三自由度的工业机械手设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 摘 要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机械手作为自动化生产线上的重要组成部分，逐渐被企业所认同并采用。工业机械手的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机械手主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一部三自由度的工业机械手，用于给设备运送物料。 介绍机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体座标的形式。 分析搬运机械手的设计理论与方法 。全面分析搬运机械手的手部、 手臂以及机身等主要部件的结构设计，本文将分析计算机械手的手部，臂部，机身的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机械手的结构平台。 关键词： 机械手 ，液压传动，液压缸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 n on of in to As an of by of of to of , of in In an is to a of of s s so of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目录 1 绪论 4 械手的简史 4 械手的分类 4 械手的组成 5 行机构 5 动机构 6 制系统 6 械手的应用意义 6 2 机械手的总体设计方案 7 据参考 7 械手工作要求 8 械手坐标形式选择 8 3 机械手的手部设计计算 8 择手抓的类型及夹紧装置 8 紧力与驱动力的计算 9 抓夹持范围计算 1 2 械手手抓夹持精度的分析计算 1 3 4 机械手的臂部设计计算 1 4 部设计的基本要求 14 臂的典型运动机构 15 部设计计算 15 水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力 1 5 压缸的工作压力和结构的确定 1 7 5 机械手机身的设计计算 18 身的整体设计 18 身回转机构的设计计算 19 转驱动力矩的计算 19 转油缸尺寸的初步确定 2 0 身升降机构的设计计算 2 1 臂偏重力矩的计算 2 1 降不自锁的条件分析计算 2 2 做升降运动液压缸驱动力的计算 2 2 承的选择分析 2 3 6 液压回路的设计及分析 2 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 1 绪论 械手的简史 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 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 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 司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种有小 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 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 柔性制造单元 械手的分类 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 能的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 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 “ ，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。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。 械手 的组成 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图 1： 图 1 行机构 （ 1） 手部 手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指。 本设计所指的机械手为平面运动运送物料，不需要腕部的旋转，仅需开闭手指。 机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。 本设计所做的机械 手采用二指形状。 （ 2） 手臂 手臂有无关节和有关节手臂之分 本设计 所做的机械手的手臂采用无关节臂 手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。 本设计 所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采用行程开关控制，以保证定位的精度。 总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。 躯干是安装手臂、动力源和执行机构的 支架。 动机构 驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占 90%以上，电动、机械驱动用的较少。 液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。 气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用 4别的达到 8大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。 为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。 电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。 电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱 动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。 机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。 本课题所做的机械手采用液压传动 机构来实现手臂的上升、下降 。 制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。 械手的应用意义 随着科学技术的发展 ，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。 