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毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书机械设计制造及其自动化专业1102 班 学生：许文兰毕业设计（论文）题目： 搬运机械手结构设计毕业设计（论文）内容： 1.设计说明书一份 2.CAD 图纸一套（包括总装图、零件图 ） 3.文献综述（不少于 3000 字） 毕业设计（论文）专题部分： 搬运机械手结构起止时间： 2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日指导教师： 签字 2015 年 3 月 6 日沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述搬运机械手结构设计文献综述搬运机械手结构设计文献综述姓名：许文兰 班级：机制 1102 班 指导老师：赵艳春摘要摘要机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效地避免了人身事故。关键词：PLC 控制技术、机械手、应用与发展1.1. 机械手的组成机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图： 1.1 执行机构1）手部手部安装在手臂的前端。通过手臂前端的气动机构带动“手指”运动，已达到对产品的抓取与放置。机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指等，其中以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。2）手臂手臂有无关节和有关节手臂之分，本课题所做的机械手采用无关节机械手臂，其主要作用是引导机械手部准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。总述，机械手的运动离不开直线移动和转动两种。因此，它采用的执行机构主要是齿轮、齿条、步进电动机、气缸等。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。1.2 驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气压传动用的占 90%以上，而电动、机械确定用的较少。1)液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无极变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。2)气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用 4-6 个大气压，个别的达到 8-10 个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。3)电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护、使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。4)机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的工作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。1.3 控制系统机械手控制系统的要素主要包括工作顺序、到达位置、动作时间和运动速度等。控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要标志程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。随着科学技术的发展，PLC 控制技术在机械手控制方面也越来越多地被应用。2.2. 在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：2.1 可以提高生产过程的自动化程度应用机械手有利于提高原材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2.2 可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、以及有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能完成的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。2.3 可以减少人力，便于有节奏的生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。3.3. 国内外研究概况、水平和发展趋势、应用前景：国内外研究概况、水平和发展趋势、应用前景：目前国内机械手主要用于机床加工、铸造、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。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到 3m/s，量新产品达到 6 轴，负载 2KG 的产品系统总重已突破 100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和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。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。4.4. 研究内容研究内容目前国际机械人界都在加大科研力度，进行机械手共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下几个方面：1)工业机械手的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。2)机械手控制技术：重点研发开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机械手控制器的标准化和网络化，以及基于 PC 机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。3）多传感器系统：为进一步提高机械手的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器信息融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器信息融合算法。另一个问题就是传感系统的实用化。4）机械手的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。5）机械手遥控及监控技术，办自主和自主技术，多个机械手和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机械手遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。6）虚拟机械手技术，基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机械手的虚拟遥控操作和人机交互。7）多智能体调节控制技术：这是目前机械手研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。8）软机械手技术：主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场所。传统机械手设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机械手技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机械手意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。9）仿人和仿生技术：这是机械手技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。5.5. 总结总结 我国机械手的研发和应用还处在一个发展的阶段，跟美国日本等发达国家相比还有很大的差距，很多产品还需进口，特别是高灵活，高精度的机械手。要使我国机械工业更进一步再发展壮大，就必须提高其自动化程度和生产效率，将人手操作变为机械手操作。同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥有自主知识产权的产品。从根本上解决对国外产品的进口需求。6.6. 参考文献参考文献1 杨黎明.机械零件设计手册.第一版.国防工业出版社,1986.12.2 李允文.工业机械设计手册.北京:机械工业出版社,1994.8.3 侯析,刘涛.装卸机械手设计研究.机械工业出版社,2004,7.4 卢颂峰.机械设计课程设计手册.第一版.机械工业出版社,1998.4.5 陈新元,张安龙.装配线机械手电气混合控制,液压与气动,2007.3.6 徐国华,谭民.移动机器人的发展现状及其趋势J.机器人技术与应用,2001,3:7-14. 7 张明路,刘兴荣.机器人立体视觉研究现状和发展趋势J.信息与控制,2002,31(7):715-720. 8 戈新良,张明路.多传感器信息融合技术研究现状和发展趋势J.河北工业大学学报, 2003,32(2):30-35. 9 王建中,齐伟伟等.基于一种新误差模型的移动机器人模糊控制J.北京理工大学学报,2006.3. 10 杨欣欣,何克忠,郭木河,张拔.基于神经网络的室外移动机器人前轮转向模型J.自动化学报,2000,2. 11 孙炜,王榷南.模糊 B 样条基神经网络及其在机器人轨迹跟踪中的应用J.动力学与控制学报,2005,1. 12 李允文.工业机械手设计M.机械工业出版社,1996.4-6. 13 张军,封志辉.多工步搬运机械手的设计M.机械设计,2004.4:21-30. 14 王承义编.机械手及其应用M.机械工业出版社,1981.6. 15 杨黎明,黄凯,李恩至,陈仕贤编.机械零件设计手册.国防工业出版社,1993.6. 16 天津大学工业机械手设计基础编写组编.工业机械手设计基础M.天津科学技术出版社,1980.8.沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 1摘要摘要用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序，轨迹和要求实现自动抓取，搬运或操作的自动机械装置。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，捉奸成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学，机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体坐标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。其次，文章中全面详尽地搬运机械手的手部，腕部，手臂以及机身等主要部件的结构设计。关键词：关键词： 机械手， 自由度， 手部， 腕部Abstract沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 2Used to reproduce the functions of staff of the technological device called a mechanical hand. Robot is to imitate some of the staff action, according to the reproduce and requirements for automatic trajectory crawling, handing or operation of the automatic mechanical devices.Industrial robot is in the field of modern automatic control of a new technology and machinery has become a modern production system an important component of this new technology has developed rapidly becoming an emerging disciplinemechanical hand project. Manipulator involves mechanics, mechanics, electrical hydraulic technology, such as science, is an interdisciplinary technology.The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first, the paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.In this article, the comprehensive exhaustive discussion has transported manipulators hand, the wrist, the arm, the fuselage and so on, which the major structural design computation.Key words: Manipulator, Freedom, Hand, Wrist沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 3 目 录沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 4 第一章引 言 . 1 第二章手部结构设计 . 3 2.1 手抓的结构选定 . 3 2.2 液压缸的选定 . 4 2.2.1 液压缸内径的确定 . 42.2.2 液压缸外径的确定 . 42.2.3 缸筒壁厚校核 . 52.2.4 液压缸活塞杆的确定及校核 . 62.2.5 活塞的最大行程 . 62.2.6 缸筒底部厚度的确定 . 72.2.7 缸盖螺钉的计算 . 72.2.8 缸筒头部法兰厚度的确定 . 82.2.9 液压缸其它元件的确定 . 9 第三章摆动缸的选定 .11 3.1 联接部分的设计 .11 3.2 联接部分材料的选定与联接方法 .11 第四章手臂的结构设计 .12 4.1 手臂的结构初定 .12 4.2 小臂受力分析 .12 4.3 小臂液压缸的确定 .13 4.3.1 小臂液压缸的受力分析 .13沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 54.3.2 液压缸内径的确定 .134.3.3 液压缸外径的确定 .144.3.4 缸筒壁厚校核 .154.3.5 液压缸活塞杆的确定及校核 .154.3.6 活塞的最大行程 .164.3.7 缸筒底部厚度的确定 .164.3.8 缸盖螺钉的计算 .174.3.9 缸筒头部法兰厚度的确定 .184.3.10 液压缸其它元件的确定 .19 4.4 小臂套筒的设计 .194.4.1 材料的选定 .194.4.2 内套的设计 .204.4.3 外套的设计 .20 第五章支小臂液压缸的确定 .21 5.1 支小臂液压缸的摆动角度确定 .21 5.2 支小臂缸的受力分析 .21 5.3 液压缸的确定 .225.3.1 液压缸内径的确定 .225.3.2 液压缸外径及壁厚的确定 .225.3.3 缸筒壁厚的校核 .235.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 .245.3.5 活塞杆的最大允许行程 .24沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 65.3.6 缸筒底部厚度的确定 .255.3.7 缸盖螺钉的计算 .255.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定 .275.3.9 缸筒与端部焊接 .275.3.10 液压缸的其他元件的确定 .28 第六章大臂的结构设计 .29 6.1 大臂材料的选定 .29 6.2 大臂受力分析 .29 6.3 支大臂液压缸的确定 .306.3.1 液压缸内径的确定 .306.3.2 液压缸外径及壁厚的确定 .316.3.3 缸筒壁厚的校核 .326.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 .326.3.5 活塞杆的最大允许行程 .336.3.6 缸筒底部厚度的确定 .336.3.7 缸盖螺钉的计算 .346.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定 .356.3.9 缸筒与端部焊接 .366.3.10 液压缸的其他元件的确定 .36 第七章大臂回转缸的设计 .38 7.1 回转缸的确定 .387.1.1 回转缸的受力分析及内径的确定 .38沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 77.1.2 液压缸外径的确定 .387.1.3 缸筒壁厚校核 .397.1.4 液压缸活塞杆的确定及校核 .407.1.5 活塞的最大行程 .407.1.6 缸筒底部厚度的确定 .417.1.7 缸盖螺钉的计算 .417.1.8 缸筒头部法兰厚度的确定 .427.1.9 液压缸其它元件的确定 .43 第八章底座的设计 .44 8.1 底座材料及尺寸的选定 .44 8.2 底板螺栓的确定 .44 8.2.1 受翻转力矩的螺栓组连接 .458.2.2 缸盖螺钉的计算 .45 第九章液压系统传动方案的确定 .47 9.1 各液压缸的换向回路 .47 9.2 调速方案 .47 第十章计算和选择液压元件 .48 10.1 阀的种类和功用 .48 10.2 拟定液压系统 .49 10.3 油泵的选择 .49 10.4 液压系统中的辅助装置 .50 第十一章液压系统原理图 .52沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 8 结 论 .54 致 谢 .55 参考文献 .56沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文题 目： 搬运机械手结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1102 班 学生姓名： 许文兰 指导教师： 赵艳春 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日摘要摘要用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序，轨迹和要求实现自动抓取，搬运或操作的自动机械装置。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，捉奸成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学，机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体坐标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。其次，文章中全面详尽地搬运机械手的手部，腕部，手臂以及机身等主要部件的结构设计。