841 數(shù)控機床自動夾持搬運裝置,數(shù)控機床,自動,夾持,搬運,裝置 畢業(yè)設計(論文)說明書題 目： 數(shù)控機床自動夾持搬運裝置 的液壓系統(tǒng)設計 作 者： 學 號： 系 (院) ： 專業(yè)班級 ： 指導者： 評閱者： 年 月 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 中 文 摘 要數(shù)控機床自動夾持搬運裝置的液壓系統(tǒng)設計摘 要：數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求。用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。機械手用于各種工藝裝備上，其中包括組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機床。工業(yè)機器人裝備有自動可換夾持裝置，其中雙夾持器的裝置用來保證同時操作毛坯和在加工的零件。本設計主要針對機械手的液壓系統(tǒng)，確定液壓系統(tǒng)中各個部分的功能，并且對各種執(zhí)行元件進行計算分析，最終完成液壓原理圖。關鍵詞：可換夾持裝置 液壓元件 雙夾持器畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System DesignAbstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of movement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps.Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles目 錄1 概述……………………………………………………………………………………… 11.1 課題背景……………………………………………………………………… 11.2 課題內(nèi)容………………………………………………………………………… 11.3 課題的意義………………………………………………………………………… 21.4 課題的創(chuàng)新點………………………………………………………………………… 22 機械手的功能設計…………………………………………………………………… 22.1 機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能…………………………………………………………… 22.2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合…………………………………………………………52.3 機械手電磁鐵動作循環(huán)表…………………………………………………………… 62.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設計……………………………………………………… 63 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設計計算……………………………………………………… 63.1 負載分析………………………………………………………………………………… 63.2 液壓馬達的負載…………………………………………………………………………93.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定…………………………………………………………………103.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率………………………………………113.5 擬定液壓原理圖………………………………………………………………………113.6 選擇液壓元件………………………………………………………………………………123.7 液壓缸基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………143.8 液壓缸結(jié)構(gòu)強度計算和穩(wěn)定校驗…………………………………………………………173.9 液壓傳動用油的選擇………………………………………………………………………224 驗算系統(tǒng)液壓性能………………………………………………………………………234.1 壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整…………………………………………………………234.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算…………………………………………………………………264.3 濾油器的選擇………………………………………………………………………………26結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 30致謝 …………………………………………………………………………………… 31參考文獻………………………………………………………………………………321 概述1．1 課題背景現(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、自動化工廠（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS ）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲委員會（UNECE）和國際機器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從 20 世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入 20 世紀 90 年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長率平均在 10%左右。2004 年增長率達到闖記錄的 20%。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達 43%。在自動化生產(chǎn)領域中，工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機械手的是從工業(yè)機器人中分支出來的。其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)具有準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。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。機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動-傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分：機械式、電氣式、液壓式和復合式，其中液壓操作力最大。本課題是數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求、用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。1．2 課題內(nèi)容本課題的基本內(nèi)容是：1）功能原理方案分析2）液壓系統(tǒng)原理圖設計3）液壓系統(tǒng)的計算4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設計5）編寫計算說明書1．