畢業(yè)論文定稿-通用液壓機械手設(shè)計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學院畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )通用液壓機械手設(shè)計所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日摘 要機械手是在在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展的一種新型裝置,使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置。機械手能代替人類、重復(fù)枯燥完成危險工作，提高勞動生產(chǎn)力,減輕人勞動強度。該裝置涵蓋了位置控制技術(shù)可編程控制技術(shù) 、 檢測技術(shù)等 。 本課題擬開發(fā)的物料液壓機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣 ， 根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù),可代替人工在高溫危險區(qū)進行作業(yè)， 。關(guān)鍵詞：機械手, 液壓機械手，抓取，提升詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763AbstractThe manipulator is a new device developed in the mechanization, automation of production process, a grasping and moving the workpiece function of automation device use. The manipulator can repeat boring to do dangerous work instead of humans,, improve labor productivity, reduce labor intensity. The device covers the position control technology of programmable control technology, detection technology. The material of hydraulic manipulator this subject to the grasping be up in space objects, flexible, any changes to the relevant parameters according to the change and the movement flow requirements, but instead of manual operation in high risk areas,.Key Words: manipulator, hydraulic manipulator, crawl, enhanceIV目 錄摘 要 IIAbstract.III目 錄 IV第 1 章 緒論.11.1 課題背景及目的 .11.2 液壓機械手概念 21.3 液壓機械手的組成 21.4 國內(nèi)液壓機械手的研究 21.5 液壓機械手的應(yīng)用 .3第 2 章 液壓機械手設(shè)計要求與方案.42.1 液壓機械手設(shè)計要求 42.2 基本設(shè)計思路 42.2.1 系統(tǒng)分析 .42.2.2 總體設(shè)計框圖 .42.2.3 液壓機械手的基本參數(shù) .52.3 液壓機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 52.4 機械手材料的選擇 62.5 機械臂的運動方式 .62.6 液壓機械手驅(qū)動方式的選擇 .72.7 動作要求分析 .72.8 液壓機械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型 .8第 3 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計.93.1 夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 .93.1.1 夾持器種類 93.1.2 夾持器設(shè)計計算 103.1.3 夾持器校核 113.2 升降方向設(shè)計計算 .11詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397633.2.1 初步確系統(tǒng)壓力 .113.2.2 升降油缸計算 .123.2.3 活塞桿的計算校核 .143.2.4 液壓缸工作行程的確定 .153.2.5 活塞的設(shè)計 .163.2.6 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算 .163.2.7 端蓋和缸底的計算校核 .173.2.7 缸體長度的確定 .183.2.8 緩沖裝置的設(shè)計 .183.2.9 油缸的選型 .183.3 水平方向設(shè)計計算 203.3.1 水平方向計算 .203.3.2 油缸的選型 .203.3 底座回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計計算 .223.3.1 回轉(zhuǎn)部位負載計算校核 .223.3.2 油馬達的選型 .243.4 機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計校核 .253.4.1 油馬達的選擇 .253.4.3 螺柱的設(shè)計與校核 263.4.4 機座的機械結(jié)構(gòu) 273.5 液壓機械手的定位及平穩(wěn)性確定 .283.5.1 常用的定位方式 283.5.2 影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 283.5.3 液壓機械手運動的緩沖裝置 29第 4 章 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計.314.4 手部抓取缸 .314.5 腕部擺動液壓回路 .324.6 小臂伸縮缸液壓回路 .334.7 總體系統(tǒng)圖 .34VI總結(jié).36參考文獻.38致 謝.39詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第 1 章 緒論1.1 課題背景及目的由于現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，液壓機械手技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。