澆鑄機械手結(jié)構設計
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沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)論文文獻綜述
澆注機械手結(jié)構設計文獻綜述
姓名：趙利民 班級：機制1103 指導教師:趙艷春
摘要
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提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的要標志。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。生產(chǎn)水平及科學技術的不斷進步與發(fā)展帶動了整個機械工業(yè)的快速發(fā)展。 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。然而在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機械手的應用很好的解決了這一情況，它不存在重復的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。
機器人是一種智能機器人的簡化版本,僅僅通過模仿人類行為來幫助完成大量人類日常生產(chǎn)和生活,操作簡單,重復率高的工作。
在早期的工業(yè)機器人是一種教學和再現(xiàn)機器人。它由驅(qū)動器,教箱,框架控制器和機械臂爪等組成。運營商通過教學板輸入機械手的工作內(nèi)容。機器人收到啟動命令后,將從內(nèi)存讀取相關的程序指令,完成相對的工作內(nèi)容。
中期的工業(yè)機器人已經(jīng)配備外部傳感器設備(如觸覺傳感器、力傳感器、視覺傳感器和語音識別設備等等),可以得到關于工作條件和操作對象的基本信息。機器人根據(jù)信息反饋控制機械臂的運動。
現(xiàn)如今，工業(yè)機器人已經(jīng)發(fā)展成為一個擁有高度適應性和各種認知功能的智能機器人。這種機器人控制系統(tǒng)可以自行判斷決定反饋信息,使機器人在未知環(huán)境中提前獨立操作,從事各種復雜的操作。工業(yè)機器人和其他專業(yè)自動化生產(chǎn)設備的主要區(qū)別是,它的工作內(nèi)容可以通過改變計算機程序完成。當生產(chǎn)任務改變,工業(yè)機器人編程和輔助器具配置,付出相對較低的成本就可以快速適應新工作。
機器人機械手主要由本體和控制系統(tǒng)兩部分組成。本體部分包括機械臂,驅(qū)動器和爪子。爪用于抓取工件(或工具)的部件,根據(jù)抓住對象的形狀,尺寸,重量,材料和需求和結(jié)構有很多類型,比如夾類型,類型和吸附型,等等運動旋轉(zhuǎn)手完成各種各樣的機械手臂(擺動),移動或復合運動來實現(xiàn),改變抓取工件的位置和姿態(tài)。機械臂的升降、縮放、旋轉(zhuǎn)、等獨立運動方式,稱為機械手的自由度。為了抓住任何在空間對象的位置和方向,需要一定程度的自由。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多,機械手的靈活性越大,通用性更廣泛,它的結(jié)構比較復雜。
機械手通常用作機床或其他機器的附件,如自動機床和自動生產(chǎn)線裝卸或轉(zhuǎn)讓工件等,一般沒有獨立的控制裝置。一些操作需要由人直接操縱裝置,例如原子能部門。
正文
機械手主要由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。
其組成及相互關系如下圖:
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。
機械手手部的機構系模仿人的手指， 分為無關節(jié)，固定關節(jié)和自由關節(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。可以根據(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。
手臂有無關節(jié)和有關節(jié)手臂之分.本課所做的機械手的手臂采用無關節(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。
總括機械手的運動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此，它采用的執(zhí)行機構主要是直線油缸、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。軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機構的支架。
驅(qū)動機構主要有四種: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。
電氣驅(qū)動采用的不多。現(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;直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構;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。機械驅(qū)動只用于固定的場合。 一般用凸輪連桿機構實現(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。
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?？刂葡到y(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。隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。
機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。
避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，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地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。同時，在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
應用機械手代替人手進行工作，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)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設有機械手,以減少人力和更準確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。
目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(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。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。
國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。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。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。
目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨 勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S， 量新產(chǎn)品達到6軸，負載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機械手、 柔性造系統(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)。同時， 隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。
目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機械手共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。 主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面:
