機械畢業(yè)設計-三自由度全液壓機械手結構設計（含CAD圖紙全套）

機械畢業(yè)設計-三自由度全液壓機械手結構設計（含CAD圖紙全套）,機械,畢業(yè)設計,自由度,液壓,機械手,結構設計,cad,圖紙,全套 沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院本科畢業(yè)論文 題 目： 三自由度全液壓機械手結構設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機制1102 學生姓名： 張鐸 指導教師： 趙艷春 論文提交日期： 2015年 6月 1日論文答辯日期： 2015年 6月 5日摘要 機械手是能復制相對于人的手臂的動作來取得固定的程序，或者自動操作物體設備的操作。為了人們的生產(chǎn)需要，機械手需要許多的工作設置，褚如手動和自動（包括單周期，單步驟，連續(xù)和自動返回到初始狀態(tài)）的工作。在運動控制中，PLC可以用于控制一個線性運動或圓周性運動。所以，在使用PLC程序控制的，可以完成機械手應用程序的控制。這里的規(guī)模方案是指電磁閥動作的操作，每一個極限開關位置，周期的連續(xù)運轉(zhuǎn)和精確性。關于液壓驅(qū)動系統(tǒng)，為了避免過度使用三相異步電動機，而且它更可以提供過載保護?？傮w來說機械手，PLC，是一個集高效，安全，經(jīng)濟，實用的特點于一身的液壓系統(tǒng)。到目前為止，我主要介紹了設計進程開始具體工作：本設計內(nèi)容包括：機械手的夾持機構設計，液壓系統(tǒng)設計，PLC的軟件設計，PLC的硬件設計。 機械結構是由機械手油缸，螺絲，導致管組成的液壓執(zhí)行器等機械裝備，可以任意伸縮的伸縮缸機械手，用旋轉(zhuǎn)圓筒轉(zhuǎn)動手腕，用缸架轉(zhuǎn)動柱，用升降油缸動作的機械手，在貨架上立柱可以用PLC控制電路中使用橫向移動油缸，用于FX2N PLC的類型，當連續(xù)按下啟動鍵后，PLC程序中指定的控制電磁閥的開關來控制機機械手的各個動作循環(huán)，當你反復按下停止按鈕時，機械手操作的幾個周期結束之后會停止運動。關鍵詞：液壓機械手，液壓控制回路，PLCAbstractHandling robot can mimic some of the actions and arm function to obtain a fixed program, or equipment operation means moving object automatic operation. In order to meet production needs, the robot needs a variety of work settings, such as manual and automatic (including continuous, single-cycle, single step and automatically returns to its initial state) work. In the motion control, PLC can be used to control a circular motion or linear motion. Therefore, the use of PLC program control can be achieved robot control applications. Scale program to make the operation of the solenoid valve operation, each of the limit switch position, cycle-accurate and continuous operation. Hydraulic drive systems for vehicles, in order to avoid the use of three-phase asynchronous motors, it has the advantage of preventing overload. Overall, robot, PLC, by an efficient, safe, economical and practical features hydraulic system.The design includes:Clamping mechanism designed robot, hydraulic system design, software design of PLC, PLC hardware design.Mechanical structure robot tanks, screws, causing the hydraulic actuator tubes, machinery and equipment, retractable telescopic cylinders of the robot arm, wrist rotation with a rotating cylinder with cylinder rotary-column, with the lift cylinder operation of the robot, the column on the shelf PLC The control circuit traversing cylinders used for FX2N PLC type, press the start when continuous control solenoid valve switch PLC program to control various actions specified loop robot, when you repeatedly press the stop button, the robot operation Stop motion after the end of a cycle.Keywords: robot, hydraulic control circuit, PLC目 錄 引言1 第一章 手部的結構設計3 1.1 手爪的結構選定3 1.2 液壓缸的選用4 1.2.1 液壓缸內(nèi)徑的確定4 1.2.2 液壓缸外徑的確定4 1.2.3 鋼筒壁厚校核5 1.