畢業(yè)設計（論文）立式精鍛機自動上料機械手設計

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1、 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 立式精鍛機自動上料機械手設計 學 生： 學 號： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： 指導教師： 四川理工學院機械工程學院 二〇一一年六月 四 川 理 工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目：立式精鍛機自動上料機械手設計 系：機械工程學院 專業(yè)：機械設計制造及自動化 班級：學號： 學生： 指導教師： 接受任務時間：2011-3-1 教研室

2、主任 （簽名）　　系主任 （簽名） 1．畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1）、設計內(nèi)容： 機械手結(jié)構(gòu)設計，裝配圖1～2張（A0），零件圖8張，設計說明書1份（40頁以上）。 2）、設計要求： （1）、規(guī)格參數(shù)： 抓重:60公斤；自由度數(shù):4個；座標型式:圓柱座標；最大工作半徑:1700毫米；手臂最大中心高:2300毫米；手臂運動參數(shù):手臂伸縮范圍，0～500毫米；手臂伸縮速度，伸出176毫米/秒，縮回233毫米/秒；手臂升降范圍，0～600毫米；手劈升降速度，上升102豪米/秒，下降152毫米/秒；手臂回轉(zhuǎn)范圍，0

3、～200(實際使用為95)；手臂回轉(zhuǎn)速度，63/秒；手腕運動參數(shù)：手腕回轉(zhuǎn)范圍，0～180；手腕回轉(zhuǎn)速度，201/秒；手指夾持范圍：Φ30～Φ120毫米；驅(qū)動方式: 液壓 （2）、全部設計圖紙用AutoCAD繪制 2．指定查閱的主要參考文獻及說明 （1）機械零件設計手冊 （2）工業(yè)機械手圖冊 （3）機械設計手冊 （4）液壓傳動 （5）其他相關(guān)參考資料 3．進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱相關(guān)參考資料，完成開題報告 2010.3.1—2010.3.15 2 機械手結(jié)構(gòu)設計 2010.3.16—2010.4.15 3 完成A

4、utoCAD零件圖、裝配圖 2010.4.16—2010.5.15 4 編寫設計說明書 2010.5.16—2010.5.25 5 畢業(yè)設計（論文）的修改、答辯的準備 2010.5.26—2010.6.1 摘 要 機械手的出現(xiàn)是隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)人工的操作越來越不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，因而設計出了機械手去替代人工做一些危險的工作。這篇論文詳細介紹了立式精鍛機自動上料機械手的組成、結(jié)構(gòu)特點和工作過程。機械手主要是執(zhí)行部份、驅(qū)動部分和控制部分組成。執(zhí)行部分包括機械手的手部、機械手的手臂、機械手的升降和回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本文對以上各機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設

5、計、計算以及校核方法作了具體的描述和分析，實現(xiàn)了機械手四個自由度、行程以及強度各方面的要求。對于驅(qū)動部分，選擇了液壓驅(qū)動的驅(qū)動方式，對液壓系統(tǒng)進行設計和對液壓系統(tǒng)的傳動方式進行設計，最后選擇合適的液壓元件并確定液壓系統(tǒng)，通過上述部分設計，設計出了立式精鍛機自動上料機械手，達到本次設計的要求。 關(guān)鍵詞：立式精鍛機；自動上料機械手；結(jié)構(gòu)設計；液壓驅(qū)動 Abstract

6、 The appearance of manipulator is developed the industry technology. When people find that the manufacture by manual labor can not satisfy the demands of the industry produce, so the manipulator was designed to do something dangerous in stead of human. This paper introduces the main function, the s

7、tructure feature and the composition of automatic feeding manipulator of vertical forging machine in detail. The composition of the mechanical industry machinery includes three parts: the mechanical part, the drive part and the the control part. The mechanical part mainly includes the hand of the ma

8、nipulator, the arm of the manipulator and the fluctuation and rotation structure of the manipulator. The paper has made the concreted description and analysis on the general design process and the calculated method of the manipulator. Achieves the four-freedoms,route and some other aspects of the ma

