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First, by the manipulator's structure and principle were analyzed in this study. Based on the design scheme is presented; then, mainly the main structure parts and hydraulic system were design and checking calculation. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn the manipulator assembly drawing and the main parts of the map. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. [Keywords] Tire, Manipulator, Cylindrical coordinates, Hydraulic system 目 錄 第一章 緒論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2 國內外發(fā)展狀況 1 第二章 總體方案設計 3 2.1 設計要求 3 2.1.1 動作要求 3 2.1.2參數要求 3 2.2方案擬定 3 2.2.1方案分析 3 2.2.2 擬定方案 5 第三章 手臂部分設計 6 3.1臂部整體設計 6 3.2手臂伸縮驅動力計算 6 3.2.1 手臂摩擦力的計算 6 3.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計算 7 3.2.3手臂慣性力的計算 7 3.3手臂伸縮油缸的設計 8 3.3.1確定液壓缸的結構尺寸 8 3.3.2液壓缸外徑的設計 9 3.3.3活塞桿的設計校核 9 3.3.4 油缸端蓋的設計 10 第四章 機身部分設計 12 4.1 機身的整體設計 12 4.2回轉機構的設計 12 4.2.1回轉缸驅動力矩的計算 12 4.2.2 回轉缸尺寸參數的確定 13 4.3機身升降機構的設計 15 4.3.1手臂重力矩的計算 15 4.3.2升降油缸驅動力的計算 15 4.3.3升降缸尺寸參數的確定 16 第五章 搬運手爪及裝配機構設計 18 5.1搬運手爪的設計 18 5.2裝配機構的設計 19 第六章 液壓系統(tǒng)設計 20 6.1方案擬定 20 6.1.1制定調速方案 20 6.1.2制定壓力控制方案 20 6.1.3選擇液壓動力源 20 6.1.4繪制液壓系統(tǒng)圖 20 6.3液壓元件的計算和選擇 21 6.3.1液壓泵 21 6.3.2確定油箱容量 22 6.3.3液壓元件的選擇 22 6.2液壓系統(tǒng)性能驗算 22 6.2.1壓力損失驗算 22 6.2.2發(fā)熱溫升驗算 23 總 結 25 參考文獻 26 致 謝 27 27 第一章 緒論 1.1研究背景及意義 機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。我國的工業(yè)機械手是從80年代"七五"科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過"七五"，"八五"科技攻關，目前已經基本掌握了機械手操作機的設計制造技術，控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術，運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產線（站）上獲得規(guī)模應用，孤焊機器人已經應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定距離。 本文講述了輪胎裝配機械手即液壓機械手設計，主要作用是完成輪胎的搬運夾持及裝配工作。隨著工業(yè)自動化程度的提高，機械手的應用領域越來越廣。機械手能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，實現抓取、搬運工件或操縱工具。機械手可以代替很多重復性的體力勞動，從而減輕工人的勞動強度、提高生產效率。 1.2 國內外發(fā)展狀況 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司，專門生產工業(yè)機械手。 1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統(tǒng)也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產，一半是進口。 目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 一般概況國內機械行業(yè)應用的機械手絕大部分為專用機械手，附屬于某一設備，其工作程序是固定的。