① 工業(yè)機械手的優(yōu)化設計技術:探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載/自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。
② 機械手控制技術:重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機械手控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及基于PC 機網(wǎng)絡式控制器己成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。
③ 多傳感器系統(tǒng):為進一步提高機械手的智能和適應性，多種傳器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器信息融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器信息融合算法。另一個問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。
④ 機械手的結(jié)構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 ⑤ 機械手遙控及監(jiān)控技術，半自主和自主技術，多個機械手和操作者之間的協(xié)調(diào)控制, 通過網(wǎng)絡建立大范圍內(nèi)的機械手遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。
⑥ 虛擬機械手技術，基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機械手的虛擬遙操作和人機交互。
⑦ 多智能體調(diào)節(jié)控制技術:這是目前機械手研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結(jié)構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法,建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。
⑧ 軟機械手技術: 主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機械手設計未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構材料多為金屬或硬性材料，軟機械手技術要求其結(jié)構、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機械手意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全， 機器人對人是友好的。
⑨ 仿人和仿生技術:這是機械手技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究
總結(jié)
就本次設計而言，我在所掌握的資料的基礎上，增加了對液壓缸設計過程以及機械手手部和手腕結(jié)構的分析和液壓控制系統(tǒng)的原理，這使我加深了對液壓系統(tǒng)和有關機械手知識的認識和理解，鞏固了以前書本上的理論知識。最重要的是，在這次設計中，我學會了液壓設計的步驟以及分析和解決問題的方法。開闊了視野，增加了自己的知識面，同時也鍛煉了自己獨立思考和實際動手的能力。
但是，在這次設計中也存在著一些不可避免的欠缺和不足。主要是因為缺少設計經(jīng)驗，對許多的細節(jié)問題考慮不周，希望老師給予批評和指導，我會在以后的學習和設計工作中不斷的完善和糾正自己，努力的提升自己的專業(yè)素質(zhì)。
參考文獻
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沈陽化工大學科亞學院
本科畢業(yè)論文
題 目： 澆鑄機械手結(jié)構設計
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
班 級： 1103
學生姓名： 趙利民
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
畢業(yè)設計（論文）任務書
機械設計制造及其自動化專業(yè)
1101班
學生：趙利民
畢業(yè)設計（論文）題目：
澆鑄機械手結(jié)構設計
畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容：
1.設計說明書一份
2.CAD圖紙一套（包括總裝圖、零件圖 ）
3.文獻綜述（不少于3000字）
畢業(yè)設計（論文）專題部分：
澆鑄機械手結(jié)構
起止時間： 2015年3月6日至 2015年6月5日
指導教師： 簽字 2015年 3 月 6 日
摘要
機械工業(yè)是為國民經(jīng)濟提供裝備和人民生活耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平已成為衡量一個國家發(fā)展水平的重要標志。因此，世界各個國家都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點。
隨著工業(yè)革命的不斷變革，在各個工業(yè)領域中機械手的地位變得越來越重。本篇文章主要記述了機械手的設計計算過程 。
首先，本文介紹了機械手的發(fā)展和機械手的用途，組成，分類等，說明自由度和機械手整體座標的樣式。同時，文章給出了這臺機械手主要的性能規(guī)格參量。
文章中介紹了機械手的設計原理與設計方法。全面詳盡的討論了機械手各主要組成部分的結(jié)構設計。
關鍵詞: 機械手; 液壓傳動; 液壓缸；
Abstract
Machinery industry is to provide equipment for the national economy and people's life and durable consumer goods industry. With the development of world economy, scale and technical level of machinery industry has become a measure of an important symbol of a nation's development. Therefore, the world all countries to develop machinery industry as a strategic priority to develop national economy.
With the constant change of the industrial revolution, in various industrial fields in the position of the manipulator is becoming more and more heavy. This article mainly describes the design and calculation process of the manipulator.
First, this paper introduces the development and use of the manipulator of the manipulator, composition, classification and so on, the degrees of freedom and the style of the manipulator overall coordinates. At the same time, the article gives the main performance specifications of the manipulator parameters.
The article introduces the design of the manipulator principle and design method. Comprehensive and detailed discussed the structure design of the main component of manipulator.
Keywords: manipulator; hydraulic power transmission; hydrauliccylin- de.
