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搬运 机械手 机构 控制电路 设计 全套 cad 图纸

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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计（论文）题目搬运机械手机构与控制电路设计（英文）DESIGNOFMANIPULATORMECHANISMANDCONTROLCIRCUIT院别机电学院专业机械电子工程姓名学号指导教师日期下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985搬运机械手机构设计与控制电路设计摘要机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用于按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产自动化和机械化，能在有害环境下操作以保证人的安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在工业部门中应用的机械手称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。设计包含了机械手的结构设计及控制电路设计，其中在结构设计这方面包含了机械手的手部结构、腕部结构、臂部结构设计及机身的整体结构设计。在控制电路设计这方面包含了液压驱动控制设计、器件的选择设计、PLC可编程自动控制电路设计。本毕业设计搬运机械手机构与控制电路设计非常适合作为机械电子工程这门专业大学四年的一个总结。因为其中包含了机械设计与电路设计，是机械与电子的结合体，能充分体现这门专业的内涵。关键词机械手；手部；腕部；臂部；机身；液压；电路搬运机械手机构设计与控制电路设计DESIGNOFMANIPULATORMECHANISMANDCONTROLCIRCUITABSTRACTMANIPULATORISAKINDOFAUTOMATICCONTROLANDFROMTHENEWPROCESSTOCHANGETHEMULTIFUNCTIONMACHINE,HEHASMULTIPLEDEGREESOFFREEDOM,CANCARRYOBJECTSTOCOMPLETETHEWORKINDIFFERENTENVIRONMENTSMECHANICALHANDCANIMITATEHANDANDARMFUNCTIONFORSOMEACTION,ACCORDINGTOAFIXEDPROGRAMTOCRAWL,MOVINGOBJECTSORTOOPERATETHEAUTOMATICTOOLOPERATIONDEVICEITCANREPLACEPEOPLEARDUOUSLABORTOREALIZEPRODUCTIONAUTOMATIONANDMECHANIZATION,CANOPERATEUNDERTHEHOSTILEENVIRONMENTTOGUARANTEETHESECURITYOFTHEPERSON,ANDSOITISWIDELYUSEDINMACHINERYMANUFACTURING,METALLURGY,ELECTRON,LIGHTINDUSTRYANDATOMICENERGYINDUSTRIESINTHEINDUSTRIALSECTORINTHEAPPLICATIONOFTHEMECHANICALHANDISCALLEDTHEINDUSTRIALMANIPULATORINDUSTRIALMACHINERYHANDISTHEMODERNAUTOMATICCONTROLINTHEFIELDOFANEWTECHNOLOGYDEVELOPEDINRECENTYEARS,ISAHIGHTECHAUTOMATEDPRODUCTIONEQUIPMENTINVOLVESMECHANICS,MECHANICAL,ELECTRICALANDHYDRAULICTECHNOLOGY,THEAUTOMATICCONTROLTECHNOLOGY,SENSORTECHNOLOGYANDCOMPUTERTECHNOLOGYANDOTHERFIELDSOFSCIENCE,ISANINTERDISCIPLINARYCOMPREHENSIVETECHNOLOGYITISCHARACTERIZEDBYAVARIETYOFPROGRAMMINGTOCOMPLETETHEEXPECTEDOPERATION,INTHESTRUCTUREANDPERFORMANCEOFBOTHPEOPLEANDMACHINESTOTHEIRRESPECTIVEADVANTAGES,ESPECIALLYINHUMANINTELLIGENCEANDADAPTABILITYMECHANICALHANDOPERATINGACCURACYANDENVIRONMENTTOCOMPLETEOPERATIONSCAPABILITY,INTHENATIONALECONOMYHASABROADDEVELOPMENTSPACETHISDESIGNINCLUDESTHESTRUCTUREOFTHEMANIPULATORDESIGNANDTHECONTROLCIRCUIT,WHEREINTHESTRUCTUREDESIGNTHATINCORPORATESAMECHANICALHAND,WRIST,ARMSTRUCTURESTRUCTURESTRUCTUREDESIGNANDTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHEDESIGNEARLYCONTROLCIRCUITDESIGNWHICHCONTAINSAHYDRAULICDRIVECONTROLDESIGN,CHOICEOFSENSORSDESIGN,PLCPROGRAMMABLEAUTOMATICCONTROLCIRCUITDESIGNTHISGRADUATIONDESIGN“HANDLINGMANIPULATORMECHANISMANDCONTROLCIRCUITDESIGN“ISSUITABLEFORTHEMECHANICALELECTRONICENGINEERINGTHISSPECIALIZEDUNIVERSITYFOURYEARSINASUMMARYBECAUSEOFWHICHINCLUDESTHEMECHANICAL下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985DESIGNANDCIRCUITDESIGN,MECHANICALANDELECTRONICINTEGRATION,CANFULLYREFLECTTHEPROFESSIONALCONNOTATIONKEYWORDSMECHANICALHANDHANDWRISTARMTHEFUSELAGEHYDRAULICCIRCUIT搬运机械手机构设计与控制电路设计目录第一章绪论111机械手的研究概况112机械手发展方向113工业机械手在生产中的应用214本设计中研究的主要内容3第二章搬运机械手的总体设计方案421机械手的组成422机械手基本结构的选择423机械手的执行机构424机械手的驱动机构425机械手的控制方式选择526机械手的技术参数列表5第三章搬运机械手手臂各部件的设计631机械手手部的设计计算6311手部设计基本要求6312手部机构的选择6313手抓的设计计算632腕部的设计计算17321腕部设计基本要求17322腕部机构的选择17323腕部的设计计算1833臂部的设计计算24331臂部设计基本要求24332臂部机构方案的选择25333臂部的设计计算27第四章机身的设计计算4041机身的总体设计4042机身的升降机构设计计算41421手臂偏重力矩的计算41422升降导向立柱不自锁条件分析计算42423机身升降液压缸驱动力矩的计算43424手臂升降液压缸参数计算4443机身的回转机构设计计算49431机身回转液压缸驱动力矩计算49432机身回转液压缸主要参数51434机身回转液压缸螺钉的计算52435动片与输出轴间的连接螺钉计算53436机身回转液压缸筒的壁厚校核5444联接板的设计55441联接板的介绍及作用55第五章液压驱动系统与控制电路的设计57下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098551驱动系统设计要求5752驱动系统设计方案5753驱动系统设计58531分功能设计分析58532液压泵的确定与所需功率计算5954控制电路设计66参考文献67致谢68附录A69搬运机械手机构设计与控制电路设计1第一章绪论11机械手的研究概况机械手是一种模拟人手操作的自动机械。可按人们所设计的固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。在工业生产生活中应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，更能提高生产效率，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。12机械手发展方向现阶段关于机械手的研究发展方向大体主要往重复高精度、模块化、机电一体化等方向上升级。（1）重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度,它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次,机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要,如果一个机器人定位不够精确,通常会显示一个固定的误差,这个误差下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852是可以预测的,因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围,它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高,它的应用领域也将更广阔,如核工业和军事工业等。（2）模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术,而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置,使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能,扩大了机械手的应用范围,是机械手的一个重要的发展方向。