毕业设计（论文）-基于单片机的FM收音机的设计.doc

济南大学泉城学院毕毕业业设设计计题题目目基于单片机的FM收音机的设计学学院院工学院专专业业电气工程及其自动化班班级级电气1301学学生生学学号号2013040039指导教师指导教师二一五年四月二十五日济南大学毕业设计-I-摘要本设计是一个数字调频收音机（FM），就是接受频率调制的无线电信号，经过解调还原成原信号的电子设备，利用单片机控制有FM功能的专用芯片，设计一个收音机系统。单片机自从20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广，发展很快。单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。这种以软件结合硬件或取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控制技术。例如，本文所要论述的通过单片机STC89C54来控制TEA5767HN芯片使其实现调频功能。STC89C54单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。现在人们常使用的收音机为手动调频收台，使用较为麻烦，而且由于接收灵敏度不高，所接收的频段较窄。本设计采用的是TEA5767HN芯片，它是由PHILIPS公司推出的针对低电压应用的单芯片数字调谐FM立体声收音机芯片。TEA5767HN芯片内集成了完整的IF频率选择和鉴频系统，只需很少的低成本外围元件，就可实现FM收音机的全部功能。随着信息化的发展，TEA5767系列单片数字收音机也就被广泛应用到数码音响，使用宏晶科技生产的8位微控制器STC89C54来控制数字收音机模块TEA5767，构成一个FM数字收音机系统。本设计主要是体现单片机系统的自动控制能力，更重要的意义是单片机的应用改变了控制系统传统的设计思想和方法。关键词：关键词：STC89C54单片机；TEA5767HN芯片济南大学毕业设计-II-ABSTRACTThedesignisadigitalFMradio(FM)ItistoreceivethefrequencymodulatedradiosignalselectronicequipmentrestoredtotheoriginalsignalafterdemodulationtheuseofdedicatedchipMCUcontrolFMfunctionsdesignaradiosystem.Thesinglechiphascomeoutsincethe1970scomparedtoisvaluedpeoplesandtheattentionbytheextremelyhighperancepricethereforetheapplicationisverybroadthedevelopmentisveryquick.TheapplicationofSCMhaschangedthedesignideaandofthetraditionalcontrolsystem.PreviouslyusedbymostofthehardwarecircuitofthecontrolfunctionistheMCUsoftwarestoachieve.Withthecombinationofhardwareorsoftwaretoreplacehardwareandcanimprovethecontrolsystemperanceiscalledthemicrocontroltechnology.STC89C54Monolithicintegratedcircuitscharacteristicisthevolumeissmalltheintegrationrateishightheweightislightantijammingabilityisnothightotheenvironmentrequestthelowinpricethereliabilityishightheflexibilityisgoodthedevelopmentiseasier.WhatthisdesignusesistheTEA5767chipitispromotesbyPHILIPSCorporationinviewofthelowvoltageapplicationsinglechipdigitharmoniousFMstereophonicreceiverchip.IntheTEA5767chipintegratedthecompleteIFfrequencyselectionandthefrequencydiscriminationsystemonlyneedtheveryfewlowcostperipherypartbepossibletorealizetheFMradioscompletefunction.WiththedevelopmentofinationtechnologytheTEA5767seriesmonolithicdigitalradioswillbewidelyappliedtodigitalaudiousethemacrocrystaltechnologytoproduce8bitmicrocontrollerSTC89C54tocontrolthemoduleofdigitalradioTEA5767aFMdigitalradiosystem.ThisdesignismainlytheautomaticcontrolabilityofMCUsystemmoreimportantisthedesignideaandoftheapplicationofSCMhaschangedthetraditionalcontrolsystem.Keywords：STC89C52Nokia5110TEA5767济南大学毕业设计-III-目录摘要.IABSTRACT.II1前言.11.1选题的背景.11.2课题的意义.12设计内容与步骤.32.1确定机械手的总体方案.32.2设计机械手的各执行构件.32.3气动液压系统的设计.43设计方案的制动与选择.53.1机械手搬运规格及参数.53.2方案的制定.53.3方案的总结分析.83.4方案的优化设计.94机械手主要零部件的设计.134.1机械手抓部件主要参数的确定.134.1.1推力液压缸选型的确定.13济南大学毕业设计-IV-4.1.2推力液压缸行程的确定.164.1.3机械手指的设计.184.1.4机械手骨架设计.194.1.5轴承的计算与选择.194.1.6立轴的设计.204.2移动架部件主要参数的确定.214.2.1中间升降液压缸型号的确定.214.3滑动板部件主要参数的确定.234.3.1滑动板的外形设计.234.3.2支撑轴的设计.244.3.3滑轮的设计.254.4支撑架部件主要参数的确定.264.4.1推动液压缸的选型确定.264.4.2支撑架的设计.275重要的零部件的校核.295.1键的校核.296结论.31参考文献.32致谢.33济南大学毕业设计-1-1前言1.1选题背景现如今，新媒体技术蓬勃发展。像电视、手机、互联网等媒体都已经进入千家万户。各种便携式娱乐设备也已经普及到家。可以说现在正在或者说已经进入娱乐时代。但传统的收音机在丰富的娱乐媒介中任然占有重要地位。现如今的收音机发展的非常迅速，从诞生到现在已有80年的历史了，在此期间经历了从电子管到晶体管、从晶体管到集成电路的发展过程。随着信息化的发展，收音机逐渐数字化，集成化，而且成本越来越低，携带也越来越方便，这使得在各种设备中嵌入收音机的现象更加普遍。特别是和现在新兴的单片机技术结合使得制作一个便携式收音机成为可能。例如，本文所要论述的是通过单片机来控制TEA5767模块及驱动液晶显示器实现FM收音并显示频率。TEA5767HN是由PHILIPS公司出的一片低功耗调谐调频立体声收音机电路。收音机数字化对我国企业是一个新的起点。现在我国有几家民营挑起大梁，但由于不掌握核心技术，只充当整机装配角色。而数字化收音机的全部功能是用软件实现的，我国的软件人才资料十分丰富。DSP是通用器件，国外有几十家公司在大量生产，至少我们会用软件创造出功能不同全新机器，对市场竞争非常有利。国家现在大力扶植IC和软件产生，我们正在迎来数字收音机的全盛时期。1.2课题的意义在当前数字信息技术和网络技术高速发展的PC时代。嵌入式技术已经不再陌生并且同人们的生活紧紧相关。其中掌上嵌入式电子产品更是给人们生活带来了极大的改善和快乐。尽管生活方式不断地发生着变化，但无线电仍然很流行。