机械毕业设计（论文）-机身采用摆动缸传动的工业机械手设计

1、 机身采用摆动缸传动工业机械手设计 学 院、系： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 年摘 要工业机械手的主要功能是以机械来实现人的动作。它具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的特点。本文中的机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持 HYPERLINK :/ 工件的 HYPERLINK :/ 部件，运动机构可以使手部完成各种转动摆动、移动或复合运动来实现预定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。本文主要是设计一种实现生产中搬运工件到达指定地点的专用机械手。这种机械手力图结构简单，能满足多种相似工件的工作要求。机械手臂部采用摆动液压缸实现周转

2、，带动手部同步周转，机身采用液压缸驱动实现对工件的往返运动。设计的重点是机械手的机械执行局部和传动局部，主要包括两个液压缸缸和吸盘式手部的设计。关键词： 工业机械手，摆动液压缸，吸盘式手部 全套图纸，加153893706ABSTRACTIndustrial machinery hand is the main function of machinery to achieve the action. It has independent control systems, procedures variable, action flexible and diverse characteristic

3、s. This paper in the main manipulator by the hand and sports institutions. Grasp the hand is holding the workpiece components, sports organizations can complete a variety of hand rotation (swing), move or movement of action to achieve the target, changing the location of grasping objects and gesture

4、s. This paper is designed to achieve a production of porters, arrived at the designated location of the special manipulator. This mechanical hand trying to structure is simple and can meet a variety of similar parts of the job requirements. Mechanical arm swing of the hydraulic cylinders used to ach

5、ieve turnover, driven simultaneously working hand, the fuselage using hydraulic cylinders on the part of the drive to achieve from the campaign. The focus is the mechanical design of the mechanical hand and drive the implementation of some parts, including the two hydraulic cylinders and cylinder su

6、cker-hand design.Keywords: Industrial machinery hand，Swing hydraulic cylinder，Sucker-hand目录第1章 TOC o 1-4 u 绪论1应用开展现状112第2章 机械手的手部设计32.1确定手部结构32.2真空泵式空气负压吸盘手部部件构成及工作原理32.3真空泵式空气负压吸盘手部的工作过程52.4真空泵式空气负压吸盘手部各部件的结构设计与选用552.4.2真空泵的选用 82喷嘴的设计132.4.4 机械手臂部的质量计算142.4.5 臂部连接件的螺纹选择142.4.6 臂部螺钉组连接设计152.4.7 手部连接

7、件的设计18第3章 摆动液压缸的设计183.1摆动液压缸的初步选择193.2 液压摆动缸的原理和结构193.3 液压摆动缸的受力分析203.4转矩的计算203.5单叶片摆动液压缸根本尺寸确实定213.6单叶片摆动液压缸主要零部件的设计233.6.1中心轴的选择233.6.2轴承的选择243.6.3摆动液压缸缸筒的设计263.6.4缸壁厚度的计算263.6.5拉杆螺钉的设计27第4章 单活塞推力液压缸的设计294.1活塞液压缸的总体设计294.2活塞液压缸的各部件的设计304确定液压缸的外负载力304.2.2 计算缸筒内径304活塞杆强度的校核314液压缸的安装方式334计算缸筒壁厚334确定活

8、塞的结构型式以及其与活塞杆的连接方式344花键套的设计354密封装置的选择36第5章 手部和机身连接件的设计375.1摆动缸和活塞缸的连接385.2摆动缸和手部的连接39结 论41参考文献42致 谢43c1.3 机械手总体设计机械手的种类：按驱动方式可分为液压式、气动式、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。参考文献?工业机器人应用工程?有：1运动设计: 设计主要参数时可以分步进行：首先要根据机械手每个自由度的最大行程绘出机械手的最大工作范围。然后根据给定的运动节拍分配每个运动的时间, 总的运动时间应小于或等于

9、工作节拍。在工作节拍短、动作多的情况下, 几个动作同时进行时, 按时间较长的计算。最后要注意定位精度取决于手臂的刚度、缓冲装置的形式和定位方法。2驱动系统的选择: 驱动系统有液压驱动、气压驱动、电机和机械联动四种。液压驱动和气压驱动较为通用；步进或伺服电机可用于程序复杂、运动轨迹要求严格的小型通用机械手；异步电机、直流电机适用于抓重大、速度低的专用机械手；机械联动适用于自由度少、速度快的专用机械手。在以上两个大的方向上先确定机械手的草图方案，实现以摆动缸驱动的机械手系统，然后进行组合、计算、校核并试验完成。第2章手部设计说明2.1 确定手部结构根据设计要求,本设计采用吸盘式手部结构。由于所持工