在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： （ 1）、以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 （ 2）、以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作 空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 （ 3）、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产 。 综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。 2 机械手的总体设计方案 据参考 负载重量： 10复定位精度： 1由度： 3（上下移动（ Z 轴），手臂的平动（ R 轴），腰轴的转动（ 轴） Z：臂身的升降 R：臂身的伸缩 ：腰轴 各轴最大运动速度： Z 轴上下： 100mm/s 轴回转： 30/s R 轴伸缩： 100mm/s 各轴最大运动范围： Z 轴上下： 550轴回转： 90 R 轴伸缩： 500文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 械手工作要 求 机械手原位 机械手上升 机械手前伸 机械手抓取并夹紧 机械手后退 机械手下降 机械手左转 90 机械手前伸 机械手松开 机械手后退 机械手上升 机械手右转 90 退至原位 械手坐标形式选择 机械手一般包括圆柱坐标式、球坐标式、直角坐标式、多关节式。直角坐标式机械手，占用空间大，工作范围小，惯性大，一般不多用，只有在自由度较少时才考虑用。圆柱坐标式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性大，结构简单。多关节式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性小，能抓取底面物体，但多关节式结构复杂，所以也不多用。球坐 标式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体。它们的机构简图 2如下所示： 图 2 由以上叙述，根据设计题目为平动型工业机械手，所以选择为圆柱坐标式。而且平动不需要考虑腕部的回转，所以选择圆柱坐标式更合适。可以在最简单的结构下最合适的完成要求动作。 3 机械手的手部设计计算 择手抓的类型及夹紧装置 本设计是设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 合角 = 060 ，夹取重量为 10用的工业机械手手部 ,按握持工件的原理 ,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体 ,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指 ,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动 ,这种手指结构简单 , 适于夹持平板方料 , 且 工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置 , 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指 , 驱动力需加在手指移动方向上 ,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。 通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。 紧力与驱动力的计算 （ 1） 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 ： 1 2 3 K K G 式中 1K 安全系数，通常 - 2K 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估12， 其中 a 为运载工件时 重力方向的最大上升加速度； t 响 g 为重力加速度， g 10 2 运载时工件最大上升速度 系统达到最高速度的时间，一般选取 K 方位系数，根据手指与工件 形状以及手指与工件 位置不同进行选择。 G 被抓取工件所受重力（ N）。 加紧装置 的动力源可以是液压或者气动，如图 3所示，手抓在弹簧作用下，保持常闭状态，当液压油进入液压缸左部时候，活塞往右运动，从而使手抓能够实现张开。由此可以计算出液压缸推力为： 4 )(22 实际 其中 D 为活塞直径 （ m） d 为活塞杆直径 （ m） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 P 为驱动压力 （ （ 2） 手抓的原理图分析如下图 3 所示： 图 3 图为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，两手指的滑槽对销轴的反作用力为 1F 和 2F ， 其力的方向垂直于滑槽的中心线 1 2指向 O 点，交 1F 和 2F 的延长线于 A 及 B 。 a 手指的回转支点到对称中心线的距离（ 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角 （注：当驱动力 F 一定时， 角增大 ，则握力 随之增大，但 角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好 4030 。） 所以，设 30,80,40 机械手达到最高响应时间为 求夹紧力 驱动力 F 和驱动液压缸的尺寸。 1）设 K 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 12 设 70m 因此 2m a x / 响 所以 01 K 经查表，设 K G =0 10=100 N 根据以上公式得 夹紧力 ： 2）经查表可根据驱动力公式得液压缸的推力 F 的计算值为： 0c o o 计算 由于实际所采取的液压缸驱动力要大于计算，考虑手爪的机械效率 ， 3）取 ，则实际驱动力为： 3 计算实际 4）确定液压缸的直径 D 因为 4 )(22 实际 表 1 液压缸的工作压力 作用在活塞上外力)(液压缸工作压力作用在活塞上外力)(液压缸工作压力5000 1 3000020000 100005000 5000030000 2000010000 50000 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 选取活塞杆直径 ， 由表 1得知 液压缸工作压力为 选择液压缸工作压力 。 