自動生產(chǎn)線的三自由度搬運機械臂設(shè)計含開題及11張CAD圖

自動生產(chǎn)線的三自由度搬運機械臂設(shè)計含開題及11張CAD圖,自動生產(chǎn)線,自由度,搬運,機械,設(shè)計,開題,11,十一,cad <搬運機械臂設(shè)計 摘 要 現(xiàn)在，在中國搬運工作大部分還是通過人來完成，因為利用人工搬動費用不高，還有技術(shù)方面沒有達到要求。使用人工來搬動物品，生產(chǎn)的效率不高，會讓工作人員很累，還有很大的危險存在，所以，制作出機器來對物品進行搬運，是生產(chǎn)發(fā)展的必然。 這篇論文，是對搬運機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計，開始介紹了機械臂的發(fā)展情況，和現(xiàn)實狀況，然后介紹了自己制作方法，對主要的零部件進行了介紹，還對相關(guān)的尺寸進行了計算，接著，對液壓系統(tǒng)的進行了設(shè)計，后面，使用了電腦軟件對機械臂的圖進行了繪制。 這一次對論文的制作，對我在學(xué)校里學(xué)到的知識，是一次很好的鞏固。對起重機械有很好的了解，熟悉了電腦軟件AutoCAD的使用。 關(guān)鍵字：搬運，機械臂，液壓系統(tǒng)；機械 Abstract At present, most of the handling work in China is done by people, because the cost of manual handling is not high, and the technical requirements are not met. The use of manual handling of animal products, production efficiency is not high, will make staff very tired, there is a great danger, so the production of machinery to carry goods, is the inevitable development of production. This paper is about the structure design of the handling manipulator. It begins with the introduction of the development and reality of the manipulator. Then it introduces the method of making the manipulator, introduces the main parts and components, and calculates the relevant dimensions. Then it designs the hydraulic system. Then, it draws the drawings of the manipulator by using computer software. This time, the production of papers is a good consolidation of the knowledge I learned in school. Have a good understanding of lifting machinery, familiar with the use of computer software AutoCAD. Key words: handling, mechanical arm, hydraulic system; machinery 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1背景及意義 1 1.2機械臂概述 2 1.2.1機械臂的組成 2 1.2.2機械臂的分類 2 1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況 2 第2章 總體方案設(shè)計 3 2.1 設(shè)計要求 3 2.1.1 動作要求 3 2.1.2參數(shù)要求 4 2.2方案擬定 4 2.2.1初步分析 4 2.2.2 擬定方案 4 第3章 機械臂平移機構(gòu)設(shè)計 5 3.1 X方向的力 5 3.1.1摩擦力的分析與計算 5 3.1.2密封處的摩擦阻力的計算 7 3.1.3 慣性力的計算 7 3.2 X向平移油缸的設(shè)計 7 3.2.1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 7 3.2.2液壓缸外徑的設(shè)計 8 3.2.3液壓缸工作行程的確定 9 3.2.4活塞桿的計算校核 10 3.2.5油缸端蓋的設(shè)計 10 3.3 滑塊及導(dǎo)軌的設(shè)計 12 第4章 機械臂機身設(shè)計 12 4.1 機身的整體設(shè)計 12 4.2 Z向回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 13 4.2.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算 13 4.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 14 4.3 Z向升降機構(gòu)的設(shè)計 16 4.3.1手臂片重力矩的計算 16 4.3.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 17 4.3.3升降油缸驅(qū)動力的計算 17 4.