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,,機(jī)械工程系,機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)論文答辯,工業(yè)機(jī)械手設(shè)計液壓原理及傳動設(shè)計,學(xué)生：指導(dǎo)老師：,目錄,引言第一章機(jī)械手設(shè)計要求分析第二章液壓系統(tǒng)設(shè)計第三章集成塊的設(shè)計第四章液壓集成塊CAD技術(shù),引言,工業(yè)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)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)器人。,,機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(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)域不可缺少的自動化設(shè)備。,,機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。,第一章機(jī)械手設(shè)計要求分析,1.設(shè)計目的和要求上下料用機(jī)械手能在不同高度與不連續(xù)的工作臺之間實現(xiàn)機(jī)械零件的重復(fù)取放，代替人工勞動，減輕了人工勞動強(qiáng)度，提高了自動化水平和勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品和工人的質(zhì)量與安全。,2.機(jī)械手簡介與分析,1.坐標(biāo)形式分析上下料用機(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)動傳動方式，能保證機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，運動平穩(wěn)以及可以方便的實現(xiàn)無級調(diào)速。,2.運動分析,如圖所示，機(jī)械手在工作過程中需三種運動，其中手臂的伸縮和立柱的升降為兩種直線運動，而手臂的回轉(zhuǎn)為圓周運動，所以采用圓柱坐標(biāo)形式。其特點是，結(jié)構(gòu)簡單，手臂運動范圍大，有較高的定位準(zhǔn)確度。,,3.機(jī)械手的工作范圍,機(jī)械手在水平方向上的伸縮范圍為至兩個不同高度的工作臺的距離，手臂伸縮總行程為500mm，手臂回轉(zhuǎn)的運動范圍為90度，立柱升降的垂直方向的距離為兩工作臺的高度差，總行程為200mm,第二章液壓系統(tǒng)設(shè)計,1.根據(jù)工作要求確定一個工作循環(huán)周期的運動過程2.據(jù)工作循環(huán)過程確定系統(tǒng)工況分析圖3.擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件5液壓缸尺寸的確定及安全強(qiáng)度的校核,1.確定一個工作循環(huán)周期的運動過程,1.手臂位于初始位置（1）2.手臂伸長至工作臺（1）3.手指抓取工件4.手臂縮回5.立柱升高至至工作臺6.手臂回轉(zhuǎn)角度α至位置（2）7.手臂伸長并釋放工件8.手臂縮回9.手臂回轉(zhuǎn)角度—α，至位置（1）10.立柱下降至工作臺（1）,,2.分析運動過程確定系統(tǒng)工況分析圖,,3.擬訂液壓系統(tǒng)的工作原理圖,1.根據(jù)整個系統(tǒng)的工作完成步驟，選擇合適的液壓缸。伸縮運動和升降運動選擇單桿活塞液壓缸，回轉(zhuǎn)運動選擇擺動液壓缸，保證整個系統(tǒng)能夠達(dá)到穩(wěn)定的運動效果。,,2.液壓回路的選擇確定液壓執(zhí)行元件以后，根據(jù)設(shè)備的共組特點和工作要求確定對主要性能起決定性影響的主要回路，機(jī)械手液壓系統(tǒng)主要有針對伸縮運動，升降運動和回轉(zhuǎn)運動的三個主要運動回路。,,3.綜合以上的液壓元件和液壓回路液壓回路的綜合就是把選擇的液壓回路放在一起，進(jìn)行歸并整理，增加必要的液壓元件和輔助回路，確定完整的液壓傳動系統(tǒng)。同時注意：a.盡量簡化系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，減少不必要的液壓元件使用；b.保證整個液壓系統(tǒng)運動動作的可靠，安全，沒有元件與機(jī)構(gòu)之間的相互干涉問題的存在；c.盡可能的去提高系統(tǒng)的工作效率，減少不必要的功耗的浪費；d.盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)通用的液壓元件。,綜合以上的動作，原理以及元件，繪制液壓系統(tǒng)原理圖。下圖為本機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作原理圖,,4.根據(jù)整個系統(tǒng)的液壓元件需求選擇標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件,機(jī)械手液壓系統(tǒng)的主要液壓元件選擇包括：油箱，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,,2.5液壓缸尺寸的確定及安全強(qiáng)度的校核,1.伸縮液壓缸的設(shè)計計算2.擺動缸的設(shè)計計算3.升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算,第三章集成塊的設(shè)計,1設(shè)計分析2根據(jù)具體的要求進(jìn)行設(shè)計計算3下面為集成塊的設(shè)計步驟4液壓集成塊的加工工藝,在整個液壓系統(tǒng)中，由于整個系統(tǒng)由若干個液壓閥有機(jī)組合在一起的，各個液壓閥之間的連接方式主要有：管式連接，板式連接，集成式連接。集成式連接又可以分為集成塊式連接，疊加閥式連接，插裝錐閥式連接。由于管式連接結(jié)構(gòu)分散，尤其對于復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，占據(jù)空間很大，管路交錯，接頭較多，裝卸維修困難，并且在接頭處容易造成油液的泄露與空氣的滲入，有時會產(chǎn)生噪音和震動板式連接一般油管較多，而且易在兩板之間形成間隙，出現(xiàn)漏油，串腔等問題。