所以 262 实际表 2 液压缸的内径系列（ （ 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 表 3 活塞杆直径系列（ （ 10 12 14 16 18 20 22 25 28 （ 30） 32 35 40 45 50 55 （ 60） 63 （ 65） 70 （ 75） 80 （ 85） 90 （ 95） （注： 括号内的尺寸尽可能不用） 根据表 2，液压缸内径系列 （ 选取 D=25mm d=5=据表 3 选取 d=12抓夹持范围计算 已知手抓张开角为 060 ，手抓夹持范围，手指长 80手抓没有张开角的时候，如图 5（ a）所示，根据机构设计，它的最小夹持半径 1R 40 张开 060时，如图 4（ b）所示，最大夹持半径 2R 计算如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 4(a) （ b） 802 R 030 40 03092以，机械手的夹持半径范围为 40 92（ 械手手抓夹持精度的分析计算 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 ,并有足够的抓取能力 。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，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，一定进行分析机械手的夹持误差。 图 5手抓夹持误差分析示意图 如图 5所示， 以棒料来分析机械手的夹持误差精度。 一般夹持误差不超过 1 其中，手指长 L=80 2 120 工件的平均半径 62 9240 偏转角 按照公式 = )s in( 计算。 其中， a=40所以， = )s in( = 801)4060s 6(c o s 01 = 063 设参考精度平均半径为 R =80 060 063 m 时，按照公式如下计算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 = 2m i i a a x2 co ss i n2)s i n(co ss i n2)s i n( = 1 所以满足精度要求。 4 机械手的臂部设计计算 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括 3个运动：伸缩、回转和升降。本节主要分析手臂的伸缩运动，手臂的回转和升降运动设置在机身处，将在后面讨论。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内的一点。 因此，一般来说臂部应该具备 3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种 传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受 手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。 部设计的基本要求 （ 1） 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻 1） 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。 2） 提高支撑刚度和合理选择支撑点间的距离。 3） 合理布置作用力的位置和方向。 4） 注意简化结构。 5） 提高配合精度。 （ 2） 臂部运动速度要高，惯性要小 机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平 ，一般根据生产的节拍确定。一般情况下，臂部的回转，伸缩都要求匀速运动 。但手臂启动和停止的瞬间，运动时变化的，为了减少冲击，要求在起动时的加速度和停止时的减速度不能够太大，否则将会引起冲击和振动。 在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量具体有 3个途径： 1） 减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。 2） 减少臂部运动件的轮廓尺寸。 3） 减少回转半径 ，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。 4） 驱动系统中设有缓 冲装置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 （ 3） 手臂动作应该灵活 为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚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合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。 总结：以上要求是相互制约的，应该综合考虑这些问题，只有这样，才能设计出完美的、性能良好的机械手。 臂的典型运动机构 （ 1）双导向杆手臂伸缩机构 （ 2）双液压钢空心活塞杆单导杆导向机构 （ 3）双活塞杆液压缸结构 （ 4）活塞杆和齿轮齿条机构 通过综合分析比较，本设计选取双导杆伸缩机构，使用液压驱动 ,液压缸选取双作用液压缸。 部设计计算 通常情况下，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。 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、回油背压， 密封装置处摩擦， 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。 但是手臂做水平伸缩运动时，主要是克服摩擦阻力和惯性力，其他力比较小，可以忽 略不计。 液压缸活塞的驱动力的计算为 惯摩 其中 摩F 为摩擦阻力，手臂运动时，运动件表面的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞杆和缸壁等处的摩擦力。 惯F 为起动或者制动时活塞杆所受的平均惯性力。 （ 1） 摩擦阻力的分析与计算 摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。本设计是双导向杆， 导向杆截面形状为圆柱面， 导向杆对称配置在伸缩岗两侧。 起 动时，导向装置的摩擦阻力较大，因此计算如下： 由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，所以可以按一个导向杆计算。 画出简图如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 6 其中， 总G 参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（ N）； 取 00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） 。 L=50050a 导向 支撑的长度（ m）； 取 a= 当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。 对于圆柱面： )24( 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜，取 = 钢对铸铁，取 ； 取 图可得：由 A 点力矩为零， 0 ，即 ，得 a 总 由 上 下 轴 线 上 合 力 为 零 ， 0Y ，即 F总 ，得a 总 所以 a b a F F F 摩 摩摩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 2 a 总摩 =900N （ 2）惯性力的计算。 