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机械手 液压 系统 设计 CAD 独家

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任务书院系 XXX 专业 XXX 班级 XXX学生姓名 XX 指导教师/职称 XX 1. 毕业论文(设计)题目：弧焊机械手的液压系统设计2. 毕业论文(设计)起止时间： 20XX年10月 20日 20XX年5 月25 日3毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1 陈大先.机械设计手册m.北京：化学工业出版社，1993.2 周士昌.液压系统设计图集m.北京：机械工业出版社,2003.3 张平格.液压传动与控制m.北京：冶金工业出版社，2009.4 黄安贻.液压传动m.成都：西南交大出版社，2005.5 许贤良.液压传动系统m.北京：国防工业出版社，2008.6 张利平.液压传动系统及设计m.北京：化学工业出版社，2005.7 张利平.液压传动设计指南m.北京：化学工业出版社，2009.8 邵俊鹏.液压系统设计禁忌m.北京：机械工业出版社，2008.9 王守城.液压元件及选用m.北京：化学工业出版社，2007.10 李壮云.液压元件与系统m.北京:机械工业出版社，2008.设计参数：腕部回转最大角度为270；摆动最大角度120；工作行程0400mm；夹持重量为6KG4毕业论文(设计)应完成的主要内容（1）撰写开题报告1份（2）液压系统结构方案选择；液压系统结构参数的计算；液压缸设计；液压元件的计算和选择；液压系统图的拟定（3）完成部分零件图和液压缸装配图（4）完成设计说明书1份 弧焊机械手的液压系统设计开题报告一、题目来源生产实践二、研究（设计）目的和意义工业机器人通常是指使用高容量，高品质的制造业工作，如汽车制造，摩托车制造，船舶制造，某些家电，化工等行业对机器人搬运，包装，码垛等。的电弧焊接，涂装，切削，电子组件和物流系统。工业机器人包括操作机器（机械主体），控制器，驱动控制系统和检测和感测设备。它是一种机电一体化自动化，可用于人样操作，自动控制，可重新编程的，并且可以在三维空间中执行各种操作。生产设备。它特别适用于柔性生产的多个品种和可变批次。它在稳定，提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和快速更新的产品非常重要的作用。机器人不替换以简单的意义上的手工劳动，而是一种拟人化的机械装置的结合的人类特性和机特色。它具有快速的环境状况作出反应，并分析判断，并且机器可以持续很长一段时间的能力。工作能力，精度高，和耐恶劣环境是，从某种意义上说，也机器的进化过程的产物。这是一个重要的生产和服务设备用于工业和非工业行业，并在先进制造技术领域不可缺少的自动化。装置。三、阅读的主要参考文献1 陈大先.机械设计手册m.北京：化学工业出版社，1993.2 周士昌.液压系统设计图集m.北京：机械工业出版社,2003.3 张平格.液压传动与控制m.北京：冶金工业出版社，2009.4 黄安贻.液压传动m.成都：西南交大出版社，2005.5 许贤良.液压传动系统m.北京：国防工业出版社，2008.-16 张利平.液压传动系统及设计m.北京：化学工业出版社，2005.7 张利平.液压传动设计指南m.北京：化学工业出版社，2009.8 邵俊鹏.液压系统设计禁忌m.北京：机械工业出版社，2008.9 王守城.液压元件及选用m.北京：化学工业出版社，2007.10 李壮云.液压元件与系统m.北京:机械工业出版社，2008.四、国内外现状和发展趋势国内外现状综述近20年来，机器人或机械手技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；液压机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对液压技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电-气比例伺服技术的发展；现代控制理论的发展，使液压技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于液压脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，液压技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。电子技术和液压传动技术的相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低、漏油、维修性差的缺点。充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：（1）电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，为适应上述发展，压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。（2）发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀等。