9、nipulator. Regarding the drive part, the author selects the hydraulic drive style,and then carries on the design calculation to the hydraulic system and carries on the design to the hydraulic transmission way, finally choose appropriate hydraulic pressure part, and then define hydraulic system. Thro

10、ugh the above parts of designs, the author designs a hydraulic automatic feeding manipulator of vertical forging machine to achieve the design goal. Key words：Vertical forging machine； Automatic feeding manipulator；Structure design；Hydraulic drive. 目 錄 摘 要 I Abstr

11、act II 第一章 緒論 1 1.1機械手的基本概念 1 1.2機械手的分類及簡史 1 1.2.1機械手的分類 1 1.2.2機械手的簡史 3 1.3 機械手的應用簡況 4 1.4 機械手的發(fā)展趨勢 4 1.5機械手的組成 5 1.5.1執(zhí)行機構(gòu) 5 1.5.2驅(qū)動機構(gòu) 6 1.5.3控制系統(tǒng) 6 1.6應用機械手的意義 6 第二章 機械手總體方案設計 8 2.1機械手的設計參數(shù) 8 2.2 機械手的座標型式與自由度選擇 8 2.3 機械手的總體結(jié)構(gòu) 9 2.4 機械手的動作順序 10 2.5 機械手的工作過程 10 第三章 機械手結(jié)構(gòu)設計 12

12、 3.1機械手手部設計 12 3.1.1手部設計要求 12 3.1.2手部結(jié)構(gòu)設計 12 3.1.3 手部設計計算 13 3.2手腕和夾緊機構(gòu)設計 14 3.2.1手腕設計要求 14 3.2.2 手腕和夾緊油缸結(jié)構(gòu)設計 15 3.2.3 手腕和夾緊油缸的設計計算 15 3.3 手臂伸縮機構(gòu)設計 19 3.3.1 手臂伸縮結(jié)構(gòu)設計 19 3.3.2 手臂伸縮油缸設計計算 20 3.4 手臂回轉(zhuǎn)油缸設計 23 3.4.1 手臂回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu) 23 3.4.2 手臂回轉(zhuǎn)油缸的設計計算 23 3.5 中間座部件結(jié)構(gòu)設計 24 3.6 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 25 3.7 手臂升

13、降機構(gòu) 26 3.7.1 手臂升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計 26 3.7.2 手臂升降機構(gòu)的設計計算 27 第四章 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)設計 30 4.1 各種驅(qū)動類型的特點 30 4.2 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 30 4.3 液壓系統(tǒng)簡介 30 4.3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理 30 4.3.2 液壓傳動的工作特性 30 4.3.3 液壓系統(tǒng)的組成 31 4.3.4 液壓系統(tǒng)的優(yōu)、缺點 31 4.3.5 液壓傳動的主要缺點 31 4.4自動上料機械手液壓系統(tǒng) 32 4.5液壓元件的密封 35 4.5.1 密封件的作用及其意義 36 4.5.2 密封件和密封裝置的

14、設計選用 36 第五章 機械手的緩沖和定位 38 5.1機械手緩沖和定位的主要方法 38 5.2 立式精鍛機自動上料機械手的緩沖和定位 38 總 結(jié) 40 參考文獻 41 致 謝 42 43 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 第一章 緒論 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的

15、影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領域有著廣闊的發(fā)展前景。 機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新

16、興的技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。 機械手技術(shù)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)等科學領域，是一門跨學科綜合技術(shù)。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 1.1機械手的基本概念 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機械手是

17、一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置。我國國家標準(GB/T 12643-90)對機械手的定義:“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。 1.2機械手的分類及簡史 工業(yè)機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 1.2.1機械手的分類 （一）按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種： 1、專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用

18、可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加工中心”。 2、通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。 (二)按驅(qū)

19、動方式分 1、液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。 2、氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30

20、公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 3、機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。 4、電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。 (三)按

21、控制方式分 1、點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。 1.2.2機械手的簡史 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是

22、示教形的。 1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)

23、合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。 目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機械手正在加緊研制。它設有微

24、型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。 第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 1.3 機械手的應用簡況 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。 有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機械加工。隨著機械手技術(shù)的發(fā)