关键词：关键词： 机械手， 自由度， 手部， 腕部AbstractUsed to reproduce the functions of staff of the technological device called a mechanical hand. Robot is to imitate some of the staff action, according to the reproduce and requirements for automatic trajectory crawling, handing or operation of the automatic mechanical devices.Industrial robot is in the field of modern automatic control of a new technology and machinery has become a modern production system an important component of this new technology has developed rapidly becoming an emerging disciplinemechanical hand project. Manipulator involves mechanics, mechanics, electrical hydraulic technology, such as science, is an interdisciplinary technology.The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first, the paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.In this article, the comprehensive exhaustive discussion has transported manipulators hand, the wrist, the arm, the fuselage and so on, which the major structural design computation.Key words: Manipulator, Freedom, Hand, Wrist 目 录 第一章引 言 . 1 第二章手部结构设计 . 3 2.1 手抓的结构选定 . 3 2.2 液压缸的选定 . 4 2.2.1 液压缸内径的确定 . 42.2.2 液压缸外径的确定 . 42.2.3 缸筒壁厚校核 . 52.2.4 液压缸活塞杆的确定及校核 . 62.2.5 活塞的最大行程 . 62.2.6 缸筒底部厚度的确定 . 72.2.7 缸盖螺钉的计算 . 72.2.8 缸筒头部法兰厚度的确定 . 82.2.9 液压缸其它元件的确定 . 9 第三章摆动缸的选定 .11 3.1 联接部分的设计 .11 3.2 联接部分材料的选定与联接方法 .11 第四章手臂的结构设计 .12 4.1 手臂的结构初定 .12 4.2 小臂受力分析 .12 4.3 小臂液压缸的确定 .13 4.3.1 小臂液压缸的受力分析 .134.3.2 液压缸内径的确定 .134.3.3 液压缸外径的确定 .144.3.4 缸筒壁厚校核 .154.3.5 液压缸活塞杆的确定及校核 .154.3.6 活塞的最大行程 .164.3.7 缸筒底部厚度的确定 .164.3.8 缸盖螺钉的计算 .174.3.9 缸筒头部法兰厚度的确定 .184.3.10 液压缸其它元件的确定 .19 4.4 小臂套筒的设计 .194.4.1 材料的选定 .194.4.2 内套的设计 .204.4.3 外套的设计 .20 第五章支小臂液压缸的确定 .21 5.1 支小臂液压缸的摆动角度确定 .21 5.2 支小臂缸的受力分析 .21 5.3 液压缸的确定 .225.3.1 液压缸内径的确定 .225.3.2 液压缸外径及壁厚的确定 .225.3.3 缸筒壁厚的校核 .235.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 .245.3.5 活塞杆的最大允许行程 .245.3.6 缸筒底部厚度的确定 .255.3.7 缸盖螺钉的计算 .255.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定 .275.3.9 缸筒与端部焊接 .275.3.10 液压缸的其他元件的确定 .28 第六章大臂的结构设计 .29 6.1 大臂材料的选定 .29 6.2 大臂受力分析 .29 6.3 支大臂液压缸的确定 .306.3.1 液压缸内径的确定 .306.3.2 液压缸外径及壁厚的确定 .316.3.3 缸筒壁厚的校核 .326.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 .326.3.5 活塞杆的最大允许行程 .336.3.6 缸筒底部厚度的确定 .336.3.7 缸盖螺钉的计算 .346.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定 .356.3.9 缸筒与端部焊接 .366.3.10 液压缸的其他元件的确定 .36 第七章大臂回转缸的设计 .38 7.1 回转缸的确定 .387.1.1 回转缸的受力分析及内径的确定 .387.1.2 液压缸外径的确定 .387.1.3 缸筒壁厚校核 .397.1.4 液压缸活塞杆的确定及校核 .407.1.5 活塞的最大行程 .407.1.6 缸筒底部厚度的确定 .417.1.7 缸盖螺钉的计算 .417.1.8 缸筒头部法兰厚度的确定 .427.1.9 液压缸其它元件的确定 .43 第八章底座的设计 .44 8.1 底座材料及尺寸的选定 .44 8.2 底板螺栓的确定 .44 8.2.1 受翻转力矩的螺栓组连接 .458.2.2 缸盖螺钉的计算 .45 第九章液压系统传动方案的确定 .47 9.1 各液压缸的换向回路 .47 9.2 调速方案 .47 第十章计算和选择液压元件 .48 10.1 阀的种类和功用 .48 10.2 拟定液压系统 .49 10.3 油泵的选择 .49 10.4 液压系统中的辅助装置 .50 第十一章液压系统原理图 .52 结 论 .54 致 谢 .55 参考文献 .56 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 0第一章引言1998 年 ABB 公司推出 IRB1400 系列小机器人，其循环时间只有 0.4s，控制器包括软件、高压电、驱动器、用户接口等皆集成于一柜，只有洗衣机变换器那样大小。FANUC 公司 2000 年 9 月宣称它的控制器为世界最小。工业机器人的应用从单机、单元向系统发展。多达百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能体） 。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造” ，为工业机器人系统化的发展推波助澜。机器人技术是涉及机械学、传感器技术、驱动技术、控制技术、通信技术和计算机技术的一门综合性高新技术，既是光机电软一体化的重要基础，又是光机电软一体化技术的典型代表。其产品主要有两大类，即以日本和瑞典为代表的一系列特定应用的机器人，如弧焊、点焊、喷漆装备、刷胶和建筑等，并形成了庞大的机器人产业。另一类是以美国、英国为代表的智能机器人开发，由于人工智能和其它智能技术的发展远落后于人们对它的期望，目前绝大部分研究成果未能走出实验室。机器人系统集成技术也是由几个主要发达国家所垄断。近年来，机器人技术并未出现突破性进展，各国的机器人技术研究机构和制造厂商都继续在技术深化、引进新技术和扩大应用领域等方面进行探索。为了使机器人更好地应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基梅隆机器人研究侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则侧重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。我国的工业机器人从 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，目前已基本掌握了机器人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，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配，搬运等机器人；其中有 130 多台套喷漆机沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 1器人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，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总得来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还是有一定的距离，如：可靠性低于外国产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与外国比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “一客户，一次重新设计” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低、而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000 米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，以系统集成带动机器人技术的全面发展，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 2第二章手部结构设计2.1 手抓的结构选定手抓的结构选定拟定最大抓取重量为 60N，根据工作位置和工作环境的需要，决定采用单滑销缸式手部。如下图：图 2.1 手抓部分手抓机架拟定材料为 HT200，图中有关参数，初步选定如下 =60 （手指的抓取半角 =4570） ； f=0.2 （物体与手指接触处的摩擦系数 f=0.10.5） ；=0.9 （手部的机械效率 =0.850.9） ；k =1.3 （安全系数 k =1.11.5） ；11k =2.0 （工作情况系数 k =1.12.5） ；22l=50mm； L=100mm； =30； g=9.8m/s整个手抓部分长度选择 300mm。 夹紧时由力学公式： N=sin=sin60=129.9N计f2G2 . 0260沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 3 N=375.3N 需21KKN计9 . 00 . 23 . 19 .129（2.1） 夹紧时活塞杆的力由公式： F=N =1125.9N （2.2）需los22LC需3 .3757530os10022C 初步估算手抓的重量约为 30N。