機械手設計說明書-抓件液壓機械手設計

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目錄 摘要 .............................................................................................................................................鍵詞 ................................................................................................................................................................................................................................................................................ey ...................................................................................................................................言 ..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................定手部結構 .................................................................................................................部受力分析 .................................................................................................................部夾緊力的計算 ..........................................................................................................抓夾持誤差分析與計算 ...............................................................................................部夾緊缸的設計計算 ................................................................................................... 夾緊缸主要尺寸的計算 ........................................................................................ 缸體結構及驗算 ................................................................................................... 缸筒兩端部的計算 ............................................................................................... 缸筒加工工藝要求 .............................................................................................. 10 塞與活塞桿的設計計算 .................................................................................... 10 ................................................................................................................................. 12 部設計基本要求 ......................................................................................................... 12 部結構的確定 ............................................................................................................ 12 部設計計算 ................................................................................................................ 12 平伸縮缸的設計計算 ....................................................................................... 12 降缸的設計計算 .............................................................................................. 14 臂回轉液壓缸的設計計算 ................................................................................ 15 .......................................................................................................................... 16 統(tǒng)參數的計算 ............................................................................................................ 16 定 系統(tǒng)工作壓力 .............................................................................................. 16 個液壓缸流量的計算 ....................................................................................... 16 計液壓系統(tǒng)圖 ............................................................................................................. 17 擇液壓元件 ................................................................................................................ 19 和電機的選擇 ................................................................................................... 19 擇液壓控制閥和輔助元件 ................................................................................ 19 據動作要求編制電磁鐵動作順序表 .............................................................................. 20 .......................................................................................................................... 21 定輸入、輸出點數，畫出接口端子分配圖 .................................................................. 21 出梯形圖 ................................................................................................................... 21 梯形圖編寫指令語句 .................................................................................................. 23 6. 總結 ....................................................................................................................................... 24 參考文獻 ..................................................................................................................................... 24 致謝 ................................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 抓斗式格柵清污機抓斗設計 1 抓件液壓機械手設計 摘要 機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置。目前液壓機械手被廣泛應用于工業(yè)領域中。使用機械手，可以實現生產加工的自動化，把人從繁重的體力勞動中解放出來。使用機械手可穩(wěn)定和提高產品的質量，提高勞動生產率，降低生產成本。本次設計要求我們綜合運用液壓、機械、電控方面的知識，完成液壓機械手的設計，包括機械部分、液壓系統(tǒng)和 制部分。機械部分是在力學計算的基礎上經過結構分析進行設計，包括手部﹑手臂和機身。 通常機械手的手部要求結構緊湊，重量輕，通用性好，夾持精度高。臂部則要求剛度好，重量輕，運動速度高，慣性小，動作靈活，位置精度高。液壓系統(tǒng)的設計包括液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選用；制部分包括控制梯形圖的繪制及選擇控制元件。 