花键轴上下料机械手液压系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - I - 花键轴上下料机械手 摘要 液压驱动是机械手中使用最为广泛的一种驱动方式。 花键轴上下料机械手是有两个结构和动作基本相同的机械手来组成，主要完成夹紧工件、手臂伸缩、手臂回转等动作，除考虑到自动线对机械手的一般要求：如机械手有足够的臂力、手指具有一定握力、能准确可靠的完成预定的各项动作、满足生产节拍、保证一定生产精度等要求。还应满足本生产线对机械手的特殊要求：如机械手必须弥补因料道断开对传递工件的影响等。在本设计中针对花键轴上下料机械手的工作性质，对其选用液压驱动的方式。因此，本次毕业设计的主要任务是为花键轴上 下料机械手配备液压系统。其中包括液压系统原理的设计、液压泵站的设计、机械手结构图的设计、集成块的设计等。参照机械手设计基础画出机械手的外部结构装配图。 本文主要叙述了液压方面的一些设计计算过程。其中包括：液压缸的参数设计，行星轮系的尺寸及强度设计、液压原理图设计、各种液压元件的选择，电机的选择，液压集成块的设计，液压系统的安装和维护。 关键词： 手臂伸缩；手架回转；夹紧松开 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - up is is to be be in is to to to be of to to of to If to of a to be to to a so on of to If up a of Be in up to is to in up of up A s of a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - is of of in an is 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - V - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 目录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 述 . 1 械手的组成与分类 . 2 成 . 2 类 . 3 体方案设计 . 4 压系统特点 . 4 械驱动的特点 . 5 作要求及参数 . 5 作要求 . 5 要参数 . 5 第 2 章 行星轮系设计计算 . 6 星轮系的尺寸计算 . 6 星轮系的弯曲疲 劳强度计算 . 8 定参数 . 8 核计算 . 9 第 3 章 液压系统设计与计算 . 10 术参数 . 10 动缸的设计计算 . 10 析并绘制摆动缸的速度循环图 . 10 算并绘制负载图 . 10 压系统计算 . 11 指开闭液压缸的设计计算 . 13 析并绘制液压缸的速度循环图 . 13 算负载 . 13 压系统的计算 . 15 第 4 章 拟定 液压系统图 . 17 定液压系统图的大致步骤 . 17 定液压系统图时应注意的事项 . 17 压系统图的方案制定过程 . 18 定执行元件的形式 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 定回路类型 . 18 择合适的回路 . 18 制整机的系统原理图 . 19 第 5 章 选择元件 . 21 述 . 21 力元件的选择 . 22 泵的确定 . 22 定电动机的功率及型号 . 23 压元件及辅助元件的选择 . 24 压阀的选择 . 24 管的计算与选择 . 25 箱的设计 . 26 油器的选择 . 28 压油的选择 . 28 第 6 章 液压系统故障及其消除方法 . 29 压冲击 . 29 行 . 29 行的危害 . 29 生的原因 . 29 止爬行的方法 . 29 结论 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 附录 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 1 - 第 1章 绪论 述 液压的传动为液体传动，如今液体传动技术水平的高低 已成为一个国家工业发展水平的标志。液压传动系统具有以下几个突出的特点：与电动机相比，在同等的体积下，液压装置能产生更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置体积小，重量轻，机构紧凑，即它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力；液压装置容易做到对速度的无级调速，而且调速的范围大，并且对转速的调节还可以在工作过程中进行；液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；液压装置易于实现过载保护，能实现湿润滑，使用寿命长；液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并 能很容易地和电气电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。 机械手的结构形式开始比较简单，专业性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专业机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，所以他在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 本次设计的花键轴上下料机械手及液压系统；机械手整体机构由手部、小手臂、大手臂、固定支架、回转油缸、圆锥齿轮行星机构的固定中心轮、系杆、行星 轮等组成。