液压上料机械手毕业设计

1、目录 摘要 1 第一章机械手设计任务书 1 1.1 毕业设计目的 1 1.2 本课题的内容和要求 2 第二章抓取机构设计 4 2.1 手部设计计算 4 2.2 腕部设计计算 7 2.3 臂伸缩机构设计 9 第三章液压系统原理设计及草图 11 3.1 手部抓取缸 11 3.2 腕部摆动液压回路 13 3.3 小臂伸缩缸液压回路 14 3.4 总体系统图 错误 !未定义书签。 第四章 机身机座的结构设计 错误 ! 未定义书签。 4.1 电机的选择 错误 !未定义书签。 4.2 减速器的选择 错误 !未定义书签。 4.3 螺柱的设计与校核 错误 !未定义书签。 第五章 机械手的定位与平稳性 错误 !

2、 未定义书签。 5.1 常用的定位方式 错误 !未定义书签。 5.2 影响平稳性和定位精度的因素 错误 !未定义书签。 5.3 机械手运动的缓冲装置 错误 !未定义书签。 第六章 机械手的控制 错误 ! 未定义书签。 第七章 机械手的组成与分类 错误 ! 未定义书签。 7.1 机械手组成 错误 !未定义书签。 7.2 机械手分类 错误 !未定义书签。 第八章 机械手 Solidworks 三维造型 错误 ! 未定义书签。 8.1 上手爪造型 错误 !未定义书签。 8.2 螺栓的绘制 错误 !未定义书签。 毕业设计感想 参考资料 错误 ! 未定义书签 15 送料机械手设计及 Solidworks

3、 运动仿真 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必 然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具 进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发 展起着重要作用。 因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。 实践证明， 工业机械手可以代替人手的繁重劳动， 显著减轻工人的劳动强度， 改善劳动条件， 提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频 繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、 放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的

4、发 展前途。 本课 题通过应用 AutoCAD 技术 对机械手进行 结构设 计和液压传动 原理设 计，运用 Solidworks 技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真， 使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装 工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手 的运动速度是按着满足生 产率的要求来设定。 关键字 机械手， AutoCAD ， Solidworks 。 第一章 机械手设计任务书 1.1 毕业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环 节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围

5、内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和 未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力， 拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的 一般程序规范和方法。 三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册 工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。 四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习 的基本工作态度，工作作风和工作方法。 1.2 本课题的内容和要求 （一、）原始数据及资料 （ 1、）原

6、始数据： a、生产纲领： 100000 件（两班制生产） b、自由度（四个自由度） 臂转动 180o 臂上下运动500mm 臂伸长（收缩） 500mm 手部转动 180o （ 2、）设计要求： a、上料机械手结构设计图、装配图、各主要零件图（一套） b 、液压原理图（一张） c、机械手三维造型 d、动作模拟仿真 e、设计计算说明书（一份） （ 3、）技术要求 主要参数的确定： a、坐标形式：直角坐标系 b、 臂的运动行程：伸缩运动500mm，回转运动180o。 c、运动速度：使生产率满足生产纲领的要求即可。 d、控制方式：起止设定位置。 e、定位精度：土 0.5mm。 f、手指握力：392N

7、g、驱动方式：液压驱动。 （二、）料槽形式及分析动作要求 （1、）料槽形式 由于工件的形状属于小型回转体，此种形状的零件通常采用自重输送的输料 槽，如图1.1所示，该装置结构简单，不需要其它动力源和特殊装置，所以本课题 采用此种输料槽。 图1.1机械手安装简易图 4 1.2所示 （2、）动作要求分析如图 动作一：送料 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转 预夹紧 手臂上升 手臂旋转 小臂伸长 手腕旋转 手臂转回 图 1.2 要求分析 第二章 抓取机构设计 2.1 手部设计计算 一、对手部设计的要求 1、有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的

8、夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不 损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节， 对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 2、有足够的开闭范围 夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大 变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端 长度表示。手指开 闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的 形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图 2.1 所示 图2.1机械手开闭示例简图 3、力求结构简单，重量轻，体积小 手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影 响

9、整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时， 必须力求结构简单，重量轻，体积小。 4、手指应有一定的强度和刚度 5、其它要求 因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪, 夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单， 制造方便。 二、拉紧装置原理 如图2.2所示【4】油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松 开工件。 图2.2油缸示意图 1、右腔推力为 Fp= (n / 4) D2P( 2.1 ) =(n/ 4)0.52 25 103 =4908.7N 2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为： N

10、(2.2 ) F1= ( 2b / a) (cos a)2 其中N =4 98N=392N,带入公式 2.2 得： F1= ( 2b / a) (cos a)2 N =(2150/50) (cos30 o)2 392 =1764N 则实际加紧力为 Fi实际=PK1K2/ n( 2.3 ) =1764 1.51.1/0.85=3424N 经圆整F1=3500N 3、 计算手部活塞杆行程长L,即 L= ( D/2 ) tg( 2.4 ) =25X tg30 o =23.1mm 经圆整取l=25mm 4、确定“ V”型钳爪的 L、B。 取 L/Rcp=3( 2.5 ) 式中： Rcp=P/4=200