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 18 第5章 機械臂臂部設(shè)計 19 5.1臂部整體設(shè)計 19 5.2臂部設(shè)計計算 20 第6章 液壓及控制系統(tǒng)設(shè)計 21 6.1機械臂運動學(xué)分析 21 6.1.1臂部回轉(zhuǎn)機構(gòu) 22 6.1.2 X向平移機構(gòu) 22 6.1.3臂部機械臂 23 6.2液壓系統(tǒng)方案擬定 24 6.2.1調(diào)速回路方案分析 25 6.2.2 快進回路方案分析 26 6.3液壓元件的計算和選擇 28 6.3.1液壓泵選型 28 6.3.2液壓元件的選擇 30 6.3.3液壓輔助元件的選擇 31 6.4液壓系統(tǒng)性能驗算 31 6.4.1驗算回路中的壓力損失 31 6.4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 33 總 結(jié) 35 參考文獻 36 致 謝 37 IV 第1章 緒論 1.1背景及意義 現(xiàn)在，在中國搬運工作大部分還是通過人來完成，因為利用人工搬動費用不高，還有技術(shù)方面沒有達到要求。使用人工來搬動物品，生產(chǎn)的效率不高，會讓工作人員很累，還有很大的危險存，一些工廠在搬運的過程中，做了一些安全措施，不過還是不能避免事故發(fā)生。也沒有從根源來解決這個這個問題。通過對實際情況進行了解夠，制作機械臂來完成搬運這項工作，是很有必要的，這篇論文就是按照實際情況，來對這項工作進行分析，怎么才能脫離人工，使用機器來完成這項工作。 最近幾十年一來，機械臂才得到發(fā)展，是一種科技上的創(chuàng)新。在國內(nèi)，大概是從1971年開始，機械臂開始進入科研人員的視線，經(jīng)過了一段時間的發(fā)展，現(xiàn)在大概上，對于機械臂的制作技術(shù)，設(shè)備上的硬件，軟件這些方面，都有了很好的提升，生制作出來不少的機器人，利用這些機器人，可以完成噴漆，搬東西這些工作?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多的機器人，運用到了實際生產(chǎn)當(dāng)中，有的企業(yè)使用機器人進行噴漆工作，可以在流水線上，完成很多噴漆工作，點焊機器人已經(jīng)用在了汽車工廠里，來對汽車進行很多焊接?？傮w來說，國內(nèi)對于這一方面的技術(shù)，與發(fā)展國家來比，差距還是不小的。 在國內(nèi)外，機械臂的數(shù)量不少，也在每一年都增加，不過市場不是很穩(wěn)定，在科技高速發(fā)展的今天，大家都想要更好的工作環(huán)境，生活環(huán)境，像搬運這種危險，又吃力的工作，已經(jīng)很少人愿意去做了，所以需要通過機械來完成，制作機械臂來對人工進行代替，是勢在必行的事情。近些年以來，機器人的發(fā)展也很快，它的使用已經(jīng)深入到了很多的行業(yè)，機械臂運用在汽車制造業(yè)上，還需要繼續(xù)創(chuàng)新，很多工作還可以讓機器人來完成，這些機器人還有待開發(fā)。機械臂也在不斷的發(fā)展，從最開始使用液壓，接著是氣壓，到現(xiàn)在的人工智能，也邁出了很多的步伐，現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展，日新月異，機械臂也會隨著發(fā)展，越來越實用。 如今科技發(fā)展的速度很快，工廠對于生產(chǎn)的速度有了更高的需求?，F(xiàn)在的計算機應(yīng)用的越來越廣泛，讓機械臂也隨之更新，之前的使用液壓的機器臂，因為對環(huán)境沒有危害，零部件簡單，費用不高，維修也容易這些優(yōu)點，已經(jīng)被很多行業(yè)廣泛應(yīng)用，在工業(yè)制造上面使用的尤其多。這篇文章，對于機械臂，介紹了相關(guān)的零部件。機械臂就是通過這些零部件來實現(xiàn)搬運的，節(jié)省了人力，讓搬運變的更簡單?，F(xiàn)在工業(yè)上，很多東西都實現(xiàn)了自動化，機械表的使用更加多了。現(xiàn)在的機械臂，跟人的手一樣的靈活，可以完成很多人手的工作。利用機械臂來對東西的抓放，對重物的搬動，這些工作機械臂都可以完成。在很大程度上，讓人沒有那么累，對于生產(chǎn)的速度也有很大的提升。 1.2機械臂概述 機械臂就跟人的手一樣，可以完成很多人手做的事情，可以用軟件來控制機械表臂，讓其對物品進行抓放，對重物進行搬起。有了這個機械臂，很累的工作就可以讓它來完成，減輕了人的工作強度，讓生產(chǎn)的速度更快。如果工作的環(huán)境不利于人的身體健康的話，這類型的工作也可以利用機械臂來完成，所以機械臂在現(xiàn)在使用的范圍越來越廣，可以在化工，機械各個領(lǐng)域使用?，F(xiàn)在機械化水平在日益提升，很多行業(yè)實現(xiàn)的機械化的生產(chǎn)模式，所以對機械臂的使用更是不可替代的。 1.2.1機械臂的組成 機械臂是哪些方面組成的呢，主要有零部件，工作的設(shè)備，還有控制設(shè)備這三類。利用零件來對物品進行抓放，這個零件的構(gòu)造類型多種多樣，具體看需要抓放的的東西是什么外形，有多大，有多重，是什么材質(zhì)的，還有抓放的范圍，抓放的高低，這些因素都對機械臂的構(gòu)造有影響。工作設(shè)備，是讓零部件來完成抓放這個運動的，讓零件進行移動，抓放，這些運動，工作設(shè)備可以讓零件做各種動作，來完成零件的工作的母的。在零件多重物進行抓放的過程里，有幾個自由空間，自由空間是機械臂制作的重要數(shù)據(jù)。自由度多的話，機械臂就更敏捷。使用的范圍就更多，它的構(gòu)造也就不簡答。正常情況下，機械臂的自由度是2或者3。 1.2.2機械臂的分類 機械臂有哪些類型，根據(jù)讓它動起來的方式不一樣，分成的種類有，液壓，電動，機械；根據(jù)使用的區(qū)域不同，分成專用和通用兩種；根據(jù)工作的狀態(tài)分成點位與不間斷。正常情況下，分成三種類型，一種是不用人來操控，不是專用的機械臂，這個可以按照具體什么事情來編程，來完成我們要它做的事情。它有一般機器的有的能力，還有存儲的功能。