通用機械手也有發(fā)展，目前應用的都是開關式點位控制型，伺服型已試制出數臺在調試中，連續(xù)軌跡控制型還沒有。 控制方式—有觸點固定程序控制占絕大多數，專用機械手多采用這種控制。 第二章 總體方案設計 2.1 設計要求 2.1.1 動作要求 裝配機器人分為搬運和裝配兩個動作，實現夾住輪胎然后搬運過來，然后定位，定位之后由裝配的機構擰螺絲實現裝配動作。 （1）可以設計成一體式，即搬運的機構和裝配的機構在一個圓柱坐標機器人完成，也可以設計成雙臂式，即搬運和裝配部分在兩個圓柱坐標機器人上分別完成動作； （2）裝配機器人擰螺絲過程為 對角依次固定，一般汽車輪胎上有五個固定螺絲，成對角狀態(tài)擰螺絲才能保證輪胎的緊固。 2.1.2參數要求 （1）輪胎直徑： 300~450mm （2）主臂回轉角度： 0~280° （3）主臂回轉轉速： 0~16 r/min （4）機器人直線移動速度：0~0.5m/s （5）機器人自由度： 5 2.2方案擬定 2.2.1方案分析 裝配機器人分為搬運和裝配兩個動作，實現夾住輪胎然后搬運過來，然后定位，定位之后由裝配的機構擰螺絲實現裝配動作。機械手主要有以下類型： （1）直角坐標型 直角坐標型機器人的結構是最簡單的。如圖2-1，臂部由三個相互正交的移動副組成，沿X、Y、Z三個坐標軸的方向作直線移動。它具有操作簡便的優(yōu)點，被用于零部件的移送、簡單的插入、旋擰等作業(yè)。但所占空間較大，工作范圍相對較小。 圖2-1 直角坐標型 （2）圓柱坐標型 圓柱坐標型機器人的結構也比較簡單，如圖2-2，臂部由一個轉動副和兩個移動副組成，工作范圍為圓柱形狀的，其特點是位置精度高、運動直觀、控制簡單；結構簡單、占地面積小、廉價，因此應用廣泛。 圖2-2 圓柱坐標型 （3）垂直多關節(jié)型 垂直多關節(jié)型機器人是根據人的上肢而設計的，如圖2-3，它前三個轉動關節(jié)、腰關節(jié)繞Z軸轉動，臂的兩個關節(jié)繞平行于Y軸的兩軸線轉動，它利用順序的三個圓弧運動來改變手的空間位置。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標，結構緊湊，操作靈活性最好，所占空間小，運動速度較高，操作范圍大，能在狹窄空間內饒過各種障礙物。但其精度受手臂姿勢的影響，實現高精度運動有一定的困難。 圖2-3 圓柱坐標型 （4）平面關節(jié)型 平面關節(jié)型裝配機器人目前在裝配生產線上應用的數量最多，它是一種精密型裝配機器人，具有速度快、精度高、柔性好等特點，如圖2-4： 圖2-4 平面關節(jié)型 （5）極坐標型 極坐標型機器人利用兩個轉動和一個移動來改變手的空間位置，如圖1-4，產生沿手臂軸X的直線移動，繞基座軸Y的轉動和繞關節(jié)軸Z的擺動。其手臂可作繞Z軸的俯仰運動能抓取地面上的物體。這種機器人的特點是結構緊湊，所占空間小，運動靈活，并能擴大機器人的工作空間，但旋轉關節(jié)反映在末端執(zhí)行器上的線位移分辨率是一個變量，精度難以保證。 圖2-5 極坐標型 2.2.2 擬定方案 根據上面幾種機器人結構特點比較，由于圓柱坐標型機械臂動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內饒過各種障礙物的特性，綜合以上決定采用（2）圓柱坐標型裝配機器人，其結構簡圖如圖2-6所示： 圖2-6 輪胎裝配機械手結構簡圖 第三章 手臂部分設計 3.1臂部整體設計 手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉動。 考慮到本次設計的機械手夾持輪胎，抓取重量較小，因此本設計選擇油缸桿伸縮機構，其手臂的伸縮油缸活塞桿安裝在導向套內，減小油缸桿的彎曲應力?；钊麠U受拉壓和彎曲載荷共同作用，受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結構緊湊。使用液壓驅動，液壓缸選取雙作用液壓缸。其詳細結構如下圖示： 圖3-1 臂部結構 3.2手臂伸縮驅動力計算 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅動力。液壓缸活塞的驅動力的計算為： 3.2.1 手臂摩擦力的計算 由于油缸采用導向套導向故： 得 得 式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m），參考上一節(jié)的計算; a——導向支撐的長度（m）; ——當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面有關。 對于圓柱面： ——摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計算：油缸桿的材料選擇鋼，導向套支撐選擇鋼， 預估，已知L=800mm，導向支撐a設計為200mm 將有關數據代入進行計算 600=1260N 3.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用O型密封圈，當液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： =0.03F。 