2.2 液压缸的选定液压缸的选定2.2.1 液压缸内径的确定液压缸内径的确定液压缸的理论输出 F 可按下式计算： F= （2.3）t需FF：活塞杆的实际作用力（N） ；需：负载率，一般取 0.50.7； ：液压缸的总效率，一般取 0.90.95；t F=2447.6Nt需F92. 05 . 09 .1125由表 17-6-3查得液压缸的工作压力初选为 P=1MPa。 19由公式： D=10 =55.84mmPF43-由 17-6-26可选用标准液压缸内径 D=63mm。 192.2.2 液压缸外径的确定液压缸外径的确定按壁厚筒有关公式确定：沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 4 Dmm外 yy3 . 1-4 . 0PPD P =（1.21.3） P；ymax P=1.5p=1.5MPa；max P =1.25 1.5=1.875；yD：油缸内径（mm） ；缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； nb查表 20-6-7可知 =610MPa 22b ：缸体材料的需用拉应力（MPa） ； n：冲击系数，由表 2-3-6可查得 n=12； 15 =50.83MPa； nb12610 D=D=82.6mm yy3 . 1-4 . 0PPD外875. 13 . 183.50875. 14 . 083.50 D外初选壁厚 =7mm则/D=0.1111(0.080.3)所以选择下面的壁厚公式计算： =0.84mm maxmax33 . 2PDP5 . 13-83.503 . 2635 . 1初选成立综上所述，从表 20-6-9中选择标准液压缸外径 76mm，所以液压缸壁厚为 22=（76-63）/2=6.5mm。2.2.3 缸筒壁厚校核缸筒壁厚校核额定压力 P0.35 （2.5）n21221sDDD沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 5其中：=360MPa （缸筒材料屈服强度。由表 20-6-7查得）s 22所以 P0.35=25.23MPan22276)6376(360缸筒发生完成塑性变形的压力 Pa5 .676376lg3603 . 2lg3 . 21srlMPDD因为 P（0.350.42）P =（0.350.42） 67.5=（23.62528.35）MPanrl故选择 P =25Mpa 即工作压力小于 25Mpa。n本液压缸最大工作压力为 1.5Mpa，所以设计选择的壁厚可满足压力的要求。2.2.4 液压缸活塞杆的确定及校核液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表 20-6-16查得=1.33， 22 d=D=63=31.38mm133. 1133. 1根据表 20-6-16取标准值 d=32mm 22由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： =1.4Mpa（100110）Mpa；26d410F6-26-10324109 .1125所以满足工作时的强度需要。2.2.5 活塞的最大行程活塞的最大行程 L = （2.6）kk2FEI F ：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 F；kkknP F：活塞杆纵向压缩力；沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 6 n ：安全系数； 通常 n =3.56；kk E：材料的弹性模量； 钢材的 E=2.1/mm ；N5102 I：活塞杆横截面惯性矩； mm ；4 L =320k72.105Fdk2由表 20-6-2取液压缸标准行程 280mm。 222.2.6 缸筒底部厚度的确定缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算：1 （2.7）PPD433. 01其中：P：筒内最大工作压力 （P=P=1.5Mpa） ；max ：筒底材料许用应力 （前面求得=50.83Mpa ） ；pp D：计算厚度外直径 （取 D=60mm） ； =4.46mm83.505 . 160433. 01所以，综合上述条件，缸筒底部厚度选择 7.5mm。2.2.7 缸盖螺钉的计算缸盖螺钉的计算由表 2-1-8可知活塞 v=0.5m/s，则取 v =0.0133m/s，活塞杆退回速度 15max2v =0.01m/s。由公式：1 v= AQ（2.8） v：活塞杆的运动速度（m/s） ； Q：流入液压缸的流量（m /s） ；3 A：活塞的有效面积（m ） ；2沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 7 Q =v A =0.01=0.312m /s2226-2106344-103由公式 Q =Q+Q0s Q：工作载荷（N） Q= ZPZPD24（2.9）其中：P：缸盖所受的负载液压力（N） ； Z：螺钉数目，Z=t0D Q=0.08Mpa65 . 11063442 Q ：剩余缩紧力对于要求紧密的联接，s Q =KQ， K=1.51.8， Q =0.128ss Q=0.08+0.128=0.208Mpa螺钉的强度条件：= 4d3 . 1210Q21jd3 . 1Q l（2.10） ：材料的许用应力； = l lns n：安全系数，n=3； 查表得=360Mpa；s =120Mpa l3360由公式 d 其中 Q =1.3Q =1.3=0.27Mpa lj14Qj0208. 0 d=5.35mm lj14Q12027. 04选择标准六角螺栓 M8402.2.8 缸筒头部法兰厚度的确定缸筒头部法兰厚度的确定沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 8由公式可得 h （2.11）3pla10d-rb4F其中 F：法兰在缸筒最大内压力所承受的轴向压力； F=PNA5 .467310634105 . 162max r ：法兰外圆直径；a因为选定的螺栓为 M8，所以为了方便安装，法兰圆外径选定为 135mm。 d ：螺栓直径， d =8mm；ll ：法兰材料的许用应力；p b：缸筒外径到螺栓中线的距离； hmmF04. 31083.50813514. 3105 .4673410d-rb433pla 取法兰厚度为 7.5mm。为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入 0 型密封圈，所以端盖向内凹处厚度选择 7.5mm，即整个端盖厚度为 15mm。2.2.9 液压缸其它元件的确定液压缸其它元件的确定 缸盖的材料 缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定 HT200。 活塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350） ，球墨铸铁，初步拟定为 HT300。 密封圈的选择 密封件大多采用 0 型密封圈，参考手册表 10-4-4可知，查得 0 型密封圈标 16准值，即截面直径 d=3.55mm，故端盖厚度符合要求。 管接头的确定沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 手部结构设计 9 由公式： dmmv6 . 4Q Q：液体流量，L/min； v：按推荐值选定，一般 v=3m/s。 求得 d，取标准值 d=4mm。mm68. 3 所以整个液压缸的长度为 280+（7.5+7.5） 2=310m 大体估算整个液压缸加上油液的重量约为 30N。 所以，此设计的液压缸如下图所示：图 2.2 液压缸沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 摆动缸的选定 10第三章摆动缸的选定手腕的旋转部分由摆动缸来实现。由于手抓部位的活塞杆 d=63mm，D=76mm，所以选择标准摆动缸的轴径 45mm，外径为 120mm。3.1 联接部分的设计联接部分的设计由于摆动缸的轴径外凸无法直接连于活塞杆上，设计一连接结构如下图所示：图 3.1 开槽沉头螺钉5012M3.2 联接部分材料的选定与联接方法联接部分材料的选定与联接方法初步选定此连接结构的材料为 HT200。摆动缸的轴与连接部分通过键连接，为防止所传递的转矩过大，故选择花键连接。根据实际情况选择标准花键 8。63632初步估计此摆动缸及连接装置重 50N，为确保工作需要的供油量，估计长度为300mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 11第四章手臂的结构设计4.1 手臂的结构初定手臂的结构初定拟定驱动大臂的液压缸和驱动小臂的液压缸安装在手臂的同侧。4.2 小臂受力分析小臂受力分析小臂和大臂之间为铰链接，且推动小臂的液压缸也和小臂铰链接。拟定两铰链接触之间的距离 L=500mm。小臂受力示意图如下：图 4.1 小臂受力示意图由00物物手手活活摆摆臂臂得XGXGXGXGXGLRMBA所以 R =137.6BN85.3751155601030305 .7773060050250由00物物手手活活摆摆臂臂得XGXGXGXGXGLRMAB所以 RNA57.283100560880305 .62730450501005 .137剪力和弯矩图如上最大危险截面为 B 处沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 124.3 小臂液压缸的确定小臂液压缸的确定4.3.1 小臂液压缸的受力分析小臂液压缸的受力分析初步拟定大臂俯仰角度为 3090，小臂的运动范围为-3060。则对小臂的受力分析如下：当小臂上扬到最大角度，即 45时，小臂液压缸所受的推力最大，所以只需计算此时 F即可满足设计需求。需 FNFGGGGG4 .134345cos需臂活摆手物需4.3.2 液压缸内径的确定液压缸内径的确定液压缸的理论输出 F 可按下式计算： F=t需FF：活塞杆的实际作用力（N） ；需：负载率，一般取 0.50.7；：液压缸的总效率，一般取 0.90.95；t F=NF7 .243392. 06 . 03 .1343t需由表 20-6-3查得液压缸的工作压力初选为 P=1.5Mpa。 22由公式： D=45.46mm3104PF由 20-6-2可选用标准液压缸内径 D=50mm。 22沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 134.3.3 液压缸外径的确定液压缸外径的确定按壁厚筒有关公式确定： D （4.1） mm3 . 