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沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 選刀機械手 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 1103 學生姓名 王俊朝 指導教師 侯志敏 論文提交日期 2015 年 5 月 25 日 論文答辯日期 2015 年 6 月 5 日 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 機制 1103 學生 王俊朝 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 選刀機械手 畢業(yè)設(shè)計 論文 內(nèi)容 1 計算說明書一份 包括原理介紹 結(jié)構(gòu)尺寸計算及 校核 設(shè)計計算說明書統(tǒng)一用 A4 紙 標準格式 正文不少 于 20 頁 2 圖紙折合成 A1 圖不少于 3 張 必須有總裝圖 畢業(yè)設(shè)計 論文 專題部分 起止時間 2014 年 12 月 8 日 2015 年 6 月 5 日 指導教師 侯志敏 2015 年 5 月 25 日 摘要 在現(xiàn)在的制造業(yè)當中 有很大一部分都是從國外引進的機械加工設(shè)備 比如 有一些數(shù)控機床等 還有一些事吧好多機床一起結(jié)合起來的加工 中心 這樣就可以代替以前的勞動力制造 在減少工作強度 加快工作 進度方面有了顯著的提高 但是吧 由于這些設(shè)備大部分是在國外引進 的 所以說一般價格都是比較的昂貴的 所以這不得不促使在國內(nèi)涌現(xiàn) 出一批設(shè)計人員 來實現(xiàn)提高效率減少勞動力的目的 類似與這種設(shè)計 在現(xiàn)在國內(nèi)是特備的受到制造業(yè)老板和大批制造業(yè)人員的歡迎的 因此 我聯(lián)想到是不是可以在普通的機床上面裝上一個上料的機械 手 這樣至少在理論上是可以節(jié)省很多時間的 既可以減少工人的勞動 強度 又可以加快工作的進度 這都是因為機械手是一種模仿人體運動 的一種機械設(shè)備 是可以按照事先設(shè)計好的運動軌跡進行工作的一種自 動化的機械設(shè)備 對于工業(yè)的發(fā)展起到了重要的作用 機械手之所以如 此的受到歡迎 也是因為其具有這些強大的功能 隨著工業(yè)的發(fā)展 良好的機械手工具是大勢所趨 這樣可以提高效 率 還可以減少勞動強度 可以較多的避免工人從事單一勞動產(chǎn)生厭倦 促使工人的工作積極性增加 而且 機械手還可以在工作環(huán)境惡劣的情 況下進行 比如超低溫 超高溫 深水 等一些環(huán)境不好的地方進行工 作 所以對比與人工的優(yōu)越性 機械手在以后的發(fā)展中是具有良好的優(yōu) 越性 并且是有良好的發(fā)展前景的 關(guān)鍵詞 機械手 自動化 勞動強度 效率 Abstract In China many industrial ligament developing productivity high precision machining equipment imported from abroad such as CNC lathe milling machine etc and have several function of machine together in processing center etc In this kind of CNC machine greatly enhanced the work product machining accuracy speed and reduce the labor intensity of work so popular But this kind of equipment the introduction is also very expensive so many domestic enterprises in the technical personnel of the original old machine to improve productivity and reduce labor intensity industrial automation this kind of improvement is also very popular I think for ordinary led by a set of machine design on the manipulator to reduce feeding time reduce labor intensity Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment industrial automation promote the production of industrial production of the further development plays an important role The powerful vitality and the extensive attention by people and welcome Industrial robots can replace the hand of heavy labor reduce labor intensity Industrial production often appears in the heavy work frequently if not drab robots that labor intensity is high sometimes even with employees driving speed greatly retard this kind of circumstance using