毕业设计（论文）-冲压机械手-手臂部分设计(含全套CAD图纸)

优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763冲压机械手手臂部分设计摘要早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。我们将那种用于实现人手各种功能的装置称为机械手。它一般用于工业领域中。简单的讲，机械手模仿人手的动作，按照控制给定程序、轨迹和要求来实现抓取、搬运或操作的自动化装置。冲压机械手是在自动化设备的基础之上，根据现实生产中冲压的实际特点，专门为实现无人生产而研发的机械设备，有利于企业提高整条生产效率。本文在收集有关机械手手臂部分的资料之后，对掌握的资料进行分析，提出符合生产实际的冲压机械手手臂的设计方案。根据选定的设计方案逐个对机械手手臂部分的手部、腕部、手臂三大部分进行设计与校核，最后还通过AUTOCAD软件绘制了冲压机械手手臂部分的装配图和零件图。关键词冲压机械手，手臂，油缸，设计优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763STAMPINGROBOTARMPARTOFTHEDESIGNABSTRACTINTHEEARLY20THCENTURY,WITHTHEDEVELOPMENTOFMACHINETOOLS,AUTOMOBILEMANUFACTURINGAPPEAREDMANIPULATORWEWILLACHIEVETHEKINDOFMANPOWERFORTHEVARIOUSFUNCTIONSOFTHEDEVICECALLEDAROBOTITISGENERALLYUSEDINTHEINDUSTRIALFIELDSIMPLYSPEAKING,THEROBOTHANDTOMIMICTHEACTION,INACCORDANCEWITHAGIVENPROGRAMCONTROL,TRAJECTORYANDREQUIREMENTSTOACHIEVETHECAPTURE,HANDLINGOROPERATIONOFAUTOMATEDDEVICESSTAMPINGROBOTISBASEDONTHEAUTOMATEDEQUIPMENT,ACCORDINGTOTHEACTUALCHARACTERISTICSOFTHEREALPRODUCTIONSTAMPING,DEDICATEDTOTHEPRODUCTIONANDDEVELOPMENTOFUNMANNEDMACHINERYANDEQUIPMENT,HELPENTERPRISESTOIMPROVETHEEFFICIENCYOFTHEENTIREPRODUCTIONINTHISPAPER,AFTERCOLLECTINGINFORMATIONONTHEPARTOFTHEROBOTARM,THEANALYSISOFTHEAVAILABLEINFORMATION,PRESENTEDINLINEWITHTHEACTUALPRODUCTIONOFPUNCHINGROBOTARMDESIGNONEBYONEARMOFTHEROBOTHANDPORTIONOFTHEWRIST,ARMTHREEPARTSDESIGNEDANDCHECKEDACCORDINGTOTHESELECTEDDESIGN,FINALLYPUNCHINGTHROUGHTHEAUTOCADSOFTWARETODRAWAPORTIONOFTHEROBOTARMASSEMBLYDRAWINGANDPARTSDIAGRAMKEYWORDSSTAMPINGROBOT,ARM,CYLINDER,DESIGN优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111机械手概述112机械手在生产中的应用113机械手的组成2131执行机构2132驱动机构3133控制系统分类314国内外发展趋势3第2章冲压机械手手臂部分总体设计521手臂臂力的确定522手臂工作范围的确定523手臂确定运动速度524手臂的配置形式625位置检测装置的选择626驱动与控制方式的选择6第3章手部设计计算731手部设计基本要求732手部力学分析733夹紧力及驱动力的计算934机械手手抓夹持精度的分析计算1034手部夹紧缸的设计11第4章腕部设计计算1241腕部设计基本要求1242腕部结构的选择1243腕部回转力矩的计算13优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763431腕部转动时所需的驱动力矩计算1344腕部回转缸设计15441回转缸基本尺寸计算15442油缸盖螺钉的计算16443动片和输出轴间的连接螺钉17第5章臂部设计计算1951臂部设计的基本要求1952手臂结构的选择19521常见手臂伸缩机构19522手臂伸缩运动19523导向装置2053手臂伸缩驱动力计算21531手臂摩擦力的分析与计算21532手臂密封处的摩擦阻力的计算22533手臂惯性力的计算2254手臂伸缩缸设计23541确定液压缸的结构尺寸23542液压缸外径的设计24543活塞杆的计算校核24544油缸端盖的连接方式及强度计算25参考文献28致谢29优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载1第1章绪论11机械手概述早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。我们将那种用于实现人手各种功能的装置称为机械手。它一般用于工业领域中。简单的讲，机械手模仿人手的动作，按照控制给定程序、轨迹和要求来实现抓取、搬运或操作的自动化装置。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它可代替工人进行一般的工作。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在中小批量生产中获得比较广泛的应用。机械手的积极作用表现在其一、它能代替部分的人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的装运；其三、它能利用必要的机具进行焊接与装配，显著的提高劳动生产率，因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用更广泛。在我国近几年也有着较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。冲压机械手是在自动化设备的基础之上，根据现实生产中冲压的实际特点，专门为实现无人生产而研发的机械设备。能够取代工人在各个冲压工位上进行的物料冲压、搬运、上下料等工作，有利于企业提高整条生产线效率。另外，对于冲压等重复性、危险性、节拍高的加工行业，在节约人力劳动成本，提高人工及设备安全性，保持产品产能、质量和工艺稳定性等方面是现代化与工业化“开拓创新”的重要精神体现。因此，研究冲压机械手，具有十分重要的意义。12机械手在生产中的应用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优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载2点之一。