（3）机电一体化由“可编程序控制器传感器液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面，发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件,使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”，省配线的复合集成系统,不仅减少配线、配管和元件,而且拆装简单,大大提高了系统的可靠性。而今,电磁阀的线圈功率越来越小,而PLC的输出功率在增大,由PLC直接控制线圈变得越来越可能。13工业机械手在生产中的应用国内外机械工业中机械手主要应用于以下几方面（1）热加工方面的应用。热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作（2）冷加工方面的应用。冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。（3）拆修装方面的应用。拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装搬运机械手机构设计与控制电路设计3卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。14本设计中研究的主要内容本毕业设计搬运机械手机构设计与电路控制设计主要研究包括机械手机构和传动系统设计机械手搬运最大物重30KG，直径为以下尺寸的圆形棒料。物品10移动范围为半径为12M的扇形区域，高度变化范围为15M，要求设计寿命10年。完成机体和传动机构的总体设计，并完成指定零件的零件图设计。进行必要零部件的受力分析与强度验算；绘制总装图和相关零件图。必要时进行优化设计和应力分析。在以上给定参数条件下，设计出应用标准元件最多，体积最小、机构最为合理、强度足够，基本能交付工程实际的设计资料。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854第二章搬运机械手的总体设计方案21机械手的组成机械手是由执行机构、驱动机构以及控制机构三大部分组成。22机械手基本结构的选择机械手按其基本结构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、平面坐标式、柔软臂式、冗余自由度式、模块式等多种结构。由于本设计搬运机械手大多用于生产线上物料的上下搬运，所以所要求的自由度不高，只有机身的上下运动，手臂的伸缩及平面转动，腕部的翻转。结合上面多种结构，本设计将采用圆柱坐标式结构。圆柱坐标型机械手结构具有结构简单，定位精度较高，占地面积小等特点。23机械手的执行机构机械手的执行机构主要包括以下几部分（1）末端操作（执行）器又称手部，是在手腕上配置的操作机构，有时也称手抓。是操作机直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。（2）手腕是支乘和调整末端执行器姿态的部件，连接手部与臂部的部分。主要用来确定和改变末端执行器的方向；改变产品的空间方向；将作业载荷传递到手臂；扩大手臂的移动范围。（3）手臂是连接机身与手腕的部分，用于支乘和调整手腕与末端执行器位置的部件，由操作机的动力关节与连接杆件等构成。主要作用是改变手部的空间位置，满足机器手的作业空间，并将各种载荷传递到机座。（4）机身也称机座，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件，起支乘作用。分为移动式与固定式两类，对固定机器人，直接连接在地面基础上；对移动式机器人，则安装在移动机构上，可以扩大机器人的活动范围。24机械手的驱动机构根据机械手驱动的动力源不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气压、搬运机械手机构设计与控制电路设计5电动和机械驱动等四类。四种驱动进行对比，由于液压驱动具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便等优点，所以在本设计中将采用液压机构驱动机械手。25机械手的控制方式选择机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求，设计采用PLC动作顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。26机械手的技术参数列表最大抓去物重30KG自由度数4个自由度（手抓张合、手部回转、手臂伸缩、手臂回转、手臂升降）坐标形式圆柱坐标式抓取物料最大直径以下尺寸的圆形棒料10物品移动范围半径为R05M的扇形区域高度变化范围05M使用寿命10年下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709856第三章搬运机械手手臂各部件的设计31机械手手部的设计计算311手部设计基本要求（1）应具有适当的夹紧力和驱动力。考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。（2）应考虑到手抓抓取物料时是否会损坏物料便面精度或使物料发生变形。