【溫馨提示】====設計包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線預覽，所見即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======課題帶三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數(shù)量較多，為保證預覽的簡潔性，店家將三維文件夾進行了打包。三維預覽圖，均為店主電腦打開軟件進行截圖的，保證能夠打開，下載后解壓即可。======詳情可咨詢QQ：1304139763 上下料機械手結構設計及運動學分析 摘 要 機械手又稱一些手部動作的自動功能可以模仿的手和手臂，為了掌握按固定程序，自動執(zhí)行裝置的處理或操作的工具。 本文設計的設計和結構分析的機械手運動學。首先，研究現(xiàn)狀進行全方位的手機，在此基礎上提出了操作程序；然后，計算各構件尺寸結構的主要組成部分；然后，液壓系統(tǒng)的設計；最后，通過對AutoCAD軟件繪制機械裝配圖、主要零件圖。 通過這次設計，建設大學的專業(yè)知識，例如：、機械設計、材料力學、寬容和互換性和機械制圖，掌握產(chǎn)品設計方法和經(jīng)驗的起重機使用AutoCAD軟件，對今后的工作生活是非常重要的。 關鍵字：上下料，機械手，液壓缸，運動學 Abstract Manipulator is also known as the automatic hand to imitate the human hand and arm of some action functions, with a fixed program to grab, handling objects or operating tools for automatic operation of the device. In this paper, the structure design and kinematics analysis of the upper and lower materials are described. First, through the full range of research status of mechanical hand, based on the proposed scheme of mechanical hands; then, design and calculation of the size of the structure of the major components; then, the hydraulic system design. Finally, through the AutoCAD software to draw the upper and lower material 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 hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Key words: Up and down material, Manipulator, Hydraulic cylinder, Kinematics 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1背景及意義 1 1.2機械手概述 2 1.2.1機械手的組成 2 1.2.2機械手的分類 2 1.3 國內外發(fā)展狀況 2 第2章 總體方案設計 4 2.1 設計要求 4 2.1.1 動作要求 4 2.1.2參數(shù)要求 4 2.2方案擬定 4 2.2.1初步分析 4 2.2.2 擬定方案 4 第3章 機械手手部設計 6 3.1手部分析 6 3.2夾緊力及驅動力的計算 7 3.3 夾緊油缸的設計 8 3.4手抓的設計 8 第4章 機械手臂部設計 11 4.1臂部整體設計 11 4.2手臂伸縮驅動力計算 12 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計算 12 4.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計算 13 4.2.3手臂慣性力的計算 13 4.3手臂伸縮油缸的設計 14 4.3.1確定液壓缸的結構尺寸 14 4.3.2液壓缸外徑的設計 15 4.3.3活塞桿的計算校核 15 4.3.4 油缸端蓋的設計 16 第5章 機械手機身設計 18 5.1 機身的整體設計 18 5.2回轉機構的設計 18 5.2.1回轉缸驅動力矩的計算 18 5.2.2 回轉缸尺寸參數(shù)的確定 19 5.3機身升降機構的設計 21 5.3.1手臂片重力矩的計算 21 5.3.2升降導向立柱不自鎖條件 22 5.3.3升降油缸驅動力的計算 22 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 23 第6章 機械手液壓及控制系統(tǒng)設計 25 6.1機械手運動學分析 25 6.1.1手部夾緊機構 25 6.1.2 臂部回轉機構 25 6.1.3 臂部伸縮機構 26 6.1.4臂部升降機構 27 6.2液壓系統(tǒng)方案擬定 28 6.2.1調速回路方案分析 28 6.2.2 快進回路方案分析 30 6.2.3夾緊回路的選擇 31 6.3液壓元件的計算和選擇 32 6.3.1液壓泵 32 6.3.2確定油箱容量 33 6.3.3液壓元件的選擇 33 6.4液壓系統(tǒng)性能驗算 33 6.4.1驗算回路中的壓力損失 33 6.4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 35 總 結 37 參考文獻 38 致 謝 39 41 第1章 緒論 1.1背景及意義 目前，由于成本問題和勞動力技能、牽引機、卸料都用手動，不僅效率低，精度低，工作強度，存在安全風險操作員生產(chǎn)機生產(chǎn)牽引，以避免安全事故操作者牽引機，增加保護措施，例如增加光電保護裝置等；但這并不能從根本上防止安全，而設計的機械手的替代材料曼聯(lián)EL操作變得非常重要。這個設計是必要的，根據(jù)應用本工程結構設計的機械手，運動學分析。 機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種自動高科技生產(chǎn)。工業(yè)機械手在我國是80年代以來“七五”科技開始，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科學和技術，掌握了機械手操作機制造技術，控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術，運動學和軌跡規(guī)劃，機器人的部分關鍵元器件生產(chǎn)、開發(fā)、涂裝、焊接電弧焊接、組裝、運輸?shù)?，機器人，其中130多個機器人繪畫在20多個企業(yè)近30條自動噴涂生產(chǎn)線（站）的訪問規(guī)則的弧焊機器人已經(jīng)應用于模具、焊接線的汽車廠。但總的來說，應用機械手工業(yè)的發(fā)展和我國工程外，水平和一定的距離。 一些機械工業(yè)世界的手，如果每年都在增加，但市場是一個發(fā)展的浪潮。在新世紀的曙光的人尋求更舒適的工作條件，工作環(huán)境的危險，需要機器人代替人工機器人應用的深化。工業(yè)機械手和滲透性，在汽車工業(yè)中的應用不斷開辟新的機械手。也是第一液壓控制，改變了人工智能，隨著科學技術和電子技術的發(fā)展，它將PL美國更完美。 節(jié)奏不斷加快生產(chǎn)和人們的生活，人們對生產(chǎn)效率的不斷提出新的要求。由于微電子技術和計算，快速發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的軟硬件技術的不斷提高，使快速發(fā)展技術的液壓機械手，機械手系統(tǒng)由于其介質源是簡單，無環(huán)境污染，部件成本低、維護方便和安全系統(tǒng)等，已滲透到各個行業(yè)，在行業(yè)中發(fā)揮著重要的作用在保證液壓機械手的發(fā)展。本文介紹了一種氣動機械手，一個旋轉軸螺旋機構、XY集團的一部分，旋轉機械基礎等。主要作用是完成運輸機械部件，可以放置在不同的生產(chǎn)線或物流管道，使工件的運輸，貨物運輸更快捷方便。隨著工業(yè)自動化水平的提高，機械手的應用領域越來越廣泛。部分運動的機械臂可以模擬，根據(jù)預定的計劃，路徑和其他要求，實現(xiàn)實施握和運輸工具或操作機械手。體力勞動可以取代許多重復性，從而降低了工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率。 