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生产线转位装置
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机械手
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生产线转位装置设计,生产线转位装置,毕业设计图纸,毕业设计说明书,机械手
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题目 生产线转位装置设计 设计者 指导教师 2015年 5 月 18日 生产线转位装置设 计 I 摘 要 在自动生产线中，为了提高生产效率、降底劳动强度、使得工件的装卸、夹紧定位、工件在工序间的输送等均能自动地进行，需要设计专门的生产线转位装置。转位装置可以用于工件的转位也可以用于随行夹具的转位 。 本次 生产线转位装置设计 主要工作是设计 生产线转位装置 机械结构和驱动机构，同时也需要对整个驱动系统选型及有关参数作计算。该课题涉及到 机械原理、机械设 计 、机械制图、 液压与气动伺服技术、机床电器控制技术 等各方面的知识， 是对学生前期所学知识的全面考察， 可以培养学生综合运用所学知识解决具体工程项目的能力。 通过本次毕业设计，培养学生调查研究、检索中外文献资料的能力；综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力；设计方案的制定、论证与比较的能力；计算机运用能力与绘图能力；文字（含外文）及语言表达能力等。 关键词： 机械结构 ， 驱动机构 ， 气动伺服技术 ， 机械设计 生产线转位装置设计 n in to in of to of be of be to is a to in of of of to to of of of he 产线转位装置设计 录 1 绪论 . 1 产线转位装置设计的意义 . 1 产线转位装置的现状 . 1 产线 转位装置的发展趋势 . 1 2 生产线转位装置传动方案 . 3 产线转位装置的组成 . 3 位装置的分类 . 4 位装置传动方案分析 . 5 位装置传动方案的确定 . 6 作原理 . 6 要技术要求 . 6 3 转位装置手部设计 . 7 部结构 . 7 爪的计算与分析 . 7 4 转位装置腕部设计 . 9 部结构 . 9 部回转力矩的计算 . 9 5 转位装置手 臂的设计 . 12 臂伸缩液压缸的设计计算 . 12 臂俯仰运动的设计计算 . 16 6 转位装置机身设计 . 18 身结构的计算 . 18 身设计时应注意的事项 . 19 7 转位装置液压系统的工作原理 . 20 压系统的组成 . 20 压传动系统机械手的特点 . 20 缸泄漏问题与密封装置 . 20 压系统传动方案的确定 . 21 总结 . 24 参 考 文 献 . 25 生产线转位装置设计 谢 . 26 生产线转位装置设计 1 1 绪论 产线转位装置设计的意义 在机器零件的制造过程中，将工件的各加工工序合理地安排在若干台机床上，并用输送装置和辅助装置将它们连接成一个整体，在输送装置的作用下，被加工工件按其工艺流程顺序通过各台加工设备，完成工件的全部加工任务， 完成这些流程的 生产作业线称为机械加工生产线 。 机械加工生产线分 为 流水线 以及 自动线。自动 生产 线是在流水线的基础上，采用控制系统，将各台机床之间的工件输送、转位、定位和夹紧以及辅助装置动作均实现自动控制，并按预先设计的程序自 动工作的生产线 1 。 在自动生产线中，为了提高生产效率、降底劳动强度、使得工件的装卸、夹紧定位、工件在工序间的输送等均能自动地进行，需要设计专门的生产线转位装置。转位装置可以用于工件的转位也可以用于随行夹具的转位。 产线转位装置 的现状 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多 品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性， 生产线转位装置 就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动 生产 线 2 。 产线转位装置的发展趋势 目前国内 的生产线转位装置 主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。 因此，国内主要是逐步扩大 转位装置的 应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的 专用转位装置 ，以减轻劳动强度，改善作业条件。 将 转位装置中 各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典生产线转位装置设计 2 型部件， 即可组成各种不同用途的 转位装置 。既便于设计制造，又便于 改换工作，扩大了应用的范围。 同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥 转位装置 的作用。 