新世纪，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衔接起来，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，也能有效的避免了人身事故。在机械工业中，机械手的应用具有以下重要意义（1）可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的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）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、有放射性或有其它毒性污染的场合，用人手直接操作是根本不可能的。应用机械手则可部分或全部代替工人安全的完成作业，大大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。（3）可以减少人力，便于生产代替人手进行工作，是直接减少人力的一个侧面，连续地工作，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装有机械手，用以减少人力和更准确地控制生产的节奏，便于有效的生产。13机械手的组成工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。131执行机构（1）手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构形式教多，常用的有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。（2）腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载3个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。（3）臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。（4）行走机构有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。132驱动机构驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。133控制系统分类在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。14国内外发展趋势目前国内机械于主要用于机床加工、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。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，以便更好的发挥机械手的作用。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。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载4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。国外机械数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，量产产品达到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。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载5第2章冲压机械手手臂部分总体设计21手臂臂力的确定目前使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为015N，最大为8000N。本液压机械手的臂力为N臂1650（N），安全系数K一般可在153，本机械手取安全系数K2。定位精度为1MM。22手臂工作范围的确定机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如下手腕回转角度115手臂伸长量150MM23手臂确定运动速度机械手各动作的最大行程确定之后，可根据生产需要的工作拍节分配每个动作的时间，进而确定各动作的运动速度。液压上料机械手要完成整个上料过程，需完成夹紧工件、手臂升降、伸缩、回转，平移等一系列的动作，这些动作都应该在工作拍节规定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复考虑，对分配的方案进行比较，才能确定。机械手的总动作时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按时间长的计算，分配各动作时间应考虑以下要求给定的运动时间应大于电气、液压元件的执行时间；伸缩运动的速度要大于回转运动的速度，因为回转运动的惯性一般大于伸缩运动的惯性。在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较底的运动速度。机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系，应根据具体情况加以确定。在工作拍节短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行。为此驱动系统要采取相应的措施，以保证动作的同步。液压上料机械手的各运动速度如下手腕回转速度V腕回40/S手臂伸缩速度V臂伸50MM/S优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载6手指夹紧油缸的运动速度V夹50MM/S24手臂的配置形式机械手的手臂配置形式基本上反映了它的总体布局。运动要求、操作环境、工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用机座式。机座式结构多为工业机器人所采用，机座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构，已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机座顶部与手臂配置在机座立柱上两种形式，本机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械手多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩与回转运动，工作范围较大。25位置检测装置的选择机械手常用的位置检测方式有三种行程开关式、模拟式和数字式。本机械手采用行程开关式。利用行程开关检测位置，精度低，故一般与机械挡块联合应用。在机械手中，用行程开关与机械挡块检测定位既精度高又简单实用可靠，故应用也是最多的。26驱动与控制方式的选择机械手的驱动与控制方式是根据它们的特点结合生产工艺的要求来选择的，要尽量选择控制性能好、体积小、维修方便、成本底的方式。控制系统也有不同的类型。除一些专用机械手外，大多数机械手均需进行专门的控制系统的设计。驱动方式一般有四种气压驱动、液压驱动、电气驱动和机械驱动。参考工业机器人表96和表97，按照设计要求，本机械手采用的驱动方式为液压驱动，控制方式为固定程序的PLC控制。