自动生产线的三自由度搬运机械臂设计含开题及11张CAD图
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自动生产线的三自由度搬运机械臂设计含开题及11张CAD图,自动生产线,自由度,搬运,机械,设计,开题,11,CAD
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搬运机械臂设计摘 要现在，在中国搬运工作大部分还是通过人来完成，因为利用人工搬动费用不高，还有技术方面没有达到要求。使用人工来搬动物品，生产的效率不高，会让工作人员很累，还有很大的危险存在，所以，制作出机器来对物品进行搬运，是生产发展的必然。这篇论文，是对搬运机械臂结构设计，开始介绍了机械臂的发展情况，和现实状况，然后介绍了自己制作方法，对主要的零部件进行了介绍，还对相关的尺寸进行了计算，接着，对液压系统的进行了设计，后面，使用了电脑软件对机械臂的图进行了绘制。这一次对论文的制作，对我在学校里学到的知识，是一次很好的巩固。对起重机械有很好的了解，熟悉了电脑软件AutoCAD的使用。关键字：搬运，机械臂，液压系统；机械AbstractAt present, most of the handling work in China is done by people, because the cost of manual handling is not high, and the technical requirements are not met. The use of manual handling of animal products, production efficiency is not high, will make staff very tired, there is a great danger, so the production of machinery to carry goods, is the inevitable development of production.This paper is about the structure design of the handling manipulator. It begins with the introduction of the development and reality of the manipulator. Then it introduces the method of making the manipulator, introduces the main parts and components, and calculates the relevant dimensions. Then it designs the hydraulic system. Then, it draws the drawings of the manipulator by using computer software.This time, the production of papers is a good consolidation of the knowledge I learned in school. Have a good understanding of lifting machinery, familiar with the use of computer software AutoCAD.Key words: handling, mechanical arm, hydraulic system; machinery目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1背景及意义11.2机械臂概述21.2.1机械臂的组成21.2.2机械臂的分类21.3 