manipulator is very effective In addition it can be in high temperature temperature the universe reflective and other toxic environmental pollution condition on the operation More show its superiority has broad prospects Key words machine hand robotization fatigue strength productiveness 目 錄 第一章引言 1 1 1 執(zhí)行機構(gòu) 1 1 2 機械手的系統(tǒng)工作原理及組成 1 1 2 1 手部 2 1 2 2 手腕手臂 2 1 2 3 立柱 2 1 2 4 行走機構(gòu) 2 第二章液壓缸 3 2 1 液壓缸的選定 3 2 1 1 單活塞液壓缸缸筒內(nèi)徑的計算 3 2 1 2 缸筒壁厚的計算 3 2 1 3 缸筒壁厚的驗算 4 2 1 4 液壓缸活塞桿的確定及校核 6 2 2 液壓缸其它元件的確定 7 2 2 1 缸蓋的材料 7 2 2 2 活塞的材料 7 2 2 3 密封圈的選擇 7 2 2 4 油口接頭的確定 7 第三章擺動缸的選定 9 3 1 連接部分的設(shè)計 9 3 2 連接部分材料的選定與連接方法 10 第四章支小臂液壓缸的確定 11 4 1 支小臂液壓缸的擺動角度確定 11 4 2 支小臂缸的受力分析 11 4 3 1 液壓缸的活塞桿的確定 12 4 3 2 液壓缸內(nèi)徑的確定 12 4 3 3 液壓缸缸筒壁厚的計算 13 4 3 4 缸筒壁厚的驗算 13 4 3 5 活塞桿的最大行程 15 4 3 6 缸筒與端部焊接 16 4 4 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?16 4 5 液壓缸其它元件的確定 17 4 5 1 缸蓋的材料 17 4 5 2 活塞的材料 17 4 5 3 密封圈的選擇 18 4 5 4 管接頭的確定由公式 18 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 19 5 1 回轉(zhuǎn)缸的受力分析及內(nèi)徑的確定 19 5 2 動片螺釘?shù)倪x擇 20 5 3 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?21 5 4 回轉(zhuǎn)缸的其它元件 22 第六章底座的設(shè)計 24 6 1 底座材料及尺寸的選定 24 6 2 底板螺栓的確定 24 6 2 1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 25 6 2 2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?25 第七章液壓系統(tǒng)傳動方案的確定 27 7 1 各液壓缸的換向回路 27 7 2 調(diào)速方案 27 第八章液壓系統(tǒng)原理圖 28 總結(jié) 30 參考文獻 31 致謝 32 0 第一章引言 工業(yè)機械手一共分三大部分組成 主要由執(zhí)行機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu) 和控制系統(tǒng) 1 1 執(zhí)行機構(gòu) 機械手一般都是分成三各部分 機械手部 手臂 軀干 手部一般都是安裝在手 臂前面的用來模仿正常人的手指的動作 手臂又可以分為有關(guān)節(jié)臂和無關(guān)節(jié)臂 主 要是用來控制控制系統(tǒng)的 控制系統(tǒng)是用來支配機械手按指定好的要求就行工作的系統(tǒng) 現(xiàn)在工業(yè)的機械 手一般都是由程序控制系通過還有電器定位系統(tǒng)兩者組成的 控制系統(tǒng)有電氣控制 射流控制兩種 它主要是支配著機械手按照規(guī)定的程序 進行運動 并對此記憶給予機械手的指令信息 比如動作順序 運動軌跡 運動速度 及時間 與此同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令 有時候還可以對機械 手動作進行監(jiān)視 如果系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤的時候還有進行報錯 提示錯誤的警告 1 2 機械手的系統(tǒng)工作原理及組成 通過我的仔細分析 結(jié)合實際的操作手冊 我覺得機械手的工作原理應(yīng)該是如 下圖所示 圖 1 1 機械手的組成方框圖 1 1 2 1 手部 機械手的手部就是指的是與工件接觸的地方 可以分成兩個部分 支持式 吸 附式 支持式是由手指和傳力機構(gòu)組成的 手指與工件時直接接觸的構(gòu)件 常用的手 指運動有會轉(zhuǎn)型和平移型 但是回轉(zhuǎn)性的結(jié)構(gòu)更加簡單 制造更加的容容易 所以 在運用的范圍上更加的廣泛 另外的一種在運用上就要相對的較少了 他更加的適 合于在直徑范圍更大的地方 1 2 2 手腕手臂 手腕是連接手部和手臂的部件 并可用來調(diào)整被抓取物件的方位 即姿勢 手 臂是導向裝置結(jié)構(gòu)形式 常用的有 單圓柱 雙圓柱 四圓柱和 V 形槽 燕尾槽等導 向型式 1 2 3 立柱 立柱是支承手臂的部件 立柱也可以是手臂的一部分 手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降 或俯仰 運動均與立柱有密切的聯(lián)系 機械手的立往通常為固定不動的 但因工作 需要 有時也可以作橫向移動 即稱為可移式立柱 1 2 4 行走機構(gòu) 當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作 或擴大使用范圍時 