第二種是要人來操作的，這種類型的起源是軍工行業(yè)，開始的時候，利用這里設(shè)備來做指定的事，之后利用到了航天方面。正常情況，工業(yè)領(lǐng)域使用的都是這個類型的。最后一種類型，是專用類型的，使用在工廠里，自動生產(chǎn)線繩，可以對機床進行搬動，還有產(chǎn)品的輸送。在發(fā)達國家，這種叫做 “Mechanical Hand”，是有一個機器進行控制的，這個機器對它進行動力的輸送。正常情況下，它的運行流程是一樣的，所以就是專用的?，F(xiàn)在，研究的最多的是第一種類型，在別的國家叫機器人。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況 美國是最早對機械臂進行研究的國家，在1958年，美國的公司就發(fā)明出來最早的機械臂，這個機械臂的構(gòu)造，是一個機器為主體，上面裝上一個可以運動的臂，上面位置有一個磁塊，利用這個零部件去抓取東西。 之后的幾年里，這個公司又在之前研究成果的上面，研究出一種新的機械臂，它的工作設(shè)備跟軍工上面的東西類型，這個臂可以來回旋轉(zhuǎn)，可以上下左右運轉(zhuǎn)，是使用液壓來作為動力的來源；在這一年里，這個公司與另外一家企業(yè)合作，來對機械臂進行大量制作。 接著的幾年時間里，德國也制作出來一種機械臂，是點焊的。運用的關(guān)節(jié)的構(gòu)造。之后，日本對于這個的發(fā)展也更上了節(jié)奏，現(xiàn)在已經(jīng)成為機械臂使用最多的國家。在1969年，從美國進口了兩種類型的機械臂，之后就開始對這個進行探索。蘇聯(lián)從上世紀對機械臂進行研究，到1977年底，現(xiàn)在國內(nèi)使用的，50%是國內(nèi)生產(chǎn)的，另外的都是別的國家買來的。 現(xiàn)在，工業(yè)生產(chǎn)上使用的，基本上還是最開始研制的。大部分都是通過人來對其操作，這個機械臂的研究方向，是讓費用更低，精確程度更高?，F(xiàn)在，對于機械臂的探究正在進行，怎么樣讓它能讓電腦進行控制，怎樣讓它像人一樣，可以看見，聽見，能思考。怎么樣來設(shè)計才能讓它具備上述功能，完成指定的操作。最新的研究，是讓它能通過傳輸?shù)男畔?，知道自己要干什么事，然后去做好這些事。機械臂可以與電腦進行連接，傳輸信息，完成指令。 現(xiàn)在在中國，使用在工業(yè)上的機械臂類型基本上是專門的。安裝在一個主體上面，它的運動都是一樣的。也有一些領(lǐng)域使用的是通用類型，現(xiàn)在使用的通用類的機械臂，都是使用點位進行操控的，不間斷的類型的開發(fā)還在進行中?，F(xiàn)在使用的機械臂當(dāng)中，基本上都是通過觸電來進行操控的。 第2章 總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計要求 2.1.1 動作要求 這篇論文，是要制作出可以在工廠里面，流水線上使用的，用來搬動物品的設(shè)備。這樣的設(shè)備，能把東西從這邊，搬到那一邊。這個設(shè)備有三個運動過程?？梢栽赬YZ三個方向進行工作。它運動的動力來源，大部分電動機或者液壓液壓來完成。制作這個設(shè)備的整體構(gòu)造，和動力設(shè)備，讓它能夠搬動重物，從一個地方搬到另外一個地方。 2.1.2參數(shù)要求 這篇論文，相關(guān)數(shù)據(jù)： （1）工作區(qū)間：Z方向來回轉(zhuǎn)動的區(qū)間360°、X方向可以進行運動的尺寸500mm、Z方向可以進行運動的尺寸300mm （2）設(shè)備能夠搬起的物品重量：25kg 2.2方案擬定 2.2.1初步分析 要讓這個設(shè)備可以搬起25kg的重物，在現(xiàn)在工廠里使用的情況進行區(qū)分的話，是中等類型的。它是單獨進行操控的，它運動起來很敏捷，這些類型的設(shè)備，運動的區(qū)間不小，要求位置固定的很好，可以適用很多場合，尤其適合應(yīng)用在工廠里面，生產(chǎn)的流水線上。這種有三個坐標的類型，與兩個坐標的比較起來，它的優(yōu)點是，不用占用很大的地方，工作的區(qū)間不小，構(gòu)造不復(fù)雜，對搬運東西的位置，固定的很好，所以使用的很多。 2.2.2 擬定方案 正常情況下，用來搬動物品的這種設(shè)備，可以運動的區(qū)域有三個到六個，在這篇論文里，是三個。根據(jù)了解，先制定了下面的制作辦法： （1）第一種 在X方向的移動裝置放下下面，動力設(shè)備放在上面： 2-1 第一種 （2）第二種 把X方向的運動放在上面位置，動力傳輸設(shè)備放下面： 圖2-2 第二種 在這篇論文里，需要讓設(shè)備可以上下，左右，前進與后退，完成這些操作。把兩種方法進行比較，想到把X方向的移動放在上面的話，動力的傳輸不是很有效，可能會讓傳輸動力的設(shè)備有磨損情況，這里選擇了第一種方法。 第3章 機械臂平移機構(gòu)設(shè)計 3.1 X方向的力 首先，大概算一下，了解一下差不多構(gòu)造的設(shè)備，通過對它工作數(shù)據(jù)的分析，知道機械臂構(gòu)造的相關(guān)大小，然后驗證，進行修改。這樣多次操作，最后得到了結(jié)果。 在X方向上，是通過液壓來產(chǎn)生的動力來工作的，在工作的時候，需要戰(zhàn)勝因為摩擦和慣性產(chǎn)生的力，算出在X方向上，工作所需要的力的大小，也就是液壓來傳輸力的大?。? 3.1.1摩擦力的分析與計算 因為兩個桿子的位置是一樣的，所以他們受到的力也一樣，這里可以當(dāng)做一個來進行計算。 上面的公式里 工作的零件，包括要搬動的設(shè)備，合計重量（N）； L——運動臂到總重量的中心這個區(qū)域內(nèi)的長度（m）， a——支撐的尺寸（m）; ——摩擦數(shù)據(jù) ——摩擦數(shù)據(jù)，是在沒有潤滑的時候： 鋼與青銅之間的摩擦： 鋼與鑄鐵之間的摩擦： 桿子用鋼來做，用來支撐的零件也用鋼來做， ， 大概， L=800mm，可以知道， a=200mm 把知道的數(shù)據(jù)放進公式里 600=1260N 3.1.2密封處的摩擦阻力的計算 類型不一樣，形狀不一樣，摩擦力的大小就不一樣，在這個制作里，使用密封圈類型是O，液壓缸運動的力不大于10Mpa。