搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計【單滑銷缸式手部】

搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計【單滑銷缸式手部】,單滑銷缸式手部,搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計【單滑銷缸式手部】,搬運,機械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計 沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)論文 題 目： 搬運機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學生姓名： 指導教師： 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 用于再現(xiàn)人手的功能的技術(shù)裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序，軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取，搬運或操作的自動機械裝置。 工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，捉奸成為一門新興的學科—機械手工程。機械手涉及到力學，機械學，電氣液壓技術(shù)，自動控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學領(lǐng)域，是一門跨學科綜合技術(shù)。 隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。文章主要敘述了機械手的設(shè)計計算過程。 首先，本文介紹了機械手的作用，機械手的組成和分類，說明了自由度和機械手整體坐標的形式。同時，本文給出了這臺機械手的主要性能規(guī)格參量。 其次，文章中全面詳盡地搬運機械手的手部，腕部，手臂以及機身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 機械手， 自由度， 手部， 腕部 Abstract Used to reproduce the functions of staff of the technological device called a mechanical hand. Robot is to imitate some of the staff action, according to the reproduce and requirements for automatic trajectory crawling, handing or operation of the automatic mechanical devices. Industrial robot is in the field of modern automatic control of a new technology and machinery has become a modern production system an important component of this new technology has developed rapidly becoming an emerging discipline—mechanical hand project. Manipulator involves mechanics, mechanics, electrical hydraulic technology, such as science, is an interdisciplinary technology. The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator. The first, the paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator. In this article, the comprehensive exhaustive discussion has transported manipulator’s hand, the wrist, the arm, the fuselage and so on, which the major structural design computation. Key words: Manipulator, Freedom, Hand, Wrist 目 錄 第一章引 言 1 第二章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.1 手抓的結(jié)構(gòu)選定 3 2.2 液壓缸的選定 4 2.2.1 液壓缸內(nèi)徑的確定 4 2.2.2 液壓缸外徑的確定 4 2.2.3 缸筒壁厚校核 5 2.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 6 2.2.5 活塞的最大行程 6 2.2.6 缸筒底部厚度的確定 7 2.2.