（3）手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度），以便于抓取工件。（4）要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。（5）应保证手抓的夹持精度。312手部机构的选择手部结构根据手抓开合的动作特点分为回转型和移动型两类。其中回转型又分为一支点回转和多支点回转；根据手抓夹紧是摆动还是平动，又分为摆动回转型和平动回转型。夹钳式手部中较多的是回转型手部，一般有单作用斜楔式回转型手部、滑槽式杠杆回转型手部、双支点连杠杠杆手部、齿条齿轮杠杆式手部等。平移型夹钳式手部大致可分为直线往复移动机构和平面平行移动机构两种类型。但由于平移型夹钳式手部是通过手指的指面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作，常用于夹持具有平行平面的工件（如箱体），其结构叫复杂，不如回转型手部应用广泛。综上其述本设计中将采用最结构简单，最常用的滑槽式杠杆会装型手部机构。313手抓的设计计算3131手抓结构的力学分析下面对其基本结构进行受力分析滑槽杠杆受力图如下搬运机械手机构设计与控制电路设计7图31滑槽杠杆时手部结构简图、受力分析图中在杠杆的作用下，销轴向上的拉力为F，并通过销轴中心点O点，两手指的滑槽对销轴的反作用为和，其力的方向沿滑槽的中心线和并指向O点。1F212则可得（31）0XF得（32）21（33）0YF得（34）COS21（35）F（36）001件M得（37）BFHN1（38）ACOS所以手抓的驱动力下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709858FABN2COS2（39）式中A手指的回转支点到对称中心的距离（MM）工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角由分析可知，当驱动力一定时，角增大，则握力也随之增大，但角过大FNF会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好，本设计中将设034。30这种手部的结构简单，具有动作灵活，手指开闭角度打等特点。3132夹紧力与驱动力的计算钳抓式手部夹紧力的计算必须根据手指和工件的形状、手指夹持工件时不同的方位进行具体分析，由工业机械手设计基础中表21所列出的不同形状的手指与工件在不同方位夹持式的夹紧力计算公式图32夹紧力计算公式由于本设计中时采用手指水平位置移动夹紧，工件水平放置，手指形状为V型指型夹持圆形棒料的形式，常用的V型块角有和两种，本设计中选取V型块角。9012120搬运机械手机构设计与控制电路设计9由上表可知（310）G50FN式中G为所夹持工件的重量（311）KG3/13即（312）N500FN驱动力（313）3COS1AB2COSAB22N为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及船里机构效率的影响，其实际的驱动力（314）21KF实式中手部的机械效率，一般取（085095）09安全系数，一般为（122）15件件工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可近似按以下估计，其中为被抓取工件运动时的最大加速度，件件为重力加速度（）件为运载工件的最大速度，设件M/SV10为系统达到的最高响应时间，一般取（003S05S），设ST50即（315）0218952/K由于手指长B与手指宽A尚未确定，无法确定驱动力大小，又由于B与A关系到手指的夹持精度，所以需先进行夹持定位精度分析。3133机械手手抓夹持精度的分析计算机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决与机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098510种的中、小批量生产中，为了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，需要注意选用合理的手部结构参数。如下图所示图33手抓夹持精度图钳口与钳爪的连接点E为铰链联结,如图示几何关系,若设钳爪对称中心O到工件中心O的距离为X,则X（316）22SIN/ABRL当工件直径变化时,X的变化量即为夹持精度（定位误差）,设工件半径R由变化到时,其最大定位误差为MARMIN（317）22SINAXAB/RL2SINM/ABRL其中本设计中所要求的是夹持以下的圆形棒料，由于夹持精度1050000缸工作压力P/MPA20速比133146；22由上表可得本设计中的速比为33333液压缸缸筒内径D和活塞杆直径D的确定A、液压缸缸筒内径D可按下式计算得（375）MMPAR714313504式中，NR150PA1查表32可取液压缸缸筒内径为D50B、活塞杆直径D可按下式计算得（376）M92431由表33可查活塞杆直径为MD253334最大工作行程和最小导向长度搬运机械手机构设计与控制电路设计29液压缸的最小导向长度是指当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离，若导向长度太小，式液压缸因间隙引起的初始挠度增大，从而影响液压缸的稳定性。