3 課題的意義本課題所研究的數(shù)控機床的裝夾裝置屬于工業(yè)機器人這一范疇，對它的研究實際上就是對工業(yè)機器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、自動化工廠（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。隨著加工行業(yè)在我國的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的自動化裝備水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，代替工人完成惡劣環(huán)境下危險、繁重的勞動。1．4 課題的創(chuàng)新點采用手動換向閥變換夾持方式，既可以雙夾持也可以單夾持。2 機械手的功能設計2．1 機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能2.1.1 液壓站圖 2-1 液壓站液壓原理圖1．蓄能器 2 精過濾器 3.壓力繼電器 4.減壓閥 5.冷卻器 6.液壓馬達本設計應用液壓站供應小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。同時液壓站能夠相應于在主干線恒壓下進入液壓系統(tǒng)的耗油量來自動變化可調(diào)泵的供給量。液壓站還進行油的冷卻，并能防止在斷路狀態(tài)下液壓系統(tǒng)中漏油。2..1.2 小車驅(qū)動裝置圖 2-2 小車驅(qū)動裝置液壓原理圖1.液壓馬達 M1 2.單向閥 3.液壓分配器 4.步進電動機小車的驅(qū)動裝置由液壓馬達 M1 和成套步進驅(qū)動系統(tǒng)組成。當信號傳遞到步進馬達M5 時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器的滑閥，他連接著壓力管和溢流管與相應的液壓馬達腔。液壓馬達之間的連接使其在軸上的力矩方向相反，以保持在齒輪齒條傳動中的無隙嚙合。在電液步進驅(qū)動裝置的液壓馬達傳動時，其與分配器滑閥剛性相連的軸，使得滑閥回到初始位置，從而實現(xiàn)位置反饋。手臂滑板移動用線性電液步進式驅(qū)動裝置和手臂擺動用線性電液步進驅(qū)動裝置是由步進電動機（M3 和 M4） 、隨動分配器和液壓缸組成，液壓缸活塞桿內(nèi)裝有位置反饋螺旋機構(gòu)。在信號傳遞到步進電動機時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器滑閥，開啟進入液壓缸油通道。液壓缸活塞平行運動通過螺旋傳動變?yōu)榻z桿傳動，而通過齒輪傳動和螺旋副變?yōu)榛y軸向移動。單向閥的作用是用來防止液壓設備斷路時手臂桿件自然下垂。2.1.3 機械手腕轉(zhuǎn)動（擺動）圖 2-3 機械手手腕擺動（轉(zhuǎn)動）液壓原理圖1.定位器 2.液壓缸液壓操縱盤 控制手腕轉(zhuǎn)動（擺動） ，取決于電磁鐵 Y7 或 Y8 及 Y6，由取決于手1??腕（頭部）擺動方向的旋轉(zhuǎn)指令控制。此時定位器的活塞克服彈簧力向上運動，并通過杠桿推動隨動滑閥，開啟油道通路，油通過分配器 P2 到液壓馬達 M2 的腔內(nèi)。此后，當液壓馬達達到所需的轉(zhuǎn)速時，信號進入電磁鐵斷路，從而使手腕固定和分配器 P2 斷路。液壓馬達轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。在指令傳遞到液壓滑閥 上的分配器 P3 和 P4 時，液壓馬達 M3 使手腕轉(zhuǎn)動。在電2?磁鐵 P4 接通時，油在壓力下進入控制液壓缸左腔。此時電磁鐵 Y5 斷開，則活塞移動到極右位置，通過杠桿 17 推動隨動閥，并且開啟油通道，使油進入液壓馬達 M3 腔內(nèi)。杠桿 17 的另一端安裝在手腕傳動部分的靠模保持接觸。這樣當手腕轉(zhuǎn)動一定角度時（例如在極右位置）杠桿 17 使隨動閥回到中間位置，且液壓馬達 M3 停止轉(zhuǎn)動。當電磁鐵 Y5 接通，Y4 斷開，油在壓力下進入控制液壓缸右腔，而其左腔與排油孔相連；活塞移動到左邊位置，且液壓馬達 M3 將手腕轉(zhuǎn)動到靠模的相應突緣上。在電磁鐵 Y2 和 Y5 接通時，液壓缸 2 兩腔均與壓力管路相連，而由于活塞面積，使他停在套筒擋塊所確定的中間位置上。液壓馬達轉(zhuǎn)動手腕到靠模中間凸緣上。2.1.4 夾持器驅(qū)動裝置圖 2-4 夾持裝置液壓原理圖1.手動換向閥 2.單向閥液壓缸 的驅(qū)動裝置不但用于帶雙夾持器，又用于單夾持器。按夾持器型式，液壓3?操縱盤 的閥式分配器用手動擺放在左面或右面的位置。用單夾持器工作時用液壓分??配器 P5 進行控制。在接通電磁鐵 Y2 時，夾持器張開；而在斷開 Y2 時，夾持器產(chǎn)生壓緊動作。裝在液壓操縱盤上的單向閥防止在系統(tǒng)中壓力下降時，夾持器迅速松開。在雙夾持工作時，通過接通電磁鐵 Y2 或 Y3 來傳遞給每一只手臂的松開指令。當兩個磁鐵接通時（或斷開） ，夾持器同時被彈簧壓緊。2．2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合總之，本次設計的機械手的總的功能如以下圖所示：圖 2-5 機械手總功能示意圖小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置都需要液壓系統(tǒng)來調(diào)控。2．3 機械手電磁鐵動作循環(huán)表表 2-1 機械手工作狀態(tài)以及動作電 磁 鐵控制目標 工作狀態(tài)Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8啟動 -液壓站工作 +夾緊 + - +松開 + + -夾持器傳動裝置中間位置 + + + -向右 + + -向左 + - +中間位置 + + +手腕（頭部）回轉(zhuǎn)傳動裝置停止 + - -向右 + + + -向左 + + - +手腕（頭部）擺動傳動裝置停止 + - - -2.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設計液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達。前者實現(xiàn)直線運動，后者實現(xiàn)回旋運動，對于單純并且簡單的直線運動或回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，可以分別采用液壓缸或液壓馬達直接驅(qū)動。根據(jù)設計目標及現(xiàn)有條件,在查閱有關資料和實物調(diào)研的基礎上,構(gòu)建本機械手的總本設計方案如下:1.設計成一個數(shù)控機床搬運機械手,用于將工件從工位 I 搬運到工位Ⅱ。2.本機械手包含手指夾緊工件,手臂轉(zhuǎn)位,手指松開卸料,手臂復位四個基本動作,采用手動上下料等功能。3.具備自動與手動操作兩種工作方式并能快速靈活地切換且互鎖.手動方式下操作者可以隨意地完成這四個基本動作的任意組合;自動方式下機械手的一個工作循環(huán)包括夾緊,轉(zhuǎn)位,卸料,復位,能夠穩(wěn)定可靠地重復循環(huán)工作。3 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設計計算3．1 負載分析3．1．1 載荷的組成和計算如圖 1 表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。各參數(shù)標注圖上，其中Fw 是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m 是活塞與缸壁以及活塞桿遇導向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷 Fg，導軌的摩擦力 Ff 和由速度變化而產(chǎn)生的慣性力 Fa。圖 3-1 液壓缸受力 簡圖（1）工作載荷 Fd常見的工作載荷有作用于活塞桿上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力與活塞的運動方向相同為負相反為正。（2）導軌摩擦載荷 fF摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動工作機構(gòu)工作時所克服的機械摩擦阻力，對于機床來說，即導軌摩擦阻力，其值與導軌的形式，放置情況和運動狀態(tài)有關。在機床上經(jīng)常使用的平導軌和 V 型導軌水平放置。對于平道軌＝f× （3-fFn1）對于 V 型導軌＝f× /sin（Φ/2） （3-fn2）式中 Fn——作用在導軌上的法向力Φ——V 型導軌夾角f——導軌摩擦因數(shù)圖 3-2 平導軌圖 3-3 V 型導軌本課題采用平軌，故：＝f×fFnf 取滑動導軌（材料鑄鐵對鑄鐵）低速（v10cm 滿足最底速度的要求。223.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力，流量，功率根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力，在計算時工進時的背壓力按 Pb＝8×10 Pa 代入，快退時按5Pb＝5×10 Pa5代入公式和計算結(jié)果如下表：表 3-1 各工作階段的工作壓力，流量，功率負載 進油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率工作循環(huán) 計算公式F(N) P (Pa)JPn (Pa) L/min P(KW)差動快進 Pj＝ 21ApF???q＝v(A1 －A2)P＝P jp550.2 8.5×10 513.5×10 512.5 0.174工進 jqjVAbF??12479.1 38.5×10 58×10 50.32 0.021快退 2Pbj?jqVA?2408 13.1×10 55×10 512.9 0.218注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到 進油口之間的壓力損 失 ΔP＝5×10Pa，而Pn＝P ＋ΔPj2．快退時，液壓缸有桿腔進油。壓力為 P ，無桿腔回油，壓力為 Pn。j3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.5.1 選擇液壓基本回路1．確定調(diào)速方式及供油形式在液壓缸的初步計算前，已經(jīng)確定了采用調(diào)速閥的進口節(jié)流調(diào)速，因此相應采用開式循環(huán)系統(tǒng)，這種調(diào)速回路具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性。2．快速運動回路和速度換接回路根據(jù)本設計的運動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油，兩種快速回路來實現(xiàn)快速運動，即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。采用二位三通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉(zhuǎn)為工進，與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺行程開關控制，管路較簡單，行程大小餓容易調(diào)整，另外采用液壓控制順序閥與單項閥來切斷差動油路，因此速度換接回路為形成和壓力聯(lián)合控制形式。3．換向回路選擇本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為提高換向的位置精度，采用壓力繼電器的行程終點反程控制。3.5.2 組成液壓系統(tǒng)將選定的液壓回路進行組合，并做出休整，即組成液壓系統(tǒng)圖。3.6 選擇液壓元件3.6.1 選擇液壓泵液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，再無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是采用變量泵供油。對長時間所需油量較小的情況，可增設蓄能器作輔助油源。工進階段液壓缸工作壓力最大。若取壓力損失 ＝5×10 Pa 壓力繼電器可靠??p5動作需要壓力差為 5×10 Pa 液壓泵最高工作液壓可按：5 aap pP 8.410)58.3(1051 ?????????因此泵的額定壓力可取Pa556.42.?ar p工進所需的流量最小是 0.32L/min，設備流量最小流量為 2.5L/min，則小流量泵的流量按公式 即max1qkp?＝2.85L/minmin/)5.23.01(Lp??快進快退時液壓缸所需的最大流量是 12.9L/min，則泵的總流量為： i/.149.qp?即大流量泵的流量： in/35.in/)85.2(12 LLpp??根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本選用 YB-4/12 型的雙聯(lián)葉片泵，該泵的額定壓力為 6.3MP，額定轉(zhuǎn)速為 960r/min。3.6.2 電動機的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵 1 的流量為： smsmqp /1067./)60/4( 3231 ??????大泵的流量為： /./)/( 3532 ??差動快進快退時兩個泵同時向系統(tǒng)供油，工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載，下面計算三個階段所需要的電動機功率 P 。01.差動快進差動快進時，大泵 2m 出口油經(jīng)單向閥與小泵匯合，然后經(jīng)單向閥 2，三位五通閥 3，二位三通閥 4 進入液壓缸大腔，大腔的壓力 查樣本可知，小泵的出口aPj81105.??壓力損失 ，于是計算可得小泵的出口壓力 （總效率Pa510.??? a53） ，大泵出口壓力 （總效率 ） 。電動機效率為：5.01?ap520.4??.2??? 463)5.0114.6713( 3321 ??? ??qpP2．工進考慮到調(diào)速閥所需最小壓力 壓力繼電器可靠動作所需壓力差aP510???因此工進時小泵的出口壓力 而大泵的卸載aP5210??? aP5211 108.4????壓力取 （小泵的總效率 ）電動機功率：3,6.??大 泵 總 效 率綜合比較 ?? 926)5.085.071.6(3212 ??? ??qP快退時所需功率最大，因此選用 Y90l-6 異步電動機，電動機功率 1.1KW，額定轉(zhuǎn)速910r/min.3.6.3 選擇液壓閥根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中最高的工作壓力與通過的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，本設計中所有閥是壓力為 63×10 額定流量根據(jù)通過的流量是確定為5aP10L/min，30L/min 和 63L/min 三種規(guī)格。表 3-2 液壓閥的流量、型號和規(guī)格序號元件名稱通過流量（L/min）vQ額定流量（L/min）n額定壓力（MPa）p額定壓降（MPanA）型號、規(guī)格1 過濾器 34.8 63 1.6 0.07 XU-A63×502 單向閥 34.8 30 6.3 0.1mm） 、普通的（d>0.01mm） 、精的（d>0.005mm） 、特精的（d>0.001mm） 。不同的液壓系統(tǒng)，對濾清器的過濾精度要求如下表：表 4-1 濾清器的過濾精度要求系統(tǒng)類別 潤滑系統(tǒng) 傳動系統(tǒng) 隨動系統(tǒng) 特殊要求系統(tǒng)壓 力(Pa) 0--25 ≤70 >70 ≥350 ≤210 ≤350顆粒度（mm） ≤0.1 ≤0.025-0.05 ≤0.025 ≤0.005 ≤0.005 ≤0.0012. 