3.2.3手臂慣性力的計算 =0.1 式中 ——參與運動的零件的總重力（包括工件）(N)； ——從靜止加速到工作速度的變化量(m/s)； ——啟動時間(s)，一般取0.01~0.5； 設啟動時間為0.2s，最大為0.233m/s。 則： =0.1=69.9N 由于背壓阻力較小，可取=0.05 所以 =+++=1260+69.9+0.03F+0.05F 求得 =1446N 所以手臂伸縮驅動力為=1446N。 3.3手臂伸縮油缸的設計 表3-1 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 作用在活塞上外力F（N） 液壓缸工作壓力Mpa 小于5000 0.8~1 20000~30000 2.0~4.0 5000~10000 1.5~2.0 30000~50000 4.0~5.0 10000~20000 2.5~3.0 50000以上 5.0~8.0 經過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=4378N，根據表3-1選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa； 3.3.1確定液壓缸的結構尺寸 液壓缸內徑的計算，如圖3-2所示 圖3-2 雙作用液壓缸示意圖 當油進入無桿腔： 當油進入有桿腔： 液壓缸的有效面積： (mm) 所以 （無桿腔） （有桿腔） 式中——活塞驅動力(P)； ——油缸的工作壓力(MPa)； ——活塞桿直徑； ——油缸機械效率，工程機械中用耐油橡膠可取=0.96； 由上節(jié)求得驅動力F=1446N，=1MPa，機械效率=0.96 將數據代入得： ==43.8mm 根據表4-1（JB826-66），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=50mm. 3.3.2液壓缸外徑的設計 外徑按中等壁厚設計，根據（JB1068-67）取油缸外徑外徑選擇76mm. 3.3.3活塞桿的設計校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算： (mm) 設計中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應力的=100~120Mpa。本次取=110 則： =4.1mm 考慮到手部夾緊油缸需內置于該活塞桿，而前述已算得手部夾緊油缸外徑為36mm，所以活塞直徑按下表取d=36mm，滿足強度和裝配要求。 表3-2 活塞桿直徑系列（GB/T2348-93） 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 現在進行穩(wěn)定性校核，其穩(wěn)定性條件為 式中 ——臨界力(N)； ——安全系數，=2~4。 按中長桿進行穩(wěn)定性校核，其臨界力=F() 式中 F——活塞桿截面面積(mm)； a，b——常數，與材料性質有關，碳鋼a=461，b=2.47； ——柔度系數，經計算為70。 代入數據，臨界力 =F()=3.14=90463.4MPa 取=3 =30154.47 MPa 所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。 3.3.4 油缸端蓋的設計 為保證連接的緊密性，螺釘間距t應適當（如圖4-2），在這種聯(lián)結中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預緊力之和 =+ 式中 ——工作載荷，=； ——螺釘中心所在圓的直徑； P——驅動力。 Z——螺釘數目，Z=； ——剩余預緊力，=KQ，K=1.5~1.8； 計算： D=76mm，取=90mm，P=1MPa，間距與工作壓強有關，見表4.3，間距應小于150mm，試選螺釘數為6個： 表3-3 螺釘間距t與壓力P之間的關系 工作壓力P（Mpa） 螺釘的間距t (mm) 0.5~1.5 小于150 1.5~2.5 小于120 2.5~5.0 小于100 5.0~10.0 小于80 則 Z=，代入數據=46<150，滿足要求； ==838N； 選擇K=1.5，=1.5=1255N; =+=837+1257=2095N 螺釘直徑按強度條件計算 式中 ——計算載荷，=1.3； ——許用抗拉應力，=； ——螺釘材料的屈服點，材料選擇45鋼，則屈服強度為352MPa； n——安全系數，n=1.2-2.5，此處取n=2； ——螺紋內徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。 計算： =1.3=1.3×2095=2723.5N 代入數據： ===0.0045m 第四章 機身部分設計 4.1 機身的整體設計 按照設計要求，機械手要實現手臂280°的回轉運動，實現手臂的回轉運動機構一般設計在機身處。同時機身承載著升降運動。 綜合考慮，本設計選用回轉缸置于升降缸之上的結構。本設計機身包括兩個運動，機身的回轉和升降。如圖4-1所示，回轉機構置于升降缸之上的機身結構。