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工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

工業(yè)機(jī)械手裝配圖.dwg

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液壓原理圖.dwg

電氣控制原理圖.dwg

摘  要

    工業(yè)機(jī)械手是現(xiàn)代機(jī)械化的一種新型生產(chǎn)方式，同時(shí)也是智能自動(dòng)化研發(fā)出來的新型設(shè)備。現(xiàn)今隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械手的原理及應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，在當(dāng)代工業(yè)工廠的生產(chǎn)制造中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)全面應(yīng)用于車間的自動(dòng)化流水線，因而，人們開始日趨迫切的對(duì)機(jī)器人進(jìn)行研究改造。其中，液壓機(jī)械手用途最為廣泛，所以本次對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    在液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，所述機(jī)械手的手臂伸縮和升降均采用了雙作用活塞液壓缸并由導(dǎo)向桿導(dǎo)向，以確保機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度，手腕的旋轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)式液壓缸（回轉(zhuǎn)油缸），機(jī)械手的手臂旋轉(zhuǎn)和手爪夾持被采用齒條活塞式液壓缸。

    本課題通過對(duì)機(jī)械手和液壓傳動(dòng)原理的應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)的分類，結(jié)構(gòu)，特性，受力等方面進(jìn)行分析，并分析液壓系統(tǒng)的工作原理。具有液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械手機(jī)器人可以在空間中靈活抓取移動(dòng)物體，并且操作自由度很高，可以在高溫和危險(xiǎn)的位置作業(yè)，從而減少人力，并大大促進(jìn)生產(chǎn)節(jié)奏。

關(guān)鍵字：  機(jī)械手；液壓系統(tǒng)；自由度

ABSTRACT

Industrial manipulator is a new mode of production of modern mechanization, and also a new kind of equipment developed by intelligent automation. Nowadays with the rapid development of science and technology, more attention paid to the principle and application technology of the manipulator, in modern industrial factory production and manufacturing, industrial robots have been comprehensively applied in the workshop of the automated assembly line, as a result, people began to study has become increasingly urgent for robots. The hydraulic system is the most widely used, so the hydraulic system is designed.

Described in hydraulic driving mechanism, the manipulator arm scaling and lift adopts the double-acting piston hydraulic cylinder and the guide rod guide, to ensure the movement precision of the manipulator, the rotation of the wrist with oscillating hydraulic cylinders (rotary cylinder), manipulator arm rotation and gripper clamping used rack piston hydraulic cylinder.

This topic through the application of the principle of the mechanical and hydraulic transmission technology design, the classification of the hydraulic system of industrial manipulator structure, characteristics, stress analysis, and analyses the working principle of the hydraulic system. With the hydraulic system of the structure of the manipulator robot can flexible scraping of the moving objects in space, and a high degree of freedom to operate, can be in high temperature and position of dangerous operation, reducing manpower, and greatly promote production rhythm.