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 7 2.2.8 缸筒頭部法蘭厚度的確定 8 2.2.9 液壓缸其它元件的確定 9 第三章擺動缸的選定 11 3.1 聯(lián)接部分的設(shè)計 11 3.2 聯(lián)接部分材料的選定與聯(lián)接方法 11 第四章手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 4.1 手臂的結(jié)構(gòu)初定 12 4.2 小臂受力分析 12 4.3 小臂液壓缸的確定 13 4.3.1 小臂液壓缸的受力分析 13 4.3.2 液壓缸內(nèi)徑的確定 13 4.3.3 液壓缸外徑的確定 14 4.3.4 缸筒壁厚校核 15 4.3.5 液壓缸活塞桿的確定及校核 15 4.3.6 活塞的最大行程 16 4.3.7 缸筒底部厚度的確定 16 4.3.8 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 17 4.3.9 缸筒頭部法蘭厚度的確定 18 4.3.10 液壓缸其它元件的確定 19 4.4 小臂套筒的設(shè)計 19 4.4.1 材料的選定 19 4.4.2 內(nèi)套的設(shè)計 20 4.4.3 外套的設(shè)計 20 第五章支小臂液壓缸的確定 21 5.1 支小臂液壓缸的擺動角度確定 21 5.2 支小臂缸的受力分析 21 5.3 液壓缸的確定 22 5.3.1 液壓缸內(nèi)徑的確定 22 5.3.2 液壓缸外徑及壁厚的確定 22 5.3.3 缸筒壁厚的校核 23 5.3.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 24 5.3.5 活塞桿的最大允許行程 24 5.3.6 缸筒底部厚度的確定 25 5.3.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 25 5.3.8 缸蓋頭部法蘭厚度的確定 27 5.3.9 缸筒與端部焊接 27 5.3.10 液壓缸的其他元件的確定 28 第六章大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 6.1 大臂材料的選定 29 6.2 大臂受力分析 29 6.3 支大臂液壓缸的確定 30 6.3.1 液壓缸內(nèi)徑的確定 30 6.3.2 液壓缸外徑及壁厚的確定 31 6.3.3 缸筒壁厚的校核 32 6.3.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 32 6.3.5 活塞桿的最大允許行程 33 6.3.6 缸筒底部厚度的確定 33 6.3.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 34 6.3.8 缸蓋頭部法蘭厚度的確定 35 6.3.9 缸筒與端部焊接 36 6.3.10 液壓缸的其他元件的確定 36 第七章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 38 7.1 回轉(zhuǎn)缸的確定 38 7.1.1 回轉(zhuǎn)缸的受力分析及內(nèi)徑的確定 38 7.1.2 液壓缸外徑的確定 38 7.1.3 缸筒壁厚校核 39 7.1.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 40 7.1.5 活塞的最大行程 40 7.1.6 缸筒底部厚度的確定 41 7.1.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 41 7.1.8 缸筒頭部法蘭厚度的確定 42 7.1.9 液壓缸其它元件的確定 43 第八章底座的設(shè)計 44 8.1 底座材料及尺寸的選定 44 8.2 底板螺栓的確定 44 8.2.1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 45 8.2.2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 45 第九章液壓系統(tǒng)傳動方案的確定 47 9.1 各液壓缸的換向回路 47 9.2 調(diào)速方案 47 第十章計算和選擇液壓元件 48 10.1 閥的種類和功用 48 10.2 擬定液壓系統(tǒng) 49 10.3 油泵的選擇 49 10.4 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置 50 第十一章液壓系統(tǒng)原理圖 52 結(jié) 論 54 致 謝 55 參考文獻 56 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 引言 第一章引言 1998年ABB公司推出IRB1400系列小機器人，其循環(huán)時間只有0.4s，控制器包括軟件、高壓電、驅(qū)動器、用戶接口等皆集成于一柜，只有洗衣機變換器那樣大小。FANUC公司2000年9月宣稱它的控制器為世界最小。 工業(yè)機器人的應(yīng)用從單機、單元向系統(tǒng)發(fā)展。