手臂部件與回轉缸的上端蓋連接，回轉缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉運動。回轉缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的。活塞桿采用空心，內裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導向，具體結構見下圖。 圖4-1 機身結構示意圖 4.2回轉機構的設計 4.2.1回轉缸驅動力矩的計算 手臂回轉缸驅動力矩的計算公式為： =++ (N·m) 慣性力矩 = 式中 ——臂部回轉部件(包括工件)對回轉軸線的轉動慣量（kg·m）； ——回轉缸動片角速度變化量，在啟動過程=(rad/s)； ——啟動過程的時間(s)； 若手臂回轉零件的重心與回轉軸的距離為(前面計算得=800mm)，則 式中 ——回轉零件的重心的轉動慣量。 = 回轉部件可以等效為一個長600mm，直徑為1000mm的圓柱體，質量為100Kg.設置起動角速度=70°/s，則起動角速度=1.22，起動時間設計為0.5s。 === 28 kg·m =28+=93.3kg·m ==93.3=227.6 為了簡便計算，密封處的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計，=0 所以 =227.6+0+0.03 =234.6 4.2.2 回轉缸尺寸參數的確定 （1）回轉缸油腔內徑D計算公式為： 式中 P——回轉油缸的工作壓力； d——輸出軸與動片連接處的直徑，初步設計按D/d=1.5~2.5； b——動片寬度，可按2b/(D-d)≥2選取。 選定回轉缸的動片寬b=50mm，工作壓力為5MPa，d=50mm =94.9mm 按標準油缸內徑選取內徑為100mm。 （2）油缸缸蓋螺釘的計算 回轉缸的工作壓力為5Mpa，所以螺釘間距t應小于80mm。螺釘數目 Z==×3.14=3.93 所以缸蓋螺釘的數目選擇6個。 危險截面 ==0.00589 所以 =4906.3N =4906.3×1.5=7359.4N (K=1.5) 所以 7359.4+4906.3=12265.7N 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘的直徑 d=10mm 螺釘的直徑選擇d=10mm.選擇M10的內六角圓頭螺釘。 經過以上的計算，最終確定的液壓缸的尺寸，內徑為100mm，外徑按中等壁厚設計，根據表4-2（JB1068-67）取外徑選擇168mm，輸出軸徑為50mm。 圖4-2 回轉缸的截面圖 （3）動片聯(lián)接螺釘的計算 根據動片所受力矩的平衡條件有： = 即 式中 ——每個螺釘預緊力； D——動片的外徑； f——被連接件配合面間的摩擦系數，鋼對鋼取f=0.15 螺釘的強度條件為 或 帶入有關數據，得 ===10416.7N 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘的直徑d=9.3mm 螺釘的直徑選擇d=10mm.選擇M10的內六角圓頭螺釘。 4.3機身升降機構的設計 4.3.1手臂重力矩的計算 (1) 估算重量：=150N，=150N，=500N (2) 計算零件的重心位置，求出重心到回轉軸線的距離: =800mm，=760mm， =400mm。 由于 = 所以 =0.5425m (3) 計算偏重力矩 =434 4.3.2升降油缸驅動力的計算 式中 摩擦阻力，，取f=0.16。 G——零件及工件所受的總重。 (1) 的計算 設定速度為V=0.6m/s；起動或制動的時間差t=0.1s、為800N。 將數據帶入上面公式有： 489.8N (2) 的計算 =2500N 所以 =2×2500×0.16=800N (3) 液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 (4) 由于背壓阻力較小，為簡便計算，可將其忽略，=0 所以 F=489.8+800+0.03F 當液壓缸向上驅動時，F=2105N 當液壓缸向下驅動時，F=505N 4.3.3升降缸尺寸參數的確定 (1) 液壓缸內徑的計算 液壓缸驅動力按上升時計算，F=2105N，由表(5-1)選擇油缸工作壓力為1.0MPa，計算如5.4節(jié)公式，代入數據： ==0.1029 根據表(4-1)可選取液壓缸內徑D=125mm。 (2) 液壓缸外徑的計算 按厚壁計算(3.2)： 式中 ——缸體材料的許用應力，無縫鋼管時=100~110MPa 根據表4-2（JB1068-67）取外徑選擇180mm. (3) 活塞桿的計算 設計中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應力的=100~120Mpa。本次取=110 則： =4.94mm 活塞桿直徑應大于8.5mm。 (4) 缸蓋螺釘的計算 D=120mm，取=180mm，P=1.0MPa，間距與工作壓強有關，見表4-3，間距應小于120mm，試選螺釘數為6個： 則 Z=，代入數據=84<120，滿足要求； ==1962.5N； 選擇K=1.5，=1.5=2943.75N;=+=1962.5+2943.75=4907N 螺釘直徑按強度條件計算： 式中 ——計算載荷，=1.3； ——許用抗拉應力，=； ——螺釘材料的屈服點，材料選擇45鋼，則屈服強度為352MPa； n——安全系數，n=1.2-2.5，此處取n=2； ——螺紋內徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。 計算： =1.3=1.3×4907=6379.1N 代入數據： ===0.0068m 第五章 搬運手爪及裝配機構設計 5.1搬運手爪的設計 裝配機器人分為搬運和裝配兩個動作，實現夾住輪胎然后搬運過來，然后定位，這些動作均需要搬運手爪實現。另外參數要求搬運的輪胎直徑：300~450mm，如下圖通過CAD法匹配分析最小直徑輪胎與最大直徑輪胎時所需手爪的結構。 圖5-1 搬運手爪結構分析 通過上述分析得到搬運手爪的詳細結構尺寸如下圖示： 圖5-2 搬運手爪結構尺寸 5.2裝配機構的設計 設計要求輪帶放到位后由裝配機構擰螺絲實現裝配動作，裝配機器人擰螺絲過程為對角依次固定，一般汽車輪胎上有五個固定螺絲，成對角狀態(tài)擰螺絲才能保證輪胎的緊固。 在機械手設計中通常擰螺絲的裝配機構有現成的電動扳手，只需選型后搭配到機械手上即可，由于本處要求成對角狀態(tài)擰螺絲故選用如下帶成對角套筒的電動扳手。 同時為了保證機械手在搬運爪把輪胎搬運到車輪軸上是精確定位在電動扳手上設置一傳感器1，該傳感器為位置傳感器，可以感應車輪軸的中心位置。 而為了保證電動扳手套筒能精確套入待擰緊的螺帽，在電動扳手上設置一傳感器2，該傳感器也是位置傳感器，可以感應螺桿的中心位置，在擰完一顆螺帽后套筒移除，電動扳手旋轉電機旋轉，兩個套筒在傳感器2作用下找到下一對對角螺栓進行擰緊，如此循環(huán)3次及可完成輪胎螺栓的擰緊工作。 圖5-3 裝配機構結構 第六章 液壓系統(tǒng)設計 6.1方案擬定 6.1.1制定調速方案 節(jié)流調速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調節(jié)速度。此種調速方式結構簡單，但效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。 容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但需要有輔助泵，此種調速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結構比較復雜。綜合考慮本次采用節(jié)流調速。 6.1.2制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調節(jié)壓力，一般在節(jié)流調速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。 在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 6.1.3選擇液壓動力源 ?液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在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。容積調速系統(tǒng)多數是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 6.1.4繪制液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統(tǒng)結構簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。 圖6-1 液壓系統(tǒng)原理圖 6.2液壓元件的計算和選擇 6.2.1液壓泵 工作壓力： P=P=5 MPa，估算=0.5MPa 所以 P5 +0.5=5.5MPa 流量： =29.44L/min，取K=1.1 所以QK20.24=32.4L/min 規(guī)格： 根據《液壓設計手冊單行本》P152，表20-5-6，選擇齒輪泵CB40，n=1460r/min，Q=40L/min，P=6MPa 電機選用： 取泵的總效率=0.85，則N==4.7kw 選電機：Y132M-4，N=5.5kw，n=1460r/min。 6.2.2確定油箱容量 V=100L 6.2.3液壓元件的選擇 表6-1 液壓元件一覽表 序號 元件名稱 規(guī)格 數量 1 線隙式過濾器 2.5MPa，100L/min 1 2 電動機 5.5kw，1460r/min 1 3 齒輪泵 5MPa，1450r/min 1 4 溢流閥 2.5MPa，12 1 5 電磁換向閥 6.3MPa，12 1 6 單向閥 6.3MPa，12 1 7 壓力表 (0~8)MPa 1 8，14 節(jié)流閥 6.3MPa，12 2 9，15，20，21 25，26，30 節(jié)流閥 6.3MPa，8 7 10，16 電磁換向閥 6.3MPa，12 2 11，17 電磁換向閥 6.3MPa，12 2 12，18 單向順序閥 2.5MPa，12 2 22，27 電磁換向閥 6.3MPa，8 2 23，28 電磁換向閥 6.3MPa，8 2 31 電磁換向閥 6.3MPa，8 1 33 壓力繼電器 (1~6.3)MPa 1 34 減壓閥 6.3MPa，8 1 35 壓力表開關 6.3MPa，4 1 注：表中元件的序號與液壓系統(tǒng)原理圖中的序號相對應。 