Keywords: manipulator; The hydraulic system; degree of freedom

目錄

1 緒論 1

1.1 選題背景及其意義 1

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1

1.2.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1

1.2.2國外研究現(xiàn)狀 2

1.3液壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2

2機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述和計(jì)算 3

2.1 手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3

2.1.1伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 3

2.1.2伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸確定 4

2.2手臂垂直升降液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 7

2.2.1 垂直升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 7

2.2.2升降液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸的確定 8

2.3手臂回轉(zhuǎn)齒條活塞液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 9

2.3.1齒條活塞液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 9

2.3.2齒條活塞液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的確定 10

2.4手腕回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 10

2.5手爪夾合液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 11

3工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 13

3.1液壓原理簡(jiǎn)圖 13

3.2確定液壓系統(tǒng)的工作要求 14

3.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖 15

3.3.1液壓系統(tǒng)原理圖 15

3.3.2電磁鐵工作狀態(tài)表 15

3.3.3液壓系統(tǒng)工作原理 16

3.3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析： 19

3.3.5電氣控制系統(tǒng)原理圖 20

3.3.6電氣控制系統(tǒng)工作原理 21

3.3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析： 23

4液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24

4.1設(shè)計(jì)方案 24

4.1.1 液壓回路的選擇 24

4.2系統(tǒng)工作壓力的選擇 25

4.3 液壓元件的選擇 25

4.3.1 液壓泵的選擇 25

4.3.2 液壓泵所需液壓馬達(dá)的確定 26

4.3.3 液壓閥的選擇 27

4.3.4 液壓輔助元件的選擇原則 28

4.3.5 管道尺寸的確定 28

4.3.6 油箱容量的確定 29

5 總結(jié) 31

致 謝 32

參考文獻(xiàn) 33

本科生畢業(yè)答辯 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械 13姓名：王強(qiáng) 指導(dǎo)老師：張建杰 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目簡(jiǎn)介 1 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 2 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 3 4 目錄 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 1. 題目簡(jiǎn)介 ? 工業(yè)機(jī)械手（即機(jī)器人）一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)械裝置。 ? 機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng) ， 而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置 ， 既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力 ， 又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作 、 精確度高 、 抗惡劣環(huán)境的能力 ， 從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物 ， 它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備 ， 也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 。 ? 而高精度工業(yè)機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)的方式 ，例如 多自由度機(jī)械手 就裝有伸縮、回轉(zhuǎn)、升降多個(gè)液壓系統(tǒng)， 在計(jì)算機(jī)控制下 才 能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位操作 。液壓傳動(dòng) 裝置 具有質(zhì)量 輕 、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性 小 、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)， 所以 適用于高精度機(jī)械手，并且操作簡(jiǎn)單方便，可 在較大范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速 ， 從而使機(jī)器達(dá)到較高的自動(dòng)化 。 2. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 手臂伸縮液壓系統(tǒng) 1 手臂垂直升降液壓系統(tǒng) 2 手臂回轉(zhuǎn)齒條活塞液壓系統(tǒng) 3 4 手腕回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng) 4 手爪夾合液壓系統(tǒng) 5 6 6 械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和要求 ? 上下料用機(jī)械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動(dòng)，減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和工人的安全。 ? 上下料用機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機(jī)構(gòu)中采用液壓驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方式，能保證機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以及可以方便的實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 運(yùn)動(dòng)分析 ? 如圖所示 ， 機(jī)械手在工作過程中需三種運(yùn)動(dòng) ，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運(yùn)動(dòng) ，而手臂的回轉(zhuǎn)為圓周運(yùn)動(dòng) ， 所以采用圓柱坐標(biāo)形式 。 其特點(diǎn)是 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 手臂運(yùn)動(dòng)范圍大 ，有較高的定位準(zhǔn)確度 。 關(guān)鍵問題： 機(jī)械手的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方式構(gòu)成了三個(gè)自由度，是機(jī)械手精確定位的關(guān)鍵 械手各液壓系統(tǒng)的工作范圍 ? 機(jī)械手的手臂伸縮液壓系統(tǒng)在水平方向上的伸縮范圍為至兩個(gè)不同高度的工作臺(tái)的距離 ， 手臂伸縮總行程為 500手臂回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍 ≤90度 ，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺(tái)的高度差 ，總行程為 200 是手臂垂直升降液壓系統(tǒng)的工作范圍 ， 還有手腕翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍 ≤180度 。 此外手爪夾合液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)為打開 ， 閉合兩種 ，在待料處手爪打開 ， 然后閉合夾住材料；在送料出手爪打開下料 ， 然后閉合 。 所有液壓系統(tǒng)復(fù)位重新待料 。 3. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 ? 根據(jù)具體 工作 情況 ， 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有手臂的升降 、 伸縮 、 回轉(zhuǎn)以及手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)不同的自由度 。 手臂升降液壓缸 、 手臂伸縮液壓缸 、 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手爪夾合液壓缸和回轉(zhuǎn)定位液壓缸各個(gè)部分相互協(xié)作 ， 共同執(zhí)行液壓的傳動(dòng) 。 液壓缸驅(qū)動(dòng)和電氣控制共同完成一系列動(dòng)作并以此循環(huán)往復(fù)： ?定位銷定位 → 手臂延伸 → 手爪打開 → 手爪夾合 （ 材料） → 手臂回升 → 手臂回縮 → 手腕翻轉(zhuǎn) 180° → 撤定位銷 → 手臂側(cè)轉(zhuǎn) 90° → 再次固定定位銷 → 手爪打開→ 下料 → 手爪閉合 → 手臂回縮 → 手臂降至最低點(diǎn) → 手腕復(fù)位 → 撤定位銷 → 手臂復(fù)位 → 重新待料 。 5 壓原理簡(jiǎn)圖 主油箱液壓泵單向閥過濾器壓力表A 壓力表開關(guān)電磁換向閥 溢流閥手臂伸縮液壓缸A 雙向調(diào)速閥手臂升降液壓缸A 手臂回轉(zhuǎn)（齒條液壓缸）A 手腕回轉(zhuǎn)（擺動(dòng)式液壓缸）A 手爪夾合（齒條液壓缸）氣控制系原理圖 4. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1） 至位置 （ 2） —α， 至位置 （ 1） 1） ? 液壓回路包括液壓泵、單向閥、散熱器、輸油管路、電磁閥、調(diào)壓閥、限流閥、油缸以及控制電路。確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點(diǎn)和工作要求確定對(duì)主要性能起決定性影響的回路，機(jī)械手液壓系統(tǒng)主要針對(duì)伸縮運(yùn)動(dòng)，升降運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)主要運(yùn)動(dòng)來選擇回路， 選擇如下： ? （ 1）方向控制回路：它在液壓系統(tǒng)中的作用是控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止或改變運(yùn)動(dòng)方向。 ? （ 2）壓力控制回路： 它的作用是利用壓力控制閥來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力控制，用來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、減壓、增壓和多級(jí)調(diào)壓等控制，以滿足執(zhí)行元件在力或轉(zhuǎn)矩及各種動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)壓力的要求。 ? （ 3）速度控制回路： 它是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，用來控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。 ? （ 4） 壓力源電路：被稱為一個(gè)電源的壓力源的電路，功能是增加壓力，流速，以滿足液壓制動(dòng)器的需求。 壓回路的選擇 壓泵流量計(jì)算及馬達(dá)功率確定 ? 液壓泵流量計(jì)算（此處以前泵為例后泵同理） 前泵的流量： 式中： V—— 泵的排量（ mL/r ） n—— 泵的額定轉(zhuǎn)速（ r/ ? 馬達(dá)功率確定 式中： N—— 油泵所需要的電動(dòng)機(jī)功率； P—— 油泵的最大工作壓力（ ）； —— 油泵最大流量（ ）； —— 油泵總效率，普通葉片泵 =輪泵 = = 馬達(dá)功率 ： ?前m 0 033m a x ??前m 033m q ???前?/m a ? a x ???????? ??前3泵? 泵?泵?關(guān)鍵問題： 液壓泵的流量決定了液壓系統(tǒng)的工作 壓力，對(duì)其性能和維護(hù)至關(guān)重要，馬達(dá)功率則是系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵 。 根據(jù)系統(tǒng)選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件 ? 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱 ， 液壓泵 ， 濾油器 ，油泵 ， 溢流閥 ， 減壓閥 ，單向閥 ， 電磁換向閥 ，單向節(jié)流閥 ， 以及相應(yīng)的電器開關(guān)等 ， 主要液壓元件規(guī)格 如左表 。 存在的問題 ? 工業(yè)機(jī)械手通常為多自由度機(jī)械手，采用液壓驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，但是有多個(gè)液壓系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際裝配時(shí)比較困難，而且對(duì)液壓元件的精度要求極高，此次為理論設(shè)計(jì)，對(duì)液壓元件的精度計(jì)算不夠準(zhǔn)確，需根據(jù)實(shí)際情況替換不同規(guī)格種類的元件。 ? 液壓系統(tǒng)的電氣控制圖不夠簡(jiǎn)化，線路較為復(fù)雜，增加了實(shí)際過程中安裝線路的難度，對(duì)液壓系統(tǒng)的維護(hù)和檢修不便。 總結(jié) ? 雖然我設(shè)計(jì)的只僅僅簡(jiǎn)單工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，但需要了解機(jī)械手伸縮、升降、回轉(zhuǎn)、夾持等功能，這些都是機(jī)械手的液壓傳動(dòng)和液壓控制部分，并且分別要對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，以及對(duì)其所需的附件選擇。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我之前所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論與實(shí)際的相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí) ， 讓我對(duì)液壓技術(shù)有了更深的了解。 致謝 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 : 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師 : 張建杰 學(xué)生姓名： 王強(qiáng) 所屬院系： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程 （礦山機(jī)電） 班 級(jí) ： 機(jī)械 13 完成日期 ： 2017 年 5 月 30 日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 聲 明 本人 鄭重聲明：畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 —— 《 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 系本人在相關(guān)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成 ， 沒有抄襲、剽竊他人成果，由此造成的 一切后果 由本人負(fù)責(zé)。 聲明人 ： 2017 年 5月 30日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 新 疆 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 班 級(jí)： 機(jī)械 13 姓 名： 王強(qiáng) 論文（設(shè)計(jì)）題目： 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 題： 工程設(shè)計(jì) 要求完成的內(nèi)容： 1、工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述（分類、結(jié)構(gòu)、特性、受力等方面）； 2、工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理； 3、工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 4、設(shè)計(jì)總結(jié)； 5、撰寫論文。 