毕业论文终稿-上下料机械手结构设计及运动学分析设计[下载就送全套CAD图纸 答辩通过]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑摘要机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。本文讲述了上下料机械手结构设计及运动学分析设计。首先，通过对机械手现状进行全方位调研，在此基础上提出了机械手方案；接着，设计计算了各主要构成件的结构尺寸；然后，对液压系统进行了设计；最后，通过AUTOCAD制图软件绘制了上下料机械手装配图、主要零件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了起重机械产品的设计方法并能够熟练使用AUTOCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键字上下料，机械手，液压缸，运动学需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑ABSTRACTMANIPULATORISALSOKNOWNASTHEAUTOMATICHANDTOIMITATETHEHUMANHANDANDARMOFSOMEACTIONFUNCTIONS,WITHAFIXEDPROGRAMTOGRAB,HANDLINGOBJECTSOROPERATINGTOOLSFORAUTOMATICOPERATIONOFTHEDEVICEINTHISPAPER,THESTRUCTUREDESIGNANDKINEMATICSANALYSISOFTHEUPPERANDLOWERMATERIALSAREDESCRIBEDFIRST,THROUGHTHEFULLRANGEOFRESEARCHSTATUSOFMECHANICALHAND,BASEDONTHEPROPOSEDSCHEMEOFMECHANICALHANDSTHEN,DESIGNANDCALCULATIONOFTHESIZEOFTHESTRUCTUREOFTHEMAJORCOMPONENTSTHEN,THEHYDRAULICSYSTEMDESIGNFINALLY,THROUGHTHEAUTOCADSOFTWARETODRAWTHEUPPERANDLOWERMATERIALMANIPULATORASSEMBLYDRAWINGANDTHEMAINPARTSOFTHEMAPTHROUGHTHEDESIGN,THECONSOLIDATIONOFTHEUNIVERSITYOFTHEPROFESSIONALKNOWLEDGE,SUCHASMECHANICALPRINCIPLES,MECHANICALDESIGN,MECHANICSOFMATERIALS,TOLERANCEANDINTERCHANGEABILITYTHEORIES,MECHANICALDRAWINGMASTERTHEDESIGNMETHODOFHOISTINGMACHINERYPRODUCTSANDBEABLETOSKILLFULLYUSEAUTOCADDRAWINGSOFTWARE,FORTHEFUTUREWORKINLIFEISOFGREATSIGNIFICANCEKEYWORDSUPANDDOWNMATERIAL,MANIPULATOR,HYDRAULICCYLINDER,KINEMATICS需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111背景及意义112机械手概述2121机械手的组成2122机械手的分类213国内外发展状况2第2章总体方案设计421设计要求4211动作要求4212参数要求422方案拟定4221初步分析4222拟定方案4第3章机械手手部设计631手部分析632夹紧力及驱动力的计算733夹紧油缸的设计834手抓的设计8第4章机械手臂部设计1141臂部整体设计1142手臂伸缩驱动力计算12421手臂摩擦力的分析与计算12422手臂密封处的摩擦阻力的计算13423手臂惯性力的计算1343手臂伸缩油缸的设计14431确定液压缸的结构尺寸14432液压缸外径的设计15433活塞杆的计算校核15434油缸端盖的设计16第5章机械手机身设计1851机身的整体设计18需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑52回转机构的设计18521回转缸驱动力矩的计算18522回转缸尺寸参数的确定1953机身升降机构的设计21531手臂片重力矩的计算21532升降导向立柱不自锁条件22533升降油缸驱动力的计算22534升降缸尺寸参数的确定23第6章机械手液压及控制系统设计2561机械手运动学分析25611手部夹紧机构25612臂部回转机构25613臂部伸缩机构26614臂部升降机构2762液压系统方案拟定28621调速回路方案分析28622快进回路方案分析30623夹紧回路的选择3163液压元件的计算和选择32631液压泵32632确定油箱容量33633液压元件的选择3364液压系统性能验算33641验算回路中的压力损失33642液压系统发热温升计算35总结37参考文献38致谢39需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第1章绪论11背景及意义目前，由于劳动力成本和技术问题，国内拉伸机的上下料仍然采用人工上下料，不仅效率低、精度低，而且工人的劳动强度大，存在操作者发生安全事故的隐患。有些拉伸机生产厂商为了防止操作者发生安全事故，在拉伸机上加入了一些防护措施，如加入光电保护器等；但这不能从根本上防止操作者的安全。因此，设计机械手以代替人工进行上下料的操作就变得十分重要。本设计就是根据这一工程应用需要，设计上下料机械手结构，并对其进行运动学分析。机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。我国的工业机械手是从80年代“七五“科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五“，“八五“科技攻关，目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，控制系统硬件和软件设计技术，运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中液压机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的液压机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。