多達百臺以上的機器人群與微機及周邊智能設(shè)備和操作人員形成一個大群體（多智能體）?？鐕蠹瘓F的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)接在一起，實現(xiàn)了標準化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的“虛擬制造”，為工業(yè)機器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。 機器人技術(shù)是涉及機械學、傳感器技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的一門綜合性高新技術(shù)，既是光機電軟一體化的重要基礎(chǔ)，又是光機電軟一體化技術(shù)的典型代表。其產(chǎn)品主要有兩大類，即以日本和瑞典為代表的一系列特定應(yīng)用的機器人，如弧焊、點焊、噴漆裝備、刷膠和建筑等，并形成了龐大的機器人產(chǎn)業(yè)。另一類是以美國、英國為代表的智能機器人開發(fā)，由于人工智能和其它智能技術(shù)的發(fā)展遠落后于人們對它的期望，目前絕大部分研究成果未能走出實驗室。機器人系統(tǒng)集成技術(shù)也是由幾個主要發(fā)達國家所壟斷。近年來，機器人技術(shù)并未出現(xiàn)突破性進展，各國的機器人技術(shù)研究機構(gòu)和制造廠商都繼續(xù)在技術(shù)深化、引進新技術(shù)和擴大應(yīng)用領(lǐng)域等方面進行探索。 為了使機器人更好地應(yīng)用于工業(yè)，各工業(yè)發(fā)達國家的大學、研究機構(gòu)和大工業(yè)企業(yè)對機器人系統(tǒng)開發(fā)投入了大量的人力財力。在美國和加拿大，各主要大學都設(shè)有機器人研究室，麻省理工學院側(cè)重于制造過程機器人系統(tǒng)的研究，卡耐基—梅隆機器人研究側(cè)重于挖掘機器人系統(tǒng)的研究，而斯坦福大學則側(cè)重于系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)。德國正研究開發(fā)“MOVE AND PLAY”機器人系統(tǒng)，使機器人操作就像人們操作錄像機、開汽車一樣。 我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配，搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總得來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外相比還是有一定的距離，如：可靠性低于外國產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與外國比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低、而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。 我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，以系統(tǒng)集成帶動機器人技術(shù)的全面發(fā)展，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中。 60 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 第二章手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 手抓的結(jié)構(gòu)選定 擬定最大抓取重量為60N，根據(jù)工作位置和工作環(huán)境的需要，決定采用單滑銷缸式手部。如下圖： 圖2.1 手抓部分 手抓機架擬定材料為HT200，圖中有關(guān)參數(shù)，初步選定如下 α=60° （手指的抓取半角 α=45～70）； f=0.2 （物體與手指接觸處的摩擦系數(shù) f=0.1～0.5）； η=0.9 （手部的機械效率 η=0.85～0.9）； k=1.3 （安全系數(shù) k=1.1～1.5）； k=2.0 （工作情況系數(shù) k=1.1～2.5）； l=50mm； L=100mm； β=30°； g=9.8m/s 整個手抓部分長度選擇300mm。 夾緊時由力學公式： N=sin=×sin60°=129.9N N===375.3N （2.1） 夾緊時活塞桿的力由公式： F=N ==1125.9N （2.2） 初步估算手抓的重量約為30N。 2.2 液壓缸的選定 2.2.1 液壓缸內(nèi)徑的確定 液壓缸的理論輸出F可按下式計算： F= （2.3） F：活塞桿的實際作用力（N）； ：負載率，一般取0.5～0.7； η：液壓缸的總效率，一般取0.9～0.95； F===2447.6N 由表17-6-3查得液壓缸的工作壓力初選為P=1MPa。 由公式： D=10=55.84mm 由17-6-26可選用標準液壓缸內(nèi)徑D=63mm。 