对于一般液压缸的最小导向长度H应满足下列要求（377）MDLH50220式中L为最大工作行程M5一般导向套滑动面的长度A，在缸筒D80MM时，取缸筒内径D的0610倍，活塞宽度B取缸筒内径D的0610倍，为保证最小导向长度而过分的增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的，最好的办法是在导向套与活塞之间装一隔离套K，其长度C由所需的最小导向长度决定。采用导向套不仅能保证最小导向长度，而且还能扩大导向套及活塞的通用性。如下图所示图38导向长度导向套滑动面的长度（378）MA4058活塞宽度（379）B隔离套长度（380）MAHC3523335缸筒壁厚和外径计算根据标准液压缸外径系列表选择，为了尽可能满足要求，由下表可选取液压缸外下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098530径为，即伸缩液压缸的壁厚为MD602M5表36标准液压缸外径系列表（JB106867）液压缸内径405063809010011012514015016018020020钢MPA1605060769510812113316814618019421924545钢250607695108121133168146180194219245计算缸筒壁厚的合成应力和厚度时必须考虑不同的比值和材质，采用不同的/D强度计算公式。当时，为薄壁10/D（381）2PY当时，为厚壁10/（382）1P3402DY式中D缸筒直径缸筒试验应力，当缸的额定压力时取，所以YPMPA16NNYP5151Y缸筒材料的许用应力，为材料的抗拉强度，N为安全系数，/BB一般取N5,缸筒材料选用35号钢，其抗拉强度查表得，PA540搬运机械手机构设计与控制电路设计31。108N/B将数据代入公式得缸筒壁厚（383）34701825DPY（384）PY符合要求。所以取缸筒壁厚，为厚壁。M5缸筒外径为（385）DE601523336缸底参数计算及校核缸底材料选择材料选用35号钢，其抗拉强度查表得MPA540B（386）MPDY92108550所以缸底厚度取M3337液压缸稳定性和活塞杆强度校核（1）油缸稳定性的计算因为油缸的工作行程较大，则在油缸活塞杆全部伸出时，计算油缸受最大作用力压缩时油缸的稳定性。假设油缸的活塞杆的推力为F，油缸稳定的极限应力为，则油缸稳定性的条件KF为。KF按下式得到K下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098532（387）12JFKK式中可先算出和的值从下表查出相对应的值，然后再计算的值。1JFK12L12JKF图39时临界力的计算图512J（388）641D（389）12DJ式中为活塞杆直径、为缸体外径、为缸体内径。1D1其中搬运机械手机构设计与控制电路设计33（390）1965423641DJ（391）3752004412D所以（392）14196537201J取（393）512J图310液压缸纵向弯曲、为长度、上的断面惯性矩。2J12L1查时临界力的计算图，可由且查上表得51212L50L581JFK（其中，活塞杆头部至油缸A点处的距离缸体尾部至油缸A点处的距离）1L2L所以下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098534（394）647101958212JFKK（395）50K即油缸的稳定性是满足条件。（2）活塞杆强度的验算因为活塞杆长，活塞杆直径，即为细长杆，其活塞50L25D102DL杆强度需同时考虑压缩和弯曲。判别最大挠度点位置之值可由式计算XFJEX12式中活塞杆材料的弹性模量，对于钢材1EMPAA51020活塞杆截面惯性矩1J所以（396）507211509624321LFJEX短行程液压缸的活塞杆，在工作中主要承受轴向压缩（或拉伸）载荷，故可近似地按中心受压（或受拉）进行强度验算，即（397）件DF214式中活塞杆外径D空心活塞杆内径，对于实心活塞杆101DF液压缸的最大推力（）NF5活塞杆的压（或拉）应力搬运机械手机构设计与控制电路设计35活塞杆材料的许用应力，其中为材料的屈服极限，N/SS为安全系数，通常取，活塞杆材料选用45号钢，其屈服极限为41NMPAS35即（398）625341/NS所以（399）件DF0632541421满足条件要求。3338连接零件的强度计算首先确定油缸缸筒与缸盖采用螺纹连接，钢筒与缸底采用焊接方式，此种方式能够使液压缸紧凑牢固。（1）缸筒与缸底焊缝的强度计算对接焊缝的应力及强度条件为（3100）DDFE24式中F液压缸的最大推力缸筒外径ED焊接内径2D焊接效率，取70焊接的许用应力。，为焊条的抗拉强度，当采用T422焊NBB条时，取安全系数PAB5104243所以下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098536（3101）MPADDFE7942560143422（3102）NB其中符合条件。