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圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核【全套6张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】.rar

YC400-圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核【最终】

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YC400-圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核【开题报告】.doc---(点击预览)

图纸-CAXA

摆动液压缸装配图-A0.exb

摆动缸动片-A3.exb

摆动缸轴-A2.exb

摆动缸静片-A3.exb

转动缸体-A2.exb

转动缸盖-A3.exb

摆动液压缸装配图-A0.dwg

摆动缸动片-A3.dwg

摆动缸轴-A2.dwg

摆动缸静片-A3.dwg

转动缸体-A2.dwg

转动缸盖-A3.dwg

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关键词：: 圆柱坐标上下机械手摆动液压缸设计校核全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

机器人不仅是一种自动化的机器。机器人是一种可重新编程的、多功能的、机械手，为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来移动材料、零部件、工具或是其他专用装置。本次设计的是针对一种圆柱坐标式机械手的摆动液压缸，该机械手夹持的物料重：10～50kg；旋转范围：0～180°。

本文首先向分析了液压驱动圆柱坐标式机械手臂的研究现况提出符合本次设计要求的总体结构方案及其摆动液压缸的结构方案，该摆动液压缸由缸体、转动轴、动片、静片及螺栓组成；接着对摆动液压缸各个部分进行详细的设计与校核并且对液压机控制系统进行了详细分析与设计拟定了液压系统原理图，最后用CAD软件绘制了液压驱动圆柱坐标式机械手臂的摆动液压缸装配图和主要零件图。

关键字：圆柱坐标，机械手，摆动液压缸

Abstract

Not only is an automated robotic machinery. Robot is a reprogrammable, multifunctional manipulator designed to achieve a variety of tasks that can be changed by the action program to move material, parts, tools, or other special devices. This design is the swing cylinder coordinate manipulator for a cylinder, the robot gripping material weight: 10 ~ 50kg; rotation range: 0 ~ 180 °.

Firstly, the analysis of the hydraulic drive cylinder Coordinate research status of the mechanical arm raised in line with the overall structure of the program and the design requirements of this swing hydraulic cylinder structure of the program, the swing cylinder by cylinder, rotating shaft, moving film, static composed pieces and bolts; then the various parts of the swing cylinder detailed design and verification and hydraulic control system was developed detailed analysis and design of hydraulic system diagram, and finally draw a hydraulically driven mechanical arm with a cylindrical coordinate CAD software the swing cylinder assembly drawings and the main parts diagram.

Keywords: Cylindrical coordinates, The robot, Swinging hydraulic cylinders

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1课题简介1

1.2课题研究背景及意义1

1.3国内外的研究现状1

第二章总体设计3

2.1设计要求3

2.1.1任务及要求3

2.1.2设计参数要求3

2.2方案设计3

2.2.1初步分析3

2.2.2拟定方案3

第三章设计计算与校核5

3.1回转缸驱动力矩的计算5

3.2回转缸尺寸参数的确定6

3.3液压缸盖螺钉的计算8

3.4动片和输出轴间的连接螺钉9

第四章零部件设计绘图11

4.1缸体11

4.2缸盖11

4.3回转轴12

4.4动片12

4.5静片13

4.6装配图13

第五章液压驱动系统的计算14

5.1绘制液压系统的工况图14

5.2计算和选择液压元件14

5.3液压系统性能验算16

5.3.1验算回路中的压力损失16

5.3.2液压系统发热温升计算17

总结20

参考文献21

致谢22

第一章绪论

1.1课题简介

机械手技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。圆柱坐标式上下料机械手多采用液压驱动，液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。本课题的主要任务是完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核。

1.2课题研究背景及意义

机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机械手关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机械手，其中有130多台喷漆机械手在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机械手已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。

世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机械手代替人工。随着机械手应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。

整个圆柱坐标式上下料机械手采用液压缸驱动，其中手臂的升降和伸缩采用直动油缸，手臂的旋转采用摆动液压缸，摆动液压缸结构复杂，加工制造较难，成本较高；因此设计构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好的摆动液压缸成为圆柱坐标式上下料机械手的设计关键。