1.2機械手概述 機械手又稱一些手部動作的自動功能可以模仿的手和手臂，為了掌握按固定程序，自動執(zhí)行裝置的處理或操作可以代替繁重的工作，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)機械，可在危險的環(huán)境下工作，安全保護一個人，可廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等發(fā)展的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，機械化和自動化液壓技術本身，液壓機械手已被廣泛應用于各行業(yè)的自動化生產(chǎn)。 1.2.1機械手的組成 機械手主要由手，一個機構系統(tǒng)和運動控制三部分。用手抓住一塊（或工具）的部件，根據(jù)對象的手柄形狀、大小、重量、形狀和多個結構材料和勞動力的需求，例如，鉗型、型和吸附載體等。運動機構，使旋轉手（擺動），以實現(xiàn)各種移動或復合運動實現(xiàn)定義的運動，改變位置和姿勢捕獲的對象的維護。伸縮升降機構、運動、旋轉運動獨立的方式，稱為機械手度的對象的位置和方向在空間任意掌握，需要六度自由度是關鍵的設計參數(shù)對機械手的自由度的機器人更靈活，通用性越來越大，更廣泛的，其結構更為復雜。一般的機械手具有特殊的2到3個自由度。 1.2.2機械手的分類 類型的機械手驅動方式可分為液壓式，液壓式機械，電氣，機械手；根據(jù)應用范圍可分為機械手的通用機械手和兩種；按軌跡運動控制可以分為一個控制點，連續(xù)軌跡跟蹤控制機器人。機器人一般分為三類：第一類是通用機械手不需要操作是一個獨立的裝置非附屬可以根據(jù)需要完成的任務調度操作的規(guī)定。這是力學性能與普通，而且一般機械能力，智能機械記憶的三個成分。第二類是手工做的機器前，被稱為起源于原子，軍事工業(yè)，先用機器操作完成具體的開發(fā)工作，然后使用無線電信號操作機的探針，以及鍛造操作機中使用的，也屬于這一三類是專用機械手，主要是固定在自動機床或自動線，供電問題的機床和工件的機械手。它在國外稱為“機械手”，這是為主機服務的，通過控制主機，除了一些其他的工作計劃通常是固定的，它是其他國家，目前主要是使通用機械手，第一類外，作為一個機器人。 1.3 國內外發(fā)展狀況 機械手首先是從美國1958年美國研制了第一手的共同控制。其結構體上安裝一個旋轉臂頂部安裝工件，電磁塊夾持和釋放機制控制系統(tǒng)的教學形式。 1962年，美國社會的基礎上共同控制方案和試驗在數(shù)控機床中的閱讀教學型機械手的名稱（即德爾通用自動建模系統(tǒng)）。在炮塔和臂可伸縮，旋轉，俯仰，用液壓驅動；控制系統(tǒng)與鼓作為存儲設備。很多球坐標機械手的總體發(fā)展是同年，社會融合和普魯伯曼萬能自動有限公司，專業(yè)生產(chǎn)工業(yè)機械手。 1962年，美國機械制造有限公司的成功經(jīng)驗機械手的中心支柱。該機械手可以旋轉，通過控制系統(tǒng)驅動液壓提升教學，這兩種類型的機器人出現(xiàn)在60年代初，但是發(fā)展的基礎工業(yè)機器人在國外。 美國斯坦福大學德爾，1978年，麻省理工大學合作開發(fā)工業(yè)機械手式德爾配備了微型計算機控制的裝配操作，定位誤差小于±1mm。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)自1970年以來應用機械手，主要用于起重運輸設備，焊接電源等操作。 德意志聯(lián)邦共和國也產(chǎn)生點焊機器人的控制結構和程序日本是工業(yè)機械手的最快速、大量的國家1969年，從美國引進兩個機械手大力從事前蘇聯(lián)在20世紀60年代以來，應用和發(fā)展的機械手，在1977年年底，其中一半是國產(chǎn)、進口額的一半。 目前，工業(yè)機械手大部分還屬于第一代，主要取決于工人的控制；改進的方向主要是降低成本、提高二代機械手是加強配備了微型電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺和觸覺的能力；雖然聽的能力，。安裝各種傳感器，方向信息反饋，機器人具有感覺功能。第三代機械手指能夠完成任務的過程中。電子裝置及其你的電視和保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展的一個重要組成部分，F(xiàn)MC單元柔性和柔性制造系統(tǒng)。 機械手一般應用大多數(shù)國家機械工業(yè)機械手，固定裝置，其工作程序是fixé.un通用機械手也開發(fā)，應用電流開關型位置控制，伺服生產(chǎn)單位的數(shù)量在調試控制軌跡的連續(xù)型，沒有固定觸點控制方式的控制程序的大多數(shù)，專用機械手的控制。 第2章 總體方案設計 2.1 設計要求 2.1.1 動作要求 機械設計要求手能夠處理工件之間的多臺機器和設備的加載和工件抓起，手臂抬起離開定位裝置縮回，水平旋轉90度，手把工件。 2.1.2參數(shù)要求 本次設計選定參數(shù)如下： （1）伸縮行程：800mm，伸縮速度，250mm/s； （2）升降行程：330mm，升降速度，60mm/s； （3）回轉范圍：210°，回轉速度，70°/s； （4）參考抓取重量：15kg。 2.2方案擬定 2.2.1初步分析 掌握體重15kg，根據(jù)分類，工業(yè)機械手的平均分，利用通用機械手，其特征是可變的和獨立的程序控制系統(tǒng)，運動靈活，經(jīng)營范圍主要通用機械手，定位精度高，通用性強；生產(chǎn)少量適當?shù)淖詣踊B續(xù)生產(chǎn)加工圓柱坐標型比較的直角坐標機械手，機械手，占地面積小，活動面積大，結構相對簡單，可近紅外高精度的位置，因此得到了廣泛的應用。 2.2.2 擬定方案 (1)由初始參數(shù)擬定整體設計方案 通用機械手是3~6個自由度，而本次設計為3由度圓柱坐標機械手，其結構簡圖如圖2-1： 圖2-1 結構簡圖 (2)整體結構 通過本設計要求完成吊臂的伸縮、旋轉和三個運動。你可以考慮下升降旋轉筒或在兩個體驗決定采用千斤頂?shù)男问健? 第3章 機械手手部設計 3.1手部分析 手在夾緊工件的原則，可分為控制部分和吸附是兩大最常見的夾式，本設計主要是針對設計型夾手。 這是通過手指夾式、機械部分和驅動裝置，工件夾持在各種形式的適應性強的樹，能抓住，盤，套類零件，在正常情況下，用兩個手指。 滑槽杠桿式手設計的基本要求： （1）是一個合適的夾緊力和驅動力。 （2）指一定范圍的開啟和關閉。 （3）應保證工件在手指內夾持精度。 （4）的要求，結構緊湊，重量輕，效率高。 （5）應考慮通用性和特殊的要求。 本設計考慮設計簡單，使用滑槽式反饋桿結構轉型的手。下面的圖表。 控制桿可連接到液壓缸，包括一個液壓缸驅動的往復運動使手指夾緊或放松。 考慮到第二夾緊裝置的選擇、雙支點回轉型，槽型反饋桿結構轉型的手。下面的圖表。 控制桿可連接到液壓缸，包括一個液壓缸驅動的往復運動使手指夾緊或放松。 下面的基本結構的力學分析。 (a) (b) 圖3-1 滑槽杠桿式手部結構、受力分析 1-手指 2-銷軸 3-杠桿 3.2夾緊力及驅動力的計算 手指夾持力的工作，這是設計的手。他必須大小、方向和位置都calculées.de一般需要克服的部分電荷產(chǎn)生靜載荷和慣性力的房間來生產(chǎn)運動狀態(tài)的變化，以保持工件裝夾可靠。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 式中 ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0； ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估其中a是重力方向的最大上升加速度 ，g=9.8 m/s ； (1) ==119=479N 取 (2) ==599N 3.3 夾緊油缸的設計 3.4手抓的設計 精密機械零件設計要求準確定位，把握，精度高，重復定位精度和運動穩(wěn)定性，并有足夠的把握。 機械手可以準確、夾緊工件，使工件在指定的位置，定位精度不僅取決于機械手的運動臂和手腕），而且夾機大小的，尤其是在多品種在小批量生產(chǎn)中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，需要的機械夾具的誤差分析。 圖3-3 手抓夾持誤差分析示意圖 1.484 0.166 所以=1.484<3 夾持誤差滿足設計要求。 第4章 機械手臂部設計 4.1臂部整體設計 臂構件的主要成分是實現(xiàn)的作用是支撐部分，手腕和手（包括工作），使他們的空間旋轉。 運動的目的：臂部的手柄部分在空間任意一點。因此，臂部具有兩個自由度，以滿足基本要求，即手臂轉動和手臂動作的升降由油缸驅動和傳動機構，以實現(xiàn)各種分析，從應力狀態(tài)在后面，這不僅是直接在腕部和手，房間靜、動載運動本身，更重要的是，復雜的壓力。因此使用范圍，其結構、靈活性和把握，資本和定位精度直接影響機械性能。 機身連接，傳動部件和支撐臂，以實現(xiàn)運動部件的旋轉臂，臂部，以實現(xiàn)所需的運動滿足基本要求如下： 1）機械臂支撐體 機械臂體的承載能力，根據(jù)于其剛，采用懸臂梁結構的水平。