目錄
第一章引言 1
第二章手部結(jié)構設計 4
2.1 手爪的結(jié)構選定 4
2.2 液壓缸的選定 5
2.2.1 單活塞液壓缸缸筒內(nèi)徑的計算 5
2.2.2 缸筒壁厚的計算 5
2.2.3 缸筒壁厚的驗算 6
2.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核 8
2.2.5 活塞的最大行程 9
2.2.6 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 9
2.2.7 液壓缸其它元件的確定 10
第三章上升缸設計 12
3.1 上升缸活塞桿受力分析 12
3.1.1 缸筒壁厚驗算 13
3.1.2 缸筒端部法蘭厚度計算 14
3.1.3 液壓缸其它元件的確定 14
3.1.4 液壓缸行程確定 15
第四章底座的設計 16
4.1 底座材料及尺寸的選定 16
4.2 地板螺栓的確定 16
4.2.1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 16
4.2.2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 17
第五章計算和選擇液壓元件 19
5.1 閥的種類和功用 19
5.1.1 壓力控制閥 19
5.1.2 流量（速度）控制閥（流量閥） 19
5.1.3 方向控制閥 19
5.2 擬定液壓系統(tǒng) 20
5.2.1 換向回路 20
5.2.2 調(diào)速方案 20
5.2.3 系統(tǒng)的安全性 20
5.2.4 合成并完善液壓系統(tǒng) 20
5.3 油泵的選擇 20
5.3.1 確定油泵的工作壓力 20
5.3.2 計算液壓泵的流量 21
5.3.3 確定油泵所需要的電動機功率 21
5.4 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置 22
5.4.1 油箱容積的確定 22
5.4.2 油箱的結(jié)構 23
5.5 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置 23
結(jié)論 25
參考文獻 26
致謝 27
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
工業(yè)機器人是一種智能機器人的簡化版本,僅僅通過模仿人類行為來幫助完成大量人類日常生產(chǎn)和生活,操作簡單,重復率高的工作。
在早期的工業(yè)機器人是一種教學和再現(xiàn)機器人。它由驅(qū)動器,教箱,框架控制器和機械臂爪等組成。運營商通過教學板輸入機械手的工作內(nèi)容。機器人收到啟動命令后,將從內(nèi)存讀取相關的程序指令,完成相對的工作內(nèi)容。
中期的工業(yè)機器人已經(jīng)配備外部傳感器設備(如觸覺傳感器、力傳感器、視覺傳感器和語音識別設備等等),可以得到關于工作條件和操作對象的基本信息。機器人根據(jù)信息反饋控制機械臂的運動。
現(xiàn)如今，工業(yè)機器人已經(jīng)發(fā)展成為一個擁有高度適應性和各種認知功能的智能機器人。這種機器人控制系統(tǒng)可以自行判斷決定反饋信息,使機器人在未知環(huán)境中提前獨立操作,從事各種復雜的操作。工業(yè)機器人和其他專業(yè)自動化生產(chǎn)設備的主要區(qū)別是,它的工作內(nèi)容可以通過改變計算機程序完成。當生產(chǎn)任務改變,工業(yè)機器人編程和輔助器具配置,付出相對較低的成本就可以快速適應新工作。
機器人機械手主要由本體和控制系統(tǒng)兩部分組成。本體部分包括機械臂,驅(qū)動器和爪子。爪用于抓取工件(或工具)的部件,根據(jù)抓住對象的形狀,尺寸,重量,材料和需求和結(jié)構有很多類型,比如夾類型,類型和吸附型,等等運動旋轉(zhuǎn)手完成各種各樣的機械手臂(擺動),移動或復合運動來實現(xiàn),改變抓取工件的位置和姿態(tài)。機械臂的升降、縮放、旋轉(zhuǎn)、等獨立運動方式,稱為機械手的自由度。為了抓住任何在空間對象的位置和方向,需要一定程度的自由。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多,機械手的靈活性越大,通用性更廣泛,它的結(jié)構比較復雜。
機械手通常用作機床或其他機器的附件,如自動機床和自動生產(chǎn)線裝卸或轉(zhuǎn)讓工件等,一般沒有獨立的控制裝置。一些操作需要由人直接操縱裝置,例如原子能部門。
圖1.1 澆鑄機械手結(jié)構
在機械工業(yè)部門使用液壓傳動的起點是不一樣的:1.在操作控制方面,如機床的工作過程中使用液壓傳動可使其實現(xiàn)無級速度,容易實現(xiàn)頻繁變換,容易實現(xiàn)自化；2.它在傳動功率方面,如工程機械、壓力機械和航空工業(yè)的主要原因是采用液壓傳動使它與之前相比結(jié)構相對簡單,減少體積,重量,輸出功率大等等,不同的主機也可以選擇不同的準確性控制式液壓傳動裝置?，F(xiàn)在液壓領域?qū)嶋H上已經(jīng)成為一個完整的智能單元。