摆动液压缸装配图-A0.gif

转动缸体-A2.gif

摆动缸动片-A3.gif

摆动缸静片-A3.gif

摆动缸轴-A2.gif

转动缸盖-A3.gif

内容简介：: 开题报告（工科及部分理科专业使用）题目：圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核学院：专业：班级：学号：学生姓名：起讫日期：指导教师：职称：学院院长：审核日期：一、本课题的研究目的及意义1.课题简介机械手技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。圆柱坐标式上下料机械手多采用液压驱动，液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。本课题的主要任务是完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核。2课题研究背景及意义机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。我国的工业机械手是从80年代七五科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五,八五科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机械手关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机械手，其中有130多台喷漆机械手在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机械手已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机械手代替人工。随着机械手应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。整个圆柱坐标式上下料机械手采用液压缸驱动，其中手臂的升降和伸缩采用直动油缸，手臂的旋转采用摆动液压缸，摆动液压缸结构复杂，加工制造较难，成本较高；因此设计构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好的摆动液压缸成为圆柱坐标式上下料机械手的设计关键。3.本课题研主要任务与目标（1）完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的装配图（2）完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸相关零件图（3）编制设计计算说明书二、本课题在国内外的研究现状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Unimate（即万能自动）。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。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FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。、一般概况国内机械行业应用的机械手绝大部分为专用机械手,附属于某一设备,其工作程序是固定的。通用机械手也有发展,目前应用的都是开关式点位控制型,伺服型已试制出数台在调试中,连续轨迹控制型还没有。控制方式有触点固定程序控制占绝大多数,专用机械手多采用这种控制。液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后60多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的，迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术产品。为应对我国加入WTO后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效应和社会效应。三、本课题的研究内容1、任务及要求明确圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的功能，尽可能使之做到结构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好。2、主要设计参数（1）物料重：1050kg；（2）旋转范围：0180。3.主要内容（1）调查研究课题研究现况；（2）分析圆柱坐标机械手结构原理，设计总体方案；（3）根据总体方案及参数要求，确定摆动液压缸方案；（4）圆柱坐标机械手整体受力分析，确定摆动缸工况；（5）设计计算摆动液压缸主要结构及尺寸；（6）校核摆动液压缸强度。四、本课题的实施方案1实施方案（1）初步分析机械手抓重为1050kg，按工业机械手的分类，属于中型，按用途分为通用机械手，其特点是具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产。圆柱坐标式机械手与直角坐标式械手相比，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到很高的定位精度，因此应用广泛。但由于机械手的结构关系，沿Z轴方向移动的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的对象。（2）拟定方案A整体结构方案通用机械手是36个自由度，而本次设计为3由度圆柱坐标机械手，其结构简图如图2-1：图4-1 结构简图由于本设计要求完成手臂的升降，旋转以及伸缩三个动作。则可以考虑升降在下或摆动液压缸在下两种方式。通过综合考虑，本次试验决定采用升降缸在下的形式。