1-4 . 0yyPPD外 P（1.21.3）；ymaxP P；pa25. 2p5 . 1maxM P；pa81. 225. 225. 1yM D：油缸内径（mm） ；缸盖的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； nb查表 17-6-7可知 23pa610bM ：缸体材料的需用拉应力（Mpa） ； n：冲击系数，由表 2-3-6可查得 n=12； 15 =； pa83.5012610nbM D mm1 .6681. 23 . 1-83.5081. 24 . 083.503 . 1-4 . 0yyDDPPD外外初选壁厚mm6则/D=0.12(0.080.3)所以选择下面的壁厚公式计算： mm02. 125. 23-83.503 . 25025. 233 . 2maxmaxPDP初选成立综上所述，从表 20-6-9中选择标准液压缸外径 60mm，所以液压缸壁厚为 22=（60-50）/2=5mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 144.3.4 缸筒壁厚校核缸筒壁厚校核额定压力 P 21221sn35. 0DDD （4.2）其中：=360Mpa （缸筒材料屈服强度。由表 17-6-7查得）s 16 所以 Ppa5 .386050-6036035. 0222nM）（缸筒发生完成塑性变形的压力 P；pa6 .655060lg3603 . 2lg3 . 21srlMDD因为 P（0.350.42）P（0.350.42）（22.9627.55）Mpanrl6 .65故选择 P =25Mpa 即工作压力小于 25Mpa。n本液压缸最大工作压力为 2.25Mpa，所以设计选择的壁厚可满足压力的要求。4.3.5 液压缸活塞杆的确定及校核液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表 17-6-16查得=1.33 19 d=Dmm9 .2433. 11-33. 1501-根据表 20-6-2取标准值 d=25mm 22由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： （100110）Mpa；pa74. 210254104 .1343d4106-26-26MF所以满足工作时的强度需要。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 154.3.6 活塞的最大行程活塞的最大行程 L k2kFEI（4.3） F ：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 F；kkknP F：活塞杆纵向压缩力； n ：安全系数 通常 n =3.56；kk E：材料的弹性模量 钢材的 E=2.1；25mm/10 N I：活塞杆横截面惯性矩 mm ；4 L6 .119Fd320k2k综合小臂的设计需求和表 17-6-2取液压缸标准行程 220mm。 194.3.7 缸筒底部厚度的确定缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算：1 p1433. 0PD（4.4）其中： P：筒内最大工作压力 （P=P=2.25Mpa） ；max ：筒底材料需用应力 （前面求得=50.83Mpa） ；pp D ：计算厚度外直径 取 D =45mm22 mm1 . 483.5025. 245433. 01所以，综合上述条件，缸筒底部厚度选择 7.5mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 164.3.8 缸盖螺钉的计算缸盖螺钉的计算由表 2-1-8可知活塞 v=0.5m/s，则取 v =0.02m/s，活塞杆退回速度， 15max2v =0.023m/s1活塞杆退回速度，由公式： v=AQv：活塞杆的运动速度（m/s） ；Q：流入液压缸的流量（m /s） ；3A：活塞的有效面积（m ） ；2Qs/m1045. 010504023. 0v3462222A由公式：Qs0QQ Q：工作载荷（N） Q=ZPDZP24 其中： P：缸盖所受的负载液压力（N） ； Z：螺钉数目，Z=t0D Q=pa07. 0625. 2105044-2M Q ：剩余压缩力对于要求紧密的联接；s Q =KQ, K=1.51.8， Q =0.112ss Q=0.07+0.112=0.182Mpa螺钉的强度条件： 21j210d3 . 14d3 . 1QQ l（4.5）沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 17：材料的许用应力 l nsl n：安全系数，n=3； 查表得=360Mpa；s pa1203360lM由公式 d 其中：Q lj14Qpa24. 0182. 03 . 13 . 10jMQ d mm05. 512024. 044lj1Q选择标准六角螺栓 M8。354.3.9 缸筒头部法兰厚度的确定缸筒头部法兰厚度的确定由公式可得 h (4.6)3pla10d-rb4F其中： F：法兰在缸筒最大内压力下所承受的轴向压力； F=PNA6 .4415105041025. 26-2max r ：法兰外圆直径；a因为选定的螺栓为 M8，所以为了方便安装，法兰圆外径选定为 120mm。 d ：螺栓直径， d =8mm；ll ：法兰材料的许用应力；p b：缸筒外径到螺栓中线的距离； h=3pla10d-rb4Fmm14. 31083.508-12014. 3106 .441543取法兰厚度为 7.5mm。为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入 0 型密封圈，所以端盖向内凹处厚度选择 7.5mm，即整个端盖厚度为 15mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 184.3.10 液压缸其它元件的确定液压缸其它元件的确定 缸盖的材料缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定 HT200 活塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350） ，球墨铸铁，初步拟定为 HT300. 密封圈的选择密封件大多采用 0 型密封圈，参考手册表 10-4-4可知，查得 0 型密封圈标准 22值，即截面直径 d=3.55mm，故端盖厚度符合要求。 管接头的确定由公式 dmmv6 . 4QQ：液体流量，L/min；v：按推荐值选定，一般 v=3m/s；求得 d3.68mm，取标准值 d=4mm。所以整个液压缸的长度为 220+（7.5+7.5） 2=250mm大体估算整个液压缸加上油液的重量约为 30N。4.4 小臂套筒的设计小臂套筒的设计4.4.1 材料的选定材料的选定初定小臂材料为 Q235B 的空心圆管，长度为 500mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计 194.4.2 内套的设计内套的设计由于内套与活塞缸之间不能有接触，所以初步选定内套圆管的内径为 156mm，外径为 177mm，长度为 280mm。内套重量约为 G=vg=7.8N3 .1138 . 910280156-1774109-2234.4.3 外套的设计外套的设计由于内套和外套之间必须接触，且内套和外套之间需要留有一定的余量，所以初步选定内套圆管的内径为 179mm，外径为 200mm，长度为 260mm。内套重量约为 G=vg=7.8N2 .1248 . 910260179-2004109-223所以整个小臂的长度为 500mm整个小臂的重量为 30+113.3+124.2=267.5N沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 20 第五章支小臂液压缸的确定5.1 支小臂液压缸的摆动角度确定支小臂液压缸的摆动角度确定初步拟定大臂俯仰角度为 6090，小臂俯仰角度的范围为 045。5.2 支小臂缸的受力分析支小臂缸的受力分析由公式 M课求出推力 P摩惯重推MMM推 ：油缸输出的推力 P对小臂摆动中心 O 所产生的起动力矩（NgM） ；推M推 ：手臂偏重对中心 O 的偏重力矩(NgM)；重M ：手臂向上摆动的起动惯性力矩（NgM） ；惯M ：摩擦力矩（NgM） ；摩M 小臂小臂缸缸缸缸手部手部物物重XGXGXGXGXGM2211 =6025. 01706 . 0508775. 030130. 130255. 1 =219.325（NgM） 0JM惯 ：参与摆动零件（偏重）对摆动中心的转动惯量（）0J2ggMK ：手臂向上摆动的切向角加速度，拟定（弧度/秒） ，tV36（起动时间）s5 . 0tV g222221122小臂小臂缸缸缸缸手部手部物物惯XGXGXGXGXGM沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 21 =g0625. 017036. 05077. 030277. 130575. 1605 . 1 =MNg8 . 4，0 型密封圈的摩擦阻力矩,为安装角度，cos03. 0LPM推摩MNg3 .67，L=0.1mcosg03. 08 . 4325.219LPM推推NP10213推由公式可求出液压缸的理论输出力 Ft0FF ：活塞杆的实际作用力；0F N ：负载率，一般取 0.50.7；：液压缸的总效率，一般取 0.90.95；t取 ，6 . 09 . 0t,NF102130NFF18913t05.3 液压缸的确定液压缸的确定5.3.1 液压缸内径的确定液压缸内径的确定由表 17-6-3查得液压缸的工作压力初选为 19pa2MP 由公式mm1101043PFD由表 17-6-9可选用标准液压缸内径 23mm125D5.3.2 液压缸外径及壁厚的确定液压缸外径及壁厚的确定沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 22按壁厚筒有关公式确定： （5.1） mm3 . 1-4 . 0yyPPD外（1.21.3），；取，外PmaxPPP5 . 1max3maxPpa6 . 