国内外发展状况2第2章 总体方案设计32.1 设计要求32.1.1 动作要求32.1.2参数要求42.2方案拟定42.2.1初步分析42.2.2 拟定方案4第3章 机械臂平移机构设计53.1 X方向的力53.1.1摩擦力的分析与计算53.1.2密封处的摩擦阻力的计算73.1.3 惯性力的计算73.2 X向平移油缸的设计73.2.1确定液压缸的结构尺寸73.2.2液压缸外径的设计83.2.3液压缸工作行程的确定93.2.4活塞杆的计算校核103.2.5油缸端盖的设计103.3 滑块及导轨的设计12第4章 机械臂机身设计124.1 机身的整体设计124.2 Z向回转机构的设计134.2.1回转缸驱动力矩的计算134.2.2 回转缸尺寸参数的确定144.3 Z向升降机构的设计164.3.1手臂片重力矩的计算164.3.2升降导向立柱不自锁条件174.3.3升降油缸驱动力的计算174.3.4升降缸尺寸参数的确定18第5章 机械臂臂部设计195.1臂部整体设计195.2臂部设计计算20第6章 液压及控制系统设计216.1机械臂运动学分析216.1.1臂部回转机构226.1.2 X向平移机构226.1.3臂部机械臂236.2液压系统方案拟定246.2.1调速回路方案分析256.2.2 快进回路方案分析266.3液压元件的计算和选择286.3.1液压泵选型286.3.2液压元件的选择306.3.3液压辅助元件的选择316.4液压系统性能验算316.4.1验算回路中的压力损失316.4.2液压系统发热温升计算33总 结35参考文献36致 谢37IV第1章 绪论1.1背景及意义现在，在中国搬运工作大部分还是通过人来完成，因为利用人工搬动费用不高，还有技术方面没有达到要求。使用人工来搬动物品，生产的效率不高，会让工作人员很累，还有很大的危险存，一些工厂在搬运的过程中，做了一些安全措施，不过还是不能避免事故发生。也没有从根源来解决这个这个问题。通过对实际情况进行了解够，制作机械臂来完成搬运这项工作，是很有必要的，这篇论文就是按照实际情况，来对这项工作进行分析，怎么才能脱离人工，使用机器来完成这项工作。最近几十年一来，机械臂才得到发展，是一种科技上的创新。在国内，大概是从1971年开始，机械臂开始进入科研人员的视线，经过了一段时间的发展，现在大概上，对于机械臂的制作技术，设备上的硬件，软件这些方面，都有了很好的提升，生制作出来不少的机器人，利用这些机器人，可以完成喷漆，搬东西这些工作。现在已经有很多的机器人，运用到了实际生产当中，有的企业使用机器人进行喷漆工作，可以在流水线上，完成很多喷漆工作，点焊机器人已经用在了汽车工厂里，来对汽车进行很多焊接。总体来说，国内对于这一方面的技术，与发展国家来比，差距还是不小的。在国内外，机械臂的数量不少，也在每一年都增加，不过市场不是很稳定，在科技高速发展的今天，大家都想要更好的工作环境，生活环境，像搬运这种危险，又吃力的工作，已经很少人愿意去做了，所以需要通过机械来完成，制作机械臂来对人工进行代替，是势在必行的事情。近些年以来，机器人的发展也很快，它的使用已经深入到了很多的行业，机械臂运用在汽车制造业上，还需要继续创新，很多工作还可以让机器人来完成，这些机器人还有待开发。机械臂也在不断的发展，从最开始使用液压，接着是气压，到现在的人工智能，也迈出了很多的步伐，现在电子技术的发展，日新月异，机械臂也会随着发展，越来越实用。如今科技发展的速度很快，工厂对于生产的速度有了更高的需求。现在的计算机应用的越来越广泛，让机械臂也随之更新，之前的使用液压的机器臂，因为对环境没有危害，零部件简单，费用不高，维修也容易这些优点，已经被很多行业广泛应用，在工业制造上面使用的尤其多。这篇文章，对于机械臂，介绍了相关的零部件。机械臂就是通过这些零部件来实现搬运的，节省了人力，让搬运变的更简单。现在工业上，很多东西都实现了自动化，机械表的使用更加多了。