能滿足液壓系統(tǒng)對過濾能力的要求濾油器的過濾能力，是指在一定壓差下，允許通過濾油器的最大流量。一般用濾油器的有效過濾面積（濾芯上能通過的油液的總面積）來表示。對濾油器過濾能力的要求，應結(jié)合濾油器在系統(tǒng)中的安裝位置來考慮。如安裝在液壓泵吸油管路上的濾油器，其過濾能力應為液壓泵流量的兩倍以上。3. 濾油器的材料應具有一定的機械強度，保證在一定的工作壓力下不會因液壓力的作用而受到破壞4. 在一定的工作溫度下，應能保證性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性5. 有良好的抗腐蝕能力6. 結(jié)構(gòu)盡量簡單，尺寸緊湊7. 便于清洗維護，便于更換濾芯8. 造價低廉4.3.2 濾油器的種類濾油器按過濾精度分粗、普通、精、特精四類。濾油器還可按濾芯的結(jié)構(gòu)分類1. 網(wǎng)式濾油器，油液流經(jīng)此濾油器時，由濾網(wǎng)上的小孔起濾清作用。2. 線隙式濾油器，濾芯由金屬絲繞制而成，依靠金屬絲間的微小間隙來過濾混入油液中的雜質(zhì)。3. 紙質(zhì)濾油器，濾芯為多層酚醛樹脂處理過的微孔濾紙，由微孔濾掉混入油液中的雜質(zhì)。4. 磁性濾油器，依靠永久磁鐵，利用磁化原理來濾除混入油液中的鐵屑。5. 燒結(jié)式濾油器，濾芯為顆粒狀青銅粉末等金屬粉末壓制燒結(jié)而成，利用顆粒之間的微孔濾去混入油液中的雜質(zhì)。6. 不銹鋼纖維濾油器，濾芯為不銹鋼纖維壓制制成，由纖維絲之間的間隙濾掉混入油液中的雜質(zhì)，這種濾油器的過濾精度高，可承受 200bar 的壓差，可以清洗，但因為濾芯價格昂貴，一般液壓系統(tǒng)并不采用，只推薦在高壓伺服系統(tǒng)中應用。7. 合成樹脂濾油器，濾芯由一種無機纖維經(jīng)液態(tài)樹脂浸滯處理制成。由于微孔很小、牢度很大，因此過濾精度高，且能承受 210bar 的壓差。4.3.3 線隙式濾油器如圖 4-1 所示，線隙式濾油器的濾芯由銅絲（d=0.4mm）繞成，依靠銅絲間的微小間隙來濾除混入油液中的雜質(zhì)。線隙式濾油器分為壓油管路用線隙式濾油器和吸油管路用線隙式濾油器兩種。圖 4-1 線隙式濾油器圖示為壓油管路用線隙式濾油器，有外殼 1；當用于吸油管路時不用外殼，濾芯部分2 直接進入油液中。壓油管路用線隙式濾油器的過濾精度分 0.03 mm 和 0.08mm 兩類，壓力損失小于 0.6bar；吸油管路用濾油器的過濾精度分 0.05mm 和 0.1mm 兩類，壓力損失小于 0.2bar。線隙式濾油器結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，過濾精度比網(wǎng)示濾油器高，缺點是不易清洗，一般用于低壓回路或輔助回路。4.3.4 濾油器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置和維護安裝位置濾油器的連接形式有板式、管式和法蘭式三種，可以安裝在液壓泵的吸油管路上、壓油管路上、回油路上、輔助泵的輸油路上、支流管路上或單獨過濾。本課題中濾油器安裝在液壓泵的吸油管路上，如圖 4-2 ，將粗濾油器裝在液壓泵的吸油管路上，主要目的是保護液壓泵免遭較大顆粒雜質(zhì)的直接傷害。為了不置影響液壓泵的吸油能力，裝在吸油管路上的濾油器的通油能力應大于液壓泵流量的兩倍。濾油器應經(jīng)常清洗，以免過多增加液壓泵的吸油能力。圖 4-2 濾油器安裝位置結(jié) 論這次畢業(yè)設計，我主要對機械手液壓系統(tǒng)進行設計。機械手有下列基本組成部分：小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。而液壓系統(tǒng)是上述各裝置的動力來源。為了更好的對液壓系統(tǒng)進行分析，首先對機械手的四個主要的動作進行了液壓回路計算和方案設計。運用的方案都是根據(jù)機械手自身的特點而選擇采用的，并且，經(jīng)過性能驗算是可以使用的。擬定了機械手液壓系統(tǒng)原理圖后，再對液壓系統(tǒng)的主要元件進行了選擇，依據(jù)的原則是系統(tǒng)的流量和壓力。在對液壓缸和液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計過程中，通過對各種結(jié)構(gòu)方案的選擇比較，確定各部分的結(jié)構(gòu)，最終繪出液壓缸和油箱的裝配圖，完成此次設計任務。通過這次綜合設計，我在各方面都得到較全面的鍛煉。比如：能學會全面系統(tǒng)得查找翻閱有關資料，研究分析設計數(shù)據(jù)，這樣一來，培養(yǎng)了自己嚴謹踏實的學習工作態(tài)度及獨立完成任務的能力。綜合多學科知識，使自己在大學四年中所學的功課內(nèi)容得到全面的完善，從而提高知識結(jié)構(gòu)水平，為今后工作打下堅實的基礎。設計繪圖中，能認真分析各種零件的特點及其間的相互作用關系，能學會用計算機編寫設計說明書，學會用公式編輯器編寫公式，AutoCAD 繪制圖形等多種計算機軟件知識。通過設計，我深刻感到自己所學的知識遠遠不夠。設計中，還有眾多問題須向老師請教，以及對實際感性認識的不夠。所以，今后工作，自己還應繼續(xù)學習，提高自己的工作能力。當然，由于本人設計水平有限，不足之處難免，希望老師提出寶貴意見，本人不勝感激。致 謝幾個月畢業(yè)設計工作已接近尾聲，這本次畢業(yè)設計中，也遇到了很多的困難，得到了很多幫助。在這里我最該感謝我的指導老師 XX 給我們的巨大幫助，在 XX 老師不斷的悉心指導和幫助下，本學期的畢業(yè)設計才能順利的有條不紊地進行，使我能很好的按時完成了設計任務。XX 老師為人和藹可親，對工作兢兢業(yè)業(yè)，在學術研究方面態(tài)度嚴謹，知識淵博，研究成果豐厚。更重要的是他著重培養(yǎng)我們嚴謹、認真、科學的研究態(tài)度，為畢業(yè)以后的實際工作需要打下了良好的基礎，可以說是我今后工作的良好開端。在此我還要衷心感謝機械系和院領導對我們的關心。參 考 文 獻[1] 雷天覺 .新編液壓工程手冊. 機械工業(yè)出版社.1998[2] 路甬祥. 液壓氣動技術手冊.機械工業(yè)出版社.2002[3] 吉林工業(yè)大學等校編.工程機械液壓與液力傳動.機械工業(yè)出版社.1979[4] 馬永輝等編 .工程機械液壓系統(tǒng)設計計算.機械工業(yè)出版社.1985[5] 大連理工大學工程畫教研室.機械制圖.第 4 版.北京：高等教育出版社，1993.[6] 機械工程手冊.機械工程手冊機電工程手冊編輯委員會編.北京：機械工業(yè)出版社，1982.[7] 吳宗澤. 機械機構(gòu)設計.北京：機械工業(yè)出版社，1988.[8] 戌大先. 機械設計圖冊（第四卷）.北京：化學工業(yè)出版社，1997.[9] 吳宗澤. 機械結(jié)構(gòu)設計.北京：機械工業(yè)出版社，1988.[10] 工程手冊編委會 .機械工程手冊.第 6 卷.北京：機械工業(yè)出版社,1982.[11] 濮良貴，紀名剛 .機械設計.第 7 版.北京：高等教育出版社，2001.[12] 徐灝.機械設計手冊.第 2 版.北京：機械工業(yè)教育出版社，2000.[13] 成大先. 機械設計手冊.第三版第四卷.北京：化學工業(yè)出版社,1996.畢業(yè)設計(論文)說明書題 目： 數(shù)控機床自動夾持搬運裝置 的液壓系統(tǒng)設計 作 者： 學 號： 系 (院) ： 專業(yè)班級 ： 指導者： 評閱者： 年 月 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 中 文 摘 要數(shù)控機床自動夾持搬運裝置的液壓系統(tǒng)設計摘 要：數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求。