资源目录
压缩包内文档预览：
编号：1122936
类型：共享资源
大小：911.39KB
格式：ZIP
上传时间：2017-03-31
上传人：遗****
认证信息
个人认证
刘**（实名认证）
湖北
IP属地：湖北
30
积分
- 关 键 词：
-
机械
手臂
工作
液压油
设计
- 资源描述：
-
机械手臂工作液压油缸的设计
- 内容简介：
-
机械手臂工作液压油缸的设计 班 级 机电 1202 学 号 1203130210 学生姓名 郭晓涛 指导教师 文斌老师 2015 年 1 月 至 2015 年 5 月 目录 液压传动工作原理液压传动原理 . 1 手臂伸缩油缸的设计与校核 . 2 尺寸校核 . 3 导向装置 . 7 平衡装置 . 7 手臂升降油缸的设计与校核 . 7 寸设计 . 7 寸校核 . 7 手臂回转油缸的设计与校核 . 10 寸设计 . 10 寸校核 . 11 油缸的密封 . 机械手手臂工作液压 油缸的设计与计算 一、液压传动工作原理液压传动原理：以油液作为工作介质，通过油液内部的压力来传递动力。 1、动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能（势能）。 2、执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。 3、控制部分用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。 4、辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用。二、液压缸的工作原理：先了解最基本 5 个部件：1、缸筒和缸盖 2、活塞和活塞杆 3、密封装置 4、缓冲装置 5、排气装置每种缸的工作原理都是相似的，拿一个手 动千斤顶来说它的工作原来（千斤顶其实也就是个最简单的油缸）通过手动增 压秆（液压手动泵）使液压油经过一个单项阀进入油缸，这时进入油缸的液压油因为单项阀的原因不能再倒退回来，逼迫缸杆向上，然后在做工继续使液压油不断进入液压缸，就这样不断上上升，要降的时候就打开液压阀，使液压油回到油箱。 手臂伸缩油缸的设计与校核 材料的选择；活塞： 45 钢，活塞杆 45 钢， O 型密封圈橡胶， Y 型密封圈橡胶， 卡簧 65 向圈 45 钢，圆螺母 臂的伸缩动作由伸缩油缸带动，需要计算油缸的驱动力。所谓油缸的驱动力是指油缸的高压油腔的压力油所产生的合成液压力。在机械手工作时，各油缸的驱动力要分别克服作用在各自油缸活塞上的总机械载荷，以保证机械手正常运动 13。 手臂伸缩油缸运行长度设计为 500 ,油缸内径为1 40，半径20 。 尺寸校核 1、设计油缸运行长度设计为 500 ,油缸内径为1 40,半径 20, 活塞 运行速度为1 7 5 0 m m /s ，加速度时间 ，进油压力为52= 1 0 1 0 N / 。 当压力油输入无杆腔，使活塞以速度1而运动是所需输入油缸的流量1 2114 式中： D 油缸（或活塞）直径， 1 =40 输入无杆腔的流量， L/1 活塞的移动速度， m/s 1 7 5 0 m m /s 流量121 0 . 4 7 . 5 6 0 5 6 . 5 L / m i 油缸的无杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力1 21 4式中： p 进油压力， N 1P 油缸驱动力， N 2 51 0 . 0 4 1 0 1 0 1 2 5 6 当压力油输入有杆腔，使活塞以速度2而运动是所需输入油缸的流量2 22224 （ ）式中： d 活 塞杆直径（ 20 1Q 输入无杆腔的流量， L/2 活塞的移动速度， mm/s ，2 1 5 0 0 m m /s 则流量2 222 0 . 4 0 . 2 1 5 6 04Q （ ） 油缸的无杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力2 222 （ ）22 50 . 0 4 0 . 0 2 1 0 1 0 9 4 2 （ ）2、计算作用在活塞上的总机械载荷 机械手手臂移动油缸的受力简图如图 5用在活塞上的总机械载荷 P P P P P P 驱 工 导 回封 惯 放 大P 导G 总C 手臂伸缩油缸受力简图 工 ： 工作阻力 数值要根据油缸工作的 具 体 情 况 确 定 有无，并进行计算或估算。 在此为完成搬运工件的伸缩油缸，故不受工作阻力，即 0。 