抓料机小臂及抓爪设计[机械毕业论文 答辩通过]

需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载摘要所谓抓料机机械臂，就是将机械臂安装在一个固定立柱上，立柱及驾驶室部分可以360旋转，机械臂可以随着立柱旋，通过机械臂末端的抓斗进行抓料作业。这种结构使机械臂拥有更大的操作性和动作空间，使它具有更广阔的应用前景。目前抓料机正向着人性化、小型化、多样化方向发展，其应用也越来越广泛，几乎渗透到所有领域。抓料机主要由小臂、旋转机构、液压装置、抓斗等部分组成。本次设计主要是关于抓料机小臂及抓斗的设计，小臂及抓斗是直接完成抓取物料任务的装置，对其进行全面的通用性设计研究对推动国内抓料机发展具有十分重要的意义。本设计本文介绍抓料机的小臂和抓抖部分研究意义、现状及发展。全面收集了国内外抓料机小臂及抓斗设计的资料，对抓料机的各种工况进行了分析，总结了抓料机小臂及抓斗的设计要求。分别对小臂、抓斗及链接机构进行了较为详细的设计，这其中就包括了各部分尺寸的计算及与选型。最后对小臂在一些特殊工况下进行了校核。关键字抓料机小臂抓斗设计需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载ABSTRACTTHESOCALLEDFEEDERGRASPINGMANIPULATOR,THEROBOTICARMISMOUNTEDONAFIXEDCOLUMN,THECOLUMNANDTHECABSECTIONCANBEROTATED360,WITHTHEROBOTICARMCANSPINCOLUMN,BYTHEENDOFTHEROBOTICARMGRABBECAUGHTFEEDINGOPERATIONSTHISSTRUCTUREALLOWSTHEROBOTARMHASGREATERMANEUVERABILITYANDACTIONSPACE,ITHASABROADERAPPLICATIONPROSPECTSCURRENTLYGRABFEEDERISTOWARDHUMANE,MINIATURIZATION,THEDIRECTIONOFDIVERSIFICATION,ITSAPPLICATIONMOREWIDELY,INTOALMOSTALLFIELDSFEEDERCAUGHTMAINLYBYTHEARM,ROTATINGMECHANISM,HYDRAULICEQUIPMENT,GRABOTHERCOMPONENTSTHISDESIGNISMAINLYABOUTGRASPINGARMANDGRABFEEDERDESIGN,ARMANDGRABTHEDEVICEDIRECTLYTOCOMPLETETHETASKOFFETCHINGMATERIALS,ITSCOMPREHENSIVESTUDYOFUNIVERSALDESIGNTOPROMOTETHEDEVELOPMENTOFDOMESTICFEEDERGREATCATCHSIGNIFICANCETHISPAPERDESCRIBESTHEDESIGNOFFEEDERARMGRABANDGRIPPORTIONSHAKINGSIGNIFICANCE,STATUSQUOANDDEVELOPMENTACOMPREHENSIVECOLLECTIONOFDOMESTICFEEDERARMANDGRABGRABDESIGNINFORMATIONONTHEFEEDERTOCATCHVARIOUSCONDITIONSWEREANALYZED,SUMMARIZEDANDGRABGRABFEEDERARMDESIGNREQUIREMENTSRESPECTIVELY,ARM,GRABANDLINKORGANIZATIONSFORAMOREDETAILEDDESIGN,ANDTHESEINCLUDETHESIZEOFEACHPARTOFTHECALCULATIONANDTHESELECTIONFINALLY,INSOMESPECIALCONDITIONSONTHEFOREARMWASCHECKEDKEYWORDSGRABFEEDERARMGRABDESIGN需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111设计选题的意义112国内外液压抓料机的发展动态和研究现状1121国外液压抓料机的发展动态和研究现状1122国内液压抓料机的发展动态和研究现状213本设计的主要内容及目标3131设计的主要内容3132设计的关键问题3133设计过程中的已知参数3第二章总体方案设计421机型选择及特点分析4211所用机型的适用范围422小臂及抓斗构成423各组成结构形式的初选6231小臂结构形式的初选6232抓斗结构形式的初选6233小臂及抓料部分链接机构结构形式的初选724原始几何参数的确定8第三章运动学分析1031小臂的运动分析1032连接机构的运动分析1033抓爪的运动分析12第四章参数的计算及校核1441小臂基本参数的确定14411小臂参数的计算及选择应考虑的因素14412小臂液压缸的最大作用力臂及的计算149L8需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