（3）液压系统的流量、压力、温度、油污等数值将实现自动测量和诊断，由于计算机的价格降低，监控系统包括集中监控和自动调节系统将得到发展。（4）计算机仿真标准化，特别对高精度、高级系统更有此要求。II五、主要研究（设计）内容，关键问题及解决思路（1）内容、关键问题目前液压机械手被广泛地应用于各种加工试验等工作场所，由于现在的科技进步与发展，工业机械手逐步追求一种智能化，小型化，进一步体现在液压系统控制的微缩。现阶段液压集成块技术被广泛用应于液压系统的控制，以减小液压系统控制管路连接。 液压机械手控制设计中液压集成块设计是一项关键的工作，液压集成块是安装各种液压元件，并在其内部按照系统控制原理要求实现元件之间油道连通的复杂功能块。它的应用使液压系统的结构更加紧凑，安装和调试也更加方便。在一定尺寸限制的块体上如何按照系统原理要求，正确合理的设计多个通道，对设计人员来说是一项艰巨的任务，因而单靠手工设计集成块不仅速度慢，而且难免在设计过程中发生错误，影响工作的正常进行，造成很大的时间与资源的浪费。（2）解决思路整个的液压控制系统中液压集成块为一个重要的中间控制元件，利用它可以减少很多复杂管路以及控制元件的连接，实现控制系统的集成化。鉴于现在液压工业机械手国内外趋势的发展，主要解决机械手液压控制系统的设计与研究，并利用液压集成块CAD应用软件获得最优的布局布孔方案。实现了液压集成块布局孔集成方案的自动优化设计。设计合理的液压原理图以及选用标准的液压元件，明确各元件之间的连通关系，实现液压元件在集成块体上的布局定位，实时干涉校核下的孔道自动连通，连通方案的目标评价和布局方案的自动调整等步骤。六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（1）液压系统结构方案选择；液压系统结构参数的计算；液压缸设计；（2）液压元件的计算和选择；液压系统图的拟定（3）完成部分零件图和液压缸装配图七、预期成果（达到目标）从设计图纸、设计数据。参照书本和数据开始递进，一步一步的设计出液压原理结构以及液压缸的构造。八、工作的主要阶段、进度与时间安排2018年10月22日 指导老师下发任务书2018年10月22日11月20日 查阅参考文献及完成开题报告、开题答辩2018年11月21日2019年1月20日 初步完成毕业设计资料，中期检查2019年1月21日2019年5月10日 完成毕业设计主体工作2019年5月11日2019年5月20日 指导教师完成各项审查及相关签字2019年5月21日2019年6月4日 评阅教师完成评阅意见及相关签字2019年6月5日2019年6月10日 毕业设计答辩九、指导老师审查意见4弧焊机械手的液压系统设计摘 要 液压在当今工业中作为一个应用广的技术，在未来更有巨大的发展的前景。在科技日益发展的今天，计算机技术在液压系统中的应用越来越广泛，并且与AI、计算机技术的融合使得液压控制系统发展更加迅速，将会在更多的场合中发挥更大的作用，也可以更精准的实现控制任务，更灵活的应用在各个领域。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。液压传动技术广泛应用了如自动控制技术、计算机技术、微电子技术及新工艺和新材料等高技术成果，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。液压传动是以液压油为工作介质进行能量转换和动力传递的，它具有传送能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、转动平稳均匀、容易完成复杂动作等优点，因而广泛应用于工程机械领域。 关键词：传动、液压系统、控制回路、工程机械Hydraulic system Design of Arc Welding manipulatorabstract Hydraulic pressure is a widely used technology in todays industry, and it will have a great development prospect in the future. Today, with the development of science and technology, computer technology is more and more widely used in hydraulic system, and the integration with AI and computer technology makes the development of hydraulic control system more rapid, will play a greater role in more occasions, can also more accurately achieve control tasks, more flexible application in various fields. Domain. Hydraulic and pneumatic transmission, called fluid transmission, is a new technology developed according to the principle of hydrostatic transmission put forward by Pascal in the 