25、展，應用的對象還會有所改變。 機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 國內(nèi)機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度。 國外鐵路工業(yè)中應用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 采用機械手進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。 1.4 機械手的發(fā)展趨勢 目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點

26、發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，有便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。 此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。

27、在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。 觸覺功能即是在機械手

28、上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。 更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.5機械手的組成 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。 1.5.1執(zhí)行機構(gòu) （1）手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開閉手指。 本課所指的機械手僅需開閉手指

29、。 機械手手部的機構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作需要。 本課所做的機械手采用二指形狀。 （2）手臂 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課所做的機械手的手臂采用無關(guān)節(jié)臂 手臂的作用是引導手指準確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。 本課題所做的機械手在手臂的升降、伸縮、回轉(zhuǎn)三個方向的定位均采用行程開關(guān)控制，以保證定位的精度。 總括機械手的運動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此，它

30、采用的執(zhí)行機構(gòu)主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。 1.5.2驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅(qū)動用的較少。 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采

31、用4-6個大氣壓，個別的達到8-10個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 為了減少停機時產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機構(gòu)或緩沖機構(gòu)。 電氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構(gòu)；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。 電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢

32、。 機械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。 1.5.3控制系統(tǒng) 機械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。 1.6應用機械手的意義 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。 在機械工業(yè)中，應用機械手的意義

33、可以概括如下： 1.以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2.以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3.可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機械手代替人進行工作

34、，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 第二章 機械手總體方案設計 2.1機械手的設計參數(shù) 抓重：60kg； 自由度數(shù)：4個； 坐標形式：圓柱坐標； 最大工作半徑：1700毫米； 手臂最大中心高：2300毫米； 手臂運動參數(shù)； 手臂伸縮范圍：0~500毫米 手臂伸縮速度：伸

35、出176毫米每秒； 縮回233毫米每秒； 手臂升降范圍：0~600毫米； 手臂升降速度：上升102毫米每秒； 下降152毫米每秒； 手臂回轉(zhuǎn)范圍：00 ~2000 (實際使用為950)； 手臂回轉(zhuǎn)速度：630每秒； 手腕運動參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍:00~1800； 手腕回轉(zhuǎn)速度：2010每秒； 手指夾持范圍： Φ30-Φ120毫米； 緩沖方式及定位方式： 手臂伸縮：伸出時由行程開關(guān)適時切斷油路，手臂緩沖，縮回時由行程開關(guān)控制返回終了位置。 手臂升降：上升時是靠可調(diào)碰鐵觸動行程開關(guān)而發(fā)信，使電液換向閥變?yōu)椤皁”型滑閥機能，切斷油路而實現(xiàn)緩沖定位，下降時靠油缸端部節(jié)流緩沖，

36、由行程開關(guān)控制終了位置。 手臂回轉(zhuǎn)：采用行程節(jié)流閥（雙向使用）減速緩沖，用定位油缸驅(qū)動定位銷而定位。 手腕回轉(zhuǎn)：采用行程開關(guān)發(fā)信，切斷油路滑行緩沖，死擋塊定位。 驅(qū)動方式：液壓 控制方式：點位程序控制 2.2 機械手的座標型式與自由度選擇 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關(guān)節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、伸縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標型式。相應的機械手具有三個自由度，為了滿足送料需要，增加手腕回轉(zhuǎn)運動。所以本機械手有手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個自由度。 2.3 機械手的總體結(jié)構(gòu) 本機械手系統(tǒng)由執(zhí)行系統(tǒng)

37、、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行系統(tǒng)包括手部、手臂、手腕。驅(qū)動系統(tǒng)包括動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成?？刂葡到y(tǒng)由程序控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。機械手的結(jié)構(gòu)見圖如圖2-1： 圖 2-1 機械手結(jié)構(gòu)見圖 1、機座 2、手臂升降機構(gòu) 3、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu) 4、手臂伸縮機構(gòu) 5、手腕回轉(zhuǎn)機構(gòu) 6、手部 運動簡圖如圖2-2所示： 圖2-2 機械手運動簡圖 該結(jié)構(gòu)采用圓柱式坐標，其運動系包含了兩個直線運動和兩個回轉(zhuǎn)運動，這種坐標形式的機械手占地面積小而且活動范圍大，結(jié)構(gòu)比較簡單，并且能夠達到較高的定位精度。 2.4 機械手的動