可在機座上安 裝滾輪 軌道等行走機構(gòu) 以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動 滾滾輪輪式式布行走機 構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種 驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章液壓缸 2 第二章液壓缸 2 1 液壓缸的選定 2 1 1 單活塞液壓缸缸筒內(nèi)徑的計算 液壓缸的負載推力 液壓缸的理論輸出力 P 可按下式計算 2 1 t P 需 式中 活塞的實際作用力 需 N 負載力 一般取 0 5 7 液壓缸的總效力 一般取 t 905197 8 3062tPN 需 查得液壓缸的工作壓力 初選 2 5nPMa 由公式 3644198730 0nDm 選用標準液壓缸內(nèi)徑 40 m 2 1 2 缸筒壁厚的計算 初定 0 3D 則按下式計算 缸筒材料的許用應(yīng)力 max0 4123pP p 而 由于缸筒的材料是有專業(yè)的要求 必須擁有足夠的強度和沖擊韌性 bpn 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章液壓缸 3 所以我選用了 45 鋼 知 610bPaM 查得安全系數(shù) 2n 則得 50 8bp Pa 查得 已選取 max1 nP nM 則選定 ax 23 7 max0405 843 7511 42 3pD mP 初選 則 6 2外 故 由表 17 6 8 查得0 154 8 0 3 max 75401 22 23 pPDm 則知初選壁厚成立 選標準液壓缸 則液壓缸壁厚為 54 外 540 27 壁 2 1 3 缸筒壁厚的驗算 缸筒壁厚額定工作壓力 應(yīng)低于一定的極限值 為了保證安全nP 2 2 210 35snD 缸筒材料的屈服強度 缸筒外徑 缸筒內(nèi)徑 s 1D 故可得 236054 6 8n PaPM 則知 21 snDMpa 為了避免缸筒在進行工作中發(fā)生塑性變形 液壓缸的額定工作壓力 值應(yīng)于塑性nP 變形壓力有一定的比例范圍 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章液壓缸 4 缸筒發(fā)生塑性變形的壓力 12 3lgrLsDP s 05 4nrLP 而 154l2 360lg17 9rs aPM 則取 max8rLM 0 35 42 5 483 45 nrLPP 本液壓缸最大工作壓力為 2 5 故設(shè)計選擇的壁厚符合要求 a 缸筒的底部厚度計算 缸筒底部一般都是為平面 所以厚度 可以按照四周嵌住的圓盤強度公式進行類似 計算 計算厚度處的直徑 10 43pPD 1 2 5 0 433840p m 故取 7m 缸筒端部法蘭厚度的計算 2 3 3410aLpFbhrd 法蘭在缸筒最大內(nèi)壓下所承受的軸向壓力 F 法蘭外圓直徑 ar 螺栓直徑 Ld6Ldm 法蘭材料的許用應(yīng)力 p 缸筒外徑到螺栓中線的距離 b 初選定 選用 的沉頭螺釘10 ra26M 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章液壓缸 5 2max3 754071FPAN 則 34013 4658aLpbh mrd 為了防止油液的泄漏 兩端內(nèi)需裝入 型密封圈 所以端蓋向內(nèi)凹處厚度選為 o 7m 即整個端蓋厚度為 14m 2 1 4 液壓缸活塞桿的確定及校核 初步確定活塞桿直徑 d 對于雙作用單活塞桿的液壓缸 其活塞桿直徑 可依據(jù)往復運動速度比 的d 要求初步按下式計算活塞桿直徑 2 4 1dD 缸筒內(nèi)徑 速度比 由表 17 6 3 3 查得 1 3 1 409 dm 查表 17 6 2 圓整取標準值 20d 大體估計整個液壓缸加上油液的重量約為 30N 活塞桿強度的計算 2 5 62104pFd 活塞桿在穩(wěn)定工 況下 只受軸向推力或拉力 62198 730 4PaM 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章液壓缸 6 活塞桿選用 45 鋼 36012sc PaMn 活塞桿材料的許用壓應(yīng)力 a 活塞桿材料的屈服點 s 安全系數(shù) 一般 n1 4n 故可知 所以滿足工作時的強度要求 c 2 2 液壓缸其它元件的確定 2 2 1 缸蓋的材料 缸蓋本身又是活塞桿的導向套 故缸蓋選用鑄鐵 擬定 20HT 2 2 2 活塞的材料 無導向環(huán)的活塞可用耐磨鑄鐵 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 故初步30 5T 擬定為 30HT 2 2 3 密封圈的選擇 選用 形橡膠密封圈 由表 29 6 2 查得選用橫截面為圓形 型號為 O 821 345 GB 2 2 4 油口接頭的確定 油口孔大多數(shù)屬于薄壁孔 指孔的長度與直徑之比 的孔 通過薄壁孔0 5ld 的流量按下式計算 2 6 12 QCAPCAP 3 ms 式中 流量系數(shù) 接頭處大孔與小孔之比大于 7 時 小于 7 時 0 6 2C 0 7 8 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章液壓缸 7 油孔的截面積 A2m 液壓油的密度 3 kg 油孔前腔壓力 1PPa 油孔后腔壓力 2 油孔前后腔壓力差 推導可得式子 4 6 QdmV 液體的流量 inL 按推薦值選定 一般 V3 s 2640 140 150 756minQL 取標準值 753 6 dm 3d 手部液壓缸設(shè)計如下圖 圖 2 1 手部液壓缸 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章擺動缸的選定 8 第三章擺動缸的選定 手腕的轉(zhuǎn)動部分由擺動缸來實現(xiàn) 