/min。因此取前后移動(dòng)液壓缸的流量為56.08L/min，代入公式（5.6），得：Q＝1.2×56.08L/min ＝67.29L/min 5.3.3.3選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的液壓泵最大工作壓力PP和液壓泵的最大流量Q，查找液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)中的液壓泵型號(hào)規(guī)格，現(xiàn)選用CB-50型齒輪泵。該泵的參數(shù)如圖5－5所示。 類別 型號(hào) 排量（mL/r） 壓力（MPa） 轉(zhuǎn)速（r/min） 特點(diǎn) 生產(chǎn)場(chǎng) 額定 最高 額定 最高 齒輪泵 CB-50 50 10 12.5 1450 1650 鋁合金殼，浮動(dòng)軸套結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)江液壓件廠 合肥液壓件廠 圖5－5 液壓泵的參數(shù) 5.3.3.4電動(dòng)機(jī)的選定 選擇與液壓泵相匹配的電動(dòng)機(jī)，首先需要計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定功率，查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)公式，即 P= （5.7） P——電動(dòng)機(jī)額定功率，KW； PS——泵的額定壓力，MPa； Q——泵的額定流量，L/min； ψ——轉(zhuǎn)換系數(shù)； ηp——液壓泵的總效率。 根據(jù)以上的液壓泵的參數(shù)，將ηp=0.81，ψ=0.7，Q＝50mL/r×1450 r/min＝