那么這個地方的摩擦力大小就看成是： =0.03F。 3.1.3 慣性力的計算 =0.1 上面公式內(nèi) ——所有動的部件重量之和 (N)； ——不從到運動的快慢之間的差值(m/s)； ——開始時間 (s)，正常情況下，用0.01~0.5； 這里把它用0.2s，最大情況= 0.233m/s。 算出： =0.1=69.9N 這里=0.05 那么 =+++=1260+69.9+0.03F+0.05F 算出 =1446N 讓機械表工作需要的力=1446N。 3.2 X向平移油缸的設(shè)計 表3-1 液壓缸運動壓力 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 小于5000 0.8~1 20000~30000 2.0~4.0 5000~10000 1.5~2.0 30000~50000 4.0~5.0 10000~20000 2.5~3.0 50000以上 5.0~8.0 通過對上面的分析，知道了動力大小F=4378N，通過上表，用P=1MPa； 3.2.1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸里面直徑的大小 圖3-2 雙作用液壓缸 油流進沒有桿的腔室： 油流進進有桿的腔室： 液壓缸實際做功的大?。?(mm) 那么 （沒有桿的腔室） （有桿的腔室） 上面公式里——活塞產(chǎn)生的力大小 (P)； ——油缸在運動時候受到的壓力大小 (MPa)； ——桿的直徑大小； ——油缸工作的快慢，在這里用=0.96； 通過上面的數(shù)據(jù)，算出F=1446N，=1MPa，油缸工作的快慢=0.96 上面的數(shù)據(jù)放進公式里： ==43.8mm 通過相關(guān)資料，來對液壓缸進行挑選，這里用D=50mm. 3.2.2液壓缸外徑的設(shè)計 外面的之間大小，選擇壁厚尺寸不薄也不夠的來用，翻看相關(guān)書籍，這里用76mm。 缸里面的之間大小D與缸壁有多厚，兩個數(shù)據(jù)的比值D/≥10這個類型的，是不夠的圓筒。用來運輸和工程方面使用的缸，正常情況下，使用的是壁不厚，圓筒型的，缸的壁是按照薄來進行計算： ≥ 上面公式里 ——缸的壁有多厚（m）。 D——缸的里面之間大?。╩）。 ——驗證壓力大小，正常情況下，使用的壓力在這個區(qū)間（1.25~1.5）倍（MPa）。≤16Mpa,用=1.5 MPa。 ——缸使用的材質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)。 = ，這個里面是材料的相關(guān)數(shù)據(jù)，n是安全數(shù)據(jù)，正常情況下用n = 5。這里使用的材質(zhì)是鍛鋼，那么的大?。?= 110~120 MPa；沒有縫隙的鋼管的大小： = 110~110 MPa；材質(zhì)是鑄鐵的大小： = 60MPa；材質(zhì)是灰鑄鐵的大小： = 25MPa。 在液壓不高的設(shè)備里，通過上面的計算，得到的缸的厚度都不大，這樣缸的剛度達不到要求，假如進行切削制作的話，發(fā)生形狀的改變，這樣會讓液壓缸在運動中卡住，縮短它使用的時間。所以，正常都不算，通過平時的工作經(jīng)驗，來用，必須要算的話，就用按照上面來。 通過驗證，這個強度是符合條件的。 3.2.3液壓缸工作行程的確定 液壓缸在運動過程只能夠的尺寸大小，按照實際使用的零部件來進行計算。然后再在下面的表里找出數(shù)據(jù)。 表3-6 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm） Ⅰ 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 Ⅱ 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 Ⅲ 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 相關(guān)數(shù)據(jù)是通過這個順序來選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。 通過已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)，這里的距離大小是500mm。 3.2.4活塞桿的計算校核 活塞桿的長短，要符合缸工作時候的條件。桿的長度不能小于直徑大小的15倍。 (mm) 活塞桿用碳鋼來做，那么=100~120Mpa。在這篇論文里用=110 那么： =4.1mm 在對產(chǎn)品進行夾緊的時候，缸里面需要有活塞桿，之前已經(jīng)知道了缸的外部直徑是36mm，那么活塞直徑的大小d=36mm，是符合條件的。 表3-2 活塞桿直徑大小（GB/T2348-93） 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 來驗證 上面公式內(nèi) ——力(N)； ——相關(guān)數(shù)控，=2~4。 用不長的桿子進行計算，這個力=F() 上面的公式里 F——活塞桿旁邊的大小 (mm)； a，b——于材質(zhì)有關(guān)的數(shù)據(jù)，碳鋼的這個數(shù)據(jù)是a=461，b=2.47； ——柔度相關(guān)數(shù)據(jù)，算出是70。 把數(shù)據(jù)放進公式里，得到 =F()=3.14=90463.4MPa 用=3 =30154.47 MPa 這里的活塞桿是穩(wěn)定的，符合條件。 3.2.5油缸端蓋的設(shè)計 (1) 缸用沒有縫隙的鋼管來做，這個時候，端蓋都是使用半環(huán)接在一起的。