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核5 1.2.5 活塞的最大行程6 1.2.6 鋼筒底部厚度的確定6 1.2.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 1.2.8 缸筒頭部法蘭厚度的確定7 1.2.9 液壓缸其他元件的確定8 第二章 小臂的結構設計9 2.1 小臂的結構初定9 2.2 小臂受力分析9 2.3 小臂液壓缸的選定10 2.3.1 小臂液壓缸內(nèi)徑的確定10 2.3.2 液壓缸內(nèi)徑的確定11 2.3.3 液壓缸外徑的確定11 2.3.4 缸筒壁厚校核12 2.3.5 液壓缸活塞桿的確定及校核12 2.3.6 活塞的最大行程12 2.3.7 缸筒底部厚度的確定13 2.3.8 液壓缸流量的確定13 2.3.9 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?4 2.3.10缸筒頭部法蘭厚度的確定14 2.3.11 液壓缸其它元件的確定15 第三章 手臂支座的設計16 3.1 支座材料的選定16 3.2 支座結構的設計16 第四章 手臂上下擺動的設計17 4.1 手臂和手部的受力分析17 4.2 手臂上下擺動液壓缸的確定17 4.2.1 液壓缸內(nèi)徑的確定18 4.2.2 液壓缸外徑的確定18 4.2.3 缸筒壁厚的校核19 4.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核19 4.2.5 活塞桿的最大允許行程20 4.2.6 缸筒底部厚度的確定20 4.2.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?0 4.2.8 缸蓋頭部法蘭厚度的確定21 4.2.9 缸筒與端部焊接22 4.2.10液壓缸其它元件的確定22 第五章 手臂回轉(zhuǎn)的設計23 5.1 回轉(zhuǎn)缸的確定23 5.2 葉片螺釘?shù)倪x擇24 5.3 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?5 5.4 液壓缸其它元件的確定25 第六章 底座的設計26 6.1 底座材料和尺寸的確定26 6.2 底板螺釘?shù)拇_定26 6.2.1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接27 6.2.2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?7 第七章 液壓系統(tǒng)傳動方案的確定28 7.1 各液壓缸的換向回路28 7.2 調(diào)速方案29 7.3 系統(tǒng)的安全可靠性29 7.4 液壓系統(tǒng)的合成和完善29 第八章 計算和選用液壓元件29 8.1 閥的種類和功用29 8.2 擬定液壓系統(tǒng)30 8.3 油泵的選擇31 8.4 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置32 第九章 液壓系統(tǒng)原理圖33 總 結35 參考文獻36 致 謝37沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 引言 37引言工業(yè)機械手是可以自動捕獲，操作的裝置，用于自動生產(chǎn)線，自動填充切割，數(shù)控自動換刀設備中，機械手通常的系統(tǒng)包括驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和人工該系統(tǒng)的智能組件，主要是完成過渡，旋轉(zhuǎn)等活動。 通常的液壓與氣動技術，為驅(qū)動機械手。液壓技術已經(jīng)滲透到許多領域，現(xiàn)在世界各國注重產(chǎn)品開發(fā)基地。在最近幾年，由于廣泛使用高科技成果的外國液壓技術，所以在基本產(chǎn)品，品種和擴大應用領域的水平方面有很大的提高和發(fā)展，目前的技術液壓能實現(xiàn)高速，高功率，高功率，低噪音，穩(wěn)定，高度集成等方面的要求已在提高控制的比例有著顯著的進步，并且在輔助控制數(shù)字化技術有很多新的成就。此外，液壓元件和液壓系統(tǒng)，計算機仿真和優(yōu)化，以及計算機控制等開發(fā)工作的計算機輔助設計，有著更重要的結果。液壓流體具有許多優(yōu)點，因此被廣泛用作一般工業(yè)用的塑料加工機械，壓力機械，機床等。移動機械在工程機械，建筑機械，農(nóng)業(yè)機械，鋼鐵冶金工業(yè)機械設備，起重輥調(diào)節(jié)等。閥門和水壩與土建及水力設備，起重設備，橋梁和其他控制機制，在國家中心，核電站的汽輪機控制系統(tǒng)。船舶機械起重橋（絞車），船頭用巨型天線的控制單元，測量浮標，艙壁閥，船尾推進器，特殊技術。我們液壓技術出現(xiàn)在20世紀50年代，最初其產(chǎn)品和鍛壓機械設備，后來在他們的拖拉機和工程機械中應用。 1964年，從國外引進液壓組件生產(chǎn)技術，并設計液壓產(chǎn)品為我們的液壓產(chǎn)生嚴重急性壓力的組件，并在各種機制中廣泛使用。上世紀80年代更先進的西方技術，加快產(chǎn)品液壓首要地位，在技術上，液壓經(jīng)濟效益培訓研發(fā)在世界水平的各個方面涉及和吸收國產(chǎn)化工作為我們一切工作的產(chǎn)品質(zhì)量提供保證。從20世紀到70年代中期液壓技術開始與微電子行業(yè)進行通信，并相互結合。在迄今為止的30年里，結合水平的增加，從一個簡單的拼裝，分散并混合融合到整體，多種單獨的產(chǎn)品，如數(shù)字泵，數(shù)字閥，數(shù)字缸和其它統(tǒng)計信息的出現(xiàn)。