由于手抓部位的活塞缸 40 54Dm 外 所以選定標準擺動缸軸徑 外徑為 30m89 圖 3 1 擺動缸 3 1 連接部分的設(shè)計 由于擺動缸的軸勁外凸無法直接連接于活塞桿上 設(shè)計一連接結(jié)構(gòu)如下圖所示 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章擺動缸的選定 9 圖 3 2 連接部件 3 2 連接部分材料的選定與連接方法 初步選定此連接結(jié)構(gòu)的材料為 HT200 擺動缸的軸與連接部分通過鍵連接 為防止所傳遞的轉(zhuǎn)矩過大 故選擇花鍵連接 根據(jù)實際情況選擇標準花鍵 82154 初步估計此擺動缸及連接裝置重 為確保工作所需的供油量 計算長度為0N 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章擺動缸的選定 10 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 11 第四章支小臂液壓缸的確定 4 1 支小臂液壓缸的擺動角度確定 初步擬定大臂俯仰角度為 小臂俯仰角度的范圍為 0 45 60 4 2 支小臂缸的受力分析 由公式 可求出推力M 重推 慣 摩 M推 油缸輸出的推力 對小臂擺動中心 所產(chǎn)生的動力矩 推 推P OmN 手臂偏重對中心 所產(chǎn)生的啟動力矩 重 N 手臂向上擺動的啟動慣性力矩 慣 m 摩擦力矩 M慣 mN GXXGX 重 手 手 物 物 缸 缸 臂 臂 回 轉(zhuǎn) 回 轉(zhuǎn) 4 1 3 3 3 3 3 10 25 160 24 180 5 16024 1 5 64 則得 mNM 9 278重 0J 慣 參與擺動零件 偏重 對擺動中心的轉(zhuǎn)動慣量 2mkg 手臂向上擺動的切向加速度 擬定 弧度 秒 啟動 tV 36 0 5tVs 時間 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 12 4 2 mNM 13 584 29 1805 632 054 30125 06 gXGXGXG22222 臂臂回 轉(zhuǎn)回 轉(zhuǎn)缸缸手手物物慣 0LcosMP 摩 推 L 0 1m 278 95 130PLcos 推 推 取 推 推 mN 30 4 3 液壓缸的確定及校核 4 3 1 液壓缸的活塞桿的確定 初選液壓缸的工作壓力為 2 5PMa MW 316d 60123Pa 302 可得 333max1616024 1d m 得出 24 選取標準值 選活塞桿直徑為 32d 4 3 2 液壓缸內(nèi)徑的確定 4 3 1dD 2 5nPMa 326 0 498m 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 13 機械設(shè)計手冊 17 6 2 選取標準值 80Dm 內(nèi) 4 3 3 液壓缸缸筒壁厚的計算 按壁厚有關(guān)公式確定 4 4 0 413yPD 外 內(nèi) 知已選 max 52 9y MPa 50 8pPa 則 50 84 87 1139 外 從表 17 6 9 選取標準值 5Dm 外 所選液壓缸的壁厚為 則 所95807 2m 7 5094 8 0 38D 以下面的壁厚計算公式 max3 842 3508 7P 故初選成立 4 3 4 缸筒壁厚的驗算 額定壓力 4 5 20 35snDP 外 內(nèi)外 其中 額定工作壓力 n 缸筒材料的屈服強度 s 查表 17 6 7 得 360sMPa 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 14 223609580 35 36 4snDP MPa 外 內(nèi)外 則知符合 4nMaP 123lgrls 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力 rlP 0 5 4 nrlP 則 D952 3g2 360lg1 78rls MPa 外內(nèi) 取 max67 5rlPM 0 3 42 0 3 42 67 5 3 28 nrl a 本液壓缸最大工作壓力為 故設(shè)計選擇的壁厚可滿足要求 Pa 缸筒底部厚度計算 4 6 120 43pD 其中 缸筒內(nèi)最大工作壓力 Pmax2 5PM 筒底材料許用應(yīng)力 p 08p 計算厚度處的直徑 取 2D27D12 50 430 436308pPm 工作壓力 5Ma 取 8m 缸筒端部法蘭厚度計算 4 7 3410alpFbhrd 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 15 式中 法蘭在最大壓力下所承受的軸向力 F 法蘭外圓直徑 ar 螺栓直徑 ld6ldm 缸筒外徑到螺栓中線的距離 b 6bm 選定螺栓為 M6 所以初選 b10120ar26d 6263 75884N4MaxFpA 1h 6 3 105apFrd 為了防止油液的泄露兩端蓋內(nèi)必須需要裝入 O 型密封圈 所以蓋內(nèi)凹處厚度選用為 即整個端厚度為 8m6m 4 3 5 活塞桿的最大行程 由公式 4 8 2kkEILF 其中 活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 k NknFP 活塞桿縱向壓縮力 F 安全系數(shù) 通常 取 kn 3 5 6kn 5k 材料的彈性模數(shù) 鋼材 E 22 10 ENm 活塞桿橫截面積慣性矩 I 4 圓截面 440 96d 由小臂俯仰角度為 液壓缸安裝時鉸鏈焊接處為小臂 與大臂 30m 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 16 焊接處為 小臂旋轉(zhuǎn) 時 活塞壓縮到最小 此時 缸總長 根據(jù)余360m60 435m 弦定理可得 最大行程為 2m 4 3 6 缸筒與端部焊接 焊縫應(yīng)力計算公式 4 9 62104bFnDd 其中 缸筒最大推力 FN 缸筒外徑 1 m 焊縫底徑 d 焊縫材料的抗拉強度 b MPa 安全系數(shù) n12n 焊接效率 0 7 取焊縫底徑為 4m 4 4 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?