结构示意图如图2-1和图2-2所示图4-2 构示意图B摆动液压缸结构方案机械手旋转的驱动机构是摆动油缸，摆动液压缸通过两个油孔，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，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转180。图4-3 摆动油缸的截面图五、本课题的实施进度计划本课题的实施计划如下：1. 2015年2月110日：调查研究课题研究现况，撰写开题报告；2.2015年2月10日2月15日：分析圆柱坐标机械手结构原理，设计总体方案；3.2015年2月16日2月20日：根据总体方案及参数要求，确定摆动液压缸方案；4.2015年2月21日2月25日：圆柱坐标机械手整体受力分析，确定摆动缸工况；5.2015年:2月26日2月31日：设计计算摆动液压缸主要结构及尺寸；6.2015年3月1日3月5日：校核摆动液压缸强度；7.2015年3月6日3月20日：绘制摆动液压缸的装配图及零件图；8.2015年3月21日3月31日：书写毕业设计说明书。参考资料：1 郭洪红工业机器人技术（第二版）西安电子科技大学出版社20132 孙志礼，冷兴聚，魏延刚等. 机械设计M. 东北大学出版社， 2003 3 徐灏. 机械设计手册M第5卷. 机械工业出版社， 1992 4 吴宗泽. 机械设计师手册M. 机械工业出版社， 2002 5 成大先. 机械设计图册M. 化学工业出版社， 2002 6 罗洪量. 机械原理课程设计指导书M（第二版）. 高等教育出版社，1986 7 JJ.杰克（美）. 机械与机构的设计原理M（第一版）. 机械工业出版社，1985 8 曹玉平，阎祥安.液压传动与控制M.天津大学出版社，2003：P45-689 周士昌.液压气动系统设计运行禁忌470例M.北京机械工业出版社，2002：P77-98开题报告（工科及部分理科专业使用）题目：圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核学院：专业：班级：学号：学生姓名：起讫日期：指导教师：职称：学院院长：审核日期：一、本课题的研究目的及意义1.课题简介机械手技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。圆柱坐标式上下料机械手多采用液压驱动，液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。本课题的主要任务是完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核。2课题研究背景及意义机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。我国的工业机械手是从80年代七五科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五,八五科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机械手关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机械手，其中有130多台喷漆机械手在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机械手已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机械手代替人工。随着机械手应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。整个圆柱坐标式上下料机械手采用液压缸驱动，其中手臂的升降和伸缩采用直动油缸，手臂的旋转采用摆动液压缸，摆动液压缸结构复杂，加工制造较难，成本较高；因此设计构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好的摆动液压缸成为圆柱坐标式上下料机械手的设计关键。3.本课题研主要任务与目标（1）完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的装配图（2）完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸相关零件图（3）编制设计计算说明书二、本课题在国内外的研究现状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Unimate（即万能自动）。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。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FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。、一般概况国内机械行业应用的机械手绝大部分为专用机械手,附属于某一设备,其工作程序是固定的。通用机械手也有发展,目前应用的都是开关式点位控制型,伺服型已试制出数台在调试中,连续轨迹控制型还没有。控制方式有触点固定程序控制占绝大多数,专用机械手多采用这种控制。液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后60多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的，迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术产品。为应对我国加入WTO后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效应和社会效应。三、本课题的研究内容1、任务及要求明确圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的功能，尽可能使之做到结构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好。