手指的开闭动作是由双作用式活塞油缸来实现的，活塞缸往复运动通过联接杆的两个圆柱销轴带动 V 形手指绕固定轴回转来实现夹紧或松开的。大臂的摆动及小臂的翻转是由液压部分和机械部分共同作用完成的。由于两个圆锥齿轮的齿数比是 2： 1，所以大臂摆动90时，小臂翻转 180，实现工件的调头。此机械手是由液压部分动力带动机械部分联合驱动，实现了机械手的一般要求（足够的臂力；手指有一定的握力；动作准确；保证精度等），还解决了工的调头机构等问题。 花键轴自动生产线是由三台仿行车床、四段料道以及三对上下料机械手等组成。该 线不仅用以加工长度相同、形状相似、三种不同直径的花键轴半成品外，也可以加工长度相同的其他小型轴类零件。毛坯进入料道之前，已经完成了铣端面、打中心孔工序，在本自动生产线上毛坯要经过粗车小头、粗精车大头和精车小头等工序。自动生产线的生产节拍为 /件。全自动线长 15 米，宽 3 米。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 2 - 械手的组成与分类 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测等装置等组成。 成 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 （ 1） 手部即与物体接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可以分为夹 持式和吸附式手部。夹持式手部由手指（或手抓）和传力机构所构成，手指是与物体直接接触，二传力机构则通过手指产生夹紧力完成夹放物体的任务；吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力（如吸内形成负压或产生电磁力）吸附物体。 （ 2） 手腕 是连接手部与手臂的物件，起调整或改变工件方位的作用。 （ 3） 手臂 支撑手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。 （ 4） 立柱是支撑手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的关系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可做横 向移动，即称为可移动式立柱。 （ 5） 行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外再增设机械传动装置。 （ 6） 机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部分和驱动系统均安装在机座上，故起支承和连接的作用。 机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的由液压传动、气压传动、电流传动和机械传动等四种形式。 有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支 配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出命令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障及时发出报警信号。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 3 - 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后将通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。 类 控制机械手还没有统一的分类标准，在此暂时按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。 机 械手可分为专用机械手和通用机械手。 （ 1） 专用机械手 它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、实用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线上的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 （ 2） 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。 通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服 型两种：简易型以“开 关”式控制定位，只能是点位控制；伺服型具有定位控制系统，可以是点定位的，也可以是实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。 （ 1） 液压机械手 是以油液的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要的特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄露对机械手的工作性能油很大影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。 （ 2） 气压传动机械手 是以压缩空气的压力来驱动执行机构运 动的机械手。