38、作順序 待料（即起始位置。手指閉合，待夾料立放）→插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾料→手臂上伸→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn)180→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)95→插定位銷→手臂前伸→手臂中?！ù藭r，立式精鍛機卡頭下降→卡頭夾料→大泵卸荷）→手指松開（此時，立式精鍛機卡頭夾著料上升）→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕反轉(zhuǎn)（手腕復位）→拔定位銷→手臂反轉(zhuǎn)（上料機械手復位）→待料卸荷（一個循環(huán)結(jié)束） 2.5 機械手的工作過程 立式精鍛機和自動上料機械手等的配置如圖2-3所示。被加熱的坯料由運輸車2送到上料位置后，自動上料機械手3將熱坯料搬運到立式精鍛機1上鍛打，其成品鍛件由下料機械手4送立式精鍛機上取

39、下并送到轉(zhuǎn)換機械手5上，轉(zhuǎn)換機械手先把鍛件翻轉(zhuǎn)90成水平位置，由丙烷切割裝置6將兩端切齊，切割完畢，轉(zhuǎn)換機械手5的手臂再水平回轉(zhuǎn)87，將鍛件水平放置到下料運輸裝置7上，運送到車間外面的料倉處進行冷卻。自動上料機械手3在此精鍛生產(chǎn)線上可以完成取料、喂料和變換工位等動作。 圖 2-3 機械手的工作流程圖 第三章 機械手結(jié)構(gòu)設計 3.1機械手手部設計 3.1.1手部設計要求 1、有適當?shù)膴A緊力 手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調(diào)節(jié)

40、，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。 2、有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來 說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好。 3、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。因此，在設計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。 4、手指應有一定的強度和剛度 5、其它要求

41、因此送料，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用雙作用檔案活塞油缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。 3.1.2手部結(jié)構(gòu)設計 本次設計采用的是滑槽杠桿夾持式手部，其手部是由手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置組成。對抓取各種形狀的工件具有較大的適應性?？梢宰ト≥S、盤、套類零件。采用兩個手指。驅(qū)動裝置為傳動機構(gòu)提供動力，驅(qū)動源采用液壓的，通過滑槽實現(xiàn)手指的張開與閉合。 手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 手部結(jié)構(gòu) 手部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它主要由手架1，軸環(huán)2，拉緊軸3，左指座4，手指5，右指座6等組

42、成。它屬于滑槽杠桿夾持式手部。手指的開閉是靠軸環(huán)2帶動拉緊軸3做往復運動而實現(xiàn)的。軸環(huán)與夾緊油缸活塞拉桿鉸鏈連接，由活塞拉桿輸入驅(qū)動力，通過手部去夾持鍛坯。圖中“張開”表示手指處于最大張開位置，此時夾緊油缸活塞拉桿處于最前端位置。在手指座端部裝有手指，它能繞手指軸轉(zhuǎn)動，以便鍛坯直徑變小后，手指夾持鍛坯時使其中心位置的變化盡量最小。 3.1.3 手部設計計算 1、確定“V”型鉗爪的L、β。 取L/Rop=2.5 式中： Rop=

43、（3-1） =37.5mm 由公式（3.1）（3.2）得：L=2.5Rop=93.75mm 取“V”型鉗口的夾角2=120，則偏轉(zhuǎn)角β按《工業(yè)機械手設計》表2-3來確定，查表得： β= 2、握力的計算依據(jù) 手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），一般來說，手指握力需克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化時所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），使得工件保持良好的夾緊狀態(tài)。握力的大小與被夾持工件的重量、重心位置、以及夾持工件的范圍有關(guān)，我們把握力假想為作用在手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設兩力大小相等，方向相反，用FN表示,可按