2、主要设计参数（1）物料重：1050kg；（2）旋转范围：0180。3.主要内容（1）调查研究课题研究现况；（2）分析圆柱坐标机械手结构原理，设计总体方案；（3）根据总体方案及参数要求，确定摆动液压缸方案；（4）圆柱坐标机械手整体受力分析，确定摆动缸工况；（5）设计计算摆动液压缸主要结构及尺寸；（6）校核摆动液压缸强度。四、本课题的实施方案1实施方案（1）初步分析机械手抓重为1050kg，按工业机械手的分类，属于中型，按用途分为通用机械手，其特点是具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产。圆柱坐标式机械手与直角坐标式械手相比，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到很高的定位精度，因此应用广泛。但由于机械手的结构关系，沿Z轴方向移动的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的对象。（2）拟定方案A整体结构方案通用机械手是36个自由度，而本次设计为3由度圆柱坐标机械手，其结构简图如图2-1：图4-1 结构简图由于本设计要求完成手臂的升降，旋转以及伸缩三个动作。则可以考虑升降在下或摆动液压缸在下两种方式。通过综合考虑，本次试验决定采用升降缸在下的形式。结构示意图如图2-1和图2-2所示图4-2 构示意图B摆动液压缸结构方案机械手旋转的驱动机构是摆动油缸，摆动液压缸通过两个油孔，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，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转180。图4-3 摆动油缸的截面图五、本课题的实施进度计划本课题的实施计划如下：1. 2015年2月110日：调查研究课题研究现况，撰写开题报告；2.2015年2月10日2月15日：分析圆柱坐标机械手结构原理，设计总体方案；3.2015年2月16日2月20日：根据总体方案及参数要求，确定摆动液压缸方案；4.2015年2月21日2月25日：圆柱坐标机械手整体受力分析，确定摆动缸工况；5.2015年:2月26日2月31日：设计计算摆动液压缸主要结构及尺寸；6.2015年3月1日3月5日：校核摆动液压缸强度；7.2015年3月6日3月20日：绘制摆动液压缸的装配图及零件图；8.2015年3月21日3月31日：书写毕业设计说明书。参考资料：1 郭洪红工业机器人技术（第二版）西安电子科技大学出版社20132 孙志礼，冷兴聚，魏延刚等. 机械设计M. 东北大学出版社， 2003 3 徐灏. 机械设计手册M第5卷. 机械工业出版社， 1992 4 吴宗泽. 机械设计师手册M. 机械工业出版社， 2002 5 成大先. 机械设计图册M. 化学工业出版社， 2002 6 罗洪量. 机械原理课程设计指导书M（第二版）. 高等教育出版社，1986 7 JJ.杰克（美）. 机械与机构的设计原理M（第一版）. 机械工业出版社，1985 8 曹玉平，阎祥安.液压传动与控制M.天津大学出版社，2003：P45-689 周士昌.液压气动系统设计运行禁忌470例M.北京机械工业出版社，2002：P77-98摘要机器人不仅是一种自动化的机器。机器人是一种可重新编程的、多功能的、机械手，为实现各种任务设计成通过可改变的程序动作来移动材料、零部件、工具或是其他专用装置。本次设计的是针对一种圆柱坐标式机械手的摆动液压缸，该机械手夹持的物料重：1050kg；旋转范围：0180。本文首先向分析了液压驱动圆柱坐标式机械手臂的研究现况提出符合本次设计要求的总体结构方案及其摆动液压缸的结构方案，该摆动液压缸由缸体、转动轴、动片、静片及螺栓组成；接着对摆动液压缸各个部分进行详细的设计与校核并且对液压机控制系统进行了详细分析与设计拟定了液压系统原理图，最后用CAD软件绘制了液压驱动圆柱坐标式机械手臂的摆动液压缸装配图和主要零件图。关键字：圆柱坐标，机械手，摆动液压缸AbstractNot only is an automated robotic machinery. Robot is a reprogrammable, multifunctional manipulator designed to achieve a variety of tasks that can be changed by the action program to move material, parts, tools, or other special devices. This design is the swing cylinder coordinate manipulator for a cylinder, the robot gripping material weight: 10 50kg; rotation range: 0 180 .Firstly, the analysis of the hydraulic drive cylinder Coordinate research status of the mechanical arm raised in line with the overall structure of the program and the design requirements of this swing hydraulic cylinder structure of the program, the swing cylinder by cylinder, rotating shaft, moving film, static composed pieces and bolts; then the various parts of the swing cylinder detailed design and verification and