關鍵詞 液壓機械手；液壓系統(tǒng)；設計； is a of of is in It It of of In we of to of LC is on of s of LC 抓斗式格柵清污機抓斗設計 2 前言 機械手是在機械化，自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它是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，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性（王承義， 1995）。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，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（王希敏， 1992）。 機械手在工業(yè)生產中應用極為廣泛，這主要是因為它具有下列優(yōu)點：對環(huán)境的適應性強，能代替人從事危險有害的工作；持久耐勞，動作準確，可穩(wěn)定和提高產品生產質量，避免人為操作錯誤；通用性好，動作靈活，能較好地適應產品品種的變化；可提高勞動生產率，降低生產成本（張 軍， 2004）。機械手按用途分為專業(yè)機械手和通用機械手。通用機械手具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變，動作靈活可以改變。其工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于工件經常變化的中、小批量自動化生產（李允文， 1994）。 工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。執(zhí)行機構由抓取部分、腕部、臂部等部件組成（李允文， 1994）。對于執(zhí)行運動較簡單的機械手，可省去腕部的設計。驅動機械又有氣動、液動、電動、機械式四種形式，氣動和液動驅動方式較為常用。氣動式速度快，結構簡單，成本低，有較高的重復定位精度，但臂力一般在 50 牛頓以下。而液動式臂力大，可用電液伺服結構，能實現連續(xù)控制，使機械手的用途和通用性更廣（張雅琴， 2004）。 液壓抓件機械手設計是一次比較完整的機電一體化整機設計。通過設計可以提高學生的機構分析與綜合分析的能力、機械結構設計的能力、機電一體化系統(tǒng)設計能力，掌握實現生產過程自動化的設計方法。懂得如何將學過的知識應用到設計中去。 在機械手各部分的設計中，主要考慮了以下幾個方面：機械結構上，讓各部分的機構盡可能緊湊，自重和轉動慣量盡可能小，同時臂部和機身還要求有足夠的強度和剛度。除此之外，對臂部還要求運動速度高 、慣性小、動作靈活，為之精度高。液壓部分的設計主要是確定好系統(tǒng)的工作壓力和流量。 這次設計使得我們對以往所學知識得到了鞏固和加深，熟悉了有關國家標準。初步掌握了機械手產品的設計一般步驟。培養(yǎng)了自身獨立工作的能力。 根據課題設計任務書的要求，確定總體方案： 1. 抓重： 10. 坐標形式：圓柱坐標 3. 自由度： 3 4. 手臂運動參數： 運動名稱 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 300于 200mm/s 升降 Z 200于 100mm/s 回轉 α 180° 小于 90（°） /s 手指夾持范 圍：棒料，半徑 4060 定為方式：機械擋塊（行程開關）。 驅動方式：液壓驅動。 控制方式： 編程序控制） 抓斗式格柵清污機抓斗設計 3 定位精度：± 2 機械手的工作原理圖如圖 1示 手部 1 采用夾鉗式，具體為單支點回轉型夾緊機構。動力采用單作用液壓缸 2驅動夾緊，反向則由彈簧復位而松開手指。 手臂的伸縮采用雙作用液壓缸３驅動，伸縮過程采用雙導管導向，在導向的同時，亦起到了一定的支撐作用，大大減少活塞桿的受力。夾緊缸的壓力油經其中一導管進入缸內，此結構能使油管布置更加緊湊。 手臂的回轉采用擺動液壓缸４驅動，此擺動 缸設計成輸出軸固定不動，而使缸體轉動從而帶動整個手臂回轉運動。 雙作用液壓缸 5驅動手臂做升降運動 圖 1械手工作原理圖 手部（亦稱抓取機構）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面處理等的不同，則機械手的手部機構是多種多樣的，大部分的手部結構是根據特定的工件要求而設計的（林建龍，王小北， 2003）。常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持式和吸附式兩大類。本設計采用常用的夾鉗式手部結構，它是最常見的夾持式結構。 夾鉗式手部是由手指、傳動機構 和驅動裝置三部分組成的，它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應性，可以抓取軸、盤和套類零件（殷際英，何廣平， 2003）。一般情況下多采用兩個手指，少數采用三指或多指。本設計中的工件是棒料，所以選擇較簡單的兩指結構。 夾鉗式手部設計的基本要求： 1、應具有適當的夾緊力和驅動力 手指握力（夾緊力）大小要合適，力量過大則動力消耗多，結構龐大，不經濟，甚至會損壞工件；力量過小則夾持不住或產生松動、脫落。在確定握力時，除考慮工件總量外，還應考慮傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，亦保證工件夾持安全可靠（楊永清等， 2008）。對于手部的驅動裝置來說，應有足夠的驅動力。應當指出，由于機構傳動力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動機構所需驅動力的大小是不同的。 2、手指應具有一定的開閉范圍 手指應具有足夠的開閉角度或開閉距離，以便于抓取或退出工件。 