随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，并且基于单片机的调频收音机在消费类电子视听产品和家用电器中仍占有相当大的市场。从由分离元件组成到由集成电路组成，调频收音机技术已达到十分成熟的地步，音质效果也由普通输出发展到立体声输出，越来越受消费者的喜爱。相比调幅收音机，调频收音机具有技术含量高，音质好，抗干扰能力强，信噪比高和可以频道数多的特点。现在人们常使用的收音机为手动调频收台，使用较为麻烦，而且由于接收灵敏度不高，所接收的频段较窄。本设计采用的是TEA5767HN芯片，它是由PHILIPS公司推出的针对低电压应用的单芯片数字调谐FM立体声收音机芯片。TEA5767HN芯片内集成了完整的IF频率选择和鉴频系统，可实现FM收音机的全部功能。其接收灵敏度高；参考频率选择灵活；可实现自动搜台。其内部集成了中频选频和解调网络，可以做到完全免调，因此只需要很少量的小体积外围元件。TEA5767可以应用在欧济南大学毕业设计-2-洲、美国和日本不同的FM波段环境。可以通过模式管脚来选择I2C总线模式或三线模式通信，立体声解调器完全免调，软件控制SNC、HCC、暂停和静音功能。可以嵌入MP3、手机等小型电器中。是面前较为流行的FM电调谐调频立体声收音模块。2设计内容与步骤济南大学毕业设计-3-如今，随着数字技术的发展，独立的半导体收音机已渐渐淡出了人们日常生活的视线，取而代之的是小巧精致的数字音频播放器。在这一环境下，收音机更加受到了无线电台和无线电工业，专业电子技术机构和无线电发烧团体人员的关注。收音机的存在形式也发生了变化，从原来的独立式半导体发展成了其他音频设备的嵌入式开发模块化产品。当今用户的无线电技术要求比较高，这也促使了收音机的控制方式需要不断改进、音质水准等技术指标也需要不断提高。本文采用模块化的设计方式，开发了一套完整的FM调制接收系统，系统通过专用收音芯片进行解调，主控芯片通过相应通信协议对其进行频率选择控制，选定频率后，频率信息由液晶屏显示，音频信号经由功率放大模块放音，能够独立完成立体声收音和放音功能。系统以STC89C54为核心，控制收音模块、显示模块、音频放大模块，完成一套多功能、立体声的数字收音机。设计机械手的原则就是：全面分析设备的的工作技术要求，制定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能的要求和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，受力特性和尺寸要求等参数。尽量选用标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性1。模块化设计的主要目标就是确定相互独立的，并且标准化的或者可以改变的各个单元来满足各种功能。要将产品设备划分为若干个模块，划分一般原则为：尽量减少产品包含的模块总数，简化模块自身的复杂程度，以免模块组合时产生混乱；模块要得到最有限的实际相结合，为了满足用户的需求；模块的分解中要使各个模块具有一定的完整性和独立性；为了方便和分离，要充分注意模块之间的结合；要考虑模块的分解对设备的精度、刚度带来的变化；模块单元的分解必须要考虑经济要素等2。首先，通过对设计内容的分析，要求是为钢瓶生产线设计一种喷丸机械手，实现对钢瓶内壁的喷丸处理，以达到除锈及表面强化的目的。其次，采用模块化设计的思想，将整体划分为几个模块，然后逐个设计，再讲各模块组装起来。最后，对所设计的产品进行优化设计，以达到预期的要求和性能。2.1确定机械手的总体方案根据流水线的总体布局以及钢瓶的特点，确定机械手的总体方案，分析并解决存在的技术难题。机械手需要满足至少3个以上的自由度的要求，并且机械手的手指形状可以自由更换，以适应不同形状的钢瓶。2.2设计机械手的各执行构件采用模块化的设计理念，将钢瓶喷丸机械手分解若干个模块，依次对各个模块进行设计。依次设计每个模块中的执行构件，接着组装为一个模块，再把这些独立的模块拼装起来组成整机，这样就形成了一台完整的设备产品。济南大学毕业设计-4-2.3气动、液压驱动系统的设计驱动方式可以分为间接驱动和直接驱动。驱动源常用的方式有：液压驱动、气动驱动、直流电机驱动和交流电机驱动四种基本类型。其中，交流电机驱动是最新发展起来的一种驱动方法。根据功能和尺寸要求匹配合适的气缸液压缸3。