随着工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广。机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具。机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率。12机械手概述机械手也被称为自动手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。随着工业机械化和自动化的发展以及液压技术自身的一些优点，液压机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。121机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。122机械手的分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、液压式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手一般分为三类第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“MECHANICALHAND”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人13国内外发展状况需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为UNIMATE（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，专门生产工业机械手。1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫VEWRSATRAN机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国UNIMATE公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种UNIMATEVICARM型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国KNKA公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。一般概况国内机械行业应用的机械手绝大部分为专用机械手，附属于某一设备，其工作程序是固定的。通用机械手也有发展，目前应用的都是开关式点位控制型，伺服型已试制出数台在调试中，连续轨迹控制型还没有。控制方式有触点固定程序控制占绝大多数，专用机械手多采用这种控制。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第2章总体方案设计21设计要求211动作要求要求设计的机械手能在几台机械设备之间搬运和装卸工件。由手部握紧工件，往上抬起离开定位装置，手臂缩回，水平回转90度，手部放下工件。212参数要求本次设计选定参数如下（1）伸缩行程800MM，伸缩速度，250MM/S；（2）升降行程330MM，升降速度，60MM/S；（3）回转范围210，回转速度，70/S；（4）参考抓取重量15KG。22方案拟定221初步分析机械手抓重为15KG，按工业机械手的分类，属于中型，按用途分为通用机械手，其特点是具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产。圆柱坐标式机械手与直角坐标式械手相比，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到很高的定位精度，因此应用广泛。222拟定方案1由初始参数拟定整体设计方案通用机械手是36个自由度，而本次设计为3由度圆柱坐标机械手，其结构简图如图21需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图21结构简图2整体结构由于本设计要求完成手臂的升降，旋转以及伸缩三个动作。则可以考虑升降在下或回转缸在下两种方式。通过综合考虑，本次试验决定采用升降缸在下的形式。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第3章机械手手部设计31手部分析手部按其夹持工件的原理，大致可分为夹持和吸附两大类。夹持类最常见的主要有夹钳式，本设计主要考虑夹钳式手部设计。夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件，一般情况下多采用两个手指。滑槽杠杆式手部设计的基本要求为1应具有适当的夹紧力和驱动力。2手指应具有一定的开闭范围。3应保证工件在手指内的夹持精度。4要求结构紧凑，重量轻，效率高。5应考虑通用性和特殊要求。本设计考虑到设计的简便，采用了滑槽式杠杆回转型的手部结构。简图如下。驱动杆可以连接液压缸，由液压缸带动其往复运动从而让手指夹紧或放松。通过综合考虑，本设计选择二指双支点回转型手抓，用了滑槽式杠杆回转型的手部结构。简图如下。驱动杆可以连接液压缸，由液压缸带动其往复运动从而让手指夹紧或放松。下面对其基本结构进行力学分析需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑AB图31滑槽杠杆式手部结构、受力分析1手指2销轴3杠杆在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F，并通过销轴中心O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心线和并指向点，交和的延长线于A及B。O2O12由0得XF由0得Y1F2COS1由0得HMOL1NCOSAHF2NBF式中A手指的回转支点到对称中心的距离MM。工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。