2.2.2 液壓缸外徑的確定 按壁厚筒有關(guān)公式確定： Dmm P=（1.2～1.3）P； P=1.5p=1.5MPa； P=1.251.5=1.875； D：油缸內(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20-6-7可知 =610MPa ：缸體材料的需用拉應(yīng)力（MPa）； n：沖擊系數(shù)，由表2-3-6可查得n=12； ===50.83MPa； D=D=82.6mm 初選壁厚 =7mm 則/D=0.1111(0.08～0.3) 所以選擇下面的壁厚公式計算： ==0.84mm 初選成立 綜上所述，從表20-6-9中選擇標準液壓缸外徑76mm，所以液壓缸壁厚為=（76-63）/2=6.5mm。 2.2.3 缸筒壁厚校核 額定壓力 P0.35 （2.5） 其中：=360MPa （缸筒材料屈服強度。由表20-6-7查得） 所以 P0.35=25.23MPa 缸筒發(fā)生完成塑性變形的壓力 P 因為P（0.35～0.42）P=（0.35～0.42）67.5=（23.625～28.35）MPa 故選擇 P=25Mpa 即工作壓力小于25Mpa。 本液壓缸最大工作壓力為1.5Mpa，所以設(shè)計選擇的壁厚可滿足壓力的要求。 2.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 設(shè)計中根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比是由表20-6-16查得=1.33， d=D=63=31.38mm 根據(jù)表20-6-16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： ===1.4Mpa<<（100～110）Mpa； 所以滿足工作時的強度需要。 2.2.5 活塞的最大行程 L= （2.6） F：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 F； F：活塞桿縱向壓縮力； n：安全系數(shù)； 通常n=3.5～6； E：材料的彈性模量； 鋼材的E=2.1/mm； I：活塞桿橫截面慣性矩； mm； L=320 由表20-6-2取液壓缸標準行程280mm。 2.2.6 缸筒底部厚度的確定 缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌進的圓盤強度公式進行計算： （2.7） 其中：P：筒內(nèi)最大工作壓力 （P=P=1.5Mpa）； ：筒底材料許用應(yīng)力 （前面求得==50.83Mpa ）； D：計算厚度外直徑 （取D=60mm）； =4.46mm 所以，綜合上述條件，缸筒底部厚度選擇7.5mm。 2.2.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 由表2-1-8可知活塞v=0.5m/s，則取v=0.0133m/s，活塞桿退回速度v=0.01m/s。由公式： v= （2.8） v：活塞桿的運動速度（m/s）； Q：流入液壓缸的流量（m/s）； A：活塞的有效面積（m）； Q=vA=0.01=0.312m/s 由公式Q=Q+Q Q：工作載荷（N） Q== （2.9） 其中：P：缸蓋所受的負載液壓力（N）； Z：螺釘數(shù)目，Z= Q==0.08Mpa Q：剩余縮緊力對于要求緊密的聯(lián)接， Q=KQ， K=1.5～1.8， Q=0.128 Q=0.08+0.128=0.208Mpa 螺釘?shù)膹姸葪l件：==〈〈 （2.10） ：材料的許用應(yīng)力； = n：安全系數(shù)，n=3； 查表得=360Mpa； ==120Mpa 由公式 d 其中Q=1.3Q=1.3=0.27Mpa d==5.35mm 選擇標準六角螺栓M8 2.2.8 缸筒頭部法蘭厚度的確定 由公式可得 h （2.11） 其中F：法蘭在缸筒最大內(nèi)壓力所承受的軸向壓力； F=P r：法蘭外圓直徑； 因為選定的螺栓為M8，所以為了方便安裝，法蘭圓外徑選定為135mm。 d：螺栓直徑， d=8mm； ：法蘭材料的許用應(yīng)力； b：缸筒外徑到螺栓中線的距離； h 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)凹處厚度選擇7.5mm，即整個端蓋厚度為15mm。 2.2.9 液壓缸其它元件的確定 ㈠ 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。 ㈡ 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。 ㈢ 密封圈的選擇 密封件大多采用0型密封圈，參考手冊表10-4-4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。 ㈣ 管接頭的確定 由公式： d Q：液體流量，L/min； v：按推薦值選定，一般v=3m/s。 求得d，取標準值d=4mm。 所以整個液壓缸的長度為 280+（7.5+7.5）2=310m 大體估算整個液壓缸加上油液的重量約為30N。 所以，此設(shè)計的液壓缸如下圖所示： 圖2.2 液壓缸 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 擺動缸的選定 第三章擺動缸的選定 手腕的旋轉(zhuǎn)部分由擺動缸來實現(xiàn)。