智能型液壓機械手的研究是近年來科學家同意致力的方向。式液壓機械手的人體模型，它可以模擬各種人類行為和人類的外部特征。未來的液壓機械手的管家將不是夢想。根據(jù)不同的液壓機械手的結(jié)構(gòu)，液壓機械手可以分為各種各樣的。輪式移動機器人，履帶式液壓機械手，機械手，行走液壓機械手等。值得一提的是，行走液壓機械手，他是近年來類機的一個重要研究成果。移動它最喜歡的動物甚至人類交談。這是一個非常復(fù)雜的自動化程度很高的運動。與傳統(tǒng)的輪式和履帶式液壓機械手相比，對環(huán)境的適應(yīng)性。在工作空間很小，在崎嶇的道路上，樓梯等。不久的將來，這項技術(shù)將被廣泛使用。在研究中，液壓機械的生產(chǎn)，對液壓機械手設(shè)計的計算機模擬中的應(yīng)用是一個非常重要的過程。包括零件建模，裝配液壓機械手的仿真，與運動仿真。通過仿真，設(shè)計師可以觀察各機構(gòu)的運動非常直觀，知道沒有干擾；可以了解各部件的受力，不同的模擬數(shù)據(jù)。該方法大大降低了開發(fā)時間和成本。在學校的畢業(yè)設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學習的最后一個環(huán)節(jié)，學習在大學四年的繼續(xù)深化和檢驗，具有實踐性和綜合性，是不是一個單一的其他替代方案，通過畢業(yè)設(shè)計可以提高綜合能力的培養(yǎng)，是要去上班，提高實際工作能力起著非常重要的作用。為了實現(xiàn)以下目標：（1）的基本理論，基本知識和基本技能的綜合運用，提高分析和解決實際問題的能力。（2）接受全面的培訓(xùn)工程師必須，提高實際工作能力。為調(diào)查研究，文獻和數(shù)據(jù)收集和分析能力；設(shè)計和開發(fā)測試計劃能力；設(shè)計，計算和繪圖能力的提高；總結(jié)和撰寫論文的能力。（3）的綜合素質(zhì)和實踐能力的測試。21.2 液壓機械手概念目前，工業(yè)機械手的概念，世界是不統(tǒng)一，分類是不一樣的。國際標準化聯(lián)合國最近采用了美國機器人協(xié)會定義了工業(yè)機械手的組織：工業(yè)機器人是一種可編程的多功能操作裝置，可以改變行動計劃，完成各種工作，主要用于材料處理，工件傳送。液壓機械手（機器人）是一臺自動執(zhí)行工作。它是一個產(chǎn)品的控制理論，先進的集成機械電子，計算機，材料和仿生。在工業(yè)，醫(yī)學，農(nóng)業(yè)，建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要的應(yīng)用。液壓機械手是一種有代表性的，機械的和電子控制系統(tǒng)，自動化程度高的生產(chǎn)工具，在近 50 年的發(fā)展。在制造業(yè)中，液壓工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這是一個高的自動化程度，改善勞動條件，保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高工作效率，發(fā)揮了非常重要的作用?？梢哉f，他是現(xiàn)代工業(yè)的技術(shù)革命。1.3 液壓機械手的組成執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手，腕，臂，底座，一個主要的運動系統(tǒng)。主要由液壓機械手執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。手抓（或吸附，控股）和松開工件或工具的部分，由手指（或吸收） ，驅(qū)動元件和驅(qū)動元件。時間，速度和加速度參數(shù)。液壓機械手與主機和其他相關(guān)設(shè)備之間的[ 3 ]。1.4 國內(nèi)液壓機械手的研究工業(yè)液壓機械手的應(yīng)用在日本有著悠久的歷史。在七十年代當工業(yè)液壓操縱器，然后經(jīng)過十年的發(fā)展，已在工業(yè)液壓機械手八十年代流行。他們的年工業(yè)產(chǎn)值迅速增加。1980 達到一千億日元，1990 至六千億日元。在 2004 達到了一兆和八千五百億日元。這表明工業(yè)液壓機械手在提高生產(chǎn)效率的重要性。在國際上，各個國家都實現(xiàn)了工業(yè)液壓機械手的重要性。因此，工業(yè)液壓機械手訂單銳減。相比于 2003 2002 百分之十的增長的訂單。然后工業(yè)液壓機械手的需求量仍在上升。從 2001 到 2006，超過 90000 的全球經(jīng)濟增長中的訂單。7%的平均年增長率。國際工業(yè)液壓機械手的發(fā)展方向：詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763液壓機械手涉及多學科、多領(lǐng)域的知識。包括：計算機，電子，控制，人工智能，傳感器，通信和網(wǎng)絡(luò)，控制，機械等。液壓機械手的發(fā)展離不開主題。正是由于各學科整合的相互作用，創(chuàng)建一個自動化程度高，其。隨著科學技術(shù)的進步，在液壓機械手的應(yīng)用范圍越來越廣泛；技術(shù)越來越高，功能更強大。它是液壓機械手的研究向小型化發(fā)展。液壓機械手將更多地進入人們的日常生活?？