载413小臂其它相关尺的计算1542小臂的结构设计和强度校核15421小臂的受力分析15422小臂受最大弯矩工况位置的受力分析16424小臂内力图的绘制23425小臂宽度、钢板厚度、许用应力的选取24426小臂危险截面处高度H的计算2543抓斗基本参数的确定26431抓斗主要参数的计算26432爪形尺寸的计算27433转角范围确定2744小臂与抓斗部分链接机构参数确定2845抓斗旋转机构参数确定29451旋转器总成的选用29452抓斗上下盘尺寸确定2946抓斗翻转油缸参数确定30461油缸缸工作压力计算30462液压缸主要参数的确定31463液压缸强度的较核3247销轴与衬套的设计32471销轴的设计32472衬套的设计33总结34参考文献35致谢36附录37需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第一章绪论11设计选题的意义我国是一个发展中国家，在辽阔的国土上正在进行大规模的经济建设，这就需要大量的土石方施工机械为其服务，而液压抓料机是最重要的一类土石方施工机械。因此，可以肯定液压抓料机的发展空间很大。可以预见，随着国家经济建设的不断发展，液压抓料机的需求量将逐年大幅度增长。今后几年我国液压抓料机行业将会有一个很大的发展，液压抓料机的年产量将会以高于20的速度增长。中国抓料机市场自1997年开始已进入了一个较快的发展时期，2001年与2000年比较，全国抓料机的产、销量分别增长55和56。截止到2002年8月底全国抓料机的销量已超过13000台，超过了2001年全年的销售数。2003年全国液压抓料机的销售量超过18000台。显然，抓料机在整个工程机械行业中是产、销量增长最快的机种之一。而在抓料机中最为重要的就是关于工作装置设计，因为抓料机的工作装置能够最为明显的体现机器的工作能力和工作寿命，所以设计工作可靠，性能好，成本低，效率高，维护使用方便的工作装置就显得格外重要。本文以实际项目抓料机的机械臂（小臂）为研究对象。设计抓料机的小臂的结构。所谓抓料机机械臂，就是将机械臂安装在一个固定立柱上，立柱及驾驶室部分可以360旋转，机械臂可以随着立柱旋，通过机械臂来实现一些动作如抓取，可以在机械臂的末端的抓抖进行抓料作业。这种结构使机械臂拥有更大的操作性和动作空间，使它具有更广阔的应用前景。目前抓料机正向着人性化、小型化、多样化方向发展，其应用也越来越广泛，几乎渗透到所有领域。12国内外液压抓料机的发展动态和研究现状抓料机在未来工业用途中，应用将会越来越广。不止是工业，其他的一些领域的应用将是发展的必然趋势，通过对机械臂系统研制，积累了比较丰富的设计经验，相信经过不断的发展和改进，抓料机将走向成熟和使用化。未来的机械臂会有更优的性能质量比；更强的环境适应能力；更高的智能性。121国外液压抓料机的发展动态和研究现状国外抓料机生产历史较长，液压技术的不断成熟使抓料机得到全面的发展。德国是世界上较早开发研制抓料机的国家；美国是继德国以后生产抓料机历史最长、数量需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载最大、品种最多和技术水平处于领先地位的国家；日本抓料机制造业是在二次大战后发展上起来的，其主要特点是在引进、消化先进技术的基础上，通过大胆创新发展起来的；韩国是抓料机生产的后起之秀，20世纪70年代开始引进技术，由于产业政策进入国际市场，并已挤入国际液压抓料机的主要生产国之一。当前，国际上抓料机的生产正向大型化、微型化、多能化和专用化的方面发展。122国内液压抓料机的发展动态和研究现状早在1958年国内便开始了抓料机的研制开发工作，随后开发出一系列比较成熟的产品。当时出于受配件如、液压件及企业自身条件的影响，其质量和产量远未达到应有的水平，与国外同类产品相比也存在较大差距。到了80年代末和90年代初，世界各工业发达国家液压抓料机技术水平得到了迅速的提高，突出表现在追求高效率同一机重的抓料机功率普遍提高，液压系统流量增大作业循环时间减小，作业效率大大提高；高可靠性和追求司机操作的舒适性。国内原有的数家抓料机专业生产厂为了生存和发展，利用自身的实力和丰富的抓料机生产经验，纷纷在工厂的技术改造、试验研究、新产品开发方面下大功夫。有的新开发的产品也包括某些已生产多年的老产品为了提高作业的可靠性，干脆采用了进口的液压件和发动机，甚至于整个传动系统都按照采用国外元件来设计，这种经过改型或新设计开发的抓料机其工作可靠性和作业效率得到很大的提高。这样，引进和消化国外的不少技术，在技术方面都有了长足的进步。国内抓料机行业近年来虽有很大发展，但与国外抓料机行业发达国家相比仍存在许多不足，其原因除了国内抓料机加工水平落后之外，抓料机设计水平与发达国家相比也有较大的差距，尤其是一些先进设计技术的掌握和应用。国内众多的研究人员和单位对抓料机工作装置设计进行了不少研究，开发了其设计软件，他们的研究基本上局限于解决某些问题，即工作装置的几何参数、运动参数和力参数等的解决。关于工作装置设计参数分析和在CAD上其自动设计的综合研究文献还没有。因此，开发出的软件缺少通用性，不能使用于抓料机工作装置的一些通用问题的解决，对工程机械这个行业不具有通用性。