由于手抓部位的活塞桿d=63mm，D=76mm，所以選擇標準擺動缸的軸徑45mm，外徑為120mm。 3.1 聯(lián)接部分的設(shè)計 由于擺動缸的軸徑外凸無法直接連于活塞桿上，設(shè)計一連接結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖3.1 開槽沉頭螺釘 3.2 聯(lián)接部分材料的選定與聯(lián)接方法 初步選定此連接結(jié)構(gòu)的材料為HT200。 擺動缸的軸與連接部分通過鍵連接，為防止所傳遞的轉(zhuǎn)矩過大，故選擇花鍵連接。根據(jù)實際情況選擇標準花鍵8。 初步估計此擺動缸及連接裝置重50N，為確保工作需要的供油量，估計長度為300mm。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第四章手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 手臂的結(jié)構(gòu)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(cè)。 4.2 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鏈接。擬定兩鉸鏈接觸之間的距離L=500mm。小臂受力示意圖如下： 圖4.1 小臂受力示意圖 由 所以 R=137.6 由 所以 R 剪力和彎矩圖如上 最大危險截面為B處 4.3 小臂液壓缸的確定 4.3.1 小臂液壓缸的受力分析 初步擬定大臂俯仰角度為30°～90°，小臂的運動范圍為-30°～60°。則對小臂的受力分析如下： 當小臂上揚到最大角度，即45°時，小臂液壓缸所受的推力最大，所以只需計算此時F即可滿足設(shè)計需求。 F 4.3.2 液壓缸內(nèi)徑的確定 液壓缸的理論輸出F可按下式計算： F= F：活塞桿的實際作用力（N）； ：負載率，一般取0.5～0.7； ：液壓缸的總效率，一般取0.9～0.95； F= 由表20-6-3查得液壓缸的工作壓力初選為P=1.5Mpa。 由公式： D==45.46mm 由20-6-2可選用標準液壓缸內(nèi)徑D=50mm。 4.3.3 液壓缸外徑的確定 按壁厚筒有關(guān)公式確定： D （4.1） P（1.2～1.3）； P； P； D：油缸內(nèi)徑（mm）； 缸蓋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17-6-7可知 ：缸體材料的需用拉應(yīng)力（Mpa）； n：沖擊系數(shù)，由表2-3-6可查得n=12； =； D 初選壁厚 則/D=0.12(0.08～0.3) 所以選擇下面的壁厚公式計算： 初選成立 綜上所述，從表20-6-9中選擇標準液壓缸外徑60mm，所以液壓缸壁厚為=（60-50）/2=5mm。 4.3.4 缸筒壁厚校核 額定壓力 P （4.2） 其中：=360Mpa （缸筒材料屈服強度。由表17-6-7查得） 所以 P 缸筒發(fā)生完成塑性變形的壓力 P； 因為P（0.35～0.42）P（0.35～0.42）（22.96～27.55）Mpa 故選擇 P=25Mpa 即工作壓力小于25Mpa。 本液壓缸最大工作壓力為2.25Mpa，所以設(shè)計選擇的壁厚可滿足壓力的要求。 4.3.5 液壓缸活塞桿的確定及校核 設(shè)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=1.33 d=D 根據(jù)表20-6-2取標準值d=25mm 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： 〈〈（100～110）Mpa； 所以滿足工作時的強度需要。 4.3.6 活塞的最大行程 L （4.3） F：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 F； F：活塞桿縱向壓縮力； n：安全系數(shù) 通常n=3.5～6； E：材料的彈性模量 鋼材的E=2.1； I：活塞桿橫截面慣性矩 mm； L 綜合小臂的設(shè)計需求和表17-6-2取液壓缸標準行程220mm。 4.3.7 缸筒底部厚度的確定 缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌進的圓盤強度公式進行計算： （4.4） 其中： P：筒內(nèi)最大工作壓力 （P=P=2.25Mpa）； ：筒底材料需用應(yīng)力 （前面求得==50.83Mpa）； D：計算厚度外直徑 取D=45mm 所以，綜合上述條件，缸筒底部厚度選擇7.5mm。 4.3.8 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 由表2-1-8可知活塞v=0.5m/s，則取v=0.02m/s，活塞桿退回速度，v=0.023m/s 活塞桿退回速度，由公式： v= v：活塞桿的運動速度（m/s）； Q：流入液壓缸的流量（m/s）； A：活塞的有效面積（m）； Q 由公式：Q Q：工作載荷（N） Q= 其中： P：缸蓋所受的負載液壓力（N）； Z：螺釘數(shù)目，Z= Q= Q：剩余壓縮力對于要求緊密的聯(lián)接； Q=KQ, K=1.5～1.8， Q=0.112 Q=0.07+0.112=0.182Mpa 螺釘?shù)膹姸葪l件：〈〈 （4.5） ：材料的許用應(yīng)力 n：安全系數(shù)，n=3； 查表得=360Mpa； 由公式 d 其中：Q d 選擇標準六角螺栓M8。 