由分析可知，当驱动力F一定时，角增大，则握力也随之增大，但NF角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好03432夹紧力及驱动力的计算需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按公式计算123NFKG式中安全系数，通常1220；工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估2其中A是重力方向的最大上升加速度，G98M/S；G1KMAXVT响运载时工件最大上升速度；MAXV系统达到最高速度的时间，一般选取00305S；T响方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择；3KG被抓取工件所受重力（N）。计算设A40MM，B120MM，35；机械手达到最高响应时间为05S，求夹紧力和驱动力和驱动液压缸的尺寸。F1设1660MM/S05S1KMAXVST101G12053根据公式，将已知条件带入161010515KG98119NNF根据驱动力公式得2119479N取计算FABCOS2N4035COS1228503599N计算实际85079633夹紧油缸的设计需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑确定液压缸的直径D24FDP实际选取活塞杆直径D05D，选择液压缸压力油工作压力P3MPA则D1842MM）（实际26014P7501396根据液压缸内径系列表（JB82666），选取液压缸内径为D25MM，根据装配关系，外径为36MM。则活塞杆直径为D2505125MM，根据活塞杆标准系列选取D12MM。34手抓的设计机械手的精度设计要求工件定位准确，抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，一定要进行机械手的夹持误差分析。图33手抓夹持误差分析示意图该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持范围为3060MM。夹持误差不超过3MM，分析如下工件的平均半径45MMCPR2603手指长L120MM，取V型夹角01需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑偏转角64341COSLINRCP1OS60IN245按最佳偏转角确定6434计算理论平均半径120SIN60COS643445MMCSI0因为MIN0MAXR22AX221ASINLCOSISILL222224036SIN014360SIN106IN148422MIN2MIN2ASINLACOSSLRL222224036SIN014360SI106I310166所以14843夹持误差满足设计要求。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑第4章机械手臂部设计41臂部整体设计手臂部件是机械手的主要执行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并带动它们作空间转动。臂部运动的目的把手部送到空间范围内的任意一点。因此，臂部具有两个自由度才能满足基本要求即手臂，左右回转和升降运动。手臂的各种运动由油缸驱动和各种传动机构来实现，从背部的受力情况分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的静动载荷，而且自身运动又较多，故受力复杂。因而，它的结构，工作范围，灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。机身是固定的，它直接承受和传动手臂的部件，实现臂部的回转等运动。臂部要实现所要求的运动，需满足下列各项基本要求1）机械手臂式机身的承载机械手臂式机身的承载能力，取决于其刚度，结构上采用水平悬伸梁形式。显然，伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度逾差，而且其刚度随支臂杆的伸缩不断变化，对于机械手的运动性能，位置精度和负荷能力等影响很大。2）臂部运动速度要高，惯性要小机械手臂的运动速度是机械手主要参数之一，它反映机械手的生产水平，一般时根据生产节拍的要求来决定。在一般情况，手臂回转要求均速运动，（V和W为常数），但在手臂的启动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑要求启动时间的加速度和终止前的加速度不能太大，否则引起冲击和振动。对于高速运动的机械手，其最大移动速度设计在10001500MM/S，最大回转角速度设计在180/S内，在大部分行程距离上平均移动速度为1000MM/S内，平均回转角速度为90/S内。3）手臂动作应灵活为减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滑动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件，导向件和定位件布置应合理，使手臂运动过程尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生“卡死”的现象（自锁现象）。4）位置精度要高一般说来，直角和圆柱坐标式机械手位置精度较高；除此之外，要求机械手同用性要好，能适合做种作业的要求；工艺性要好，便于加工和安装；用于热加工的机械手，还要考虑隔热，冷却；用于作业区粉尘大的机械手，还要设置防尘装置等。考虑到本次设计的机械手最大夹持重量15KG，抓取重量较小，因此本设计选择油缸杆伸缩机构，其手臂的伸缩油缸活塞杆安装在导向套内，减小油缸杆的弯曲应力。活塞杆受拉压和弯曲载荷共同作用，受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。使用液压驱动，液压缸选取双作用液压缸。42手臂伸缩驱动力计算先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算为FF回摩密惯421手臂摩擦力的分析与计算由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。