济南大学毕业设计-5-3设计方案的制定与选择3.1机械手搬运规格及参数经过去中小型生产企业的实地考察，以及向老师的询问、上网查阅资料。得到以下结论：中小型加工业中对于体积中型的钢瓶加工的最多。所以，从中选择具有代表性的企业生产的钢瓶为例进行设计。例如九江三钻机械有限公司所生产的“三钻”钢瓶。其中40L医用氧气瓶规格如下：公称外径220mm；公称容积40L；公称重量57KG；工作压力15MPa；材料34Mn2V；高度1.45m。3.2方案的制定喷丸机械手它的本质上其实是搬运机械手。搬运机械手的作用通常是将物料从一个点搬运到另一个点，根据实际生产的需要。这个搬运过程可能会涉及到水平以及垂直的位移，某些时候还需要机械手可以进行转动，因此，在不同的生产过程中，对机械手灵活性的要求并不相同。除了都会涉及到的夹持或者吸附操作之外，其他的操作也可能会有变化。一般来说，搬运机械手是通过螺旋机构和机械手夹持器来工作的。（1）方案一：采用圆柱坐标式结构，各组合形式不少于三个自由度。采用气动动力进行驱动，机械手的结构示意图如图3.1所示：图3.1气动机械手结构示意图A-手臂摆动气缸B-升降气缸C-伸缩气缸D-手腕摆动气缸E-气抓1-基座2-手臂关节3-手腕关节4-导向装置5-定位挡块济南大学毕业设计-6-这种结构的机械手，其工作原理是气抓E抓取工件，经由手腕摆动气缸D的作用旋转一定的角度，然后伸缩气缸C将整体在横向移动，手臂摆动气缸A在摆动一定的角度。最后由升降气缸B将工件进行上升或下降。这样就完成了它的一个工作过程。优点：这种结构的机械手体积小、占地面积小，结构相对简单、结构紧凑、便于组合；定位精度也比较高，同时还兼顾了低成本和高通用性。缺点：活动范围比较小，在工作线较长的流水作业线上就显得不太突出了。综上所述，该方案不适用于较长流水线工位上的工作情况。（2）方案二：为了适应较长距离的工作情况，这里，采用门式起重机的结构形式。即可满足较长距离的工作要求。如图3.2所示：图3.2喷丸机械手结构示意图济南大学毕业设计-7-在此方案中，动力源采用电机来进行驱动，所传递的转矩比较大，工作效率高，速度快。如图3.3所示：图3.3电机结构示意图工作过程为利用钩子勾住钢瓶头部，利用手部键盘操作，从而电机驱动使钢瓶仔竖直方向和水平方向进行移动。钢瓶的翻转需要人工来实现。优点：满足了可以远距离工作的工作条件。速度快，效率高，结构简单。缺点：钢瓶运动中不平稳，翻转需要人工来辅助完成，安全系数不够高。综上所述，此方案不可行。（3）方案三：为了提高安全性的条件，在本方案中，继续保持机构的主体结构不变，改变中间驱动部分，采用更加安全可靠的液压缸来进行驱动，即可满足安全济南大学毕业设计-8-性能的要求。其结构简图如图3.4所示：图3.4钢瓶喷丸机械手总体结构简图1-机械手抓部件2-支撑架部件3-滑动板部件4-移动架部件采用模块化设计的理念，将钢瓶喷丸机械手从结构功能上分为四大模块，即四大部件。其中机械手抓部件1实现的主要功能是将钢瓶抓放，并可以旋转90度；移动架部件4实现的主要功能是将移动架和机械手抓部件连接起来，并带动机械手抓部件在竖直方向运动，满足了竖直方向的自由度要求；滑动板部件3起到的是一个中间过渡的作用，它将移动架部件与整个支撑架部件连接起来；支撑架部件4实现的主要功能就是承重作用，即支撑整个设备的重量，以及让其他三个部件的组合体通过中间连接体，从而在横向移动，满足了横向的自由度要求。整个钢瓶喷丸机械手的工作过程就是机械手抓部件1抓取钢瓶，移动架部件4使其在竖直方向上升，然后通过滑动板3的连接作用，在支撑架2上面横向移动，将钢瓶送到下一个工位，在回到最初的位置。从而完成了一次完整的工作过程。综上所述，此方案基本可以满足远距离工作的条件以及满足安全性能的要求。所以，选择此方案进行接下来的设计工作。3.3方案的总结分析综合各方面因素，选择方案三进行接下来的设计工作。这里，具体再对方案三完善一下。可以将设备从功能上划分为四个部件，即四大模块。针对每一个部件来济南大学毕业设计-9-进行模块化的设计。这样整个设计过程将会井井有序，有条有理。在传动上可采用直接传动和滑轮与轨道传动。在结构上可以采用两个步进电机带动，两种转速转动，也可采用由液压缸、气缸驱动。通过对这几种方案的组合可以得出多种不同的优秀可行的方案。但是，对于设计的产品要满足多种要求。