导：不同配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同 ，要根据具体情况进行估算。 本设计如图 1导向杆截面形状是圆柱面。导向杆对称配置在油缸的两侧，并布置在过油缸活塞杆的平面内。 图 5向装置处的摩擦阻力较大，估计如下： 由于导向杆对称配置，两导向杆受力均匀，可按一只导向杆估算，忽略导向杆直径的影响，根据它手里的平衡条件推得： 1 2 a 导 总式中 参与运动的零部件的总重量， N （包括被抓物件重量）估算 L 手臂缩回时参与运动的零部件的总重量的重心 50 a 导向支承的长度， a=160 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时，钢对钢的取 1 当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关，对于圆柱面1 1 . 2 7 1 . 5 7，取1=： 2 5 0 1 6 0P 8 0 1 0 0 . 1 1 . 4160 导182N 封在压力油驱动活塞运动时，各密封装置处摩擦阻力之和为 1 2 3P P P P 封 封 封 封1 2 3P P 封、 、分别为活塞杆和缸盖处、 活塞与缸壁处、伸缩油管处等密封装置处的摩擦阻力，其值随密封圈结构的不同而异。 当油缸的工作压力不大于 521 0 0 1 0 N /m 时，活塞杆直径为油缸直径的一半，活塞和活塞杆处走采用 缸密封处的总摩擦力为： 112 0 . 0 3P P p封 封= 0 . 0 3 1 2 5 6 = 3 7 . 7 N 伸缩油管处的摩擦阻力3 3P p d l封式中 密封圈与配合面的摩擦系数，主要与密封圈形式、材料与配合接触的零件材料和油液压力有关。 对于 油液压力 52p N / m 时， 。油液压力高时 取小值，压力低时 取大值，在本次设计中取 。 P 密封处的工作压力， N ， 52= 1 0 1 0 N / d 伸缩油管直径， m ， =l 密封的有效长度， m 密封的有效长度 20 2l d k k式中： k 为压缩率 一般为 ，在这里取 =0d 为 面直径， m 对应图带入 则： 22 0 . 1 2 0 . 1 2l 3P p d l封50 . 0 4 1 0 1 0 3 . 1 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 1 4 1 . 1 N 1 2 3P P P P 封 封 封 封3 7 . 7 1 . 1 3 8 . 8 N 惯机械手的手臂在起动时，活塞杆上所受到的平均惯性力，可近似计算如下： G vP 总惯式中： 参与运动的零部件的总重量， N （包括被抓物件重量）80总 g 重力加速度， 2m/s 210m/ v 速度变化量， m/s ， t 启动过程的时间， s 则： 8 0 1 0 0 . 7 51 0 0 . 1P 惯600N 回背压阻力为油缸低压油液所造成的阻力。一般被压阻力较小，工回 计算。 由于 0P 工， 故 0P 回。 所以： P P P P P P 驱 工 导 回封 惯= 0 + 1 8 2 + 3 8 . 8 + 6 0 0 + 0 = 821N 因为： 8 2 1 1 2 5 6 P 驱，故该油缸的尺寸符合使用要求。 导向装置 液压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆 不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。目前导向杆常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中采用双向导向杆来增加手臂的刚性和导向性 16。 平衡装置 在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩油缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓 取物体的重量和油缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。 手臂升降油缸的设计与校核 寸设计 油缸运行长度设计为 100 ,油缸运行速度为 250mm/s ， ,油缸内径为 1 80 ,半径 =40进油压力为 52= 5 0 1 0 N / ，做升降运动的总重量 G 900 N总。 