（2）缸筒与缸盖的螺纹连接强度计算缸筒螺纹处的强度计算螺纹处的拉应力（3103）21DDKF螺纹处的剪应力（3104）410DKF合成应力及强度条件为（3105）N23式中F油缸的最大推力D缸筒内径螺纹外径0D螺纹内径，当采用普通螺纹时（GB19663）时，可近似按下式计算，11D，T为螺距D20K螺纹预紧力系数，取512K螺纹内摩擦系数（），一般取；1071120K搬运机械手机构设计与控制电路设计37螺纹的许用应力，其中为缸筒材料的屈服极限，N为/SS安全系数，通常取，缸筒材料选用35号钢，其屈服极限为，则521NMPAS310430/S由前面计算可得，则查机械零件手册，采用普通螺纹基本尺寸MD50（GB/T1932003）公称直径第一系列60，可得螺距，2T60D所以（3106）MTD5672160201（3107）92043221DKF（3108）4356701404410D（3109）179392322N因为，所以满足强度条件。N3339液压油缸其它零部件的确定（1）活塞与缸筒和活塞杆间的密封装置由于活塞与缸筒内壁间存在相对运动，因此该密封属于动密封，这里采用O型密封圈，具有结构简单，密封性能好，安装空间小，拆装方便等优点。此处选用GB/T345232005标准O型圈50265。活塞与活塞杆件的密封属于静密封，通常是在活塞与活塞杆连接部位的配合间隙表面之间采用O型圈密封，密封槽通常开在轴上，以便于加工与拆装。但当活塞杆与活塞连接部位的轴径较小时，密封槽开在活塞内孔上。此处选用GB/T345232005标准O型圈25265，密封槽开在活塞内孔上。（2）活塞杆的导向套和防尘活塞杆导向套在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098538置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处。防尘圈选用A型防尘圈，直径范围6390MM，材料为丁腈橡胶，在外表面上具有梳子型截面的密封表面，保证了它在沟槽中可靠的定位。33310导向机构的设计导向机构的作用是保证液压缸活塞杆伸出时的方向性，提供机构刚度，保证伸缩量的准确性。导向选择圆柱导轨导向，导轨为伸缩臂基座上得一部分，经加工而成，材料选择为45号钢。圆柱导轨的弯曲强度及挠度的校核（1）导轨的弯曲应力（3110）ZWMMAX（3111）MNNFLM750150（3112）974231324DD324ZW（3113）MPAZ794750MAX由前面可知，所以符合要求。MP6253MAX因为只计算了一边得矩形导轨，由结构可知还有另外一边得导轨支撑，故满足条件。（2）杆的挠度此杆为一悬臂梁，根据简单载荷作用下梁的挠度和转角公式（3114）EIFL2搬运机械手机构设计与控制电路设计39（3115）EIFLW3式中EI是截面抗弯刚度，E为弹性模量E200GPA（3116）85944031643DD164I4（3117）85912032EIFL（3118）502074353ILW本式计算是完全把载荷加在导轨上，实际是载荷由导轨和活塞杆共同承受，所以导向杆的挠度会更小，符合设计要求。（3）导轨的表面处理及润滑1、导轨表面淬火，可以提高表面硬度增加导向杆的耐磨性，也可以保证导向杆的韧性，同时需要精加工以提高导轨的精度要求。2、导轨的润滑可采用润滑脂润滑，或是采用润滑油润滑。此处采用润滑脂润滑。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098540第四章机身的设计计算41机身的总体设计机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空轨道运动。本设计中的机身选择固定式。在本设计中考虑生产应用中常需要使手臂作回转运动，所以设计机械手将实现手臂的回转运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的90运动机构，就要综合考虑，分析。机身承载着手臂作回转和升降运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种（1）回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。（2）回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。（3）活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现，齿条搬运机械手机构设计与控制电路设计41的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。分析经过综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构。本设计机身包括两个运动，机身的回转和升降。手臂部件与回转缸的上端盖连接，回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动手臂回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的。活塞杆采用空心，内装一花键套与花键轴配合，活塞升降由花键轴导向。花键轴与与升降缸的下端盖用键来固定，下短盖与连接地面的的底座固定。这样就固定了花键轴，也就通过花键轴固定了活塞杆。这种结构是导向杆在内部，结构紧凑。驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔，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。90下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854242机身的升降机构设计计算图41手臂各部件重心位置图（试估计）421手臂偏重力矩的计算初估算各部件的重量（41）NG件301（42）5（43）件（44）NG01即（45）件5530初估算各部件到机身中心距搬运机械手机构设计与控制电路设计43ML件120ML件105L件950ML件60即重心到回转轴线的距离为（46）GLLLLG8710524321所以手臂偏重力矩为（47）MNLM件938705422升降导向立柱不自锁条件分析计算手臂在的作用下有向下的趋势，而立柱导套则有防止这种趋势的发生。件G由力的平衡条件得（48）21F（49）LGH件R1即（410）HLF21所谓不自锁的条件为（411）FGR件121（取），即250F（412）HLF件（413）MLFH4358702其中为升降缸之上零件的总重量G总（414）件件GG试估计回转缸重；活塞杆重N250回转缸N50因此（415）件件18210下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098544所以（416）NHLGF件R3704581在设计中必须考虑到立柱导套长度大于M式中摩擦系数F立柱导套的长度H423机身升降液压缸驱动力矩的计算由手臂升降驱动力的公式得（417）件件GFF（1）的计算摩F（418）FR件2（取）由前面可知，250FNFR370即（419）NFR件185022（2）的计算件F由摩擦力公式（420）TGVGF件式中由静止加速到常速的变化量（MM/S）V启动过程时间（T），一般取001S005S。假设机身液压缸启动速度为SMV/025启动时间为，TKGN/89代入数据得TGVGF件23675028915搬运机械手机构设计与控制电路设计45（421）（3）的计算件F一般背压阻力较小，为了计算方便，本设计中将其忽略不计。（4）的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在机身设计中，采用O型密封圈，当液压缸工作压力小于10MPA时，液压缸密封处的总的摩擦阻力一般为（422）件F03综上所述分析计算液压驱动力为（423）1850326185件件件FGFF所以当液压缸向上驱动时N394驱当液压缸向下驱动时件2424手臂升降液压缸参数计算经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力，液压缸的工作压力由驱动力与液件F压缸工作压力关系表31可得。MPA14241液压缸内径的确定当油从无杆腔进入（424）DPF件421当油从有杆腔进入（425）D件422液压缸的有效面积（426）PFS由上式得（油从无杆腔进入）（427）D14下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098546（油从有杆腔进入）（428）24DPFD式中手臂升降液压缸驱动力（）件FN液压缸内径（）M活塞杆直径（）D液压缸机械效率，在工程机械中可用耐油橡胶查表得090液压缸的工作压力（）PMPA综上所述可知（429）FD4带入数据得（430）M275根据标准液压缸内径系列（GB/T23481993）表32，为了更好的满足要求，选取液压缸的内径为MD804242活塞杆直径D计算活塞杆直径根据工作压力和液压缸的往复速度比表35来选取。由表可得本设计中的速比为，则活塞杆的直径为31（431）MDD853901由表33可查活塞杆直径为M564243液压缸壁厚与外径的确定根据标准液压缸外径系列表选择，为了尽可能满足要求，由表36可选取液压缸外径为，即升降液压缸的壁厚为MD952M57搬运机械手机构设计与控制电路设计47所以手臂升降液压缸主要参数为表41手臂升降缸主要参数液压缸内径D液压缸外径D工作压力P活塞杆直径D驱动力FM80M95MA1M45N3944245机身升降液压缸螺钉的计算液压缸端盖上每个螺钉在危险截面上所承受的拉力为（432）件F即工作拉力与参与预紧力之和。计算如下液压缸工作压强为,所以由表34可查得螺钉间距小于,试选择MPA1TM1504个螺钉，（433）MD15086240所以选择螺钉数目合适个Z受力截面（434）2222034504MRRS所以（435）NZPSF45726031，此处连接要求有密封性，故取（1518），取。KF件K61K（436）KF件8391547261所以（437）NN件2314895472下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098548螺钉材料选择Q235，则，安全系数N取15（1225）MPANS160524螺钉的直径由下式得出（438）F314DF为总拉力即总F（439）MD93106432814螺钉的直径选择取标准。M54246机身升降液压缸筒的壁厚校核液压缸的壁厚为（440）M572809壁厚按下式进行校核（441）16D该液压缸壁为薄壁（442）2PY式中D缸筒直径缸筒试验应力，当缸的额定压力时取，所以YPMPA16PNNYP5151Y缸筒材料的许用应力，为材料的抗拉强度，N为安全/BB系数，一般取N5,缸筒材料选用35号钢，其抗拉强度查表得，PA540B。