偟陌l(fā)展趨勢是模塊化，標準化，智能化。廣泛應(yīng)用于工業(yè)液壓機械手，以提高質(zhì)量和生產(chǎn)力，產(chǎn)品安全人員安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料的消耗，降低了生產(chǎn)成本，具有非常重要的作用。廣泛應(yīng)用于工業(yè)液壓機械手的以人為本的原則，它的出現(xiàn)使人們的生活更方便、美好。1.5 液壓機械手的應(yīng)用液 壓 機 械 手 工 業(yè) 是 一 個 大 型 高 新 技 術(shù) 工 業(yè) 計 算 機 ， 后 車 。 現(xiàn) 代 軍 事 工 業(yè) ， 液 壓機 械 發(fā) 展 的 市 場 前 景 是 非 常 好 的 。 從 第 二 十 世 紀 起 ， 液 壓 機 械 行 業(yè) 的 穩(wěn) 步 增 長 。 在第 二 十 世 紀 九 十 年 代 ， 液 壓 機 械 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 和 快 速 增 長 ， 年 均 增 長 率 超 過 百 分 之 十 。在 2004 到 百 分 之 二 十 的 記 錄 。 亞 洲 液 壓 機 械 手 的 更 多 需 求 ， 年 增 長 率 高 達 百 分 之四 十 三 。 經(jīng) 過 40 年 的 發(fā) 展 ， 應(yīng) 用 工 業(yè) 液 壓 機 械 手 的 許 多 領(lǐng) 域 。 生 產(chǎn) 中 使 用 最 廣 泛的 液 壓 機 械 手 。 如 制 造 焊 接 ， 熱 處 理 ， 表 面 涂 層 ， 加 工 ， 裝 配 ， 測 試 和 倉 庫 ， 毛（ 沖 壓 ， 壓 鑄 ， 鍛 坯 等 ） 等 操 作 ， 代 替 人 工 操 作 的 液 壓 機 械 手 ， 極 大 地 提 高 了 生 產(chǎn)效 率 。詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第 2 章 液壓機械手設(shè)計要求與方案2.1 液壓機械手設(shè)計要求工件：棒料，重量20公斤，最大長度300mm, 直徑100－120mm工作區(qū)域：取物高度不小于600-1500mm，作業(yè)半徑500-1500mm；回轉(zhuǎn)角度270?， 工作速度：移動速度3m/s，定位精度±0.3mm；轉(zhuǎn)動速度45?/s。 2.2 基本設(shè)計思路2.2.1 系統(tǒng)分析該機器人是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率的有力工具。為了在生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化，機械化，自動化的綜合技術(shù)經(jīng)濟分析的需要，從而判斷是否適當?shù)臋C械手。以完成機械手的設(shè)計，一般都要先做以下工作：（1）根據(jù)使用場合的機器人機械手的，明確的目標和任務(wù)。（2）機械手的工作環(huán)境分析。（3）對系統(tǒng)要求的分析，確定了機械手和方案的基本功能，如自由度的數(shù)目，機器人的運動速度，定位準確，抓住重。此外，根據(jù)抓斗液壓質(zhì)量，形狀，尺寸和批量生產(chǎn)，以確定的形式和機械手的位置和握力的大小。在這方面，我分析如下：（1）為手材料液壓機械設(shè)計問題，機械手是物料輸送機械手。雖然機械手的使用場合，也非常廣泛，涉及到材料的狀態(tài)，環(huán)境因素的作業(yè)線，比我的知識和能力，我選擇了材料液壓機械手的小對象處理非生產(chǎn)線。（2）由于機械手我選擇的是材料的液壓機械手，小對象處理非生產(chǎn)線。因此，系統(tǒng)的工作環(huán)境下，機械廠，準確度高，故障率低，速度。2.2.2 總體設(shè)計框圖2人機交互系統(tǒng)( 系統(tǒng)軟件 、 編程語言系統(tǒng) )控制器及控制算法控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng) ( 各驅(qū)動器 )機械系統(tǒng) ( 機身 、 臂部 、手腕 、 手爪 )作業(yè)對象內(nèi)部傳感器信息反饋工作對象及環(huán)境信息反饋感知系統(tǒng)圖 2 總體設(shè)計框圖如圖 2 為總設(shè)計框圖，說明如下：(1) 控制系統(tǒng)：任務(wù)是根據(jù)機械手的作業(yè)指令程序和傳感器反饋回來的信號，控制機械手的執(zhí)行機構(gòu)，使其完成規(guī)定的運動和功能。主要設(shè)計目標為 CPU 的選擇，CPU 程序的編寫調(diào)試等。(2) 驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)工作的驅(qū)動裝置。(3) 機械系統(tǒng)：包括機身、機械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標形式，并計算得出具體結(jié)構(gòu)。(4) 感知系統(tǒng)：即傳感器的選擇及具體作用。2.2.3 液壓機械手的基本參數(shù)1. 機械手的最大液壓物料的重量是它的主參數(shù)。本論文物料液壓機械手所液壓的物料質(zhì)量可設(shè)定為棒料，重量 20 公斤。2. 運動速度直接影響機械手的動作快慢和機械手動作的穩(wěn)定性，所以運動速度也是是物料物料液壓機械手的一個主要的基本參數(shù)。設(shè)計速度過低的話，會無法滿足機械手的動作功能，限制機械手的使用范圍。設(shè)計的速度過高又會加重機械手的負載并影響機械手動作的平穩(wěn)性。3. 伸縮行程和工作半徑是決定機械手工作范圍及整機尺寸的關(guān)鍵，也是機械手設(shè)計的基本參數(shù)。3.定位精度也是機械手的主要基本參數(shù)之一。機械手精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味著成本的增加。綜合考慮，該物料液壓機械手的定位精度設(shè)定定位精度±0.3mm。