44、下式計算： （3-2） 其中、K1：安全系數(shù)，通常取1.2-2.0 K2：工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似按下式估算 （3-3） 其中、：重力方向運動最大加速度 ：重力方向的最大速度 ：系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般取0.03s-0.5s

45、g：重力加速度 g=9.8m/s K3：方位系數(shù) 根據(jù)手指形狀及工件方位按工業(yè)機械手設計表2-2選取 K3=4 G：被抓取工件重力 3、握力的計算 3.2手腕和夾緊機構(gòu)設計 3.2.1手腕設計要求 1、力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕 腕部處于臂部的最前端，連接手部的靜動載荷均有臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量、靜動載荷直接影響臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，設計腕部時必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2、綜合考慮、合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求以及具有足夠的強度和剛度以外，還應綜合考慮，合理布局。如何讓解決好腕部與手部、

46、臂部的連接，腕部自由度的位置檢測，管線布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題。 3、考慮工作條件 對于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機械手，在設計應考慮其工作環(huán)境對腕部的不良影響。 3.2.2 手腕和夾緊油缸結(jié)構(gòu)設計 考慮到機械手的工作過程中手部要有回轉(zhuǎn)運動，因此手腕必須設有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸。 夾緊油缸為手指的張開、閉合提供動力。 其結(jié)構(gòu)如下圖3-2 圖3-2 手腕和夾緊油缸 手腕夾緊油缸由支承座1、夾緊油缸2、手腕回轉(zhuǎn)油缸3、轉(zhuǎn)套4、活塞拉桿5、隔離套6和轉(zhuǎn)軸7組成。夾緊油缸裝在支承座上，支承座與手臂伸縮機構(gòu)的

47、中間架體用螺釘連接，當壓力油分別進入夾緊油缸的有桿腔和無桿腔時，就推動活塞拉桿作往復運動輸出動力，作為夾持式手部的動力源。 手腕回轉(zhuǎn)油缸3的兩油孔分別進壓力油時，推動回轉(zhuǎn)油缸動片連同轉(zhuǎn)套4一起回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)套的端部通過牙嵌式聯(lián)軸器把回轉(zhuǎn)運動傳遞到軸7，轉(zhuǎn)軸端部的法蘭盤與手部用螺釘連接，故回轉(zhuǎn)油缸3的動片和轉(zhuǎn)套4的回轉(zhuǎn)運動傳遞到軸7，實現(xiàn)手腕的回轉(zhuǎn)。 手腕回轉(zhuǎn)油缸擺角可達230度，實際使用為180度，其位置檢測由行程開關(guān)實現(xiàn)，并由擋塊定位。為了使手部夾持熱工件的手指遠離油缸，采用隔離套6，減少了熱鍛件的熱量對油液的影響，以保證油缸的正常工作和密封。 3.2.3 手腕和夾緊油缸的設計計算 1、夾

48、緊油缸的設計計算 夾緊油缸作為作為機械手手指的動力源，為手指的張開、閉合提供動力。因此要具有一定的推動能力，這里選用的是雙作用單桿活塞油缸，當壓力油分別進入油缸的有桿腔和無桿腔時，推動活塞往復運動，從而帶動機械手手指的開閉。當油液進入油缸有桿腔時，活塞桿帶動手指張開，當油液從無桿腔進油時，活塞桿帶動手指閉合。 (1)理論驅(qū)動力計算的計算 計算 （3-4） (2)實際驅(qū)動力實際的計算 取傳遞效率=0.85 實際=計算/

49、 （3-5） ==7805.1 (3)油缸內(nèi)徑D的計算 根據(jù)上面的計算可知，手指的開閉實際所需驅(qū)動力實際=7805.1，此驅(qū)動力由油液推動活塞帶動活塞桿提供，所以有： πDp （3-6） 根據(jù)《工業(yè)機械手設計》表4-2選取油液壓力p=2.2MPa D= 4實際/πp （3-7） 得油缸內(nèi)徑D 根據(jù)《工業(yè)機械手設計》 表4-3選擇油缸內(nèi)徑D=70mm。 （4）液壓缸外徑計算 對于低壓缸，,應按薄