發(fā)題日 期： 年 月 日 完成日期： 年 月 日 實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)單位： 地點(diǎn)： _________________ 論文頁數(shù)： 頁； 圖紙張數(shù)： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 指導(dǎo)教師 ： _____ 教研室主任 ： ___ 院 長(zhǎng) ： ______ 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 摘 要 工業(yè)機(jī)械手 是 現(xiàn)代機(jī)械化的一種新型生產(chǎn)方式，同時(shí)也是智能自動(dòng)化研發(fā)出來的新型 設(shè)備。 現(xiàn)今隨著 科學(xué)技術(shù) 的迅猛發(fā)展 ，機(jī)械手的 原理及應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，在當(dāng)代工業(yè)工廠的生產(chǎn)制造 中， 工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)全面 應(yīng)用于 車間的自動(dòng)化流水線 ， 因而，人們開始 日趨迫切 的對(duì)機(jī)器人進(jìn)行研究改造。 其中， 液壓機(jī)械手 用途最為廣泛，所以 本次 對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 在液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，所述機(jī)械手的手臂伸縮和升降均采用了雙 作用活塞液壓缸并由導(dǎo)向桿導(dǎo)向，以確保機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度，手腕的旋轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)式液壓缸（回轉(zhuǎn)油缸），機(jī)械手的手臂旋轉(zhuǎn)和手爪夾持被采用齒條活塞式液壓缸。 本課題通過對(duì)機(jī)械手和液壓傳動(dòng)原理的應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)， 對(duì)工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)的 分類， 結(jié)構(gòu)，特性，受力等方面進(jìn)行分析，并分析液壓系統(tǒng)的工作原理。具有液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 機(jī)械手機(jī)器人可以在空間中 靈活抓取移動(dòng)物體，并且操作自由度很高 ，可以在高溫和危險(xiǎn)的位置作業(yè)，從而減少人力，并 大大 促進(jìn)生產(chǎn)節(jié)奏。 關(guān)鍵字 ： 機(jī)械手；液壓系統(tǒng)； 自由度 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） is a of of a of by of to of in in of as a to is so is in to of of of of of of of of of of in a of to be in of of 疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 目錄 1 緒論 ...................................................................... 1 題背景及其意義 ...................................................... 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) ............................................... 1 ..................................................... 1 ...................................................... 2 ............................................... 2 2機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述和計(jì)算 ................................................... 4 臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................... 4 ............................................... 4 ........................................... 5 ........................................... 8 直升降液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ........................................ 8 ......................................... 9 ....................................... 9 ......................................... 9 ...................................... 10 .............................................. 11 .............................................. 12 3工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 .............................................. 14 .......................................................... 14 ................................................ 15 .................................................... 16 .................................................... 16 .................................................. 16 .................................................. 17 ................................................ 20 ................................................ 21 .............................................. 21 ................................................ 24 4液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................ 25 .............................................................. 25 壓回路的選擇 ................................................... 25 .................................................... 26 壓元件的選擇 ....................................................... 26 壓泵的選擇 ..................................................... 26 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 壓泵所需液壓馬達(dá)的確定 ......................................... 27 壓閥的選擇 ..................................................... 27 壓輔助元件的選擇原則 ........................................... 29 道尺寸的確定 ................................................... 29 箱容量的確定 ................................................... 30 5 總結(jié) ..................................................................... 32 致 謝 ...................................................................... 33 參考文獻(xiàn) .................................................................... 