10、件为平板状，材质为玻璃,且重量为5至10千克。故可采用真空泵式空气负压吸盘手部结构,即真空泵抽真空的方法吸附工件,通过真空泵电磁阀系统控制真空的形成以及大气压与内压的连通来吸附和释放工件。2.2 真空泵式空气负压吸盘手部部件构成及工作原理真空吸盘的真空负压吸附原理 HYPERLINK :/ chvacuum /application/vacuumhandling/02658.html真空吸盘采用了真空原理，即用真空负压来“吸附工件以到达夹持工件的目的。如图2.1 所示：通气口与537.html真空发生装置相接，当真空发生装置启动后，通气口通气，吸盘内部的空气被抽走，形成了压力为P2 的真空状态

11、。此时，吸盘内部的空气压力低于吸盘外部的大气压力P1，即P2 P1,工件在外部压力的作用下被吸起。吸盘内部的真空度越高，吸盘与工件之间贴的越紧。手部结构模型初步设计为图2.2所示，主题由喷嘴1吸盘3及它们的连接螺栓组成通过机械 身局部将其压在工件4上。通过通气孔2与真空泵系统连接。工作时，其工作原理主要由图2.3真空泵排气系统形成：当电磁阀3通电使阀芯右移，真空泵与吸盘接通进行抽气，吸盘内墙形成真空而吸附工件。当电磁阀3失电复位，电磁阀4通电阀芯左移后，吸盘内腔连通大气而释放工件。1-喷嘴 2-气孔 3-吸盘 4-工件图2.1 真空泵负压吸盘 1-电动机 2-真空泵 3，4-电磁阀 5-吸盘图

12、2.2 气动原理图2.3 真空泵式空气负压吸盘手部的工作过程手部的工作过程主要由吸取工件、移开工件、释放工件构成 。1吸取工件:由机械手的行进机身局部带动手部整体向工件靠拢运动,.接触工件后由定位感应装置确定其到达指定位置并已紧密接触工件。此时真空泵系统中电磁阀3通电使阀芯右移，真空泵与吸盘接通进行抽气，洗盘内墙形成真空而吸附工件。2移开工件: 因真空吸盘3内部负压保持,工件被吸附好后由机身行进局部驱动整体运动到所预定的位置。3释放工件:在工件被送到预定位置后, 电磁阀3失电复位，电磁阀4通电阀芯左移后，吸盘内腔连通大气而释放工件。2.4 真空泵式空气负压吸盘手部各部件的结构设计与选用真空吸盘

13、是利用吸盘内形成负压真空而把工件吸附住的元件。它适用于抓取薄片状的工件，如塑料板、矽钢片、纸张及易碎的玻璃器皿等，要求工件外表平整光滑、无孔无油。 除结构外，吸盘材料也是决定其HYPERLINK :/ chvacuum /seal/密封性能的关键因素。目前市场上的真空吸盘采用的材料有丁腈橡胶、硅橡胶、聚氨酯、氟橡胶等。由硅橡胶制成的吸盘适于抓住外表较粗糙的制品；由氨酯制成的吸盘那么很耐用。另外，在实际生产中如果要求吸盘具有耐油性，那么可以考虑使用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。具体材料的选择要根据工作环境对吸盘耐油、耐水、耐磨、耐热、耐寒等性能要求确定。本次设计采用较为常见

14、的橡胶材料聚氨脂橡胶。2.4.1.2吸盘的结构形状和安装方式： 真空吸盘的结构分为普通型和特殊型，常见的普通型真空吸盘有以下三种：(a) 扁平吸盘形状各异，材料品种多，特别适于搬运外表光滑的工件；(b) 短波纹管型吸盘吸附刚性好，接触工件时缓冲性能好，吸力强，其波纹管可作小行程移动，用来别离细小工件，但它很少用于垂直举升；(c) 长波纹管型吸盘与短波纹管型吸盘适用场合相同，但它能适用水平方向更大高度差，并可做较长距离运送动作。 特殊型真空吸盘是为了满足特殊应用场合而专门设计的，又分为异形吸盘和专用吸盘两种，这些吸盘的结构形状因吸附对象而异，种类繁多。选取条件主要根据被吸附的工件形状和使用条件来