一句話,液壓技術和微電子技術在一起,在微型計算機或微處理器控制,進一步擴大其應用領域,形成了使用機器人和智能組件形式類型只是它是最常見的例子?，F(xiàn)在一直在各種產(chǎn)業(yè)海外通用智能硬件的組合,他們只是用適當?shù)能浖梢栽诓煌袠I(yè)完成不同的任務。
通過上述相關的介紹可以知道,液壓行業(yè)變得越來越重要在國民經(jīng)濟的地位中，其發(fā)展一直用作如何看待一個國家的工業(yè)水平的重要標志，液壓行業(yè)在中國和其他主要工業(yè)國家扔相當落后,在標準化工作上仍需繼續(xù)保持。
28
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 手部結(jié)構設計
第二章手部結(jié)構設計
2.1 手爪的結(jié)構選定
擬定最大抓取重量為300N，根據(jù)工作位置和工作環(huán)境的需要，決定采用連桿杠桿式手部（圖2.1）。擬訂手抓基架的材料為HT200。
如圖，，，：
圖2.1 手爪結(jié)構圖
手指夾緊力的計算：
(安全系數(shù)，)；
(工作情況系數(shù)，)；
(方位系數(shù)，手爪水平放置夾水平放置工件)；
(被抓取工件的重量)；
夾緊時活塞桿的驅(qū)動力計算：
取N=500,則
(2-1)
故初步估算手爪結(jié)構的重量為。
2.2 液壓缸的選定
2.2.1 單活塞液壓缸缸筒內(nèi)徑的計算
液壓缸的負載推力，液壓缸的理論輸出力P 可按下式計算：
（2-2）
：活塞的實際作用力（）；
：負載力，一般取0.5～0.7；
：液壓缸的總效率，一般取0.9～0.95；
由機械設計手冊查的液壓缸的工作壓力，初定。
由公式：
由機械設計手冊查的可選用標準液壓缸內(nèi)徑。
2.2.2 缸筒壁厚的計算
初定：
則按下式計算：
（2-3）
-缸筒材料的許用應力；
而 （2-4）
因為缸筒的材料要求要有足夠的強度和可靠的沖擊韌性，所以選用45號缸，由機械設計手冊；而知液壓缸為沖擊載荷，故查得安全系數(shù)，；
則得。
由機械設計手冊查得已選取；，則選定：
故得
初選，則。
故 。
由機械設計手冊查得：
則知初選壁厚成立。
綜上所述選取標準液壓，則液壓缸壁厚為
。
2.2.3 缸筒壁厚的驗算
額定工作壓力應低于一定極限值，以保證安全：
(2-5)
：缸筒材料的屈服強度；
：缸筒外徑；
D：缸筒內(nèi)經(jīng)；
故可得：
則可得： 。
為了使缸筒在工作時不使其發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力值應該和塑性變形壓力有一定的比例范圍：
(2-6)
(2-7)
：缸筒發(fā)生塑性變形的壓力；
而，則取；所以：
本液壓缸最大工作壓力為1.6Mpa，故設計選擇的壁厚符合要求。
缸筒的底部厚度計算（因為缸筒底部為平面，所以它的厚度可以按照四周嵌住圓盤的強度公式進行近似計算得）：
(取)
故。
缸筒端部法蘭厚度的計算：
(2-8)
選用M6的沉頭螺釘；
初選， ；
則
為了防止油液的泄漏，兩端內(nèi)需裝入O型密封圈，所以端蓋向內(nèi)凹處厚度選為7mm；即整個端蓋厚度14mm。
2.2.4 液壓缸活塞桿的確定及校核
對于雙作用單活塞桿的液壓缸，其活塞桿直徑d，可依據(jù)往復運動速度比的要求初步按下式計算活塞桿直徑d：
(2-9)
：缸筒內(nèi)徑；
：速度比；
由機械設計手冊查得：；
由機械設計手冊查得： ；
大體估計整個液壓缸加上油液的重量約為25N。
活塞桿強度的計算：
(2-10)
（活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力）；
而
（活塞桿選用45號鋼）；
故可知，所以滿足工作時的強度要求。
2.2.5 活塞的最大行程
活塞桿一般為細長桿，當時，由歐拉公式推導得：
（2-11）
：活塞桿彎曲失衡臨界壓縮力；
：活塞桿縱向壓縮力；
：安全系數(shù)，通常；
：材料的彈性模數(shù)，材鋼 ；
：活塞桿橫截面慣性矩；
取N；則：
由機械設計手冊得取取活塞桿標準行程。
2.2.6 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?
缸蓋用受軸向載荷的螺釘組聯(lián)接，工作載荷（N）：
(Z取6) （2-12）
則 。
；；
：剩余預緊力；
螺釘強度條件：
即；
：料的許用應力；
因Mpa；為安全系數(shù)，則取3；
則選用標準六角螺栓6M。
2.2.7 液壓缸其它元件的確定
缸蓋的材料：因為缸蓋的另一用途是活塞桿的導向套，所以缸蓋選用鑄鐵，擬定HT200。
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；故初步擬定為HT300
密封圈的選擇：選用O形橡膠密封圈，選取橫截面為圓形，標準直徑，型號為。
油口接頭的確定：因為油口孔大多數(shù)是屬于薄壁孔（其指的是孔的長度與直徑之比的通孔）。通過薄壁孔的流量按下面公式計算：
(2-13)