现在的机械臂，跟人的手一样的灵活，可以完成很多人手的工作。利用机械臂来对东西的抓放，对重物的搬动，这些工作机械臂都可以完成。在很大程度上，让人没有那么累，对于生产的速度也有很大的提升。1.2机械臂概述机械臂就跟人的手一样，可以完成很多人手做的事情，可以用软件来控制机械表臂，让其对物品进行抓放，对重物进行搬起。有了这个机械臂，很累的工作就可以让它来完成，减轻了人的工作强度，让生产的速度更快。如果工作的环境不利于人的身体健康的话，这类型的工作也可以利用机械臂来完成，所以机械臂在现在使用的范围越来越广，可以在化工，机械各个领域使用。现在机械化水平在日益提升，很多行业实现的机械化的生产模式，所以对机械臂的使用更是不可替代的。 1.2.1机械臂的组成机械臂是哪些方面组成的呢，主要有零部件，工作的设备，还有控制设备这三类。利用零件来对物品进行抓放，这个零件的构造类型多种多样，具体看需要抓放的的东西是什么外形，有多大，有多重，是什么材质的，还有抓放的范围，抓放的高低，这些因素都对机械臂的构造有影响。工作设备，是让零部件来完成抓放这个运动的，让零件进行移动，抓放，这些运动，工作设备可以让零件做各种动作，来完成零件的工作的母的。在零件多重物进行抓放的过程里，有几个自由空间，自由空间是机械臂制作的重要数据。自由度多的话，机械臂就更敏捷。使用的范围就更多，它的构造也就不简答。正常情况下，机械臂的自由度是2或者3。1.2.2机械臂的分类机械臂有哪些类型，根据让它动起来的方式不一样，分成的种类有，液压，电动，机械；根据使用的区域不同，分成专用和通用两种；根据工作的状态分成点位与不间断。正常情况下，分成三种类型，一种是不用人来操控，不是专用的机械臂，这个可以按照具体什么事情来编程，来完成我们要它做的事情。它有一般机器的有的能力，还有存储的功能。第二种是要人来操作的，这种类型的起源是军工行业，开始的时候，利用这里设备来做指定的事，之后利用到了航天方面。正常情况，工业领域使用的都是这个类型的。最后一种类型，是专用类型的，使用在工厂里，自动生产线绳，可以对机床进行搬动，还有产品的输送。在发达国家，这种叫做 “Mechanical Hand”，是有一个机器进行控制的，这个机器对它进行动力的输送。正常情况下，它的运行流程是一样的，所以就是专用的。现在，研究的最多的是第一种类型，在别的国家叫机器人。1.3 国内外发展状况美国是最早对机械臂进行研究的国家，在1958年，美国的公司就发明出来最早的机械臂，这个机械臂的构造，是一个机器为主体，上面装上一个可以运动的臂，上面位置有一个磁块，利用这个零部件去抓取东西。 之后的几年里，这个公司又在之前研究成果的上面，研究出一种新的机械臂，它的工作设备跟军工上面的东西类型，这个臂可以来回旋转，可以上下左右运转，是使用液压来作为动力的来源；在这一年里，这个公司与另外一家企业合作，来对机械臂进行大量制作。接着的几年时间里，德国也制作出来一种机械臂，是点焊的。运用的关节的构造。之后，日本对于这个的发展也更上了节奏，现在已经成为机械臂使用最多的国家。在1969年，从美国进口了两种类型的机械臂，之后就开始对这个进行探索。苏联从上世纪对机械臂进行研究，到1977年底，现在国内使用的，50%是国内生产的，另外的都是别的国家买来的。现在，工业生产上使用的，基本上还是最开始研制的。大部分都是通过人来对其操作，这个机械臂的研究方向，是让费用更低，精确程度更高。现在，对于机械臂的探究正在进行，怎么样让它能让电脑进行控制，怎样让它像人一样，可以看见，听见，能思考。怎么样来设计才能让它具备上述功能，完成指定的操作。最新的研究，是让它能通过传输的信息，知道自己要干什么事，然后去做好这些事。机械臂可以与电脑进行连接，传输信息，完成指令。现在在中国，使用在工业上的机械臂类型基本上是专门的。安装在一个主体上面，它的运动都是一样的。也有一些领域使用的是通用类型，现在使用的通用类的机械臂，都是使用点位进行操控的，不间断的类型的开发还在进行中。