這開發(fā)了芯片和液壓控制，是液壓致動器或部件的一種高級形式，以獲得一個反饋裝置，一個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器件和集成電路。這種液壓控制，作為一個微處理器或計算機接收發(fā)送的信息，你就可以提前完成任務。事實上，這出現(xiàn)了一個完整的智能單元。液壓智能化技術雖然才剛剛開始，但是從的傳統(tǒng)的成功案例來看，結果還是非常有吸引力的。例如，折臂式小汽車裝卸器可以掛斷車上，拖入容器中，根據(jù)鄰近所述堆積的位置上，直到8個液壓缸。加載和結算內(nèi)置系統(tǒng)，他們操縱的預訂程序有八個液壓缸，帶傳感器，一個完整的傳感器的幫助系統(tǒng)鏈接操作。卸車時的操作按相反的順序進行。在另一個例子中，模擬器間帶電腦控制的，6個液壓缸協(xié)調(diào)行動，以航空噴氣飛行員培訓的聲能，你可以看到六個自由度的振動快速（每秒20次）顛簸，座椅震動，登陸與其他運動，從而可以使處理的模擬駕駛操作。綜上所述，可以看出液壓行業(yè)在國民經(jīng)濟較大時，它經(jīng)常被用來作為工業(yè)國家的重要標志的水平的量度。相較于世界上最偉大的工業(yè)強國，中國的液壓行業(yè)還很落后，標準化工作依然要繼續(xù)準備，智能的工作才剛剛起步，未來，通過行業(yè)的共同努力下，中國液壓行業(yè)將能夠進入一個新的天地。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章手部的結構設計 第一章 手部的結構設計1.1 手爪的結構選定依據(jù)工作位置和工作環(huán)境的要求，決定采用如下圖所示的手部。圖1-1手抓機架擬定材料為 HT200，圖中有關參數(shù)，初步選定如下:其中a = 60 （手指的抓取半角 a =4570） ;f=0.2 (手爪與手指接觸處的摩擦系數(shù) f=0.10.5)；h =0.9 (手部的機械效率 h =0.850.9)；=1.3 (安全系數(shù)=1.11.5);=2.0 (工作情況系數(shù)=1.12.5);l =66mm; L =274mm ; b =30 ;整個手爪部分長度選擇 350mm.夾緊時由力學公式：夾緊時活塞桿的力由公式：沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章手部的結構設計 初步估算手抓的重量約為 120N。1.2 液壓缸的選用1.2.1 液壓缸內(nèi)徑的確定液壓缸的理論輸出 F 可按下式計算：j：負載率，一般取 0.50.7 ； 由表 19-6-33查得液壓缸的工作壓力初選為 P=1.6MPa.由公式：由表 19-6-33可選用標準液壓缸內(nèi)徑 D=63mm。1.2.2 液壓缸外徑的確定按壁厚有關公式確定：=(1.21.3)；=1.5p=2.4Mpa ；=1.252.4=3Mpa；D:液壓缸內(nèi)徑（mm）；缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，初選 45 號鋼；查表 19-6-113可知 =600 Mpas ：缸體材料的需用拉應力（ MPa）；n ：沖擊系數(shù)，由表 2-3-6 可查得 n =12；由壁厚公式：可求得： 1.62mm初選壁厚 d =8 mm綜上所述，從表 19-6-13 中選擇標準液壓缸外徑 76mm。1.2.3 鋼筒壁厚校核額定壓力其中:=360Mpa (鋼筒材料屈服強度。由表 17-6-7 查得)鋼筒發(fā)生完成塑性變形的壓力因為（ 0.350.42）=（ 0.350.42） x67.5=（ 23.628.4）Mpa故選擇=25MPa 即工作壓力小于 25MPa。本液壓缸最大工作壓力為 2.4MPa，所以設計選擇的壁厚可滿足壓力的要求1.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核設計中根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比是由表 17-6-16 查得j =1.33，根據(jù)表 17-6-163取標準值 d=32mm由于活塞桿在穩(wěn)定的狀況下，只受軸向推力或拉力，所以可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行計算：所以滿足工作時的強度需要。1.2.5 活塞的最大行程：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 ；F ：活塞桿縱向壓縮力；：安全系數(shù)； 通常 =3.56；E ：材料的彈性模量； 鋼材的 E=2.1 N/ I ：活塞桿橫截面慣性矩:由表 17-6-2 取液壓缸標準行程 280mm。1.2.6 鋼筒底部厚度的確定鋼筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌進的圓盤強度公式進行計算：其中:P：筒內(nèi)最大工作壓力 （ P= =2.4Mpa）； ：筒底材料許用應力 （前面求得=s=50Mpa）；：計算厚度外直徑 取=60mm所以，綜合上述條件，鋼筒底部厚度選擇 8mm。1.2.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎阌杀?2-1-8 可知活塞 =0.5m/s 則取=0.0133m/s，活塞桿伸出速度，=0.01m/s 活塞桿退回速度。由公式： 其中n ：活塞桿的運動速度（m/s）Q：流入液壓缸的流量 （ / s ）；A：活塞的有效面積（）； 由公式=Q+其中 Q：工作載荷（N） P：缸蓋所受的負載液壓力（ N）；Z：螺釘數(shù)目：剩余縮緊力對于要求緊密的聯(lián)接，=KQ， K=1.51.8，=0.19Q=0.11+0.19=0.3Mpa螺釘?shù)膹姸葪l件:s :材料的許用應力。n：安全系數(shù)， n=3； 查表得=360MPa；選擇標準的開槽沉頭螺釘 M624。1.2.8 缸筒頭部法蘭厚度的確定由公式可得其中 F：法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下所承受的軸向壓力；：法蘭外圓直徑；：螺栓直徑，=8mm；：法蘭材料的許用應力；b：缸筒外徑到螺栓中線的距離；取法蘭厚度為 8mm。