顯然，伸縮臂伸長度越大，剛度差別較大，其剛度與支撐臂的伸縮桿改變手的運動、力學性能、定位精度和承載能力，有很大的影響。 （2）運動速度的臂部分必須是高，低慣性 臂的運動速度的機器人是一個主要的參數(shù)反映了生產(chǎn)水平一般的機械手，根據(jù)生產(chǎn)需求的步伐，一般，旋轉臂的快速運動的要求，（V，W是恒定的），但在發(fā)射臂和立即停止運動，是可變的，以減少沖擊加速度，要求結束前啟動時間和加速度不能太大，否則會造成的沖擊和振動。 高速運動的機械手，最大移動速度1000到1500毫米/ S在設計，旋轉角度最大設計速度在一段180°／s，在大部分的移動距離的移動平均速度為1000毫米/秒，平均速度旋轉90度角。 （3）手臂動作應靈活 為了減少摩擦阻力臂的運動，可以使用滑動摩擦代替滑動摩擦。 機械手懸臂梁式，其驅動元件，導向元件和定位元件設置應合理，使手臂的運動平衡過程盡可能的減少起重力矩偏心支承軸上，特別是為了防止這種現(xiàn)象“封鎖”（堵塞現(xiàn)象）。 （4）位置精度要高 一般來說，直角坐標和圓柱機器人位置精度較高；另外，要求機器人具有相同的更好，做的工作要求；技術、易加工、安裝；機械熱處理，還考慮隔離，冷卻、手機加工區(qū)的大，但也有防塵裝置的設置等。 鑒于這種設計機械手夾持固定的最大重量的15公斤，重量輕，因此設計選擇活塞桿伸縮機構，伸縮臂油缸活塞桿安裝在活塞桿的導向套，減少應力活塞桿彎曲，拉伸共同作用的壓力和彎曲載荷、應力簡單、穩(wěn)定、運輸、外形美觀、結構采用液壓驅動，液壓缸雙作用液壓缸的選擇。 4.2手臂伸縮驅動力計算 首先進行估計的相同的結構，或類似的運動參數(shù)，根據(jù)初步確定主要尺寸有關機構，然后進行校核計算，設計變更。重復繪制最終的結構。 這一水平直線運動的摩擦伸縮液壓缸驅動力，根據(jù)液壓缸運動幾個方面克服阻力，慣性，以確定液壓缸需要確定力驅動力的計算液壓缸的活塞。 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計算 由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 得 得 600=1260N 4.2.2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。 4.2.3手臂慣性力的計算 =0.1 4.3手臂伸縮油缸的設計 表5-1 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(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=4378N，根據(jù)表5-1選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa； 4.3.1確定液壓缸的結構尺寸 液壓缸內徑的計算，如圖5-2所示 圖4-2 雙作用液壓缸示意圖 所以 （無桿腔） （有桿腔） 將數(shù)據(jù)代入得： ==43.8mm 根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=50mm. 4.3.2液壓缸外徑的設計 外徑按中等壁厚設計，根據(jù)（JB1068-67）取油缸外徑外徑選擇76mm. 4.3.3活塞桿的計算校核 表5-2 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(xiàn)在進行穩(wěn)定性校核，其穩(wěn)定性條件為 =F()=3.14=90463.4MPa 取=3 =30154.47 MPa 所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。 4.3.4 油缸端蓋的設計 表4-3 螺釘間距t與壓力P之間的關系 工作壓力P（Mpa） 螺釘?shù)拈g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(shù)據(jù)=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 =1.3=1.3×2095=2723.5N 代入數(shù)據(jù)： ===0.0045m 第5章 機械手機身設計 支撐體和直接驅動臂的運動旋轉和升降臂，這些運動的傳動機構都安在飛機的機身，機身的樹干或直接連接的基礎。因此，該運動臂部，機身約束機制更為復雜。機身可以固定，也可以工作，我們可以沿地面或高架軌道運動。 5.1 機身的整體設計 根據(jù)設計要求，機械臂的旋轉運動，以達到210℃，實現(xiàn)旋轉機械臂的運動一般設計在機身。為了設計一個合理的運動機理，考慮分析。 機身帶有旋轉臂、升降運動的重要組成部分，是機械手使用。機身結構如下： （1）轉筒安裝在升降結構。這種結構可以承受更大的應力缺點是傳輸路徑的長度變形的旋轉運動的花鍵軸，一個大的旋轉精度的影響。 （2）旋轉筒的上方設置有升降結構。該結構內部導向活塞桿，結構緊湊。但旋轉圓筒部分和吊臂運動，總的頂部。 （3）活塞缸和傳動機構臂的旋轉運動通過齒輪齒條傳動機構的往復運動帶動齒輪齒條連接臂的旋轉和往復運動，使擺臂。 鑒于這種設計，旋轉筒上設有升降油缸結構。這種機身設計包括兩個旋轉和升降運動，機身。如圖6所示，機身結構的旋轉機構筒上端的臂部件和旋轉氣缸與氣缸蓋旋轉移動件連接到氣缸體，包括筒體旋轉的臂。轉筒的轉動軸與升降氣缸的活塞桿，活塞桿是設置在中空的，一個扳手套筒和花鍵軸與柱塞舉升的花鍵軸，花鍵軸與下端蓋鍵升降油缸固定，上蓋和底座固定連接短地面固定。這也通過花鍵軸、花鍵軸固定在活塞桿上。這種結構的導桿內，結構緊湊。具體結構如下圖所示。 驅動機構的液壓控制，轉筒通過兩個油孔，進油口、出油口，兩側的葉片旋轉葉片的旋轉角度通常由一個機械停止來決定，這是設計的角度考慮葉片間可滿足設計要求的動態(tài)設計與定子可旋轉210℃之間。 5.2回轉機構的設計 5.2.1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 = 所以 =227.6+0+0.03 =234.6 5.2.2 回轉缸尺寸參數(shù)的確定 =94.9mm 按標準油缸內徑選取內徑為100mm。 （2）油缸缸蓋螺釘?shù)挠嬎? （3）動片聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎? 螺紋連接的輸出軸之間，葉通常，對稱安裝，使用兩個定位銷的作用。連接螺釘，使相應的移動板和輸出軸之間的密切接觸面不留下的移動部件的穩(wěn)態(tài)轉矩 = 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(shù)，鋼對鋼取f=0.15 螺釘?shù)膹姸葪l件為 或 帶入有關數(shù)據(jù)，得 ===10416.7N 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘?shù)闹睆絛=9.3mm 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內六角圓頭螺釘。 5.3機身升降機構的設計 5.3.1手臂片重力矩的計算 圖 5-3 手臂各部件重心位置圖 (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 5.3.2升降導向立柱不自鎖條件 即 h＞0.32×0.5425=0.1736m 5.3.3升降油缸驅動力的計算 489.8N (2) 的計算 =2500N 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 =110 則： =4.94mm 活塞桿直徑應大于8.5mm。 (4) 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 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(shù)為6個： 則 Z=，代入數(shù)據(jù)=84<120，滿足要求； ==1962.5N； 選擇K=1.5，=1.5=2943.75N;=+=1962.5+2943.75=4907N =1.3=1.3×4907=6379.1N 代入數(shù)據(jù)： ===0.0068m 第6章 機械手液壓及控制系統(tǒng)設計 6.1機械手運動學分析 根據(jù)前面幾部分的每個參數(shù)的液壓執(zhí)行元件，液壓系統(tǒng)的設計要求，為后續(xù)的分析工作狀態(tài)被確定為每個執(zhí)行元件在工作循環(huán)載荷的變化速度在每一個階段，液壓系統(tǒng)的工況分析，即液壓缸的P-t圖、Q-t圖、N-t圖。 6.1.1手部夾緊機構 已知參數(shù)：D=25mm，d=12mm， ， 計算工況圖： 圖6-1 6.1.2 臂部回轉機構 已知參數(shù)： D=100，d=50mm，b=50mm，M=，1.22rad/s 計算工況圖： 圖6-2 6.1.3 臂部伸縮機構 已知參數(shù)： D=50mm，d=36mm， ， 計算工況圖： 無桿腔進油情況下 圖6-3 有桿腔進油情況下： 圖6-4 6.1.4臂部升降機構 已知參數(shù)： D=125mm，d=90mm， ， 計算工況圖： 圖6-5 6.2液壓系統(tǒng)方案擬定 （a）安裝在清潔元件和煤油，壓力和密封試驗合格，可以安裝。 （b）同心度泵及其驅動要求。 （C）的輸入，輸出和泵的旋轉方向，給出了一般，不能逆轉。 （d）安裝閥門，應注意方向的入口和一個回油。 （e）以防止空氣閥必須保持良好的密封性能。 （f）使用安裝法蘭閥件、螺絲不能擰擰緊，因為有時，但密封失效。 6.2.1調速回路方案分析 （1）方案一：節(jié)流調速 節(jié)流調速泵供油量，通過流量控制閥的輸入和輸出執(zhí)行元件的流量變化對調速系統(tǒng)，稱為閥控系統(tǒng)。如圖（7） 圖（7）為節(jié)流調速原理圖 它的優(yōu)點是：結構簡單，能量損失小，控制簡單，維修方便。 而缺點是效率低，發(fā)熱。 （2）方案二：容積調速 控制容積調速，用泵或變量馬達，改變泵的轉速控制或發(fā)動機。該系統(tǒng)被稱為水泵控制系統(tǒng)圖。（8） 圖（8）為容積調速原理圖 其優(yōu)點是：效率高，發(fā)熱小，使用維護方便。缺點是：結構相對復雜 （3）方案三：容積節(jié)流調速 容積節(jié)流調速，通過施加壓力式變量泵供油的反饋，通過流量控制閥進入或離開操作元件的變化率，從而控制速度和流量變量泵和流量流量控制閥的調整。如圖（9） 圖（9）為容積節(jié)流調速原理圖 其優(yōu)點是：無溢流損失，效率高，速度穩(wěn)定性的缺點是：有節(jié)流損失。 以上方案，有優(yōu)點和缺點每個液壓系統(tǒng)中。在一個小型機床、節(jié)流閥或調速閥通過控制進給速度的基礎工作型專用機的低速性能在速度和負荷特性具有一定的要求，因此，設計容積調速節(jié)流的限壓閥和泵變速調節(jié)刀片。這種調速回路具有效率高，加熱速度低，剛度，和調速閥安裝在回油管，使切削力具有負電容。 6.2.2 快進回路方案分析 （1）方案一：液壓缸差動連接快速調速 差動連接端面活塞桿，而表面面積端壓桿的大（大區(qū)（桿），這是因為不同的表面。不差）的兩端面承受壓力（壓力）在相同的時間，總壓桿端面不大，去頂桿端的活塞移動，這是目前油插桿室排出的無桿腔的基礎上，對泵油流量增加，使活塞移動得更快，形成差迅速。這種油路的連接方法如圖（10）。 圖（10）為液壓缸差動連接原理圖 其優(yōu)點是：活塞桿伸出時能獲得較快的速度，即使泵的流量較小.但這時油缸的出力較小，不適合重載.?油缸設計合理時，不需要調節(jié)，就可以使活塞桿伸出和回縮時速度相等。缺點：噪聲大。 （2）方案二：采用蓄能器的快速調速 蓄電池的能量，能量存儲裝置或液壓的液壓系統(tǒng)中。它在適當?shù)臅r間在一個能量轉換系統(tǒng)的能量壓縮或存儲的能量，當系統(tǒng)是必要的，壓縮的能量或能量轉換的液壓或氣動的潛在可能可實現(xiàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)瞬時壓力的增加，可吸收能量的一部分，以確保系統(tǒng)的正常壓力。如圖（11） 圖（11）為蓄能器快速調速原理圖 其優(yōu)點是：敏感、可靠。缺點是制造困難，高密封性。 （3）方案三：雙泵供油快速調速 雙泵供油，用兩個泵提供動力，其中一個高流量的泵，以實現(xiàn)快速運動；另一種是小流量泵，用于實現(xiàn)工作進給，如圖（12） 圖（12）為雙泵供油快速調速 優(yōu)點：功率損耗小，效率高，系統(tǒng)的應用更缺點是復雜結構系統(tǒng)。 調速方法的綜合比較快速選擇差動缸速度快。因為循環(huán)工作效率高，使用油、調速是比較好的，結構相對雙泵供油調速方法簡單卷制造更困難，因為電池低敏感。符合發(fā)展的需要，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的需要。 6.2.3夾緊回路的選擇 兩位四通電磁閥控制，夾在釋放開關動作，以避免工作，因為突然斷電而松動，應采取損失夾緊裝置夾緊的時間可調節(jié)，當秋天過渡油壓力時能保持夾緊力，使節(jié)流閥控制的訪問速度和壓力的維持。在這個循環(huán)中還裝有一個減壓器，用來調節(jié)夾緊力的大小與隊伍穩(wěn)定夾緊。 最后把所選的液壓回路組合起來，即可以組成圖6-3所示液壓系統(tǒng)原理圖。 圖6-3液壓系統(tǒng)原理圖 6.3液壓元件的計算和選擇 6.3.1液壓泵 6.3.2確定油箱容量 V=100L 6.3.3液壓元件的選擇 表7 液壓元件一覽表 注：表中元件的序號與液壓系統(tǒng)原理圖中的序號相對應。 6.4液壓系統(tǒng)性能驗算 6.4.1驗算回路中的壓力損失 6.4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 Phr＝(15.3－3)kW＝12.3kW ⑵計算散熱功率 ⑶冷卻器所需冷卻面積的計算 A＝1.3×2.8m2＝3.6m2 總 結 設計即將結束，緊張的學習階段，大大提高了我的綜合能力。本畢業(yè)幾乎用我們專業(yè)的所有課程的大學，這是我們大學所學專業(yè)知識的一次綜合研究和這個畢業(yè)設計畢業(yè)前，使我們對知識有一個全面的了解和的例子，我們需要材料力學的設計過程中，工程制圖，設計，材料力學，工程力學，寬容的基礎和計算機輔助制圖與CAD專業(yè)知識范圍內的協(xié)調。在設計的過程中，我們不僅了解一點舊知識，使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意到的細節(jié)，但正是這些細節(jié)問題是如果我們可以確定關鍵設備技術人員合格。 另外，我覺得畢業(yè)兩個月的設計極大地豐富我們的知識，我學到了很多知識，不僅可以學到很多知識設計過程中，由于需要運用知識，這要求我們在互聯(lián)網(wǎng)或圖書館訪問，在設計方案，需要我們對工作環(huán)境的分析，設計和結構的機械手的運動學和工作能力的有了一定的了解來選擇合適的方案。沒有問題，由于到這方面我們必須認識到，通過實踐和查閱資料，可以做的更好。 生命的意義，工作認真，在這個原則指導下，使我的設計可以順利進行，學習和工作的未來，我會堅持這個原則，我相信：只有在地球上，不能成功！ 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）. 機械工業(yè)出版社，1985 [8] 王玉新. 機構創(chuàng)新設計方法學[M]（第一版）. 天津大學出版社， 1996 [9] 張建民. 工業(yè)機器人[B][M]. 北京理工大學出版社，1992 [10] 馬香峰. 機器人結構學[B] [M] . 機械工業(yè)出版社，1991 [11] [俄]IO.M.索羅門采夫. 工業(yè)機器人圖冊[B] [M]. 機械工業(yè)出版社，1993 [12] 黃繼昌，徐巧魚，張海貴等. 實用機械機構圖冊[B] [M]. 人民郵電出版社，1996 [13] 天津大學《工業(yè)機械手設計基礎》編寫組. 工業(yè)機械手設計基礎[B] [M]. 天津科學技術出版社，1981 [14] 金茂菁. 我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機器人技術與應用， 2001， 01（4） 致 謝 大學生活即將結束，在未來的幾年，我遇到了很多朋友熱心幫助教授工作設計成功的完成不是他們的熱情幫助和顧問的指導，教師和學生在這里都給予指導和幫助我畢業(yè)這表示最誠摯的謝意。 首先，設計指導，感謝你緊張的工作，試圖引導時間，我們總是關心我們的進展狀況，要求我們掌握幫助教師管理在整個設計過程中，從實際操作數(shù)據(jù)準備階段，它提供了指導，我不僅學到了書本上的知識，更學會操作方法。并了解如何把握設計的一個關鍵，如何準備一個合理的時間和紙張，在設計過程中畢業(yè)設計她與我們一起解決設計中出現(xiàn)的問題。 其次，給予幫助教師設計的畢業(yè)生，與我的同學以誠摯的感謝，在設計的過程中，他們給了我很多的幫助和無私的關懷，更重要的是提供多方面的技術，我們感謝他們，他沒有這些數(shù)據(jù)不完整的文件。 此外，也給所有的學生我的幫助表示感謝。 總之，本設計的結果是教師和學生，在一個月內，我們合作的非常愉快，教會我很多偉大的真理，是一種資產(chǎn)，我的生活，我在新教師和學生對我的幫助表示感謝！ 上下料機械手結構設計及運動學分析 摘 要 機械手也被稱為自動手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。 本文講述了上下料機械手結構設計及運動學分析設計。首先，通過對機械手現(xiàn)狀進行全方位調研，在此基礎上提出了機械手方案；接著，設計計算了各主要構成件的結構尺寸；然后，對液壓系統(tǒng)進行了設計；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了上下料機械手裝配圖、主要零件圖。 