现在使用的机械臂当中，基本上都是通过触电来进行操控的。第2章 总体方案设计2.1 设计要求2.1.1 动作要求这篇论文，是要制作出可以在工厂里面，流水线上使用的，用来搬动物品的设备。这样的设备，能把东西从这边，搬到那一边。这个设备有三个运动过程。可以在XYZ三个方向进行工作。它运动的动力来源，大部分电动机或者液压液压来完成。制作这个设备的整体构造，和动力设备，让它能够搬动重物，从一个地方搬到另外一个地方。2.1.2参数要求这篇论文，相关数据：（1）工作区间：Z方向来回转动的区间360、X方向可以进行运动的尺寸500mm、Z方向可以进行运动的尺寸300mm（2）设备能够搬起的物品重量：25kg2.2方案拟定2.2.1初步分析要让这个设备可以搬起25kg的重物，在现在工厂里使用的情况进行区分的话，是中等类型的。它是单独进行操控的，它运动起来很敏捷，这些类型的设备，运动的区间不小，要求位置固定的很好，可以适用很多场合，尤其适合应用在工厂里面，生产的流水线上。这种有三个坐标的类型，与两个坐标的比较起来，它的优点是，不用占用很大的地方，工作的区间不小，构造不复杂，对搬运东西的位置，固定的很好，所以使用的很多。2.2.2 拟定方案正常情况下，用来搬动物品的这种设备，可以运动的区域有三个到六个，在这篇论文里，是三个。根据了解，先制定了下面的制作办法：（1）第一种在X方向的移动装置放下下面，动力设备放在上面：2-1 第一种（2）第二种把X方向的运动放在上面位置，动力传输设备放下面：图2-2 第二种在这篇论文里，需要让设备可以上下，左右，前进与后退，完成这些操作。把两种方法进行比较，想到把X方向的移动放在上面的话，动力的传输不是很有效，可能会让传输动力的设备有磨损情况，这里选择了第一种方法。第3章 机械臂平移机构设计3.1 X方向的力首先，大概算一下，了解一下差不多构造的设备，通过对它工作数据的分析，知道机械臂构造的相关大小，然后验证，进行修改。这样多次操作，最后得到了结果。在X方向上，是通过液压来产生的动力来工作的，在工作的时候，需要战胜因为摩擦和惯性产生的力，算出在X方向上，工作所需要的力的大小，也就是液压来传输力的大小：3.1.1摩擦力的分析与计算因为两个杆子的位置是一样的，所以他们受到的力也一样，这里可以当做一个来进行计算。 上面的公式里 工作的零件，包括要搬动的设备，合计重量（N）； L运动臂到总重量的中心这个区域内的长度（m）， a支撑的尺寸（m）; 摩擦数据摩擦数据，是在没有润滑的时候：钢与青铜之间的摩擦：钢与铸铁之间的摩擦：杆子用钢来做，用来支撑的零件也用钢来做， ， 大概， L=800mm，可以知道， a=200mm把知道的数据放进公式里600=1260N3.1.2密封处的摩擦阻力的计算类型不一样，形状不一样，摩擦力的大小就不一样，在这个制作里，使用密封圈类型是O，液压缸运动的力不大于10Mpa。那么这个地方的摩擦力大小就看成是： =0.03F。3.1.3 惯性力的计算=0.1上面公式内 所有动的部件重量之和 (N)；不从到运动的快慢之间的差值(m/s)；开始时间 (s)，正常情况下，用0.010.5；这里把它用0.2s，最大情况= 0.233m/s。 算出：=0.1=69.9N这里=0.05那么 =+=1260+69.9+0.03F+0.05F算出 =1446N让机械表工作需要的力=1446N。