50、壁公式計算： （3-8） 液壓缸采用無縫鋼管，查表可得=100Mpa 查閱《機械設計手冊液壓傳動》，選取液壓缸外徑。 對缸壁厚度校核： （3-9） =8.6Mpa< 滿足材料的強度要求，所以液壓缸滿足工作要求。 （5）夾緊油缸活塞桿計算 按往復運動的速度比確定活塞桿直徑 速度比 （3-10） 活塞桿直徑d =34.5mm

51、 （3-11） 查表《工業(yè)機械手設計》表4-2，選取d=35mm。 活塞桿的強度校核: 活塞桿的材料為45鋼，桿長L約大于桿直徑的15倍，所以： 桿長L>15d==525mm 活塞桿材料為碳鋼，，，，碳鋼的，活塞桿的受力： =8.1Mpa< （3-12） 所以活塞桿的強度滿足要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 特定柔度值 （3-13） 柔度 （3-1

52、4） 因為，故不能用歐拉公式計算臨界壓力，由《材料力學》表10.1可知，優(yōu)質(zhì)碳鋼的a=461Mpa，b=2.568Mpa，所以有： （3-15） 由此可見活塞桿滿足，是中等柔度壓桿，其臨界應力： （3-16） 由此可見，臨界壓力遠大于工作時壓力，故穩(wěn)定性滿足要求。 （6）油液流量計算 油液進入無桿腔時的流量Q1： Q1= πDv =3.1417.6=677 （3-17） 油液進入有桿腔時的流量Q2：

53、Q2=πv=3.14()23.3=672 （3-18） 2、手腕回轉(zhuǎn)油缸設計計算 在手腕的回轉(zhuǎn)過程中，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩、轉(zhuǎn)動軸與支撐孔的摩擦力矩、密封裝置的摩擦力矩和轉(zhuǎn)動重心和轉(zhuǎn)動軸線不重合的偏重力矩，所以有： （3-19） （1） 手腕加速起動時所產(chǎn)生的慣性力矩 把手部、轉(zhuǎn)軸以及回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)部分等效為一個高22cm，直徑15cm的圓柱體，其所受重力為300N。則有手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量J：

54、 （3-20） 假設工件直徑10cm，長度100cm，質(zhì)量60kg。工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量： （3-21） 手腕回轉(zhuǎn)角速度，取啟動時間t=0.25s。手腕加速起動所產(chǎn)生的慣性力矩： =71.76 （3-22） （2）手腕轉(zhuǎn)動時工件偏重力矩 假設工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心重合，所以有=0 （3）腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩 為簡化計算，可取=0.1 （4）密封處的摩擦阻力矩 為簡化計算，可取=0.15 根據(jù)以上的

55、計算可知： 得=95.68 (5) 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑計算 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩 （3-23） 其中取動片寬度b取30mm，輸出軸半徑r=20mm，油液壓力p=2.4Mpa。 因為有>,即 95.68 （3-24） 得R=55mm,即是油缸內(nèi)徑D=110mm。 （6）回轉(zhuǎn)油缸外徑計算 對于手腕回轉(zhuǎn)油缸，，根據(jù)油缸的工作要求，查閱《機械設計手冊液壓傳動》，選取外徑=232mm。 3.3

56、手臂伸縮機構(gòu)設計 3.3.1 手臂伸縮結(jié)構(gòu)設計 手臂伸縮機構(gòu)主要實現(xiàn)手臂的伸縮運動，這里采用的是雙作用單桿活塞油缸的形式，具體結(jié)構(gòu)情況如圖3-3所示： 圖3-3 手臂伸縮機構(gòu) 該機構(gòu)主要由活塞桿1、油缸體2、滑枕3、中間架體4、和油路5等組成。中間架體4的底部止口與中間座部件連接，滑枕3的右端與夾緊缸部分連接，油缸體2固定在滑枕3上，活塞桿1固定在中間架體4上，當壓力油分別進入油缸的左右兩腔時，油缸體2帶動滑枕3在燕尾形導軌內(nèi)實現(xiàn)手臂的往復運動，其行程大小由擋塊和組合行程開關(guān)來確定，伸出端裝有可調(diào)式定位螺釘，確保定位精度。手臂伸縮的導向裝置采用燕尾形滑枕，導向性能好，手臂剛