為了防止油液的泄漏，兩端蓋內(nèi)部需裝入 0 型密封圈，所以端蓋向內(nèi)凹處厚度選擇8mm，即整個端蓋厚度為 16mm。1.2.9 液壓缸其他元件的確定a. 缸蓋的材料缸蓋本身又是活塞桿的導向套時，缸蓋選用鑄鐵擬定 HT200。b. 活塞的材料無導向環(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。c.密封圈的選擇密封件大多采用 0 型密封圈，參考手冊表 10-4-43可知，查得 0 型密封圈標準值，即截面直徑 d=3.55mm，故端蓋厚度符合要求。d. 管接頭的確定由公式：Q：液體流量， L/min；n ：按推薦值選定，一般n =3m/s.求得 d 3.68mm，取標準值 d = 4mm。所以整個液壓缸的長度為 280+（ 7.5+7.5）2=310mm大體估算整個液壓缸加上油液的重量約為 30N。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章小臂的結構設計 第二章 小臂的結構設計2.1 小臂的結構初定擬定驅(qū)動大臂的液壓缸和驅(qū)動小臂的液壓缸安裝在手臂的同側。2.2 小臂受力分析小臂和大臂之間為鉸鏈接，且推動小臂的液壓缸也和小臂鉸連接。擬定兩鉸鏈接觸之間的距離 L=500mm，初步估算重量為 40N， 小臂受力示意圖 3-1 如下：沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 小彼得結構設計 圖 2-1由 = 0得所以 由 = 0得所以 最大危險截面為 A 處2.3 小臂液壓缸的選定2.3.1 小臂液壓缸內(nèi)徑的確定初步擬定手臂的俯仰角為-3030， 所以手臂的運動范圍也在-3030。 如下圖所示：圖 2-2 手臂伸縮示意圖由上圖可以分析得：液壓缸在位置 1 活塞桿退回時和位置 2 活塞桿前進時所需的力大小相等，且此時最大。 又因為有活塞有桿端的面積比無桿端的面積小，所以在位置 1活塞退回時來計算油缸內(nèi)徑?；钊麠U所需力： =O型密封圈的摩擦系數(shù)，m=0.003;a：活塞桿的傾斜角度， a=30。2.3.2 液壓缸內(nèi)徑的確定液壓缸的理論輸出 F 可按下式計算：活塞桿的實際作用力（N） ；j ：負載率，一般取 0.50.7 ；：液壓缸的總效率，一般取 0.90.95 ；由表 19-6-33查得液壓缸的工作壓力初選為 P=0.63MPa.由公式：由表 19-6-33可選用標準液壓缸內(nèi)徑 D=63mm。2.3.3 液壓缸外徑的確定按壁厚筒有關公式確定：=1.5p=2.4Mpa ；D ： 液壓缸內(nèi)徑（ mm）；鋼筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，初選 45 號鋼；查表 17-6-73可知=600 Mpas：缸體材料的需用拉應力（ MPa）；n ：沖擊系數(shù)，由表 2-3-6 可查得 n =12；初選壁厚 d =6 mm則d /D=0.09（ 0.080.3）初選成立綜上所述，從表 19-6-33中選擇標準液壓缸外徑 76mm，所以液壓缸壁厚為 d = （76-63） /2=6.5mm。2.3.4 缸筒壁厚校核額定壓力其中:=360Mpa (鋼筒材料屈服強度。由表 17-6-7 查得)鋼筒發(fā)生完成塑性變形的壓力因為（ 0.350.42）=（ 0.350.42） x67.5=（ 23.628.4）Mpa故選擇=25MPa 即工作壓力小于 25MPa。本液壓缸最大工作壓力為 2.4MPa，所以設計選擇的壁厚可滿足壓力的要求。2.3.5 液壓缸活塞桿的確定及校核設計中根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比是由表 17-6-16 查得j =1.33，根據(jù)表 17-6-163取標準值 d=32mm由于活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力，所以可以近似的用直桿承受拉壓載 荷的簡單強度計算公式進行計算：所以滿足工作時的強度需要。2.3.6 活塞的最大行程：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 ；F ：活塞桿縱向壓縮力；：安全系數(shù)； 通常 =3.56；E ：材料的彈性模量； 鋼材的 E=2.1 N/ I ：活塞桿橫截面慣性矩:由表 17-6-2 取液壓缸標準行程 220mm。2.3.7 缸筒底部厚度的確定鋼筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌進的圓盤強度公式進行計算：其中P：筒內(nèi)最大工作壓力 （ P= =2.25Mpa）；：筒底材料許用應力 （前面求得=s=50Mpa）；：計算厚度外直徑 取=45mm所以，綜合上述條件，鋼筒底部厚度選擇 6.5mm。2.3.8 液壓缸流量的確定設計中根據(jù)速度比公式得由表 19-6-4 可知活塞 0.5m/ s，則取活塞桿伸出速度= 0.01m/ s ，活塞桿退回速度 0.0146m/s由公式其中v:活塞桿的運動速度（m/s） ;Q:流入液壓缸的流量（/ s)；A：活塞的有效面積（A：活塞的有效面積（）；根據(jù)工作位置和工作環(huán)境要求， 大體估計整個液壓缸加油液的重約為 150N。2.3.9 缸蓋螺釘?shù)挠嬎阌晒?Q+其中Q：工作載荷（N） P：缸蓋所受的負載液壓力（ N）；Z：螺釘數(shù)目：剩余縮緊力對于要求緊密的聯(lián)接，=KQ， K=1.51.8，=0.19螺釘?shù)膹姸葪l件:s :材料的許用應力。n：安全系數(shù)， n=3； 查表得=360MPa；選擇標準的開槽沉頭螺釘 M624。2.3.10缸筒頭部法蘭厚度的確定由公式可得其中 F：法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下所承受的軸向壓力；：法蘭外圓直徑；：螺栓直徑，=8mm；：法蘭材料的許用應力；b ：缸筒外徑到螺栓中線的距離；取法蘭厚度為 7.5mm。