特别是国内，CAD在许多企业还停留在辅助制图的程度上，当然也有部分企业用CAD进行空间布置设计。虽然部分软件也有一定的分析计算能力，但是远远不能达到设计需要，对液压抓料机进行分析的大型通用软件目前市场上还很少。经过近十年的研究，获得了一些成果，但是研究还不够深入，有些研究结果已进入实际应用过程中。目前研究液压抓料机工作装置设计的重点在于，为了使抓料机设计人员从繁忙的计算中解脱出来，现有工作装置机构的计算机辅助计算和优化设计，即大多数的液压抓料机工作装置设计研究在现有机构的基础上局限进行的，在这种情况下开需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载发出一个专业的工作装置设计工具和软件显得非常的重要。13本设计的主要内容及目标131设计的主要内容本课题主要研究抓料机的机械臂小臂及抓抖的设计，具体包括以下几个方面（1）计算小臂的强度、刚度；（2）计算液压支点；（3）小臂及抓料部分的链接机构；（4）抓抖的旋转机构。132设计的关键问题（1）关于抓料机总体设计，就是各种整体参数和局部参数的计算，这中间就包括动臂，小臂及挖斗的主要参数的计算。（2）液压抓料机工作装置各主要机构结构方案的确定，这包括几方面的内容，首先就是关于动臂和小臂的选型。其次就是动臂，小臂和挖斗的油缸的布置如何确定。第三就是各个铰链点如何确定。（3）作用力的计算，这其中包括油缸的作用力，还有各种挖掘力。（4）各种强度的校核。其中动臂的校核尤为重要，还有小臂的强度校核。133设计过程中的已知参数最大额定起重量3T最大起重力矩110KNM最大起重量时作业幅度25M电动机功率75KW最大回转速度30R/MIN可配抓斗容积（视物料而定）25M主要液压件的型号规格（1）液压泵PVC80RC06（2）多路阀KYB株式会社（3）回转驱动200AT86（4）油缸主臂油缸125/80X7521163副臂油缸125/80X11961700需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载抓斗翻转油缸100/55X9961350第二章总体方案设计21机型选择及特点分析本设计中，我选的是TZ06DGZ70机固定式抓料机，是一种采用液压传动并以一个抓斗进行抓取作业机械，它是机械传动单斗挖掘机的基础上发展而来的，是目前抓料机中重要的品种。211所用机型的适用范围在建筑工程，交通工程，露天工程，水利施工及现代军事工程中都广泛采用，是各种土石方施工中重要的机械设备。由抓料机在构造和性能上有较多的优越性，因此近年来发展迅速，在中小型抓料机中，已取代了机械传动抓料机，成为工程机械的主要机种。22小臂及抓斗构成铰接式反铲是单斗液压抓料机最常用的结构型式，大臂、小臂和抓斗等主要部件彼此铰接，在液压缸的作用下各部件绕铰点摆动，完成抓取、提升和卸土等动作，图21为抓料机最常用的小臂及抓斗构成1小臂；2抓斗翻转油缸；3连杆；4摇杆；5抓斗上盘连接板；6回转机构；7抓斗下盘连接板；8抓爪油缸；9抓斗；10小臂油缸；11大臂；图21小臂及抓斗构成图抓料机的小臂是变截面的箱梁结构，抓斗是由钢板与圆钢焊接而成。各油缸可看作是只承受拉压载荷的杆。根据以上特征，不考虑抓爪的旋转可以对小臂及抓爪进行需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载适当简化处理。则可知液压抓料机的小臂与链接机构是由小臂，连杆、摇杆、抓斗上盘、抓斗翻转油缸组成的具有一自由度的四杆机构，而抓爪前后爪均是由抓爪、抓爪油缸、抓斗下盘组成的具有一自由度的摇杆机构，处理具体简图22所示。进一步简化图如23所示。图22小臂及抓斗的结构简图1小臂2抓斗翻转油缸3摇杆4连杆5连接盘6抓爪油缸7抓爪8小臂油缸9大臂需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图23小臂及抓斗结构简化图抓料机的小臂及抓斗经上面的简化后实质是一组平面连杆机构，自由度是4，即抓斗与抓爪的几何位置由抓斗翻转油缸油缸长度L5、抓爪油缸长度L12、L12、小臂油缸长度L14，当L5、L12、L12、L14为某一确定的值时，小臂、抓斗、抓爪的位置也就能够确定。23各组成结构形式的初选231小臂结构形式的初选小臂也有整体式和组合式两种，大多数抓料机采用整体式小臂。在本设计中由于不需要调节小臂的长度，故也采用整体式直小臂。232抓斗结构形式的初选抓斗是重型机械的一种取物装置，主要用来就地装卸大量散粒物料，用于河口、港口、车站、矿山、林场等处。通过查阅资料，收集到抓斗形态矩阵图如下运用各种创造技法，对可变元素进行变换即寻找作用效应，建立理论上，中任意两个元素的组合就形成了某一种抓斗的工作原理方案。尽管可变元素只有A、B两个，但理论上可以组合出5X525种理方案，其中包括明显不能组合在一起的方案。经分析得出明显不能组合在一起的方案A2B22、A4B1、A4B22、A4B3、A4B4、A5B1、A5B21、A5B3、A5B4，把这些方案排除，剩16种方案，而常见的一些抓斗工作原理方案基本包含在这16种内，A1B1组合，就是耙集式抓斗的工作原理方案。