57、度大，工作時運動平穩(wěn)。油缸的輸油管采用伸縮油管形式，可以保護油管，但工藝性較差。 3.3.2 手臂伸縮油缸設計計算 手臂伸縮油缸采用的是雙作用單桿活塞油缸，以下就油缸和活塞桿的尺寸計算如下： 1、 伸縮液壓缸的驅(qū)動力 根據(jù)液壓缸工作時需要克服運動件表面的阻力、密封處的摩擦阻力、回油腔油液的阻力和起動或制動時的慣性力，所以驅(qū)動力有： （3-25） （1）運動表面的摩擦阻力 對于燕尾形導軌做導向至承，取摩擦系數(shù)=0.2 當量摩擦系數(shù)= =1.4=1.40.2=0.28

58、 （3-26） 假設參與運動的所有零部件總的質(zhì)量為60kg，工件重60kg N （3-27） （2）密封處的摩擦阻力 采用“O”形密封圈，簡化計算時，可視作 =0.03F （3）回油腔的油液壓力 回油腔與油箱相連，可視為與大氣相連，故=0 （4）起動或制動時的慣性力 參與運動的零部件總重60kg，工件重60kg，伸縮速度0.233，啟動時間取0.25s N

59、 （3-28） 由以上計算可得： =329.28+0.03F+0+111.84 由此可得驅(qū)動力F=454.76N 2、 伸縮液壓缸的內(nèi)徑計算 手臂伸縮運動的驅(qū)動力由雙作用單桿活塞油缸提供，活塞桿直徑d，油缸 內(nèi)經(jīng)D,取d=0.5D,油液壓力取則油缸內(nèi)徑計算如下： （3-29） 計算得D=77，經(jīng)查表《工業(yè)機械手設計》表4-3，選取液壓缸內(nèi)徑D=80mm 3、 油缸外徑的選擇 對于低壓缸，,應按薄壁公式計算：

60、 （3-30） 液壓缸采用無縫鋼管，查表可得=100Mpa 查閱《機械設計手冊液壓傳動》，選取液壓缸外徑 對油缸的壁厚校核： =0.56Mpa （3-31） 由此可見工作壓力遠小于油缸的，故滿足工作要求。 4、 活塞桿尺寸的計算 活塞桿直徑d=0.5D=40mm 活塞桿的強度校核: 活塞桿的材料為45鋼，桿長L約大于桿直徑的15倍，所以： 桿長L>15d==600mm 活塞桿材料為碳鋼，，，，碳鋼的，活塞桿的受力： < （3-32）

61、 所以活塞桿的強度滿足要求。 活塞桿穩(wěn)定性校核： 特定柔度值 （3-33） 柔度 （3-34） 因為，故不能用歐拉公式計算臨界壓力，由《材料力學》表10.1可知，優(yōu)質(zhì)碳鋼的a=461Mpa，b=2.568Mpa，所以有： （3-35） 由此可見活塞桿滿足，是短壓桿，不需要校核。 5、油缸兩腔的流量計算 有桿腔流量 （3-3

62、6） 無桿腔流量 （3-37） 3.4 手臂回轉(zhuǎn)油缸設計 3.4.1 手臂回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu) 根據(jù)要求手臂要有回轉(zhuǎn)運動，這里采用的是回轉(zhuǎn)油缸，安裝在手臂伸縮機構(gòu)的中間架體上，來為手臂回轉(zhuǎn)提供動力。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示： 圖 3-4 手臂回轉(zhuǎn)油缸 如圖3-4，手臂回轉(zhuǎn)油缸由上端蓋1、轉(zhuǎn)軸2、轉(zhuǎn)缸殼體3、下端蓋4、動片5和定片6等組成，上下端蓋與缸體螺釘連接，并由上端蓋用螺釘固定在手臂伸縮機構(gòu)上，轉(zhuǎn)軸2支承在上下端蓋上，與動片5固定連接，其伸出端通過花鍵軸部分與中間座的齒輪連接，向手臂傳遞運動。定片6固定在缸體上，定、動片把油缸分成兩部分，壓力油從a