在国外机械制造业中，工业机械手 作为一种生产线转位装置 应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压 力机的上下料等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作， 但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并 自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能 6 。 现今 生产线转位装置 的发展更主要的是将 转位装置 和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态 。 生产线转位装置设计 3 2 生产线转位装置传动方案 本设计为 某零件加工自动线的转位装置 ， 加工过程中转位装置 将 工件 夹紧，传送至加工区域。 目前的自动生产线中， 工业机械手 作为一种生产线转位装置 应用较多，发展较快。 转位装置的设计参考市面上现有的机械手结构方案进行设计。 产线转位装置的组成 本设计中的转位装置参考工业机械手进行设计。 机械手的 结构 形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本上的组成 结构 是相同的。一般机械手由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。机构手的执行机构，由手、手腕、手臂、支座组成。手是抓取机构，用来夹紧或是松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指和手臂元件，可以上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕，而只有手臂，手臂的动作和手腕相类似，只是动作范围更大，可以前后伸缩，上下升降和左右摆动等。支柱用来支撑 手臂，它是固定的，也可以根据需要做成移动的。 执行机构的动作要有传动系统来实现。常用的机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。 控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程度、方向、位置、速度进行动作。简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现对传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 简单的组成和分类以及适用范围如下： 执行系统的组成：手部、腕部、机身、行走机构。 驱动系统的组成：各种 电气、液压元件。 控制系统的组成：位置检测器、记忆存储器。 力及 驱动 系统 转位装置 所用的驱动机构主要有 4 种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。 （ 1） 液压驱动式 液压驱动式 的机构 通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力（高达几百千克以上），其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。 （ 2） 气压驱动式 生产线转位装置设计 4 其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空 压机组成，其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。 （ 3） 电气驱动式 电 气 驱动是 自动生产线装置中 使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达 400信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机（ 主要的驱动方式。由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、 线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。有些 转位装置 已开始采用无减速机构的大 转矩、低转速电机进行直接驱动（ 既可使机构简化，又可提高控制精度。 （ 4） 机械驱动式 机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，但不易于调整。 综合考虑 4 种驱动机构以及所要设计的生产线转位装置的技术要求。采用液压驱动式转位装置的动力驱动系统动力源。 位装置 的分类 机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为： 机械手的使用范围分类 （ 1）专用机械手 一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。 