3、應保證工件在手指內的夾持精度 應保證每個被夾持的工件，在手指內都有準抓斗式格柵清污機抓斗設計 4 確地相對位置。這對一些有方位要求的場合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復雜的工件，在機床上安裝的位置要求嚴格，因此機械手的手部在夾持工件后應保持相對的位置精度。 4、要求結構緊湊、重量輕、效率高 在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。 5、應考慮通用性和特殊要求 一般情況下，手部多是專用的，為了擴大它的適用范圍，提高它的通用化程度，以適應夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調整的辦法，如更換手指甚至更換整個手部。此外，還要考慮能適應工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。 (李允文， 1994) 定手部結構 根據設計要求設計出的手部結構如圖 2示： 圖 2部結構圖 圖中F 為夾緊缸活塞桿的推力。 部受力分析 經分析，手部受力圖如圖 2示 抓斗式格柵清污機抓斗設計 5 圖 2械手手部受力分析圖 由圖可知，手部結構對稱，則 12 0?得 '1F ＝ ? 且 '1F ＝ 1F 由 0)(1 ?? FM 1'且 ' h＝? ) ?即 F= 22 c ?式中 b — 手指回轉中心到夾緊力作用點之間的距離； C — 手指回轉中心到滑槽支點之間的距離； ? — 工件被夾緊時手指滑槽方向與回轉中心在水平方向的夾角。 部夾緊力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據。必須對其大小、方向和作用點進行分析、計算。一般來說，夾 緊力必須克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)所產生的載荷（慣性力或慣性力矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按下式計算（李允文， 1994）： 1 2 3 K K G?＝ 4× 98=593N 取 600N 式中： 安全系數，取 抓斗式格柵清污機抓斗設計 6 工作情況系數，主要考慮慣性力的影響。取 方位系數，根據工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定， 4 G— 被抓工件所受重力（ N）， G＝ 10× 98N。 則： 222 c o s c o s 3 0 6 0 0 2 2 5 0 ?? ?理 論 2 1 0 0＝ ＝ ＝40N 2647理 論實 際 2250＝ ＝ ＝中 ? — 手指傳力效率，取 ? ＝ 抓夾持誤差分析與計算 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且還與手指的夾持誤差大小有關。在機械加工中，通常情況要求手抓的夾持誤差不超過± 1可以了。根據設計要求知棒料半徑為4060 則： 工件平均半徑： m i n m a x 4 0 6 0 5022 ?? ? ?手指 倍： 2× 50＝ 100 120? ?? 偏轉角按最佳偏轉角確定： 11 50c o s c o s 5 4 4 4s i n 1 0 0 s i n 6 0cp ?? ??? ′β =計算0 s i n c o s 0 s i n 6 0 c o s 5 4 4 4 5 0? ??? ? ? ? ? ? ?m a x 0 m R??則定位誤 差為1?和2?中的較大者。 22 m a x m a ) 2 c o s s i n 8 2 . 4 6 2 8 1 . 6 4 4 0 . 8 1 8s i n s i A B A L m m????? ? ? ? ? ? ?Δ 22 m i n m i n( ) 2 c o s s i n 8 2 . 4 6 5 8 1 . 6 4 4 0 . 8 2 1s i n s i A B A L m m????? ? ? ? ? ? ?2Δ ∴ ? ＝2?＝ 持誤差滿足設計要求。 部夾緊缸的設計計算 緊缸主要尺寸的計算 由前知，夾緊缸為單作用彈簧復位液壓缸，假設夾緊 工件時的行程為 25所需夾緊力為： 抓斗式格柵清污機抓斗設計 7 2647F F P P? ? ?彈 彈實 際 ＝ 式中： F— 活塞桿實際輸出力； P 彈 — 彈簧壓縮時的作用力。 其中： 43) 4 6 28 S 彈 ＝ （式中： G— 彈簧材料的剪切模量，對于鋼材， 528 . 1 1 0 ( / )G k g c m?? ； D— 彈簧的鋼絲直徑（ 3 彈簧中徑（ 30 Z— 彈簧的有效圈數（ 18 圈）； L 及 S— 活塞的行程及彈簧的與預縮量， L=25S=20 ∴ F=2647+462=3109N<5000N 查表 工作壓力取 1慮到為使液壓缸結構尺寸簡單緊湊，取工作壓力為2 由公式 24F D P? ??得： 64 4 3 1 0 9 4 5 . 73 . 1 4 2 1 0 0 . 9 5FD m ?? ? ?? ? ?式中 : D— 液壓缸內徑； P— 液壓缸工作壓力； ?— 液壓 缸工作效率， ? ＝ 由 66 標準系列將缸內徑圓整為 D＝ 50理查得活塞桿直徑 d＝ 32m， 體結構及驗算 缸體采用 45 號鋼無縫鋼管，由 67 查得可取缸筒外徑為 60m，則壁厚 ? ＝5 （ 1）液壓缸額定工作壓力 ()保證工作安全（李壯云， 2008）。 22 6 2 21221() 0 . 3 5 3 4 0 1 0 ( 0 . 0 6 0 . 0 5 )0 . 3 5 3 6 . 3 60 . 0 6 P ? ? ? ?? ? ? ? 