4.3.9 缸筒頭部法蘭厚度的確定 由公式可得 h (4.6) 其中： F：法蘭在缸筒最大內(nèi)壓力下所承受的軸向壓力； F=P r：法蘭外圓直徑； 因為選定的螺栓為M8，所以為了方便安裝，法蘭圓外徑選定為120mm。 d：螺栓直徑， d=8mm； ：法蘭材料的許用應(yīng)力； b：缸筒外徑到螺栓中線的距離； h= 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)凹處厚度選擇7.5mm，即整個端蓋厚度為15mm。 4.3.10 液壓缸其它元件的確定 ㈠ 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 ㈡ 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. ㈢ 密封圈的選擇 密封件大多采用0型密封圈，參考手冊表10-4-4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。 ㈣ 管接頭的確定 由公式 d Q：液體流量，L/min； v：按推薦值選定，一般v=3m/s； 求得d3.68mm，取標準值d=4mm。 所以整個液壓缸的長度為 220+（7.5+7.5）2=250mm 大體估算整個液壓缸加上油液的重量約為30N。 4.4 小臂套筒的設(shè)計 4.4.1 材料的選定 初定小臂材料為Q235B的空心圓管，長度為500mm。 4.4.2 內(nèi)套的設(shè)計 由于內(nèi)套與活塞缸之間不能有接觸，所以初步選定內(nèi)套圓管的內(nèi)徑為156mm，外徑為177mm，長度為280mm。 內(nèi)套重量約為 G=vg=7.8 4.4.3 外套的設(shè)計 由于內(nèi)套和外套之間必須接觸，且內(nèi)套和外套之間需要留有一定的余量，所以初步選定內(nèi)套圓管的內(nèi)徑為179mm，外徑為200mm，長度為260mm。 內(nèi)套重量約為G=vg=7.8 所以整個小臂的長度為500mm 整個小臂的重量為30+113.3+124.2=267.5N 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 支小臂液壓缸的確定 第五章支小臂液壓缸的確定 5.1 支小臂液壓缸的擺動角度確定 初步擬定大臂俯仰角度為60°～90°，小臂俯仰角度的范圍為0°～45°。 5.2 支小臂缸的受力分析 由公式M課求出推力P ：油缸輸出的推力P對小臂擺動中心O所產(chǎn)生的起動力矩（NgM）； ：手臂偏重對中心O的偏重力矩(NgM)； ：手臂向上擺動的起動慣性力矩（NgM）； ：摩擦力矩（NgM）； =60 =219.325（NgM） ：參與擺動零件（偏重）對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量（） ：手臂向上擺動的切向角加速度，擬定（弧度/秒），（起動時間） = = ，0型密封圈的摩擦阻力矩,為安裝角度， ，L=0.1m 由公式可求出液壓缸的理論輸出力F ：活塞桿的實際作用力； ：負載率，一般取0.5～0.7； ：液壓缸的總效率，一般取0.9～0.95； 取 ， , 5.3 液壓缸的確定 5.3.1 液壓缸內(nèi)徑的確定 由表17-6-3查得液壓缸的工作壓力初選為 由公式 由表17-6-9可選用標準液壓缸內(nèi)徑 5.3.2 液壓缸外徑及壁厚的確定 按壁厚筒有關(guān)公式確定： （5.1） （1.2～1.3），；取， D：油缸內(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17-6-7可知， ：缸體材料的許用拉應(yīng)力； n：沖擊安全系數(shù)，由表17-6-8可查得n=12；= 初選壁厚，則(0.08～0.3)； 根據(jù)表17-6-8公式進行計算： 初選成立。 綜合上述條件，可以從表17-6-9中選擇標準液壓缸外徑A型146mm。 5.3.3 缸筒壁厚的校核 由公式： （5.2） ：額定工作壓力； ：缸筒材料的屈服強度； 查表17-6-7，得 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力 由公式： （0.35～0.42）（195.44～23.453） 本液壓缸的最大工作壓力為3，所以可以滿足強度要求。 5.3.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 設(shè)計中根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比機械手冊表17-6-16，查得速度比 根據(jù)機械手冊表17-6-16，取活塞桿的標準值為d=63mm。 由于活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力，所以可近似用直桿承受拉壓載荷的簡單強度公式進行計算： 由公式： （100～110） 所以滿足工作時的強度要求。 