17th century, and is widely used in industrial and agricultural production. Nowadays, the level of fluid transmission technology has become an important symbol of a countrys industrial development level. Hydraulic transmission technology has been widely used in high-tech achievements such as automatic control technology, computer technology, microelectronics technology, new technology and new materials. It has made new progress in traditional technology and improved the quality and level of hydraulic system and components. Nevertheless, it is impossible for the hydraulic technology to make an astonishing breakthrough in the 21st century. It should depend mainly on the improvement and expansion of the existing technology and constantly expand its application fields to meet the requirements of the future. Hydraulic drive control is a kind of control method often used in industry. It uses hydraulic pressure to complete the process of energy transmission. Because of the flexibility and convenience of hydraulic transmission control mode, hydraulic control has been widely valued in industry. Hydraulic transmission is a subject that studies the use of pressurized fluid as energy medium to realize various mechanical and automatic control. Hydraulic transmission uses this kind of component to form all kinds of control loops needed, and then organically combines several loops into a transmission system to complete a certain control function to complete energy transmission, conversion and control. Hydraulic transmission is based on hydraulic oil as the working medium for energy conversion and power transmission. It has the advantages of large transmission energy, easy layout, compact structure, convenient reversal, smooth and even rotation, easy to complete complex actions, etc., so it is widely used in the field of construction machinery.Key words: transmission, hydraulic system, control circuit, construction machinery目 录1 前 言12 选题背景22.1 背景介绍22.2 液压技术现状和发展趋势22.3 研究主要内容43 方案论证53.1 机械手概述53.2 机械手的设计原则:53.3 机械、电气、气压及液压-四大传动方式的比较54 过程论述84.1 设计要求：84.2 液压执行元件载荷的组成和计算84.3 液压系统主要参数的确定104.4 液压缸和液压马达所需流量的确定114.5 系统局部关键回路的分析154.6 液压系统图的拟定194.7 液压元件的选用215 结果分析245.1 液压缸的结构设计245.2 液压系统的性能验算255.3 液压缸零件的技术要求286 结 论30参考文献31致 谢32弧焊机械手的液压系统设计1前 言在现代工业中，液压传动控制是应用较为广泛的一种控制方式，主要通过液体流动来实现能量传递。