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载7第3章手部设计计算31手部设计基本要求1应具有适当的夹紧力和驱动力，应考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需要的驱动力大小是不同的。2手指应具有一定的张开范围，以便于抓取工件。3在保证本身刚度，强度的前提下，尽可能使结构紧凑，重量轻，以利于减轻手臂负载。4应保证手抓的夹持精度。32手部力学分析通过综合考虑，本设计选择二指双支点回转型手抓，采用滑槽杠杆式，夹紧装置采用常开式夹紧装置，他在弹簧的作用下手抓闭合1手指2销轴3拉杆4指座图31滑槽杠杆式手部受力分析下面对其基本结构进行力学分析滑槽杠杆图32A为常见的滑槽杠杆式手部结构。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载8AB图32滑槽杠杆式手部结构、受力分析1手指2销轴3杠杆在杠杆3的作用下，销轴2向上的拉力为F，并通过销轴中心O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心线和并指向点，交和的延长线于A及B。O2O12由0得XF0得Y12COSF由0得HML1FNCOSAHF2NB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。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载9由分析可知，当驱动力F一定时，角增大，则握力也随之增大，但NF角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好03433夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按公式计算123NFKG式中安全系数，通常1220；1K工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估2其中A是重力方向的最大上升加速度，G98M/S；G1MAXVT响运载时工件最大上升速度；MAXV系统达到最高速度的时间，一般选取00305S；T响方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择；3KG被抓取工件所受重力（N）。计算设A32MM,B55MM,27；机械手达到最高响应时间为05S，求夹紧力和驱动力和驱动液压缸的尺寸。F1设1650MM/S05S1KMAXVST101G120353根据公式，将已知条件带入1610103516509332NNF根据驱动力公式得优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载102933225467N计算FABCOS2NF327COS5取850329961N计算实际F850246734机械手手抓夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确，抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，一定要进行机械手的夹持误差分析。图33手抓夹持误差分析示意图该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持范围为6585MM。夹持误差不超过3MM，分析如下工件的平均半径45MMCPR2603手指长L55MM，取V型夹角01优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载11偏转角64341COSLINRCP1OS60IN245按最佳偏转角确定6434计算理论平均半径120SIN60COS643445MMCSI0因为MIN0MAXR22AX221ASINLCOSISILL222224036SIN014360SIN106IN148422MIN2MIN2ASINLACOSSLRL222224036SIN014360SI106I310166所以14843夹持误差满足设计要求。34手部夹紧缸的设计确定液压缸的直径D24FDP实际选取活塞杆直径D05D，选择液压缸压力油工作压力P5MPA则D00319M）（实际25014P750196根据液压缸内径系列表（JB82666），选取液压缸内径为D32MM，根据装配关系，外径为50MM。则活塞杆直径为D320516MM，选取D16MM夹紧缸的工作行程不需要很大，此处选行程S10MM优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载12第4章腕部设计计算41腕部设计基本要求（1）力求结构紧凑、重量轻腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。（2）结构考虑，合理布局腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。（3）必须考虑工作条件对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。42腕部结构的选择腕部结构有四种，分别为（1）具有单自由度的回转缸驱动的腕部结构（2）用齿条活塞驱动的腕部结构（3）具有两个自由度的回转缸驱动腕部结构（4）机液结合的腕部结构本次设计要求腕部有一个回转自由度，因此，综合考虑分析，选择第一种结构，其特点直接用回转油缸驱动实现腕部的回转运动，具有结构简单、灵活等优点而被广泛采用。本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小，但密封性差，回转角度为115如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。夹紧缸体也指座固连成一体。当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动，即为手腕的回转运动。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载13图3机械手的腕部结构43腕部回转力矩的计算431腕部转动时所需的驱动力矩计算驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。腕部转动时所需的驱动力矩可按下式计算NM驱M惯偏摩封M式中M驱驱动手腕转动的驱动力矩M惯惯性力矩（NM）优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载14M偏参与转动的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回转缸体的动片）对转动轴线所产生的偏重力矩（NM）M摩手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩（NM）图4腕部回转力矩计算图（1）腕部加速运动时所产生的惯性力矩惯M若腕部启动过程按等加速运动，腕部转动时加速度为RAD/S，启动过程所需的时间为S，或转过的角度为RAD，则T（惯J1T或（惯M12式中参与腕部转动的部件对转动轴线的转动惯量（KGM）；J2工件对腕部转动轴线的转动惯量（KGM）。