15、确定，由设计要求所知的平板玻璃材质工件分析现采用碗状吸盘。采用紧固螺栓将吸盘和喷嘴固定。本次设计采用扁平吸盘的变形设计其具体的结构和尺寸如以下图 真空吸盘用于两种不同位置工作时的安装方位。在吸盘水平安装时，除了要吸持住工件负载外，还应该考虑吸盘移动时因工件的惯性力对吸力的影响。而吸盘垂直安装时，吸盘的吸力与吸盘与工件间的摩擦力有密切关系。本次设计采用水平安装。真空橡胶吸盘吸附力的计算及其尺寸确定校核参考文献网络论文?吸盘的受力分析?可得到以下资料真空吸盘两种工作情况下的力学模型，参数说明如下：Pu为真空度；Fv为垂直负载；Aw为有效面积；Fh为水平负载；Pd为密封面的外表压力；Fr为摩擦力；A

16、d为密封面积；Ad为密封面积的受力；F为负载力；为真空吸盘与工件间的摩擦系数；Fs为吸力；Fa为加速度力；x、y为真空吸盘受力分析坐标。 由真空吸盘工作原理及上述受力可知，要满足正常的吸持物体的要求，即能够正常作业的条件为：Fd=PdAd0，且水平安装时Fr= FdFh，垂直安装时Fr= FdFv。设，被吸持物体重mkg，真空度为Pu，那么Fs=PuAw。再设旋转角度 ，旋转半径r，重力加速度g，夹持时间t，Fs1为静态吸力，Fs2为动态吸力。a 静态负载计算公式为：静态吸力：Fs1=fv=mg；b 动态负载计算公式为：当真空吸盘处于水平位置时，受力处于平衡状态，即：Fx=0 Fh-Fr=0

17、即 Fh=FrFy=0 Fv+Fd-Fs2=0即 Fd=Fs2-Fv因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积，即：Fr=Fd=(Fs2-Fv)又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积，当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态。由于本机械手采用水平安装，且运动的速度为匀速，速度较慢，所以受力分析无水平面内的受力，工件的翻转为匀速无向心加速度，只需简单的考虑垂直方向的静态受力即可，Fs1= fv= mgFs110kg Fs1=PuAw/式中 平安系数，一般取=1.2工作情况系数，一般取取姿态系数：当吸附外表处于水平位置时，=1当吸附外表处于垂直位置时，=1/ff为盘与被吸体的摩擦系

18、数那么= 式中吸盘的有效直径=10kg/s 真空泵的选用本次设计选用旋片式真空泵其结构如图 旋片泵工作原理图 1-泵体;2-旋片;3-转子; 4-弹簧;5-排气阀 片式真空泵的工作原理说明如图为旋片泵的工作原理示意图，旋片泵主要由定子、转子、旋片、定盖、弹簧等零件组成。其结构是利用偏心地装在定子腔内的转子转子的外圆与定子的内外表相切两者之间的间隙非常小和转子槽内滑动的借助弹簧张力和离心力紧贴在定子内壁的两块旋片，当转子旋转时，始终沿定子的内壁滑动。两个旋片把转子、定子内腔和定盖所围成的月牙型空间分隔成A、B、C三个局部，当转子按图示方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积不断地增大，A空间的压强

19、不断的降低，当A空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进吸气腔A，此时正处于吸气过程。B腔的空间的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此时正处于压缩过程。而与排气口相通的空间C的容积进一步地减小，C空间的压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体推开排气阀，被抽的气体不断地穿过油箱内的油层而排至大气中，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而到达连续抽气的目的。排气阀浸在油里以防止大气流入泵中，油通过泵体上的间隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有运动的外表被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封，同时油还充满了一切有害空间，

20、以消除它们对极限真空的影响本次设计真空泵选用江苏海门远东真空设备生产的旋片式真空泵。其技术参数如下：性能Function型号Model2X-4A 2X-8A 2X-82X-152X-30A2X-70A抽气速率(L/S)Pumping Speed488153070极限压力(Pa)Ultimate Pressure610-2电机功率(kw)Motor Power3温升()Temperature Rise40噪音dB(A)LW Noise727878808286进气口径(mm)Inlet Diameter252540406580泵转速(rpm)Rotational Speed450550320320