液压传动之所以能够在工业中得到普遍的应用，根本上是因为其所具备的优良特性：灵活性和便捷性。它是将液体作为能量的传递者，以此完成所要求的动作和控制的学科。前言在原理上，在其上的液压传输基于最基本的原理是帕斯卡原理，即在整个回路中的液体压力是均匀的，从而在平衡的系统中，压力施加在小活塞上的压力相对较小，并且压力施加在大活塞上的压力也相对较大，这使得液体固定。所以通过液体的传递,不同活塞端上的压力也不尽相同，达到变换压力的效果。该液压系统包括一个电源部件，致动器部件，控制部件，辅助组分和工作介质。一种电源组件是提供电源的源到系统并作为液压泵被称为的装置。一般的液压泵，也称为正排量液压泵，工作原理是利用在其腔体体积变化来完成这项工作。举例来说，在工业应用中，有许多齿轮泵，其工作原理是，两个齿轮相互啮合，从而使油压室和吸油室的容积不断改变来完成的动力传递。其他的液压泵还有螺杆泵、单作用叶片泵、柱塞泵等执行元件的主要功能是转换能量，即将动力元件所提供的液压能输出为机械能，主要包括活塞缸、柱塞缸、齿轮缸和液压马达。液压马达是与液压泵的工作过程互为相反的装置,即输入液压能输出机械能，但不能可逆工作控制元件的主要功能是对介质流向的调控、对所需压力的调控、对流体流动速率的调控，已达到预期设定的操作要求。 除去上述列出的三种主要元件以外，液压系统的组成还需要辅助元件用于对上诉三种元件之间的连接。辅助元件主要包括：管道、油箱、过滤器等。设计完备的液压系统就是利用元件间的耦合而实现控制。而液压回路是元件耦合成的控制回路。初始设定目标不同，相应的回路设计就不同。 根据液压传动的结构及其特点,进行液压系统设计时,第一步：系统分析,对执行元件所要承担的负载以及工况的分析；第二步：原理图，根据设定的动作拟画出相应的原理图，且要用符号表示；第三步：选型，在对所受压力、流量计算后，根据相关手册，选择适宜的元件 ；第四步：调试和校核。设计中极为关键的步骤是原理图的拟定，设计方案的好坏直接影响系统运行的优劣。2 选题背景2.1 背景介绍液压传动和气压传动都是依靠流体作为介质的传动方式，是基于帕斯卡原理而兴起的技术，大量应用于工业生产。选题背景在信息化不断发展的今天，液压传动和控制已经和计算机、AI等新兴技术深度融合，并且随着工艺水平的提高和新兴材料的发展，使得液压系统的灵敏度和元器件的精确度极大提高。液压传动技术也将随着工业的发展进而走向智能化、高效化、轻便。工业中越来越倾向于液压传动方式，将在不同的领域得到大幅度的应用和发展。2.2 液压技术现状和发展趋势我国液压工业已可为工程机械提供比较齐全的产品，目前，液压元件产品约有700个品种，近8000个规格。通过科技进步和技术购买，工件有比较大的改进，生产一些产品具有世界一流的产品，此外，在污染控制、故障诊断、机电一体化、海水及高水基溶液的应用、现代控制技术的应用等方面也取得可喜成果，不少已应用于生产。我国液压工业重视同国外企业为了进行有效的经济技术合作，在近几年，许多液压元件和液压系统已经从国外引进，为提高产品水平和生产能力起到了重要作用。目前已和美国、日本和德国共同建立了一定的合资企业，这将促进中国液压行业的发展在21世纪的液压技术重点的发展趋势将突出在以下几个方面：(1)减少能耗，充分利用能量：液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进步，但一直存在能量损耗，必须减少能量的损失。(2)泄漏控制：自从液压技术诞生以来，泄漏一直是困扰着业界人士的一大难题。将来，将开发无泄漏组件和系统的开发，例如集成和复合化组件和系统的开发实现无管道连接，开发新的密封和无泄漏的管道接头，马达泵组合装置(3)新材料、新工艺的应用。2.3 研究主要内容（1）熟悉零件设计与工程制图、机械原理（2）熟悉液压元件和液压系统的设计计算（3）本次设计的主要内容包括：总体结构的设计；液压回路的设计液压缸的设计3 方案论证3.1 机械手的概述：机械手是指能帮助人们来干一些精密度高，不安全的事情的自动操作装置。机械手由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。3.2 弧焊机械手的设计原则：（1）应具有足够的握力（即夹紧力）（2）手指间应有一定的开闭角（3）应保证工件的准确定位（4）应具有足够的强度和刚度（5）应考虑被抓取对象的要求3.3.1 液压传动液压传动装置的优点在于，液压致动器具有小的体积，重量轻，并且在同一功率下的紧凑结构;其各种元件，可以根据不同的需求来进行不同的布置，非常方便和简单，又因为其重量轻、惯性小、所以液压装置能够进行快速启动、制动和频繁的换向，而且相对于其他三种传动方式，液压传动更加容易实现机器的自动化。3.3.2机械传动有许多类型的机械传动装置，其可被分成两类：部分和运动的摩擦传动，过载滑也能起到缓冲和保护传送装置的作用，但这种传输不能用于高功率的场合，并不能保证准确性。的传动比。由有源构件和从动构件或通过中间构件2接合传输来传输功率或运动，包括齿轮传动，链传动，传动螺杆和谐波传输。啮合驱动器可以在高功率应用中的齿轮比是精确的使用，但通常需要高的制造精度和安装精度。3.3.3气压传动气压传动的优点在于“原料”即空气到处都是，减少了储存和运输的费用，对环境无污染，与液压相比气动反应快，迅速，维护简单，此外，气动系统具有良好的适应性，工作环境;的缺点在于，气动系统的稳定性差，输出功率小，并且不能在具有高传输速度的复杂的电路被使用，并且噪声大。