式中： D— 缸筒內徑（ m）； 缸筒外徑（ m） ； σ s— 缸筒材料的屈服點，（ 45 號鋼為 340。 已知工作壓力 2故安全。 （ 2）為避免缸筒在工作時發(fā)生塑形變形，液壓缸的額定壓力 應與塑性變形壓力有一定的比例范圍。 抓斗式格柵清污機抓斗設計 8 中： 筒發(fā)生完全塑性變形時的壓力（ ，12 .3 s ??。 計算可得： 3 5 6 1 . 9 2 2 1 . 6 7 P? ? ?已知實際工作壓力 2故安全。 （ 3） 缸筒爆 裂壓力 ()T。 12 .3 ?? 查表知 45 號鋼 600?，則： 62 . 3 6 0 0 1 0 l g 1 . 2 1 0 9 . 2 7 P? ? ? ? ?3可知 筒兩端部的計算 （ 1）缸筒底部厚度的計算 此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設有油孔，則底部厚度為（李壯云， 2008）： ? ? m a x 60 4 0 . 0 50 . 4 3 3 0 . 4 3 3 0 . 0 5 6 . 8( ) 1 2 0 1 0 0 . 0 3 8 m ?? ? ? ?? ? ?考慮結構要求，取 h＝ 10中： D— 缸筒內徑； 液壓缸最大工作壓力，取 24 ??? — 缸底材料的許用應力（ ，材料為 45 號鋼，b?＝ 600則 ??? ＝ 600 1205?? n 為安全系數，取 n＝ 5。 （ 2）缸筒底部聯(lián)接強度計算 缸筒底部采用外卡環(huán)聯(lián)接，材料為 35 號鋼，聯(lián)接圖如下： 圖 2卡環(huán)聯(lián)接圖 抓斗式格柵清污機抓斗設計 9 卡環(huán)尺寸一般?。? 5h l m m?? ? ? ; 12 2 . 52hh h m m? ? ?外卡環(huán) 側面上的擠壓應力c?（ 為 : 2 62m a x 114 1 0 ( 0 . 0 6 ) 2 5 . 0 4 3 1 0( 2 ) 0 . 0 5 ( 2 0 . 0 6 0 . 0 5 ) P a M P h???? ? ? ?? ? ? ?缸筒危險截面 上的拉應力 ? （ 為 : 2 62m a x 12 2 2 214 1 0 ( 0 . 0 6 ) 2 7 . 4 3 5 2 0( ) ( 0 . 0 6 0 . 0 5 ) ( 0 . 0 5 ) P a M P aD h D???? ? ? ?? ? ? ?故知缸筒底部聯(lián)接安全。 （ 3）缸筒端部聯(lián)接強度計算 缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下： 圖 2釘聯(lián)接圖 螺紋處的拉應力： 662213 4 7 01 0 1 0 2 6 . 2 6( 0 . 0 0 4 1 3 4 ) 444 P ?? ???? ? ? ? ??螺紋處的剪應力： 6610 3310 . 1 2 3 4 7 0 0 . 0 0 51 0 1 0 1 5 . 3 80 . 2 0 . 2 ( 0 . 0 0 4 1 3 4 ) 4K K F d M P ??? ? ?? ? ? ? ??? 則合成應力： ? ?223 3 7 . 4 1 2 0n M P a M P a? ? ? ?? ? ? ? ?則知螺紋連接處安全可靠。 式中： K— 擰緊螺紋的系數，取 K＝ 3； 螺紋連接處的摩擦系數 螺紋外徑（ m）， 螺紋底徑（ m）， 抓斗式格柵清污機抓斗設計 10 Z— 螺釘數量 Z＝ 4。 筒加工工藝要求 (1）缸筒內徑采用 合。表面粗糙度：活塞采用橡膠密封圈密封， 0.4 m? ，需研磨加工處理。 （ 2）缸筒內徑 D 的圓度公差值可按 9、 10 或 11 級精度選取，圓柱度公差值可按 8級精度選取 (下為缸筒機加工圖 ) 圖 2筒機加工圖 （ 3）缸筒端面 T 的垂直度公差值按 7 級精度選取 （ 4）為了防止腐蝕和提高壽命，缸筒內表面應鍍以厚度為 30 ~ 40 m? 的鉻層，鍍后進行拋光（李柱， 2004）。 塞與活塞桿的設計計算 （ 1）活塞設 計 活塞的外徑與缸筒內徑一致為 D=50塞寬度 ， 這里取為 ，則 B＝ 50＝ 40是單作用彈簧缸，活塞與活塞桿采用較簡單的螺紋連接。活塞與缸筒內壁采用 王懋瑤， 2004） ?；钊Y構如下： 圖 2塞結構圖 對于無導向環(huán)活塞的材料，一般選用高強度鑄鐵 球墨鑄鐵 (陳大先， 2004)，這里我們選用 抓斗式格柵清污機抓斗設計 11 加工上，活塞外徑 D 對孔軸線的徑向圓跳動公差值，可按 7、 8 級精度加工，同時其圓柱度公差值，按 9、 10 級選?。欢嗣?線的垂直度公差值按 8級精度加工；外表面粗糙度控制在 0 0 之間。 （ 2）活塞桿設計 由前知活塞桿的直徑 d＝ 32塞一端用螺紋與活塞相連接，另一端也采用外螺紋與手指連接（如圖） 圖 2塞桿外端部結構圖 活塞桿直徑 d＝ 32取 3 0 2K K P M? ? ? ?， A＝ 40螺紋長短型） 活塞桿結構（如圖）采用實心桿 圖 2塞桿結構圖 桿體材料采用 35號鋼，加工后調質到硬度為 229～ 285要時，再經高 頻淬火，硬度達 45～ 55塞桿直徑 d 的圓柱度公差值，應按 8級精度加工，其圓度公差值，應按 9、 10 級精度加工；端面 級精度；外圓表面粗糙度應處于 0.8 m? 之間 （鄭修本， 1999） 。 驗算活塞桿的強度 取活塞桿的計算長度為 150塞桿已知 32 150 1032?， 屬于短行程活塞桿，主要驗算抗拉強度。 64 6 6 3 . 5 32 2 7 . 53 1 0 1 0m m? ? ??? ? ? ???已知 d＝ 32安全。 式中： F— 液壓缸最大推力， F 取 3109＝ D— 活塞桿直徑， 安全系數，一般取 3； s?