0AMBGLAF总得B总需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑0YBAGF总得AL总ABAB摩摩摩2LFG总摩式中参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（N）；G总L手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（M），参考上一节的计算A导向支撑的长度（M）当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。对于圆柱面57124摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时钢对青铜取501钢对铸铁取38计算油缸杆的材料选择钢，导向套支撑选择钢，预估30512，已知L800MM，导向支撑A设计为200MMN60总G将有关数据代入进行计算6001260NALF2总摩2063422手臂密封处的摩擦阻力的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封圈，当液压缸工作压力小于10MPA。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为003F。封F423手臂惯性力的计算需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑01惯FTVG总式中参与运动的零件的总重力（包括工件）N；总从静止加速到工作速度的变化量M/S；V启动时间S，一般取00105；T设启动时间为02S，最大为0233M/S。则V01699N惯F2036由于背压阻力较小，可取005回F所以1260699003F005F摩惯封回求得1446NF所以手臂伸缩驱动力为1446N。43手臂伸缩油缸的设计表51液压缸的工作压力作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力MPA作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力MPA小于5000081200003000020405000100001520300005000040501000020000253050000以上5080经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力F4378N，根据表51选择液压缸的工作压力P1MPA；431确定液压缸的结构尺寸液压缸内径的计算，如图52所示图42双作用液压缸示意图当油进入无杆腔421DPF需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑当油进入有杆腔4212DDPF液压缸的有效面积MM1S2所以（无杆腔）1134PD（有杆腔）214DP式中活塞驱动力P；油缸的工作压力MPA；1P活塞杆直径；D油缸机械效率，工程机械中用耐油橡胶可取096；由上节求得驱动力F1446N，1MPA，机械效率0961P将数据代入得438MM1134PD610943根据表41（JB82666），选择标准液压缸内径系列，选择D50MM432液压缸外径的设计外径按中等壁厚设计，根据（JB106867）取油缸外径外径选择76MM433活塞杆的计算校核活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径D的15倍以上，按拉、压强度计算MMPD4设计中取活塞杆材料为碳钢，碳钢许用应力的100120MPA。本次取110则41MM61043D考虑到手部夹紧油缸需内置于该活塞杆，而前述已算得手部夹紧油缸外径需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑为36MM，所以活塞直径按下表取D36MM，满足强度和装配要求。表52活塞杆直径系列（GB/T234893）1012141618202225283232364045505663708090100110125140160180现在进行稳定性校核，其稳定性条件为KNP式中临界力N；KP安全系数，24。NK按中长杆进行稳定性校核，其临界力FKPBA式中F活塞杆截面面积MM；2A，B常数，与材料性质有关，碳钢A461，B247；柔度系数，经计算为70。代入数据，临界力FKPBA314904634MPA）（70426102取33015447MPAKNKNP38所以活塞杆满足稳定性要求。434油缸端盖的设计1缸体材料选择无缝钢管，此时端盖的连接方式多采用半环链接优点是加工和装拆方便，缺点是缸体开环槽削弱了强度2缸盖螺钉的计算为保证连接的紧密性，螺钉间距T应适当（如图42），在这种联结中，每1个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷和剩余预紧力之和0QSQS式中工作载荷，；QZPDP42需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑螺钉中心所在圆的直径；0DP驱动力。Z螺钉数目，Z；10TD剩余预紧力，KQ，K1518；SQSQ计算D76MM，取90MM，P1MPA，间距与工作压强有关，见表43，间距0D应小于150MM，试选螺钉数为6个表43螺钉间距T与压力P之间的关系工作压力P（MPA）螺钉的间距TMM0515小于1501525小于1202550小于10050100小于80则Z，代入数据46150，满足要求；10TD1T838N；QZPDP42选择K15，151255NS83712572095N0Q螺钉直径按强度条件计算1DLJQ4式中计算载荷，13；JQJ0许用抗拉应力，；LLNS螺钉材料的屈服点，材料选择45钢，则屈服强度为S352MPA；N安全系数，N1225，此处取N2；需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑螺纹内径，D1224S，D为螺钉公称直径，S为螺距。1D1计算1313209527235NJ0代入数据00045M1DLQ4SNJ61035247第5章机械手机身设计机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。51机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂210的回转运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑分析。机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种（1）回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。