通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了起重機械產(chǎn)品的設計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。 關鍵字：上下料，機械手，液壓缸，運動學 Abstract Manipulator is also known as the automatic hand to imitate the human hand and arm of some action functions, with a fixed program to grab, handling objects or operating tools for automatic operation of the device. In this paper, the structure design and kinematics analysis of the upper and lower materials are described. First, through the full range of research status of mechanical hand, based on the proposed scheme of mechanical hands; then, design and calculation of the size of the structure of the major components; then, the hydraulic system design. Finally, through the AutoCAD software to draw the upper and lower material 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 hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Key words: Up and down material, Manipulator, Hydraulic cylinder, Kinematics 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1背景及意義 1 1.2機械手概述 2 1.2.1機械手的組成 2 1.2.2機械手的分類 2 1.3 國內外發(fā)展狀況 2 第2章 總體方案設計 4 2.1 設計要求 4 2.1.1 動作要求 4 2.1.2參數(shù)要求 4 2.2方案擬定 4 2.2.1初步分析 4 2.2.2 擬定方案 4 第3章 機械手手部設計 6 3.1手部分析 6 3.2夾緊力及驅動力的計算 7 3.3 夾緊油缸的設計 8 3.4手抓的設計 8 第4章 機械手臂部設計 11 4.1臂部整體設計 11 4.2手臂伸縮驅動力計算 12 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計算 12 4.2.2手臂密封處的摩擦阻力的計算 13 4.2.3手臂慣性力的計算 13 4.3手臂伸縮油缸的設計 14 4.3.1確定液壓缸的結構尺寸 14 4.3.2液壓缸外徑的設計 15 4.3.3活塞桿的計算校核 15 4.3.4 油缸端蓋的設計 16 第5章 機械手機身設計 18 5.1 機身的整體設計 18 5.2回轉機構的設計 18 5.2.1回轉缸驅動力矩的計算 18 5.2.2 回轉缸尺寸參數(shù)的確定 19 5.3機身升降機構的設計 21 5.3.1手臂片重力矩的計算 21 5.3.2升降導向立柱不自鎖條件 22 5.3.3升降油缸驅動力的計算 22 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)的確定 23 第6章 機械手液壓及控制系統(tǒng)設計 25 6.1機械手運動學分析 25 6.1.1手部夾緊機構 25 6.1.2 臂部回轉機構 25 6.1.3 臂部伸縮機構 26 6.1.4臂部升降機構 27 6.2液壓系統(tǒng)方案擬定 28 6.2.1調速回路方案分析 28 6.2.2 快進回路方案分析 30 6.2.3夾緊回路的選擇 31 6.3液壓元件的計算和選擇 32 6.3.1液壓泵 32 6.3.2確定油箱容量 33 6.3.3液壓元件的選擇 33 6.4液壓系統(tǒng)性能驗算 33 6.4.1驗算回路中的壓力損失 33 6.4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 35 總 結 37 參考文獻 38 致 謝 39 40 第1章 緒論 1.1背景及意義 目前，由于勞動力成本和技術問題，國內拉伸機的上下料仍然采用人工上下料，不僅效率低、精度低，而且工人的勞動強度大，存在操作者發(fā)生安全事故的隱患。有些拉伸機生產(chǎn)廠商為了防止操作者發(fā)生安全事故，在拉伸機上加入了一些防護措施，如加入光電保護器等；但這不能從根本上防止操作者的安全。因此，設計機械手以代替人工進行上下料的操作就變得十分重要。本設計就是根據(jù)這一工程應用需要，設計上下料機械手結構，并對其進行運動學分析。 機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，孤焊機器人已經(jīng)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。 世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉變，并且隨著電子技術的發(fā)展和科技的不斷進步，這項技術將日益完善。 隨著社會生產(chǎn)不斷進步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術和計算軟、硬件技術的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機械手技術快速發(fā)展，其中液壓機械手系統(tǒng)由于其介質來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點，已滲透到工業(yè)領域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的液壓機械手有氣控機械手、XY軸絲杠組、轉盤機構、旋轉基座等機械部分組成。主要作用是完成機械部件的搬運工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運、貨物運輸更快捷、便利。 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(xiàn)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(chǎn)效率。 1.2機械手概述 機械手也被稱為自動手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展以及液壓技術自身的一些優(yōu)點，液壓機械手已經(jīng)廣泛應用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。 1.2.1機械手的組成 機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。 1.2.2機械手的分類 機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、液壓式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅動；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機械手，國外稱為機器人 1.3 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(shù)控示教再現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)，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(shù)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(shù)，專用機械手多采用這種控制。 第2章 總體方案設計 2.1 設計要求 2.1.1 動作要求 要求設計的機械手能在幾臺機械設備之間搬運和裝卸工件。由手部握緊工件，往上抬起離開定位裝置，手臂縮回，水平回轉90度，手部放下工件。 2.1.2參數(shù)要求 本次設計選定參數(shù)如下： （1）伸縮行程：800mm，伸縮速度，250mm/s； （2）升降行程：330mm，升降速度，60mm/s； （3）回轉范圍：210°，回轉速度，70°/s； （4）參考抓取重量：15kg。 