寸校核 驱动力 ： P P P P P P 驱 工 背 惯 摩 封 由经验公式可得 ： 9 0 0 工 总0 . 0 5 0 . 0 5 9 0 0 4 5 工背 9 0 0 0 . 2 5 2 2 5 0 . 1 总惯0 . 1 0 . 1 9 0 0 9 0 总摩 0 . 0 6 0 . 0 6 9 0 0 5 4 总封 故： P P P P P P 驱 工 导 回封 惯= 9 0 0 + 4 5 + 2 2 5 + 8 0 + 5 4 =1304N 作用在活塞上的推力 P ： 242 53 . 1 4 0 . 0 8= 5 0 1 04 25120N 因为 1 3 0 4 N 2 5 1 2 0 驱，所以伸缩油缸的尺寸符合要求。 手臂回转油缸的设计与校核 采用回转油缸实现手臂回转运动时，其受力情况可简化成如图 5 材料的选择：轴 45 钢，弹簧垫圈 槽圆柱螺母 45 钢，密封圈 26耐油垫圈，深沟轴轴承 61840 座 45 钢，液压缸后端盖 12 16槽圆柱螺栓 5 钢，缸体 45 钢，弹簧垫圈6六角螺钉 压缸前端盖 寸设计 油缸内径为1 100 m ,半径 50 ,轴径2 40半径 20 ,油缸运行角速度 s ，加速度时间 ，进油压力 52= 5 0 1 0 N / 寸校核 驱 动手臂回转的力矩 该与手臂起动时所产生的惯性力矩 封相平街。若轴承处摩擦力矩忽略不计，则可按下式计算： M M M驱 惯 封式中 密封装置处的摩擦阻力矩，回转缸密封装置处的摩擦阻力矩应包括回转缸动片圆 柱面与缸径和动片端面与缸盖之间的摩擦阻力矩，如图 5此，摩擦阻力矩可按下式计算： 12M M M封 封 封111M F R b b p R封212 2 2 -c p c R b p R R r封 （ ）其中： 2式中各尺寸符号如图 5位为厘米，其1 由设计估算：521 0 0 k g = 5 0 1 0 N / ， 10 . 1 5 4 0 m m = 6 m m 5 0 m mb b B ， ， ， 8 0 m m 5 0 m m 2 0 m ， ， 3 3 51 0 . 1 5 6 1 0 4 0 1 0 5 0 1 0 0 . 0 5 9 N 封 333 5 3 325 0 1 0 2 0 1 02 0 . 1 5 6 1 0 5 0 1 0 ( 5 0 1 0 2 0 1 0 )2M 封=19N m 12M M M封 封 封9 19 28N m 惯 性力矩，手臂在起动过程的惯性力矩可按下式计算： 00M J J t 惯式中 回转缸动片的角速度变化量， o/s 在起 动过程，其 。 t 起动过程的时间， s 0J 手臂回转部件 (包括工件 )对回转轴线的转动惯量， 。 由于参与回转的零件形状尺寸和重量各不相同，所以计算0了简化 计算，可将形状复杂的零件简化成几个简单形体，分别计算，然后将各值相加，即是复杂零件对回转轴的转动惯量。 手臂回转的零件重心与回转轴线重合，其零件对回转轴的转动惯量为 17： 20J G 21 0 0 0 0 m / s 1 . 5 7 /r a d s ， ，t 0 1 . 5 7M = 6 . 4 1 0 0 N 1J 惯M M M驱 惯 封 2 8 1 0 1 2 8 N m 手臂回转力矩： 22 d （ ）5220 . 0 4 5 0 1 0 ( 0 . 1 0 . 0 4 ) 2 1 0 N 得出结论： 1 2 8 N m 2 1 0 N 驱即所需克服的负载小于回转缸所能提供的回转力矩，所以油缸的尺寸设计符合要求。 油缸的密封 有的液压机械手由于油缸泄漏严重，压力不能提高，工作性能不稳定，以致影响机械手的正常使用。因此，为了保证机械手液压系统的工作性能，在各油缸的相对运动表面和固定连接的表面进行密封，以防压力油液从高压油腔泄漏到低压油腔，或泄漏到缸体外面。 目前机械手液压系统使用的密封件，大多采用耐油橡胶制成的各种形式的密封圈。作为动密封 (即运动部分的密封 )或静密封 (即静止部分的密封 )，以保证配合面的密封性。 密封圈在 配合面间的密封作用，主要是借安装时的预压力和在工作时由于油液压力的作用，使密封圈产生变形并压紧密封表面来达到的。 密封圈具有制造容易，使用方便，密封可靠，并能在温度变化范围较大及各种油液压力下可靠地工作，结构简单紧凑，无需调整等一系列优点，所以获得广泛的应用。在液压机械手上常用的密封固有： O 形 (圆形 )、 Y 形、 v 形和矩形等几种。 O 形、 Y 形、 v 形密封圈均已标准化，可按标准选用。