63、、b兩孔進入時，推動動片轉(zhuǎn)動，并把轉(zhuǎn)動傳遞給轉(zhuǎn)軸輸出回轉(zhuǎn)運動。 3.4.2 手臂回轉(zhuǎn)油缸的設計計算 1、所需驅(qū)動力矩的計算 根據(jù)手臂回轉(zhuǎn)的受力情況，當手臂回轉(zhuǎn)時，驅(qū)動力矩要克服手臂起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，密封處的摩擦阻力矩以及回油腔的阻力矩，所以有: （3-38） (1) 手臂起動時產(chǎn)生的慣性力矩 手臂回轉(zhuǎn)部件（含工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 把回轉(zhuǎn)部件近似看作一直徑22cm，高50cm的圓柱體，其軸線與回轉(zhuǎn)中心線相距40cm，重160kg，則有轉(zhuǎn)動慣量 =29.476

64、 （3-39） 角速度=，取響應時間 =129.7N.m （3-40） （2）密封處的摩擦力矩 為簡化計算，可取=0.1 （3）回油腔的阻力矩 由于回油腔與油箱連接，可看作與大氣連接，所以=0 綜上：所需要的驅(qū)動力矩 =129.7+0.1+0 所以=144.1N.m 2、油缸驅(qū)動力矩計算 > （3-41） 取回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑D=130mm，軸與動片連接處的直徑d=65mm，動片寬度b=110mm， 由此可得：

65、 3、 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑計算 根據(jù) = （3-42） 取d=0.5D, ，b=110mm，帶入上式: =130mm （3-43） 所以D=130mm，d=0.5D=65mm 3.5 中間座部件結(jié)構(gòu)設計 中間座部件作用是連接手臂升降機構(gòu)和手臂伸縮機構(gòu)的中間架體的中間部件，其結(jié)構(gòu)如圖3-5： 圖 3-5 中間座部件 中間座部件結(jié)構(gòu)如圖3-5，齒圈1固定在支架4上，并與齒輪2嚙合，齒輪2與手臂回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸固定連接，而回轉(zhuǎn)油缸的殼體又固定在手臂

66、伸縮機構(gòu)的中間架體上，當回轉(zhuǎn)油缸的轉(zhuǎn)軸帶動齒輪2自轉(zhuǎn)時，因齒圈1固定，齒輪2除自轉(zhuǎn)外，還繞著齒圈1做公轉(zhuǎn)，致使手臂伸縮機構(gòu)為一整體而回轉(zhuǎn)，即手臂回轉(zhuǎn)運動。 回轉(zhuǎn)油缸的殼體上裝有行程減速閥，齒輪2斷面上裝有擋塊3，當手臂回轉(zhuǎn)時，行程減速閥與擋塊相接觸壓斷閥芯徐徐關(guān)斷油路，實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)終點位置的緩沖。在支架4上裝有連接架7，在開關(guān)座6上裝有組合式行程開關(guān)，在手臂回轉(zhuǎn)過程中靠碰塊5觸動組合式行程開關(guān)發(fā)出信號，控制手臂回轉(zhuǎn)運動的位置，為使其精確定位，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，使安裝在手臂中間架體上的定位油缸動作，實現(xiàn)插銷定位。 3.6 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 如圖3-6所示，手臂回轉(zhuǎn)定位油缸是單作用缸，依靠彈簧復位，用螺釘和圓柱銷固定在手臂伸縮機構(gòu)的中間架體上，使手臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)得到精確定位。其結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活可靠。 圖3-6 手臂回轉(zhuǎn)定位油缸 3.7 手臂升降機構(gòu) 3.7.1 手臂升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)設計要求需要機械手手臂能夠?qū)崿F(xiàn)升降運動，升降機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3-7所示： 圖 3-7 手臂升降機構(gòu) 如圖，該機構(gòu)