除此之外，这16种方案中包含一些创新型的抓斗。需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载方案评价过程是一个方案优化的过程，希望所设计的方案能最好地体现设计务书要求，并将缺点消除在萌芽状态，为此，从矩阵表中抽象出抓斗的评价准则为A抓取力大，适应难抓物料B可在空中任一位置启闭C装卸效率高D技术先进E结构易实现F经济性好，安全可靠动力源采用液压和气压的抓斗性能比较液压传动相比气压传动具有明显的优点，液压传动的抓斗功率密度大，结构紧凑，重量轻，调速度性能好，运转平稳、可靠，能自行润滑，易实现复杂控制。气压传动明显的优点是结构简单，维护使用方便，成本低，工作寿命长，工作介质压缩空气的传输简单，且易获得。对于抓斗设计，要求抓取能力强，重量轻，结构紧凑，经济性好，维护方便。通过分析比较，权衡主次，选择液压传动作为控制动力源较优。经过筛选，剩三种方案，即A1B3、A2B3、A3B3。将这三种方案大概构思，画出其简图分别如图A、图B、图C所示。A1B3组合为液压双颖板或多颖板抓斗，需二个或二个以上液压缸。A2B3组合为液压长撑杆双颖板或多颖板抓斗，只需一个液压缸。A3B3组合为液压剪式抓斗，二个液压缸。通过以上的分析，经过评价、筛选确定了这三种抓斗原理方案。对这三种方案，可以对照设计任务书作进一步定性分析。A1B3、A2B3、A3B3性能比较A1B3能较好地满足设计要求，其不足是结构稍复杂A2B3无法防止散漏这至关重要的性能要求A3B3液压缸行程大，这在技术上很难实现，故最后确定A1B3为最佳原理设计方案。需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载233小臂及抓料部分链接机构结构形式的初选本方案中采用六连杆的布置方式，相比四连杆布置方式而言在相同的抓斗油缸行程下能得到较大的抓斗转角，改善了机构的传动特性。该布置1杆与2杆的铰接位置虽然使抓斗的转角减少但保证能得到足够的抓斗平均翻转力和抓取力。如图25所示。1抓斗2旋转器3抓斗上盘4连杆5摇杆6小臂图25抓斗与小臂连接布置图小臂以及抓抖的链接机构可以进行360旋转，使得抓料动作有更大的操作空间，旋转机构是通过中间的旋转器总成连接抓斗上下盘实现旋转，旋转器总成内包含有液压马达、旋转轴承以及回转油阀。其中液压马达用于驱动回转，旋转轴承用于支撑抓斗及抓取的货物，回转油阀用于过渡连接抓爪油缸的管路避免抓手旋转时管路缠绕限制回转角度。本设计的旋转器总成直接从市场采购不需单独设计。如图26所示。1抓斗上盘2旋转器3抓斗下盘图26抓斗与小臂连接的旋转机构24原始几何参数的确定（1）大臂与小臂的长度比K1由于所设计的挖机适用性较强，一般不替换小臂及抓斗，故取中间比例方案，K1需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载取在1520之间，初步选取K118，即L1/L218。（2）抓斗斗容与主参数的选择斗容在任务书中已经给出Q25M按经验公式和比拟法初选L31600MM（3）小臂及抓斗液压系统主参数的初步选择各工作油缸的缸径选择要考虑到液压系统的工作压力和“三化“要求。初选大臂油缸内径D1140MM，活塞杆的直径D190MM。小臂油缸的内径D2140MM，活塞杆的直径D290MM。抓斗油缸的内径D3110MM，活塞杆的直径D380MM。又由经验公式和其它机型的参考初选大臂油缸行程L11000MM，小臂油缸行程L21500MM，抓斗油缸行程L31300MM。并按经验公式初选各油缸全伸长度与全缩长度之比12316。参照任务书的要求选择小臂及抓斗液压系统的工作压力P314MPA，闭锁压力PG343MPA。需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第三章运动学分析31小臂的运动分析如下图32所示，D点为小臂油缸与大臂的铰点点，F点为大臂与小臂的铰点，E点为小臂油缸与小臂的铰点。小臂的位置参数是L2，这里只讨论小臂相对于大臂的运动，即只考虑L2的影响。O小臂油缸与大臂的铰点点A大臂与小臂的铰点B小臂油缸与小臂的铰点小臂摆角图32小臂机构摆角计算简图在三角形DEF中L22L82L922COS2L8L92COS1（L22L82L92）/2L8L938由上图的几何关系知2MAX2MAX2MIN39则小臂的作用力臂E2L9SINDEF310显然小臂的最大作用力臂E2MAXL9，此时2COS1（L9/L8），L2SQR（L82L92）需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载32连接机构的运动分析抓斗相对于XOY坐标系的运动是L1、L2、L3的函数，现讨论抓斗相对于小臂的运动，如图35所示，G点为抓斗油缸与小臂的铰点，F点为小臂与大臂的铰点Q点为抓斗与小臂的铰点，V点为抓斗的抓爪点，K点为连杆与抓斗的饺点，N点为曲柄与小臂的铰点，M点为抓斗油缸与曲柄的铰点，H点为曲柄与连杆的铰点1。