34 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 緒論 題背景及其意義 現(xiàn)代 工業(yè) 生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不斷的 提高， 同時(shí)逐步與智能化和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理相結(jié)合， 機(jī)器人 分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人兩種，功能各不相同。排爆機(jī)器人可以處理易燃易爆的危險(xiǎn)品，而且可以實(shí)現(xiàn)各種軍警偵查功能，從而大大保護(hù)了人類自身的生命安全 。 另 一方面 工業(yè)機(jī)器人不僅可以代替人工進(jìn)行高強(qiáng)度 ，作業(yè)，而且還能夠提高生產(chǎn)效率，降低作業(yè)危險(xiǎn)。而液壓系統(tǒng)成為機(jī)械手工作的關(guān)鍵部分。 本次所研究的課題，能夠讓學(xué)生在研究設(shè) 計(jì) 的 過程 之中鞏固專業(yè)課程和 專業(yè)化 知識(shí)， 同時(shí)拓展相關(guān)課外知識(shí)，提高 同學(xué)利用專業(yè)知識(shí) 技能去分析和解決 工程設(shè)備上的問題 ， 靈活的將專業(yè)知識(shí)和實(shí)操相結(jié)合，提高解決問題的思維能力。 本課題 中的工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)就是 采用液壓驅(qū)動(dòng) 的方式，以此展開研究。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 內(nèi)的研究現(xiàn)狀 液壓式機(jī)械手起初 應(yīng)用 于汽車制造行業(yè)，一般在電焊、噴刷涂料、切割材料和安裝。液壓 機(jī)械手 的多自由度，可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極變速 ， 操作十分的精準(zhǔn)力量強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人，從工業(yè)機(jī)械手的各項(xiàng)功能來看，它實(shí)則是人手足的強(qiáng)化和延伸，能夠在高溫，有毒各種人類無法承受的惡劣環(huán)境中工作，并且其機(jī)械式工作方 式在強(qiáng)度和效率上遠(yuǎn)超人工 ， 裝有液壓裝置的多自由度機(jī)械手在計(jì)算機(jī)控制下能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位操作，從而提升生產(chǎn)質(zhì)量 。 而高精度工業(yè)機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)的方式， 機(jī)械手目前廣泛用于工業(yè)工程的生產(chǎn)和制造，尤其 是 工業(yè)機(jī)械設(shè)備，家用電器、汽車行業(yè)、高分子材料 、 以 及 有色 金屬 和無色金屬的 加工等工業(yè)。工業(yè) 液壓 機(jī)械手與 即數(shù)控加工車床，再將此類數(shù)控設(shè)備量化生產(chǎn) ， 從而滿足各類零件和產(chǎn)品的自主化設(shè)計(jì)和加工，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制和電氣聯(lián)動(dòng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化和 自動(dòng)化 生產(chǎn)。隨著制造業(yè)發(fā)展 ， 液壓機(jī)械手會(huì)向著多 功能 化和智能 化發(fā)展 ， 其性能也會(huì)得到質(zhì)的提升，機(jī)械手的應(yīng)用不會(huì)局限于工業(yè) ， 也會(huì)向著醫(yī)療業(yè)和服務(wù)業(yè)發(fā)展。 其液壓系統(tǒng)的研究成為必不可少的一部分 。目前， 我國的特種機(jī)器人公司科沃斯機(jī)器人，旨在研發(fā)服務(wù)類機(jī)器人，有掃地機(jī)器人，全息交流機(jī)器人等，必將向著多元化方向發(fā)展。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 外研究現(xiàn)狀 國 外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是要大力發(fā)展機(jī)械手的高智能化以及高自動(dòng)化。它配備各種類型的傳感器有像人類一樣的感知能力，并且通過傳感器搜集 外部 信息，監(jiān)測(cè)外部環(huán)境 ， 反饋到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，再根據(jù)計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行指令做出 改變。 除了傳感器還配有各 中 液壓傳動(dòng) 元件，可 以根據(jù)需要 實(shí)現(xiàn)一些特定功能，甚至是自我修復(fù) 。液壓傳動(dòng)具有 質(zhì)量小、體積小、較小的運(yùn)動(dòng)慣性 、反應(yīng)速度快 等優(yōu)點(diǎn)，適用于高精度機(jī)械手，并且操作簡(jiǎn)單方便，在較大 范圍 內(nèi)可以實(shí)現(xiàn) 無極調(diào)速 。 從而使 機(jī) 器達(dá)到較高的自動(dòng)化，加上 電液 聯(lián)合控制后，從而實(shí)現(xiàn)更高程度 的自動(dòng) 化控制過程，再通過計(jì)算機(jī)傳感器的配合進(jìn)行 遙控 。全自動(dòng)化機(jī)器人裝配是當(dāng)前研究的重點(diǎn)， 這種機(jī)器人就會(huì)用到多個(gè)液壓系統(tǒng)，來保證機(jī)器穩(wěn)定的機(jī)械傳動(dòng)。液壓系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在工業(yè)，機(jī)電行業(yè)，得到廣泛應(yīng)用。 壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國在 工業(yè) 上首次使用液壓技術(shù)是 20 世紀(jì) 50年代初 ， 剛開始的初級(jí)發(fā)展階段，液壓技術(shù)尚不成熟，我國所掌握的液壓核心技術(shù)不夠全面，只用于機(jī)械制造廠的鍛壓設(shè)備和車床。經(jīng)過技術(shù)的不斷改善提高和農(nóng)業(yè)發(fā)展機(jī)械化的需求，被應(yīng)用到 工程機(jī)械 和拖拉機(jī)制造中。 20世紀(jì) 60 年代，從國外引進(jìn)先進(jìn) 液壓元件 和 技術(shù) 人才做指導(dǎo) ， 一方面把液壓元件利用到機(jī)械設(shè)備中，另一方面進(jìn)行新 液壓 元件研發(fā)和外來 產(chǎn)品 的改進(jìn)。逐漸 我國的液壓 元件生產(chǎn)不斷加快 ， 技術(shù)水平也不斷提升， 并在各種 高壓 機(jī)械設(shè)備 和低壓設(shè)備 上得到了廣泛的使用。 之后一直到 90年代更加快了對(duì)發(fā)達(dá)國家高新液壓設(shè)備和技術(shù)的大規(guī)模 引進(jìn)， 政 府扶持，作為五年計(jì)劃研究?jī)?nèi)容 ， 大大提升液壓技術(shù)水平，使液壓產(chǎn)品國有化生產(chǎn)，液壓技術(shù)的研發(fā)自主化，擁有自己的核心技術(shù)。這樣一來我國的液壓 產(chǎn)品質(zhì)量 進(jìn)一步提高，應(yīng)用到我國的工業(yè)生產(chǎn)中 ， 液壓技術(shù)推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)，帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為研究開發(fā)提供了足夠的資金支持，形成了相互促進(jìn)的良性發(fā)展，經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)開發(fā)我國逐步 地趕上世界 領(lǐng)先水平。伴隨工業(yè)迅速 發(fā)展逐 ，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益不斷提高 ， 我國相繼建立了專業(yè)研發(fā) 機(jī) 構(gòu)和工業(yè)工廠，大力進(jìn)行液壓技術(shù)開發(fā)和液壓元件生產(chǎn)。目前，我國不但能生產(chǎn) 液壓閥等液壓元件 。 還 能 設(shè)計(jì)制造 動(dòng)力元件，執(zhí) 行元件和輔助元件等許多新型的元件， 電液比例閥，電液伺 服閥在大型設(shè)備工廠已經(jīng)屢見不鮮 。到目前為止， 即使是液壓泵也能獨(dú)立生產(chǎn)。 液壓元件的生產(chǎn) 制造生產(chǎn)，列入了我國液壓元件生產(chǎn)的 系列 產(chǎn)品 。 液壓技術(shù)的發(fā)展正逐步成熟，與現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 率和 精度 不斷提高，應(yīng)用也將更加廣泛。