3.2 X向平移油缸的设计表3-1 液压缸运动压力作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力Mpa作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力Mpa小于50000.8120000300002.04.05000100001.52.030000500004.05.010000200002.53.050000以上5.08.0通过对上面的分析，知道了动力大小F=4378N，通过上表，用P=1MPa；3.2.1确定液压缸的结构尺寸液压缸里面直径的大小图3-2 双作用液压缸油流进没有杆的腔室： 油流进进有杆的腔室： 液压缸实际做功的大小： (mm)那么 （没有杆的腔室） （有杆的腔室）上面公式里活塞产生的力大小 (P)；油缸在运动时候受到的压力大小 (MPa)；杆的直径大小；油缸工作的快慢，在这里用=0.96；通过上面的数据，算出F=1446N，=1MPa，油缸工作的快慢=0.96上面的数据放进公式里：=43.8mm通过相关资料，来对液压缸进行挑选，这里用D=50mm.3.2.2液压缸外径的设计外面的之间大小，选择壁厚尺寸不薄也不够的来用，翻看相关书籍，这里用76mm。缸里面的之间大小D与缸壁有多厚，两个数据的比值D/10这个类型的，是不够的圆筒。用来运输和工程方面使用的缸，正常情况下，使用的是壁不厚，圆筒型的，缸的壁是按照薄来进行计算： 上面公式里 缸的壁有多厚（m）。 D缸的里面之间大小（m）。 验证压力大小，正常情况下，使用的压力在这个区间（1.251.5）倍（MPa）。16Mpa,用=1.5 MPa。 缸使用的材质的相关数据。 = ，这个里面是材料的相关数据，n是安全数据，正常情况下用n = 5。这里使用的材质是锻钢，那么的大小： = 110120 MPa；没有缝隙的钢管的大小： = 110110 MPa；材质是铸铁的大小： = 60MPa；材质是灰铸铁的大小： = 25MPa。在液压不高的设备里，通过上面的计算，得到的缸的厚度都不大，这样缸的刚度达不到要求，假如进行切削制作的话，发生形状的改变，这样会让液压缸在运动中卡住，缩短它使用的时间。所以，正常都不算，通过平时的工作经验，来用，必须要算的话，就用按照上面来。通过验证，这个强度是符合条件的。3.2.3液压缸工作行程的确定液压缸在运动过程只能够的尺寸大小，按照实际使用的零部件来进行计算。然后再在下面的表里找出数据。表3-6 液压缸活塞行程参数系列 （mm）255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800相关数据是通过这个顺序来选择、。通过已经知道的数据，这里的距离大小是500mm。3.2.4活塞杆的计算校核活塞杆的长短，要符合缸工作时候的条件。杆的长度不能小于直径大小的15倍。(mm)活塞杆用碳钢来做，那么=100120Mpa。在这篇论文里用=110那么： =4.1mm在对产品进行夹紧的时候，缸里面需要有活塞杆，之前已经知道了缸的外部直径是36mm，那么活塞直径的大小d=36mm，是符合条件的。表3-2 活塞杆直径大小（GB/T2348-93）1012141618202225283232364045505663708090100110125140160180来验证上面公式内 力(N)； 相关数控，=24。用不长的杆子进行计算，这个力=F()上面的公式里 F活塞杆旁边的大小 (mm)； a，b于材质有关的数据，碳钢的这个数据是a=461，b=2.47； 柔度相关数据，算出是70。把数据放进公式里，得到 =F()=3.14=90463.4MPa用=3 =30154.47 MPa这里的活塞杆是稳定的，符合条件。3.2.5油缸端盖的设计(1) 缸用没有缝隙的钢管来做，这个时候，端盖都是使用半环接在一起的。这样设计，制作的时候，装上去拆下来都很简单，不足之处是缸体的环槽打开，强度变小了。(2) 算出缸盖螺钉之间的尺寸想要让零部件之间连接的没有缝隙，螺钉之间的尺寸t，需要合理，这种情况里，每一个螺钉，受到的力，运动承载，还可以承受的力：=+上面的公式里 运动承载，=；螺钉中间位置，直径的大小；P推动的作用力。 