它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一工具，例如“毛胚上下料机械手”、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等。这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。 （ 2）通用机械手（也称工业机器人） 指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动生成传送物件或操作某些工具的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可以分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制 类型。这种机械手由于手指可以更换（或可调节），程序可变，故适用于中、小批生产。但因其运动较多，结构复杂，技术条件要求较高，故制造成本一般也较高。 生产线转位装置设计 5 机械手臂部的运动坐标型式分类 （ 1)直角坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标系 X、 Y、 Z 三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩（定为沿 左右移动（定为沿 Y 方向移动）和上下升降（定为沿 Z 方向的移动） ; （ 2)圆柱坐标式机械手 手臂可以沿着直角坐标系的 X 和 Z 方向移动，又可绕 Z 轴转动（定为绕 Z 轴转动），亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动； （ 3)球坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标轴 Z 方向移动，还可以绕 Y 轴和 Z 轴转动，亦即手臂可以前后伸缩（沿 X 轴方向移动）上下摆动（定为绕 Y 轴摆动）和左右转动（仍定为绕 Z 轴转动）； （ 4)多关节式机械手 这种机械手的臂部可以分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接（肘部）以及大臂和机体的连接（肩部）均为关节（铰链）式连接，亦即小臂对大臂可以绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以 左右移动。 机械手的驱动方式分类 （ 1）液压驱动机械手以压力油进行驱动； （ 2）气压驱动枢机手以压缩空气进行驱动 ; （ 3）电 力驱动机械手直接用电动机进行驱动； （ 4）机械驱动机械手是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传给机械手的一种驱动方式。 位装置传动方案分析 由设计内容可知，本次设计所确定的机械手整体结构为球坐标式机械手，此机械手要实现 自动生产线的工件从 传送带到设备的 转位 过程。传送带移动方向与设备上所夹持的工件方向垂直。因此手臂动作摆动或者转动，手爪的动作为伸缩和松夹。由于此机械手的动作要求旋转不同的工件，所以实现 传送 过程也要求手腕能旋转动作。 多种方案分析 通过以上分析，这里初选三个方案，各方案如下： 方 案一：机身的旋转，采用电动机驱动实现，大手臂的俯仰也采用电动机驱动实现，小手臂的伸缩用伸缩缸实现，手腕的回转用电动机实现。 方案二：机身的旋转，采用电动机驱动实现，大手臂的俯仰也采用电动机驱动实现，小手臂的伸缩用齿轮条实现，手腕的回转用电动机实现。 方案三：机身的旋转，采用摆 动 液压缸驱动实现，大手臂的俯仰采用摆动液压缸驱生产线转位装置设计 6 动实现，小手臂的伸缩用伸缩缸实现，手腕的回转用摆 动 液压缸实现。 位装置传动方案的确定 通过方案一，方案二和方案三的比较分析可知，方案一从功能上讲可以满足条件，但电动机的造价太高，不太 经济。方案二中也存在上述的问题。同时齿轮齿条的驱动精度太低，在抓取工件时定位不够准确，而且结构大而复杂。方案三中，由液压缸来完成的部分，不仅驱动力大且结构也相对简单，摆动缸结构尺寸大但输出转矩大，进行优化设计，从而得出方案三最佳，并最终确实此次的设计方案为方案三，方案如下： 机身旋转、手腕转动，均采用摆 动液压 缸来控制，手臂的伸缩用伸缩 液压缸 控制，而 手 爪的松 开与 夹 紧动作 用夹紧缸来控制。 作原理 转位装置 是 由 液压驱动，电气控制。机械手的各个动作是由液压缸来驱动的，其动作过程是由液压缸的各个动作运动至终点 时压合行程开关，将行程开关的机械运动通过化为电磁阀得电和失电，后由电磁阀控制各油路的通断，以实现各液压缸的相应运动，从而控制机械手的 各 个动作。 要技术要求 转位装置工作过程中技术要求 如下。 （ 1） 承载能力：最大 20 （ 2） 水平回转： 90 度； （ 3） 垂直翻转： 90 度； （ 4） 上下位置变化： 500 （ 5） 水平位置变化： 500 位置准确、过程平稳无振荡、结构简单。 综合考虑转位装置的技术要求，参考现在市面上已有的转位装置类型， 各种零部件的使用方式和应用范围，对整体结构进行设计。 生产线转位装置设计 7 3 转位装置手部设计 部结构 手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部分，由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面状况等不同，所以工业机械手的手部结构是多种多样的，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而设计的。归结起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可以分成夹持和吸附两大类。 夹持手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为手指回转型和手指平移型两种。 平移型手指的张开和闭合靠手指的平行移动，适用于夹持平板、方料。在夹持直径不同的圆棒时，不会引起中心位置的偏移。所以选择平移型 手指。 由于工件为方料，而平移型手指适于夹持平板和方料，故本设计选用平移型十指。移动型即两手指相对支座往复移动。 其驱动力为： F=2爪的计算与分析 爪执行液压缸工作压力计算 一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷（惯性力或惯性力矩），以使工件保持可靠的夹紧状态。 手爪对工件的夹紧力： 1 式中 安全系数，通常取 工作情况系数，主要考虑 惯性力的影响，可近似按下式估算 + （ 3 运载工件重力方向的最大上升加度； g 重力加速度， g=s2 a=3 运载工件时重力方向的最大上升速度； t 响 系统达到最高速度的时间；根据设计参数选取。一般取 方向系数，由于手爪是水平放置夹持水平放置工件， v 形 指端夹圆形工件， 查 表 （ 24 得 : 生产线转位装置设计 8 取 G 被抓持工件的重量， G=2096N 代入数据，计算得 196N=12N 查表 （ 24 得： 驱动力： F 计算 =2 24N 取 = 实际 = =224/64N （ 3 爪的夹持误差分析与计算 机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度，而且也与手指的夹持误差大小有关。为适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，必须注意选用合理的手部结构参数，从而使夹持误差控制在较小的范围。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过 1可以了。 生产线转位装置设计 9 4 转位装置腕部设计 部结构 手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用 主要是在臂部运动的基础上进一步改善或调整手部在空间的方位，以扩大机械手的运动范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。 手腕部件具有独立的自由度。 手腕运动有：绕 X 轴转动称为回转运动；绕 Y 轴转动称为上下摆动（或俯仰）；绕Z 轴转动称为左右摆动；甚至沿着 Y 轴（或 Z 轴）的横向移动。 采用一个自由度的回转缸驱动的腕部结构，具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛采用。 部回转力矩的计算 腕部回转时，驱动力矩用来克服腕部摩擦力矩、工件重心偏移力矩和惯性力矩。受力分析 如 图所示。 图 4部回转受力分析图 手腕回转所需的驱动力矩大小可以按下式计算： M 驱 =M 摩 +M 偏 +M 惯 ） （ 4 考虑驱动缸密封摩擦损失的系数，通常 M 偏 工件重心偏执引起的偏置力矩（ Nm）； M 摩 腕部转动支撑处的摩擦阻力矩（ Nm）； 生产线转位装置设计 10 M 惯 克服启动惯性所需的力矩（ Nm）； 部转动支撑处 的摩擦阻力矩： f 轴承的摩擦系数 ,滚动轴承 f=动轴承 f= 轴承处支承反力（ N）； 轴承直径（ m）； 件重心偏置引起的偏置力矩： M 偏 = （ 4 工件重量； e 偏心矩（ m ） (即工件重心到腕部回转中心线垂直距离 )； 由于工件重心与手腕回转中心重合，故 M 偏 =0。 服启动惯性所需的力矩： M 惯 =（ J+J 工件 ） t （ 4 J 手腕回转对腕部回转轴线的转动惯量（ 2）； J 工件 工件对手腕回转轴线的转动惯量（ 2）； 腕部回转角速度（ s）； t 启动过程所需的时间（ s），此处假定启动过程均为加速运动， 一般取 查表 （ 34 有： J=M（ a2+（ a2+（ 4 取 G=1547N J=15（ G据经验取 J 工件 =G （ J+ J 工件 ）t = Nm=m M 偏 =0 取 M 摩 = 驱 又 M 驱 =M 摩 +M 偏 +M 惯 ） = 驱 +0+ M 总 =m 生产线转位装置设计 11 图 4转缸简 图 12345生产线转位装置设计 12 5 转位装置 手臂的设计 臂伸缩液压缸的设计计算 臂作水平伸缩直线运动驱动力的计算 手臂做水平伸缩运动时，首先要克服摩擦阻力，包括油缸与活塞之间的摩擦阻力及导向杆与支承滑套之间的摩擦阻力等，还要克服启动过程中的惯性力。 