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 21世紀(jì)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代， 計(jì)算機(jī) 技術(shù)的應(yīng)用，大力 地推進(jìn)了 工業(yè)液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)中 輔助 元件的選擇越來越多，液壓系統(tǒng)的應(yīng)用從單一化到多元化，可以結(jié)合無線傳感器技術(shù)， 現(xiàn)更多功能，還可以利用 計(jì)算機(jī)仿真 軟件對(duì)液 壓系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化，利用計(jì)算機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制 ， 這也是高度智能化的體現(xiàn)，我國在這些方面都獲得得了不錯(cuò)的成就?，F(xiàn)今 ，液壓 技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)高壓，高速作業(yè)，配備多個(gè)液壓系統(tǒng)的機(jī)器不僅實(shí)現(xiàn) 大功率， 高強(qiáng)度作業(yè)，其 效率 也迅速提升，并且向著環(huán)保，耐用，高度智能化 等 方面發(fā)展。液壓所應(yīng)用的領(lǐng)域不單單是工業(yè)生產(chǎn) ， 在醫(yī)療器械，服務(wù)機(jī)器人，交通業(yè)，軍事上也在不斷的開發(fā)。不過目前在工業(yè)方面的比列高達(dá) 95%，要想 完善 液壓在各個(gè)領(lǐng)域的比例，還需要我們這一代繼續(xù)開發(fā)，同時(shí)在液壓技術(shù)上不斷嘗試創(chuàng)新。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 2 機(jī)械手 液壓系統(tǒng)概述 和 計(jì)算 臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 計(jì)算 縮液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 當(dāng)機(jī)器人手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然 會(huì)存在摩擦力，摩擦 力包含 密封 管和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)摩擦、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和承重圓桿的摩擦、液壓缸和活塞 之間 的摩擦，不僅要克服以上力，而且還克服啟動(dòng)慣性力和液壓油 背 面 壓 力等其它 阻力。 伸縮缸 驅(qū)動(dòng)力 的計(jì)算公式如下 ： 慣回密摩理 ???(估算手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的零件和總 工件總重量 92=30+10(= ,使得部件重心處和導(dǎo)向套的 端面 最大 距離為 300 （ 1）摩 由于伸縮液壓缸只有一個(gè)導(dǎo)向桿，因此對(duì)導(dǎo)向桿設(shè)計(jì)計(jì)算： 圖 2械手臂受力分析圖 由 0=∑：(又 0=∑ Y 則 =+? ????總 (得： + 2 3 0 0 9 0= + = 0 . 1 5 3 9 2 1 3 5 F F F G a? ? ? ????? ? ? ? ? ?????摩 摩 摩 總其中： L—— 導(dǎo)向套前端 面和重心之間相距 ,300mm a —— 導(dǎo)向套長(zhǎng)度， 90 —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 μ= 2） 因?yàn)樯炜s缸的工作壓力首選不大于以 活塞 桿 和液壓活塞都使 用 時(shí)伸縮 缸的密封阻力為： 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 = + = 0 . 0 3F F F F 驅(qū)桿活 塞密 （ （ 3） 一般背壓阻力較小， 4） v 3 9 2 0 . 0 7 5= 1 5 09 . 8 0 . 0 2??慣 （ 式中： Δ變化量 Δ間，一般取 Δt= : 150+35=+++=驅(qū)驅(qū)慣回密摩理 F=310N 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 : 7 5=×3 1 0=×= ?理實(shí)（ 式中： k— 安全系數(shù)， k=2； η— 傳力機(jī)構(gòu)機(jī)械效率， η=縮液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸確定 如下圖 2-2(a)為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài) 活塞桿受壓時(shí) D 652,7742-2(a) 活塞桿壓力 示意圖 （見上頁） 2211m ???? （ 如下圖 2-2(b)為液壓 缸活塞桿工作在受壓狀態(tài) 活塞桿受拉時(shí) 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 2(b)活塞桿受拉示意圖 1221m/ ??? ? 式中： 21 4/ ? — 無桿活塞桿有效作用面積（ 2； )(4/ 222 ? ? — 有桿活塞桿有效作用面積（ 2； 1P — 伸縮液壓 缸工作腔 承受 壓力 為 8床液壓傳動(dòng)通常 2 2P — 背壓力，伸縮 缸回 液壓油腔壓力，壓力值通過回路的實(shí)際 情況而定， 此處選 背壓 ?2p 0。 D — 油缸內(nèi)徑（ ； d — 活塞桿直徑（ 。 表 2縮液壓桿系統(tǒng)類型 系統(tǒng)類型 背壓力 /單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 補(bǔ)油泵的閉式回路 油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 3 回油路最短， 直接回油箱 此處 忽略不計(jì) 對(duì) 于 單活塞桿缸，無桿腔 體內(nèi) 進(jìn) 入液體或氣體時(shí)，無需考慮機(jī)械效率， 得： 2121 2 1 24()F d p p p????? （ 有桿腔進(jìn)液體或氣體時(shí)，不考慮機(jī)械效率，可得： 2211 2 1 24()F d p p p????? 這時(shí)，上面兩式便可簡(jiǎn)化，即無桿腔進(jìn)液體時(shí)： 114 有桿腔進(jìn)油時(shí)： 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 2214 ? 假設(shè) 考慮排 出 液 體對(duì)活塞產(chǎn)生的壓力，液壓塞和液壓桿處密封及導(dǎo)套產(chǎn)生的靜摩擦，和 運(yùn)動(dòng) 部 件 因 質(zhì)量 而 產(chǎn)生 較大 慣性力影響，因此 取機(jī)械效率 ?壓塞桿的直徑 d 可通過工作壓力來選擇 ， 表 2工作壓力選擇 d/D 工作壓力 /7.0 d/D 2速比要求確定 d/D υ2/υ1 d/D ： υ1— 無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度 ； υ2— 有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。 當(dāng)液壓缸的往復(fù)速度比有一定要求時(shí)，桿徑 d 可由下式計(jì)算。 d= 1D ???（ 伸縮缸的速比 ? 太大會(huì)產(chǎn)生較大的無桿腔背壓，速度比 ? 太小會(huì)使活塞桿太細(xì)，喪失穩(wěn)定性。建議伸縮液壓缸的速度比 ? 如表所示。 表 2用液壓缸內(nèi)徑 D（ 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 由上式經(jīng)過計(jì)算按照 2348準(zhǔn) ]9[ 可得伸縮液壓缸的液壓缸內(nèi)徑?D 63 液壓活塞桿通過受力來 決定 直徑 ，受 到 拉 力選 取 （ D,受 到 壓 力選取 （ D，綜上 ，所以： 28d 伸縮 缸的缸筒長(zhǎng)度由 以下部分確定，包括活活塞長(zhǎng)度、 導(dǎo)向套長(zhǎng)度、活塞桿密封長(zhǎng)度和 活塞桿最大行程等。 為了降低加工難易成度，伸縮 缸缸筒 壁長(zhǎng)度應(yīng)小 于內(nèi)徑的 20～ 30 倍。根據(jù)上述要求和聯(lián)系實(shí)際情況選擇固定伸縮 缸缸筒 的 長(zhǎng)度 ?L 500 中 壓和 高壓 系列的缸通常使用無縫鋼管做缸筒，一般金屬壁較薄 ，即 4 10 時(shí)，壁厚 材料 在 最薄處 使用 薄壁圓筒公 式計(jì)算壁厚，即： 2（ 疆大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 式中： p —— 缸筒內(nèi)最高工作壓力； p?—— 缸筒材料的許用應(yīng)力，由下式可計(jì)算： p?= （ 式中： b?—— 材料的抗拉強(qiáng)度為 610（由機(jī)電一體化手冊(cè)查得） n —— 安全系數(shù)， 一般 D? ≥ 10 時(shí) ，安全系數(shù)值 n =5；當(dāng) D? 50 工作壓力/，取 n=4。 管道一端連接螺紋比對(duì)油管外徑選擇 。 缸的進(jìn)出油口直徑0 ? （ 式中： q—— 液壓缸 管內(nèi)的流量； v—— 液壓缸管內(nèi)平均流量（通常 取 v=4～ 5m/s）。 計(jì)算得出的0 箱容量的確定 油箱是儲(chǔ)存 液壓油的容器，油箱 工作 會(huì)產(chǎn)生部分熱能將熱能傳遞到空氣中去 ， 油箱必須合理的設(shè)計(jì)，油箱配 件 選擇要根據(jù)工作情況看，這樣油箱才能處于最佳的狀態(tài) 。 油箱 不能夠直接裝滿，以 油箱容積的 80%為上限叫做有效容積，油箱儲(chǔ)存的容積，通過 液壓泵的 散熱狀況和流量 確定。 