3.3.4电气传动电气传动是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品，它的优点是电机的效率高，缺点是稳定性比较差，造价也比较昂贵。综合上面的一些分析，根据本次任务书要求，弧焊机械手工作状况需要能够进行快速启动、制动和频繁的换向。因此比较适合选用液压系统作为整个装置的驱动装置。4 过程论述4.1 设计要求：4.1.1机械手的工作原理四度的自由度的工业机械手的动作过程示于图1，其中1是沿着列400mm。上下移动; 图2是该列的180的旋转运动;图3是800毫米在水平方向上的伸缩运动;4为手腕作180的回转运动;5为手指的夹紧、放松运动。图1 机构示意图4.1.2液压系统设计的技术参数(1)抓重:抓取工件最大重量为6kg形状为圆柱体(R=70 mm),表面粗艇度R_a =6.3(2)自由度数:4个自由度(3)坐标型式:圆柱坐标(4)最大工作半径:1600mm(5)手臂最大中心高:900mm(6)手臂运动参数:伸缩行程:800mm ;伸缩速度:小于200mm/s升降行程:300mm ;升降速度:小于60mm/s回转范围:0-120 ;回转速度:小于70/S(7)手腕运动参数:回转范围:0-270 ;回转速度:小于90 /S(8)定位精度:-3-3mm(9)驱动方式:液压传动4.2 液压执行元件载荷的组成和计算4.2.1手臂升降紅驱动力的计算(1)工作负载Fg升降缸的工作负载包括升降平台本身和工件的重力的重力。这些力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。上升：Fg=G 下降：Fg=-GG零件及工件所受的总重。G工件=30kg机器人臂约为：G爪和G腕总共20kg G臂=12.6kg伸缩缸G伸=15kg 工作台G台=30kg 摆动缸G摆=15kg 升降缸活塞杆G杆=5kgG=G工件+G爪+G腕+G臂+G伸+G台+G摆+G杆=131.2kg （1）上升时：Fg=131.2x9.8=1285.76N(2)惯性载荷Fa（2）这种设计要求臂上举是V=60m/s，开始惯性力时，启动或制动的时间差= 启动速度Av=V=0.06m/s，带入公式（2）中有：(3) 摩擦阻力Ff的计算:对机械手臂的重心做粗算：P=0.37m，h=0.3m(3)取，将数据代入（3）得：图1 升降缸的受力分析图（4） 密封摩擦力的估算F密=0.03F（5)外载荷受力分析：升降虹所受负载：(4)式中液压缸的机械效率，取=0.95上升时：起动加速时= N稳态运动时 N= N减速制动时= N4.2.2手臂伸縮紅驱动力的计算(1)导轨摩擦载荷图2 机械手臂部受力示意上图2是机械手的手臂示意图计算如下：得得（5）（6）起动时：；低速时：;高速时：;导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁,N,L=700mm=0.7m,导向支撑a设计为0.2m，将以上数据代人公式（6)得:=(2)惯性载荷Fa要求手臂平动是v200mm/s，设启动时间启动速度v=v=0.2m/s,将数据带入公式2有：(3)液压缸得摩擦力Fm,估算为：式中液压缸的机械效率，取=0.95伸缩赶所受负载：(4)工况分析启动加速时：稳态运动时：减速制动时：4.2.3夹紧紅夹紧力及驱动力的计算(7)式中：安全系数，通常1.22.0工作情况系数=其中为最大上升加速度；g为重力加速度，g=9.8m/s2。令a= 100mm，b=50mm， =。;机械手达到最高响应时间为0.5s,求夹紧力和驱动力F。设=1.5，=；代入（7）得由图3得：取图3 手抓受力分析设夹紧时弹寶的回复力：=100N所以夹紧工件时，夹紧虹的负载为：F=617.04+100=717.04N4.2.4手臂摆动紅载荷转矩的计算(1)工作载荷力矩Tg=0(2)惯性力矩Ta（8）式中：角加速度J手臂回转部件对回转轴线的转动惯量J=(9)式中：P手臂回转零件的重心与回转轴的距离回转部件的重心的转动惯量。(10)回转部件可以等效为一个长1425mm,直径为l00mm的圆柱体，质量为111.2Kg.设置起动角度 则起动角速度rad/s，起动时间设计为0.2s。=46.33N=61.55=(3)轴颈摩擦阻力力矩Tf马达载荷转矩：（11）取(4)外载荷受力分析启动加速时：=稳态运动时：=减速制动时：=4.2.5手腕回转紅载荷转矩的计算(1)工作载荷力矩Tg由于工件重心到手夹的距离L=0mm,手腕所受的工作载荷力矩Tg=0。(2)轴颈摩擦力矩Tf式中 G旋转部件施加于轴颈上的径向力（N)。G=G工件+G手腕摩擦系数(3)惯性力矩TaJ手腕的转动惯量工件的转动惯量设：手抓、手抓驱动虹及手腕回转紅转动件等为一个等效圆柱体,高为22cm、直径为15cm，其所受重力为m=20Kg。工件直径为70mm,长为1.0m，重30Kg。启动所转过的角度 =0.314rad,起动或制动时间将以上数据带入公式（9）（10）（12）中有：(4)工况分析启动加速时：=12.32N稳态运动时：=减速制动时：=4.3液压系统主要参数的确定4.3.1初选液压系统工作压力机器人的液压系统是一个低压系统，最大负载是机器人的缩回工件被夹持之后。工作条件，此时由伸缩彩虹驱动，其他负荷不是太高。根据机械设计手册4表23.4-2,选择液压社压力油工作压力Pl=2.0MPa。