其主要特点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低，但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性差，而且气源压力较低，抓重一般在 30公斤以下 ，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的的环境中进行工作 （ 3） 机械传动机械手 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 4 - 即由机械传动机构 (如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等 )驱动的机械手 其动力是由工作机械传递的 作频率高 ,但结构较大 ,动作程序不可变 料 . (4)电力机械手 即由特殊结构的感应电动 机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手 ,因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前不多，但有发展前途。 （ 1)点位控制 它的运动为空间为空间点到点之间的移动，只能控制运动中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点位越多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前多数机械手属于点位控制。 （ 2）连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准 确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。 体方案设计 压系统特点 1驱动力或驱动力矩较大，臂力可达 100 公斤以上。 2速度反应较好。因为被驱动件的速度快慢取决于油液的容积变化（即流量大小），所以当不考虑油液的温度变化时，被驱动系统的滞后也几乎没有，而且液压机构的重量轻，惯性小，因此它的速度反应性较好。 3速度范围较大，而且可以无级调速，易于适应不同的工作要求。如果采用电液伺服机构，还可以实现自动连续控制，使机械手的通用性更大。 4运动平稳，能吸收冲击力，可以实现较频繁而平稳的换向。在机械 手上可以直接带动油缸使手臂和手指等实现直线往复运动或回转、摆动运动。 5产生相同驱动力的条件下，液压驱动比其他驱动方式体积小、重量轻、惯性小。 6位精度比气动高。 7液压系统的泄露对机构的工作稳定性有一定的影响。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 5 - 8液体中如果混入气体将降低传动机构的刚性，影响定位精度（产生爬行）。 9液体的温度和粘度变化影响传动性能。 械驱动的特点 机械驱动是利用有关的联动机构驱动凸轮、齿轮、齿条、链条、蜗轮等完成机械手的各个动作。这种驱动方式发展较早，特别是在原有设备上安装机械手，实现单机自动化时，常采用这种 驱动方式。其特点： 1. 动作准确可靠、速度较快、动作范围小。 2. 动作较简单明显，易于掌握。 3. 控制装置较简单（通常用凸轮控制）。 4. 结构比较复杂笨重。 通过以上几种驱动方式的比较并结合自己这次设计要求的平稳性、精确性以及连续性等特点综合考虑采用液压驱动方式。 作要求及参数 作要求 为了完成粗车小头、粗车大头和精车小头等工序，需要上下料机械手具有下列几个运动和动作： 1加紧工件 2小臂逆时针旋转 90 3小臂逆时针旋转 180 4大臂逆时针旋转 90 等。 要参数 抓重： 斤 自由度数： 4 个 坐标型式：圆柱坐标 回转角度： 180 度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 6 - 第 2章 行星轮系设计计算 星轮系的尺 寸计算 直齿圆锥齿轮基本齿廓 ： 1齿制： 基准齿形参数 0 1 *c 0m 3变位方式：径向 +切向变位 4齿高种类：等顶隙收缩齿 5齿数比： 212:1 6大端分度圆直径： 4 (按强度计算初定 ) 7齿数 小轮齿数，查手册 1z 16 2z 32 8大端模数： 1664 (大小齿轮模数相同 ) 9大齿轮大端分度圆直径： 错误 !未找到引用源。 32 4=128 误 !未找到引用源。 ， 错误 !未找到引用源。 90 错误 !未找到引用源。 1 错误 !未找到引用源。 90 = 11 外锥距 ： 11ee 2齿宽： （齿宽系数） 错误 !未找到引用源。 b )1 =1 =14 中锥距 ： )R 15切向变位系数： 6径向变位系数：当 错误 !未找到引用源。 时 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 7 - )c o sc o 3 4 5 2 7齿顶高 错误 !未找到引用源。 ) )x1( 18齿根高 )* )3 4 )* )3 4 19顶隙 c： 0齿顶角： 2 rc ta n 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 21顶锥角 a ： 2 6 1 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 22根锥角 f ： 1 6 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 8 - 23齿顶圆直径 11c o 894 错误 !未找到引用源。 