式中：為流量系數(shù)，接頭處大孔與小孔之比大于7時，，小于7 時，；
：油孔的截面積；
：液壓油的密度；
：油孔前腔壓力 ；
：油孔后腔壓力；
：油孔前后腔壓力差；
推導可得式子：
(2-14)
：液體的流量；
：按推薦值選定，一般；
取標準值。
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 上升缸設計
第三章上升缸設計
圖3.1 上升缸結(jié)構圖
3.1 上升缸活塞桿受力分析
圖3.2 上升缸活塞桿受力圖
一個人的
因：
；
；
；
；
得出：。
選標準值,選活塞桿直徑=。
因：
（）
選取標準值：
選取標準值：
所選液壓缸的壁厚為：
3.1.1 缸筒壁厚驗算
額定壓力：
(3-2)
則知符合。
為了缸筒在工作時不發(fā)生塑性變形,液壓缸的額定壓力值應該和塑性
變形壓力有一定的比例范圍：
：缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力
則：
選取，
本液壓缸最大工作壓力為2.5Mpa.故設計選擇的壁厚可滿足要求。
缸筒底部厚度計算：
取。
3.1.2 缸筒端部法蘭厚度計算
(3-3)
選用M6 沉頭螺釘初定。
選定螺栓為M6,所以初選,。
為了防止油液的泄露兩端蓋內(nèi)需要裝入O 型密封圈，所以蓋內(nèi)凹處厚度選用為8mm，即整個端厚度為16mm。
3.1.3 液壓缸其它元件的確定
缸蓋的材料：缸蓋本身因為又是活塞桿的導向套，所以缸蓋選用的材料為鑄鐵擬定HT200。
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。
密封圈的選擇：密封件大多采用O型密封圈，參考機械手冊可知，O型密封圈的標準值，即截面直徑，故端蓋厚度符合要求。
管接頭的確定，由公式得：
(3-4)
：液體流量，L/min；
v按推薦制選定，一般。
求得，取標準值。
3.1.4 液壓缸行程確定
由公式：
（3-5）
，
選用,可選行程為250mm，所以整個液壓缸的長度為。
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 底座的設計
第四章底座的設計
4.1 底座材料及尺寸的選定
初步擬定底座上底版和臂座以及連接板均采用200HT，底板邊長為640mm，高為438mm的方鑄鐵，臂座采用邊長為600mm，高為70mm的方鑄鐵，連接板邊長為400mm，高為25mm的圓鑄鐵，立柱為80mm直徑，高為460mm的圓鑄鐵，回轉(zhuǎn)缸固定在連接板和底板中間，采用螺栓連接。 估算底座重量約為650N。
4.2 底板螺栓的確定
受扭轉(zhuǎn)力矩以及翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接，初步擬定底板用8個螺栓，螺栓中心距翻轉(zhuǎn)軸距離270mm。
公式：
（4-1）
其中：
：防滑系數(shù)，；
T ：扭轉(zhuǎn)力（N/m）；
f ：摩檫系數(shù)，；
r1,r2,r3……：螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離；
4.2.1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接
公式：
（4-2）
其中：
：螺栓所受的最大工作載荷（N）；
：對稱軸線左側(cè)各螺栓軸線到對稱軸線的距離（mm）；
：中最大值（mm）；
M：各運動工件的偏重力矩；
求得：
4.2.2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?
公式：
（4-3）
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；
D：螺釘中心所在圓的直徑(mm)；
P：油缸內(nèi)油液的工作壓力(Mpa)；
：剩余鎖緊力對于要求緊密的連接,,，取；
公式：
(4-4)
：材料的許用應力，，n：安全系數(shù)，，；
；
，；
；
取標準開槽沉頭螺釘M16100。
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 計算和選擇液壓元件
第五章計算和選擇液壓元件
5.1 閥的種類和功用
5.1.1 壓力控制閥
其作用主要是控制系統(tǒng)中油液的壓力大小，用來達到機械手運動時所需要的輸出力（或力矩）。這種類型閥主要包括溢流閥、液壓閥、安全閥和壓力繼電器等。
溢流閥其主要功用是維持液壓系統(tǒng)中的壓力趨于穩(wěn)定，也可以作安全閥使用，以防止液壓系統(tǒng)壓力超負荷，還可以作卸荷閥用，以減少液壓系統(tǒng)的功率損耗和發(fā)熱量。
減壓閥其主要功用是使閥的出口壓力低于進口壓力，并使液壓系統(tǒng)某一部分的壓力低于油泵的穩(wěn)定壓力。
5.1.2 流量（速度）控制閥（流量閥）
它的作用主要是控制液壓系統(tǒng)中油液流量的大小，用來實現(xiàn)機械手執(zhí)行機構所要求的運動速度，如節(jié)流閥、調(diào)速閥。