2.2方案擬定 2.2.1初步分析 機械手抓重為15kg，按工業(yè)機械手的分類，屬于中型，按用途分為通用機械手，其特點是具有獨立的控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣，通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適合于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。圓柱坐標式機械手與直角坐標式械手相比，占地面積小而活動范圍大，結構較簡單，并能達到很高的定位精度，因此應用廣泛。 2.2.2 擬定方案 (1)由初始參數(shù)擬定整體設計方案 通用機械手是3~6個自由度，而本次設計為3由度圓柱坐標機械手，其結構簡圖如圖2-1： 圖2-1 結構簡圖 (2)整體結構 由于本設計要求完成手臂的升降，旋轉以及伸縮三個動作。則可以考慮升降在下或回轉缸在下兩種方式。通過綜合考慮，本次試驗決定采用升降缸在下的形式。 第3章 機械手手部設計 3.1手部分析 手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設計主要考慮夾鉗式手部設計。 夾鉗式手部是由手指、傳動機構和驅動裝置三部分組成，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、套類零件，一般情況下多采用兩個手指。 滑槽杠桿式手部設計的基本要求為： (1)應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力。 (2)手指應具有一定的開閉范圍。 (3)應保證工件在手指內的夾持精度。 (4)要求結構緊湊，重量輕，效率高。 (5)應考慮通用性和特殊要求。 本設計考慮到設計的簡便，采用了滑槽式杠桿回轉型的手部結構。簡圖如下。 驅動桿可以連接液壓缸，由液壓缸帶動其往復運動從而讓手指夾緊或放松。 通過綜合考慮，本設計選擇二指雙支點回轉型手抓，用了滑槽式杠桿回轉型的手部結構。簡圖如下。 驅動桿可以連接液壓缸，由液壓缸帶動其往復運動從而讓手指夾緊或放松。 下面對其基本結構進行力學分析： (a) (b) 圖3-1 滑槽杠桿式手部結構、受力分析 1-手指 2-銷軸 3-杠桿 在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為F，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于A及B。 由 =0 得 = 由 =0 得 = = 由=0 得=·h F= 式中 a-手指的回轉支點到對稱中心的距離(mm)。 -工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角。 由分析可知，當驅動力F一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好=~ 3.2夾緊力及驅動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： 式中 ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0； ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋是重力方向的最大上升加速度 ，g=9.8 m/s ； ——運載時工件最大上升速度；； ——系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.03~0.5s； ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇； G——被抓取工件所受重力（N）。 計算：設a=40mm，b=120mm，=35°；機械手達到最高響應時間為0.5s，求夾緊力和驅動力和 驅動液壓缸的尺寸。 (1) 設=1.6 =60 mm/s =0.5s ==1.01 =0.5 根據(jù)公式，將已知條件帶入： =1.6×1.01×0.5×15kg×9.8=119N 根據(jù)驅動力公式得： (2) ==119=479N 取 (3) ==599N 3.3 夾緊油缸的設計 確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=0.5D，選擇液壓缸壓力油工作壓力P=3MPa 則 D=18.42mm 根據(jù)液壓缸內徑系列表（JB826-66），選取液壓缸內徑為：D=25mm，根據(jù)裝配關系，外徑為36mm。 則活塞桿直徑為： d=250.5=12.5mm，根據(jù)活塞桿標準系列選取d=12mm。 3.4手抓的設計 機械手的精度設計要求工件定位準確，抓取精度高，重復定位精度和運動穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能。 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來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，一定要進行機械手的夾持誤差分析。 圖3-3 手抓夾持誤差分析示意圖 該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。 機械手的夾持范圍為Φ30~Φ60mm。 夾持誤差不超過±3mm，分析如下： 工件的平均半徑： ==45mm 手指長L=120mm，取V型夾角 偏轉角：β ===64.34° 按最佳偏轉角確定： β=64.34° 計算理論平均半徑 120×sin60°cos64.34°=45mm 因為 1.484 0.166 所以=1.484<3 夾持誤差滿足設計要求。 第4章 機械手臂部設計 4.1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。 臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內的任意一點。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉和升降運動。手臂的各種運動由油缸驅動和各種傳動機構來實現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動載荷，而且自身運動又較多，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都直接影響機械手的工作性能。 機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉等運動。臂部要實現(xiàn)所要求的運動，需滿足下列各項基本要求： 1）機械手臂式機身的承載 機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結構上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支臂桿的伸縮不斷變化，對于機械手的運動性能，位置精度和負荷能力等影響很大。 2）臂部運動速度要高，慣性要小 機械手臂的運動速度是機械手主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平，一般時根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉要求均速運動，（V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 對于高速運動的機械手，其最大移動速度設計在1000～1500mm/s，最大回轉角速度設計在180°/s內，在大部分行程距離上平均移動速度為1000mm/s內，平均回轉角速度為90°/s內。 3）手臂動作應靈活 為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。 對于懸臂式的機械手，其傳動件，導向件和定位件布置應合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。 4）位置精度要高 一般說來，直角和圓柱坐標式機械手位置精度較高；除此之外，要求機械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，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。 考慮到本次設計的機械手最大夾持重量15Kg，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。 4.2手臂伸縮驅動力計算 先進行粗略的估算，或類比同類結構，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據(jù)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 4.2.1 手臂摩擦力的分析與計算 由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。 