這樣設(shè)計，制作的時候，裝上去拆下來都很簡單，不足之處是缸體的環(huán)槽打開，強度變小了。 (2) 算出缸蓋螺釘之間的尺寸 想要讓零部件之間連接的沒有縫隙，螺釘之間的尺寸t，需要合理，這種情況里，每一個螺釘，受到的力，運動承載，還可以承受的力： =+ 上面的公式里 ——運動承載，=； ——螺釘中間位置，直徑的大小； P——推動的作用力。 Z——幾個螺釘，Z=； ——還有多少剩下的力，=KQ，K=1.5~1.8； 算出： D=76mm，取=90mm，P=1MPa，；螺絲之間的尺寸大小，與壓力強度相關(guān)，在表里有相關(guān)數(shù)據(jù)，這個尺寸不能大于150mm，先用6個螺絲： 表4-3 t與P的關(guān)系 工作壓力P（Mpa） 螺釘?shù)拈g距t (mm) 0.5~1.5 小于150 1.5~2.5 小于120 2.5~5.0 小于100 5.0~10.0 小于80 那么Z=，把數(shù)據(jù)放進去=46<150，符合要求； ==838N； 用K=1.5，=1.5=1255N; =+=837+1257=2095N 螺釘直徑大小，通過強度大小來算 上面公式里 ——承載，=1.3； ——對抗拉力的數(shù)據(jù)，=； ——螺絲用什么材料，其強度大小，這里用45鋼來做，那么強度大小就是352MPa； n——相關(guān)數(shù)據(jù)，n=1.2-2.5，這里用n=2； ——螺紋的內(nèi)部直徑尺寸，=d-1.224S，d標準直徑，S螺絲之間的距離。 算出： =1.3=1.3×2095=2723.5N 把相關(guān)數(shù)據(jù)放進去： ===0.0045m 3.3 滑塊及導(dǎo)軌的設(shè)計 這篇論文里，機械壁的作用是搬動產(chǎn)品，沒有高的要求，為了節(jié)省成本，這里就不用選特別高的導(dǎo)軌。這里，使用的是下面位置裝上滑槽就可以。 第4章 機械臂機身設(shè)計 機器的主體，是來對機械臂進行支撐，還有動氣來源的地方。正常情況下，要完成來回轉(zhuǎn)動和上升下降的工作，就需要把機械臂裝在一個主體上面。所以，機械臂要做的工作多的話，主體上面受到的力就很多，主體是可以定不動的，也可以使運動的，沿著地上或者軌道行走都可以。 4.1 機身的整體設(shè)計 通過實際需要，這里的機械臂，要完成360°的來回轉(zhuǎn)動，完成這個工作，就需要在一個主體上面進行。想要制作出符合要求的構(gòu)造，需要通過進行了解。 手臂裝在主體上面，來回轉(zhuǎn)動，上升下降，這些工作都能完成，所以離不開主體，經(jīng)常見到的主體有這些： （1） 把缸放在上升下降設(shè)備的下面，這樣操作，可以接受很大的重力矩。它的不足之處就是來還旋轉(zhuǎn)的距離不短，軸怎么來轉(zhuǎn)動，對于精確程度有關(guān)系 （2） 把缸放在上升下降設(shè)備的上面，構(gòu)造主要由一個缸，還有里面的導(dǎo)向部件，這樣沒有縫隙。不過讓缸和壁同時來上升下降，工作時候轉(zhuǎn)動的部位不小。、 （3） 缸和齒輪一起的設(shè)備，這個時候，進行來回轉(zhuǎn)動，就是通過齒輪來做的，齒輪運動的時候，帶動了手臂的工作，這樣來讓它進行工作移動。 通過上述分析得出，這篇論文里使用，缸放在上升下降設(shè)備的上面位置。這樣放置，有兩個運動，來回轉(zhuǎn)動還有上升下降。來回轉(zhuǎn)動的設(shè)備在缸的上面，缸的運動，就讓手臂來回轉(zhuǎn)動，缸的軸與桿子是一起的，這個桿使用的是中間空心的構(gòu)造，里面裝的設(shè)備與軸匹配，活塞的上升下降通過軸來進行導(dǎo)向。軸和上升下降的缸下面位置的蓋子，是通過鍵來把它定下來的。軸就是這樣定下來的，這樣活塞桿也定下來了，就是按照軸來定的。這種設(shè)計，導(dǎo)向的桿子在里面，沒有縫隙。詳細的圖下面有。 動力的來源是液壓產(chǎn)生的，來回轉(zhuǎn)動的缸，有兩個孔，一個孔油從里面進去，另外一個孔油從里面出來，在來回轉(zhuǎn)動的葉片的兩邊位置，讓葉片運動。正常情況下，來回轉(zhuǎn)動的角度大小，是通過擋塊來確定的，在這篇論文里，葉片轉(zhuǎn)動的角度大小，想要讓設(shè)計更合理，這里把動靜兩片間的角度設(shè)置成360°。 4.2 Z向回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 4.2.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算 來回轉(zhuǎn)動的缸，需要的力矩大小： =++ (N·m) 慣性產(chǎn)生的力矩大小 = 上面公式里 ——來回轉(zhuǎn)動的零件與軸之間的數(shù)據(jù)（kg·m）； ——來回轉(zhuǎn)動的缸運動的葉片角，快慢程度的變化，開始的時候=(rad/s)； ——開始設(shè)備需要多久 (s)； 來回轉(zhuǎn)動的部件中心位置與來回轉(zhuǎn)動的軸兩者間的尺寸大小(之前算出=800mm)，則 上面公式里 ——來回轉(zhuǎn)動的部件重心的數(shù)據(jù)。 = 來回轉(zhuǎn)動的零部件，可以看成是長度600mm，直徑大小1000mm，一個圓柱體形狀。重量100Kg.把動角的快慢程度定為=70°/s，得到=1.22，把動的時間定0.5s。 === 28 kg·m =28+=93.3kg·m ==93.3=227.6 想要計算更容易，封閉的位置，阻力矩的大小，因為有潤滑油的作用，正常情況下，這個就不用來計算。=0 那么 =227.6+0+0.03 =234.6 4.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 （1）缸里面，油腔室的直徑大?。? 上面公式里 P——油缸受到的壓力； d——傳送出來的軸與動片進行連接的時候，直徑大小，暫時定位D/d=1.5~2.5； b——動片有多寬，根據(jù)這個來定2b/(D-d)≥2。 