首先，必须满足使用功能的要求，满足经济上的要求，力求节省，要满足可靠性的要求，同时机器外部的生产环境要好，不要造成污染，还要保证操作者的方便和安全，做到人性化的设计。其次，机器的各个零部件要考虑到其强度、刚度、寿命等符合要求，尽力降低成本，节省资源45。通过对以上的考虑，制定出了最佳设计方案：机械手部件通过液压缸采用四个机械手指将钢瓶夹紧，在机械手部见的一边再安装一个90度的齿轮齿条摆动缸，这样就实现了钢瓶90度的旋转自由度；移动架部件和滑动板之间通过导轨与滑块的组合使得钢瓶可以再竖直方向上下运动，在这里的驱动装置就是一个液压缸，计算一下液压缸的载荷、缸径、活塞杆直径，从而选择一种型号合适的液压缸来驱动；所有的机体部分与支撑架之间通过滑轮和导轨的组合来连接，这样就可以实现在横向上的远距离传送。它的驱动方式选择液压缸来推进。不选择步进电机的原因是，出于经济的角度考虑的。这样，组装设计起来的钢瓶搬运机械手就是一种不错的方案。3.4方案的优化设计考虑到钢瓶喷丸机械手的工作特点，将整机从功能特点上分为四个模块，即四大部件：机械手抓部件、移动架部件、滑动板部件和支撑架部件。四个部件分别具有各自的功能。四大部件之间通过轴、导轨与滑块连接起来，从而完成预先设想的工作。其中，机械手部件如图3.5所示：济南大学毕业设计-10-图3.5机械手部件1-连接臂2-液压缸3-机械手指工作原理：液压缸1推动和它首尾相连的两根立轴，轴上连接着四个机械手指3，手指3就会绕着立轴做圆弧运动，从而将钢瓶夹紧。结构特点：部件的主体采用钢板焊接而成，在部件的两侧位置安装两根立轴，支撑着四个手指，轴的两端安装角接触球轴承和推力球轴承，便于轴的转动。在部件的后端安装一个液压缸，液压缸的推拉使得机械手指一张一合。即就是抓取夹紧工件。移动架部件如图3.6所示：图3.6移动架部件1-导轨2-升降液压缸3-移动架工作原理：移动架3和机械手抓部件当中的连接臂1相连接，在升降液压缸的济南大学毕业设计-11-作用下，经由导轨1完成在竖直方向的移动。结构特点：移动架3的主体是钢板焊接在一起，液压缸2通过后法兰是的安装方法固定在移动架3上，从而和移动架连接在一起，导轨1是利用内六角螺钉连接在移动架3的背部的。滑动板部件如图3.7所示：图3.7滑动板部件1-滑轮2-支撑轴3-滑动板工作原理：滑动板3通过滑轮1安装在支撑架部件中的横向导轨上，再利用短轴和移动架部件连接在一起。这样，三大部件已经全部组装在一起了。结构特点：滑动板3主体焊接在一起，在滑动板3上面安装上滑块和滑轮，它的作用就是中间连接体。支撑架部件如图3.8所示：济南大学毕业设计-12-图3.8支撑架部件1-支撑架2-横向导轨3-推力液压缸工作原理：将其他三个部件通过滑动板部件上的滑轮与横向导轨2相连，再将推力液压缸3与滑动板连接，这样整个机械手机体就可以在支撑架1上进行横向移动。结构特点：支撑架主体是用钢板焊接而成。具有比较稳定的刚性。济南大学毕业设计-13-4机械手主要零部件的结构设计4.1机械手抓部件主要参数的确定4.1.1推力液压缸选型的确定由于所要设计的喷丸机械手夹持的钢瓶直径为220mm，高度为1450mm，重量为57KG。对于机械手抓部件处，采用四个机械手指的作用来夹持钢瓶。济南大学毕业设计-14-图4.1手抓部分如图4.1，四个机械手指将钢瓶压紧在机体内壁上，通过摩擦力将钢瓶夹紧。所以，钢瓶一共有8个接触面。则有：68f又摩擦力等于钢瓶的重力fmg8mgN每个接触面上的正压力N为5710475880.15mgN液压缸产生的推力为1F图4.2液压缸产生的推力受力分析图1222224751344FFN液压缸作用于活塞杆上的液压力=1344N。对于单作用单活塞杆液压缸来讲，1F受力如下：济南大学毕业设计-15-图4.3液压缸受力图其中活塞杆无杆腔侧有效面积。1A2214ADm活塞杆有杆腔侧有效面积。2A22224ADdmD活塞直径（液压缸内径）。（m）d活塞杆直径。（m）活塞杆伸出时的理论推力为：1F3(4.1)6261110104FAPDP所以，由公式（4.1）得活塞杆的直径即液压缸的内径为：1664F4134410.34mmP103.141610D查阅机械设计手册选取D=20mm的液压缸。将D=20mm代入公式（4.1）中，验证选取的D是否满足要求26261FDP100.0216105026.544求得的该数值为理论推力，需要考虑液压缸的包括机械效率、容积效率、作用力效率在内的总效率。