21、450420用油量(L)Injection Amount of Oil22外形尺寸(cm)Size553441554344794354795354785056916570重量(Kg)Weight5470135428 240按上表选用2X-8A 型号旋片式真空泵，其各方面指标均符合条件。由于2X-8A型真空泵的重量有70kg,所以该真空泵不能安装在机械手的头部，以防止影响联接件的刚度和强度，所以真空泵由软管联接安装在地方，软管和机械手的臂部联接采用滕州福瑞德公司研发生产的RC10螺纹旋转接头。旋转接头和臂部的联接采用内外螺纹联接，旋转接头和软管的联接采用钢丝箍紧，旋转接头如图3所示： 图 旋转接

22、头吸盘和喷嘴之间的连接需要一个螺钉作为紧固。这个螺钉不仅要使二者紧密连接在一起，而且要在中心位置开孔维持气流的流通。因此这个螺钉是要自主设计的。由于此螺钉的位置在吸盘内部，装配时考虑到可操作空间狭小。因此设计中要注意到装配方法的问题。通过查询机械设计手册。现在以内六角螺钉为根底进行改造设计。初步设计如下：此螺钉受到的力主要是轴向拉力，在吸取和释放工件的时候受到循环应力。1没有工件的时候，工作拉力 2.32在吸取工件的时候，工作拉力 2.4按照教材提供的可选螺钉材料，现选取45H钢作为材料。由教材机械设计表5-8查得材料屈服极限,由表5-10查得平安系数S=1.6,故螺钉材料的许用应力 2.5根

23、据式 设计的螺钉小径 满足强度要求经过软件校核：受轴向载荷紧螺栓动载荷校核计算结果 工作载荷： 相对刚度： 螺栓材料：45# 螺栓抗拉强度： 螺栓屈服强度： 抗压疲劳强度：平安系数： 螺栓许用应力幅： 螺栓公称直径： 螺栓计算应力幅： 校核计算结果：满足3设计结果如图2.4所示：喷嘴的设计本此设计机械手臂部参考第5卷采用材料球墨铸铁235，所设计的具体尺寸如图4吸盘和臂部的联接采用M20 2.4.4 机械手臂部的质量计算根据机械工程材料查得球墨铸铁的密度为g/cm3 (克/立方厘米)忽略臂部的孔的体积将臂部看成一个实心的整体其体积为V=160mm104mm88mm+27mm104mm104mm

24、=(1464320+292032) =1756352,质量为M=g/cm3175635212.8kg,由于忽略了孔的体积所以质量可以近似确实定为12kg。吸盘的质量为150g,在这里计算可以忽略不计，再加上工件的最大质量为10kg,和真空泵的联接臂部的旋转接头的质量最大估计为1kg，整个臂部的质量可以确定为23kg。 2.4.5 臂部联接件的螺纹选择机械手的臂部和臂部联接件的联接是非常重要的，在这里采用的是紧固螺钉联接，为了使螺纹在机械手来回的运动中不松动螺旋副的选择必须满足自锁条件：=arc tan=arc tan 式中为螺纹升角；=arc tan=arc tan，S为导程，为中径，P为螺距

25、， 为当量摩擦角； 为螺旋副的当量摩擦角；f为摩擦系数 具体数值见濮良贵和纪名刚编写的?机械设计?第八版表5-12根据以上公式和数值来选取单线普通螺纹，螺纹升角=12332小于螺旋副的当量摩擦角 2.4.6 臂部螺钉组联接设计 本次设计的螺钉组受横向的载荷和翻转力矩的作用，其失效形式可能出现接合面滑移，以及在翻转力矩作用下，接合面的上边可能产生离缝即0.4612 M pa ,故联接接合面下端不会压溃。2联接接合面上端不出现间隙的校刻考虑螺钉预紧力的变化得=Z-=4 M pa =0.03134 M pa 0故接合面不会产生间隙。2.4.7 手部联接件的设计经查找各种设计手部联接资料手部联接件的材