節(jié)流閥亦稱簡式節(jié)流閥，其主要功用是以節(jié)流的形式改變所通過的流量大小，使執(zhí)行機構得到不同的運動速度。它也可作背壓閥和截止閥使用。
調(diào)速閥亦稱復式節(jié)流閥，它是由減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)而成，用以保證節(jié)流閥進出口壓力差趨于穩(wěn)定，從而調(diào)節(jié)流量時不受外界負荷的變化影響。
5.1.3 方向控制閥
其主要功能是控制液壓系統(tǒng)中的油液流動方向，用來達到機械手的執(zhí)行機構所要求的運動方向，如電磁換向閥等。
電磁換向閥是利用其電磁鐵線圈通電后通過電磁鐵帶動閥芯完成換向工作的。按電源的不同。
它又分為交流和直流兩類；而按閥芯位置數(shù)和油路數(shù)又可分為二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通和三位五通等。
閥類的選擇原則，是根據(jù)通過閥門的流量，工作壓力及要求的通路等因素結(jié)合產(chǎn)品的規(guī)格型號進行選取。
5.2 擬定液壓系統(tǒng)
5.2.1 換向回路
所有換向閥選用O型三位四通換向閥。選人控閥便于人工控制，選中位為O型定位準確。
5.2.2 調(diào)速方案
該系統(tǒng)功率較小，所以選簡單的進油路節(jié)流閥調(diào)速，同理可見選用單泵供油，力求獲得較好的經(jīng)濟性。
5.2.3系統(tǒng)的安全性
為防止俯仰缸因為自重導致自由下滑，在仰起一定角度后自由下滑，所以都采用液控單向閥來控制其平衡。為樂保證夾緊缸工作的可靠性所以選用液控單向閥保壓和鎖緊。
5.2.4合成并完善液壓系統(tǒng)
壓力繼電器在夾緊工件后發(fā)出訊號，讓微機控制其它缸開始運動。二位二通電磁換向閥用于系統(tǒng)卸荷。
5.3 油泵的選擇
5.3.1確定油泵的工作壓力
公式：
（5-1）
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，。
因，估算。
取。
5.3.2 計算液壓泵的流量
油泵的流量應該根據(jù)各系統(tǒng)回路，按設計其要求在工作時實際所需的最大流量，并考慮系統(tǒng)的總泄露量來確定，即：
：是在系統(tǒng)中同時工作的所有并聯(lián)油缸，按最大的速度運動時需要的總量()。
K:考慮系統(tǒng)油液泄露的系數(shù)，一般取K=1.101.25。
所選油泵的額定流量，應該大于上述計算的數(shù)值，但也不宜過大，避免浪費動力和引起油溫的突然升高。
根據(jù)手冊選標準的定量單片葉泵YB，,，。
5.3.3 確定油泵所需要的電動機功率
公式：
（5-2）
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（）；
： 油泵的總效率，一般葉片泵??；
選電動機Y801-4,,。
5.4 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置
油箱的主要功用是存儲液壓油使供給液壓系統(tǒng)的工作液壓油不會出現(xiàn)缺失，同時達到散發(fā)熱量(在工作環(huán)境溫度較低時可以保持液壓油中的熱量)、沉淀液壓油中雜質(zhì)和溢出混在液壓油中的氣體等作用，因此其容積不宜太小。最小容積應能貯存整個液壓系統(tǒng)都充滿油液還稍有富余。目前液壓驅(qū)動機械手的油壓一般多為中壓（）范圍內(nèi)，油管容積一般是油泵每分鐘流量的倍以上。
5.4.1 油箱容積的確定
從油箱的散熱和沉淀雜質(zhì)等方面考慮，油箱的體積越大就越好，但也因油箱的體積過大導致占空間，難移動，操作不方便等。油箱的有效容積是指油位高度大約是槽體積高度的80%。因此，油箱的有效容積應根據(jù)加熱的原理的液壓系統(tǒng)設計計算和熱平衡。一般條件下，油箱的有效容積可以根據(jù)油泵的額定流量計算
公式：
；
v：油箱的有效容積,()；
：與系統(tǒng)壓力有關的經(jīng)驗數(shù)字；低壓系統(tǒng)中，中壓系統(tǒng)中， 高壓系統(tǒng)中，取。
：液壓泵的額定流量，（）；
擬定長、寬、高分別為640mm,500mm,438mm,底座高為38mm。
5.4.2 油箱的結(jié)構
圖4.2 油箱的結(jié)構簡圖
5.5 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置
油管：有紫銅管、塑料管、尼龍管和軟管等，應根據(jù)油管的壓力，流量、裝置條件和工作部位等不同進行選取。
紫銅管彎曲較方便，容易裝配，承受壓力65100公斤/厘米以下，對機械手來 說一般還是夠用的，故采用較多。
橡皮管多用于高壓和有相對運動的部件上較為方便。尼龍和塑料管已逐漸廣泛采用。尼龍管可用于低壓或中壓系統(tǒng)中，而塑料管則可用于回油管系統(tǒng)中。