5.3.5 活塞桿的最大允許行程 由公式： （5.3） ：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力：； F：活塞桿縱向壓縮力；（N） ：安全常數(shù)，通常=（3.5～6） 取=5； E：材料的彈性模數(shù)，鋼材的E= I：活塞桿橫截面積慣性矩；（mm） 圓截面： 擬定大臂和小臂鉸接時的角度為135°； 液壓缸安裝時鉸鏈焊接處為小臂200mm，與大臂焊接處為300mm； 根據(jù)余弦定理可得，最大行程為350mm。 5.3.6 缸筒底部厚度的確定 缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強度公式進行計算： （5.4） 其中： P：缸筒內(nèi)最大工作壓力； ：筒底材料許用應(yīng)力 ：計算厚度外直徑，取=90mm = 取缸筒底部厚度為12mm。 5.3.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 由表2-1-8可查得活塞桿的最大速度=0.5m/s，則取活塞退回速度=0.033m/s，活塞桿伸出速度為=0.043m/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；（m/s） A：活塞的有效面積；（m） Q= 由公式： Q：工作載荷（N）； （5.5） P：缸蓋所受的負載液壓力；（N） Z：螺釘數(shù)目；Z=； ：螺釘中心所在圓的直徑（mm）； ：油缸內(nèi)油液的工作壓力 ：剩余鎖緊力對于要求緊密的連接=,=1.5～1.8。取=1.6 螺釘?shù)膹姸葪l件為： （5.6） ：材料的許用應(yīng)力； =，n：安全系數(shù)，n=5；； == ，； 取標準的開槽沉頭螺釘。 5.3.8 缸蓋頭部法蘭厚度的確定 有公式： （5.7） =36797N 其中： F：法蘭在缸筒最大壓力下所承受的軸向力； ：法蘭外圓直徑； ：螺栓直徑；=8mm b：缸筒外徑到螺栓中線的距離；b=8mm 選定螺栓為,為了安裝方便，法蘭外圓直徑選定為180 取法蘭厚度為12mm。 5.3.9 缸筒與端部焊接 焊縫應(yīng)力計算有公式： （5.8） 其中： ：缸蓋最大推力；（N） ：缸筒外徑；（mm） ：焊縫底徑；（mm） ：焊縫材料的抗拉強度； n：安全系數(shù)；n=12 ：焊接效率；=0.7 取焊縫底徑為50mm。 5.3.10 液壓缸的其他元件的確定 ㈠ 缸蓋的材料 缸蓋本身又是活塞桿的導向套時，缸蓋最好選用鑄鐵擬定HT200。 ㈡ 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，初擬定為HT300。 ㈢ 密封件均采用0型密封圈，由機械設(shè)計手冊（第三版、第二卷）選擇雙三角密封圈寬度為5mm?；钊麠U的密封圈選擇活塞桿的專用密封圈V型夾織物橡膠密封圈。 ㈣ 管接頭的確定 由公式： Q：液體流量，L/min； v：按推薦值選定，一般v=4m/s； 求得，取標準值d=10mm。 ㈤ 估算整個液壓缸和油液的重量約為70（N）。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章 大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第六章大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.1 大臂材料的選定 初步擬定大臂材料為Q235B的空心方鋼，長度L=1000mm，外邊長a=100mm，內(nèi)邊長b=80mm。 估算大臂的重量 6.2 大臂受力分析 圖6.1 大臂受力分析圖 由公式 ：油缸輸出的推力對小臂擺動中心所產(chǎn)生的起動力矩； ：手臂偏重對中心的偏重力矩； ：手臂向上擺動的起動慣性力矩； ：摩擦力矩，油腔的阻力矩。 = ：參與擺動零件（偏重）對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量 ：手臂向上擺動的切向角加速度，（起動時間） =23.9 ，0型密封圈的摩擦阻力矩,為安裝角度， =67.3° ， 由公式可求出液壓缸的理論輸出力F ，F(xiàn)=52356N 6.3 支大臂液壓缸的確定 6.3.1 液壓缸內(nèi)徑的確定 由表2-3-2查得液壓缸的工作壓力初選為 由公式 由表43-6-26可選用標準液壓缸內(nèi)徑D=180mm。 6.3.2 液壓缸外徑及壁厚的確定 按壁厚筒有關(guān)公式確定： （6.1） （1.2～1.3），=1.5；取=3.75， D：油缸內(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17-6-7可知， ：缸體材料的許用拉應(yīng)力； n：沖擊安全系數(shù)，由表17-6-8可查得n=12； =194.7mm 初選壁厚，則（0.08～0.3）； 根據(jù)表17-6-8公式進行計算： 綜合上述條件，可以從表17-6-9中選擇標準液壓缸外徑A型219mm。 6.3.3 缸筒壁厚的校核 由公式： （6.2） ：額定工作壓力； ：缸筒材料的屈服強度；查表17-6-7，得= ，缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力由公式： （0.35～0.42）=（24.68～29.61） 本液壓缸的最大工作壓力為4.5，所以可以滿足強度要求。 