26、料选择为HT25-47，和喷嘴的联接采用四个M10的螺钉组，和摆动刚的了联接采用9个M8的螺钉组联接。其各局部的具体尺寸和结构结合前面设计的喷嘴和后面的摆动缸，设计如零件图所示.前面和喷嘴的联接螺钉组已进行了强度校刻，联接件和后面摆动缸的联接采用了9个M820的螺钉，其强度远远满足于要求的条件故不需要再进行强度的校刻。 第3章 摆动液压缸的设计摆动油缸加工困难，密封性要求高，容易产生内泄露。摆动油缸尺寸小，重量轻，有利于简化机械手结构。常用于中小型机械手臂部的回转。作为机械手臂部的摆动液压缸的主要作用是带动手部进行回转运动。通过一个连接件将其一端连接到机械手的手部，另外一端通过中心轴也就是机身

27、活塞液压缸的活塞杆与机身的活塞液压缸相连，从而获得轴向的升降自由度。机械手的手臂用于调整手的方向.此机械手能旋转180度,所以 3.1式中 M摩手腕支撑处的摩擦阻力距 M偏工件重心偏置的偏置力矩 M惯手腕运动的惯性力矩图3.1 摆动液压缸示意图根据设计课题任务书的描述：回转：180度90度/s。所以摆动液压缸选用为180度的周期为2秒。选择设计摆动液压马达时主要取决于实际的负载转矩，系统的工作压力，最大和最小角速度，当摆动角度小于310常选用叶片摆动液压马达。参考?液压技术在工程中的应用?江苏科学技术出版社，1986。叶片摆动马达分单叶片和双叶片及三叶片，其中单叶片最大摆角可达180，而双叶片

28、和三叶片摆动马达最大摆角小于180，所以选用单叶片摆动液压缸。 摆动液压缸的缸体和两端的端盖连接在一起组成密闭腔。当压力油进油口进入限位块和叶片间的槽时，叶片的侧面受到压力油的作用推动叶片转动。由于叶片固定在缸筒上，因此叶片产生的推力通过缸筒的转动输出。当叶片转到限位块上侧面处时，由于叶片和限位块的侧面外圆设计有缓冲槽同时也是压力油进入叶片与限位块之间的通道，当他们接近时，槽起缓冲作用而不致引起两者的碰撞。为了防止内部串油和泄漏，叶片和限位块的内外圆弧和两侧面上一般都设计有密封槽，装入外形为矩形的密封圈。但是，这种密封圈的密封效果没有圆形密封圈效果好，密封比拟困难。为了提高密封效果，矩形密封圈

29、的截面形状通常设计成X形，山形和梅花形等特殊形状。由于叶片外圆和两侧面分别与缸体和端盖接触，为减少摩擦力和增加密封效果，在限位块内圆面上和叶片外圆面上各嵌上一个小叶片。小叶片一般采用自润滑性能较好、摩擦系数小的尼龙或者铝锡青铜制成。叶片与缸筒及限位块与轴的固定连接可以用螺钉，也可以用键，这要看传递扭矩的大小和装拆的难以程度而定。摆动液压缸有输出轴转动和缸体转动两种类型。缸体转动型的缸体可直接与工作机构连接，减少传动机构.当摆动角度要求不大时，可根据要求设计成扇形结构。液压缸的受力分析是确定设计方案的前提，设计前如果对液压缸的受力情况不明确，设计预计和考虑到液压缸可能会承受及产生的各种力，就可能

30、导致设计方案的失败。液压缸是一种密闭的容器，它除了承受相当大的液压力外，还要承受外部负载力，因速度变化引起的惯性力，液压系统可能产生的冲击力等等，这样设计时要考虑的因素就有很多。3.3.1 液压力的影响(1)当液压系统突然启动时会产生冲击压力，2正在工作的液压缸，如果中途突然停止运动，由于惯性力的影响，缸内会产生较大的冲击力。3外部负载的惯性力和突然冲击，缸内会产生冲击压力。4当负载超重，系统内压力超过额定压力时，液压控制阀的急剧转换会在缸内产生冲击压力。5如果系统回路设计不当，产生增压效应，会使缸内压力升高，3.3.2 机械力的影响1没有缓冲装置的液压缸，在行程终端，活塞杆头或者叶片与缸底或