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(shù)，其值與導向支撐的截面有關。 對于圓柱面： ——摩擦系數(shù)，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(shù)據(jù)代入進行計算 600=1260N 4.2.2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。 4.2.3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。 4.3手臂伸縮油缸的設計 表5-1 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(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅動力F=4378N，根據(jù)表5-1選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa； 4.3.1確定液壓缸的結構尺寸 液壓缸內徑的計算，如圖5-2所示 圖4-2 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(shù)據(jù)代入得： ==43.8mm 根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標準液壓缸內徑系列，選擇D=50mm. 4.3.2液壓缸外徑的設計 外徑按中等壁厚設計，根據(jù)（JB1068-67）取油缸外徑外徑選擇76mm. 4.3.3活塞桿的計算校核 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5-2 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(xiàn)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(shù)，=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(shù)，與材料性質有關，碳鋼a=461，b=2.47； ——柔度系數(shù)，經(jīng)計算為70。 代入數(shù)據(jù)，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。 4.3.4 油缸端蓋的設計 (1) 缸體材料選擇無縫鋼管，此時端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點是加工和裝拆方便，缺點是缸體開環(huán)槽削弱了強度 (2) 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 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(shù)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(shù)為6個： 表4-3 螺釘間距t與壓力P之間的關系 工作壓力P（Mpa） 螺釘?shù)拈g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(shù)據(jù)=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(shù)，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(shù)據(jù)： ===0.0045m 第5章 機械手機身設計 機身是直接支撐和驅動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉和升降運動，這些運動的傳動機構都安在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構和受力情況就越復雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。 5.1 機身的整體設計 按照設計要求，機械手要實現(xiàn)手臂210°的回轉運動，實現(xiàn)手臂的回轉運動機構一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮分析。 機身承載著手臂，做回轉，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結構有以下幾種： （1） 回轉缸置于升降之下的結構。這種結構優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉精度的影響較大。 （2） 回轉缸置于升降之上的結構。這種結構采用單缸活塞桿，內部導向，結構緊湊。但回轉缸與臂部一起升降，運動部件較大。 （3） 活塞缸和齒條齒輪機構。手臂的回轉運動是通過齒條齒輪機構來實現(xiàn)：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉，從而使手臂左右擺動。 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6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?；剞D缸的轉軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U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?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結構是導向桿在內部，結構緊湊。具體結構見下圖。 驅動機構是液壓驅動，回轉缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉葉片的兩側來實現(xiàn)葉片回轉?；剞D角度一般靠機械擋塊來決定，對于本設計就是考慮兩個葉片之間可以轉動的角度，為滿足設計要求，設計中動片和靜片之間可以回轉210°。 5.2回轉機構的設計 5.2.1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 5.2.2 回轉缸尺寸參數(shù)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?shù)挠嬎? 回轉缸的工作壓力為5Mpa，所以螺釘間距t應小于80mm。螺釘數(shù)目 Z==×3.14=3.93 所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)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?shù)闹睆? d=10mm 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內六角圓頭螺釘。 經(jīng)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(jù)表4-2（JB1068-67）取外徑選擇168mm，輸出軸徑為50mm。 （3）動片聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎? 動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔檬鞘箘悠洼敵鲚S之間的配合面緊密接觸不留間隙。根據(jù)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(shù)，鋼對鋼取f=0.15 螺釘?shù)膹姸葪l件為 或 帶入有關數(shù)據(jù)，得 ===10416.7N 螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5） 螺釘?shù)闹睆絛=9.3mm 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內六角圓頭螺釘。 5.3機身升降機構的設計 5.3.1手臂片重力矩的計算 圖 5-3 手臂各部件重心位置圖 (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 5.3.2升降導向立柱不自鎖條件 手臂在的作用下有向下的趨勢，而里立柱導套卻阻止這種趨勢。