用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。機械手用于各種工藝裝備上，其中包括組成柔性自動化系統(tǒng)的數(shù)控金屬切削機床。工業(yè)機器人裝備有自動可換夾持裝置，其中雙夾持器的裝置用來保證同時操作毛坯和在加工的零件。本設計主要針對機械手的液壓系統(tǒng)，確定液壓系統(tǒng)中各個部分的功能，并且對各種執(zhí)行元件進行計算分析，最終完成液壓原理圖。關鍵詞：可換夾持裝置 液壓元件 雙夾持器畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Numerically Controlled Machine Tools Automatically Handling Devices Hydraulic Rescue System DesignAbstract: Numerically controlled machine tools, spare parts and dedicated to her rescue and automatic operation of the device, the more freedom of movement and strict action sequence. Driven by hydraulic achievable moves automatically cycle for automation and high efficiency. Mechanical hand for various processes and equipment, including the digital automation system composed soft metal cutting machine tools. Industrial robots are equipped with automatic convertible rescue devices, including devices used to ensure that double-rescue devices at the same time and in the processing operation blank parts. The design of the hydraulic system mainly mechanical hand, identifying the functions of the various parts of the hydraulic system, and implementation of various components in the calculation of analysis, and ultimately complete hydraulic principles maps.Keywords: Convertible rescue devices ; Hydraulic components; Double-rescue vehicles目 錄1 概述……………………………………………………………………………………… 11.1 課題背景……………………………………………………………………… 11.2 課題內(nèi)容………………………………………………………………………… 11.3 課題的意義………………………………………………………………………… 21.4 課題的創(chuàng)新點………………………………………………………………………… 22 機械手的功能設計…………………………………………………………………… 22.1 機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能…………………………………………………………… 22.2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合…………………………………………………………52.3 機械手電磁鐵動作循環(huán)表…………………………………………………………… 62.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設計……………………………………………………… 63 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設計計算……………………………………………………… 63.1 負載分析………………………………………………………………………………… 63.2 液壓馬達的負載…………………………………………………………………………93.3 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定…………………………………………………………………103.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、功率………………………………………113.5 擬定液壓原理圖………………………………………………………………………113.6 選擇液壓元件………………………………………………………………………………123.7 液壓缸基本參數(shù)的確定……………………………………………………………………143.8 液壓缸結(jié)構(gòu)強度計算和穩(wěn)定校驗…………………………………………………………173.9 液壓傳動用油的選擇………………………………………………………………………224 驗算系統(tǒng)液壓性能………………………………………………………………………234.1 壓力損失的驗算及泵壓力的調(diào)整…………………………………………………………234.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱和溫升驗算…………………………………………………………………264.3 濾油器的選擇………………………………………………………………………………26結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 30致謝 …………………………………………………………………………………… 31參考文獻………………………………………………………………………………321 概述1．1 課題背景現(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、自動化工廠（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS ）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲委員會（UNECE）和國際機器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從 20 世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入 20 世紀 90 年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度較快，年增長率平均在 10%左右。2004 年增長率達到闖記錄的 20%。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達 43%。在自動化生產(chǎn)領域中，工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的。工業(yè)機械手的是從工業(yè)機器人中分支出來的。其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)具有準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。