這里把寬的大小定為b=50mm，受到的壓力大小5MPa，d=50mm =94.9mm 通過規(guī)范的缸來定，直徑大小100mm。 （2）缸蓋上面的螺釘 缸受到的壓力大小5Mpa，這里螺釘之間的尺寸t不能大于80mm。需要幾個螺釘，通過下面的計算 Z==×3.14=3.93 這里使用6個螺釘。 橫截面的大小 ==0.00589 那么 =4906.3N =4906.3×1.5=7359.4N (K=1.5) 7359.4+4906.3=12265.7N 用Q235來做螺釘，那么（n=1.2~2.5） 直徑的大小 d=10mm 這里，直徑的大小就是d=10mm.通過直徑來選擇螺絲。這里使用里面六個角頭部是圓的螺釘。 通過上述分析，得到缸的直徑大小是100mm，外部的直徑，根據(jù)壁的厚度來確定，翻閱相關(guān)資料得到，外部直徑的大小168mm，傳送出來的軸，直徑大小是50mm。 （3）動片上面的螺釘 因為動片與傳輸出來的軸，進行連接的螺釘數(shù)量應(yīng)該是偶數(shù)，因為它們是一樣的裝上去的，需要有兩個來對位置進行股東。螺絲的使用起到什么作用呢，是讓兩者之間連接的地方匹配的好，沒有縫隙。按照平衡的要求： = 上面公式里 ——螺絲需要的擰緊的力大??； D——動片的外面部分直徑大小； f——連接的零部件之間的相關(guān)數(shù)據(jù)，鋼之間這個數(shù)值是f=0.15 螺釘能承受的強度范圍 把數(shù)據(jù)放進去，算出 ===10416.7N 螺釘用Q235來做，那么（n=1.2~2.5） 直徑的大小d=9.3mm 這里用d=10mm.使用型號是M10里面是六個角頭部是圓的螺絲。 4.3 Z向升降機構(gòu)的設(shè)計 4.3.1手臂片重力矩的計算 圖 5-3 手臂每一個地方的重心 (1) 大概算出有多重：=150N，=150N，=500N (2) 算尺零部件的中心在哪里，重心到軸的尺寸大小: =800mm，=760mm， =400mm。 因為 = 那么 =0.5425m (3) 算出偏重力矩 =434 4.3.2升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 讓手臂有往下面滑動的傾向，里面的立柱就是要避免這種情況發(fā)生。 ＞= 數(shù)據(jù)用f=0.16，那么導(dǎo)套的需要滿足h＞0.32 h＞0.32×0.5425=0.1736m 4.3.3升降油缸驅(qū)動力的計算 上面公式里 阻力的大小，， f=0.16。 G——零部件與產(chǎn)品受到的重量大小。 (1) 算出 運動的快慢是V=0.6m/s；啟動的時間誤差t=0.1s、=800N。 把上面的數(shù)據(jù)放進： 489.8N (2) 算出 =2500N 那么 =2×2500×0.16=800N (3)缸使用的密封類型是O型，這里的阻力大概算一下 (4) 阻力不大，想計算更容易的話，可以不用考慮=0 那么就有 F=489.8+800+0.03F 缸向上進行運動的時候，F(xiàn)=2105N 缸向下面進行運動的時候，F(xiàn)=505N 4.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 (1)算出缸內(nèi)徑 缸的作用力，按照上升過程進行計算的話， F=2105N，根據(jù)相關(guān)資料，油缸受到的壓力大小1.0MPa，把數(shù)據(jù)放進公式里， ==0.1029 查閱資料，可以得到缸的里面位置直徑D=125mm。 (2) 算出缸外面的直徑 壁是厚的來算 (3.2)： 上面公式里 ——缸用什么材料做的相關(guān)數(shù)據(jù)，材料用的是沒有縫隙的鋼管的時候=100~110MPa 翻閱相關(guān)資料，外面部分的直徑180mm. (3) 算出活塞桿尺寸 活塞桿用碳鋼來做，相關(guān)數(shù)據(jù)是=100~120Mpa。這里用=110 那么： =4.94mm 直徑大小不能小于8.5mm。 (4) 缸蓋螺釘 D=120mm， =180mm，P=1.0MPa，螺釘相關(guān)之間的尺寸，與受到的壓力強度聯(lián)系。兩者之間的尺寸不能大于120mm，先暫定數(shù)量6個： 那么 Z=， =84<120，符合條件； ==1962.5N； K=1.5，=1.5=2943.75N;=+=1962.5+2943.75=4907N 直徑的大小，通過壓力強度大小來： 上面公式里 ——承載大小，=1.3； ——抵抗拉升的力，=； ——螺釘材質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，這里用45鋼來做，那么能承受的強度大小352MPa； n——相關(guān)數(shù)控，n=1.2-2.5，這里用n=2； ——螺紋之間的內(nèi)部直徑大小，=d-1.224S，d正常的直徑大小，S螺釘之間的尺寸大小。 算出： =1.3=1.3×4907=6379.1N ===0.0068m 第5章 機械臂臂部設(shè)計 5.1臂部整體設(shè)計 手臂是重要的承受力區(qū)域，是用來對腕還有物品進行支撐的。把這些拉起來做運動。 讓物品在指定的區(qū)域里面進行運動，這就是臀部的工作。這樣說來，它需要有兩個活動區(qū)間，來回轉(zhuǎn)動，上升下降。它的動力來源于液壓缸產(chǎn)生的動力。通過對各個部分受到力的情況進行了解，臂部的轉(zhuǎn)動很難頻繁，所以受到很多方向的力作用。這樣，它的構(gòu)造，活動區(qū)間，靈敏程度還有承載多大的重量，這些因素，都會對臂部的運動情況相關(guān)。 機器的主題是不動的，主體部分對手臂有支撐的作用，讓手臂可以自由的來回轉(zhuǎn)動，手臂要完成工作，要符合這個條件： 1）機身所受重量大小 機器主體能承受多大的作用力，要看它本身的剛度大小，它的構(gòu)造是平衡掛起來的樣子，這樣來看的話，手臂越長的話，剛度就沒有那么好了。這個剛度隨著臂桿的伸長與縮短是不一樣的。還有精確程度與承大小都對臂產(chǎn)生影響。 