108N/B将数据代入公式得缸筒壁厚搬运机械手机构设计与控制电路设计49（443）560182DPY所以该升降液压缸的壁厚满足要求。4247机身花键轴的强度校核该花键在机身升降液压缸中属于动连接，所传递的转矩为回转液压缸的转矩。因此在动连接时，其强度条件为（444）PZHLDTM20式中传递的转矩，TN载荷分布不均匀系数，有齿数多少而定，一般取807花键的齿数Z齿的工作长度，LM花键齿侧面的工作高度H花键的平均直径，对于矩形花键，MD2DDM许用压强，。查表得PMPA10所以代入数据得（445）MPAAZHLDTM105428068320即选用该花键强度适用。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098550图41机身升降液压缸工作原理当液压油从下端油口输入时，升降液压缸将做上升运动，液压油从上端油口回油；当液压油从上端油口进油时，液压缸做下降运动，液压油从下端油口回油。43机身的回转机构设计计算431机身回转液压缸驱动力矩计算机身回转液压缸驱动力矩应与手臂运动是所产生的惯性力矩及各密封装件M件M置出的摩擦阻力矩相平衡。件即（446）件件（1）的计算件M（447）TJM件0式中回转液压缸动片角速度变化量（），在启动过程中；RAD/S搬运机械手机构设计与控制电路设计51启动过程的时间（S）T手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量（）0J2SMN其中手臂回转零件的重心与回转轴的距离为，L870则（448）GLGJ件C20式中回转零件的重心的转动惯量CJ（449）123RHMJC回转部件可以等效为一个高，半径为的圆柱体，圆柱体重量为12060,设启动角速度,启动时间。NG件105RAD/S34ST1所以（450）22221310689051SMNRHMJC（451）22209473GLG件C（452）TJM61030（2）和的计算件为了方便计算，密封处的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，件M3故在这里忽略不计，即。0件所以（453）件件M03296即（454）N35下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098552432机身回转液压缸主要参数回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩件M驱动力矩作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩为（455）件RRPBM2（456）2RB总阻力矩式中手腕回转时的总阻力矩件MN回转液压缸的工作压力PMPA缸体内孔半径RM回转轴的半径，设计时按R521DD动片宽度B为了减少动片与输出轴的连接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度时应选用（457）2RRB综上考虑回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动手臂回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的。，根据前面的计算公式试估计个尺寸可得粗取液压缸工作压力，,则由MB80MPA4MR18（458）2RB得（459）MRBPR0471804835226搬运机械手机构设计与控制电路设计53根据标准液压缸内径系列，为了尽可能满足要求，取MD10根据标准液压缸外径系列表选择，为了尽可能满足要求，取液压缸外径MD12所以手臂回转液压缸主要参数为表42手臂回转液压缸主要参数工作压力P液压缸内径D液压缸外径D动片宽度B输出轴直径D驱动力矩MMA4M1012M8036MN2305434机身回转液压缸螺钉的计算液压缸端盖上每个螺钉在危险截面上所承受的拉力为（460）件F即工作拉力与参与预紧力之和。计算如下液压缸工作压强为,所以由表34可查得螺钉间距小于,试选择MPA1TM1506个螺钉，（461）MD15074620所以选择螺钉数目合适个Z受力截面（462）2222034180MRRS所以（463）NZPSF50643106，此处连接要求有密封性，故取（1518），取。KF件K61K下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098554（464）NKF件48102561所以（465）N件4136802564螺钉材料选择Q235，则，安全系数N取15（1225）MPANS螺钉的直径由下式得出（466）FD314F为总拉力即总F（467）MD681061434螺钉的直径选择取标准。M2435动片与输出轴间的连接螺钉计算动片和输出轴之间的连接螺钉一般为偶数，输出轴即为手抓液压驱动缸的缸体。螺钉由于油液冲击产生横向载荷，由于预紧力的作用，将在接合面处产生摩擦力以抵抗工作载荷，预紧力的大小，以接合面不产生滑移的条件确定，故有以下等式（468）ZIFFM/DDPB件024为预紧力,为接合面摩擦系数，取（010016）范围的015，即钢和铸铁零件，