缸蓋用受軸向載荷的螺釘組聯(lián)接 工作載荷 N 取 6 4 10 24nnDPFAZ Z 則 280 5493 6FN 剩余預緊力 pQ 對于有緊密性要求的聯(lián)結(jié) K 1 5 8 螺釘強 620934 3p N 349 203 542 6pQFN 理 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 17 度條件 即 21 34Qd 14 3Qd 材料的許用應(yīng)力 經(jīng)過查表得 安全系數(shù) 則 取 3 60sMpa nn 4 11 36012sMPan 614 5 d8 7m 則選用標準六角螺栓 10 估算整個液壓缸和油液的重量約為 0N 4 5 液壓缸其它元件的確定 4 5 1 缸蓋的材料 缸蓋本身又是活塞桿的導向套時 缸蓋選用鑄鐵擬定 HT200 4 5 2 活塞的材料 無導向環(huán)的活塞可用耐磨鑄鐵 灰鑄鐵 HT300 HT350 球墨鑄鐵 初步擬定為 HT300 4 5 3 密封圈的選擇 密封件均采用 0 型密封圈 由機械設(shè)計手冊第二版表 29 6 3 可知 選擇 0 型橡 膠密封圈為 故端蓋厚度符合要求 821 345 GB 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章支小臂液壓缸的確定 18 4 5 4 管接頭的確定由公式 4 4 6QdV m 12 液體流量 inL 26430 180 5210 12 min4QsL 按推薦值選定 一般 v vm 求得 d 取標準值 5 4 6 本章小結(jié) 本章節(jié)在是在對加工工藝進行計算和設(shè)計 因為我們知道了零件的用途 本次 畢業(yè)設(shè)計就是在載重后 使活塞能夠延伸 伸展 有緩沖作用 所以我在確定了這 些零件的機械加工余量 工序尺寸和毛坯尺寸后 之后就是選擇出最佳的方案 才 開始對加工的需要的時間進行計算安排 因為加工工藝的設(shè)計 直接決定了生產(chǎn)的 零件是不是合格 這是要生產(chǎn)好的零件的前提之一 所以設(shè)計時要反復比較 選擇 最優(yōu)方案 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 19 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 5 1 回轉(zhuǎn)缸的受力分析及內(nèi)徑的確定 手臂回轉(zhuǎn)運動的常用機構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸 初步擬定回轉(zhuǎn)缸的旋轉(zhuǎn)角速度 啟動時間 需要輸入回轉(zhuǎn)缸的流量 為 10 s 1tVs Q 5 1 2340bDdQ 式中 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 m 輸出軸與動片連接處的直徑 d 動片寬度 b 輸出軸的角速度 弧 度 秒 2 6810dDpT mN 實 0 8 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 P MPa 由 取1 5 2Dd 2bd 5 1 Ddb 1 XGX G oTMJ 手 部 手 部慣 物 物 缸 缸 缸 2缸實 小 臂 小 臂 缸 3缸 大 臂 大 臂 缸 4缸 g222221 5 0 830 685 60 19 891 7918 g 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 20 mN 3468 9125 T 取 10d20d 30Dm 180b 初步擬定回轉(zhuǎn)缸的外徑 7外 估算回轉(zhuǎn)缸及油液重量約為 6N 5 2 動片螺釘?shù)倪x擇 動片輸出軸連接螺釘?shù)挠嬎阋勒談悠惺芰氐钠胶鈼l件 即得 282bpdDdMQZf 摩 24bpDdNzf 式中 每個螺釘?shù)念A加鎖緊力 Q N 動片的寬度 b m 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 P 動片的外徑 即回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑 D m 動片與輸出軸配合處的直徑 d 螺釘數(shù)目 Z04Dzt 被連接件配合面間的摩擦系數(shù) f 0 15f 螺釘?shù)膹姸葪l件為 剩余鎖緊力對于要求緊密的連接 取sQ sQK 1 5 8 1 6K 5 2 0214 3jLQd 合 材料的許用應(yīng)力 L 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 21 安全系數(shù) sLn 5n 360sMPa 360725sMPa 1 041 3j jLQdmQ 17 2 取標準開槽沉頭螺釘 830 5 3 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?0sQ 其中 工作載荷 N 24DPQz 缸蓋所受的負載液壓力 P 螺釘數(shù)目 z0zt 螺釘中心所在圓的直徑 D m 油缸內(nèi)油液的工作壓力 PMPa 剩余鎖緊力對于要求緊密的連接 取sQ sQK 1 5 81 6K 266301 750441 25N 75sN 0148Q 螺釘?shù)膹姸葪l件 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 22 5 3 0214 3jLQd 合 