物料液壓機械手的各個部分的基本參數(shù)可以由上面已經(jīng)知道的物料液壓機械手各關(guān)節(jié)的行程和時間分配來決定。2.3 液壓機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)所設(shè)計的機械手的運動方式：機械臂的轉(zhuǎn)動，機械臂的升降。根據(jù)上文所說的，機械手按照坐標的分類情況，選擇圓柱坐標式機械手更為妥當。詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397632.4 機械手材料的選擇機械手的材料應(yīng)根據(jù)手臂的工作條件，滿足機械手的設(shè)計和制造要求。從設(shè)計思想，機械臂完成各種運動。因此，對材料的要求是為移動部件，它應(yīng)該是輕質(zhì)材料。另一方面，手臂振動經(jīng)常的運動過程中，這將大大減少它的運動精度。所以在材料的選擇上，綜合考慮的質(zhì)量，剛度，阻尼的需要，從而有效地提高了機械臂的動力學性能。此外，機械手選材料和不同材料的一般結(jié)構(gòu)。機械手是一種伺服機構(gòu)，受控制，必須考慮其可控性。在臂的材料選擇，可控性和可加工性的材料，結(jié)構(gòu)，質(zhì)量性能的考慮?？傊?，選擇一個機械臂的材料，應(yīng)考慮強度，剛度，重量輕，彈性，耐沖擊，外觀和價格等因素。這里有幾個機械手使用的材料：（L）的高強度鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼：這類材料的強度，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼的強度增加了 4 ~ 5 倍，彈性模量，抗變形能力，是最廣泛使用的材料；（2）鋁，鋁合金等輕合金材料的共同特點是重量輕，彈性模量 E 的小，但材料的密度小，與 E／P 比值還與鋼相比；（3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的質(zhì)量，但易碎，但處理不好，接頭需要特殊的設(shè)計與金屬零件。然而，日本已開發(fā) ARM 陶瓷機械手用于高速機械手的樣品；從機械手設(shè)計的角度來看，不需要負載能力在材料的選擇，也不需要高彈性模量和抗變形能力，除了要考慮到材料成本，加工和其他因素。在各種因素的措施，結(jié)合鋁合金的初步選擇的工作條件，如機械臂組件。2.5 機械臂的運動方式機械手的運動形式有五種常見的 SCARA 型，直角坐標式極坐標型，聯(lián)合型和圓柱坐標。根據(jù)運動形式的選擇主要運動參數(shù)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。一種運動形式以滿足不同生產(chǎn)工藝的需要，可以采用不同的結(jié)構(gòu)。選擇表格的具體位置，必須根據(jù)操作要求，工作地點，和液壓工作中心線方向的變化，比較和選擇。這種機械手的定位 2 個肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的 1，2 或 3 手腕方向。其中，繞垂直軸肩，另一個肩斜度。肩關(guān)節(jié)的兩個正交軸。平行于第二軸肩關(guān)節(jié)，考慮到機械手的工作特點，這就要求動作靈活，具有較大的工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，關(guān)節(jié)式機械手的選擇。如圖所示。這種配置，動作靈活，工作空間大，干涉儀的最小空間機械臂操作，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，關(guān)節(jié)相對運動部位易密封與防塵。但這種機械手運動學逆解比較復(fù)雜，難以確定的端元；態(tài)度不夠直觀，并在控制，計算量比較大。4圖 3 常見的運動方式2.6 液壓機械手驅(qū)動方式的選擇機械手使用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動，液壓驅(qū)動和電機驅(qū)動的四種基本形式。但是，與液壓傳動相比，低功耗，能源，液壓傳動結(jié)構(gòu)相對簡單的速度不易控制，精度不高。油馬達驅(qū)動能量是簡單，速度和位置精度高，使用方便，低噪音，高速變化的機制，高效，靈活的控制。液壓驅(qū)動的特點是功率大，結(jié)構(gòu)簡單，省去了減速裝置，響應(yīng)速度快，精度高。但需要有液壓源，但也容易漏液。首先，我會選擇驅(qū)動電機，但考慮到純機械結(jié)構(gòu)的機械手的運動并不能達到理想的傳播效果。如果你使用液壓或液壓傳動機械臂的旋轉(zhuǎn)，必須與回轉(zhuǎn)液壓或旋轉(zhuǎn)液壓缸，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于設(shè)計。改進后的方案，將驅(qū)動方式分為兩個部分。其中，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動的機械臂，通過油馬達帶動齒輪鏈傳動和旋轉(zhuǎn)；機械臂伸縮，升降機械手抓抓，采用液壓驅(qū)動方式。2.7 動作要求分析動作一：送 料動作二：預(yù)夾緊動作三：手臂上升動作四：手臂旋轉(zhuǎn)動作五：小臂伸長動作六：手腕旋轉(zhuǎn)預(yù)夾緊詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763手臂上升手臂旋轉(zhuǎn)手臂伸長手臂轉(zhuǎn)回 手腕旋轉(zhuǎn)圖 2.2 液壓機械手動作簡易圖2.8 液壓機械手結(jié)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)選型本課題所設(shè)計的液壓機械手為通用型的液壓機械手，其中坐標系為圓柱坐標系結(jié)構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)選用油馬達驅(qū)動和液壓驅(qū)動，油馬達驅(qū)動用于機座的旋轉(zhuǎn)和手臂的上下移動，液壓驅(qū)動用于手臂的伸縮和液壓機械手的夾取和翻轉(zhuǎn) [3]。