hydraulic control system was developed detailed analysis and design of hydraulic system diagram, and finally draw a hydraulically driven mechanical arm with a cylindrical coordinate CAD software the swing cylinder assembly drawings and the main parts diagram.Keywords: Cylindrical coordinates, The robot, Swinging hydraulic cylinders目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1课题简介11.2课题研究背景及意义11.3国内外的研究现状1第二章总体设计32.1设计要求32.1.1任务及要求32.1.2设计参数要求32.2方案设计32.2.1初步分析32.2.2拟定方案3第三章设计计算与校核53.1回转缸驱动力矩的计算53.2回转缸尺寸参数的确定63.3液压缸盖螺钉的计算83.4动片和输出轴间的连接螺钉9第四章零部件设计绘图114.1缸体114.2缸盖114.3回转轴124.4动片124.5静片134.6装配图13第五章液压驱动系统的计算145.1绘制液压系统的工况图145.2计算和选择液压元件145.3液压系统性能验算165.3.1验算回路中的压力损失165.3.2液压系统发热温升计算17总结20参考文献21致谢2223圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核第一章绪论1.1课题简介机械手技术的发展，可以说是科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。圆柱坐标式上下料机械手多采用液压驱动，液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。本课题的主要任务是完成圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的设计与校核。1.2课题研究背景及意义机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。我国的工业机械手是从80年代七五科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五,八五科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机械手关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机械手，其中有130多台喷漆机械手在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机械手已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机械手代替人工。随着机械手应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。整个圆柱坐标式上下料机械手采用液压缸驱动，其中手臂的升降和伸缩采用直动油缸，手臂的旋转采用摆动液压缸，摆动液压缸结构复杂，加工制造较难，成本较高；因此设计构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好的摆动液压缸成为圆柱坐标式上下料机械手的设计关键。1.3国内外的研究现状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Unimate（即万能自动）。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。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FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。、一般概况国内机械行业应用的机械手绝大部分为专用机械手,附属于某一设备,其工作程序是固定的。通用机械手也有发展,目前应用的都是开关式点位控制型,伺服型已试制出数台在调试中,连续轨迹控制型还没有。控制方式有触点固定程序控制占绝大多数,专用机械手多采用这种控制。液压技术自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，已有300多年的历史了，但其真正的发展只在第二次世界大战后60多年的时间内，战后液压技术迅速向民用工业转移，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。20世纪60年代以来，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展，液压技术得到了河大的发展，并渗透到各个行业领域中去。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试、计算机直接控制、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术，以及污染控制技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国液压工业的真正发展是在六十年代开始起步的，迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和现实意义。近年来，我国液压气动密封行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀、宁波华业公司的电液比例流量阀，均为机电一体化的高新技术产品。