（2）回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。（3）活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构。本设计机身包括两个运动，机身的回转和升降。如图6所示，回转机构置于升降缸之上的机身结构。手臂部件与回转缸的上端盖连接，回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑手臂回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的。活塞杆采用空心，内装一花键套与花键轴配合，活塞升降由花键轴导向。花键轴与与升降缸的下端盖用键来固定，下短盖与连接地面的的底座固定。这样就固定了花键轴，也就通过花键轴固定了活塞杆。这种结构是导向杆在内部，结构紧凑。具体结构见下图。驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔，一个进油孔，一个排油孔，分别通向回转叶片的两侧来实现叶片回转。回转角度一般靠机械挡块来决定，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转210。52回转机构的设计521回转缸驱动力矩的计算手臂回转缸驱动力矩的计算公式为驱MNM驱惯回封惯性力矩惯0JT式中臂部回转部件包括工件对回转轴线的转动惯量（KGM）；0J2回转缸动片角速度变化量，在启动过程RAD/S；启动过程的时间S；T若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为前面计算得800MM，则2C0GGJ式中回转零件的重心的转动惯量。CJCJ3122RLM回转部件可以等效为一个长600MM，直径为1000MM的圆柱体，质量为100KG设置起动角速度70/S，则起动角速度122，起动时间设RADS计为05S。28KGMCJ3122RLM136012228933KGM2C0GG2892需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑9332276惯M0JT5021MN为了简便计算，密封处的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非驱封M30常的小，故在这里忽略不计，0回M所以22760003驱驱2346驱MN522回转缸尺寸参数的确定（1）回转缸油腔内径D计算公式为23810DBPM驱式中P回转油缸的工作压力；D输出轴与动片连接处的直径，初步设计按D/D1525；B动片宽度，可按2B/DD2选取。选定回转缸的动片宽B50MM，工作压力为5MPA，D50MM949MM235064810D按标准油缸内径选取内径为100MM。（2）油缸缸盖螺钉的计算回转缸的工作压力为5MPA，所以螺钉间距T应小于80MM。螺钉数目Z314393T801所以缸盖螺钉的数目选择6个。危险截面000589）（2RRS450222M所以49063NQFZP490631573594NK15KFQS所以7359449063122657NQ螺钉材料选择Q235，则（N1225）2401SNMPA需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑螺钉的直径D10MMQ13F4螺钉的直径选择D10MM选择M10的内六角圆头螺钉。经过以上的计算，最终确定的液压缸的尺寸，内径为100MM，外径按中等壁厚设计，根据表42（JB106867）取外径选择168MM，输出轴径为50MM。（3）动片联接螺钉的计算动片和输出轴之间的联接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作用是使动片和输出轴之间的配合面紧密接触不留间隙。根据动片所受力矩的平衡条件有驱M摩即24QBPFDDZF式中每个螺钉预紧力；D动片的外径；F被连接件配合面间的摩擦系数，钢对钢取F015螺钉的强度条件为2134QFD合或1Q带入有关数据，得104167NQF42DDZFBP0501564226螺钉材料选择Q235，则（N1225）4SNMPA螺钉的直径D93MMQ3F螺钉的直径选择D10MM选择M10的内六角圆头螺钉。53机身升降机构的设计531手臂片重力矩的计算需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图53手臂各部件重心位置图1估算重量150N，150N，500N工件G爪臂G2计算零件的重心位置，求出重心到回转轴线的距离800MM，760MM，400MM。工件爪臂由于总IIGX所以05425M总臂臂爪爪工件工件XG3计算偏重力矩MG总偏434总偏MN532升降导向立柱不自锁条件手臂在的作用下有向下的趋势，而里立柱导套却阻止这种趋势。所谓总G不自锁条件就是升降立柱能在导套内自由下滑，即总21FFGFHR1总所以FH2需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑若取摩擦系数F016，则导套长度H032即H0320542501736M533升降油缸驱动力的计算FFG回惯摩密式中摩擦阻力，取F016。F摩12F摩G零件及工件所受的总重。1的计算惯GVFGT总惯设定速度为V06M/S；起动或制动的时间差T01S、为800N。总G将数据带入上面公式有4898N10896F惯2的计算摩FF12摩2500NHGF总17360458所以22500016800NF12摩3液压缸在这里选择O型密封，所以密封摩擦力可以通过近似估算F30密4由于背压阻力较小，为简便计算，可将其忽略，0回F所以F4898800003F80当液压缸向上驱动时，F2105N当液压缸向下驱动时，F505N534升降缸尺寸参数的确定1液压缸内径的计算液压缸驱动力按上升时计算，F2105N，由表51选择油缸工作压力为10MPA，计算如54节公式，代入数据需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑010291134PD6109253根据表41可选取液压缸内径D125MM。2液压缸外径的计算按厚壁计算3213402PD式中缸体材料的许用应力，无缝钢管时100110MPA根据表42（JB106867）取外径选择180MM3活塞杆的计算设计中取活塞杆材料为碳钢，碳钢许用应力的100120MPA。