4.3.2液压缸的主要尺寸确定（1）确定提升缸和活塞杆的直径d的内径d;力分析示于图4。F=P1/4D2-P2/4（D2-d2）（13）P2为回油路中的背压力，F= 1991.92 N.根据机械设计手册4Pl=2.0MPa;P2=0.2?0.5 Mpa;选取活塞杆直径d=0.5D。升降缸上升状态图4 升降缸将数据代入公式（13)有选取液压缸内径为：D=40mm。则活塞杆内径为:d=40x 0.5=20mm，选取d=20mm(2)确定伸缩液压虹的结构尺寸液压缸内径D和活塞杆直径d的计算（如图5所示）图5 双作用液压缸示意图当油进入无杆腔:F=P1A1-P2A2。回油路中的压力P2可忽略不记F=PA=PD/4当油进入有杆腔中：F=PA=P(Dd）/4故有活塞杆直径d=50x0.5=25mm。根据机械设计手册4表23.6-34，选取d=25mm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：设计中活塞杆取材料为碳钢，故 =100120MPa，活塞直径d=25mm，L= 1000mm,现在将数据代人公式进行校核。结论：活塞杆的强度足够。综上：液压缸l内径为：D=50 mm;活塞直径d=25mm，L= 1000mm(3)确定夹紧虹的直径DF=P/4D选择液压社压力油工作压力P=2.0MPa;选取活塞杆直径d=0.5D，将数据带入公式有：选取液压姑内径为：D=25mm则活塞杆内径为:d=25 X 0.5=12.5mm,选取d=12mm4.3.3液压马达的排量的计算(1)手臂摆动液压马达的排量为：q=2T/p选择液压虹压力油工作压力Pl=2MPa;在轻载节流调速系统中背压力P2=0.20.5 Mpa; T=70.82N.m。将数据代入公式得：故根据机械设计手册4p23-170表23.6-29选择YMD300摆动液压马达。其理论排量300mL/r，额定压力14MPa,额定理论转矩667N.m(2)手腕回转液压马达的排量为：q=2T/p式中 T液压马达的载荷转矩（N.m);p=PlP2液压马达的进出口压力差（Pa)。选择液压缸压力油工作压力Pl=2MPa;在轻载节流调速系统中背压力P2=0.20.5 Mpa； T=6.4Nm。将数据代入上式中：故根据机械设计手册4p23-170表23.6-29选择YMD60摆动液压马达。其理论排量60mL/r，额定压力14MPa，额定理论转矩137N.m。4.4液压紅和液压马达所需流量的确定 (1)液压虹工作时所需流量：Q=AV式中 A液压紅有效作用面积V活塞与虹体的相对速度(2)液压马达的流量：Q=q式中 q液压马达的排量液压马达的转速表1 各执行元件工作所需流量(3)各液压执行元件实际所需流量循环图如图6所示：图6 流量循环图4.5系统局部关键回路的分析4.5.1调速回路的分析根据速度调节模式下，速度调节环路有三种类型：油门速度控制环，体积速度控制环和音量油门速度控制环。由于操纵器的速度相对低时，功率低于3KW，和节流速度控制环是成本低，节流调速环被选择用于速度调节。根据在环中的油门_的位置，节流调速具有入口节流速度控制环和出口节流调节。图7进气节流阀速度控制电路图8出口节流阀速度控制电路图9旁路节流阀速度控制回路图7 进口节流调速回路 图8出口节流调速回路 图9旁路节流调速回路(1)进口节流调速回路特点：节气门可降低启动时产生的影响;速度范围大;但油温度高，漏电大;如果没有反压，该机制的运动能力差;电力被浪费和低效。因此，在入口节流速度控制环，所述工作部分的移动速度被减慢与外部负载的增加和减少，这是很难获得精确的速度，所以它适合于轻负载或小负载变化，并在变速的低场。(2)出口节流调速回路特征：油流回通过节流阀的罐，这可以降低系统的热和渗漏，而节流阀是回的压力作用下，液压彩虹动作顺畅;但电源被浪费并且效率低;在启动时的冲击是很大的。因此，出口节流速度控制环大多用于低功耗，但是负载变化很大，并且需要的运动稳定性的要求较高的液压系统中。(3)旁路节流调速回路特点：无背压，使驱动器的移动速度不稳定;该系统具有在低速低承载力;与进气节流速度控制回路相比，进气节流阀具有更小的速度范围。因此，旁路节流速度控制回路它适用于其中负荷的变化是小的和运动稳定性不高的高功率应用。(4)在变载荷回路中可用图10液压回路。该电路结合了入口和出口节流调速电路的特性，在负载的过程中被从正变为负时，液压缸节流阀的调整是光滑的。因此，总之，在图10中所示的可变负载电路被用于速度调节。图10 变载荷液压回路 图11 采用两位两通阀卸荷回路 图12 先导溢流阀的卸荷回路4.5.2 卸荷回路的分析和选用因此，总之，在图12所示的电路作为卸荷回路。图11示出了使用2/2三通阀卸荷回路。卸载应当通过2分之2单向阀的流动等于液压泵的输出流量使系统升温。因此，这样的卸荷回路只能应用于一种液压系统具有小的流量，也就是，一个工作条件一般用于小于63升/分钟的液压蔬菜流动。因此，不经常使用。图12示出使用2/2单向阀，以控制所述先导溢流阀卸荷回路。当电源接通时，安全阀2的遥控端口通向燃料箱，并从泵1输出的压力油以非常低的压力被按压。开放式安全阀2完全回到油箱卸货。阀3仅需要从安全阀2控制油路流动被导出的油，这允许执行到被选择一个较小的阀和远程控制。当电磁阀断电时，此卸荷回路也比图5中的电路要温和得多。4.5.3平衡回路平衡电路的功能是防止垂直放置的液压缸免遭自加权连接到它的工作部件落在你自己。