管接頭：在管路中應采用管接頭進行連成管路時，必須注意緊湊、美觀、整齊等。在手部和腕部所用的油缸，如果在外部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(jié)構的特點在油缸壁或活塞桿、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腕部動作的油缸內(nèi)。
濾油器：它的主要作用是濾油，以保證油液的清潔，防止油泵和液壓系統(tǒng)中其它元件的擦傷，咬死或堵塞節(jié)流閥和管路小孔而影響機械手工作。
網(wǎng)式過濾器結(jié)構簡單，清洗方便，通用性好。但濾油強度強度較大，抗腐蝕性能較好，制造較簡單，過濾精度較高，可是一旦本身的顆粒有脫落，則會影響過濾精度。
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 結(jié)論
結(jié)論
機械手主要優(yōu)點是：
1.工作環(huán)境工作時間長，可重復的流程，維護生產(chǎn)線的正常工作。
2. 運動精度，靈活，尤其是在計算機的控制下，可達到很高的精度。
3.對環(huán)境的要求簡單，可用于粉塵，易燃，易爆糟糕的工作環(huán)境。
4.工作效率高，提高勞動生產(chǎn)率的同時也降低了生產(chǎn)成本。
5.良好的通用性，除了特定的目的，簡單的改變手部，就能完成噴涂，焊接的要求。
本文所設計的機械手綜合運用了機械設計，材料力學，金屬工藝學，熱處理，技術測量配合與公差，機械制圖，機械原理，理論力學等知識，主要是運用在那些簡單，頻繁的操作中來代替人的勞動進行工作。
就本次設計而言，我在所掌握的資料的基礎上，增加了對液壓缸設計過程以及機械手手部和手腕結(jié)構的分析和液壓控制系統(tǒng)的原理，這使我加深了對液壓系統(tǒng)和有關機械手知識的認識和理解，鞏固了以前書本上的理論知識。最重要的是，在這次設計中，我學會了液壓設計的步驟以及分析和解決問題的方法。開闊了視野，增加了自己的知識面，同時也鍛煉了自己獨立思考和實際動手的能力。
但是，在這次設計中也存在著一些不可避免的欠缺和不足。主要是因為缺少設計經(jīng)驗，對許多的細節(jié)問題考慮不周，希望老師給予批評和指導，我會在以后的學習和設計工作中不斷的完善和糾正自己，努力的提高自己的專業(yè)素質(zhì)。
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].沈陽：化學工業(yè)出版社,2006：15-36.
[2] 章宏甲,黃誼.液壓傳動[M].上海：機械工業(yè)出版社,2007：27-59.
[3] 成大先.機械設計手冊[M].沈陽：化學工業(yè)出版社,2008: 12-31.
[4] 孫志禮,冷興聚,魏延剛等.機械設計[M].沈陽：東北大學出版社,2000：19-25.
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[7] 劉朝儒,彭福蔭,高政一.機械制圖[M].北京：高等教育出版社,2002：25-30.
[8] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社,2012: 11-15.
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝
致謝
首先，我要誠摯的感謝沈陽化工學院以及機械工程學院的各位老師在這四年中給予我的悉心培育，使我由一個毫無專業(yè)概念的高中生，變成了一名對專業(yè)知識有了相當把握并具有較高設計實力的合格大學畢業(yè)生。特別要感謝的是趙艷春老師在這一個學期內(nèi)對我畢業(yè)設計的盡心指導，使我對所設計的課題有了深刻的了解，并順利的完成了此次設計。
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一個全新的理解，弄清楚了許多以前不甚了解的地方，使我的知識面得到了擴展，也使我的專業(yè)水平得到了提高。在趙老師的耐心指導下，我在資料室和圖書館中查閱了大量的資料，并將他們綜合運用于我的設計之中，理論聯(lián)系實際，終于在設計課題上畫上了圓滿的句點。
就本次設計而言，我在所掌握的資料的基礎上，增加了對液壓缸設計過程以及機械手手部和手腕結(jié)構的分析和液壓控制系統(tǒng)的原理，這使我加深了對液壓系統(tǒng)和有關機械手知識的認識和理解，鞏固了以前書本上的理論知識。最重要的是，在這次設計中，我學會了液壓設計的步驟以及分析和解決問題的方法。開闊了視野，增加了自己的知識面，同時也鍛煉了自己獨立思考和實際動手的能力。
本次設計是在趙艷春老師的仔細修訂和悉心斧正下完成的。無論是在最初課題的選擇，還是在中間課題設計過程中，直至到最后的設計總結(jié)。趙老師都給予了我莫大的幫助，她給予了許多設計的指導，并提出了許多建設性的意見，使我能夠直接捕捉到本次設計的精髓所在，少走了許多彎路。因此，此次設計的成功與趙老師的精心培養(yǎng)是分不開的。她注意培養(yǎng)同學們在設計中的創(chuàng)造能力以及獨立思考能力，鼓勵同學們應用現(xiàn)有的比較先進的設備，并傳授她的學習的心得以幫助我們設計的順利進行。此外，趙老師在生活上也給予了無限的關心和照顧，趙老師的工作作風與為人處事的態(tài)度都使我敬佩不已，在此，僅以此文表示對趙老師的教誨和幫助表示我最衷心的感謝。