本次取110则494MM6104325PD活塞杆直径应大于85MM。4缸盖螺钉的计算D120MM，取180MM，P10MPA，间距与工作压强有关，见表43，0D间距应小于120MM，试选螺钉数为6个则Z，代入数据84120，满足要求；10T1T19625N；QZPDP42选择K15，15294375N196252943754907NS0QS螺钉直径按强度条件计算1DLJ4式中计算载荷，13；JQJ0许用抗拉应力，；LLNS需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑螺钉材料的屈服点，材料选择45钢，则屈服强度为S352MPA；N安全系数，N1225，此处取N2；螺纹内径，D1224S，D为螺钉公称直径，S为螺距。1D1计算1313490763791NJQ0代入数据00068M1DLJ4SNJQ610352479第6章机械手液压及控制系统设计61机械手运动学分析根据前面几部分设计好的各液压执行元件的参数，以及设计要求等对液压系统作进一步的工况分析，确定每个执行元件在工作循环各阶段中的速度、载荷变化规律，绘制出液压系统有关工况图即液压缸的PT图、QT图、NT图。611手部夹紧机构已知参数D25MM，D12MM，NF160824T1SV/M061计算工况图MPA431254/1604/821DFPINLSVQ/71/M09362211TWFN111606484需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图61612臂部回转机构已知参数D100，D50MM，B50MM，M，TMNT3/748152/6122RAD/S计算工况图3PTT3/7MPA59401860/471352/A67/2323MINLSDQ/43/M10562105DB62323FN3TT3/7W35148719/6图62613臂部伸缩机构需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑已知参数D50MM，D36MM，NF30521478TT50SV/25M0计算工况图无杆腔进油情况下4PT05MPA16054/30241TA78/7822INLQ/4912644NTT50W12730528图63有杆腔进油情况下4PTT50MPA1803654/30251A/47822INLQ/2412需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图64614臂部升降机构已知参数D125MM，D90MM，NF194263TT50SV/6M01计算工况图5PTT507MPA2091254/95A8/32INLQ/31603165NTT50W2961509442图6562液压系统方案拟定需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑（A）安装前元件应以煤油进行清洗，并要进行压力和密封性实验，合格后可安装。B泵及其传动要求较高的同心度。C油泵的入口，出口和旋转方向一般在泵上均有标明，不得接反。D安装各种阀时，应注意进油口与回油口的方向。E为了避免空气渗入阀内，连接处应保持密封良好。F用法兰安装的阀件，螺钉不能拧的过紧，因为有时拧的过紧反而密封不良。621调速回路方案分析（1）方案一节流调速节流调速，采用定量泵供油，由流量控制阀改变流入和流出执行元件的流量以调节速度，这种系统称阀控系统。如图（7）图（7）为节流调速原理图其优点是能量损失较小，结构简单，控制简单，使用维护方便。而缺点是效率较低，发热大。（2）方案二容积调速容积调速，采用变量泵或变量马达，以改变泵或马达的排量调节速度。这种系统称泵控系统。如图（8）需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图（8）为容积调速原理图其优点是效率高，发热小，使用维护方便。缺点是结构相对复杂（3）方案三容积节流调速容积节流调速，采用压力反馈式变量泵供油，由流量控制阀改变流入或流出执行元件的流量，进而调节速度，同时又使变量泵的流量与通过流量控制阀的流量相适应。如图（9）图（9）为容积节流调速原理图其优点是没有溢流损失，效率较高，速度稳定性相对好。缺点是会有节流损失。以上方案，每个都有它们的优缺点。在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，因此本次设计采用限压式变量叶片泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀安装在回油路上，这样具有承受负切削力的能力。622快进回路方案分析（1）方案一液压缸差动连接快速调速差动连接是，活塞无杆端面比有杆端面的受压面积大（大杆的面积），（这面积差是差动的根本原因。）在两端面受压力（压强）相同时，无杆端面的总压力大，会将活塞推着向有杆端移动，这就是差动。这时，将有杆腔排出的油导入无杆腔，就在泵油的基础上增加了流量，能使活塞更快移动，形成差的快速。这种油路的连接方法如图（10）。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图（10）为液压缸差动连接原理图其优点是活塞杆伸出时能获得较快的速度，即使泵的流量较小但这时油缸的出力较小，不适合重载油缸设计合理时，不需要调节，就可以使活塞杆伸出和回缩时速度相等。缺点噪声大。（2）方案二采用蓄能器的快速调速蓄能器是，液压或液压系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要的时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。如图（11）图（11）为蓄能器快速调速原理图其优点是反应灵敏，工作可靠。缺点是制造困难，密封性要求高。（3）方案三双泵供油快速调速双泵供油是，用两个泵来提供动力，其中一个为大流量泵，用以实现快速运动；另外一个是小流量泵，则用以实现工作进给，如图（12）需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑图（12）为双泵供油快速调速其优点是功率损耗小，系统效率高，应用较为普遍。而缺点是系统结构复杂。经过综合对比快速调速方法选用液压缸差动连接快速调速。因为其工作效率高