本设计要求手臂平动为 V=100mm/s。在计算惯性力的时候，设置起动时间为 t=动速度为 v=V=s。 所以， 0 总惯 所以，经以上分析计算得出做水平直线伸缩运动的液压缸驱动力为 2 5259 0 0 惯摩 压缸的工作压力和结构的确定 经上边的计算确定了液压缸的驱动压力为 950N。由表 1 可以查处液压缸的工作压力为 1 （ 1） 确定液压缸的结构。 液压缸内径的计算，画出简图如下： 图 7 当油进入无杆腔， 421 当油进入有杆腔， 4 )(222 (取机械效率 =所以， 由表 2选择标准液压缸内径系 列确定 D=32 2） 液压缸的外径设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 考虑到装备问题，取液压缸的壁厚为 6以该液压缸的外径为 44 （ 3） 活塞杆的设计计算。 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 倍以上的活塞杆还必须据有足够的稳定性。 按拉，压强度决定活塞杆直径。计算如下。 24设计中活塞杆取材料为碳刚，故 = 00 由表 3初步确定活塞杆直径 d=12行校核 M P 0 62 所以得出结论：活塞杆强度足够 。 本设计要求液压缸水平伸缩行程为 100于 15d，所以不需考虑活塞杆稳定性问题。 5 机械手机身的设计计算 身的整体设计 按照设计要求，机械手要实现手臂 90 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。 分析： 经过综合考虑，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。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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 8 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，所以在机械手臂回转 90 度处设置一个机械挡块，并设置接触开关，可以准确给控制系统发出信号进行控制。 身回转机构的设计计算 转驱动力矩的计算 手臂回转液压缸的回转驱动力矩 驱M ，应该与手臂运动时所产生的惯性力矩惯M ，以及各支撑处摩擦阻力矩 摩M 相平衡。 即 摩惯驱 惯性力矩的计算 t)t 0 惯 其中， J 手臂回转部件对其回转中心的转动惯量； 手臂回转的角速度差； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 t 启动时所需的时间； 零件对回转中心的转动惯量； 零件作为其重心位置的质点对手臂回转中心的转动惯量；2 手臂回转半径（重心到回转中心的距离）； G 手臂运动的重量； 计算 ， 可 把 形 状 复 杂 的 零 件 近 似 看 成 圆 柱 体 ， 则)3(12 22 设置启动角度 18 ，则启动角速度 设置启动时间 。 取 。 设 回转 零件为一个半径为 60 1500100圆柱形零件。 则 222 19)2100 220 1001100 所以， （惯 各支撑处摩擦力矩 摩M 粗略估算为 摩M =M = 所以， 摩惯驱 = 转油缸尺寸的初步确定 回转油缸内径 D 的计算为：28 驱式中， P 为回转液压缸的工作压力 （ ； d 为输出轴与动片连接处的直径 （ m） ；初步设计时按 .1取； m） ； 初步确定，动片宽度 b=50液压缸工作压力 P=5出轴与动片买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 连接处的直径 d=30回转 缸内径为： 26 D =115据表 2 选择液压缸的内径尺寸为 110 根据实际情况，回转液压缸需要螺钉来固定缸盖和缸体，但是本设计中液压缸压力不大，所以初步选取螺栓直径为 10据标准液压缸外径（ 确定回转液压缸外径尺寸为146 身升降机构的设计计算 臂偏重力矩的计算 偏重力矩就是手臂悬伸部分的全部零件重量（作用在各自重心上）对手臂回转中心的静力矩 偏M 。最大偏重力矩产生于手臂伸缩缸全部伸出，并夹持额定重量的零件时， 简图 如图 9 所示。 图 9 （ 1） 零件重量为 臂抓工件 ， ，其中 工件G =100N，对手抓做粗略估计为 抓G =200N，对手臂的粗略估计为 臂G =100N。 所以 臂抓工件总 =400N （ 2） 各零件的重心位置到回转轴线的距离为 。其中 工件 =1000 =900 臂 =600 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 所以 总G 的重心位置距回转重心的距离 总臂臂抓抓工件工件 G 所以 =850 （ 3 ） 计算偏重力 矩为 3 4 0总偏 降不自锁的条件分析计算 如图 9所示，手臂在 总G 的作用下有顺时针方向倾斜的趋势，而在立柱导套可阻止手臂倾斜。导套对升降立柱的作用力如图示 1 2根据升降立柱的力平衡条件可得： 1 2 1 总所以 1 2 总 总总 222 1121 所以 ， f 为摩擦系数，一般为 里可取 f = 32.0h 。此式即为升降导向立柱不自锁的条件。 ，所以在设计中必须考虑立柱导套必须大于272取导套立柱为 d=300臂做升降运动液压缸驱动力的计算 驱动力为 F，则 摩惯 （ 1） 惯F 的计算。 总惯 由要求知 100 ，设定启动或者终止时间 ， 总m 近似估算为 150数据带入上式计算的 惯F = （ 2） 摩擦阻力 摩F 的计算。 12摩 取 16.0f R 总 3 6 5 02 摩 所以，当液压缸向上驱动时， F=1500+1360+1500=4360N 当液压缸向下驱动时， F=4360860N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 承的选择分析 对于升降缸的运动，对于机身回转用的轴承有影响，因此，这里要充分考虑这个问题。对于本设计，采用一支点，双固定，另一支点游动的支撑结构。作为固定支撑的轴承，应能承受双向轴向载荷，故内外圈在轴向全要固定。本设计采用两个角接触球轴承，面对面或者背对背的组合结构。这种结构可以承受双向轴向载荷。 6 液压回路的设计 及分析 本设计中，都是采用的液压驱动。具体的液压回路设 计如下图 10 所示。 图 10 选用流量为 12L/分的 叶片泵，通过滤油器从油箱中吸取，供应给各缸。在油路上串接一单向阀，以防止油液的回流，保证油泵在断电故障时，机械手不会因重力而造成跌落事故。通过溢流阀可以调整油泵的供油压力。各油缸的动作顺序由四个二位四通电磁换向阀分别控制。 为防止断电时工件从机械手抓中掉出，必须使 2磁阀在断电时压力油从左通路进入夹紧缸左腔，使机械手保持在加紧状态。只有当 2电后才松开。升降油缸安装 4磁阀，断电时压力油进入下腔，以防止手臂即工件因自重下落。手臂伸缩缸和回转摆动缸属于水平方向的安装，不存在脱落问题。专业机械手不需要经常调整速度，可选择适宜的缸径和流量，从而确定机械手的速度。机械手工