31、端盖或者是限位块会发生冲击碰撞。本次设计的摆动缸设计有槽型缓冲装置。3液压缸因自身重量和运动件的间隙产生挠曲弯曲应力。4由于制造质量不好而引起的各运动部位的“憋劲现象。5密封圈的摩擦阻力大，机械效率不高。3.4转矩的计算：臂部转动所需要的驱动力矩可按以下公式计算： 3.2式中 M-臂部转动的驱动力矩K-考虑驱动装置的密封摩擦损失的系数，一般取K=1.11.2取K=1.2-臂部转动支撑处的摩擦力矩-转动部件工件、手部、臂部转动局部中心局部对回转轴线的偏置力矩-转动部件的启动惯性力矩1根据支撑处摩擦力矩的计算公式 3.3其中-为转动缸壁和端盖的重力D-工件重心到手腕转轴线的垂直距离查询相关产品资料

32、，选定为120N，D为75mm可得 2由公式 3.4其中 为工件重量包括驱动夹紧液压缸各零件局部；e为各物体的总的重心到回转轴线的偏心距离；G取400N，e取50mm那么有 =20 3 3.5其中J为转动部件对回转轴线的转动惯量；为中心轴回转的角速度；t为起动过程所需的时间；J经过查询可估算为50；由条件有；t=0.5s;那么=157 综合123可以求出2.4+20+157单叶片摆动液压缸需要确定的主要尺寸有：缸体内径，中心轴的直径，叶片轴向的宽度。参考571572页，可以得到下面的计算公式：输出扭矩; 3.6 3.7式中：Z为叶片数; 为进油压力pa；为排油背压pa； D为缸体内径m；d为叶

33、片安装轴的外径m；b叶片轴向宽度m；摆动缸的机械效率=0.90.95；为输入流量/s为摆动缸的容积效率=由3.7式其中选取D=150mm；d=80mm；=55ml；=90%，根据资料，选取b片叶轴向宽度的取值为150mm。=801656Pa那么摆动液压缸的最大转矩 3.8最大转矩要稍大于工作状态下的转矩，约20%30%余量，因此符合要求。叶片摆动液压缸的根本尺寸确定如下 中心轴为直径，缸筒内径，叶片轴向宽度, 液压压力，。中心轴的直径为80mm。轴的中心要开油孔，形成液压油的回路。中心轴要安装轴承，为减少轴的重量，设计为阶梯轴，。轴上装有内径为65mm的角接触轴承，按照轴承的固定方法，轴上设计

34、有73mm轴肩。长度取20mm,轴承端盖的连接采用M610的螺钉连接，考虑到此轴为摆动缸中心轴，承受力矩扭矩非常大。因此它的选材参照机械设计手册选取45钢。中心轴的校核：本中心轴为摆动缸的中心轴，一般不需要校核。因此根据惯例只需在危险断面核算最小轴径。因此取，根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-19有：材料45号钢，且调质处理，它的许用应力。由?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-19得活塞杆的强度校核公式： 3.9代入数值可得：故活塞杆的强度符合要求，是平安的。 活塞杆弯曲稳定性验算根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-20的实用验算法计算活塞杆弯曲的计算长度为 3.10 在

35、作用力F和活塞杆直径d,可以从?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-20中的活塞弯曲计算图中可以在 时 查到而根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-21查得K=0.5 S=180mm故活塞杆的弯曲强度符合要求轴承在摆动液压马达在轴向上受有较大的载荷，根据角接触球轴承的主要特性为：能承受径向载荷，同时承受单向轴向载荷，摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，安装方便。因此选择角接触向心球轴承。依据标准号GB/T 292考虑摆动缸中心轴的设计选择轴承的内径是为65mm的角接触球轴承GB/T 7013C。查机械设计手册此轴承根本尺寸为： 根本数据如下：1根本额定静负荷。2根本额定动负荷。3极限转速

36、油润滑。选择后进行轴承的校核：主要进行内部轴向力的计算：液压缸端盖对其的加紧力预计为内部轴向力7013C型轴承， 计算当量动负荷由于： 查?机械设计手册4?表28.3-3可得：，；只承受纯径向负荷：。寿命计算，根据?机械设计?高等教育出版社，2001.6有公式 3.11式中：C根本额定动负荷；P当量动负荷；寿命指数，球轴承；轴承转速。静负荷验算由?机械设计手册4?4表28.36-8查得：，；径向当量静负荷： 3.12故。极限转速验算由?机械设计手册4?4图28.2-2，图28.2-3查得，负荷系数，负荷分布系数。通过以上的校核故所选轴承符合要求。缸筒为整体铸造的方式。工序却大大减少,而且能获得