為了防止油液的泄漏，兩端蓋內(nèi)部需裝入 0 型密封圈，所以端蓋向內(nèi)凹處厚度選7.5mm，即整個端蓋厚度為 15mm。2.3.11 液壓缸其它元件的確定a. 缸蓋的材料缸蓋本身又是活塞桿的導向套時，缸蓋選用鑄鐵擬定 HT200。b. 活塞的材料無導向環(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。c. 密封圈的選擇密封件大多采用 0 型密封圈，參考手冊表 10-4-43可知，查得 0 型密封圈標準值，即截面直徑 d=3.55mm，故端蓋厚度符合要求。d. 管接頭的確定由公式：Q： 液體流量， L/min；n ： 按推薦值選定，一般n =3m/s.求得 d 3.68mm，取標準值 d = 4mm。第三章 手臂支座的設計3.1 支座材料的選定依據(jù)工作需求，選用鑄鐵為手臂支座的材料。初步估算手臂重量為 500N。3.2 支座結構的設計沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 手臂上下擺動的設計 制作作為手臂的一個組成部分，其作用是用來支撐并固定手臂液壓缸，同時考慮到結構的合理性和經(jīng)濟性。如為手臂有更好的防塵作用和更好的外型設計，可加一個手臂蓋。圖 3-1 支座結構初步估算手臂重量為 120N。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 手臂上下擺動的設計 第四章 手臂上下擺動的設計圖 4-1 手臂受力分析4.1 手臂和手部的受力分析由= 0，即：由 Y=0,即：+ = 250 + 200 + 50 + 30 +100 + 200(N)解得：4.2 手臂上下擺動液壓缸的確定根據(jù)工作需要，初步擬定手臂俯仰角度為 30 30 。如圖所示：圖 42 伸縮缸行程示意圖液壓缸的理論輸出 F 可按下式計算：活塞桿的實際作用力（N） ；j ：負載率，一般取 0.50.7 ；：液壓缸的總效率，一般取 0.90.95 ；由表 19-6-33查得液壓缸的工作壓力初選為 P=1.6MPa.由公式：由表 19-6-33可選用標準液壓缸內(nèi)徑 D=63mm。4.2.1 液壓缸內(nèi)徑的確定液壓缸的理論輸出 F 可按下式計算：活塞桿的實際作用力（N） ；j ：負載率，一般取 0.50.7 ；：液壓缸的總效率，一般取 0.90.95 ；由表 19-6-33查得液壓缸的工作壓力初選為 P=1.6MPa.由公式：由表 19-6-33可選用標準液壓缸內(nèi)徑 D=63mm。4.2.2 液壓缸外徑的確定按壁厚筒有關公式確定：=1.5p=2.4Mpa ；D ： 液壓缸內(nèi)徑（ mm）；鋼筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，初選 45 號鋼；查表 17-6-73可知=600 Mpas ：缸體材料的需用拉應力（ MPa）；n ：沖擊系數(shù)，由表 2-3-6 可查得 n =12；初選壁厚 d =8 mm綜上所述，從表 19-6-33中選擇標準液壓缸外徑 76mm。4.2.3 缸筒壁厚的校核額定壓力其中=360Mpa (鋼筒材料屈服強度。由表 17-6-7 查得)鋼筒發(fā)生完成塑性變形的壓力因為（ 0.350.42）=（ 0.350.42） x67.5=（ 195.4423.453）Mpa本液壓缸最大工作壓力為 3MPa，所以設計選擇的壁厚可滿足壓力的要求。4.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核設計中根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比是由表 17-6-16 查得j =1.33，根據(jù)表 17-6-163取標準值 d=63mm由于活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力，所以可以近似的用直桿承受拉壓載 荷的簡單強度計算公式進行計算：所以滿足工作時的強度需要。4.2.5 活塞桿的最大允許行程由公式：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 ；F ：活塞桿縱向壓縮力；：安全系數(shù)； 通常 =3.56；取E ：材料的彈性模量； 鋼材的 E=2.1 N/ I ：活塞桿橫截面慣性矩:圓截面擬訂大臂與小臂鉸接時的角度為 135液壓缸安裝時鉸鏈焊接處為小臂 200 mm，與大臂焊接處為 300 mm；根據(jù)余弦定理可得，最大行程為 350 mm。4.2.6 缸筒底部厚度的確定鋼筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌進的圓盤強度公式進行計算：其中P：筒內(nèi)最大工作壓力 （ P= =3Mpa）；：筒底材料許用應力 （前面求得=s=50.83Mpa）；：計算厚度外直徑 取=90mm所以，綜合上述條件，鋼筒底部厚度選擇 12mm。4.2.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎阌杀?2-1-8 可知活塞 =0.5m/s 則取=0.0133m/s，活塞桿伸出速度，=0.01m/s 活塞桿退回速度。由公式：期中n ：活塞桿的運動速度（m/s）Q：流入液壓缸的流量 （ / s ）；A：活塞的有效面積（）；由公式=Q+其中Q：工作載荷（N） P：缸蓋所受的負載液壓力（ N）；Z：螺釘數(shù)目：剩余縮緊力對于要求緊密的聯(lián)接，=KQ， K=1.51.8，=0.19Q=0.11+0.19=0.3Mpa螺釘?shù)膹姸葪l件:s :材料的許用應力。n：安全系數(shù)， n=3； 查表得=360MPa；選擇標準的開槽沉頭螺釘 M832。4.2.8 缸蓋頭部法蘭厚度的確定由公式可得其中 F：法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下所承受的軸向壓力；：法蘭外圓直徑；：螺栓直徑，=8mm；：法蘭材料的許用應力；b ：缸筒外徑到螺栓中線的距離；取法蘭厚度為 12mm。