12（2）腕部转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩偏M因为手抓夹持在工件中间位置，所以E等于0，即GEGE0偏M13（3）腕部转动轴载轴颈处的摩擦阻力矩摩M为简化计算，一般取01摩总驱力矩（4）回转缸的动片和缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩，封M与选用的密封装置类型有关，应根据具体情况加以分析。设夹取冲压件宽度100MM，长度1000MM，重量50KG，当手部夹持工件中优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载15间位置回转时，将手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个018圆柱体，长H150MM，半径为60MM，其所受重力为G200N等速转动角速度。SRADS/493/2因为（惯MJ1200367J21MR2GG068912SMN41979132LM535222代入003674197947惯M31409所以01047驱总驱力矩5222驱MMN44腕部回转缸设计441回转缸基本尺寸计算回转缸油腔内径D计算公式为23810DBPM驱式中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/D1525；B动片宽度，可按2B/DD2选取。选定回转缸的动片宽B50MM，工作压力为5MPA，D50MM949MM235064810D按标准油缸内径选取内径为100MM。表41液压缸的内径系列（JB82666）（MM）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载16设定腕部的部分尺寸根据表41设缸体内壁半径R55MM，外径按中等壁厚设计，由表42选取168MM，动片宽度B66MM，输出轴R25MM。基本尺寸如图41所示。则回转缸工作压力P659MPA，所以选择P7MPA。2RRBM02506图41腕部液压缸剖截面结构示意表42标准液压缸外径（JB106867）（MM）油缸内径405063809010011012514015016018020020钢，P165060769510812113316814618019421924545钢，P2050607695108121133168146180194219245442油缸盖螺钉的计算图42缸盖螺钉间距示意表43螺钉间距T与压力P之间的关系优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载17工作压力P（MPA）螺钉的间距TMM0515小于1501525小于1202550小于10050100小于80T为螺钉的间距，间距与工作压强有关，见表43，在这种联结中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为0SQF式中为工作载荷，为预紧力QFS计算液压缸工作压强为P7MPA,所以螺钉间距T小于80MM,试选择8个螺钉；D/4110/80438，所以选择螺钉数目合适Z8个危险截面00075M4051S22RR265625NQPFZ所以，87056K1518取K15，则1565625984375NSKQSF16407N0SQ螺钉材料选择Q235，（N1225）240165SMPAN则螺钉的直径0413QFD00131M0Q67螺钉的直径选择D14MM。443动片和输出轴间的连接螺钉连接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两个定位销定位。连接螺钉的作用使动片和输出轴之间的配合紧密，当油腔通高压油时，动片受油压作用产生一个合成液压力矩，克服输出轴上所受的外载荷力矩。由282QBPDDDMFZF摩优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载18得24QBPFDDZF单个螺钉的预紧力；QFD动片外径；F被连接件配合面间的摩擦系数，钢对钢取F015；D输出轴与动片连接处的直径，初步计算可按D（1525）DD110MM25D，则D44MM；螺钉的强度条件为2134QFD合所以0Q带入有关数据，得22234NQF42DDZFBP0410458476226螺钉材料选择Q235，则200MPA（N1225）SN螺钉的直径001356M013QFD610243螺钉的直径选择D14MM。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载19第5章臂部设计计算51臂部设计的基本要求刚度要大为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状的选择要合理。弓字形截面弯曲刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。导向性要好为防止手臂在直线移动中，沿运动轴线发生相对运动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。偏重力矩要小所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。运动要平稳、定位精度要高由于臂部运动速度越高、重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。故应尽量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑、重量轻，同时要采取一定的缓冲措施。52手臂结构的选择521常见手臂伸缩机构常见的手臂伸缩机构有以下几种（1）双导杆手臂伸缩机构。（2）双层油缸空心活塞杆单杆导向结构（3）采用花键套导向的手臂升降结构（4）双活塞伸缩油缸结构（5）活塞杆和齿轮齿条机构。综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，其手臂的伸缩油缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承担弯曲作用，活塞杆受拉压作用，受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸。522手臂伸缩运动这里实现直线往复运动是采用液压驱动的活塞油缸。由于活塞油缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂机构中应用比较多。如下图所示为双导向杆手臂的伸缩结构。手臂和手腕是通过连接板安装在升降油缸的上端，当双作用油缸1的两腔分别通入压力油时，则推动活塞杆2（即手臂）作往复直线运动。导向杆3在导向套4内移动，以防止手臂伸缩时的转动（并兼做手腕回转缸6优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载20及手部7的夹紧油缸用的输油管道）。由于手臂的伸缩油缸安装在两导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑。可用于抓重大、行程较长的场合。图5双导向杆手臂的伸缩结构523导向装置液压驱动的机械手手臂在进行伸缩（或升降）运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩的作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂的结构时，必须采用适当的导向装置。