6.3.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 設(shè)計中根據(jù)工作壓力的大小，選用速度比機械手冊表17-6-16，查得速度比，由公式： 根據(jù)機械手冊表17-6-16，取活塞桿的標準值為d=90mm。 由于活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力，所以可近似用直桿承受拉壓載荷的簡單強度公式進行計算： 由公式： （100～110） 所以滿足工作時的強度要求。 6.3.5 活塞桿的最大允許行程 由公式： （6.3） ：活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力； F：活塞桿縱向壓縮力；（N） ：安全常數(shù)；通常=（3.5～6） 取=5； E：材料的彈性模數(shù)；鋼材的E=2.1； I：活塞桿橫截面積慣性矩；（mm） 圓截面： 擬定大臂和小臂鉸接時的角度為60°，根據(jù)余弦定理可得，最大行程為310mm。 6.3.6 缸筒底部厚度的確定 缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周嵌住的圓盤強度公式進行計算： （6.4） 其中： P：缸筒內(nèi)最大工作壓力； ：筒底材料許用應(yīng)力； ：計算厚度外直徑；取=120mm 取缸筒底部厚度為18mm。 6.3.7 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 由表2-1-8可查得活塞桿的最大速度=0.5/s，則取活塞退回速度，活塞桿伸出速度為。 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；（m/s） A：活塞的有效面積；（m） 由公式： Q：工作載荷（N）： （6.5） P：缸蓋所受的負載液壓力；（N） Z：螺釘數(shù)目；； ：螺釘中心所在圓的直徑（mm）； P：油缸內(nèi)油液的工作壓力 ：剩余鎖緊力對于要求緊密的連接1.5～1.8.取K=1.6 =1.59+2.544=4.134 螺釘?shù)膹姸葪l件為： （6.6） ：材料的許用應(yīng)力； ，n：安全系數(shù)，n=5；； = 取標準的開槽沉頭螺釘 6.3.8 缸蓋頭部法蘭厚度的確定 由公式： （6.7） 其中： F：法蘭在缸筒最大壓力下所承受的軸向力； ：法蘭外圓直徑； ：螺栓直徑；=10mm b：缸筒外徑刀螺栓中線的距離；b=12mm 選定螺栓為，為了安裝方便，法蘭外圓直徑選定為240mm =10.8mm 取法蘭厚度為18mm。 6.3.9 缸筒與端部焊接 焊縫應(yīng)力計算有公式： （6.8） 其中： 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；（） n：安全系數(shù)；n=12 ：焊接效率；=0.7 取焊縫底徑為60mm。 6.3.10 液壓缸的其他元件的確定 ㈠ 缸蓋的材料 缸蓋本身又是活塞桿的導向套時，缸蓋最好選用鑄鐵擬定HT200 ㈡ 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，初擬定 為HT300. ㈢ 密封件均采用0型密封圈，由機械設(shè)計手冊（第三版、第2卷）選擇雙三角密封圈寬度為5mm，活塞桿的密封圈選擇活塞桿的專用密封圈V型夾織物橡膠密封圈。 ㈣ 管接頭的確定 有公式： Q：液體流量，L/min； v：按推薦值選定，一般v=4m/s； 求得，取標準值d=10mm。 ㈤ 估算整個液壓缸和油液的重量約為90（N）。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第七章 大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 第七章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 7.1 回轉(zhuǎn)缸的確定 7.1.1 回轉(zhuǎn)缸的受力分析及內(nèi)徑的確定 液壓缸的理論輸出F可按下式計算： 由表20-6-3查得液壓缸的工作壓力初選為P=1。 有公式： 由表20-6-9可選用標準液壓缸內(nèi)徑D=200mm。 7.1.2 液壓缸外徑的確定 按壁厚筒有關(guān)公式確定： （7.1） （1.2～1.3）； =1.5p=1.5； 1.25； D：油缸內(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20-6-7可知 ：缸體材料的許用拉應(yīng)力（）； n：沖擊系數(shù)，由表2-3-6可查得n=12； =； 初選壁厚 則（0.08～0.3） 所以選擇下面的壁厚公式計算： 初選成立。 綜上所述，從表20-6-9中選擇標準液壓缸外徑245mm，所以液壓缸壁厚為。 7.1.3 缸筒壁厚校核 額定壓力 （7.2） 其中： （缸筒材料屈服強度。由表20-6-7查得） 所以 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力