2）臂部工作要快，讓慣性最小 臂的轉(zhuǎn)動快慢是很重要的數(shù)據(jù)，看機械臂好不好用，這個數(shù)據(jù)能了解。 正常情況下，轉(zhuǎn)動的使用不能太快也不能太慢，需要均勻。不過在開始和停止這兩種情況的時候，工作是不穩(wěn)定的。想要更加平穩(wěn)的話，就需要運動開始時候，與結(jié)束運動的時候，這兩種加速度要小一點，不然就不會平穩(wěn)了。 機械臂在工作的時候，最快的速度在這個區(qū)域內(nèi)1000～1500mm/s，轉(zhuǎn)動的角度在這個區(qū)間里180°/s，正常情況下，這個運動的快慢程度是1000mm/s，轉(zhuǎn)動的角度大小90°/s。 3）精度不能低 正常情況下，直角與圓柱類型都是精確程度不錯的，還需要這個設(shè)備可以使用的場合廣泛，制作和裝配不能復(fù)雜，如果用在制造溫度高的產(chǎn)品，還要用防熱的功能，如果工作環(huán)境灰塵大，需要制作想要的設(shè)備。 5.2臂部設(shè)計計算 這篇論文里，機械臂用來搬動的物品重量不超過25kg，不是很大，這里制作油缸桿來進行伸長縮短，這個桿子是在導(dǎo)套里面進行安裝的。這個活塞桿會受到兩個方向的力，受力不復(fù)雜，工作的時候不晃動構(gòu)造標準，結(jié)構(gòu)沒有縫隙。利用液壓作為動力來源，液壓缸的類型這里用雙的。 翻閱相關(guān)資料得到， H×B×t=200×100×20。算出來的數(shù)據(jù)是10.221kg/m.橫截面的大小S=13.021, X。=1.517. 臂部要用20鋼來做。 圖5-1矩形冷彎空心型鋼結(jié)構(gòu) 第6章 液壓及控制系統(tǒng)設(shè)計 6.1機械臂運動學(xué)分析 通過前面的計算，還有各個部件的分析，來對每一個工作類零件，在每一個位置的快慢程度，畫出相關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。P-t、Q-t、N-t。 6.1.1臂部回轉(zhuǎn)機構(gòu) 知道的數(shù)據(jù)： D=100，d=50mm，b=50mm，M=，1.22rad/s 算出實際的數(shù)據(jù)： 圖6-2 6.1.2 X向平移機構(gòu) 知道的數(shù)據(jù)： D=50mm，d=36mm， ， 沒有桿的腔室里面，進油多少： 圖6-3 有桿的腔室里面，進油的多少： 圖6-4 6.1.3臂部機械臂 知道的數(shù)據(jù)： D=125mm，d=90mm， ， 算出具體數(shù)據(jù)： 圖6-5 6.2液壓系統(tǒng)方案擬定 （a）在機器進行安裝之前，用沒有來對每一個部件進行洗滌，接著要對壓力大小，封閉性進行測試，是不是符合安裝的要求： (b)泵和相關(guān)的傳輸動力的設(shè)備，同心度不低。 (c)油泵進入的地方，出來的位置還有朝著那邊轉(zhuǎn)動，這些自愛泵上面，都標注了，不能弄錯了。 (d)在對每一種閥進行安裝的時候，需要對每一個進出油的方向進行確定。 (e)防止油空氣進去，接口的位置需要全封閉。 (f)利用法蘭來裝的時候，螺釘在擰的時候，要稍微松一點，太緊會出現(xiàn)問題。 6.2.1調(diào)速回路方案分析 （1）利用節(jié)流來對速度變化 使用的是泵是固定量的，使用閥來對進出的油進行控制，這樣來完成速度的快慢。被叫做閥控設(shè)備。下圖有相關(guān)結(jié)構(gòu) 圖（7）節(jié)流調(diào)速圖 它的優(yōu)點：耗能不大，構(gòu)造不復(fù)雜，易于操控，維修簡單。 它的缺點：使用效率不高，熱量不小。 （2）利用容積對速度進行控制 使用的馬達與泵的量是變化的，這樣來對速度進行控制。又叫做泵控設(shè)備。 圖（8）容積調(diào)速 它的優(yōu)點：使用效率不低，熱量不大，維修簡單。它的缺點：構(gòu)造不簡單 （3）容積節(jié)流對速度進行控制 利用壓力來對供油多少進行調(diào)節(jié)，用閥來對進出的零件的量進行控制。 圖（9）容積節(jié)流調(diào)速 它的優(yōu)點：不會形成溢流現(xiàn)象，使用效率不錯，速度是比較穩(wěn)定的。它的缺點：在節(jié)流方面有耗損。 上面敘述的方法，有各自的優(yōu)點和缺點，不大的液壓設(shè)備上面，大部分使用閥來對速度進行控制。這篇論文里，使用的是容積節(jié)流來對速度進行控制，這樣來制作，使用的效率是不錯的，不會出現(xiàn)熱量很多，速度可以控制的很好。 6.2.2 快進回路方案分析 （1）快速調(diào)速 什么是差動，活塞無桿部分與有桿部分受到的壓力面積的差，如果兩個面受到的壓力是一樣的，沒有桿的部分受到的力大，這個把活塞推到有桿的位置，這樣產(chǎn)生差動，同時，把有桿的腔室內(nèi)的油，流進沒有桿的腔室內(nèi)，這樣就把流量加大了。讓活塞轉(zhuǎn)動的更快，這樣差動就大了。如何連接可以在下面圖里看到： 圖（10）液壓缸差動 它的優(yōu)點：活塞桿出來的時候，速度不慢，就算是泵流量不大，油缸出的力也不大，不能承載很重，油缸做的好的話，活塞桿出來進去的速度就一樣，它的缺點，聲音不小。 （2）蓄能器來調(diào)節(jié)速度 在液壓里面用來存儲能量的設(shè)備，是蓄能設(shè)備。在合適的時候，把機器上面的能量進行壓縮，把它存起來。在設(shè)備要用的時候，有可以從儲蓄設(shè)備里出來，提供機器使用。在設(shè)備的壓力變大的時候，它在里面可以收起來一部分。 圖（11）蓄能器快速調(diào)速 它的優(yōu)點：靈活，運動穩(wěn)定。它的缺點：加工不簡單，需要沒有縫隙。 （3）雙泵供油快速調(diào)速 什么是雙泵供油，動力的來源是兩個泵，一個流量大，讓工作速度快，另外一個小，滿足正常工運動。 圖（12）雙泵供油快速調(diào)速 它的優(yōu)點：消耗的功不大，使用效率不錯，在工廠用的比較多。它的缺點：構(gòu)造不簡單。 通過上面的分析，這篇論文里用的是，液壓缸差動來調(diào)節(jié)快慢。