它根据手臂的安装形式，具体的结构和抓取重量等因素加以确定，同时在结构设计和布局上应尽量减少运动部件的重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。目前采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆和其他的导向装置，本机械手采用的是双导向杆导向机构。双导向杆配置在手臂伸缩油缸两侧，并兼做手部和手腕油路的管道。对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图5所示，对于伸缩行程大的手臂，为了防止导向杆悬伸部分的弯曲变形，可在导向杆尾部增设辅助支承架，以提高导向杆的刚性。如图432所示，在导向杆1的尾端用支承架4将两个导向杆连接起来，支承架的两侧安装两个滚动轴承2，当导向杆随同伸缩缸的活塞杆一起移动时，支承架上的滚动轴承就在支承板3的支承面上滚动。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载21图6双导向杆手臂结构53手臂伸缩驱动力计算先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算为FF回摩密惯531手臂摩擦力的分析与计算由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。0AMBGLAF总得B总0YBAGF总得AL总ABAB摩摩摩优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载222LAFG总摩式中参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（N）；G总L手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（M）,参考上一节的计算A导向支撑的长度（M）当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。对于圆柱面57124摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时钢对青铜取501钢对铸铁取38计算导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁，30512，L300MM,导向支撑A设计为96MMN250总G将有关数据代入进行计算250054375NALGF2总摩96302532手臂密封处的摩擦阻力的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封圈，当液压缸工作压力小于10MPA。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为003F。封F533手臂惯性力的计算01惯FTVG总式中参与运动的零件的总重力（包括工件）N；总G从静止加速到工作速度的变化量M/S；V启动时间S，一般取00105；T设启动时间为02S，最大为005M/S。则V01625N惯F205优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载23由于背压阻力较小，可取005回F所以54375625003F005F解得59783NF摩惯封回F所以手臂伸缩驱动力为59783N。54手臂伸缩缸设计经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力F59783N，初步选择液压缸的工作压力P4MPA；541确定液压缸的结构尺寸液压缸内径的计算，如图52所示图52双作用液压缸示意图当油进入无杆腔421DPF当油进入有杆腔212D液压缸的有效面积MM1PS2所以（无杆腔）1134D（有杆腔）21DP式中活塞驱动力P；P油缸的工作压力MPA；1P活塞杆直径；D油缸机械效率，工程机械中用耐油橡胶可取096；优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载24由上节求得驱动力F59783N，4MPA，机械效率0961P将数据代入得004461134PD610493578根据表41（JB82666），选择标准液压缸内径系列，选择D50MM表41液压缸的内径系列（JB82666）（MM）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250542液压缸外径的设计外径按中等壁厚设计，根据表42（JB106867）取外径选择60MM表42标准液压缸外径（JB106867）（MM）油缸内径405063809010011012514015016018020020钢，P165060769510812113316814618019421924545钢，P2050607695108121133168146180194219245543活塞杆的计算校核活塞杆直径通常取，则本次取。MDD3025605）（MD28（1）活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径D的15倍以上，按拉、压强度计算MMPD4设计中取活塞杆材料为碳钢，碳钢许用应力的100120MPA。本次取110则00083M610435978D所以活塞直径按下表取D28MM，满足强度要求。表52活塞杆直径系列（GB/T234893）10121416182022252832323640优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载2545505663708090100110125140160180（2）现在进行稳定性校核，其稳定性条件为KNP式中临界力N；KP安全系数，24。NK按中长杆进行稳定性校核，其临界力FKPBA式中F活塞杆截面面积MM；2A，B常数，与材料性质有关，碳钢A461，B247；柔度系数，经计算为70。代入数据，临界力F314904634MPAKPBA）（70426102取33015447MPAKNKNP4378所以活塞杆满足稳定性要求。544油缸端盖的连接方式及强度计算（1）缸体材料选择无缝钢管，此时端盖的连接方式多采用半环链接优点是加工和装拆方便，缺点是缸体开环槽削弱了强度（2）缸盖螺钉的计算为保证连接的紧密性，螺钉间距T应适当（如图42），在这种联结中，每1个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷和剩余预紧力之和0QSQ0QS式中工作载荷，；ZPDP42螺钉中心所在圆的直径；0DP驱动力。Z螺钉数目，Z；10TD优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载26剩余预紧力，KQ，K1518；SQSQ计算D80MM，取88MM，P1MPA，间距与工作压强有关，见表43，间距0D应小于150MM，试选螺钉数为6个则Z，代入数据46150，满足要求；10T1T838N；QZPDP42选择K15，151255NS83712572095N0Q螺钉直径按强度条件计算1DLJQ4式中计算