3yMP D：油缸内径（mm）缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢；，查表 17-6-7可知， nb 19pa610bM：缸体材料的许用拉应力； paMn：冲击安全系数，由表 17-6-8可查得 n=12；= 19 nbpa83.5012610M mm1333 . 1-4 . 0yyPPD外初选壁厚，则(0.080.3)；mm12096. 0D根据表 17-6-8公式进行计算： 19 mm24. 4mm32.3maxmaxPDP初选成立。综合上述条件，可以从表 17-6-9中选择标准液压缸外径 A 型 146mm。 195.3.3 缸筒壁厚的校核缸筒壁厚的校核由公式： （5.2）pa35. 021221snMDDDP：额定工作压力；nP：缸筒材料的屈服强度；s查表 17-6-7，得 19pa360sM沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 23 pa11.96146125-14636035. 035. 022221221snMDDDP缸筒发生完全塑性变形的压力由公式： pa84.55lg3 . 21srlMDDP （0.350.42）（195.4423.453）nPrlPpaM本液压缸的最大工作压力为 3，所以可以满足强度要求。paM5.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核液压缸活塞杆的确定及校核 设计中根据工作压力的大小，选用速度比机械手册表 17-6-16，查得速度比 16，由公式：33. 1 mm26.6233. 11-33. 11251-dD根据机械手册表 17-6-16，取活塞杆的标准值为 d=63mm。 16由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可近似用直杆承受拉压载荷的简单强度公式进行计算：由公式： （100110）pa28. 3106341010213d4106-26-26MFpaM所以满足工作时的强度要求。5.3.5 活塞杆的最大允许行程活塞杆的最大允许行程由公式： （5.3）k2kFEIL：活塞杆弯曲失稳临界压缩力：；kFkF NPnk沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 24F：活塞杆纵向压缩力；（N）：安全常数，通常=（3.56） 取=5；knknknE：材料的弹性模数，钢材的 E=25mm/101 . 2NI：活塞杆横截面积惯性矩；（mm ）4圆截面： 44d049. 064dI拟定大臂和小臂铰接时的角度为 135；液压缸安装时铰链焊接处为小臂 200mm，与大臂焊接处为 300mm；根据余弦定理可得，最大行程为 350mm。5.3.6 缸筒底部厚度的确定缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行计算： （5.4）p2433. 0PD其中： P：缸筒内最大工作压力；pa3maxMPP ：筒底材料许用应力p pa83.50pM ：计算厚度外直径，取=90mm2D2D =p2433. 0PDmm467. 983.50390433. 0取缸筒底部厚度为 12mm。5.3.7 缸盖螺钉的计算缸盖螺钉的计算由表 2-1-8可查得活塞杆的最大速度=0.5m/s，则取活塞退回速度 15maxV=0.033m/s，活塞杆伸出速度为=0.043m/s。1V2V由公式：沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 25 AQV 其中： V：活塞杆的运动速度；（m/s） Q：流入液压缸的流量；（m /s）3 A：活塞的有效面积；（m ）2 Q=s/m1027. 5101254043. 0346222AV由公式： sQQQ0Q：工作载荷（N） ； ZPDZPQ24（5.5）P：缸盖所受的负载液压力；（N）Z：螺钉数目；Z=；t0D：螺钉中心所在圆的直径（mm） ；0Dmm150t ：油缸内油液的工作压力PpaM：剩余锁紧力对于要求紧密的连接=,=1.51.8。取=1.6sQsQKQKK 61. 0631012544-2Q 976. 061. 06 . 1s KQQ 586. 1976. 061. 0s0QQQ螺钉的强度条件为： （5.6） LQQ21j210d44d3 . 1合 ：材料的许用应力； L沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 26 =，n：安全系数，n=5； Lnspa360sM = Lnspa725360M ，； mm4dj1LQ0j3 . 1 QQ mm79. 6d1取标准的开槽沉头螺钉。358M5.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定缸盖头部法兰厚度的确定有公式： 3-pla10d-rb4hF（5.7） =36797N 266max125104103APF nsL其中： F：法兰在缸筒最大压力下所承受的轴向力； ：法兰外圆直径；ar ：螺栓直径；=8mmldld b：缸筒外径到螺栓中线的距离；b=8mm选定螺栓为,为了安装方便，法兰外圆直径选定为 1808M mm5 . 910d-rb4h3-plaF取法兰厚度为 12mm。5.3.9 缸筒与端部焊接缸筒与端部焊接焊缝应力计算有公式：沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 27 n10d4b6-2121DF（5.8）其中： ：缸盖最大推力；（N）F ：缸筒外径；（mm）1D ：焊缝底径；（mm）1d ：焊缝材料的抗拉强度；bpaM n：安全系数；n=12 ：焊接效率；=0.7取焊缝底径为 50mm。5.3.10 液压缸的其他元件的确定液压缸的其他元件的确定 缸盖的材料缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁拟定 HT200。 活塞的材料无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350） ，球墨铸铁，初拟定为 HT300。 密封件均采用 0 型密封圈，由机械设计手册（第三版、第二卷）选择双三角密封圈宽度为 5mm。活塞杆的密封圈选择活塞杆的专用密封圈 V 型夹织物橡胶密封圈。 管接头的确定由公式： mmv6 . 4dQQ：液体流量，L/min；沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 28v：按推荐值选定，一般 v=4m/s；求得，取标准值 d=10mm。mm68. 7d 估算整个液压缸和油液的重量约为 70（N） 。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 29 第六章大臂的结构设计6.1 大臂材料的选定大臂材料的选定初步拟定大臂材料为 Q235B 的空心方钢，长度 L=1000mm，外边长 a=100mm，内边长 b=80mm。估算大臂的重量 NG4828 . 910100060-80108 . 7vg9-2236.2 大臂受力分析大臂受力分析 图 6.1 大臂受力分析图由公式拉摩惯重推可求出推力PMMMM：油缸输出的推力对小臂摆动中心所产生的起动力矩；推M推POMNg：手臂偏重对中心的偏重力矩；重MOMNg：手臂向上摆动的起动惯性力矩；惯MMNg：摩擦力矩，油腔的阻力矩。摩MMNg大臂大臂缸缸小臂小臂缸缸缸缸手部手部物物重XGXGXGXGXGXGXGM332211沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 30 =MNg84.739 0JM惯 ：参与摆动零件（偏重）对摆动中心的转动惯量0J：手臂向上摆动的切向角加速度，（起动s5 . 0/36ttVV秒弧度拟定时间） g2233222221122小臂大臂缸缸小臂小臂缸缸缸缸手部手部物物惯XGXGXGXGXGXGXGM =23.9MNg，0 型密封圈的摩擦阻力矩,为安装角度，cos03. 0LPM拉摩MNg=67.3cosLPM拉拉，cosg03. 06 .2384.739LPM拉拉m1 . 0LNP28273拉由公式可求出液压缸的理论输出力 FtFF ，F=52356NNF2827306.3 支大臂液压缸的确定支大臂液压缸的确定6.3.1 液压缸内径的确定液压缸内径的确定由表 2-3-2查得液压缸的工作压力初选为 15pa5 . 2 MP 由公式沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 31 mm1631043PFD由表 43-6-26可选用标准液压缸内径 D=180mm。 126.3.2 液压缸外径及壁厚的确定液压缸外径及壁厚的确定按壁厚筒有关公式确定： （6.1） mm3 . 1-4 . 0yyPPD外 （1.21.3），=1.5；取=3.75，yPmaxPmaxPPmaxPpaMyPpa5 . 4M D：油缸内径（mm） ；缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； ，查表 17-6-7可知， nb 19pa610bM ：缸体材料的许用拉应力； paM n：冲击安全系数，由表 17-6-8可查得 n=12； 19 nbpa83.5012610M =194.7mm yy3 . 1-4 . 0PPD外初选壁厚，则（0.080.3） ；mm16082. 0D根据表 17-6-8公式进行计算： 19 ，初选成立。mm52. 6mm33 . 2maxmaxPDP综合上述条件，可以从表 17-6-9中选择标准液压缸外径 A 型 219mm。 196.3.3 缸筒壁厚的校核缸筒壁厚的校核沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 32由公式： pa-35. 021221snMDDDP（6.2）：额定工作压力；nP：缸筒材料的屈服强度；查表 17-6-7，得=s 19spa360 M ，缸筒发生完全塑性变形的压力由公式：pa88.40-35. 021221snMDDDP pa52.70lg3 . 21srlMDDP （0.350.42）=（24.6829.61）nPrlPpaM 本液压缸的最大工作压力为 4.5，所以可以满足强度要求。paM6.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比机械手册表 17-6-16，查得速度比 22，由公式：33. 