6第 3 章 系統(tǒng)各主要組成部分設(shè)計3.1 夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核3.1.1 夾持器種類1.連桿杠桿式手爪這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)合使用。2.楔塊杠桿式手爪利用楔塊與杠桿來實現(xiàn)手爪的松、開，來實現(xiàn)抓取工件。3.齒輪齒條式手爪這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生手爪的夾緊與松開動作。4.滑槽式手爪 當活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)抓取大小不同的物體。5.平行杠桿式手爪不 需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動采用平行四邊形機構(gòu)，因此，比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多結(jié)合具體的工作情況，采用連桿杠桿式手爪。驅(qū)動活塞 往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條 使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工 工件的直徑來調(diào)定。本設(shè)計按照所要捆綁的重物最大使用 的鋼絲繩直徑為 50mm 來設(shè)計。a．有適當?shù)膴A緊力手部在工作時，應(yīng)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(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。b．有足夠的開閉范圍工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。可用開閉角和手指夾緊端長度表示。于回轉(zhuǎn)型手部手指開閉范圍，手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763c．力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小作時運動狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)，重量和體積直接影響整個液壓機械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度，運動速度等性能。手部處于腕部的最前端，工因此，在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。d．手指應(yīng)有一定的強度和剛度因此送料，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉式彈簧夾緊，夾緊液壓機械手，根據(jù)工件的形狀，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。液壓缸右腔停止進油時，液壓缸右腔進油時松開工件。3.1.2 夾持器設(shè)計計算手爪要能抓起工件必須滿足： （3-6 ）GkN321?式中， -----為所需夾持力；N-----安全系數(shù)，通常取 1.2~2；1k-----為動載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按 估算， 為機械手在2 gak??12搬運工件過程的加速度 ， ， 為重力加速度；2/sm2/8.9sa?g-----方位系數(shù)，查表選取 ；3k 13?k-----被抓持工件的重量 20 ；G帶入數(shù)據(jù)，計算得： ；N240?理論驅(qū)動力的計算： （3-7）??1Rbp式中， ----為柱塞缸所需理論驅(qū)動力；p----為夾緊力至回轉(zhuǎn)支點的垂直距離；b-----為扇形齒輪分度圓半徑；R-----為手指夾緊力；N---齒輪傳動機構(gòu)的效率，此處選為 0.92；?其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得 8NP370?計算驅(qū)動力計算公式為： （3-8）?Fkc41式中， -----為計算驅(qū)動力；cF---安全系數(shù)，此處選 1.2；1k---工作條件系數(shù)，此處選 1.1；4而液壓缸的工作驅(qū)動力是由缸內(nèi)油壓提供的，故有（3-9）APFc??式中， ---為柱塞缸工作油壓；P----為柱塞截面積；選取缸內(nèi)徑為 50mmA3.1.3 夾持器校核活塞桿直徑查《液壓傳動與控制手冊》根據(jù)桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取 d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取 d/D=0.5-0.7。本設(shè)計選擇 d/D=0.7，d=35 mm= =965N》370NAPFc?? 262 )1035(4104x??Xd??計算所得的力遠遠大于實際所需要的力，所以滿足要求。經(jīng)計算，所需的油壓約為： (后續(xù)章節(jié)進行介紹)MPa3.2 升降方向設(shè)計計算3.2.1 初步確系統(tǒng)壓力表 3-1 按負載選擇工作壓力 [1]負載/ KN 50工作壓力/MPa1.25 ，滿足最低速度的要求。12c2.活塞桿強度計算：90mm （4-4）mF45.105.185.4][d64??????