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。機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動-傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動-傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分：機械式、電氣式、液壓式和復合式，其中液壓操作力最大。本課題是數(shù)控機床上專用于工件和零件的夾持和自動運轉(zhuǎn)的裝置，其運動自由度多，且有嚴格的動作順序要求、用液壓驅(qū)動可實現(xiàn)動作自動循環(huán)，利于自動化和高效率等要求。1．2 課題內(nèi)容本課題的基本內(nèi)容是：1）功能原理方案分析2）液壓系統(tǒng)原理圖設計3）液壓系統(tǒng)的計算4）油箱與執(zhí)行元件工作圖設計5）編寫計算說明書1．3 課題的意義本課題所研究的數(shù)控機床的裝夾裝置屬于工業(yè)機器人這一范疇，對它的研究實際上就是對工業(yè)機器人的研究?，F(xiàn)在工業(yè)機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術極其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS） 、自動化工廠（FA） 、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式。隨著加工行業(yè)在我國的迅速發(fā)展，各行各業(yè)的自動化裝備水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，代替工人完成惡劣環(huán)境下危險、繁重的勞動。1．4 課題的創(chuàng)新點采用手動換向閥變換夾持方式，既可以雙夾持也可以單夾持。2 機械手的功能設計2．1 機械手液壓系統(tǒng)的各部分功能2.1.1 液壓站圖 2-1 液壓站液壓原理圖1．蓄能器 2 精過濾器 3.壓力繼電器 4.減壓閥 5.冷卻器 6.液壓馬達本設計應用液壓站供應小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。同時液壓站能夠相應于在主干線恒壓下進入液壓系統(tǒng)的耗油量來自動變化可調(diào)泵的供給量。液壓站還進行油的冷卻，并能防止在斷路狀態(tài)下液壓系統(tǒng)中漏油。2..1.2 小車驅(qū)動裝置圖 2-2 小車驅(qū)動裝置液壓原理圖1.液壓馬達 M1 2.單向閥 3.液壓分配器 4.步進電動機小車的驅(qū)動裝置由液壓馬達 M1 和成套步進驅(qū)動系統(tǒng)組成。當信號傳遞到步進馬達M5 時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器的滑閥，他連接著壓力管和溢流管與相應的液壓馬達腔。液壓馬達之間的連接使其在軸上的力矩方向相反，以保持在齒輪齒條傳動中的無隙嚙合。在電液步進驅(qū)動裝置的液壓馬達傳動時，其與分配器滑閥剛性相連的軸，使得滑閥回到初始位置，從而實現(xiàn)位置反饋。手臂滑板移動用線性電液步進式驅(qū)動裝置和手臂擺動用線性電液步進驅(qū)動裝置是由步進電動機（M3 和 M4） 、隨動分配器和液壓缸組成，液壓缸活塞桿內(nèi)裝有位置反饋螺旋機構(gòu)。在信號傳遞到步進電動機時，其轉(zhuǎn)子通過螺旋傳動推動液壓分配器滑閥，開啟進入液壓缸油通道。液壓缸活塞平行運動通過螺旋傳動變?yōu)榻z桿傳動，而通過齒輪傳動和螺旋副變?yōu)榛y軸向移動。單向閥的作用是用來防止液壓設備斷路時手臂桿件自然下垂。2.1.3 機械手腕轉(zhuǎn)動（擺動）圖 2-3 機械手手腕擺動（轉(zhuǎn)動）液壓原理圖1.定位器 2.液壓缸液壓操縱盤 控制手腕轉(zhuǎn)動（擺動） ，取決于電磁鐵 Y7 或 Y8 及 Y6，由取決于手1??腕（頭部）擺動方向的旋轉(zhuǎn)指令控制。此時定位器的活塞克服彈簧力向上運動，并通過杠桿推動隨動滑閥，開啟油道通路，油通過分配器 P2 到液壓馬達 M2 的腔內(nèi)。此后，當液壓馬達達到所需的轉(zhuǎn)速時，信號進入電磁鐵斷路，從而使手腕固定和分配器 P2 斷路。液壓馬達轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。在指令傳遞到液壓滑閥 上的分配器 P3 和 P4 時，液壓馬達 M3 使手腕轉(zhuǎn)動。在電2?磁鐵 P4 接通時，油在壓力下進入控制液壓缸左腔。此時電磁鐵 Y5 斷開，則活塞移動到極右位置，通過杠桿 17 推動隨動閥，并且開啟油通道，使油進入液壓馬達 M3 腔內(nèi)。杠桿 17 的另一端安裝在手腕傳動部分的靠模保持接觸。這樣當手腕轉(zhuǎn)動一定角度時（例如在極右位置）杠桿 17 使隨動閥回到中間位置，且液壓馬達 M3 停止轉(zhuǎn)動。當電磁鐵 Y5 接通，Y4 斷開，油在壓力下進入控制液壓缸右腔，而其左腔與排油孔相連；活塞移動到左邊位置，且液壓馬達 M3 將手腕轉(zhuǎn)動到靠模的相應突緣上。在電磁鐵 Y2 和 Y5 接通時，液壓缸 2 兩腔均與壓力管路相連，而由于活塞面積，使他停在套筒擋塊所確定的中間位置上。液壓馬達轉(zhuǎn)動手腕到靠模中間凸緣上。2.1.4 夾持器驅(qū)動裝置圖 2-4 夾持裝置液壓原理圖1.手動換向閥 2.單向閥液壓缸 的驅(qū)動裝置不但用于帶雙夾持器，又用于單夾持器。按夾持器型式，液壓3?操縱盤 的閥式分配器用手動擺放在左面或右面的位置。用單夾持器工作時用液壓分??配器 P5 進行控制。在接通電磁鐵 Y2 時，夾持器張開；而在斷開 Y2 時，夾持器產(chǎn)生壓緊動作。裝在液壓操縱盤上的單向閥防止在系統(tǒng)中壓力下降時，夾持器迅速松開。在雙夾持工作時，通過接通電磁鐵 Y2 或 Y3 來傳遞給每一只手臂的松開指令。當兩個磁鐵接通時（或斷開） ，夾持器同時被彈簧壓緊。2．2 機械手液壓系統(tǒng)的功能綜合總之，本次設計的機械手的總的功能如以下圖所示：圖 2-5 機械手總功能示意圖小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置都需要液壓系統(tǒng)來調(diào)控。2．3 機械手電磁鐵動作循環(huán)表表 2-1 機械手工作狀態(tài)以及動作電 磁 鐵控制目標 工作狀態(tài)Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8啟動 -液壓站工作 +夾緊 + - +松開 + + -夾持器傳動裝置中間位置 + + + -向右 + + -向左 + - +中間位置 + + +手腕（頭部）回轉(zhuǎn)傳動裝置停止 + - -向右 + + + -向左 + + - +手腕（頭部）擺動傳動裝置停止 + - - -2.4 機械手液壓系統(tǒng)方案設計液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓馬達。前者實現(xiàn)直線運動，后者實現(xiàn)回旋運動，對于單純并且簡單的直線運動或回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，可以分別采用液壓缸或液壓馬達直接驅(qū)動。根據(jù)設計目標及現(xiàn)有條件,在查閱有關資料和實物調(diào)研的基礎上,構(gòu)建本機械手的總本設計方案如下:1.設計成一個數(shù)控機床搬運機械手,用于將工件從工位 I 搬運到工位Ⅱ。2.本機械手包含手指夾緊工件,手臂轉(zhuǎn)位,手指松開卸料,手臂復位四個基本動作,采用手動上下料等功能。3.具備自動與手動操作兩種工作方式并能快速靈活地切換且互鎖.