（1）抓斗连杆机构传动比I利用图33，可以知道求得以下的参数在三角形HGN中22HNGCOS1（L152L142L32）/2L15L1430HGNCOS1（L32L152L142）/2L3L1432GMNMNGMGN2230311在三角形HNQ中L272L142L2122COS23L14L21HNQCOS1（L212L142L272）/2L21L14312在三角形QHK中27QHKCOS1（L292L272L242）/2L29L27313在四边形KHQN中NHKNHQQHK314抓斗油缸对N点的作用力臂R1R1L13SIN32315连杆HK对N点的作用力臂R2R2L13SINNHK316而由R3L24，R4L3有3连杆机构的总传动比I（R1R3）/（R2R4）317显然317式中可知，I是抓斗油缸长度L3的函数，用L3MIN代入可得初传动比I0，L3MAX代入可得终传动比IZ。（2）抓斗相对于小臂的摆角3需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载抓斗的瞬时位置转角为37242610318其中，在三角形NFQ中7NQFCOS1（L212L22L162）/2L21L231910暂时未定，其在后面的设计中可以得到。当抓斗油缸长度L3分别取L3MAX和L3MIN时，可分别求得抓斗的最大和最小转角3MAX和3MIN，于是得抓斗的瞬间转角333MIN320抓斗的摆角范围33MAX3MIN321图33抓斗连杆机构传动比计算简图33抓爪的运动分析见图34所示，抓爪V点的坐标值XV和YV，是L1、L2、L3的函数只要推导出XV和YV的函数表达式，那么整机作业范围就可以确定，现推导如下由F点知32CFQ3462322在三角形CDF中DCF由后面的设计确定，在DCF确定后则有L82L62L122COSDCFL1L6323L62L82L122COS3L1L83COS1（L82L12L62）/2L1L8324在三角形DEF中L22L82L922COS2L8L9需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图34抓爪坐标方程推导简图则可以得小臂瞬间转角22COS1（L82L92L22）/2L8L93254、6在设计中确定。由三角形CFN知L28SQR（L162L122COS32L16L1）326由三角形CFQ知L23SQR（L22L122COS32L2L1）327由Q点知35CQV2332410328在三角形CFQ中L12L232L322COS33L23L333COS1（L232L32L12）/2L23L3329在三角形NHQ中L132L272L2122COS24L27L2124NQHCOS1L272L212L132）/2L27L21330在三角形HKQ中L292L272L2422COS26L27L2426HQKCOS1L272L242L292）/2L27L24331在四边形HNQK需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载NQH242633220KQV，其在后面的设计中确定。在列出以上的各线段的长度和角度之间的关系后，利用矢量坐标我们就可以得到各坐标点的值。第四章参数的计算及校核41小臂基本参数的确定411小臂参数的计算及选择应考虑的因素第一保证小臂液压缸有足够的斗齿抓取力。一般来说希望液压缸在全行程中产生的斗齿抓取力始终大于正常抓取阻力；液压缸全伸时的作用力矩应足以支撑满载斗和小臂静止不动；液压缸作用力臂最大时产生的的最大斗齿抓取力大于要求克服的最大抓取阻力。第二保证小臂液压缸有必要的闭锁能力。对于以转斗抓取力为主的中小型反铲，选择小臂机构参数时必须注意转斗抓取时小臂液压缸的闭锁能力，要求在主要抓取区内转斗液压缸的抓取力能得到充分的发挥。第三保证小臂的摆角范围。小臂的摆角范围大致在之间。大1052在满足工作范围和运输要求的前提下此值应尽可能小些，对以小臂抓取为主的中型机更应注意到这一点。一般说小臂愈长，其摆角也可稍小。当小臂液压缸和转斗液压缸同时伸出最长时，抓斗前壁与大臂之间的距离应大于10CM。412小臂液压缸的最大作用力臂及的计算9L8需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载根据小臂抓取阻力计算，并参考国内外同型机器小臂抓取力值，按要求的最大抓取力确定小臂液压缸的最大作用力臂，取整个小臂为研究对象，可得小臂油缸9L最大作用力臂的表达式为MAX232MAX9GPLEL3362678108140643MM图41小臂机构参数计算简图如图41所示，小臂液压缸初始力臂与最大力臂之比是小臂摆角的余20E2MAXE2MAX弦函数，则存在以下式子。2MAX8202AXMAX9COSSLE可见已定时愈大，和就愈小，即平均抓取力就越小。要得到较大的的L2AX2E0平均抓取力，就要尽量减少，初取MAX2MAX9由图41的几何关系有2AX2IN2IN9M2MIN2SI1LL90763SIN171292MM而16171292274067MM2MAXIN2L需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载同样由图41所示可知，由余弦定律知22MAX8MIN92MIN9COSLLLL221809176731763COS22311MM413小臂其它相关尺的计算小臂上取决于结构因素和工作范围（如图22），一般在EFQ130之间，初定，同样的大臂上的也是结构尺寸，并按结构因素170150DFZ分析，可初选。