37、更好的密封性.并用O型密封圈进行密封.选定材料为HT25-47铸铁。缸筒的两端分别与缸盖和缸底相连，构成密闭的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关。缸筒是液压缸的主体，其余零件装配其上，它的结构形式对加工和装配有很大的影响，因此其结构尽量便于装配、拆卸和维修。缸筒与缸盖、缸底的连接形式有很多，不少于60多种，本次设计缸筒的结构采用拉杆式结构具体如以下图5-6根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-12，缸筒壁厚的计算公式为 3.13式中 缸筒材料强度要求的最小值 缸筒外径公差余量 腐蚀余量假设取=5mm 由于，那么可采用如下实用公式： 3.14由于缸筒材料选用45号钢，查?机械

38、设计?表10-1得，缸筒的抗拉强度，进而求得，其中n为平安系数，通常取5.因此又有 另外根据与其它零部件的连接需要等结构要求.那么可取，由于采用了拉杆的紧固结构，再考虑到摆动缸的耐用性，可取，那么3.6.5拉杆螺钉的设计 由于缸筒与端盖采用拉杆螺钉连接，螺钉需要承受一定的拉应力和剪应力，故为了保证液压缸的平安，需校核连接螺钉的强度。在此可采用外六角圆柱头双头螺柱M12240，材料为Q235，性能等级为8.8级，且外表经氧化处理。查?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-12，螺钉强度计算如下：螺纹处的拉应力 3.15式中F缸筒端部承受的最大推力，F= K拧紧螺纹的系数，在此K取1.3. 螺纹底

39、径，在此取10mm 螺钉的数量，在此=8故 螺纹处的剪应力 式中 螺纹连接的摩擦系数，平均取 螺纹外径，=12mm其他参数和计算拉应力时的参数一致。合成应力 3.16查资料?机械设计?表10-1得，Q235钢经调质后其抗拉强度极限 ，根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-12，取平安系数，故螺钉的许用应力 由于合成应力,故连接螺钉符合要求，是平安的。最终设计出的摆动液压缸如以下图1-双头螺柱 2-摆动缸前端盖 3-摆动缸缸筒 4-摆动缸后端盖 5-轴承盖 6-螺钉 7-角接触球轴承 8-密封条 9-密封圈 10-螺钉孔 11-垫圈第4章 单活塞推力液压缸的设计活塞液压缸的作用是实现机械手

40、的上下运动,并且端部要与臂部连接从而实现工件旋转动作.1-活塞缸前端盖 2-缸筒 3-轴套 4-花键轴 5-花键套 6-圆柱销 7-后端盖 8-轴套 9-平键 10-垫圈 11-螺钉 12-螺钉 13-位置检测器 14- 螺钉 根据对工件和手部臂部零部件的重量估算为总重为400N, 设定液压缸的外负载力为800N. 4.2.2 计算缸筒内径由前面计算可得活塞杆的驱动力，因设定的液压缸外负载力较小.故液压系统采用差动连接,这样所设计出液压部件尺寸较大.假设液压系统所能承受的最大公称压力为MPa，那么根据公式 (4.1)可求得活塞杆直径 根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-3，可以选取的内

41、径为20mm，考虑到活塞杆内部要设计一个导向杆占用一局部的内径，因此从标准活塞杆直径系列中选取，把重新代回公式，求得实际的压力求得：根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-4，选取液压缸的速比系数,因此缸筒内径初步计算为 ，加上导向杆的直径20，活塞的内径D=60mm。根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-3，从标准液压缸内径系列中选取.因此活塞的内径为63mm。根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-20，1活塞杆的强度计算为：活塞杆的公称直径为,根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-19得，活塞杆的材料可选用45号钢，材料的许用应力。活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力

42、或拉力，可以近似的用直杆承受拉压负载的简单强度计算公式进行计算： (4.2)其中：P-活塞杆的作用力，N d-活塞杆直径，m -材料的许用应力，N/对活塞杆的危险截面的强度校核, 机械设计手册?第三版第4卷表19-6-20知, 危险截面处的合成应力应该满足 (4.3)其中-活塞杆的拉力，N -危险截面的直径，m 故活塞杆的强度符合要求，是平安的。2活塞杆弯曲稳定性验算?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-20的实用验算法计算活塞杆弯曲的计算长度为 m (4.4)在作用力F和活塞杆直径d,可以从?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-20中的活塞弯曲计算图中可以在 时 查到而根据公式 由?机械