在此选定液压缸总效率7。则液压缸实际推力为：0.911F=F实经过比较，。1F实1F所以，满足要求。根据查询液压缸内径系列（GB234880），选取活塞杆直径即液压缸内径为D=20mm。液压缸活塞杆往复运动时的速度之比济南大学毕业设计-16-6（4.2）22212222124=Dd(Dd)4DvADvA计算速比主要是为了确定活塞杆直径是否需要设置缓冲装置，速比不宜过大或者过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致的稳定性不好8。根据下面表格选定速比表4.1速比查询表公称压力MPa1012.520201.331.46、22根据表4.1及活塞杆直径系列（GB234880），工作压力16Mpa9。选取速比。=1.46由公式（4.2）得活塞杆直径为1.461=mm)mm)1.46dD取。d=12mm活塞杆缩回时理论拉力为2F(4.3)622622F10(Dd)104APP由公式（4.3），得20Dmmd=12mm2262262F(Dd)10(0.020.012)10(3217(44P上述计算值为理论拉力。还需要计算实际拉力，得22=32170.9()2895()FF实为了确保液压缸能够正常缩回，需要计算液压缸伸出时的损耗量1F损11F=(1)5026.50.9)()502.65()F损能够正常缩回的条件是缩回力大于伸出时的损耗力12FF损实济南大学毕业设计-17-经过比较。满足要求。12=F=502.65F损实故，选定液压缸直径，活塞杆直径。20Dmmd=12mm4.1.2推力液压缸行程的确定对于液压缸的行程确定，采用作图法来计算。如图4.4所示，机械手指将钢瓶夹紧状态下时，A点为一个极限位置；手指逐渐张开，当达到位置处，为第二个1A极限位置，此时钢瓶恰好能从机械手掌中移动出来。此时，机械手指移动的弧长近似的认为是线段。与之对应的立轴由B点移动到点，取线段为液压1AA2AA1B1BB缸的行程。图4.4手指运动示意图由于机械手指和立轴上的液压缸连接杆同在立轴上，所以，同一时间内，它们转过的角度相同。利用三角形相似进行求解。济南大学毕业设计-18-图4.5行程计算简图所以，由三角形相似公式得，液压缸行程为112252=60=15.6mm200RSSmmR（）（）查阅（GBT23791980），选取行程S=25mm。当S=25mm时，机械手指移动的直线距离为21200=25mm52RSSR实际（）=83(mm)4.1.3机械手指的设计机械手指设计的外形如图4.6所示，设计成这种形式，有利于将钢瓶夹的更紧。手指头部为的块状，尾部是厚度为60mm，内径25mm，外径60mm的空60mm70mm80mm心圆柱。济南大学毕业设计-19-图4.6机械手指外形估算手指的体积314080607080840(cm)mmV=45查阅机械设计手册，得铸铁的密度1037.0gcm得到，每个机械手指的质量7.0840()5880()mvgg取整，每个手指质量为m6kg4.1.4机械手骨架设计通过对机械手性能的分析，将机械手骨架设计为图4.7的形式。济南大学毕业设计-20-图4.7机械手骨架机械手骨架高400mm，长300mm，钢板厚度10mm。体积33130401(cm)1200(cm)V质量117.01200()8400()mVgg取整1m10000g机械手部总重600041000034Mkg4.1.5轴承的计算与选择经过分析，机械手抓部分上端轴承主要承受径向力，故选择角接触球轴承11。图4.8轴承受力图轴向力340aeF111=4523.85=226022F实1122260cos1521832260sin155852260cos152183rdrFFF因为12daedFFF所以，轴承1被“放松”轴向力11585adFF21585340245adaeFFF选取0.38e济南大学毕业设计-21-115850.2682183arFF222450.1122183arFF所以，1X0Y当量动载荷为12()1.5(121830)3274.5praPPfXFYF查阅机械设计手册，选取角接触轴承7004C。轴承内径，外径20dmm10。42Dmm机械手抓部分下端主要承受径向力，故选择推力球轴承51204。4.1.6立轴的设计立轴的上下两端各安装一个角接触球轴承和推力球轴承，两个机械手指。