所謂不自鎖條件就是升降立柱能在導套內自由下滑，即 ＞= 所以 若取摩擦系數(shù) f=0.16，則導套長度h＞0.32 即 h＞0.32×0.5425=0.1736m 5.3.3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(shù)據(jù)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(xiàn)=2105N 當液壓缸向下驅動時，F(xiàn)=505N 5.3.4升降缸尺寸參數(shù)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(xiàn)=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(shù)據(jù)： ==0.1029 根據(jù)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(jù)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?shù)挠嬎? 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(shù)為6個： 則 Z=，代入數(shù)據(jù)=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(shù)，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(shù)據(jù)： ===0.0068m 第6章 機械手液壓及控制系統(tǒng)設計 6.1機械手運動學分析 根據(jù)前面幾部分設計好的各液壓執(zhí)行元件的參數(shù)，以及設計要求等對液壓系統(tǒng)作進一步的工況分析，確定每個執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段中的速度、載荷變化規(guī)律，繪制出液壓系統(tǒng)有關工況圖即液壓缸的P-t圖、Q-t圖、N-t圖。 6.1.1手部夾緊機構 已知參數(shù)： D=25mm，d=12mm， ， 計算工況圖： 圖6-1 6.1.2 臂部回轉機構 已知參數(shù)： D=100，d=50mm，b=50mm，M=，1.22rad/s 計算工況圖： 圖6-2 6.1.3 臂部伸縮機構 已知參數(shù)： D=50mm，d=36mm， ， 計算工況圖： 無桿腔進油情況下 圖6-3 有桿腔進油情況下： 圖6-4 6.1.4臂部升降機構 已知參數(shù)： D=125mm，d=90mm， ， 計算工況圖： 圖6-5 6.2液壓系統(tǒng)方案擬定 （a）安裝前元件應以煤油進行清洗，并要進行壓力和密封性實驗，合格后可安裝。 (b)泵及其傳動要求較高的同心度。 (c)油泵的入口，出口和旋轉方向一般在泵上均有標明，不得接反。 (d)安裝各種閥時，應注意進油口與回油口的方向。 (e)為了避免空氣滲入閥內，連接處應保持密封良好。 (f)用法蘭安裝的閥件，螺釘不能擰的過緊，因為有時擰的過緊反而密封不良。 6.2.1調速回路方案分析 （1）方案一：節(jié)流調速 節(jié)流調速，采用定量泵供油，由流量控制閥改變流入和流出執(zhí)行元件的流量以調節(jié)速度，這種系統(tǒng)稱閥控系統(tǒng)。如圖（7） 圖（7）為節(jié)流調速原理圖 其優(yōu)點是：能量損失較小，結構簡單，控制簡單，使用維護方便。 而缺點是：效率較低，發(fā)熱大。 （2）方案二：容積調速 容積調速，采用變量泵或變量馬達，以改變泵或馬達的排量調節(jié)速度。這種系統(tǒng)稱泵控系統(tǒng)。如圖（8） 圖（8）為容積調速原理圖 其優(yōu)點是：效率高，發(fā)熱小，使用維護方便。缺點是：結構相對復雜 （3）方案三：容積節(jié)流調速 容積節(jié)流調速，采用壓力反饋式變量泵供油，由流量控制閥改變流入或流出執(zhí)行元件的流量，進而調節(jié)速度，同時又使變量泵的流量與通過流量控制閥的流量相適應。如圖（9） 圖（9）為容積節(jié)流調速原理圖 其優(yōu)點是：沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性相對好。缺點是：會有節(jié)流損失。 以上方案，每個都有它們的優(yōu)缺點。在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調速閥。根據(jù)銑削類專用機床工作時對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點，因此本次設計采用限壓式變量葉片泵和調速閥組成的容積節(jié)流調速。這種調速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調速閥安裝在回油路上，這樣具有承受負切削力的能力。 6.2.2 快進回路方案分析 （1）方案一：液壓缸差動連接快速調速 差動連接是，活塞無桿端面比有桿端面的受壓 面積大（大桿的面積），（這面積差 是差動的根本原因。）在兩端面受 壓力（壓強）相同時，無桿端面的總壓力大，會將活塞推著向有桿端移動，這就是差動。這時，將有桿腔排出的油導入無桿腔，就在泵油的基礎上增加了流量，能使活塞更快移動，形成差的快速。這種油路的連接方法如圖（10）。 圖（10）為液壓缸差動連接原理圖 其優(yōu)點是：活塞桿伸出時能獲得較快的速度，即使泵的流量較小.但這時油缸的出力較小，不適合重載.?油缸設計合理時，不需要調節(jié)，就可以使活塞桿伸出和回縮時速度相等。缺點：噪聲大。 （2）方案二：采用蓄能器的快速調速 蓄能器是，液壓或液壓系統(tǒng)中的一種能量儲蓄裝置。它在適當?shù)臅r機將系統(tǒng)中的能量轉變?yōu)閴嚎s能或位能儲存起來，當系統(tǒng)需要的時，又將壓縮能或位能轉變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜?，重新補供給系統(tǒng)。當系統(tǒng)瞬間壓力增大時，它可以吸收這部分的能量，以保證整個系統(tǒng)壓力正常。如圖（11） 圖（11）為蓄能器快速調速原理圖 其優(yōu)點是：反應靈敏，工作可靠。缺點是：制造困難，密封性要求高。 （3）方案三：雙泵供油快速調速 雙泵供油是，用兩個泵來提供動力，其中一個為大流量泵，用以實現(xiàn)快速運動；另外一個是小流量泵，則用以實現(xiàn)工作進給，如圖（12） 圖（12）為雙泵供油快速調速 其優(yōu)點是：功率損耗小，系統(tǒng)效率高，應用較為普遍。而缺點是：系統(tǒng)結構復雜。 經(jīng)過綜合對比快速調速方法選用液壓缸差動連接快速調速。因為其工作效率高而且油的循環(huán)利用，速度的調節(jié)也比較好，而且結構相對雙泵供油，容積調速等方式簡單，制造難度比蓄能器低，而且反應靈敏。很符合現(xiàn)在社會的發(fā)展需要和工業(yè)生產(chǎn)需要。 6.2.3夾緊回路的選擇 用二位四通電磁閥來控制夾緊，松開換向動作時，為了避免工作時因為突然斷電而松開，應該采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時間可以調節(jié)和當油路壓力瞬時下降時還能保持夾緊力，所以要接入節(jié)流閥調速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓器，用來調節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 最后把所選的液壓回路組合起來，即可以組成圖6-3所示液壓系統(tǒng)原理圖。 圖6-3液壓系統(tǒng)原理圖 6.3液壓元件的計算和選擇 6.3.1液壓泵 ① 工作壓力： P=P=5 MPa，估算=0.5MPa 所以 P5 +0.5=5.5MPa ② 流量： =29.44L/min，取K=1.1 所以QK20.24=32.4L/min ③ 規(guī)格： 根據(jù)《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 ④ 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。 6.3.2確定油箱容量 V=100L 6.3.3液壓元件的選擇 表7 液壓元件一覽表 序號 元件名稱 規(guī)格 數(shù)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。 6.4液壓系統(tǒng)性能驗算 6.4.1驗算回路中的壓力損失 本系統(tǒng)較為復雜，有多個液壓執(zhí)行元件動作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的要算注射缸動作回路，故主要驗算由泵到注射缸這段管路的損失。 ⑴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(shù)為： 求得沿程壓力損失為： ⑵局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失Δp2，以及通過控制閥的局部壓力損失Δp3。其中管路局部壓力損失相對