图13示出了使用单向顺序阀的平衡电路然而功率损耗大。4.5.4锁紧回路锁定电路的功能是切断时的液压元件不工作的入口和出口油路，使它停留在其预定位置。图14示出了使用先导式止回阀的双锁电路。它能在液压缸不工作时使活塞迅速、平稳、可靠且长时间地被锁住,不为外力所移动。图13 平衡回路 图14锁紧回路4.5.5减速缓冲回路方案它可以从设计参数，所述伸缩红色的行程较长，400毫米可以看出，所以在伸缩环需要有一个可变冲程。如图15所示，是减速缓冲电路。它是由二两供电4.5.6夹紧缸回路如图16所示回路。为了防止造成意外事故。故需要增加减压阀图15 减速缓冲回路 图16 夹紧缸回路为了便于机器人的自动控制，例如使用可编程控制器或用于控制的微型计算机，的压力和流速是不高，所以将电磁换向阀电路被选择以获得更好的自动化和经济效益。水力操纵器通常用于油，手臂拉伸单或双小米，手臂上举和臂的旋转和其他机制，以使用并行供油，可有效地降低了系统的供油压力。4.6液压系统图的拟定图17液压系统原理图4.7液压元件的选用4.7.1液压泵的选择(1)确定液压泵的最大工作压力PpP+P式中A是液压执行元件的最高工作压力,最高压力是升降赶的入口压力P1=1.81 MPa它是配管的液压弹簧和致动器之间的损耗。如可从系统图中可以看出，从泵到提升油缸间串接有一个单向节流阀和一个换向阀,取P=0.5 MPa。将以上计算数据代入公式,液压缸的工作压力为:Pp= (1.81+0.5) MPa=2.31MPa(2)液压菜流量的确定:QpK（Qmax）式中 K是系统泄漏系数,取K=1.2;看到的工作状态图，该系统的最大流量扩展的彩虹膨胀状态期间发生，Q =0.3925升/秒，因为与节气门控制系统中，还需要安全阀的最小溢流，通常0.510 - 4立方公尺/秒。将以上计算数据代入公式,求得液压泵的流量:Qp = 1.2 X (3.925 + 0.5)x 10-4m3 /s= 5.31x10-4m3 /s= 31.86L/min(3)选择液压泵的规格为使液压泵有一定的压力储备,所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大。根据机械设计手册4P23-70表23.5-8,选:齿轮泵:CB-B32, Q=40L/min, p=2.5MPa, n=1450r/min,容积效率v 90%4.7.2电动机的选用取电动机的额定转速n=1430r/min,则泵的实际流量为Qp=40/145014300.935.5L/min取泵的总效率=0.65,则电动机的功率:N=Qp/=2.1KW根据这个值，根据JB / T9616-1999，参考电机产品样品13和选择Y100L1-4电动机,额定功率P=2.2KW,额定转速n=1430r/min4.7.3液压元件的选择根据系统中的液体流量和压力,选择的液压元件如表2所示。表2液压元件明细表5 结果分析5.1 液压缸的结构设计5.1.1 液压缸的连接（）液压缸体和缸盖的连接结构。结果分析缸体和前缸盖之间螺钉连接。需在缸体上打孔，导致缸体的强度被削减了一部分，需要适当增加壁厚。缸体和后缸盖之间为螺钉连接，不同的是后缸盖需要作为整体的定位。（）活塞与活塞杆的连接此次的液压缸设计中对于活塞与活塞杆，选择圆螺母连接方式。这种方法的优点是构造简洁，装卸便利，平稳性能好。5.1.2 活塞与缸体的密封形式由液压缸的基本构造可知，活塞和缸体之间有相对运动，且为间隙配合。由于这微小的间隙，可能会导致缸体内的油液泄漏，因此必须采取安装密封装置的方法来预防此类情况的发生。密封形式选用O形密封圈，此种方式的优点是：构造简易，安装便捷，占用体积小，属于挤压密封。5.1.3 液压缸的辅助装置（）活塞杆的导向装置活塞杆的导向长度指活塞杆全部外伸时以活塞平面中点到缸盖滑动支撑重点的距离。若导向长度过小，初始挠度会增大，影响其平稳性，所以需保持最小挠度。应满足以下要求： 式中 H: 最小导向长度（m）； L：液压缸的最大行程（m）；D：液压缸的内径（m）。 （1） 防尘装置防尘装置用以隔绝外界杂物防止其对活塞杆造成损坏，这里选用三角形防尘圈。（2） 液压缸的缓冲装置当压力大于10MPa，活塞速度大于0.1m/s时，应采取缓冲措施。当活塞速度大于时，缸内缓冲结构以不能够满足要求，还需要外加制动装置。由要求中设定的最高速是：100mm/s=100m/s=0.1m/s （32）本次设计采用可变节流缓冲装置。（3） 液压缸的排气装置若液压系统闲置一段时间未执行工作，停留在系统内的油液可能会发生泄露，造成空气混入系统，产生爬行、噪音和发热等不利现象。为预防此现象，通过在最高位置设置排气阀。5.2 液压系统的性能验算5.2.1升降缸的压力损失（1）沿着路径压力损失？P 1，管道的长度为L = 3m时，该管的直径为d =0.008米，并且流程快。快速时通过流量为Q=0.075 L/S;油选用L-HL型矿物油型液压，油的密度= 90kg/m，运动粘度 v = 22x106mm/s油在管路中的实际流速为：雷诺数：该油在管道中的层流流动，并且沿所述路径的电阻系数是：=64/Re=64/542.91=0.118沿程压力损失：(2)局部压力损失局部压力损失包括管？P的分压损失？和阀组件的局部压力损失p由上面计算可知v=1.493m/s，油的密度 = 900kg/m ,根据机械设计手册P23-25表23.2-3，局部阻力系数取=0.4阀类元件的局部压力损失pp=pn（Q/Qn）式中 Qn阀的额定流量（m/s); Q通过阀的实际流量（m/s); Pn阀的额定压力损失（Pa)。