式中 ————許用應(yīng)力； （Q235 鋼的抗拉強度為 375-][ MPa8n][b?500MPa，取 400MPa，為位安全系數(shù)取 5，即活塞桿的強度適中）3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計活塞桿的外端頭部與負載的拖動油馬達機構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負載的具體情況，選擇適當?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。4.活塞桿的密封與防塵活塞桿的密封形式有 Y 形密封圈、U 形夾織物密封圈、O 形密封圈、V 形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按 H9/f9 選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計和維護，本方案選擇 O 型密封圈。3.2.4 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度可以根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程確定，并參照表 4-4選取標準值。液壓缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表 4-4 中的 a、b、c 選用。表 4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80） [6]25 50 80 100 125 160 200 250 320 400500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000表 4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80） [6]40 63 90 110 140 180220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 3600表 4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80） [6]詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763240 260 300 340 380 420 480 530 600 650750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 21002400 2600 3000 3400 3800根據(jù)設(shè)計要求知快速接近工件，行程根據(jù)任務(wù)書要求，根據(jù)表 3-8，可選取垂直方向液壓缸的工作行程為 900mm，可選取水平方向液壓缸的工作行程為 1000mm。3.2.5 活塞的設(shè)計由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設(shè)計性能?？紤]選用 O 型密封圈。3.2.6 導(dǎo)向套的設(shè)計與計算1.最小導(dǎo)向長度 H 的確定當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 [1]。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計時必須保證液壓缸有一定的最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗,當液壓缸最大行程為 L,缸筒直徑為 D 時,最小導(dǎo)向長度為:（4-20DLH??5）一般導(dǎo)向套滑動面的長度 A，在缸徑小于 80mm 時取 A=(0.6~1.0)D，當缸徑大于80mm 時取 A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾?B 取 B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長度 H 不夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。)21BAC???（14圖 4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長度 [1]因此:最小導(dǎo)向長度，取 H=9cm；導(dǎo)向套滑動面長度 A= cm2.798.0??活塞寬度 B= 1.2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作情況適當選擇。3.2.7 端蓋和缸底的計算校核在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計的不好容易損壞。1.端蓋的設(shè)計計算端蓋厚 h 為： ][)-3p(1??cpdD?式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；P——液壓力， ；2kgf/m——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；cpd——材料的許用應(yīng)力， 。][?2f/c2.缸底的設(shè)計詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。3.2.7 缸體長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度 [1]。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的 20~30 倍。取系數(shù)為 5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。3.2.8 緩沖裝置的設(shè)計液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。當液壓缸中活塞活塞運動速度在 6m/min 以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運動速度在 12m/min 以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機床液壓系統(tǒng)中，動力滑臺的最大速度為 4m/min,因此沒有必要設(shè)計緩沖裝置。