Z几个螺钉，Z=； 还有多少剩下的力，=KQ，K=1.51.8；算出： D=76mm，取=90mm，P=1MPa，；螺丝之间的尺寸大小，与压力强度相关，在表里有相关数据，这个尺寸不能大于150mm，先用6个螺丝：表4-3 t与P的关系工作压力P（Mpa）螺钉的间距t (mm)0.51.5小于1501.52.5小于1202.55.0小于1005.010.0小于80那么Z=，把数据放进去=46150，符合要求；=838N；用K=1.5，=1.5=1255N;=+=837+1257=2095N螺钉直径大小，通过强度大小来算上面公式里 承载，=1.3； 对抗拉力的数据，=； 螺丝用什么材料，其强度大小，这里用45钢来做，那么强度大小就是352MPa； n相关数据，n=1.2-2.5，这里用n=2； 螺纹的内部直径尺寸，=d-1.224S，d标准直径，S螺丝之间的距离。算出：=1.3=1.32095=2723.5N把相关数据放进去： =0.0045m3.3 滑块及导轨的设计这篇论文里，机械壁的作用是搬动产品，没有高的要求，为了节省成本，这里就不用选特别高的导轨。这里，使用的是下面位置装上滑槽就可以。第4章 机械臂机身设计机器的主体，是来对机械臂进行支撑，还有动气来源的地方。正常情况下，要完成来回转动和上升下降的工作，就需要把机械臂装在一个主体上面。所以，机械臂要做的工作多的话，主体上面受到的力就很多，主体是可以定不动的，也可以使运动的，沿着地上或者轨道行走都可以。4.1 机身的整体设计通过实际需要，这里的机械臂，要完成360的来回转动，完成这个工作，就需要在一个主体上面进行。想要制作出符合要求的构造，需要通过进行了解。手臂装在主体上面，来回转动，上升下降，这些工作都能完成，所以离不开主体，经常见到的主体有这些：（1） 把缸放在上升下降设备的下面，这样操作，可以接受很大的重力矩。它的不足之处就是来还旋转的距离不短，轴怎么来转动，对于精确程度有关系（2） 把缸放在上升下降设备的上面，构造主要由一个缸，还有里面的导向部件，这样没有缝隙。不过让缸和壁同时来上升下降，工作时候转动的部位不小。、（3） 缸和齿轮一起的设备，这个时候，进行来回转动，就是通过齿轮来做的，齿轮运动的时候，带动了手臂的工作，这样来让它进行工作移动。通过上述分析得出，这篇论文里使用，缸放在上升下降设备的上面位置。这样放置，有两个运动，来回转动还有上升下降。来回转动的设备在缸的上面，缸的运动，就让手臂来回转动，缸的轴与杆子是一起的，这个杆使用的是中间空心的构造，里面装的设备与轴匹配，活塞的上升下降通过轴来进行导向。轴和上升下降的缸下面位置的盖子，是通过键来把它定下来的。轴就是这样定下来的，这样活塞杆也定下来了，就是按照轴来定的。这种设计，导向的杆子在里面，没有缝隙。详细的图下面有。动力的来源是液压产生的，来回转动的缸，有两个孔，一个孔油从里面进去，另外一个孔油从里面出来，在来回转动的叶片的两边位置，让叶片运动。正常情况下，来回转动的角度大小，是通过挡块来确定的，在这篇论文里，叶片转动的角度大小，想要让设计更合理，这里把动静两片间的角度设置成360。4.2 Z向回转机构的设计4.2.1回转缸驱动力矩的计算来回转动的缸，需要的力矩大小： =+ (Nm)惯性产生的力矩大小 =上面公式里 来回转动的零件与轴之间的数据（kgm）； 来回转动的缸运动的叶片角，快慢程度的变化，开始的时候=(rad/s)； 开始设备需要多久 (s)；来回转动的部件中心位置与来回转动的轴两者间的尺寸大小(之前算出=800mm)，则上面公式里 来回转动的部件重心的数据。 =来回转动的零部件，可以看成是长度600mm，直径大小1000mm，一个圆柱体形状。重量100Kg.把动角的快慢程度定为=70/s，得到=1.22，把动的时间定0.5s。= 28 kgm=28+=93.3kgm=93.3=227.6 想要计算更容易，封闭的位置，阻力矩的大小，因为有润滑油的作用，正常情况下，这个就不用来计算。