为应对我国加入WTO后的新形势，我国液压行业各企业加速科技创新，不断提升产品市场竞争力，一批优质产品成功地位国家重点工程和重点主机配套，取得较好的经济效应和社会效应。第二章总体设计2.1设计要求2.1.1任务及要求明确圆柱坐标式上下料机械手摆动液压缸的功能，尽可能使之做到结构简单，紧凑，容易操作，而且安全可靠，安装维修方便，经济性好。2.1.2设计参数要求（1）物料重：1050kg；（2）旋转范围：0180。2.2方案设计2.2.1初步分析机械手抓重为1050kg，按工业机械手的分类，属于中型，按用途分为通用机械手，其特点是具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产。圆柱坐标式机械手与直角坐标式械手相比，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到很高的定位精度，因此应用广泛。但由于机械手的结构关系，沿Z轴方向移动的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的对象。2.2.2拟定方案（1）整体结构方案通用机械手是36个自由度，而本次设计为3由度圆柱坐标机械手，其结构简图如图2-1：图2-1 结构简图由于本设计要求完成手臂的升降，旋转以及伸缩三个动作。则可以考虑升降在下或摆动液压缸在下两种方式。通过综合考虑，本次试验决定采用升降缸在下的形式。结构示意图如图2-1和图2-2所示图2-2 构示意图（2）摆动液压缸结构方案机械手旋转的驱动机构是摆动油缸，摆动液压缸通过两个油孔，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，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转180。图2-3 摆动油缸的截面图第三章设计计算与校核3.1回转缸驱动力矩的计算回转缸驱动力矩的计算公式为：=+ (Nm)惯性力矩 =式中臂部回转部件(包括工件)对回转轴线的转动惯量（kgm）；回转缸动片角速度变化量，在启动过程=(rad/s)；启动过程的时间(s)；若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为(前面计算得=800mm)，则式中回转零件的重心的转动惯量。 =回转部件可以等效为一个长600mm，直径为1000mm的圆柱体，质量为100Kg.设置起动角速度=70/s，则起动角速度=1.22，起动时间设计为0.5s。= 28 kgm=28+=93.3kgm=93.3=227.6 为了简便计算，密封处的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在这里忽略不计，=0所以 =227.6+0+0.03=234.6回转缸的驱动力矩需要的力矩。回转缸回转支撑处的摩擦力矩。夹取棒料直径100mm，长度1000mm，重量1050Kg，当手部回转时，计算力矩：手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为220mm，直径120mm，其重力估算G=3.14擦力矩。启动过程所转过的角度=0.314rad，等速转动角速度。查取转动惯量公式有：代入： 3.2回转缸尺寸参数的确定回转缸油腔内径D计算公式为：式中 P回转油缸的工作压力； d输出轴与动片连接处的直径，初步设计按D/d=1.52.5； b动片宽度，可按2b/(D-d)2选取。选定回转缸的动片宽b=50mm，工作压力为5MPa，d=50mm=94.9mm按标准油缸内径选取内径为100mm。表3-1 液压缸的内径系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250经过以上的计算，最终确定的液压缸的尺寸，内径为100mm，外径按中等壁厚设计，根据表3-2（JB1068-67）取外径选择168mm，输出轴径为50mm。图3-1 回转缸的截面图表3-2 标准液压缸外径（JB1068-67）（mm）液压缸内径405063809010011012514015016018020020钢P5060769510812113316814618019421924545钢506076951081211331681461801942192453.3液压缸盖螺钉的计算图3-2 缸盖螺钉间距示意表3-3 螺钉间距t与压力P之间的关系工作压力P（Mpa）螺钉的间距t(mm)小于150小于120小于100小于80缸盖螺钉的计算，如图3-2所示，t为螺钉的间距，间距跟工作压强有关，见表3-3，在这种联结中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力：计算：液压缸工作压强为P=5Mpa,所以螺钉间距t小于80mm,试选择6个螺钉所以选择螺钉数目合适Z=6个危险截面所以，=4906.3+7359.4=12265.7N螺钉材料选择Q235，（）螺钉的直径螺钉的直径选择d=10mm.选择M10的内六角圆头螺钉。3.4动片和输出轴间的连接螺钉动片和输出轴之间的联接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作用是使动片和输出轴之间的配合面紧密接触不留间隙。根据动片所受力矩的平衡条件有：=即式中每个螺钉预紧力；D动片的外径；f被连接件配合面间的摩擦系数，钢对钢取f=0.15螺钉的强度条件为或带入有关数据，得=10416.7N螺钉材料选择Q235，则（n=1.22.5）螺钉的直径d=9.3mm螺钉的直径选择d=10mm.选择M10的内六角圆头螺钉。第四章零部件设计绘图4.1缸体图4-1 缸体4.2缸盖图4-2 缸该4.3回转轴图4-3 回转轴4.4动片图4-4 动片4.5静片图4-5 静动片4.6装配图图4-6 静动片第五章液压驱动系统的计算5.1绘制液压系统的工况图根据前面几部分设计好的各液压执行元件的参数，以及设计要求等对液压系统作进一步的工况分析，确定每个执行元件在工作循环各阶段中的速度、载荷变化规律，绘制出液压系统有关工况图即液压缸的P-t图、Q-t图、N-t图。