43、设计手册?第三版第4卷表19-6-21查得K=0.7、 K=150mm故活塞杆的弯曲强度符合要求 整体使用头部外法兰连接。缸筒的固定通过拉杆紧在缸盖上,套环和缸盖和外法兰通过螺栓连接。端盖的作用为固定缸筒和开设进出油孔和与外部连接部件连接。缸体采用铸件，材料选用45号调质钢，这样的结构较为简单，易加工，易装卸. 根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-12，缸筒壁厚的计算公式为 (4.5)式中 缸筒材料强度要求的最小值 缸筒外径公差余量 腐蚀余量假设取=8mm 由于采用如下实用公式： (4.6)由于缸筒材料选用45号钢，查?机械设计?表10-1得，缸筒的抗拉强度，进而求得，其中n为平安系数

44、，通常取5.另外根据与其它零部件的连接需要等结构要求.那么可取，另根据经验可取，故缸筒壁厚=8+1+1=10mm查阅?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-14可知，采用整体活塞更为方便。1.0倍, 所用的材料为在无导向环的情况下需要用高强度的铸铁HT200300或者球墨铸铁故活塞厚度 由于加工精度要求不是很高，单独设计一个活塞进行加工装配非常费时费力，因此本设计将活塞和活塞杆一体加工。因为整个液压系统的最大压力值,故活塞与缸筒内壁的密封采用O型密封圈密封即能满足要求.在活塞上需要加工出放置O型密封圈的环形槽,的O型密封圈密封。 活塞与缸筒内壁密槽的形式 图4.4 活塞的密封花键杆导向套是装在

45、液压缸的活塞杆内,用以对花键轴的方向确定. 由于活塞杆的直径为40mm，内置导向杆的直径为18mm，花键套和活塞杆部采用过盈配合。 根据?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-23关于中要求的花键套的滑动面的长度A在缸径小于80mm时,取 而且设计的缸最小导向长度有公式： (4.7)其中 H-最小导向长度，是从活塞支撑面中点，到导向套滑动面中点的距离； S-最大工作行程 D-缸筒内径而设计的导向套长度为46.5mm导向长度为165mm,故能满足设计要求.设计花键套的尺寸如以下图4.5所示：查?机械设计手册?第三版第4卷表19-6-81和表19-6-82可知，液压缸内的各零部件之间的动静密封采用

46、O型密封圈密封， O形密封圈的截面为圆形，主要用于静密封。O形密封圈安装方便，价格廉价，可在的温度范围内工作，但与唇形密封圈相比，运动阻力较大，作运动密封时容易产生扭转，故一般不单独用于油缸运动密封可与其它密封件组合使用。O形圈密封的原理如图4.6a所示，O形圈装入密封槽后,其截面受到压缩后变形。在无液压力时，靠O形圈的弹性对接触面产生预接触压力，实现初始密封，当密封腔充入压力油后，在液压力的作用下，O形圈挤向槽一侧，密封面上的接触压力上升，提高了密封效果。任何形状的密封圈在安装时，必须保证适当的预压缩量，过小不能密封，过大那么摩擦力增大，且易于损坏，因此，安装密封圈的沟槽尺寸和外表精度必须按

47、有关手册给出的数据严格保证。在动密封中，当压力大于10MPa时，O形圈就会被挤入间隙中而损坏，为此需在O形圈低压侧设置聚四氟乙烯或尼龙制成的挡圈，其厚度为，双向受高压时，两側都要加挡圈, 其结构如图4.6(b)所示。a普通型 b有挡板型图4.6 O型密封圈的结构原理第5章 手部和机身连接件的设计本次设计的主要部件是：1.手部；2.摆动液压缸；3.活塞液压缸。由于没有其他机械装置和回转机构作为辅助，因此我采用直线形联接方式连接它们。主要的连接点有2个：手部和摆动缸的连接，摆动缸和活塞缸的连接。摆动缸和活塞杆采用阶梯轴的方式一体化设计，加工时需要注意在活塞杆局部钻出一个花键槽。液压缸连接处的图示如下：图5.1 摆动缸和活塞缸的连接摆动缸和手部的连接采用联接件的形式，通过螺钉紧固。由于手部连接截面为矩形，而摆动缸的横截