矩形密封圈主要用于回转油缸的动片与缸壁间的密封，它是非标准的，要根据具体使用条件进行设计与制造 18。 图 2O 形密封圈及在 沟槽中的情况图 为了保证密封性能安装 O 形密封圈的沟槽尺寸和表面光洁度应符合要求，可查阅“机械没计手册”。使用 O 形圈密封的相对运动的配合表面，一般是尺寸精度为级，表面光洁度为 89，而沟槽内部表面的光洁度为 6 。 O 形密封圈制正沟槽中，因受油压作用而变形并胀紧沟槽和间隙，从而起到密封作用，因此它的密封性能随压力的增加而提高。但是当压力过高或沟槽尺寸选择不当时，密封圈很容易被挤出沟槽而造成剧烈磨 损。为克服这个缺点，当油缸油液压力大与 521 0 0 1 0 N /m 时，要在 O 形密封圈侧面放置挡圈，在压力低于 521 0 0 1 0 N /m 时，一般不加挡圈。 2 V 形密封圈 V 形密封圈由夹布橡胶制成。图 6 2 所示为 V 形密封圈的形状，通常由三个环 (支承环 1，密封环 2压坏 3)叠在一起成组使用。当油缸的工作压力小于 521 0 0 1 0 N /m 时，用一组 V 形圈就有足够的密封性。当压力提高时，可增加密封环数量，以加长密封长度。 V 形密封圈一般用于活塞与缸体、活塞杆与缸盖间的密封。安装时要注意方向，使压力油腔的油液压力能使两唇边张开，即支承环必需面对压力油方向。 由干 v 形密封圈拨触面较长。密封性好，但摩擦力较大，所以在栘动速度不高的油缸中应用较多。 图 2Y 形密封圈及其安装情况图 3、 Y 形密封圈 Y 形密封圈的形状如图 6-3(a)所示，图中尺寸 d 和 D 是 Y 形密封圈在工作时，压力油液把 Y 形圈的唇边紧紧压在相对运动的两配合面上，并随着油液压力的增高而提高密封能力，并能 补偿磨损的影响，所以装配时唇边要面对压力油腔。 Y 形密封圈摩擦力较小，在运动速度较高，工作压力小于 522 0 0 1 0 N /m 的活塞油缸中常有应用。 在一般情况下， Y 形圈可直接装入沟槽内即可起密封作用，但在压力变动较大，滑动速度较高的地方，要使用支承环以固定密封圈，如图 6 3（ b）所示。支承环的主要尺寸如图 6 3(c)所示。 对于活塞油缸，除了采用上述密封圈进行密封防止泄漏外，还要求油缸和活塞杆的 轴线弯曲度，在 500 毫米长度上应不大于 油缸安装端面对轴线或活塞安装端面对活塞杆轴线的不垂直度在直径 100应不大于 转油缸的泄漏与密封 有的液压机械手的手臂和手腕回转运动采用回转油缸来实现。由于动片和缸体、动片和输出轴、动片端面和缸盖之间的间隙不易保证，易引起较大的泄漏，使油液压力降低，减小了输出扭矩，达不到设计要求，影响机械手的正常的回转运动，为减少泄漏，除严格控制相对运动表面的配合间隙外，主要的还是采用密封 装置进行密封。 当回转油缸的动片与输出轴 (或缸壁 )用螺钉联接时，要对动片的三个相对运动表面和一个固定联接表面均进行密封，即需要在矩形动片的四周进行密封，这比圆周密封要困难的多，没有标准密封圈可供选用，若进行设计制造，需有一个生产周期和相应的设备。现将实践中有关回转油缸的密封经验，简介几例 19。 1. 圆截面矩形密封圈密封 图 6 4 所示，为某“加工中心”上的换刀机械手采用的回转油缸结构图。其密封装置采用圆形截面的密封圈，嵌在动片的四周槽内进行密封，它的外形是矩形的，以保证缸体转角处密封可靠，装入缸体后，密封圈 的预压缩量 2 约为 缸体与动片的配合为44/ 洁度为 7 。该回转油缸的工作压力为 5240 10 N /m ， 传递扭矩在 200N m 以上，密封效果较好。 图 6回转油缸及其密封结构图 由于回转油 缸的输出扭矩约为 右， 矩形橡胶密封圈和牛皮挡圈组成的密封结构。牛皮挡圈的作用是防止高压油液将橡胶密封圈挤入配合间隙，以保证密封性并延长密封圈的使用寿命。 此外回转油缸动片刚度不足也容易造成泄漏，并且使输出扭矩减小。动片在受到压力油液作用时，其受力情况相当于一受均布载荷的悬臂梁，顶端变形量最大，而且扁平的动片的抗弯刚度又差，很易变形，在使用中当负荷增加时，动片变形，出现运动不稳定，甚至动片卡住在缸壁上的现象 (当然，这一现象，还同油缸各运动件的配合间隙、相对位置精度和缸壁的几何形状精度有关 )。为了 提高动片的刚度，可根据回转油缸的摆动角度大小，对动片采用有加强贴的结构。另外，如采用双动片回转油缸，固有两个动片同时承受油压，在与单动片回转油缸尺寸
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号