其驱动力 F 驱 可按下式计算： F 驱 =F 摩 +F 惯 （ N） （ 5 式中 F 摩 各支承处的摩擦阻力； F 惯 启动过程中的惯性力，其大小可按下式估算： F 惯 =wg a(N) （ 5 式中 W 手臂伸缩部件的总重量（ N）； g 重力加速度（ g= a 启动过程中的平均加速度（ m/ a=（ m/ （ 5 速度变化量。手臂从静止状态加速到工作速度 V 时，则这个过程的速度量就毛等于手臂的工作速度； t 启动过程中所用的时间，一般为 臂垂直升降运动驱动力的计算 手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力 F 摩 和惯性力 F 惯 之外，还要克 服臂部运动部件的重力，故其驱动力 F 驱 可以按下式计算： F 驱 =F 摩 +F 惯 W （ N） （ 5 式中 F 摩 各支承处的摩擦力（ N）； F 惯 启动时的惯性力（ N）可按臂伸缩运动时的情况计算； W 臂部部件的总重量（ N）； 上升时为正，下降时为负。 当 F 摩 =100N， F 惯 =133N， W=1300N 时 F 惯 =100+1300=1533(N) 生产线转位装置设计 13 定液 压缸的结构尺寸 液压缸的内径的计算，当油进入无杆腔，活塞推力 F= （ 5 当油进入有杆腔活塞推力 F=4 )d（ （ 5 液压缸有效面积 D= 4F 杆 腔 ) （ 5 式中 F 驱动力（ N） 液压缸的工作压力（ d 活塞杆的直径（ m） D 液压缸的内径（ m） 液压缸的机械效率，在工程机械中可用耐油橡胶 可取 = 45234(106=表 (48 ， 表 (48 圆整 取 D=80mm,d=45表 (48 和表 (48 得 液压缸工作压力的选取一般取 2 8 液压缸的工作压力是 1533N 液压缸的内径 80 液压缸壁厚计算 三种壁厚的公式选取中等壁厚： = 1) +C （ 5 式中 液压缸内工作压力（ C 入管壁公差及侵蚀的附加厚度值 D 液压缸内径（ m） 缸筒材料的许用应力，应按壁厚圆筒公式验算壁厚 取 =100 = 2106801000106106) =0产线转位装置设计 14 查表 (48 得液压缸外径为 95 活塞杆的计算 活塞杆的尺寸要满足活塞运动的要求和强度的要求。对于杆长 1 大于直径 d 的 15倍（即 1 15d）的活塞杆必须具有足够的稳定性。 按强度条件计算决定活塞杆直径 d d 4F P P=100 120 （ 5 d 400106 =d=45 满足强度要求 又已知手臂伸缩行程 600 l=600 15d=675 活塞杆的稳定性校核无需进行 。 压缸端盖的联接方式与强度计算 当液压缸缸体的材料先用无缝钢管时，它的端盖连接方式多采用半环联接，优点是加工和装卸方便，缺点是缸体开环槽削弱了强度。 盖螺钉计算 查表 （ 48 工件压力为 P=2 螺间距 120 00Q+ （ 5 Z =Z （ 5 螺栓所受的总接力 工作载荷 F 驱动力（ N） 加载后被连接件结合面之间的剩余紧力 K = 螺钉数目 P 工作压力（ D 危险剖面直径 取 Z=4， 又 Z=15 =410010 = 21064 =7693N 693=12308N 693+12308=20001N 螺钉的强度条件 合 =4 = 抗拉许应力（单位 n= n=2 ,s 取 45 钢为 360 =3601062 =180 480106 = 00 缸体螺纹计算 4 + （ 5 取 D=8000mm 接半环的计算 半环的剪切强度条件 t=t （ 5 +2d=80+20=100t=80106=135lt=2106135106= l=10半环的挤压强度条件 c= （ 5 材料的许用挤压应力（ h 半环的径向高度（ m）； 满足条件 生产线转位装置设计 16 臂俯仰运动的设计计算 臂俯仰时所需的驱动力矩 驱动手臂回转的力矩 M 驱 ，应该与手臂起动时所产生的惯性力矩 M 惯 及各密封装置处的摩擦阻力矩 M 封 相平衡。 