另外，在此次設計的過程中，我還要特別感謝我的搭檔付曉慶對我的幫助，以及教研室其他老師對我的幫助，使我在設計過程中能夠一直保持干勁，克服學習上的困難，不斷前行。在此，本人予以最誠摯的感謝。 此外，我還要向其他所有幫助過我，鼓勵過我的師長、同窗致以我最深深的謝意。
最后，謹?？苼喌拿魈旄用篮?！
畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱意見表
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
班級
1103
姓名
趙利民
題目
澆鑄機械手結(jié)構設計
指
導
教
師
評
語
趙利民同學在畢業(yè)設計中，設計題目為澆鑄機械手結(jié)構設計，經(jīng)檢查得出以下結(jié)論：
1．完成圖紙和設計計算說明書的規(guī)定畢業(yè)設計的工作量。
2．設計計算書參數(shù)選取及計算正確，應用基礎理論知識的能力較強，文中插圖較合理。
3．結(jié)構設計較好， 視圖表達較為清晰，能用計算機進行繪圖。
4．具有良好的專業(yè)知識基礎，能夠結(jié)合題目進行分析運算，基礎概念清楚。
5．能夠結(jié)合題目查閱技術文獻，參考文獻較多。
可以參加答辯。
簽字： 2015年 5月 25日
畢業(yè)設計（論文）評閱教師評閱意見表
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
班級
機制1103
姓名
趙利民
題目
澆鑄機械手結(jié)構設計
評
閱
人
評
語
趙利民同學在畢業(yè)設計中，設計題目為澆鑄機械手結(jié)構設計，經(jīng)檢查得出以下結(jié)論：
1．完成圖紙和設計計算說明書的規(guī)定畢業(yè)設計的工作量。
2．設計計算書參數(shù)選取及計算正確，應用基礎理論知識的能力較強，文中插圖較合理。
3．結(jié)構設計較好， 視圖表達較為清晰，能用計算機進行繪圖。
4．具有良好的專業(yè)知識基礎，能夠結(jié)合題目進行分析運算，基礎概念清楚。
5．能夠結(jié)合題目查閱技術文獻，參考文獻較多。
可以參加答辯。
簽字： 2015年 5月 25日
沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院
本科生畢業(yè)設計成績考核評價表
畢業(yè)設計
名 稱
澆鑄機械手結(jié)構設計
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
班級
1103
姓名
趙利民
評價人
權重
評價點
得分
指導教師
10
圖紙完備、整潔，設計說明書的撰寫質(zhì)量
5
分析、計算、論證的綜合能力
5
能綜合運用所學知識和專業(yè)知識，獨立工作能力強
5
畢業(yè)實習表現(xiàn)、進度表書寫情況
評閱人
10
設計的有重大改進或獨特見解，有一定應用價值
5
設計的難度和工作量，結(jié)合本專業(yè)情況
5
計算、圖紙、公式、符號、單位是否符合工程設計規(guī)范
5
說明書的條理性、語言、書寫、圖表水平
答辯小組
10
設計規(guī)格符合要求及答辯規(guī)范程度
10
答辯掛圖準備情況
10
答辯中思維敏捷，知識面寬厚程度
10
回答問題的正確性，有無錯誤
10
是否有創(chuàng)新意識，設計是否有新意
教師、評閱人和答辯小組按以上各條的相應評價點給出得分，合計總分數(shù)。
在總成績分數(shù)中，90-100分為優(yōu)秀，80-89分為良好，70-79為中等，60-69為及格，不足60分為不及格，列入本表右側(cè)成績欄中。
注意：有嚴重抄襲現(xiàn)象的學生成績應定為不及格，有抄襲現(xiàn)象但不嚴重的學生成績應降檔處理。指導教師、評閱人及答辯小組對此應切實注意，如有不可解決的分歧，可交于院系答辯委員會裁定。
合計分數(shù)
成績
答辯小組：
年 月 日
畢業(yè)設計(論文)答辯記錄
專業(yè)班級:機械設計制造及其自動化 1103班 學號：311202127 姓名:趙利民
答辯內(nèi)容記錄:
記錄人：
沈陽化工大學科亞學院
畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設計（論文）答辯委員會于2015 年 6 月 5 日 審查了 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 趙利民 的畢業(yè)設計（論文）。
設計（論文）題目： 澆注機械手結(jié)構設計
設計（論文）專題部分： 澆鑄機械手結(jié)構
設計（論文）共 28 頁，設計圖紙 4 張
指導教師：
評 閱 人：
畢業(yè)設計（論文）答辯委員會意見：
成績：
學院答辯委員會
主任委員（簽章）
年 月 日
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