4.2.9 缸筒與端部焊接焊縫應力計算有公式： F ： 缸筒最大推力； (N)：缸筒外徑； (mm)：焊縫底徑； (mm)：焊縫材料的抗拉強度； (MPa)n ：安全系數(shù)； n = 12h ：焊接效率； h =0.7取焊縫底徑為 50mm。4.2.10液壓缸其它元件的確定a缸蓋的材料缸蓋本身又是活塞桿的導向套時，缸蓋選用鑄鐵擬定 HT200。b. 活塞的材料無導向環(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。c. 密封圈的選擇密封件大多采用 0 型密封圈，參考手冊表 10-4-43可知，查得 0 型密封圈標準值，即截面直徑 d=3.55mm，故端蓋厚度符合要求。d. 管接頭的確定由公式：其中Q： 液體流量， L/min；n ： 按推薦值選定，一般n =3m/s.求得 d 3.68mm，取標準值 d = 4mm。所以整個液壓缸的長度為 280+（7.5+7.5）=310mm大體估算整個液壓缸加上油液的重量約為 30N。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 手臂回轉(zhuǎn)的設計 第五章 手臂回轉(zhuǎn)的設計5.1 回轉(zhuǎn)缸的確定手臂回轉(zhuǎn)運動的常用機構是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸。初步擬定會轉(zhuǎn)缸的旋轉(zhuǎn) w = 10/ s,Vt = 0.1s（啟動時間）需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量 Q 為：其中Z:葉片數(shù) Z=1；D:回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑（m） ;d:輸出軸與動片連接處的直徑（m） ;b:葉片寬度(m)；w:輸出軸的角速度(弧度/s)。有轉(zhuǎn)矩公式：式中：:負載轉(zhuǎn)矩（N m）I:包括輸出軸本身慣量在內(nèi)的轉(zhuǎn)化到輸出軸上的總轉(zhuǎn)動慣量（Kg ）；由輸出轉(zhuǎn)矩公式：h：回轉(zhuǎn)缸的機械效率， h = 0.8 0.9；P : 回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為 1MPa。T = 317 (N M )d =60.7 mm，取 d =80 mm， D =200 mm， b =120 mm初步擬定回轉(zhuǎn)缸的外徑 D外 = 240mm估算回轉(zhuǎn)缸及油液重量約為 450 (N )。5.2 葉片螺釘?shù)倪x擇葉片輸出軸聯(lián)結螺釘?shù)挠嬎阋苿悠芰氐钠胶鈼l件：式中：Q:每個螺釘?shù)念A加預緊力（N） ;b:葉片的寬度（m）;P:回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力（MPa）；D:葉片的外徑，即回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑（m）;d:葉片與輸出軸配合處的直徑（m）;Z:螺釘數(shù)目 Z=4;F:被聯(lián)結件配合面間的摩擦系數(shù) f=0.15;螺釘?shù)膹姸葪l件為：材料的許用應力；n : 安全系數(shù)， n=3; ； 7.3mm取標準內(nèi)六角螺栓 M824。5.3 缸蓋螺釘?shù)挠嬎阌晒狡渲蠶：工作載荷（ N）；P：缸蓋所受的負載液壓力（ N）；Z：螺釘數(shù)目;：剩余縮緊力對于要求緊密的聯(lián)接， =KQ， K=1.51.8， =0.19Q =0.11+0.19=0.3Mpa螺釘?shù)膹姸葪l件: n：安全系數(shù)， n=3； 查表得=360MPa；=1.3=1.30.3=0.39Mpa選擇標準的開槽沉頭螺釘 M824。5.4 液壓缸其它元件的確定a.葉片和輸出軸聯(lián)結螺釘通常為偶數(shù)， 并用兩個銷釘定位。連接螺釘?shù)淖饔檬牵菏箘悠敵鲚S配合緊密接觸不留間隙，當油腔通高壓油液時，動片受油壓作用，產(chǎn)生一個合成液壓力矩，克服輸出軸上所受的外載力矩， 由于螺釘?shù)穆?lián)結作用，使聯(lián)結的表面不能產(chǎn)生相對滑動。b.葉片與缸壁之間定子有輸出軸均采用矩形密封圈進行密封，軸與缸蓋處的密封采用 O 型密封圈進行密封， O 型密封圈溝槽尺寸應根據(jù) O 型密封圈的伸長率 y%預壓縮率 k%,壓縮率 x%， O 型密封圈截面縮小，融漲等因素進行設計。c.輸出軸的確定輸出軸和動片均采用 45 號鋼。安裝矩估算軸徑只承受轉(zhuǎn)矩作用或主要承受轉(zhuǎn)矩作用的傳動軸，其強度條件為：:軸的扭剪應力 MPa;T:軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩 N mm;:軸的抗扭截面模量；:軸材料的許用扭剪應力 MPa，=30 40MPa 。軸的強度條件符合沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章 底座的設計 第六章 底座的設計6.1 底座材料和尺寸的確定初步擬定底座上底板和臂座以及聯(lián)結板均采用 HT200，底板長度為 700mm 寬500mm 厚 50mm 的矩形鑄鐵。估算底座重量約為 100(N)。6.2 底板螺釘?shù)拇_定受扭轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)力矩的螺釘組聯(lián)結初步擬定底板用 6 個螺釘，螺釘離翻轉(zhuǎn)軸的距離為 340mm受扭轉(zhuǎn)力矩的螺釘在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，底板有繞中心 O 并與接合面垂直的軸線回轉(zhuǎn)的趨勢，使每個螺釘聯(lián)結都受橫向力。