2c o 4当量齿数 星轮系的弯曲疲劳强度计算 定参数 1小、大齿轮的弯曲疲劳极限 5001 802 弯曲寿命系数 N N 3尺寸系数 1 4许用弯曲应力 取失效率为 1%，最小安全系数 ，许 用弯曲应力由公式22 ： m （ 2 得 3441F 52,2672F 重合度系数 Y 6齿形系数 7应力修正系数 核计算 齿轮弯曲疲劳强度见公式 22 ： (2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 9 - 3 4 1F 2F 所以弯曲强度满足要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 10 - 第 3章 液压系统设计与计算 术参数 24N /件 上料机械手闭上料手进上料手手指开上料手退 0S 6S （下料手动作时间与上料手相同） S 上料手进 5S 上料手手指开 3S 上料手退 5S （下料手分步动作时间与上料手相同） N=2N 90N m 动缸的设计计算 析并绘制摆动缸的速度循环图 摆动缸经过了 速后以 s/ra 做匀速运动， 错误 !未找到引用源。 ，经过 进入减速状态，到达 错误 !未找到引用源。 。然后以 错误 !未找到引用源。 退回原来的位置并停止。摆动缸的速度循环图见图 5 计算并绘制负载图 通过分析可知摆动缸受三部分负载 1 工作负载 200N m 2 运动部件由于角速度变化引起的惯性负载 可按公式 3算： （ 3 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 11 - N m 图 3动缸的速度循环图 3 摩擦力 F （因为很小，可以忽略不计） 。 根据受力分析做负载图如图 3示。最大扭矩发生在匀速阶156N m,快进时负载较小。 压系统计算 1液压缸主要尺寸 （ 1）工作压力的确定，仿型机床的 考虑 则取 。 为减小动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度时，建议按 错误 !未找到引用源。 来选用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 12 - 图 3动缸负载图 （ 2）计算 R2 pp(b)R(T R 整后 42 错误 !未找到引用源。 9 32 2）计算所需流量 222 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 13 - 错误 !未 找到引用源。 查手册得调速阀的最小稳定流 量为 1 ,可满足要求。 （ 1）压力的检验 MP 误 !未找到引用源。 （ 2 ） 流 量 的 检 验 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 L/中 错误 !未找到引用源。 为同时动作的油缸所需流量最大值。 泄漏系数取 初步选定 片 泵 ， 规 格 ： 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 4 L/以符合要求。 指开闭液压缸的设计计算 析并绘制液压缸的速度循环图 活塞杆运动行程 36动时间 3S，所以 错误 !未找到引用源。mm/s。 由图 3知，夹紧缸经过了 速后，以 12v mm/s 的速度匀速前进，经过了 减速，到达 36后以 12v mm/s 的速度匀速返回到初始位置并停止。 算负载 1驱动力 . 见图 5指结构图，驱动力可按公式 3算 co （ 3 式中 N 为夹紧工件时所需的握力，可按公式 3算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 14 - （ 3 62 N 因为 30 所以 错误 !未找到引用源。 N 图 3指开闭缸速度循环图 考虑工件在传动过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力 错误 !未找到引用源。 应按公式 3算： 错误 !未找到引用源。 （ 3 式中 为手部的机械效率，一般取（ 错误 !未找到引用源。 为安全系数，一般取（ 2）； 错误 !未找到引用源。 为工作情况安全系数，主要考虑惯性力的影响， 2k 可近似按 估计， 其中 a 为被抓取的工件运动时的最大加速度， g 为重力加速度（ g=误 !未找到引用源。 ）。 因为传力机构为滑槽式传动，故 = ，若抓取工件时的最大加速度 a=g 时，则： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 15 - 错误 !未找到引用源。 实际 N 错误 !未找到引用源。 夹紧工件时所需要的夹紧力 2运动部件由于速度变坏引起的惯性负载 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 N 由于惯性负载很小，故忽略不计； 压系统的计算 1. 液压缸的主要尺寸 （ 1）工作压力的确定，查手册，仿型机床的 1 ，考虑 取 错误 !未找到引用源。 （ 2）计算 D 和 d。 D 可根据公式 3算： 错误 ! 未找到引用源。 （ 32212 p) 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 )4 整值：液压缸内径为 10塞杆取 7 （ 3）计算液压缸所需流量。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 16 - 错误 !未找到引用源。 L/手册调速阀最小稳定流量为 2 ，可满足要求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 - 17 - 第 4章 拟定液压系统图 拟定液压系统图是整个液压系统设计的重要一步，它与作用原理和结构组成体现设计任务中提出的各项要求。拟定液压系统图包括两项内容：通过分析对比选出合理的液压回路 ;把选出来的液压系统回路组成液压系统图。 定液压系统图的大致步骤 1先画出驱动各个工作机构的液压执行器； 2在定出实现执行器运动换向的方向控制回路（装设换向阀等）； 3定出实现执行器速度大小的速度控制回路（装设调速阀等）； 4定出实现执行器力或力矩要求的压力控制回路（装设溢流阀等）； 5定出以液压 泵为中心的动力源回路； 6然后再按照实