— 活塞桿材料屈服極限（ ，查資料知 35 號鋼為 310 抓斗式格柵清污機抓斗設計 12 手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運 動范圍內的任意一點。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉和升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或氣缸）和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況分析，它在工作中既承受手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動有較多，故受力復雜。因而，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機械手的工作性能。（李允文， 1994） 部設計基本要求 臂部設計首先要實現所旭要求的運動，為此，要滿足下列幾項要求： （ 1） 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕； （ 2） 臂部運 動速度要高，慣性要??； （ 3） 手臂動作應靈活； （ 4） 位置精度要高。 除此之外，要求機械手的通用性好，能適應多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手還要設置防塵裝置等。 部結構的確定 （ 1）由前知，手臂的伸縮采用雙導向桿狀作用液壓缸手臂結構，導向管在導向套內移動，且導向管內設有通向夾緊缸的油管?；钊麠U只受拉壓作用，受力簡單，傳動平衡，外形整齊美觀，結構緊湊。 （ 2） 手臂的水平回轉采用液壓擺動缸驅動。 （ 3） 部設計計算 平伸縮缸的設計計算 （ 1）驅動力計算 根據液壓缸運動時所需克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅動力。 理論驅動力： F F F F F? ? ?理 回摩 密 慣＝估算參與手臂運動部件總重量 2 5 9 4 5 ＝ ，且重心位置距導向套前端面距離為 200 計算： 由于導向桿對稱布置，導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 由 0＝知 抓斗式格柵清污機抓斗設計 13 則： 2 4 5 2 0 0 81660b ? ? ?又 0Y ?? 則 8 1 6 2 4 5 5 7 1 G N? ? ? ? ?∴ . 1 5 1 3 8 7 2 0 8 F F F N??? ? ? ?摩 摩 摩 ＝ ＝ ＝式中： L— 重心距導向套前端距離（ 200 a — 導向套長度（ 60 ? — 當量摩擦系數，取 ? ＝ F 摩 的計算： 當液壓缸的工作壓力小于 10活塞桿直徑為液壓缸直徑的一半， 則活塞和活塞桿都采用 O 型密封圈，此時液壓缸的密封阻力為： 0 . 0 3F F F F?? 驅密 桿 活 塞 ＝ F 回 的計算：一般背壓阻力較小， F 回 ?。? F 慣 的計算： 2 4 5 0 . 1 5 1889 . 8 0 . 0 2??慣 ＝式中； v? －由靜止加速到常速的變化量（ m/s）； t? － 起動過程時間（ s），一般取 里取 t? ＝ 則： 2 0 8 0 . 0 5 0 . 0 3 1 8 8F F F? ? ? ?理 理 理得出 F 理 ＝ 408N 實際驅動力 24 0 8 1 0 2 00 . 8 N?? ? ? ?理實 ＝； 式中： k— 安全系數 k＝ 2； ? — 傳力機構機械效率 ? ＝ （ 2）結構尺寸的確定 缸內徑計算： 取工作壓力 P＝ 2則： 64 4 1 0 2 0 263 . 1 4 2 1 0 0 . 9 5FD m ?? ? ?? ? ?，圓整為 D＝ 32 根據強度要求，計算活塞桿直徑 d： ? ? 64 4 1 0 2 0 3 . 63 . 1 4 1 0 0 1 0Fd m m?? ?? ? ???， ??? — 材料許用應力， 碳鋼取 ??? ＝100 考慮結構要求，取 11 3 2 1 622d D m m? ? ? ?壁厚計算： 此缸工作壓力為 2屬低壓，則缸筒壁厚采用薄壁計算公式（成大先， 2004）： 抓斗式格柵清污機抓斗設計 14 ? ?m a x 4 3 2 0 . 6 42 2 1 0 0pD ? ?? ? ??，取 ? ＝ 4 聯(lián)接螺釘強度計算： 取螺釘數目 Z＝ 4，工作載荷： 1020 2554Q ? ?預緊力 1 . 3 1 . 8 2 5 5 5 9 6 . 7 ? ? ?。 則? ?1 64 4 5 9 6 . 7 2 . 23 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???，查手冊取螺紋直徑 6距 p＝料為 35 號鋼的內六角螺釘。 降缸的設計計算 （ 1）驅動力計算 經分析易知，升降缸在上升階段所需驅動力為最大，則以此為設計依據，此時相比伸縮缸，其驅動力還應加上手部上面各運動部件以及工件的重力。 理論驅動力； F F F F F G? ? ? ?理 回 總摩 密 慣＝， 估算 G 總 ＝ 450N F 摩 的計算： ； F 密 的計算：同理 0 . 0 3F F F F??驅密 桿 活 塞 ＝； F 回 的計算：回油背壓小，取 F 回 ＝ ； F 慣 的計算： 4 5 0 0 . 1 2309 . 8 0 . 0 2?????總慣 ＝。 則： 0 . 1 6 0 . 0 5 0 . 0 3 2 3 0 4 5 0F F F F? ? ? ? ?