而集成塊式連接是集成式連接中的一種，即借助于集成塊把標(biāo)準(zhǔn)式的板式連接的液壓元件連接起來，它是一種代替管路把元件連接起來的六面連接體，在連接體內(nèi)根據(jù)各控制油路設(shè)計出,需要的油路通道，液壓閥裝在集成塊周圍。集成塊的上下面是塊與塊的結(jié)合面，在結(jié)合面上加工有相同位置的壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及安裝螺栓孔。集成塊與裝在周圍的閥類元件之間組成一個集成塊組，可以完成一定典型回路的功能。將所有的集成塊組疊加在一起，就可以構(gòu)成整個集成塊式的液壓傳動接系統(tǒng)。在所有的集成塊組的下面應(yīng)該有底板結(jié)構(gòu)，底板上有壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L等，通過底板來實現(xiàn)集成塊組與油泵和油箱的連接，在所有的集成塊組上面還應(yīng)該有頂蓋結(jié)構(gòu)，在頂蓋上可以安裝壓力表開關(guān)，以便于測量系統(tǒng)中各連接點或者某一油路的壓力情況，這種集成方式的優(yōu)點是它的機(jī)構(gòu)緊湊，占地面積小，易于裝卸和維修，并且具有標(biāo)準(zhǔn)化和系列化產(chǎn)品。以選用組合，因而被廣泛用于各種中高壓液壓系統(tǒng)和各種中低壓液壓系統(tǒng)中，但是對于它的設(shè)計，工作量比較大，加工工藝復(fù)雜，不能任意修改等缺點。,2根據(jù)具體要求進(jìn)行設(shè)計計算,上下料用的機(jī)械手液壓系統(tǒng)的集成塊設(shè)計系統(tǒng)見集成塊裝配圖，它包括地板塊，升降機(jī)構(gòu)控制集成塊，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制集成塊，伸縮機(jī)構(gòu)控制集成塊以及頂蓋等五個集成塊組成。下面針對整個系統(tǒng)中的伸縮缸液壓控制回路集成塊為例子，具體說明整個集成塊的設(shè)計計算過程：,3.液壓元件的選擇,為了能滿足整個循環(huán)的工作要求，則該回路共需四個液壓元件，有相關(guān)手冊查得它們的型號和規(guī)格，以及安裝底板在安裝這些元件時候應(yīng)考慮的油孔的相對位置情況等,減壓閥,型號：JF3-10B通徑：Φ10連接底板標(biāo)準(zhǔn)：GB8100-AG-06-2-A外型尺寸：84mm*61mm安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下圖,,單向閥,型號：AJ-H10B通徑：Φ10AJ型直角單向閥板式連接外型尺寸：60mm*90mm安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下,,三位四通電磁換向閥,彈簧對中型代號O型號：34-H10B通徑：Φ10規(guī)格：流量40L/min換向頻率60次/min電壓AC220V50HzDC12V24V功耗AC40WDC42W安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下：,,單向節(jié)流閥,型號：L-H10板式連接通徑：Φ10外型尺寸：130mm*90mm安裝螺栓孔和油孔的相對位置如下,,3下面為集成塊的設(shè)計步驟,1.根據(jù)上面查得的標(biāo)準(zhǔn)，做液壓元件樣板，根據(jù)閥的油孔和外型尺寸確定液壓集成塊的外型尺寸，以及閥體在集成塊某一面上所占的空間。,2.確定通道的孔徑，集成塊上的公用通道，即壓力油孔P，回油孔T，泄露油孔L，以及四個安裝孔，壓力油孔由液壓泵流量決定，本回路流量約為30L/min則取壓力油孔的孔徑為Φ12mm，回油孔和泄露油孔也取孔徑為Φ12mm。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定，由于所選液壓閥的通徑都為Φ10mm，則統(tǒng)一取孔徑為Φ12mm，方便加工。而孔與孔之間的連接孔（即工藝孔）也取Φ12，并且要求用螺塞在集成塊表面堵死，不允許堵孔用的螺塞對其他的液壓元件和結(jié)合面有干涉作用。,3.集成塊上液壓元件的布置，把做好的液壓元件樣板在集成塊各個視圖上進(jìn)行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板以連接板為準(zhǔn)。,在布局時應(yīng)該避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其他部分或元件想干涉，液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為最佳。如圖5所示，孔道相通的液壓元件應(yīng)該盡可能布置在同一水平面上，或在直徑d的范圍內(nèi)（如圖5a）否則要鉆中間油孔（如圖5b，c），不通油孔之間的最小壁厚h必須進(jìn)行強(qiáng)度校核（如圖5d）。,,液壓元件在水平上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d的范圍（如圖5a，b），否則要鉆中間孔道（如圖6c），集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)相互垂直，不然也要鉆中間孔道（如圖6d）。設(shè)計專用集成塊時，要注意其高度應(yīng)該比裝在其上的液壓元件最大橫向尺寸大，以避免上下集成塊上的液壓元件相互干涉，影響集成塊組之間的緊固問題。,,4.集成塊上液壓元件布置程序,電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道、集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄漏孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分為三層進(jìn)行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動一段距離，具體可參見圖6。溢流閥的先導(dǎo)閥部分可伸出集成塊外，有的元件如單向閥，可以橫向布置。,