6.3液壓系統(tǒng)性能驗算 6.3.1壓力損失驗算 （1）沿程壓力損失 沿程壓力損失，主要是注射缸快速注射時進油管路的壓力損失。此管路長 5m，管內徑0.032m，快速時通過流量2.7L/s；選用20號機械系統(tǒng)損耗油，正常運轉后油的運動粘度ν＝27mm2/s，油的密度ρ＝918kg/m3。 油在管路中的實際流速為 油在管路中呈紊流流動狀態(tài)，其沿程阻力系數為： 求得沿程壓力損失為： （2）局部壓力損失 單向順序伺17的額定流量為50L/min，額定壓力損失為0.4MPa。電液換向閥2的額定流量為190L/min，額定壓力損失0.3 MPa。單向順序閥18的額定流量為150L/min，額定壓力損失0.2 MPa。 通過各閥的局部壓力損失之和為 從大泵出油口到注射缸進油口要經過單向閥13，電液換向閥2和單向順序閥18。單向閥13的額定流量為250L/min，額定壓力損失為0.2 MPa。 通過各閥的局部壓力損失之和為： 由以上計算結果可求得快速注射時，小泵到注射缸之間總的壓力損失為 ∑p1＝(0.03＋0.88)MPa＝0.91MPa 大泵到注射缸之間總的壓力損失為 ∑p 2＝(0.03＋0.65)MPa＝0.68MPa 由計算結果看，大小泵的實際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵是適合的。 綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為6.3MPa，也就是溢流閥7的調定壓力。 6.3.2發(fā)熱溫升驗算 （1）計算發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉化為熱量，發(fā)熱功率計算如下： Phr＝Pr－Pc 對本系統(tǒng)來說，Pr是整個工作循環(huán)中雙泵的平均輸入功率。 系統(tǒng)總輸出功率，求系統(tǒng)的輸出有效功率： 由前面給定參數及計算結果可知：合模缸的外載荷為90kN，行程0.35m；注射缸的外載荷為192kN，行程0.2m；預塑螺桿有效功率5kW，工作時間15s；開模時外載荷近同合模，行程也相同。注射機輸出有效功率主要是以上這些。 總的發(fā)熱功率為： Phr＝(5.3－3)kW＝2.3kW （2）計算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為1m3，按V＝0.8abh求得油箱各邊之積： a·b·h＝1/0.8m3＝1.25m3 取a為1.25m，b、h分別為1m。求得油箱散熱面積為： At＝1.8h(a＋b)＋1.5ab＝(1.8×l×(1.25＋1) ＋1.5×1.25)m2 ＝5.9m2 油箱的散熱功率為： Phc＝K1AtΔT 式中 K1——油箱散熱系數，查表5—1，K1取16W/(m2·℃)； ΔT——油溫與環(huán)境溫度之差，取ΔT＝35℃。 Phc＝16×5.9×35kW＝3.3kW＞Phr＝2.3kW 由此可見，油箱的散熱能滿足系統(tǒng)散熱的要求。 總 結 畢業(yè)設計是大學學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的學習機會，通過這次對圓柱齒輪減速器理論知識和實際設計的相結合，鍛煉了我的綜合運用所學專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。 這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設計讓我積累了許多實際經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。 順利如期的完成本此畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關注新科技新設備新工藝的出現，并爭取盡快的掌握這些先進知識，更好的為祖國的四化服務。 參考文獻 [1] 郭洪紅 工業(yè)機器人技術（第二版）西安電子科技大學出版社2013 [2] 孫志禮，冷興聚，魏延剛等. 機械設計[M]. 東北大學出版社， 2003 [3] 徐灝. 機械設計手冊[M]第5卷. 機械工業(yè)出版社， 1992 [4] 吳宗澤. 機械設計師手冊[M]. 機械工業(yè)出版社， 2002 [5] 成大先. 機械設計圖冊[M]. 化學工業(yè)出版社， 2002 [6] 羅洪量. 機械原理課程設計指導書[M]（第二版）. 高等教育出版社，1986 [7] JJ.杰克（美）. 機械與機構的設計原理[M]（第一版）. 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