手動方式下操作者可以隨意地完成這四個基本動作的任意組合;自動方式下機械手的一個工作循環(huán)包括夾緊,轉(zhuǎn)位,卸料,復位,能夠穩(wěn)定可靠地重復循環(huán)工作。3 機械手液壓系統(tǒng)機構(gòu)設計計算3．1 負載分析3．1．1 載荷的組成和計算如圖 1 表示一個以液壓缸為執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)計算簡圖。各參數(shù)標注圖上，其中Fw 是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m 是活塞與缸壁以及活塞桿遇導向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外部載荷 Fg，導軌的摩擦力 Ff 和由速度變化而產(chǎn)生的慣性力 Fa。圖 3-1 液壓缸受力 簡圖（1）工作載荷 Fd常見的工作載荷有作用于活塞桿上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力與活塞的運動方向相同為負相反為正。（2）導軌摩擦載荷 fF摩擦阻力是指液壓缸驅(qū)動工作機構(gòu)工作時所克服的機械摩擦阻力，對于機床來說，即導軌摩擦阻力，其值與導軌的形式，放置情況和運動狀態(tài)有關。在機床上經(jīng)常使用的平導軌和 V 型導軌水平放置。對于平道軌＝f× （3-fFn1）對于 V 型導軌＝f× /sin（Φ/2） （3-fn2）式中 Fn——作用在導軌上的法向力Φ——V 型導軌夾角f——導軌摩擦因數(shù)圖 3-2 平導軌圖 3-3 V 型導軌本課題采用平軌，故：＝f×fFnf 取滑動導軌（材料鑄鐵對鑄鐵）低速（v10cm 滿足最底速度的要求。223.4 計算液壓缸各工作階段的工作壓力，流量，功率根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖以及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力，在計算時工進時的背壓力按 Pb＝8×10 Pa 代入，快退時按5Pb＝5×10 Pa5代入公式和計算結(jié)果如下表：表 3-1 各工作階段的工作壓力，流量，功率負載 進油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率工作循環(huán) 計算公式F(N) P (Pa)JPn (Pa) L/min P(KW)差動快進 Pj＝ 21ApF???q＝v(A1 －A2)P＝P jp550.2 8.5×10 513.5×10 512.5 0.174工進 jqjVAbF??12479.1 38.5×10 58×10 50.32 0.021快退 2Pbj?jqVA?2408 13.1×10 55×10 512.9 0.218注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到 進油口之間的壓力損 失 ΔP＝5×10Pa，而Pn＝P ＋ΔPj2．快退時，液壓缸有桿腔進油。壓力為 P ，無桿腔回油，壓力為 Pn。j3.5 擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.5.1 選擇液壓基本回路1．確定調(diào)速方式及供油形式在液壓缸的初步計算前，已經(jīng)確定了采用調(diào)速閥的進口節(jié)流調(diào)速，因此相應采用開式循環(huán)系統(tǒng)，這種調(diào)速回路具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負載特性。2．快速運動回路和速度換接回路根據(jù)本設計的運動方式和要求，采用差動連接和雙泵供油，兩種快速回路來實現(xiàn)快速運動，即快進時，由大小泵同時供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。采用二位三通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉(zhuǎn)為工進，與采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，由工作臺行程開關控制，管路較簡單，行程大小餓容易調(diào)整，另外采用液壓控制順序閥與單項閥來切斷差動油路，因此速度換接回路為形成和壓力聯(lián)合控制形式。3．換向回路選擇本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。為提高換向的位置精度，采用壓力繼電器的行程終點反程控制。3.5.2 組成液壓系統(tǒng)將選定的液壓回路進行組合，并做出休整，即組成液壓系統(tǒng)圖。3.6 選擇液壓元件3.6.1 選擇液壓泵液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，再無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是采用變量泵供油。對長時間所需油量較小的情況，可增設蓄能器作輔助油源。工進階段液壓缸工作壓力最大。若取壓力損失 ＝5×10 Pa 壓力繼電器可靠??p5動作需要壓力差為 5×10 Pa 液壓泵最高工作液壓可按：5 aap pP 8.410)58.3(1051 ?????????因此泵的額定壓力可取Pa556.42.?ar p工進所需的流量最小是 0.32L/min，設備流量最小流量為 2.5L/min，則小流量泵的流量按公式 即max1qkp?＝2.85L/minmin/)5.23.01(Lp??快進快退時液壓缸所需的最大流量是 12.9L/min，則泵的總流量為： i/.149.qp?即大流量泵的流量： in/35.in/)85.2(12 LLpp??根據(jù)上面計算的壓力和流量，查產(chǎn)品樣本選用 YB-4/12 型的雙聯(lián)葉片泵，該泵的額定壓力為 6.3MP，額定轉(zhuǎn)速為 960r/min。3.6.2 電動機的選擇系統(tǒng)為雙泵供油系統(tǒng)，其中小泵 1 的流量為： smsmqp /1067./)60/4( 3231 ??????大泵的流量為： /./)/( 3532 ??差動快進快退時兩個泵同時向系統(tǒng)供油，工進時，小泵向系統(tǒng)供油，大泵卸載，下面計算三個階段所需要的電動機功率 P 。01.差動快進差動快進時，大泵 2m 出口油經(jīng)單向閥與小泵匯合，然后經(jīng)單向閥 2，三位五通閥 3，二位三通閥 4 進入液壓缸大腔，大腔的壓力 查樣本可知，小泵的出口aPj81105.??壓力損失 ，于是計算可得小泵的出口壓力 （總效率Pa510.??? a53） ，大泵出口壓力 （總效率 ） 。電動機效率為：5.01?ap520.4??.2??? 463)5.0114.6713( 3321 ??? ??qpP2．工進考慮到調(diào)速閥所需最小壓力 壓力繼電器可靠動作所需壓力差aP510???因此工進時小泵的出口壓力 而大泵的卸載aP5210??? aP5211 108.4????壓力取 （小泵的總效率 ）電動機功率：3,6.??大 泵 總 效 率綜合比較 ?? 926)5.085.071.6(3212 ??? ??qP快退時所需功率最大，因此選用 Y90l-6 異步電動機，電動機功率 1.1KW，額定轉(zhuǎn)速910r/min.3.6.3 選擇液壓閥根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中最高的工作壓力與通過的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格，本設計中所有閥是壓力為 63×10 額定流量根據(jù)通過的流量是確定為5aP10L/min，30L/min 和 63L/min 三種規(guī)格。