T:扭轉(zhuǎn) (T M )；：防滑系數(shù),=1.2；f ：摩擦系數(shù)， f =0.2；,，各螺釘中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離；6.2.1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接由公式:螺釘所受的最大工作載荷 N;:對稱軸線左側幾個螺釘軸線到對稱軸線的距離 mm；：中最大值m;M ：各個運動工件的偏重力矩； 6.2.2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎阌晒狡渲蠶：工作載荷（ N）；P：缸蓋所受的負載液壓力（ N）；Z：螺釘數(shù)目;：剩余縮緊力對于要求緊密的聯(lián)接， =KQ， K=1.51.8， =0.19Q =0.11+0.19=0.3Mpa螺釘?shù)膹姸葪l件: n：安全系數(shù)， n=3； 查表得=360MPa；、=1.3=1.30.3=0.39Mpa選擇標準的開槽沉頭螺釘 M824。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第七章 液壓系統(tǒng)傳動方案的確定 第七章 液壓系統(tǒng)傳動方案的確定7.1 各液壓缸的換向回路液壓機械手通常使用一個泵或雙泵油路，旋轉(zhuǎn)手臂，手臂和胳膊伸展和其他機構之前并聯(lián)油，可有效降低系統(tǒng)的供應壓力，這一次，以確保系統(tǒng)的多缸運動不互相干擾,實現(xiàn)同步或異步運動，需要使用中間閥“O”型閥門。7.2 調(diào)速方案機械臂使用雙向流量控制閥來實現(xiàn)，然后進入油路達到最大允許速度當沒有調(diào)整桿油室，速度小于最大允許速度，但仍然滿足設計要求。在正常情況下各部分的操作我們可以選擇單泵供油系統(tǒng)，你可以選擇雙泵供油系統(tǒng)。7.3 系統(tǒng)的安全可靠性在夾緊工件夾具,以防止停電和其他不可預見的情況下，應該添加到鎖壓回路。防止壓縮汽缸壓力的影響的系統(tǒng)壓力波動或過高，導致?lián)p壞工件夾緊力太大,或過低不能夾工件由意外事故引起的，需要增加石油的道路上，以確保夾緊缸閥壓力是恒定的。節(jié)臂油缸系統(tǒng)中壓力損失將自由落體或超速的情況下，它應該增加循環(huán)中的平衡回路，該方法可用于單向順序閥平衡閥。7.4 液壓系統(tǒng)的合成和完善在選擇上述主要液壓回路，與其他功能的輔助電路(如負荷、壓力等油路)，它可以組合，完美的完成液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)操作的準備周期和電磁鐵動作順序表。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第八章 計算和選用液壓元件 第八章 計算和選用液壓元件8.1 閥的種類和功用壓力控制閥（簡稱壓力閥）它的主要功能是控制油壓系統(tǒng)中用于實現(xiàn)所需的機械手執(zhí)行輸出功率(或轉(zhuǎn)矩)。這種閥包括溢流閥，減壓閥，安全閥，壓力存儲設備。減壓閥:它的主要功能是使閥出口壓力低于進口壓力，和壓力低于一個穩(wěn)定的液壓系統(tǒng)泵壓力的一部分。溢流閥：它的主要功能是維護液壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，它可以使用作為一個安全閥，以防止液壓系統(tǒng)壓力過載，但也可以用于卸荷閥，減少液壓系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱。 流量（速度）控制閥（流量閥）它的主要作用是控制液壓系統(tǒng)的油流量的大小，用來實現(xiàn)機器人執(zhí)行器所需的速度,如節(jié)流閥、調(diào)速閥。節(jié)流法亦稱簡式節(jié)流閥：它的主要作用是改變的流動形式進行節(jié)流，是執(zhí)行機構獲得不同的速度。它還可以用作背壓閥和截止閥。調(diào)速閥亦稱復式節(jié)流閥；它是一系列由節(jié)流閥，節(jié)流閥出口壓力，以確保穩(wěn)定，不受外部復合的變化調(diào)節(jié)時間的流動。方向控制閥（方向閥）它的主要功能是控制方向的油液壓系統(tǒng)用于實現(xiàn)機械手執(zhí)行機構的運動方向，如電磁換向閥等，是利用其電磁線圈軸由一個電磁鐵驅(qū)動完成換向工作。根據(jù)不同的電源、分為直流和交流兩類，而按閥芯位置數(shù)和油口通路數(shù)又可分為二位二通，二位三通，二位四通等。選擇閥芯選擇線軸根據(jù)產(chǎn)品流經(jīng)閥門的組合元素，所需工作壓力和其他規(guī)范通道模型。8.2 擬定液壓系統(tǒng)換向回路：所有換向閥選用 O 型三位四通換向閥。控制閥選擇簡單的手動控制，選擇O型定位。調(diào)速方案：本系統(tǒng)功率較小。所以選擇一個簡單的節(jié)流控制，通過使用一個油泵出于同樣的原因，并努力獲得更好的經(jīng)濟。 系統(tǒng)的安全性：為了防止俯仰缸因由于看著自由落體的下降在一定的角度來看,是用來平衡液控單向閥。以保證工作的可靠性選擇液控單向閥保壓和鎖定。 壓力蓄電池在發(fā)出信后夾緊工件后，讓計算機來控制其他只是開始。二位二通電磁換向閥用于系統(tǒng)卸荷。8.3 油泵的選擇確定油泵的工作壓力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， 計算液壓泵的流量油泵的流量應根據(jù)系統(tǒng)各回路按設計要求，在工作時實際所需的最大流量，并考慮系統(tǒng)的總泄漏量來確定，即：是在系統(tǒng)中同時工作的各個并聯(lián)油缸，以最大速度運動時所需要的總量/ s ; K:考慮系統(tǒng)油液泄漏的稀疏，一般取 K =1.10 1.25;但不宜過大，以免浪費動力和引 起油溫升高。