11、/4=50(2.6 ) 由公式(2.5 ) (2.6 )得：L=3 X Rcp=150 取“ V”型钳口的夹角 2 a =120O,则偏转角B按最佳偏转角来确定， 查表得： B =22 o39 5、机械运动范围（速度） 【 1】 （ 1 ）伸缩运动 V max=500mm/s Vmin =50mm/s （ 2 ）上升运动 V max=500mm/s V min =40mm/s （ 3 ）下降 Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s （ 4）回转 Wmax=90o/s Wmin=30o/s 所以取手部驱动活塞速度 V=60mm/s 6、手部右腔流量 Q=sv（ 2.7） =60 n r

12、2 =60 X 3.14 X 252 =1177.5mm3/s 7、手部工作压强 P= F1/S（2.8 ） =3500/1962.5=1.78Mpa 2.2 腕部设计计算 腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它 动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活 动度的回转缸驱动的腕部结构。 要求：回转 90o 角速度 W=45o/s 以最大负荷计算： 10kg ， 当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重 长度l=650mm。如图2.3所示。 1 、计算扭矩 M1 4 设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩 M1为：

13、 2.9) M1=FX S =10 X 9.8 X 0.2=19.6( N- M) F I 工 S k- r F 图2.3腕部受力简图 2、 油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M24 F=5kg S=10cm 带入公式2.9得 M2=FX S=5X 9.8 X 0.1 =4.9（ N - M） 3、 摆动缸的摩擦力矩M摩4 F摩=300 （ N）（估算值） S=20mm（估算值） M 摩=F 摩 X S=6 （ N - M） 4、 摆动缸的总摩擦力矩M4 (2.10 ) (2.11 ) M=M1+M2+摩 =30.5（ N - M） 5、由公式 T=PX b （ A12- mr2）x 106/8

14、其中：b 叶片密度，这里取b=3cm； A1摆动缸内径,这里取 A1=10cm； mr转轴直径，这里取mm=3cm 所以代入（2.11 ）公式 P=8T/b （ A12- mr2）x 106 =8 X 30.5/0.03 X（ 0.1 2-0.03 2）X 106 =0.89Mpa 又因为 18 W=8Q/( A12- mm) b 所以 Q=W( A12- mn2) b/8 (n /4 ) (0.1 2-0.03 2)X 0.03/8 =0.27 =27ml/s -4 X 10-4 m3/s 2.3 臂伸缩机构设计 手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在 空间运动。

15、 臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的 受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自 身运动又较多，故受力较复杂。 机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向 装置和定位方式就显得尤其重要了。 手臂的伸缩速度为 200m/s 行程 L=500mm 1 、手臂右腔流量，公式（ 2.7）得： 4】 nX 402 =1004800mm 3/s Q=sv =200 2m3/s =0.1/10 =1000ml/s 2、手臂右腔工作压力，公式（ 2.8) 得：4 P=F/S ( 2.12 ) 估算 F=10+20=30kg ,

16、 F 摩=1000N。 式中：F取工件重和手臂活动部件总重， 所以代入公式（ 2.12 ）得： P= （ F+ F 摩） /S (30 X 9.8+1000)/ nX 402 =0.26Mpa 3、绘制机构工作参数表如图2.4所示: 机构名称 工作速度 行程 工作压力 手部抓紧 60zan/s 1,皿& 117. 8m/s 腕部回转 45F 9CT 0, 89CpQ 27id/s 小臂伸缩 200im/s SOOhiei 0. 2GIpa 1000n)l/s 图2.4机构工作参数表 4、 由初步计算选液压泵4 所需液压最高压力 P=1.78Mpa 所需液压最大流量 Q=1000ml/s 选取C

17、B-D型液压泵(齿轮泵) 此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量 Q在32 70ml/r之间, 可以满足需要。 5、验算腕部摆动缸： T=PD ( A12- mn2)n mX 106/8( 2.13 ) W=80n v/ ( A12- mr2) b( 2.14 ) 式中：H r机械效率取：0.850.9 H v 容积效率取：0.70.95 所以代入公式(2.13 )得： T=0.89 X 0.03 X( 0.1 2-0.03 2)X 0.85 X 106/8 =25.8( N M) TM=30.5 ( N M) 代入公式(2.14 )得： W=( 8 X 27 X 10-

18、6 )X 0.85/(0.1 2-0.03 2)X 0.03 =0.673rad/s Wn /4 0.785rad/s 因此，取腕部回转油缸工作压力P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 圆整其他缸的数值： 手部抓取缸工作压力P I =2Mpa 流量 QI =120ml/s 小臂伸缩缸工作压力 PI =0.25Mpa 流量 QI =1000ml/s 第三章 液压系统原理设计及草图 3.1 手部抓取缸 手部抓取缸液压原理图 图3.1 1、 手部抓取缸液压原理图如图3.1所示 Q=1300ml/s o 工作压力 P=2Mpa= 2、 泵的供油压力 P取10Mpa,流量Q取系统所需最大流量即 因此，需装图 3.1中所示的调速阀，流量定为7.2L/min ， 采用： YF-B10B溢流阀 2FRM5-20/102 23E1-10B 调速阀 二位三通阀 3.2腕部摆动液压回路 图3.2腕部摆动液压回路7 1、腕部摆动缸液压原理图如图 3.2所示 2、工作压力P=1Mpa 流量 Q=35ml/s 采用: 2FRM5-20/1