因由于它使用的效率不錯，油可以反復(fù)使用，能很好的控制速度，構(gòu)造不復(fù)雜，加工起來也不難，使用靈活。使用用在現(xiàn)在的工廠生產(chǎn)上面。 通過上面的分析，可以得到6-3。 圖6-3液壓系統(tǒng)原理圖 6.3液壓元件的計算和選擇 6.3.1液壓泵選型 設(shè)備里面使用的最多的泵，是兩種類型，齒輪與柱塞泵。齒輪泵這種類型，大多是外部的齒配合，在體積一樣的情況下，它的流動大一點，不過油的壓力不高。柱塞泵的優(yōu)點就是油壓高，油壓區(qū)間在16～35MPa，而且在速度很小的時候，也能產(chǎn)生很好的壓力，這樣上升的時間就變短了。中等大小的機械臂，正常用齒輪泵，很大的是選擇柱塞泵來用，這里使用用齒輪泵。 （1）算出液壓泵受到的壓力大小 ——泵受到的壓力最大時候（N/m2）； ——缸受到的壓力最大時候，（Mpa）； Mpa （5.2） 上面公式里：——油缸產(chǎn)生的最大的力（N）； ——油缸截面大?。╩2）。 算出 P=P=5 MPa，估算=0.5MPa P5 +0.5=5.5MPa 泵在進出口的壓力消耗。 這里取Δp=10×105Pa=0.5MPa 那么=5.5MPa。 （2）算出泵的功率大小 在不計算傳送管道還有缸里面的消耗時，泵傳輸出來的功的大小，缸傳輸進來功的大小，缸的傳輸出去的功的大小三者是一樣的。運動的時候，機器的耗損，能量的流失預(yù)防不了，在實際算的時候，要分析到。泵傳輸出來的功的大?。? （5.3） 上面的公式里：0——泵傳出來的功（W） ——缸傳出去的功的 (W) V——缸均勻加長的快慢 (m/s) ——泵傳送到缸那邊的機器消耗，這里用0.75[9]； ——缸里面還有管道里面消耗的能大小，這里用0.7[9]； ——上升需要的時間 (s)，用t=60s。 =12.346kW 泵傳進來的功： （5.4） 上面公式里：P——泵傳進來的功 ——泵效率之和，這篇論文里，使用的是齒輪泵，正常泵效率之和是0.6~0.7，這里用0.65。 算出：。 （3）算出油泵流量大小 泵傳進來的功大小與流量有關(guān)： （5.5） 上面公式里： Pp——泵受到的壓力最大情況，(N/m2)； ——泵的流量大小（m3/s）； ——泵的效率之和,=0.65[14]。 =29.44L/min，用K=1.1 那么QK20.24=32.4L/min 翻閱先關(guān)資料得到，使用的齒輪泵相關(guān)數(shù)據(jù)： CB40，n=1460r/min，Q=40L/min，P=6MPa 這里算出，泵的效率之和=0.85，則N==4.7kw 電機的相關(guān)數(shù)據(jù)：Y132M-4，N=5.5kw，n=1460r/min。 6.3.2液壓元件的選擇 表6-2 液壓元件一覽表 序號 元件名稱 規(guī)格 數(shù)量 1 線隙式過濾器 2.5MPa，100L/min 1 2 電動機 5.5kw，1460r/min 1 3 齒輪泵 5MPa，1450r/min 1 4 溢流閥 2.5MPa，12 1 5 電磁換向閥 6.3MPa，12 1 6 單向閥 6.3MPa，12 1 7 壓力表 (0~8)MPa 1 8，14 節(jié)流閥 6.3MPa，12 2 9，15，20，21 25，26，30 節(jié)流閥 6.3MPa，8 7 10，16 電磁換向閥 6.3MPa，12 2 11，17 電磁換向閥 6.3MPa，12 2 12，18 單向順序閥 2.5MPa，12 2 22，27 電磁換向閥 6.3MPa，8 2 23，28 電磁換向閥 6.3MPa，8 2 31 電磁換向閥 6.3MPa，8 1 33 壓力繼電器 (1~6.3)MPa 1 34 減壓閥 6.3MPa，8 1 35 壓力表開關(guān) 6.3MPa，4 1 這個里面零件的序號與圖里面是一致的 6.3.3液壓輔助元件的選擇 （1）確定液壓管道尺寸大小 油管的內(nèi)部直徑，正常情況下，按照之前的零件接口的大小來定。通過管道的流動速度算出來，也行。這篇文章里，用的是差動， q = 31.81 L/min。管道里面的流動速度數(shù)據(jù)v = 4m/s，內(nèi)部直徑大小d d = 2 = 2mm = 14.5mm 這個流量快退的時候，q的大小q= 29.53 L/min，這個時候，內(nèi)徑大小是d = 10.3mm。 通過上面的分析，這里內(nèi)徑的大小d=12mm。吸油管也可以更上面一樣算出，（q = 24 L/min，v = 1.5m/s），泵型號是YBX-16，吸油口進行連接的數(shù)據(jù)，內(nèi)部直徑的尺寸是=為25mm。 油箱的壁有多厚 p——油管里面受到的壓力大小。 ——材料相關(guān)數(shù)據(jù)。， 是抗拉伸的強度大小為，n相關(guān)數(shù)據(jù)為。油缸用鋼管來做時， p＜7MPa， n=8; p＜17.5MPa，n=6; p＞17.5MPa，n=4。 算出：3mm。 （2）油箱容積大小 這個設(shè)備，壓力設(shè)備不大，油箱的容積大小通過泵來定，是它的流量的5~7，這里用的容量大小是100L。 6.4液壓系統(tǒng)性能驗算 6.4.1驗算回路中的壓力損失 這個系統(tǒng)不簡單，有幾個液壓區(qū)域，來對零件驅(qū)動，里面的流程復(fù)雜，消耗不小的，要注明，所以，這里要對泵到缸的這段區(qū)間消耗，進行檢驗。 ⑴壓力消耗 主要的壓力消耗，是缸以很快的速度進行注射運動的時候，壓力的消耗，這段管道有5m，管的里面直徑0.032m，速度很快的時候，流量是2.7L/s；正常工作的時候，ν＝27mm2/s，油的密度大小ρ＝918kg/m3。 算出有的流動速度 油在管道里受到的阻力大?。? 算出消耗的壓力大?。? ⑵某一個部位壓力消耗 某個部位壓力的耗損，有管路里面彎折的部分，還有接頭位置的壓力消耗Δp2，在經(jīng)過閥的時候，消耗的大小Δp3。這個里面某個部位的損失不是很大，所以只要算出在閥那部分消耗的壓力大小。 一個方向17，流量大小50L/min，標準的