根據(jù)手冊選標準的定量單片葉泵YB， n=1000r/min, =16L/min， =3MPa 式中N：油泵所需要的電動機功率； ：所需油泵的工作壓力（ MPa）：油泵的額定流量（/s）h ：油泵的總效率，一般葉片泵取h =0.8 選電動機 Y801-4， N=1.0kw, n=1390r/min8.4 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置油管有塑料管、銅管、尼龍管和水管，油管應基于壓力、流量、裝配條件和不同的工作地點選擇了銅彎曲更方便,容易組裝，在壓力下65 100公斤/厘米的機械手仍然足夠通用。橡膠軟管用于更方便和相對較高的移動部件的壓力。尼龍和橡膠油管已逐漸廣泛使用。尼龍管可用于低或中壓系統(tǒng),和塑料管材可用于返回油系統(tǒng)。管接頭 在管路中應選用管接頭進行連接，它可以拆換，安裝方便。在機械手上用管子和管接頭進行連接回路時，必須注意緊湊、美觀、整齊。在手 部，腕部所用的油缸， 如果在外面有很多較長的軟管輸油，就有可能會影響機械手的運動，甚至損壞油管。因此，常將從液壓操作板來的油管在遠離手部處集中輸入，然后根據(jù)結構的特點在油缸臂或活塞桿、導向桿等內(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手腕部動作的油缸內(nèi)。管接頭 在管道管件應該用于連接管接頭，它可以取代他們，便于安裝。當機械手與管道和管件連接循環(huán)，它必須注意緊湊,美觀整潔。手部上，手腕油缸的使用，如果有許多長輸油軟管外，它可能會影響機械手的運動，甚至損害油管。因此，經(jīng)常從液壓油管板離手中的集中輸入，然后手臂的結構的特點或油缸活塞桿，指導棒和其他內(nèi)部鉆探石油和使用旋轉(zhuǎn)接頭或彈性管道運輸石油的油箱手或碗部運動。油箱 它的主要作用是保持油冷卻和沉淀的雜質(zhì)，所以體積不是太小了。最小體積應該能夠存儲整個液壓系統(tǒng)充滿了石油還略有盈余。目前液壓驅(qū)動液壓機械手超過一半的中壓(2 6.5 mpa)范圍內(nèi)的3到4倍比一般多用泵每分鐘油管體積流量。濾油器 其主要作用是濾油，為了確保清潔油，以防止系統(tǒng)液壓泵和其他組件的劃痕，咬死或空氣節(jié)流閥和管道小阻塞影響機械手的工作。常用的油過濾器有密集式的，金屬式的和燒結式的。石油凈過濾器結構簡單，方便，通用性好。但更大的過濾強度，良好的耐腐蝕性能，制造相對簡單，過濾精度高，但一旦粒子本身，它將影響過濾精度，但當它不清潔堵塞。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第九章 液壓系統(tǒng)原理圖 第九章 液壓系統(tǒng)原理圖圖 9-1機械手液壓系統(tǒng)由一組多路換向閥控制四個回路來實現(xiàn)并聯(lián)換向閥門，各種閥門的特點是壓力油供應壓力同時多個閥控制，工作機構液壓泵的出口壓力，幾個閥門也可以獨立運作，同時也可以做復雜的運動。我所選用的多路換向閥全為彈簧復位機能,有利于小運動。這組多選擇1.6 mpa的多路換向閥壓力。因為選擇壓力根據(jù)設備負載的大小和類型來定，但也考慮到空間傳動裝置的局限性,經(jīng)濟條件和組件的可用性等。在一定載荷的情況下，低工作壓力必然會增加驅(qū)動器的大小；相反，壓力過高，泵、缸、閥和其他組件的材料，密封，制造精度要求高，必然會提高設備成本,綜合考慮，所以我選擇了到1.6 mpa。為了保證機械手在工作中位置不動,我分別在手爪抓緊、手臂收縮缸、手臂升降缸三個回路上加上液壓鎖，形成液壓單向閥液壓鎖緊回路，與兩個液控單向閥實現(xiàn)雙向鎖緊。當二回路的換向閥出于中間位置時(閥O型函數(shù))，每個液控單向閥關閉，活塞鎖住不動活塞桿可以鎖定在任何位置運動。為了確保手部的運動時手抓松開，想要控制手臂的液壓缸和回轉(zhuǎn)缸的總油路和手爪缸需要接一個一位三通的電磁閥。確保對象的手臂運動被夾在手爪里的東西不會松開。為了防止液壓缸活塞移動位置，因此，安裝行程開關需要在最大位置處。當活塞桿移動到最大位置,接觸到限位開關,就能自動切斷汽缸油,它可以節(jié)流,因此可以防止推力桿推力過大至頂起缸蓋。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 總結 總 結本次設計是在趙艷春老師的指導下，經(jīng)過了四個多月的不懈學習和努力而完成的。在這次設計中，我將大學四年所學的基礎知識和專業(yè)知識進行了系統(tǒng)的復習和鞏固，對以前所學的知識有了新的認識，弄清楚了許多以前不是很懂的地方，擴展了我的知識面，也使我的水平得到了顯著的提高。在趙老師的耐心指導下，我在圖書館中查閱了大量的文獻，復習大學所學的有關知識，終于在畢業(yè)設計中畫上了圓滿的句點。本次設計對我而言，我們在現(xiàn)在所掌握的一些知識的基礎上，又增加了對液壓缸的設計的了解，使我們加深了對液壓系統(tǒng)的更深刻的認識，也對液壓傳動技術的發(fā)展有了相當?shù)牧私猓屪约核鶎W的液壓方面的知識和實際聯(lián)系起來，了解到液壓技術在工業(yè)中所起到的決定性作用。最可貴的是，在這次畢業(yè)設計中，我學會了關于一些液壓設計的分析和解決問題的方法。是我的視野變得更加寬闊，使我的知識面更加廣闊，同時也培養(yǎng)了我獨立思考的能力。 在這次設計中，也存在著一些不可避免的一些問題。主要是因為缺少經(jīng)驗，對許多的細節(jié)問題考慮不全面，希望老師給予批評和指導，我會在今后的學習和 設計工作中不斷的完善自己，快速的提高自己的專業(yè)素質(zhì)。 通過這幾個月的設計，使我終身受益。我會牢牢記住我這幾個月所學到的東西，將來運用到我的實際生活中去。決不會辜負老師對我的栽培以及學校對我的信任。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 參考文獻1董林福 趙艷春, 液壓與氣壓傳動M. 化學工業(yè)出版社2章宏甲 黃誼, 液壓傳動M. 機械工業(yè)出版社3成大先, 機械設計手冊M. 化學工業(yè)出版社4孫志禮 冷興聚 魏延剛 曾海泉, 機械設計M. 東北大學出版社5鞏云鵬 田萬祿 張祖立 黃秋波, 機械設計課程設計M. 東北大學出版社6王承義, 機械手及其應用M. 機械工業(yè)出版社7加藤一