DZ42小臂的结构设计和强度校核421小臂的受力分析小臂要受到弯矩的作用，故要找出小臂的最大弯矩进行设计计算。根据分析和以往的实验表明，在抓斗进行抓取时，产生小臂最大弯矩的工况为抓取最大重物WK同时重物离小臂与大臂的铰接点最远时（此时重物最重，力臂最长故小臂的所受弯矩最大）；小臂所受最大弯矩工况位置，其满足以下条件1）小臂中心线处于水平位置。2）抓斗中心线处于水平位置。3）抓爪与抓斗下盘铰点和抓爪最前端连线处于水平位置。4）抓斗抓取最大重物。KW需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图42小臂最大弯矩工况时的小臂及抓斗简图422小臂受最大弯矩工况位置的受力分析在上述工况下小臂存在最大的弯矩，受到的应力也最大。该工况的具体简图如图42所示，取小臂及抓斗为研究对象，如图43所示，在该工况下存在的力有小臂及抓斗各部件所受到的重力；作用在抓斗上的抓取力，包IG括切向阻力，法向阻力，侧向阻力。1W23WHK连杆HN摆杆C大臂下铰点A大臂油缸下铰点B大臂与大臂油缸的交点F大臂上铰点D小臂油缸上铰点E小臂油缸下铰点G抓斗油缸下铰点Q抓斗下铰点K抓斗上铰点V抓斗抓爪当处于以上位置时，由图43可知以下的角度关系。201MIN2根据前面的已知的角度可求得，由图42所示可知，向量CF可以表示216为向量389COSIN62CF5162I需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图43F点坐标计算简图由前面的计算结果可知，269ZC8231DLM在中DEF907COS079EF通过上式可解得715同样在前面我已经确定了在四边形CDEF中QEFC269084由以上的角度关系可表达出向量FV,设向量FV与X轴的夹角为，则根据图22可知1803601845062则取正值就是39向量FV23COS14IN04L358086S连杆机构的总传动比为R，抓斗油缸对N点的作用力臂为；连杆HK对N点1R的作用力臂为；连杆对Q点的作用力臂为；抓斗对Q点的作用力臂；2R3R4R132243SIN5SI16082N758LMHKRLM需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载132484036651RI则可得此时抓斗的理论抓取力34810ODFIN切向阻力1W抓斗的重心到Q点的水平距离为2R2R3COS1405782LM取抓斗为研究对象，如图43所示，并对Q点取矩，则有1320QODMFWLGR代入数值可得51046848657805120N法向阻力的求解2W小臂及抓斗所受重力对C点的力矩有1252346207CIFMGXGXX441173096COSCS39062COS62ILLL4212COS0CSO2LL把，的值代入上式得1L35081CIMGN到C点的距离为1W0R23COSLCFV148683915COS6018450280889MM需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载到C点的距离为2W1R1SIN3895SIN06374RFVM法向阻力决定于大臂油缸闭锁力，21F726513406402310N取整个小臂及抓斗为研究对象，则有CM即11021IFEGWR把以上求得的数值全部该式可求得2N52小臂油缸作用力的求解GP向量FQ在X轴上的模量COS104FNQ2386M如图42所示，取小臂（带斗和连杆机构）为研究对象，则有0CM213232210GFNFNPEFWLGXRX将已知量代入数值可得3442107648064863578062130G解得23NP51而些时的小臂闭锁力为，略大于说明闭锁力中够726523406401230N2GP横向抓取力的求解KW需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载横向抓取力由回转机构制动器所承受，即的最大值决定于回转平台的制KWKW动力矩，故先要计算出制动力矩。地面附着力矩M435005G其中251NM在所设计的液压抓料机中采用的是液压制动，由经验公式求得回转机构的最制动力矩B5068210M557143BKVWNMXQ点作用力与作用力矩，的求解QXRYQXMY取连杆机构为研究对象，如图45所示，则有NH摇臂HK连杆G3铲斗油缸推力RK连杆的作用力RN摇臂的作用力RNG3XYYZNQKHRKNH摇臂HK连杆G3抓斗油缸推力RK连杆的作用力RN摇臂的作用力图45连杆机构的计算简图20X即3222COSCOSCOS0NKPXXHX0Y即3222SINSINSIN0NKGHRR其中7653410107810P需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载245GHX257NX15HKX将这些数值代入到上式中就可以得到51708COSCOSCOS0NKRIN4IN57IN15解上两式得5031NR190K如图44所示，取整个抓斗为研究对象，以V点为新坐标的原点，VQ为轴，3X过V点与VQ垂直的直线为，建立坐标，则有3Y3XOY30X即2COS150QXKWR代入数值得509S解得16QXN30Y即1SIN5QYKRW代入数值得0428910SIN50解得53QYN30YM即321YKMWLB代入数值得553071480210Y解得9NM30X即312XBMW代入数值得530412801X需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载解得53021XMNMN点的作用力与力矩，及的求解XRYNM取曲柄和连杆为研究对象，如图46所示则有3KHFNH摇臂HK连杆F3铲斗油缸推力NRNYRNXRK连杆沿HK方向的作用力RNY摇臂没HK方向的作用力RKNH摇臂HK连杆F3抓斗油缸推力RK连杆沿HK方向的作用力RNY摇臂没HK方向的作用力图46曲柄和连杆的受力图20X即3COS15NXKRP代入数值得55590COS170810NXN如图可知TANTAN241YFH同样根据图可知3NKMRPK代入数值得5519708301NMF点作用力与作用力矩的求解以小臂为研究对家，进行受力分析计算，以F为原点，FN为X轴，以垂直FN的FY为Y轴进行分析40X即2COSFXNXRPER40Y即2SINFYNYX需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载另外25234603841PN代入数值得555COS0123810FXRN38410IN47Y同样由图可知292COS5YNXMPLR3841007150235292SINZNYL538410I70421376则总力矩M2XY52521013N424小臂内力图的绘制根据最大弯矩工况所求出的小臂所受到的力和力矩，可以分别绘制出在最大弯矩工况下内力图。对于最大弯矩工况，小臂的内力图包括横向力，小臂平面内外的弯矩和剪力；最大弯矩工况下小臂的轴向力N图，如图48（单位N）图48最大弯矩工况下小臂N图最大弯矩工况小臂的图，如图49（单位N）YQ需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图49最大弯矩工况下小臂图YQ最大弯矩工况下小臂的图，如图410（单位）YMNM图410最大弯矩工况下小臂的YM由前面的受力分析知，在通过F点且与小臂下底板垂直的截面所受到的应力最大，是危险截面，故首先要对该截面进行计算，然后以此为基础再求解其它尺寸。425小臂宽度、钢板厚度、许用应力的选取由经验统计和其它同斗容机型的测绘，取小臂宽度210AM抓料机所用的钢板的厚度在我国一般为815MM，初选底板厚度10侧板厚度如图413所示10NM需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载如图413小臂截面在抓料机选用的结构钢材一般选16MN，其有足够的屈服极限和良好的机械性能，其屈服极限，在小臂中安全系数，则小臂的许用应力为350SMPA28N235018SPAN426小臂危险截面处高度H的计算危险截面的有效面积为2S2100S9H（41）62381M该截面对Z轴的惯性矩ZI（42）320102HZIHYDA322011H该截面对Y轴的惯性矩YI（43）105329102YIHZDA5H横截面的总面积1S需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载（44）120SH该横截面受到的最大正应力N（45）56123810FSH该截面受到最大的弯曲正应力，。YZ（46）53201YYMHHII（47）53372702ZZZII则截面所受到轴向拉应力与弯曲应力合成后有（48）NYZ由于剪应力的大小相对于弯矩所产生的弯曲正应力要上得多，为简化计算，在计算中简应力忽略不计，仅在校核中用，则有（49）由式41、42、43、44、45、46、47、48、49可解得197HM有了危险截面的结构尺寸，再结合前面的基本心尺寸，就可以利用软件小臂绘制出。这样小臂的所有尺寸就已经基本确定。43抓斗基本参数的确定431抓斗主要参数的计算抓斗的主要参数包括抓斗的宽度B，转动半径（抓爪开闭时绕抓爪销转动DR的半径）。这两个参数都可以用经验公式进行计算抓斗宽度的计算3310278178BM抓斗转动半径的计算3356DRQ需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载432爪形尺寸的计算根据抓斗主要参数可进一步设计计算爪形其它的结构尺寸，如图53所示图53抓斗爪形计算尺寸图中三角形OGE为等腰三角形，OA段直线，AB弧为抛物线，A点到直线EB的距离为H，抛物线定点高度为L，一般取HL，根据一般的取值范围，斗尖角2斗侧臂角，包角。40108计算的抓料机抓斗的各种参数。