材料的許用應(yīng)力 L sLn 安全系數(shù) n5n 360sMPa 725sLn 14jLQdm 01 3jQ 19 2 取標準的開槽沉頭螺釘 1045M 5 4 回轉(zhuǎn)缸的其它元件 動片與輸出軸連接一般為偶數(shù) 對稱的安裝 并用兩個銷釘定位 連接螺釘 的作用是 使動片輸出軸配合緊密接觸不留痕跡 當油腔進高壓油液時 動片受油 壓作用 產(chǎn)生一個合成液壓力矩 克服輸出軸上所受的外在和力矩 由于螺釘?shù)倪B 接作用 使被連接的表面不能產(chǎn)生相對滑動 動片與缸壁之間定子與輸出軸均采用矩形密封圈進行密封 軸與缸蓋處的密 封采用 O 型圈進行密封 O 型密封圈溝槽尺寸應(yīng)根據(jù) O 型密封圈的預伸長率 y 預壓縮率 壓縮率 O 型密封圈截面積縮小 溶脹等因素進行設(shè)計 根據(jù)軸 kx 徑選擇標準 O 型密封圈為 803 592GB 輸出軸的確定 輸出軸和動片均采用 45 鋼 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑只承受轉(zhuǎn)矩作用或承受轉(zhuǎn)矩作用 的傳動軸 其強度條件為 5 4 TTMPaW 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計 23 式中 軸扭剪應(yīng)力 T MPa 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 軸的抗扭截面模量 mN TW 3m 軸材料的許用扭剪應(yīng)力 T a 30 4TMPa 對實心圓軸 則軸的直徑為 330 216dW 332 51 680dm 軸的強度條件符合 5 6 本章小結(jié) 在這一章中 首先我們應(yīng)該知道大臂回轉(zhuǎn)缸定位機構(gòu)的工作原理 利用有關(guān)公 式來進行鎖緊力 安全系數(shù)的計算 對大臂回轉(zhuǎn)缸進行初步的設(shè)計 最后還要對大 臂回轉(zhuǎn)缸精度分析 夾具在制造系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色 夾具對加工零件的 質(zhì)量 效率 還有成本的控制都起著直接的作用 保證機械手的設(shè)計合理 直接影 響到產(chǎn)品是不是可以具有合格的質(zhì)量 能不能生產(chǎn)出優(yōu)勢的產(chǎn)品 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章底座的設(shè)計 24 第六章底座的設(shè)計 6 1 底座材料及尺寸的選定 初步擬定底座上底版和臂座以及連接板均采用 底板邊長為20HT 高為 的方鑄鐵 臂座采用邊長為 高為 的方鑄640m438 6m7 鐵 連接板邊長為 高為 的圓鑄鐵 立柱為直徑 高0m258 為 的圓鑄鐵 回轉(zhuǎn)缸固定在連接板和底板中間 采用螺栓連接 估算底座重量約為 6N 6 2 底板螺栓的確定 受扭轉(zhuǎn)力矩以及翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 初步擬定底板用 8 個螺栓 螺栓距翻 轉(zhuǎn)軸距離 270m 受扭轉(zhuǎn)力矩的螺栓在轉(zhuǎn)矩 的作用下 底板有繞通過螺栓中心 O 并與結(jié)合面垂T 直的軸線回轉(zhuǎn)的趨勢 使每個螺栓連接都受橫向力 6 1 1fPniKTQr 其中 防滑系數(shù) fK 2fK 扭轉(zhuǎn) T mN 摩擦系數(shù) f0 f 各螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離 12 r 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章底座的設(shè)計 25 mNrfTKQnifp 56 34182 04 21 6 2 1 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 由公式 6 2 maxax21niMLF 其中 螺栓所受的最大工作載荷 maxF N 對稱軸線左側(cè)各螺栓軸線到對稱軸線的距離 iL m 中最大值 maxi m 各運動工件的偏重力矩 M1XGX G 重 手 部 手 部物 物 缸 缸 缸 2缸小 臂 小 臂 缸 3缸 大 臂 大 臂 缸 4缸 18 09 809 75 0895 0 65261 mN 86 max2 4 FN max356 04 9368 71LpFCQN 6 2 2 缸蓋螺釘?shù)挠嬎?6 3 0s 其中 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章底座的設(shè)計 26 工作載荷 Q N 24DPQz 缸蓋所受的負載液壓力 P 螺釘數(shù)目 z0zt 螺釘中心所在圓的直徑 D m 油缸內(nèi)油液的工作壓力 PMPa 剩余鎖緊力對于要求緊密的連接 取sQ sQK 1 5 81 6K 6 4 0214 3jLQd 合 材料的許用應(yīng)力 L 安全系數(shù) sn 5n 360sMPa 360725sLMPa 1 041 3jjLQdmQ 12 3 取標準開槽沉頭螺釘 160 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第七章液壓系統(tǒng)傳動方案的確定 27 第七章液壓系統(tǒng)傳動方案的確定 7 1 各液壓缸的換向回路 液壓機械手一般采用的是單泵或雙泵供油 例如有手臂伸縮 手臂仰俯和手臂旋 轉(zhuǎn)等機構(gòu)采用并聯(lián)供油 這樣做的目的是有效降低系統(tǒng)的供油壓力 此時為了保證 多缸運動的系統(tǒng)互不干擾 實現(xiàn)同步或非同步運動 換向閥需采用中位 0 型換向 閥 7 2 調(diào)速方案 如果整個液壓系統(tǒng)只用單泵或雙泵工作 