立轴主要作用是支撑作用。图4.9立轴结构图4.2移动架部件主要参数的确定移动架部分的主要功能是和机械手抓部件连接在一起，然后带动机械手抓部件上升或者下降。移动架和机械手抓之间通过短轴连接在一起。在一边安装有齿轮齿条摆动缸，可以实现机械手抓的90度旋转自由度。移动架主体如图4.10所示：济南大学毕业设计-22-图4.10移动架简图估计总重：钢瓶的重量、支架重量、机械手重量、左侧摆动缸重量、后端液压缸重量和中间液压缸的估重总和为。575034241040215Mkg4.2.1中间升降液压缸型号的确定活塞杆收缩时的理论拉力12150F液压缸作用于活塞杆上的液压力=1344N。对于单作用单活塞杆液压缸来讲，1F受力如下：图4.11液压缸受力图其中活塞杆无杆腔侧有效面积。1A2214ADm活塞杆有杆腔侧有效面积。2A22224ADdmD活塞直径（液压缸内径）。（m）d活塞杆直径。（m）济南大学毕业设计-23-所以，由公式（4.1）得活塞杆的直径即液压缸的内径为：1664F413.07mmP103.141610D查阅机械设计手册选取D=80mm的液压缸10。将D=80mm代入公式（4.1）中，验证选取的D是否满足要求26261FDP100.08161080422.444求得的该数值为理论推力，需要考虑液压缸的包括机械效率、容积效率、作用选定液力效率在内的总效率9。在此压缸总效率。则液压缸实际推力为：0.911F=F实经过比较，。1F实1F所以，满足要求。根据查询液压缸内径系列（GB234880），选取活塞杆直径即液压缸内径为D=80mm。液压缸活塞杆往复运动时的速度之比（4.2）22212222124=Dd(Dd)4DvADvA计算速比主要是为了确定活塞杆直径是否需要设置缓冲装置，速比不宜过大或者过小9，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致的稳定性不好。根据表4.1及活塞杆直径系列（GB234880），工作压力16Mpa。选取速比。=1.46由公式（4.2）得活塞杆直径为1.461=mm)mm)1.46dD取。d=28mm活塞杆缩回时理论拉力为2F由公式（4.3），得80Dmmd=28mm2262262F(Dd)10(0.080.028)10(70570(44P济南大学毕业设计-24-上述计算值为理论拉力。还需要计算实际拉力，得22=705700.9()63514()FF实为了确保液压缸能够正常缩回，需要计算液压缸伸出时的损耗量1F损11F=(1)80422.40.9)()8042.24()F损能够正常缩回的条件是缩回力大于伸出时的损耗力12FF损实经过比较。满足要求。12=63514F=8042.24F损实故，选定液压缸直径，活塞杆直径。活塞杆的行程取80Dmmd=28mm1000mm。4.3滑动板部件主要参数的确定4.3.1滑动板的外形设计滑动板在整个机构中起到中间连接体的作用，它将机械手部分和整个支撑架连接在一起。关于滑动板的设计，考虑到中间液压缸的行程为1米，在滑动板上安装的滑块配合移动架上的轨道一起竖直运动。所以，移动架的长至少要大于轨道的长度。图4.12滑动板结构图考虑轨道的长度，最终，通过简单的计算，将滑动板设计为图4.12所示。4.3.2支撑轴的设计济南大学毕业设计-25-在滑动板上需要安装滑轮，带动机械手框架整体在支撑架上横向移动。所以，关于支撑轴的设计就显得比较重要了。将轴设计成阶梯轴，中间直径最大，两端直径小。一端安装滑轮，一段在滑动板的另一侧固定。其结构如图4.13所示。图4.13上支撑轴在轴的上端安装滑轮，再用弹性挡圈进行轴向定位；轴的下端加工成螺纹状，利用螺母将其锁紧定位。这是上支撑轴的结构形式。对于下支撑轴的设计，需要考虑安装方便的因素。滑轮在支撑架的导轨上安装的时候，为了便于安装，先将上滑轮装上，然后将下滑轮进行调试安装。所以，将下滑轮所在的下支撑轴设计成偏心装置，即就是偏心轮。这样当上滑轮安装好以后，将下滑轮用扳手调试其松紧程度，便可安装好下滑轮12。具体结构如图4.14所示。济南大学毕业设计-26-图4.14下支撑轴如图，偏心轮的设计有效的解决了轮子安装不方便的问题7。4.3.3滑轮的设计滑轮和支撑架上的轨道是配合使用的，主要目的是减小摩擦13。考虑摩擦力和稳定性的因素考虑，故将滑轮设计成图4.15所示。