38QM12210086520141773008326594897508116MRXML433转角范围确定由最大抓取高度和最大卸载高度的分析，可以得到初始转角2MAXH3MAXHDO3AXSIN1DOL代入数值得8470548需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载解得50DO最大转角，其不易太大，太大会使斗齿平均抓取力降低，初选3MAXV3MAX16544小臂与抓斗部分链接机构参数确定图44抓斗连接机构计算简图摇臂的长度，连杆的长度；抓斗的长度；小臂的长度；F小臂的下铰12L29L3L2L点；G抓斗油缸的下铰点；N摇臂与小臂的铰接点；K抓斗的上铰点；Q抓斗的下铰点。其中由设计经验可知243056LK则有24321487LM和的确定3MAXLIN抓斗的最大抓取力阻力应该等于小臂的最大抓取力，即3MAXJF10KN粗略的计算小臂抓取平均阻力3MAX652JKN抓取阻力所做的功3MAXJF3JW需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载3MAX3JWFL（51）55314610486270NM由图54可知，抓斗油缸推力所做的功3（52）3MINPL6263MIN341010L由功能守恒知抓斗油缸推力所做的功应该等于抓斗抓取阻力所做的功；3W3JW（53）3J将式51和式52代入53中计算可得3MIN15806L则3AXI2903M剩余未选定的基本尺寸大部分为连杆机构尺寸，其应满足以下几个条件420MK5HN1Q319280FNLQ987GM在三角形GFN中利用余弦定律22COSFNGF代入数值得185945抓斗旋转机构参数确定第二章以进行过说明，旋转机构是通过中间的旋转器总成连接抓斗上下盘实现旋转，旋转器总成内包含有液压马达、旋转轴承以及回转油阀。本设计的旋转器总成直接从市场采购不需单独设计。下面主要对旋转机构中抓斗上下盘的尺寸进行设计说明。451旋转器总成的选用旋转器总成直接从市场采购不需单独设计，型号为SE2550。452抓斗上下盘尺寸确定根据前述关于小臂与抓斗链接机构、抓斗相关尺寸的计算配比得出抓斗上下盘尺寸确定如下需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载242531703,4,28LMLLM图45抓斗上下盘计算简图46抓斗翻转油缸参数确定461油缸缸工作压力计算手爪要能抓起工件必须满足（46）GKN321式中，为所需夹持力；安全系数，通常取122；1为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬2KGAK12运工件过程的加速度，为重力加速度；2/SM2/89SAG方位系数，查表选取；3K13K被抓持工件的重量3000；GG带入数据，计算得；N20理论驱动力的计算（47）1RBP式中，为柱塞缸所需理论驱动力；P为夹紧力至回转支点的垂直距离；B需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载为扇形齿轮分度圆半径；R为手指夹紧力；N齿轮传动机构的效率，此处选为092；其他同上。带入数据，计算得P370计算驱动力计算公式为（48）FKC41式中，为计算驱动力；C安全系数，此处选12；1K工作条件系数，此处选11；4其他同上。带入数据，计算得NFC920而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，故有（49）APC式中，为柱塞缸工作油压；为柱塞截面积；经计算，所需的油压约为MPA20462液压缸主要参数的确定针对本设计是一个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性、安全性。至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路、采用合适的调速回路和元件来实现。经过仔细分析，综合考虑各方面的因素，初步确定液压缸的基本参数如下；表32抓斗油缸缸参数缸内径M壁厚直径M行程工作压力MPA1001055354（9961350）1525需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载463液压缸强度的较核（1）缸筒壁厚的较核当D/时，液压缸壁厚的较核公式如下10（410）13402YPD式中，为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取为；YPMAPN6NYPP51为缸筒材料的许用应力，为材料抗拉强度，经查相关资料B/B取为650，为安全系数，此处取；MAN5带入数据计算，上式成立。因此液压缸壁厚强度满足要求。（2）活塞杆直径的较核活塞杆直径的较核公式为（411）4FD式中，为活塞杆上作用力；为活塞杆材料的许用应力，此处；41/B带入数据，进行计算较核得上式成立，因此活塞杆的强度能满足工作要求。47销轴与衬套的设计471销轴的设计由于销轴与衬套的配合间隙较小，故以剪应力强度作为销轴的基本尺寸的设计，抗压强度与抗弯强度用于校核用。由于2TFR则（41）T在设计计算时，应以所有工况中销轴所受到的剪应力最大值对销轴进行设计。在本设计中，销轴所选用的材料为40CRMNMO，其耐磨，在热处理后有着良好的综合机械性能。销轴设计成