理 理 理 理得出 F 理 ＝ 810N 實際驅動力 28 1 0 2 0 2 50 . 8 N?? ? ? ?理實 ＝（ 2）結構尺寸的確定 缸內徑計算： 取工作壓力 P＝ 2則： 64 4 2 0 2 5 373 . 1 4 2 1 0 0 . 9 5FD m ?? ? ?? ? ?，圓整到 D＝ 40據強度要求，計算活塞桿直徑 d： ? ? 64 4 2 0 2 5 5 . 13 . 1 4 1 0 0 1 0Fd m m?? ?? ? ???， 同理取 11 4 0 2 022d D m m? ? ? ?。 結構上，活塞桿內部裝有花鍵及花鍵套，能實現導向作用，同時可使活塞桿在升降運動中傳動平穩(wěn)，且獲得較大剛度。 抓斗式格柵清污機抓斗設計 15 壁厚同伸縮缸一樣，取 ? ＝ 4 聯(lián)接螺釘強度計算： 取螺釘數目 Z＝ 4，工作載荷 2025 5064Q ? ?預緊力 1 . 3 1 . 8 5 0 6 1 1 8 4? ? ?。 則? ?1 64 4 1 1 8 4 3 . 73 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???，查手冊取螺紋直徑 6螺距 p＝料為 35 號鋼的內六角螺釘。 臂回轉液壓缸的設計計算 （ 1）驅動力矩的計算 驅動手臂水平回轉所需要的驅動力矩 M 驅 應該與手臂啟動時所產生的慣性力矩 M 慣及各密封裝置處的摩擦力矩 M 封 相平衡，若軸承處的摩擦力忽略不計：則M M M??驅 慣 封，在設計計算時，為簡化計算，可不計 M 封 。直接計入回 轉缸效率中，則 驅 ＝， ? 取 wM t??0慣 ＝ w? — 角速度變化量（ s），在起動過程中 w? ＝ w ； t? — 起動過程時間， t? ＝ 手臂回轉部件（包括工件）對回轉軸線的轉動慣量（ 2N m s?? ）。 經分析知，當手臂完全伸出時，此時0算此時回轉零件的重心到 轉軸線的距離為 ? ＝ 150： 20 m???＝ N m s?? 式中： 回轉零件對重心軸線的轉動慣量； m— 回轉零件的總質量。 則 1 0 . 6 8 7 0 3 . 1 41451 8 0 0 . 9 0 . 1M N m??? ? ?驅（ 2）回轉缸參數的計算 擺動缸驅動力 22() 1458p b D m? ??驅 ＝式中： D— 回轉缸內徑（ m）； d— 轉軸直徑（ m）； P— 回轉缸工作壓力，取 p＝ 2 B— 動片寬度（ m）。 抓斗式格柵清污機抓斗設計 16 為了減少動片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片 寬度（即液壓缸寬度）時，可選用 2 2 ，這里取 2 3 ，且 D=2d。 經計算得： d＝ 47 d＝ 50 D＝ 100b＝ 75 （ 3）缸蓋聯(lián)接螺栓和動片聯(lián)接螺釘強度計算 缸蓋聯(lián)接螺栓計算： 取螺栓數目 Z＝ 8 工作載荷 2 2 6( 0 . 1 0 . 0 5 ) 3 . 1 4 2 1 0 147232Q ? ? ?? ? ?計算載荷 1 . 3 2 . 6 1 4 7 2 4 9 7 5 ? ? ?螺栓內徑應滿足：? ?1 64 4 4 9 7 5 6 . 33 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???。 查手冊取 10稱長度 L＝ 100 動片聯(lián)接螺釘的計算： 螺釘數一般取雙數，對稱安裝，并用兩個銷釘定位。取 Z=6，則： 2 2 6 2 2( ) 0 . 0 7 5 2 1 0 ( 0 . 1 0 . 0 5 ) 75004 4 6 0 . 1 5 0 . 0 5Qb p D f d? ? ? ? ?? ? ?? ? ?式中： 每個螺釘的預緊力； f — 被聯(lián)接件配合面件的摩擦系數，鋼對鋼取 f ＝ 螺釘內徑? ?1 64 4 7 5 0 0 7 . 73 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???，查手冊取 10距 p＝ （ 4）軸承的選擇 軸承主要承受向心力，且轉速較低，故選用深溝球軸承，型號為： 6005 d－ D－ B： 25－ 47－ 12 （注：除夾緊缸外的另外三個缸的其它參數計算和校核，可參考夾緊缸部分。） 統(tǒng)參數的計算 定系統(tǒng)工作壓力 由前計算知，各缸的設計工作壓力均為 2 則系統(tǒng)工作壓力還應加上回路上油管及各管接頭的壓力損失，sp p p? ? ?。因此液壓系統(tǒng)較為簡單，估 算 p? ＝ 則 + 個液壓缸流量的計算 抓斗式格柵清污機抓斗設計 17 液壓系統(tǒng)所需流量為各液壓缸的最大流量（張利平， 2005）。當各缸為無桿腔進油時，此時即為各缸的最大流量，因此，在此只計算無桿腔的流量。 （ 1）夾緊缸流量計算 假設夾緊缸在夾緊過程中的行程為 l ＝ 25需時間 t＝ 平均速度為 : 25 5/0 . 5lv c m ? ? 已知缸內徑 D=505所需流量： 223 . 1 4 5 5 6 0 5 . 8 9 / m i 1 0 0 0DQ v l? ? ? ?? ? ??（ 2）手臂伸縮缸流量計算 由前知，伸縮缸行程為 l ＝ 300設運動時間 t ＝ 2s，則平均速度為： 300 1 5 /2lv c m ? ? 已知缸內徑 D＝ 32所需流量： 223 . 1 4 3 . 2 1 5 6 0 7 . 2 3 / m i 1 0 0 0DQ v l? ? ? ?? ? ??（ 3）手臂升降缸流量計算 由前知，升降缸行程 l ＝ 200設運動時間為 t ＝ 2s，則平均速度為： 200 1 0 /2lv c m ? ? 已知缸內徑 D