各液壓缸所需的流量相差較大 各液 壓缸都用液壓泵的全流量工作是無法滿足設(shè)計要求的 所以必須單泵或者雙泵二選 一 那么問題來了 盡管有的液壓缸是單一速度工作 但也要進行節(jié)流調(diào)速 用以 保證液壓缸運行的平穩(wěn)性 各缸可選擇進油或回油節(jié)流調(diào)速 機械手的手臂仰俯采用兩個單向節(jié)流調(diào)速閥來實現(xiàn) 則進油達到最大允許速度 來調(diào)節(jié) 當無桿腔進油時 其速度就減少于最大允許速度 但仍然符合設(shè)計要求 在一般情況下的各個部位是分別動作的 我們可以選擇單泵供油系統(tǒng) 也可以 選擇雙泵供油系統(tǒng) 單泵供油系統(tǒng)要以所有液壓缸中需求流量最大的來選擇泵的流量 缺點是當所 需流量較少的液壓缸動作時 系統(tǒng)的溢流損失較大 能源利用較低 對于系統(tǒng)功率 較小的場合是可取的 優(yōu)點是系統(tǒng)較為簡單 所需的元件較少 經(jīng)濟性好 雙供油系統(tǒng) 它在進行大流量動作的缸運動工作狀態(tài)中 雙泵供油系統(tǒng)可以成 功避免溢流損失過大的缺點 而且可以使用雙泵代替單泵 其優(yōu)點與單泵供油系統(tǒng) 相反 系統(tǒng)較為復雜 所需原件多 經(jīng)濟性差 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第八章液壓系統(tǒng)原理圖 28 第八章液壓系統(tǒng)原理圖 機械手液壓系統(tǒng)由一組多路換向閥來控制四個回路以實現(xiàn)各種工作性能 該閥 屬于并聯(lián)式多路換向閥 其特點是壓力油同時向多路換向閥控制的機構(gòu)供油 各工 作機構(gòu)的壓力既是液壓泵的出口壓力 并且各個操作閥可以獨立操作 也可以幾個 閥同時操作 作復合動作 我所選用的多路換向閥全為彈簧復位機能 有利于微小 動作 此組多路換向閥的額定壓力選為 因為壓力的選擇需要根據(jù)負載的大6 3MPa 小和設(shè)備類型而定 而且我還要還要考慮到執(zhí)行元件的裝配空間 經(jīng)濟條件及元件 供應(yīng)情況等限制 這使得難度大大增加 在載荷一定的情況下 必然要提高設(shè)備的 成本 工作壓力低 勢必要加大執(zhí)行元件的尺寸 反之 壓力選得太高 對泵 缸 閥等元件的材質(zhì) 密封 制造精度要求也很高 所以綜合考慮 我選擇 6 3MPa 為了保證機械手在工作情況下位置不動 我分別在大臂 小臂 抓緊缸三個回 路上加入液壓鎖 形成用液壓單向閥雙向鎖緊回路和兩個液控單向閥實現(xiàn)對液壓缸 的雙向鎖緊 當二回路的換向閥處于中位時 閥為 0 型機能 每個液控單向閥均關(guān) 閉 活塞被鎖住不動活塞桿可運動在任意位置被鎖緊 本液壓系統(tǒng)還具有小臂平動功能 大臂缸和小臂缸構(gòu)成垂直面的平動機構(gòu) 它們分 別靠單向液控平動閥 由液壓鎖組成 控制油流方向?qū)崿F(xiàn)平動 具體原理如圖 11 1 如當控制大臂缸回路的換向閥左換向時 壓力由 A 路到達 C 路后進入大臂缸的 大腔 推動大臂缸前進 壓出的大腔的油液流經(jīng) D 分為二路 一路進入小臂缸大腔 推動小臂活塞前進 壓動小腔油順 P 路回到液壓鎖 1 這時液壓鎖 1 由于 A 路1 上有壓力油 已打開 因此油回到 B 路回到油箱 另一路經(jīng) 路達到液壓鎖 2 這 時液壓鎖 2 沒能打開 此路不通 所以當大臂缸換向閥左換向時 壓力油進入小臂 缸 也帶動小臂缸動作 當大臂缸油路右換向時 有同樣的情況 但當小臂缸油路 換向時 只能實現(xiàn)小臂缸的單獨動作 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第八章液壓系統(tǒng)原理圖 29 圖 8 1 系統(tǒng)圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 總結(jié) 30 總結(jié) 畢業(yè)之前的畢業(yè)設(shè)計對于我來說是對大學四年來所學的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識一 次全面的復習 也是對我運用綜合知識來解決問題能力的一次校驗 這次畢業(yè)設(shè)計涉及到的知識面還是很廣泛的 需要我把大學四年的知識都整合 起來 具體的都有下面幾個方面 材料力學 機械工程材料 機械制圖一 機械制圖二 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 機械制造裝備設(shè)計 公差配合與技術(shù)測 量 機械設(shè)計 工程材料與熱處理 等課程的相關(guān)知識 這次的畢業(yè)設(shè)計看書 是遠遠不夠的 還需要我把大學時候參加金工實習的經(jīng)驗聯(lián)系起來 所以說這次設(shè) 計對我個人來說培養(yǎng)我很多方面 1 培養(yǎng)了我快速收集資料 整合資料的能力 2 是對我大學四年學習的一次很好的復習 提高了自己的制圖能力 3 這回的設(shè)計讓我對機械的加工設(shè)計有了更加深入的了解 比如刀具的選擇等 4 培養(yǎng)了自己運用綜合知識與工藝方面的能力 5 對自己獨立思考能力和創(chuàng)新能力是更進一步的鍛煉與提高 6 讓我體會到了理論與實踐相結(jié)合的時候 其實理論和實踐也是存在差異 回顧這將近四個月的畢業(yè)設(shè)計 有很多東西是值得我回顧和總結(jié)的 畢業(yè)設(shè)計 是四年大學學習生活的濃縮 它體現(xiàn)了四年中學過的所有知識在實際設(shè)計中的應(yīng)用 是對自己學習成果的一次檢驗 他不僅使我把四年中學過的知識很好的溫習了一遍 而且也為日后的工作做了一個很好的鋪墊 經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計后 讓我對以前學過的知 