已知参数： D=125，d=50mm，b=60mm，M=，1.1 rad/s计算工况图：图5-35.2计算和选择液压元件(1) 液压泵工作压力：P=P=5.76MPa，估算=0.5MPa所以 P5.76+0.5=6.26MPa 流量：=70.24L/min，取K=1.1所以QK70.24=77.264L/min 规格：根据液压设计手册单行本P152，表20-5-6，选择齿轮泵CB100，n=1450r/min，Q=100L/min，P=10MPa 电机选用：取泵的总效率=0.85，则N=9.5 kw选电机：Y160M-4，N=11 kw，n=1460r/min。(2) 确定油箱容量V=300L(3) 液压元件的选择(表7)表7 液压元件一览表序号元件名称规格数量1线隙式过滤器2.5MPa，100L/min12电动机11kw，1460r/min13齿轮泵10MPa，1450r/min14溢流阀2.5MPa，1215电磁换向阀6.3MPa，1216单向阀6.3MPa，1217压力表(08)MPa18，14节流阀6.3MPa，1229，15，20，2125，26，30节流阀6.3MPa，8710，16电磁换向阀6.3MPa，12211,17电磁换向阀6.3MPa，12212,18单向顺序阀2.5MPa，12222，27电磁换向阀6.3MPa，8223，28电磁换向阀6.3MPa，8231电磁换向阀6.3MPa，8133压力继电器(16.3)MPa134减压阀6.3MPa，8135压力表开关6.3MPa，41注：表中元件的序号与液压系统原理图中的序号相对应。5.3液压系统性能验算5.3.1验算回路中的压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算注射缸动作回路，故主要验算由泵到注射缸这段管路的损失。（1）沿程压力损失沿程压力损失，主要是注射缸快速注射时进油管路的压力损失。此管路长 5m，管内径0.032m，快速时通过流量2.7L/s；选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度27mm2/s，油的密度918kg/m3。油在管路中的实际流速为油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：求得沿程压力损失为：（2）局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失p2，以及通过控制阀的局部压力损失p3。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。单向顺序伺17的额定流量为50L/min，额定压力损失为0.4MPa。电液换向阀2的额定流量为190L/min，额定压力损失0.3 MPa。单向顺序阀18的额定流量为150L/min，额定压力损失0.2 MPa。通过各阀的局部压力损失之和为从大泵出油口到注射缸进油口要经过单向阀13，电液换向阀2和单向顺序阀18。单向阀13的额定流量为250L/min，额定压力损失为0.2 MPa。通过各阀的局部压力损失之和为：由以上计算结果可求得快速注射时，小泵到注射缸之间总的压力损失为p1(0.030.88)MPa0.91MPa大泵到注射缸之间总的压力损失为p 2(0.030.65)MPa0.68MPa由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是适合的。综合考虑各工况的需要，确定系统的最高工作压力为6.3MPa，也就是溢流阀7的调定压力。5.3.2液压系统发热温升计算（1）计算发热功率液压系统的功率损失全部转化为热量，发热功率计算如下：PhrPrPc对本系统来说，Pr是整个工作循环中双泵的平均输入功率。系统总输出功率求系统的输出有效功率：由前面给定参数及计算结果可知：合模缸的外载荷为90kN，行程0.35m；注射缸的外载荷为192kN，行程0.2m；预塑螺杆有效功率5kW，工作时间15s；开模时外载荷近同合模，行程也相同。注射机输出有效功率主要是以上这些。总的发热功率为：Phr(15.33)kW12.3kW（2）计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为1m3，按V0.8abh求得油箱各边之积：abh1/0.8m31.25m3取a为1.25m，b、h分别为1m。求得油箱散热面积为：At1.8h(ab)1.5ab(1.8l(1.251) 1.51.25)m2 5.9m2油箱的散热功率为：PhcK1AtT式中 K1油箱散热系数，查表51，K1取16W/(m2)； T油温与环境温度之差，取T35。Phc165.935kW3.3kWPhr12.3kW由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器。（3）冷却器所需冷却面积的计算冷却面积为：式中 K传热系数，用管式冷却器时，取K116W(m2)； tm平均温升()；取油进入冷却器的温度T160，油流出冷却器的温度T250，冷却水入口温度tl25，冷却水出口温度t230。则：所需冷却器的散热面积为：考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢、水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大30，实际选用冷却器散热面积为：A1.32.8m23.6m2总结毕业设计即将结束，在这一阶段的紧张学习中，使我的综合能力得到了很大的提高。仿人机器人这一课题，涉及到了很多学课的知识

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