M 驱 =M 惯 +M 封 （ 5 式中 M 封 密封装置处的摩擦力矩（ Nm） 需要输入回转油缸的流量 Q： Q=28 L/ （ 5 Z=1 D 回转油缸的内径， D=15 输出轴与动片连接处的直径， d=6cm b 动片宽度， b=12 输出轴的角速 度， =s Q=108 =动力矩 M 驱 =28 （ 5 =210608 =567 Nm 480106 = 缸盖联接螺钉计算和动片联接螺钉计算 螺钉的间距取 60=8060 = 取 Z=10 工作载荷： F= （ 5 =106410 =产线转位装置设计 17 缸盖联接螺钉直径 480106 = 动片联接螺钉的计算 （ 5 = 106(10 =12600N 螺钉的强度条件为 ： 合 =4 （ 5 又 Q=2600=16380N =1800kg/ 4 = 4800 = 6中 每个螺钉的预紧力（ N） b 动片的宽度（ m） p 回转液压缸的工件压力（ d 动片与输出轴配合处的直径 D 动片外径（ m） z 螺钉数目 螺钉的底径（ m） 螺钉材料的许用应力（ 生产线转位装置设计 18 6 转位装置 机身设计 机身是直接支承和驱动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机身的驱身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂。机身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿着地面或空轨道运动。 机身具有独立的自由度。 采用一个自由度的回转缸驱动的机身结构，具有结构紧凑、灵活等优点而 被 广泛采用。 身结构的计算 机座回转时，驱动力矩用来克服机身摩擦力矩、机身重心偏移力矩和惯性力矩。 机座回转所需的驱动力矩大小可以按下式计 算： M 驱 = M 摩 + M 偏 + M 惯 ） （ 6 考虑驱动缸密封摩擦损失的系数，通常 偏 机身重心偏置引起的偏置力矩（ Nm）； M 摩 机座转动支撑处的摩擦阻力矩（ Nm）； M 惯 克服启动惯性所需的力矩（ Nm）； 机座转动支撑处的摩擦阻力矩： M 摩 =1 （ 6 f 轴承的摩擦系数，滚动轴承 f=动轴承 f= 轴承处支承反力（ N）； 轴承直径（ m）； 机身重心偏执引起的偏置力矩： M 偏 = （ 6 机身重量 e 偏心距（ m）（即机身重心到机身回转中心线垂直距离）； 由于机身重心与机身回转中心重合，故 M 偏 =0。 克服启动惯 性所需的力矩： M 惯 =（ J+ J 工作 ） t （ 6 J 机座回转部分对机身回转轴的转惯量（ kg J 工作 机身对机身回转轴线的转动惯量（ kg 生产线转位装置设计 19 机座回转角速度（ s） t 启动过程所需的时间（ s），此处假定启动过程为匀加速度运动，一般取 查表 （ 310 有： J=m(a2+12=a2+12 （ 6 取 G=2500N J=2500/ 62 kg据经验取 J 工作 =1 kgm M 惯 =（ J+ J 工作 ） t （ 6 =93Nm=586 Nm M 偏 =0 取 M 摩 = 驱 又 M 驱 = M 摩 + M 偏 + M 惯 ） =（ +0+586） M 总 =800 Nm 身设计时应注意的事项 应使机身具有足够的风度和稳定性； 应使机身运动的位置精度高，动作灵活； 应使机身结构布置合理，结构紧凑，便于维修； 要求缸体刚度和强度 要大。 生产线转位装置设计 20 7 转位装置 液压系统的工作原理 压系统的组成 液压传动系统由以下几个主要部分组成：油泵、液压机、控制调节装置、（如单向阀、 溢 流阀、换向阀、节流阀、调速阀、减压阀、顺序阀等）辅助装置。 压传动系统机械手的特点 液压驱动系统的特点，由于液压技术是一个比较成熟的技术，它具有动力大（或力矩）惯性比大，快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯性大以及在防爆环境中工作的机械手。 机械手采用液压传动比采用气压传动有如下优点： 1)能得到较大的输出力和力矩 2)液压传动滞后现象下，反 应较灵活，传动平稳 3)输出力和运动速度控制较容易 4)可达到较高的定位精度 5)但液压传动也有缺点： 6)系统的泄漏难以避免，影响工作效率和系统的工作性能 7)油液的粘度对温度的变化很敏感，当温度升高时，油的粘度即显著降低，油液粘度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量。 缸泄漏问题与密封装置 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断面的进行密封。以防止压力油从高压腔泄漏到低压油或泄漏到 缸体外面。 目前，机械手液压系统使用的密封大多采用耐油橡胶制成的各种形式密封圈，作为动密封和静密封，以保证两结合面的密封性。 密封圈在配合面间的密封作用，主要是借安装时的预压和工作时由油液压力的作用，使密封圈变形并压紧密封表面达到目的。 塞式油缸的泄漏与密封 对于实现往复运动的活塞缸来说，其泄漏主要是活塞与缸臂处的内泄漏及复活塞杆与缸盖处的泄漏。引起泄漏的原因是加工和滑动面光洁度不高，以及控制装置不良所致。 对于活塞油缸的静密封，主要采用 O 型密封圈，它既可以用外径或内径密封，也可生产线转位装置设计 21 以用端面密封。 O 型密封圈装在沟槽中，因 受 油压作用而变形，并张紧沟槽和间隙，从而起到密封的作用，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。这克
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