1 mm66.8933. 11-33. 11251-dD根据机械手册表 17-6-16，取活塞杆的标准值为 d=90mm。 22由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可近似用直杆承受拉压载荷的简单强度公式进行计算：由公式： （100110）pa19. 5106341010227d4106-26-26-MFpaM所以满足工作时的强度要求。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 336.3.5 活塞杆的最大允许行程活塞杆的最大允许行程由公式： （6.3）k2kFEIL：活塞杆弯曲失稳临界压缩力；kFkF NPnkF：活塞杆纵向压缩力；（N）：安全常数；通常=（3.56） 取=5；knknknE：材料的弹性模数；钢材的 E=2.1；25mm/10 NI：活塞杆横截面积惯性矩；（mm ）4圆截面： 44d049. 064dI拟定大臂和小臂铰接时的角度为 60，根据余弦定理可得，最大行程为310mm。6.3.6 缸筒底部厚度的确定缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行计算： （6.4）p2433. 0PD其中： P：缸筒内最大工作压力；pa3maxMPP：筒底材料许用应力；p pa83.50pM：计算厚度外直径；取=120mm2D2D mm47.1683.50390433. 0433. 0p2PD取缸筒底部厚度为 18mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 346.3.7 缸盖螺钉的计算缸盖螺钉的计算由表 2-1-8可查得活塞杆的最大速度=0.5/s，则取活塞退回速度 15maxV，活塞杆伸出速度为。s/m053. 01Vs/m063. 02V由公式： AQV 其中： V：活塞杆的运动速度；（m/s）Q：流入液压缸的流量；（m /s）3A：活塞的有效面积；（m ）2 s/m106 . 1101254063. 0336222AVQ由公式： s0QQQQ：工作载荷（N）： ZPDZPQ24（6.5）P：缸盖所受的负载液压力；（N）Z：螺钉数目；t0DZ：螺钉中心所在圆的直径（mm） ；0Dmm150t P：油缸内油液的工作压力paM：剩余锁紧力对于要求紧密的连接1.51.8.取 K=1.6sQKKQQ，s 59. 16310125442Q 544. 259. 16 . 1s KQQ =1.59+2.544=4.134s0QQQ沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 35螺钉的强度条件为： （6.6） LQQ21j210d44d3 . 1合 ：材料的许用应力； L ，n：安全系数，n=5； nsLpa360sM = nsLpa725360M ；，0jj13 . 1mm4dQQQL 。mm12. 8d1取标准的开槽沉头螺钉。458M6.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定缸盖头部法兰厚度的确定由公式： 3-pla10d-rb4hF（6.7） NAPF3679712510410326-6max nsL其中：F：法兰在缸筒最大压力下所承受的轴向力；：法兰外圆直径；ar：螺栓直径；=10mmldldb：缸筒外径刀螺栓中线的距离；b=12mm选定螺栓为，为了安装方便，法兰外圆直径选定为 240mm10M沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 36 =10.8mm3-pla10d-rb4hF取法兰厚度为 18mm。6.3.9 缸筒与端部焊接缸筒与端部焊接焊缝应力计算有公式： （6.8）n10d-4b6-2121DF其中：F：缸筒最大推力；（N）：缸筒外径；（mm）1D：焊缝底径；（mm）1d：焊缝材料的抗拉强度；（）bpaMn：安全系数；n=12：焊接效率；=0.7取焊缝底径为 60mm。6.3.10 液压缸的其他元件的确定液压缸的其他元件的确定 缸盖的材料缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁拟定 HT200 活塞的材料无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁(HT300，HT350)，球墨铸铁，初拟定为 HT300. 密封件均采用 0 型密封圈，由机械设计手册（第三版、第 2 卷）选择双三角密封圈宽度为 5mm，活塞杆的密封圈选择活塞杆的专用密封圈 V 型夹织物橡胶密封圈。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 37 管接头的确定有公式： mmv6 . 4dQQ：液体流量，L/min；v：按推荐值选定，一般 v=4m/s；求得，取标准值 d=10mm。mm68. 7d 估算整个液压缸和油液的重量约为 90（N） 。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 38第七章大臂回转缸的设计7.1 回转缸的确定回转缸的确定7.1.1 回转缸的受力分析及内径的确定回转缸的受力分析及内径的确定液压缸的理论输出 F 可按下式计算： NGGGGGGGGF1079支大臂大臂支小臂小臂摆活抓重重 NGF9 .10846cos1079cos法 NFF7 .16215. 09 .1084f摩法摩 NFF176sin7 .162sin摩摩分 NFFF1096171079摩分重总由表 20-6-3查得液压缸的工作压力初选为 P=1。 22paM有公式： mm37.371043PFD由表 20-6-9可选用标准液压缸内径 D=200mm。 227.1.2 液压缸外径的确定液压缸外径的确定按壁厚筒有关公式确定： （7.1） mm3 . 1-4 . 0yyPPDD外 （1.21.3）；yPmaxP =1.5p=1.5；maxPpaM1.25；yP875. 15 . 1沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 39D：油缸内径（mm）缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； nb查表 20-6-7可知 22pa610bM：缸体材料的许用拉应力（） ； paMn：冲击系数，由表 2-3-6可查得 n=12； 15 =； nbpa83.5012610M mm85.206875. 13 . 183.50875. 14 . 083.50D3 . 1-4 . 0yyDPPDD外外初选壁厚 mm25则（0.080.3）1 . 0D所以选择下面的壁厚公式计算： mm67. 25 . 13-83.503 . 22005 . 13-3 . 2maxmaxPDP初选成立。综上所述，从表 20-6-9中选择标准液压缸外径 245mm，所以液压缸壁厚为 22。mm5 .222200-2457.1.3 缸筒壁厚校核缸筒壁厚校核额定压力 21221sn-35. 0DDDP（7.2）其中： （缸筒材料屈服强度。由表 20-6-7查得）pa360sM 22所以 pa03.42245200-24536035. 0222nMP沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 40缸筒发生完全塑性变形的压力 ；pa89.72200245lg3603 . 2lg3 . 21srlMDDP因为（0.350.42）=（0.350.42）=（25.5430.65）；nPrlP98.72paM故选择 =30 即工作压力小于 30。nPpaMpaM本液压缸最大工作压力为 1.5，所以设计选择的壁厚可满足压力的要求。paM7.1.4 液压缸活塞杆的确定及校核液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表 20-6-16查得， 2233. 1 mm5 .9933. 11-33. 12001-dD根据表 20-6-16取标准值 d=100mm。 22由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： （100110）；pa14. 0101004101096d4106-26-26-MFpaM所以满足工作时的强度需要。7.1.5 活塞的最大行程活塞的最大行程 k2kFEIL（7.3）：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 ；kFkFknPF：活塞杆纵向压缩力；：安全系数； 通常=3.56；knkn沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 41E：材料的弹性模量； 钢材的；25mm/101 . 2NEI：活塞杆横截面惯性矩； mm ；4由表 20-6-2取液压缸标准行程 60mm。 227.1.6 缸筒底部厚度的确定缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算：1 p1433. 0PD（7.4）其中： P：筒内最大工作压力 （） ；pa5 . 1maxMPP ：筒底材料许用应力 （前面求得 ） ；pp pa83.50M D：计算厚度外直径 取 D=160mm mm1283.505 . 1160433. 01所以，综合上述条件，缸筒底部厚度选择 40mm。7.1.7 缸盖螺钉的计算缸盖螺钉的计算由表 2-1-8可知活塞=0.5m/s，则取=0.0133m/s，活塞杆退回速度， 15maxv2v=0.01m/s。有公式：1v AQv（7.5）v：活塞杆的运动速度（m/s） ；Q：流入液压缸的流量（） ；s/m3A：活塞的有效面积（） ；2m有公式s0QQQ沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 42Q：工作载荷（N） ZPDZPQ24（7.6） 其中：P：缸盖所受的负载压力（N） ； Z：螺钉数目，t0DZ pa6 . 365 . 110430442MQ ：剩余缩紧力对于要求紧密的联接，sQ =KQ，K=1.51.8，=24.64sQsQpa27.2864.246 . 30MQ螺钉的强度条件： 1j10d3 . 14d3 . 1QQ l（7.7）：材料的许用应力。 = l lnsn：安全系数，n=3； 查表得；pa360sM= lpa1203360M有公式 其中： lj14dQpa75.3627.283 . 13 . 10jMQQ lj14dQmm62. 012075.364选择标准六角螺栓 6516M7.1.8 缸筒头部法兰厚度的确定缸筒头部法兰厚度的确定由公式可得 （7.8）3pla10d-rb4hF沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 43其中： F：法兰在缸筒最大内压力下所承受的轴向压力； NAPF47100102004105 . 1626max ：法兰外圆直径；ar因为选定的螺栓为,所以为了方便安装，法兰圆外径选定为 430mm。16M ：螺栓直径， =16mm；ldld ：法兰材料的许用应力；p b：缸筒外径到螺栓中线的距离； 3pla10d-rb4hFmm4 .531083.5016-43014. 31047143取法兰厚度为 55mm。为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入 0 型密封圈，所以端盖向内凹处厚度选择 55mm，即整个端盖厚度为 70mm。7.1.9 液压缸其它元件的确定液压缸其它元件的确定 缸盖的材料缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定 HT200。 活塞的材料无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350） ，球墨铸铁，初步拟定为 HT300。 密封圈的选择密封件大多采用 0 型密封圈，参考机械设计手册表 10-4-4可知，查得 0 型密 22封圈标准值，即截面直径 d=3.55mm，故端盖厚度符合要求。 管接头的确定有公式： mmvQ4.6d 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第七章 大臂回转缸的设计 44Q：液体流量，L/min；v：按推荐值选定，一般 v=3m/s；求得，取标准值 d=4mm。mm68. 3d 所以整个液压缸的长度为 180+（40+70）=290mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第八章 底座的设计 45第八章底座的设计8.1 底座材料及尺寸的选定底座材料及尺寸的选定初步拟定底座上底板和臂座以及连接板均采用 HT200，底板边长为 600mm，高为 80mm 的方铸铁，臂座采用边长为 600mm，高为 65mm 的方铸铁，连接板边长为400mm，高为 30mm 的圆铸铁，立柱为直径 90mm，高为 1000mm 的圆铸铁，回转缸固定在连接板和底板中间，采用螺栓连接。估算底座重量约为 650（N） 。8.2 底板螺栓的确定底板螺栓的确定受扭转力矩以及翻转力矩的螺栓组连接，初步拟定底板用 8 个螺栓，螺栓距翻转轴 240mm。受扭转力矩的螺栓在转矩 T 的作用下，底板有绕通过螺栓中心 O 并与接合面垂直的轴线回转的趋势，使每个螺栓连接都受横向力。 （8.1）n1iifprfTKQ：防滑系数；=1.2fKfKT：扭矩；(TM) f：摩擦系数；f=0.2各螺栓中心至底板旋转中心的距离；21rr， (NM)n1iifprfTKQ475524. 02 . 043172 . 1沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第八章 底座的设计 468.2.1 受翻转力矩的螺栓组连接受翻转力矩的螺栓组连接有公式： （8.2）2n1i2imaxmax2LMLF：螺栓所受的最大工作载荷；（N）maxF：对称轴线左侧各螺栓轴线到对称轴线的距离；（mm）iL：中最大值；（mm）maxLiL：各运动工件的偏重力矩；M重M44332211缸缸大臂大臂缸缸小臂小臂缸缸缸缸手部手部物物XGXGXGXGXGXGXGXG45453. 0153625. 0100006. 11702 . 150309. 130486. 140526. 1100=935.08 NF7 .233724. 022 . 008.9352max8.2.2 缸盖螺钉的计算缸盖螺钉的计算 s0QQQQ：工作载荷（N） ； ZPDZPQ24（8.3）P：缸盖所受的负载液压力；（N）Z：螺钉数目；t0DZ：螺钉中心所在圆的直径（mm） ；0Dmm150t NFCCCQQFLL31.54567 .23373 . 04755maxp沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第八章 底座的设计 47P：油缸内油液的工作压力paM：剩余锁紧力对于要求紧密的连接1.51.8。取 K=1.6sQsQKKQ，螺钉的强度条件为： （8.4） LQQ21j210d44d3 . 1合 ：材料的许用应力； L ，n：安全系数，n=5； Lnspa360sM Lnspa725360M ； 0jj13 . 1mm4dQQQL， mm34.12d1 取标准的开槽沉头螺钉。10016M沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第八章 底座的设计 48沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第九章 液压系统传动方案的确定 49第九章液压系统传动方案的确定9.1 各液压缸的换向回路各液压缸的换向回路液压机械手一般采用单泵或双泵供油，手臂伸缩，手臂俯仰和手臂旋转等机构采用并联供油，这样可有效降低系统的供油压力，此时为了保证多缸运动的系统互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀需采用中位“0”型换向阀。9.2 调速方案调速方案整个液压系统只用单泵或双泵工作，各液压缸所需的流量相差较大，各液压缸都用液压泵的全流量工作是无法满足设计要求的。尽管有的液压缸是单一速度工作，但也需要进行节流调速，用以保证液压缸运行的平稳运行。各缸可选择进油或回油节流调速。机械手的手臂俯仰采用两个单向节流调速阀来实现，则进油达到最大允许速度来调节，当无杆腔进油时，其速度就少于最大允许速度，但仍然符合设计需求。在一般情况下的各个部位是分别动作的我们可以选择单泵供油系统，也可以选择双泵供油系统。单泵供油系统要以所有液压缸中需求流量最大的来选择泵的流量。优点是系统较为简单，所需的元件较少，经济性好，缺点是当所需流量较少的液压缸动作时，系统的溢流损失较大，能源利用较低，对于系统功率较小的场合可取的。双泵供油系统，它在需要大流量动作的缸运动时，双泵同时为其供油，在需小流量动作液压缸动作时，则用小流量泵供油，而大流量泵低压卸荷，双泵供油系统避免了溢流损失过大，而且可以用双泵代替单泵，其优点与单泵供油系统相反。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第十章 计算和选择液压元件 50第十章计算和选择液压元件10.1 阀的种类和功用阀的种类和功用 压力控制阀（简称压力阀） ，它的作用主要是控制系统中油液的压力， 用来实现机械手执行所需要的输出力（或力矩） 。这类阀包括溢流阀、 液压阀、安全阀和压力继电器等。 溢流阀其主要功用是维持液压系统中的压力趋于稳定，也可以作安全阀 用，以防止液压系统压力超负荷，还可以作卸载阀用，以减少液压系统的功率损耗和发热量。 减压阀其主要功用是使阀的出口压力低于进口压力，并使液压系统某一部分的压力低于油泵的稳定压力。 流量（速度）控制阀（流量阀） ，它的作用主要是控制液压系统中油液流量的大小，用来实现机械手执行机构所要求的运动速度，如节流阀、调速阀。 节流阀亦称简式节流阀，其主要功用是以节流的形式改变所通过的流量大小，使执行机构得到不同的运动速度。它也可作背压阀和截止阀使用。 调速阀亦称复式节流阀，它是由减压阀与节流阀串联而成，用以保证节流阀进出口压力差趋于稳定，从而调节流量时不受外界负荷的变化影响。 方向控制阀（方向阀） ，它的作用主要是控制液压系统中油液流动的方向，用来实现机械手执行机构所要求的运动方向，如电磁换向阀等，电磁换向阀是利用其电磁铁线圈通电后通过电磁铁带动阀芯完成换向工作的。按电源的不同，它又分为交流和直流两类；而按阀芯位置数和油路数又可分为二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通和三位五通等。阀类的选择原则，是根据通过阀门的流量，工作压力及要求的通路等因素结合产品的规格型号进行选取。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第十章 计算和选择液压元件 5110.2 拟定液压系统拟定液压系统 换向回路：所有换向阀选用 0 型三位四通换向阀。选人控阀便于人工控制，选中位为 0 型定位准确。 调速方案：本系统功率较小，故选简单的进油路节流阀调速，同样理由选用单泵供油，力求获得较好的经济性。 系统的安全性：为防止俯仰缸因自重自由下滑在仰起一定角度后自由下滑，都采用液控单向阀来平衡。为保证夹紧缸工作的可靠性选用液控单向阀保压和锁紧。 合成并完善液压系统：压力继电器在夹紧工件后发出讯号，让微机控制其它缸开始运动。二位二通电磁铁换向阀用于系统卸荷。10.3 油泵的选择油泵的选择 确定油泵的工作压力 pVPP泵paM式中 P：油缸的最大工作油压（） ；paM ：管道和各阀的全部压力损失之和；pV =（0.50.8） （）pVpaM pa8 . 0ppa0 . 2maxMVMPP，估算大缸 pa0 . 3pa8 . 2pmaxMPMVPP泵泵，取 计算液压泵的流量油泵的流量应根据系统各回路按设计其要求，在工作时实际所需的最大泵Q流量，并考虑系统的总泄漏量来确定，即：最大Q 最大泵KQQ沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第十章 计算和选择液压元件 52 ：是在系统中同时工作的各个并联油缸，以最大速度运动时所需要的总最大Q量。s/m3 ：考虑系统油液泄漏的系数，一般取=1.101.25KK所选油泵的额定流量，应大于上述计算的数值，但不宜过大，以免浪费动力0Q泵Q和引进油温升高。 泵Qmin/75.156 .1225. 1L根据机械设计手册选标准的定量单片叶泵 YB，n=1000r/min，=16L/min，泵Qpa3MP泵 确定油泵所需要的电动机功率有公式： /泵泵QPN式中 N：油泵所需要的电动机功率； ：所需油泵的工作压力（）泵PpaM ：油泵的额定流量（）