参看液压系统图，从录出口到伸缩缸进油口，要经过单向阀4,电磁换向阀5，单向节流阀12，单向顺序阀19。上述计算出的数据代入该式中，的分压损失通过阀的总和为：将以上计算数据代入公式，总的压力损失为：p=p+p+p=0.059+0.0004+0.038=0.0794液压泵的出口压力为：Pp =(1.81 + 0.0974)MPa = 1.9074MPa5.2.2伸缩缸的压力损失(1)沿程压力损失p 此管路长L=3m，管径d=0.012m,快速时通过流量为Q=0.39L/s,油选用L-HL型矿物油型液压，油的密度p = 90kg/m运动粘度= 22x106mm/s .油在管路中的实际流速为：在管道中的层流流动，并且沿所述路径的电阻系数是：(2)局部压力损失局部压力损失包括管路的局部压力损失p、阀类元件的局部压力损失p由上面计算可知v=3.45m/s，油的密度 = 900kg/m,根据机械设手册P23-25表23.2-3,局部阻力系数取0.4。将以上计算数据代入公式有：阀类元件的局部压力损失p看到液压系统图，从泵出口到伸缩红色入口，通过止回阀4，节流阀18，电磁换向阀7。单向阀4的额定流量为25 L/min,额定压力损失为0.2 MPa。节流阀18的额定流量为25 L/min,额定压力损失为0.3 MPa,电磁换向阀7的额定流量为25L/min,额定压力损失为0.35MPa。上述计算出的数据代入该式中，的分压损失通过阀的总和为将计算数据代入公式，有总的压力损失为：p=p1+p2+p3= 0.045 + 0.002 + 0.754 = O8OlMPa液压泵的出口压力为：Pp= (1.34 + 0.801)MPa = 2.141MPa由计算结果来看，泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是合适的。由于泵的实际出口压力小于上述计算出的值时，综合考虑各工作状态的需要，确定系统的最高工作压力为2.1MPa，也就是先导溢流阀2的调定压力。5.2.3 液压系统发热功率的计算液压系统的功率损失全部转化为热量。发热功率计算如下Phr=Pr-Pc对本系统来说，Pr是整个工作循环中泵的总输入功率，Pc是输出的有效功率。式中 P、Q、p泵的实际输出压力、流量、效率；Tt系统工作周期（S)t泵的工作时间（S)。由系统分析可知，系统的工作周期和泵的工作时间是相同的，即Tt=t，泵的实际工作压力就等于溢流阀的设定压力，即P=2.1MPa，栗的实际流量Q=35.5L/min。代人上式得：Pr=1/T1PQt/t=2.110/0.6560=1.92KW求系统的输出有效功率：式中n、m分别为液压缸、液压马达的数量；Fwi、Si液压缸外载荷及驱动此载荷的行程（N、m)；Twj、j、tj液压马达的外载转矩、转速、工作时间（N.m、rad/s、s)。由前面计算结果所得的工况图和给定参数可知：Tt = 30.8s ；升降缸的外载荷为1949.14N，升降行程0.3x2m;伸缩缸的外载荷为2100N,伸缩行程0.8x2m;夹紧缸的外载荷为717.04N，行程0.05m;手臂摆动缸的外载转矩为2.62N.m，转速为70o/s=1.22rad/s，工作时间为2.0s;手腕回转虹的外载转矩为1.94N.m，转速为90o/s=1.57rad/s,工作时间为1.6s。代人公式得：将计算数据代入公式，总发热功率为：Phr = Pr Pc =1.92 - 0.149 = 1.771KW5.2.4液压系统散热功率的计算液压系统的散热渠道主要是油箱表面，管路散热很小，在此就不作考虑。前面初步求得油箱的有效容积为0.12 m3，按公式：V = O.8abh求油箱各边之积：abh=0.12/0.8m=0.15m如图, 一般油面的高度为油箱高的0.8倍，与油直接接触的表明算全部散热，与油不接触的表面算半散热表面。油箱示意图取 a 为 0.5 m，b 为 1.0m, h 为 0.3m求得油箱的散热面积为：A1 = 1.8h(a + b) + 1.5ab=1.8X 0.3X (1 + 0.5) +1.5X1 X 0.5 = l.56m则油箱的散热功率为：Phc=KAT式中：K1油箱的散热系数，查机械设计手册4p23-56表23.4-12，取 Kl=17W/(m2.oc)AT油温与环境问答之差，根据机械设计手册4P23-56表23.4-14,取T= 25。C将数据代人公式得:Phc=KAT=171.562510KW=0.663KW1.771KW由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，所以为了减少散热功率，将单泵供油改成双联泵供油。5.3液压缸零件的技术要求5.3.1 活塞杆实心活塞杆材料为45钢；本次选用45钢实心活塞杆。主要表面粗糙度活塞杆外圆柱面粗糙度Ra为0.40.8um。1.活塞杆d和d2的圆度公差值，按9 10 11级精度选用；活塞杆d的圆柱度公差值，应按8级精度选用。2活塞杆与导向套采用H8/f7配合，与活塞的连接可采用H8/h8配合。3.活塞杆上下表面必要时可以镀铬，镀层厚度约为0.05mm，镀后抛光。5.3.2 缸体（1）缸体的材料 液压缸缸体的常用材料为20，35，45号无缝钢管。缸体毛坯也采用锻钢，铸钢或铸铁件。铸钢一般采用ZG25 ZG35 和ZG