=0那么 =227.6+0+0.03=234.64.2.2 回转缸尺寸参数的确定 （1）缸里面，油腔室的直径大小：上面公式里 P油缸受到的压力； d传送出来的轴与动片进行连接的时候，直径大小，暂时定位D/d=1.52.5； b动片有多宽，根据这个来定2b/(D-d)2。这里把宽的大小定为b=50mm，受到的压力大小5MPa，d=50mm=94.9mm通过规范的缸来定，直径大小100mm。（2）缸盖上面的螺钉缸受到的压力大小5Mpa，这里螺钉之间的尺寸t不能大于80mm。需要几个螺钉，通过下面的计算Z=3.14=3.93这里使用6个螺钉。横截面的大小 =0.00589那么 =4906.3N =4906.31.5=7359.4N (K=1.5) 7359.4+4906.3=12265.7N用Q235来做螺钉，那么（n=1.22.5）直径的大小 d=10mm这里，直径的大小就是d=10mm.通过直径来选择螺丝。这里使用里面六个角头部是圆的螺钉。通过上述分析，得到缸的直径大小是100mm，外部的直径，根据壁的厚度来确定，翻阅相关资料得到，外部直径的大小168mm，传送出来的轴，直径大小是50mm。（3）动片上面的螺钉因为动片与传输出来的轴，进行连接的螺钉数量应该是偶数，因为它们是一样的装上去的，需要有两个来对位置进行股东。螺丝的使用起到什么作用呢，是让两者之间连接的地方匹配的好，没有缝隙。按照平衡的要求：= 上面公式里 螺丝需要的拧紧的力大小；D动片的外面部分直径大小；f连接的零部件之间的相关数据，钢之间这个数值是f=0.15螺钉能承受的强度范围 把数据放进去，算出=10416.7N螺钉用Q235来做，那么（n=1.22.5）直径的大小d=9.3mm这里用d=10mm.使用型号是M10里面是六个角头部是圆的螺丝。4.3 Z向升降机构的设计4.3.1手臂片重力矩的计算图 5-3 手臂每一个地方的重心(1) 大概算出有多重：=150N，=150N，=500N(2) 算尺零部件的中心在哪里，重心到轴的尺寸大小:=800mm，=760mm， =400mm。因为 = 那么 =0.5425m(3) 算出偏重力矩=4344.3.2升降导向立柱不自锁条件让手臂有往下面滑动的倾向，里面的立柱就是要避免这种情况发生。= 数据用f=0.16，那么导套的需要满足h0.32 h0.320.5425=0.1736m4.3.3升降油缸驱动力的计算上面公式里 阻力的大小， f=0.16。G零部件与产品受到的重量大小。(1) 算出运动的快慢是V=0.6m/s；启动的时间误差t=0.1s、=800N。把上面的数据放进：489.8N(2) 算出=2500N那么 =225000.16=800N(3)缸使用的密封类型是O型，这里的阻力大概算一下 (4) 阻力不大，想计算更容易的话，可以不用考虑=0那么就有 F=489.8+800+0.03F缸向上进行运动的时候，F=2105N缸向下面进行运动的时候，F=505N4.3.4升降缸尺寸参数的确定(1)算出缸内径 缸的作用力，按照上升过程进行计算的话， F=2105N，根据相关资料，油缸受到的压力大小1.0MPa，把数据放进公式里，=0.1029查阅资料，可以得到缸的里面位置直径D=125mm。(2) 算出缸外面的直径 壁是厚的来算 (3.2)：上面公式里 缸用什么材料做的相关数据，材料用的是没有缝隙的钢管的时候=100110MPa翻阅相关资料，外面部分的直径180mm.(3) 算出活塞杆尺寸活塞杆用碳钢来做，相关数据是=100120Mpa。这里用=110那么： =4.94mm直径大小不能小于8.5mm。(4) 缸盖螺钉D=120mm， =180mm，P=1.0MPa，螺钉相关之间的尺寸，与受到的压力强度联系。两者之间的尺寸不能大于120mm，先暂定数量6个：那么 Z=， =84120，符合条件； =1962.5N；K=1.5，=1.5=2943.75N;=+=1962.5+2943.75=4907N直径的大小，通过压力强度大小来：上面公式里 承载大小，=1.3； 抵抗拉升的力，=； 螺钉材质的相关数据，这里用45钢来做，那么能承受的强度大小352MPa； n相关数控，n=1.2-2.5，这里用n=2； 螺纹之间的内部直径大小，=d-1.224S，d正常的直径大小，S螺钉之间的尺寸大小。