3.2.9 油缸的選型經(jīng)過比較，參考市場上的油缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質(zhì)的油缸產(chǎn)品的生產(chǎn)商—速易可（上海）有限公司 http://www.tonab.net/about_us.asp。速易可液動（上海）有限公司成立于 2004 年，從事于空油壓零組件和設(shè)備研 究、生產(chǎn)、銷售的自動化廠商，產(chǎn)品以『TONAB』品牌營銷國內(nèi)外市場，產(chǎn)品主要有空液凈化組件、液動控制組件、液動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設(shè)備，產(chǎn) 品廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)機械手、食品包裝機械、紡織機械、半導(dǎo)體設(shè)備、軌道交通、煙草機械、機床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學培訓(xùn)等行業(yè)。速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿油缸、滑臺油缸、止動油缸、回轉(zhuǎn)油缸、機械夾、回轉(zhuǎn)夾緊液（油）壓缸、導(dǎo)桿油缸、帶鎖油缸、雙軸缸、標準型油缸、控制閥、空液控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)液動輔助零組件。16根據(jù)上節(jié)計算，在這選擇 YAM63.詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397633.3 水平方向設(shè)計計算3.3.1 水平方向計算當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 20kg，長度 l =1000mm。如圖 3.4 所示。圖 3.4 受力簡圖(1)計算扭矩 1?[4](2)液壓缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 2? [4]F =200N S =1m（最大行程時）帶入公式 2.9 得SF??2=200×10×1 =2000（N·M） 由于水平方向的油缸與升降方向的有些類似，在此不在一一列舉3.3.2 油缸的選型速易可目前主要產(chǎn)品有：無桿油缸、滑臺油缸、止動油缸、回轉(zhuǎn)油缸、機械夾、回轉(zhuǎn)夾緊液（油）壓缸、導(dǎo)桿油缸、帶鎖油缸、雙軸缸、標準型油缸、控制閥、空液控制組件、真空系統(tǒng)組件及相關(guān)液動輔助零組件。工件18根據(jù)上節(jié)計算，在這選擇 YAM63.詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397633.3 底座回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計計算腕部是聯(lián)結(jié)手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉(zhuǎn)動慣性小。本課題腕部具有回轉(zhuǎn)這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。要求：回轉(zhuǎn)角度270?， 角速度 ?=45o/s3.3.1 回轉(zhuǎn)部位負載計算校核.若傳動負載作回轉(zhuǎn)運動負載額定功率： （3-24）???9501LNTP負載加速功率： （3-25）aLatGD??327負載力矩（折算到油馬達軸）： （3-26）lMLTN???負載 GD（折算到油馬達軸）： （3-27）22)(lMLGD起動時間： （3-28）)(3752LPaTNt????制動時間： （3-29）)(3752LPMMdGDt?式中， -----為額定功率，KW；0P-----為加速功率，KW；a-----為負載軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；lN-----為油馬達軸回轉(zhuǎn)速度，r/min；M-----為負載的速度， m/min；lV20-----為減速機效率；?-----為摩擦系數(shù)；?-----為負載轉(zhuǎn)矩（負載軸） ， ；lTmN?-----為油馬達啟動最大轉(zhuǎn)矩， ；p-----為負載轉(zhuǎn)矩（折算到油馬達軸上） ， ；L ?-----為負載的 ， ；2lGD2GD2?-----為負載 （折算到油馬達軸上） ， ；L 2mN?-----為油馬達的 ， ；2M22N?具體到本設(shè)計，因為步進油馬達是驅(qū)動腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運動形式屬于第二種。下面進行具體的計算。因為腰部回轉(zhuǎn)運動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有；（3-30）RfGFTfl ???式中， -----為滾動軸承摩擦系數(shù)，取 0.005；f-----為機械手本身與負載的重量之和，取 100 ；GKG-----為回轉(zhuǎn)軸上傳動大齒輪分度圓半徑，R=240 ；R m帶入數(shù)據(jù)，計算得 =0.12 ；lTmN?同時，腰部回轉(zhuǎn)速度定為 =5r/min；傳動比定為 1/120；l且， 帶入數(shù)據(jù)得： =10.45667 。2mgDGl?lGD2N?將其帶入上（3-24）~（3-30）式，得：；WP327.10?；Pa068.?啟動時間 ； msta96?制動時間 ；sd折算到油馬達軸上的負載轉(zhuǎn)矩為： 。23.105?LTN?