油箱容量的有效容積 公式： pV k q??（ 式中： V— 郵箱的有效容量（ L） 液壓泵每分鐘排除壓力油的容積（ 3m ）； k— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見下表。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 31 表 4驗(yàn)系數(shù) k ]10[ 系統(tǒng)類型 行走機(jī)械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓系統(tǒng) 冶金系統(tǒng) k 1～ 2 2～ 4 5～ 7 6～ 12 10 計(jì)算得到油箱容積 ： 3 7 1 2 1 3pV k q L? ? ? ? ? 選用 250L 規(guī)格 的油箱。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 32 總 結(jié) 本文結(jié)合課題研究參考 實(shí)際 的 工作條件，從基礎(chǔ) 知識(shí) 逐漸深入 的課外相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)了 工業(yè)機(jī)械手 的液壓系統(tǒng)。經(jīng)過我數(shù)月的艱苦奮斗與努力，終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我體驗(yàn)了一個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)之 前要先有一個(gè)概念，到設(shè)計(jì)出方案，實(shí)施方案到最終設(shè)計(jì)結(jié)果的完整過程。讓我更加深入的了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程和設(shè)計(jì)概念 。 雖然我設(shè)計(jì)的只 僅僅簡(jiǎn)單工業(yè) 機(jī)械手 的液壓系統(tǒng)，但需要了解機(jī)械手 伸縮、升降、回轉(zhuǎn)、夾持等功能， 這些都是機(jī)械手的液壓傳動(dòng)和液壓控制部分，并且分別要對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析， 設(shè)計(jì) 和理論計(jì)算 ，以及對(duì)其所需的附件選擇。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我之前所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論與實(shí)際的相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí)。讓我對(duì)液壓技術(shù)有了更深的了解。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我也遇到了許許多多的 困難（對(duì)加工工藝 的不了解，設(shè)計(jì) 思路 不成熟），因 此走了許多彎路，但在指導(dǎo)老師的幫助下我不斷學(xué)習(xí)和修改。查閱了 相關(guān) 課外 書籍，學(xué)習(xí)了許多 延伸的 專業(yè)知識(shí)，最終完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。當(dāng)然現(xiàn)在 設(shè)計(jì)并不完美還存在著一些 問題， 但 今后我會(huì)不斷地學(xué)習(xí)和提高自己。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 33 致 謝 經(jīng)過這幾個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落幕。這是一個(gè)充實(shí)自我的提高學(xué)習(xí)能力的過程，我要對(duì)幫助我、指導(dǎo)我 的老師和同學(xué)表示感謝。 首先我要感謝的是我的論文指導(dǎo)老師 — 張建杰 。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、構(gòu)思、畫 論文的定稿。張 老師都對(duì)我，一步一步耐心的指導(dǎo)。 尤其 是對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的修正，他一遍又遍的為 我指導(dǎo)，從未抱怨過，而且經(jīng)常自己給自己周末加班， 為我們修改圖 ，還對(duì)我看待問題的思維進(jìn)行發(fā)散，讓我有了新的明確的設(shè)計(jì)思路。因此，在設(shè)計(jì)期間，張 老師交給我們的不僅僅是如何處理和解決設(shè)計(jì)中的問題，而是通過設(shè)計(jì)中的一些問題教會(huì)了我們?nèi)绾稳?duì)待一件事情時(shí)做到一絲不茍， 還要感謝周院長(zhǎng)及時(shí)指出設(shè)計(jì)中的不足和缺少的控制圖，給我一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)思路。在這期間我所學(xué)到的比我想象的更多，不僅是拓展了專業(yè)知識(shí)，更學(xué)會(huì)了用發(fā)散思維解決問題。在此，向張 老師致以深深的敬意和衷心的感謝。 同時(shí)，也要感謝和我 一起做畢設(shè)的 同組組員 ，在我做設(shè)計(jì)時(shí)為我提供思路 指出錯(cuò)誤 和討論各種問題。從他 們身上，我學(xué)到了很多東西。感謝大家 ，陪我度過大學(xué)生活的最后一段時(shí)光。 最后，感謝 各位 評(píng)審 老師們對(duì)本 設(shè)計(jì)的耐心審閱。 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 34 參考文獻(xiàn) [1] 王文斌 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 . 2] 陸玉 . 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . 3] 諸文俊 鐘發(fā)祥 . 機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì) 西安：西北大學(xué)出版社 . 4] 郭洪紅 . 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)【 M】 . 北京： 科學(xué)出版社 . 2008:65[5] 蔡自興 . 機(jī)器人學(xué)【 M】 . 北京：清華大學(xué)出版社 . 2000:29[6] 劉軍營 . 液壓與氣壓傳動(dòng) 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工業(yè)機(jī)械手（即機(jī)器人）一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品（電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)械裝置。 ? 機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng) ， 而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置 ， 既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力 ， 又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作 、 精確度高 、 抗惡劣環(huán)境的能力 ， 從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物 ， 它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備 ， 也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備 。 ? 而高精度工業(yè)機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)的方式 ，例如 多自由度機(jī)械手 就裝有伸縮、回轉(zhuǎn)、升降多個(gè)液壓系統(tǒng)， 在計(jì)算機(jī)控制下 才 能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位操作 。液壓傳動(dòng) 裝置 具有質(zhì)量 輕 、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性 小 、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)， 所以 適用于高精度機(jī)械手，并且操作簡(jiǎn)單方便，可 在較大范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速 ， 從而使機(jī)器達(dá)到較高的自動(dòng)化 。 2. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)概述 手臂伸縮液壓系統(tǒng) 1 手臂垂直升降液壓系統(tǒng) 2 手臂回轉(zhuǎn)齒條活塞液壓系統(tǒng) 3 4 手腕回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng) 4 手爪夾合液壓系統(tǒng) 5 6 6 械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和要求 ? 