图4.15滑轮结构4.4支撑架部件主要参数的确定济南大学毕业设计-27-4.4.1推动液压缸的选型确定通过前面的计算，估计机械手部件、移动架部件和滑动板部件的总重为250KG。又摩擦力为0.1525010375fmg所以，液压缸的推力Ff液压缸作用于活塞杆上的液压力=1000N。对于单作用单活塞杆液压缸来讲，1F受力如下：图4.16液压缸受力图其中活塞杆无杆腔侧有效面积。1A2214ADm活塞杆有杆腔侧有效面积。2A22224ADdmD活塞直径（液压缸内径）。（m）d活塞杆直径。（m）所以，由公式（4.1）得活塞杆的直径即液压缸的内径为：1664F48.92mmP103.141610D查阅机械设计手册选取D=40mm的液压缸。将D=40mm代入公式（4.1）中，验证选取的D是否满足要求26261FDP100.0416102010644求得的该数值为理论推力，需要考虑液压缸的包括机械效率、容积效率、作用力效率在内的总效率39。在此选定液压缸总效率。则液压缸实际推力为：0.911F=F实济南大学毕业设计-28-经过比较，。1F实1F所以，满足要求。根据查询液压缸内径系列（GB234880），选取活塞杆直径即液压缸内径为D=40mm。液压缸活塞杆往复运动时的速度之比（4.2）22212222124=Dd(Dd)4DvADvA计算速比主要是为了确定活塞杆直径是否需要设置缓冲装置，速比不宜过大或者过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致的稳定性不好。根据表4.1及活塞杆直径系列（GB234880），工作压力16Mpa。选取速比。=1.46由公式（4.2）得活塞杆直径为1.461=mm)mm)1.46dD取。d=25mm活塞杆缩回时理论拉力为2F由公式（4.3），得40Dmmd=25mm2262262F(Dd)10(0.040.025)10(12252(44P上述计算值为理论拉力。还需要计算实际拉力，得22=122520.9()11027()FF实为了确保液压缸能够正常缩回，需要计算液压缸伸出时的损耗量1F损11F=(1)201060.9)()2010.6()F损能够正常缩回的条件是缩回力大于伸出时的损耗力12FF损实经过比较。满足要求。12=11207F=20106F损实故，选定液压缸直径，活塞杆直径。活塞杆的行程取40Dmmd=25mm1600mm。济南大学毕业设计-29-4.4.2支撑架的设计支撑架设计，采用45钢焊接。支撑架的长度要满足横向推动液压缸的行程要求、高度要满足纵向液压缸的行程要求、宽度方向要满足稳定性的要求。综合三方面的因素，将总长设计4200mm、总高2900mm、总宽2000mm。济南大学毕业设计-30-5重要零部件的校核计算5.1键的校核整个设备中，选取机械手部件与移动架部件和摆动缸连接处的两个键进行校核。两个键分别是A型普通平键14980和键10828。分别进行校核：键14980：此处轴径d=45mm，宽度b=14mm，高度h=9mm，键长L=80mm。校核键的强度键、轴和机体的材料都是钢，查阅机械设计课本得许用挤压应力，取其平均值，。键的工作长度apap，键与轮毂键槽的接触高度801466lLbmmmmmm1。0.50.594.5khmmmm普通平键连接的强度条件为（5.1）3210ppTkld传递的转矩估计为m2d由公式（5.1）可得33210230104.491104.56645pTaaakld所以，强度满足条件。键10828：此处轴径d=30mm，宽度b=10mm，高度h=8mm，键长L=28mm。校核键的强度。键、轴和机体的材料都是钢，查阅机械设计课本得许用挤压应力，取其平均值，。键的工作长度apap，键与轮毂键槽的接触高度281018lLbmmmmmm1。0.50.584khmmmm普通平键连接的强度条件为济南大学毕业设计-31-（5.1）3210ppTkld传递的转矩估计为m2d由公式（5.1）可得332102301027.7811041830pTaaakld所以，强度满足条件。济南大学毕业设计-32-6结论通过本次的设计，针对钢瓶机械手的研究设计，掌握了很多在之前学习生活中没有遇到的知识。本次设计任务书中要求必须进行模块化设计。所以，在之后的设计过程中，始终贯穿着“模块化”设计的这个理念与设计