識得到了加強和鞏固 增強了自己以后踏入工作崗位的信心 讓我知道了我已經(jīng)掌 握了那寫內(nèi)容 還需要掌握那些內(nèi)容 對那些方面還需要得到增強 經(jīng)過這次設(shè)計 使我對機械手有了更深一步的認識和了解 尤其是對液壓系統(tǒng) 的設(shè)計方法和設(shè)計步驟掌握的更加熟練 應(yīng)用更加靈活 這對于即將踏上工作的我 是很有重要的 同時 使我自身的能力得到了一次全面的提高 現(xiàn)在社會在高速的發(fā)展 制造業(yè)又是其中不可替代的一部分 所以制造業(yè)在以 后技術(shù)的更新也會岑出不窮 組件的會走向高速 高能 高精度的方向 而這一切 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 總結(jié) 31 對于一個即將走向工作崗位的我來說 無疑既是一個大大的挑戰(zhàn) 又是一個大大的 機會 因為 在以后的工作中 制造對專業(yè)的人來說 社會對工件的要求會越來越 高 所以要想在工作上有一定的成就 就必須要不斷的為自己充電 一刻也不懈怠 只有這樣才可以適應(yīng)高速發(fā)展的社會 不被社會所淘汰 所以畢業(yè)以后的工作會更 加努力 明確自己的人生價值觀 做一個有技術(shù) 能為社會做出良好貢獻的社會主 義好青年 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 32 參考文獻 1 黃承義 機械手及其運用 M 北京 機械工業(yè)出版社 1981 2 張平格 液壓傳動與控制 M 北京 冶金工業(yè)出版社 2004 3 董林福 趙艷春 液壓與氣壓傳動 M 北京 化學工業(yè)出版社 2006 4 楊德武 鄢利群 機械設(shè)計基礎(chǔ) M 長春 吉林科學技術(shù)出版社 2006 5 成大先 機械設(shè)計圖冊第五卷 J 北京 化學工業(yè)出版社 2000 6 李益民 機械制造工藝設(shè)計簡明手冊 M 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1994 50 103 7 張捷主編 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) M 成都 西南交通大學出版社 2006 10 15 47 8 吳宗澤 羅圣國主編 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 第二版 北京 高等教育出版 社 1999 111 150 9 艾興 肖詩綱 切削用量簡明手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 37 43 10 張耀 機械加工工藝設(shè)計實用手冊 M 北京 航天工業(yè)出版社 1993 57 11 李云 閻志 孫學強 賈建華 機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊 M 北京 機械工業(yè)出 版社 1997 87 92 12 東北重型機械學院 洛陽工學院 第一汽車制造廠職工大學 機床夾具設(shè)計手冊 M 上海 上海科學技術(shù)出版社 1990 43 74 13 沈?qū)W勤主編 公差配合與技術(shù)測量 M 北京 高等教育出版社 1998 23 65 14 黃如林 汪群 金屬加工工藝及工裝設(shè)計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2006 156 178 15 楊君偉主編 機械制圖 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 10 156 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝 33 致謝 在忙碌的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)即將結(jié)束 在學校領(lǐng)導的關(guān)懷下 在侯老師的幫助下 順利的完成了畢業(yè)設(shè)計的全部任務(wù) 在此 我對侯老師以及在畢業(yè)設(shè)計中給予我?guī)?助的老師和同學表示深深的感謝 整個畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)緊張有序 初期 侯老師指導我們查閱資料 讓我們熟悉和 認識各種標準 糾正錯誤 在侯老師的耐心指導下 我少走了非常多彎路 使設(shè)計 能夠順利的完成 并且學到了很多書本上學不到的東西 通過一學期的學習 基本 了解了選刀機械手的設(shè)計過程 設(shè)計方法和步驟 以及相關(guān)領(lǐng)域的許多知識 提高 了自學能力 侯老師知識淵博 實踐經(jīng)驗豐富 治學嚴謹 態(tài)度認真 不厭其煩的為我們指 正和糾正錯誤 她精益求精的工作作風給我留下了深刻的印象 設(shè)計過程中 侯老 師要求我們多動腦 勤動手 多查資料 學會怎么去自學 相互幫助等 使我學到 了非常多東西 受益匪淺 侯老師不但教我們專業(yè)知識 還教了我們很多的課外的 東西 教我們以后工作時應(yīng)怎樣去做到最好 我還要感謝感謝曾經(jīng)幫助過和教育過 我的老師們 是你們傳授我了專業(yè)的知識 讓我具備了走向社會的能力 你們平易 近人的人格魅力 也深深的感染著我 謝謝你們大學四年對我的教導和照顧 是你 們的關(guān)懷讓我大學四年有了專業(yè)知識的積累 從而能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計 在畢業(yè)設(shè)計即將完成之際 我的心情無比激動 這次設(shè)計順利完成得到了很多 可敬的老師 同學 朋友的幫助 在此請所有幫助我的朋友接受我最誠摯的謝意 最后還要感謝含辛茹苦養(yǎng)育我們長大的父母 此致 敬禮