表 3-2 液壓閥的流量、型號和規(guī)格序號元件名稱通過流量（L/min）vQ額定流量（L/min）n額定壓力（MPa）p額定壓降（MPanA）型號、規(guī)格1 過濾器 34.8 63 1.6 0.07 XU-A63×502 單向閥 34.8 30 6.3 0.1mm） 、普通的（d>0.01mm） 、精的（d>0.005mm） 、特精的（d>0.001mm） 。不同的液壓系統(tǒng)，對濾清器的過濾精度要求如下表：表 4-1 濾清器的過濾精度要求系統(tǒng)類別 潤滑系統(tǒng) 傳動系統(tǒng) 隨動系統(tǒng) 特殊要求系統(tǒng)壓 力(Pa) 0--25 ≤70 >70 ≥350 ≤210 ≤350顆粒度（mm） ≤0.1 ≤0.025-0.05 ≤0.025 ≤0.005 ≤0.005 ≤0.0012. 能滿足液壓系統(tǒng)對過濾能力的要求濾油器的過濾能力，是指在一定壓差下，允許通過濾油器的最大流量。一般用濾油器的有效過濾面積（濾芯上能通過的油液的總面積）來表示。對濾油器過濾能力的要求，應結(jié)合濾油器在系統(tǒng)中的安裝位置來考慮。如安裝在液壓泵吸油管路上的濾油器，其過濾能力應為液壓泵流量的兩倍以上。3. 濾油器的材料應具有一定的機械強度，保證在一定的工作壓力下不會因液壓力的作用而受到破壞4. 在一定的工作溫度下，應能保證性能穩(wěn)定，有足夠的耐久性5. 有良好的抗腐蝕能力6. 結(jié)構(gòu)盡量簡單，尺寸緊湊7. 便于清洗維護，便于更換濾芯8. 造價低廉4.3.2 濾油器的種類濾油器按過濾精度分粗、普通、精、特精四類。濾油器還可按濾芯的結(jié)構(gòu)分類1. 網(wǎng)式濾油器，油液流經(jīng)此濾油器時，由濾網(wǎng)上的小孔起濾清作用。2. 線隙式濾油器，濾芯由金屬絲繞制而成，依靠金屬絲間的微小間隙來過濾混入油液中的雜質(zhì)。3. 紙質(zhì)濾油器，濾芯為多層酚醛樹脂處理過的微孔濾紙，由微孔濾掉混入油液中的雜質(zhì)。4. 磁性濾油器，依靠永久磁鐵，利用磁化原理來濾除混入油液中的鐵屑。5. 燒結(jié)式濾油器，濾芯為顆粒狀青銅粉末等金屬粉末壓制燒結(jié)而成，利用顆粒之間的微孔濾去混入油液中的雜質(zhì)。6. 不銹鋼纖維濾油器，濾芯為不銹鋼纖維壓制制成，由纖維絲之間的間隙濾掉混入油液中的雜質(zhì)，這種濾油器的過濾精度高，可承受 200bar 的壓差，可以清洗，但因為濾芯價格昂貴，一般液壓系統(tǒng)并不采用，只推薦在高壓伺服系統(tǒng)中應用。7. 合成樹脂濾油器，濾芯由一種無機纖維經(jīng)液態(tài)樹脂浸滯處理制成。由于微孔很小、牢度很大，因此過濾精度高，且能承受 210bar 的壓差。4.3.3 線隙式濾油器如圖 4-1 所示，線隙式濾油器的濾芯由銅絲（d=0.4mm）繞成，依靠銅絲間的微小間隙來濾除混入油液中的雜質(zhì)。線隙式濾油器分為壓油管路用線隙式濾油器和吸油管路用線隙式濾油器兩種。圖 4-1 線隙式濾油器圖示為壓油管路用線隙式濾油器，有外殼 1；當用于吸油管路時不用外殼，濾芯部分2 直接進入油液中。壓油管路用線隙式濾油器的過濾精度分 0.03 mm 和 0.08mm 兩類，壓力損失小于 0.6bar；吸油管路用濾油器的過濾精度分 0.05mm 和 0.1mm 兩類，壓力損失小于 0.2bar。線隙式濾油器結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，過濾精度比網(wǎng)示濾油器高，缺點是不易清洗，一般用于低壓回路或輔助回路。4.3.4 濾油器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置和維護安裝位置濾油器的連接形式有板式、管式和法蘭式三種，可以安裝在液壓泵的吸油管路上、壓油管路上、回油路上、輔助泵的輸油路上、支流管路上或單獨過濾。本課題中濾油器安裝在液壓泵的吸油管路上，如圖 4-2 ，將粗濾油器裝在液壓泵的吸油管路上，主要目的是保護液壓泵免遭較大顆粒雜質(zhì)的直接傷害。為了不置影響液壓泵的吸油能力，裝在吸油管路上的濾油器的通油能力應大于液壓泵流量的兩倍。濾油器應經(jīng)常清洗，以免過多增加液壓泵的吸油能力。圖 4-2 濾油器安裝位置結(jié) 論這次畢業(yè)設計，我主要對機械手液壓系統(tǒng)進行設計。機械手有下列基本組成部分：小車，滑板和機器人手臂位移電液步進式驅(qū)動裝置以及手腕轉(zhuǎn)動、擺動機構(gòu)和夾持器夾緊機構(gòu)驅(qū)動裝置。而液壓系統(tǒng)是上述各裝置的動力來源。為了更好的對液壓系統(tǒng)進行分析，首先對機械手的四個主要的動作進行了液壓回路計算和方案設計。運用的方案都是根據(jù)機械手自身的特點而選擇采用的，并且，經(jīng)過性能驗算是可以使用的。擬定了機械手液壓系統(tǒng)原理圖后，再對液壓系統(tǒng)的主要元件進行了選擇，依據(jù)的原則是系統(tǒng)的流量和壓力。在對液壓缸和液壓油箱的結(jié)構(gòu)設計過程中，通過對各種結(jié)構(gòu)方案的選擇比較，確定各部分的結(jié)構(gòu)，最終繪出液壓缸和油箱的裝配圖，完成此次設計任務。通過這次綜合設計，我在各方面都得到較全面的鍛煉。比如：能學會全面系統(tǒng)得查找翻閱有關資料，研究分析設計數(shù)據(jù)，這樣一來，培養(yǎng)了自己嚴謹踏實的學習工作態(tài)度及獨立完成任務的能力。綜合多學科知識，使自己在大學四年中所學的功課內(nèi)容得到全面的完善，從而提高知識結(jié)構(gòu)水平，為今后工作打下堅實的基礎。設計繪圖中，能認真分析各種零件的特點及其間的相互作用關系，能學會用計算機編寫設計說明書，學會用公式編輯器編寫公式，AutoCAD 繪制圖形等多種計算機軟件知識。通過設計，我深刻感到自己所學的知識遠遠不夠。設計中，還有眾多問題須向老師請教，以及對實際感性認識的不夠。所以，今后工作，自己還應繼續(xù)學習，提高自己的工作能力。當然，由于本人設計水平有限，不足之處難免，希望老師提出寶貴意見，本人不勝感激。致 謝幾個月畢業(yè)設計工作已接近尾聲，這本次畢業(yè)設計中，也遇到了很多的困難，得到了很多幫助。在這里我最該感謝我的指導老師 XX 給我們的巨大幫助，在 XX 老師不斷的悉心指導和幫助下，本學期的畢業(yè)設計才能順利的有條不紊地進行，使我能很好的按時完成了設計任務。XX 老師為人和藹可親，對工作兢兢業(yè)業(yè)，在學術研究方面態(tài)度嚴謹，知識淵博，研究成果豐厚。更重要的是他著重培養(yǎng)我們嚴謹、認真、科學的研究態(tài)度，為畢業(yè)以后的實際工作需要打下了良好的基礎，可以說是我今后工作的良好開端。在此我還要衷心感謝機械系和院領導對我們的關心。參 考 文 獻[1] 雷天覺 .新編液壓工程手冊. 機械工業(yè)出版社.1998[2] 路甬祥. 液壓氣動技術手冊.機械工業(yè)出版社.2002[3] 吉林工業(yè)大學等校編.工程機械液壓與液力傳動.機械工業(yè)出版社.1979[4] 馬永輝等編 .工程機械液壓系統(tǒng)設計計算.機械工業(yè)出版社.1985[5] 大連理工大學工程畫教研室.機械制圖.第 4 版.北京：高等教育出版社，1993.[6] 機械工程手冊.機械工程手冊機電工程手冊編輯委員會編.北京：機械工業(yè)出版社，1982.[7] 吳宗澤. 機械機構(gòu)設計.北京：機械工業(yè)出版社，1988.[8] 戌大先. 機械設計圖冊（第四卷）.北京：化學工業(yè)出版社，1997.[9] 吳宗澤. 機械結(jié)構(gòu)設計.北京：機械工業(yè)出版社，1988.[10] 工程手冊編委會 .機械工程手冊.第 6 卷.北京：機械工業(yè)出版社,1982.[11] 濮良貴，紀名剛 .機械設計.第 7 版.北京：高等教育出版社，2001.[12] 徐灝.機械設計手冊.第 2 版.北京：機械工業(yè)教育出版社，2000.[13] 成大先. 機械設計手冊.第三版第四卷.北京：化學工業(yè)出版社,1996.