上下料用機(jī)械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動(dòng)，減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和工人的安全。 ? 上下料用機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)形式，主要的組成部分有：升降機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂伸縮結(jié)構(gòu)等，在這三中機(jī)構(gòu)中采用液壓驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方式，能保證機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以及可以方便的實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 運(yùn)動(dòng)分析 ? 如圖所示 ， 機(jī)械手在工作過程中需三種運(yùn)動(dòng) ，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運(yùn)動(dòng) ，而手臂的回轉(zhuǎn)為圓周運(yùn)動(dòng) ， 所以采用圓柱坐標(biāo)形式 。 其特點(diǎn)是 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 手臂運(yùn)動(dòng)范圍大 ，有較高的定位準(zhǔn)確度 。 關(guān)鍵問題： 機(jī)械手的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方式構(gòu)成了三個(gè)自由度，是機(jī)械手精確定位的關(guān)鍵 械手各液壓系統(tǒng)的工作范圍 ? 機(jī)械手的手臂伸縮液壓系統(tǒng)在水平方向上的伸縮范圍為至兩個(gè)不同高度的工作臺(tái)的距離 ， 手臂伸縮總行程為 500手臂回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍 ≤90度 ，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺(tái)的高度差 ，總行程為 200 是手臂垂直升降液壓系統(tǒng)的工作范圍 ， 還有手腕翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍 ≤180度 。 此外手爪夾合液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)為打開 ， 閉合兩種 ，在待料處手爪打開 ， 然后閉合夾住材料；在送料出手爪打開下料 ， 然后閉合 。 所有液壓系統(tǒng)復(fù)位重新待料 。 3. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理 ? 根據(jù)具體 工作 情況 ， 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有手臂的升降 、 伸縮 、 回轉(zhuǎn)以及手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)不同的自由度 。 手臂升降液壓缸 、 手臂伸縮液壓缸 、 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手腕回轉(zhuǎn)液壓缸 、 手爪夾合液壓缸和回轉(zhuǎn)定位液壓缸各個(gè)部分相互協(xié)作 ， 共同執(zhí)行液壓的傳動(dòng) 。 液壓缸驅(qū)動(dòng)和電氣控制共同完成一系列動(dòng)作并以此循環(huán)往復(fù)： ?定位銷定位 → 手臂延伸 → 手爪打開 → 手爪夾合 （ 材料） → 手臂回升 → 手臂回縮 → 手腕翻轉(zhuǎn) 180° → 撤定位銷 → 手臂側(cè)轉(zhuǎn) 90° → 再次固定定位銷 → 手爪打開→ 下料 → 手爪閉合 → 手臂回縮 → 手臂降至最低點(diǎn) → 手腕復(fù)位 → 撤定位銷 → 手臂復(fù)位 → 重新待料 。 5 壓原理簡(jiǎn)圖 主油箱液壓泵單向閥過濾器壓力表A 壓力表開關(guān)電磁換向閥 溢流閥手臂伸縮液壓缸A 雙向調(diào)速閥手臂升降液壓缸A 手臂回轉(zhuǎn)（齒條液壓缸）A 手腕回轉(zhuǎn)（擺動(dòng)式液壓缸）A 手爪夾合（齒條液壓缸）氣控制系原理圖 4. 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1） 至位置 （ 2） —α， 至位置 （ 1） 1） ? 液壓回路包括液壓泵、單向閥、散熱器、輸油管路、電磁閥、調(diào)壓閥、限流閥、油缸以及控制電路。確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點(diǎn)和工作要求確定對(duì)主要性能起決定性影響的回路，機(jī)械手液壓系統(tǒng)主要針對(duì)伸縮運(yùn)動(dòng)，升降運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)主要運(yùn)動(dòng)來選擇回路， 選擇如下： ? （ 1）方向控制回路：它在液壓系統(tǒng)中的作用是控制執(zhí)行元件的啟動(dòng)、停止或改變運(yùn)動(dòng)方向。 ? （ 2）壓力控制回路： 它的作用是利用壓力控制閥來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力控制，用來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、減壓、增壓和多級(jí)調(diào)壓等控制，以滿足執(zhí)行元件在力或轉(zhuǎn)矩及各種動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)壓力的要求。 ? （ 3）速度控制回路： 它是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，用來控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。 ? （ 4） 壓力源電路：被稱為一個(gè)電源的壓力源的電路，功能是增加壓力，流速，以滿足液壓制動(dòng)器的需求。 壓回路的選擇 壓泵流量計(jì)算及馬達(dá)功率確定 ? 液壓泵流量計(jì)算（此處以前泵為例后泵同理） 前泵的流量： 式中： V—— 泵的排量（ mL/r ） n—— 泵的額定轉(zhuǎn)速（ r/ ? 馬達(dá)功率確定 式中： N—— 油泵所需要的電動(dòng)機(jī)功率； P—— 油泵的最大工作壓力（ ）； —— 油泵最大流量（ ）； —— 油泵總效率，普通葉片泵 =輪泵 = = 馬達(dá)功率 ： ?前m 0 033m a x ??前m 033m q ???前?/m a ? a x ???????? ??前3泵? 泵?泵?關(guān)鍵問題： 液壓泵的流量決定了液壓系統(tǒng)的工作 壓力，對(duì)其性能和維護(hù)至關(guān)重要，馬達(dá)功率則是系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵 。 根據(jù)系統(tǒng)選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件 ? 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱 ， 液壓泵 ， 濾油器 ，油泵 ， 溢流閥 ， 減壓閥 ，單向閥 ， 電磁換向閥 ，單向節(jié)流閥 ， 以及相應(yīng)的電器開關(guān)等 ， 主要液壓元件規(guī)格 如左表 。 存在的問題 ? 工業(yè)機(jī)械手通常為多自由度機(jī)械手，采用液壓驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式，但是有多個(gè)液壓系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際裝配時(shí)比較困難，而且對(duì)液壓元件的精度要求極高，此次為理論設(shè)計(jì)，對(duì)液壓元件的精度計(jì)算不夠準(zhǔn)確，需根據(jù)實(shí)際情況替換不同規(guī)格種類的元件。 ? 液壓系統(tǒng)的電氣控制圖不夠簡(jiǎn)化，線路較為復(fù)雜，增加了實(shí)際過程中安裝線路的難度，對(duì)液壓系統(tǒng)的維護(hù)和檢修不便。 總結(jié) ? 雖然我設(shè)計(jì)的只僅僅簡(jiǎn)單工業(yè)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，但需要了解機(jī)械手伸縮、升降、回轉(zhuǎn)、夾持等功能，這些都是機(jī)械手的液壓傳動(dòng)和液壓控制部分，并且分別要對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，以及對(duì)其所需的附件選擇。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我之前所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論與實(shí)際的相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí) ， 讓我對(duì)液壓技術(shù)有了更深的了解。 致謝