算出： =1.3=1.34907=6379.1N =0.0068m第5章 机械臂臂部设计5.1臂部整体设计手臂是重要的承受力区域，是用来对腕还有物品进行支撑的。把这些拉起来做运动。让物品在指定的区域里面进行运动，这就是臀部的工作。这样说来，它需要有两个活动区间，来回转动，上升下降。它的动力来源于液压缸产生的动力。通过对各个部分受到力的情况进行了解，臂部的转动很难频繁，所以受到很多方向的力作用。这样，它的构造，活动区间，灵敏程度还有承载多大的重量，这些因素，都会对臂部的运动情况相关。机器的主题是不动的，主体部分对手臂有支撑的作用，让手臂可以自由的来回转动，手臂要完成工作，要符合这个条件： 1）机身所受重量大小机器主体能承受多大的作用力，要看它本身的刚度大小，它的构造是平衡挂起来的样子，这样来看的话，手臂越长的话，刚度就没有那么好了。这个刚度随着臂杆的伸长与缩短是不一样的。还有精确程度与承大小都对臂产生影响。2）臂部工作要快，让惯性最小臂的转动快慢是很重要的数据，看机械臂好不好用，这个数据能了解。 正常情况下，转动的使用不能太快也不能太慢，需要均匀。不过在开始和停止这两种情况的时候，工作是不稳定的。想要更加平稳的话，就需要运动开始时候，与结束运动的时候，这两种加速度要小一点，不然就不会平稳了。机械臂在工作的时候，最快的速度在这个区域内10001500mm/s，转动的角度在这个区间里180/s，正常情况下，这个运动的快慢程度是1000mm/s，转动的角度大小90/s。3）精度不能低正常情况下，直角与圆柱类型都是精确程度不错的，还需要这个设备可以使用的场合广泛，制作和装配不能复杂，如果用在制造温度高的产品，还要用防热的功能，如果工作环境灰尘大，需要制作想要的设备。5.2臂部设计计算这篇论文里，机械臂用来搬动的物品重量不超过25kg，不是很大，这里制作油缸杆来进行伸长缩短，这个杆子是在导套里面进行安装的。这个活塞杆会受到两个方向的力，受力不复杂，工作的时候不晃动构造标准，结构没有缝隙。利用液压作为动力来源，液压缸的类型这里用双的。翻阅相关资料得到， HBt=20010020。算出来的数据是10.221kg/m.横截面的大小S=13.021, X。=1.517. 臂部要用20钢来做。图5-1矩形冷弯空心型钢结构第6章 液压及控制系统设计6.1机械臂运动学分析通过前面的计算，还有各个部件的分析，来对每一个工作类零件，在每一个位置的快慢程度，画出相关的结构图。P-t、Q-t、N-t。6.1.1臂部回转机构知道的数据： D=100，d=50mm，b=50mm，M=，1.22rad/s算出实际的数据：图6-26.1.2 X向平移机构知道的数据： D=50mm，d=36mm， ，没有杆的腔室里面，进油多少： 图6-3有杆的腔室里面，进油的多少：图6-46.1.3臂部机械臂知道的数据： D=125mm，d=90mm， ，算出具体数据：图6-56.2液压系统方案拟定（a）在机器进行安装之前，用没有来对每一个部件进行洗涤，接着要对压力大小，封闭性进行测试，是不是符合安装的要求： (b)泵和相关的传输动力的设备，同心度不低。(c)油泵进入的地方，出来的位置还有朝着那边转动，这些自爱泵上面，都标注了，不能弄错了。(d)在对每一种阀进行安装的时候，需要对每一个进出油的方向进行确定。 (e)防止油空气进去，接口的位置需要全封闭。(f)利用法兰来装的时候，螺钉在拧的时候，要稍微松一点，太紧会出现问题。6.2.1调速回路方案分析（1）利用节流来对速度变化 使用的是泵是固定量的，使用阀来对进出的油进行控制，这样来完成速度的快慢。被叫做阀控设备。下图有相关结构图（7）节流调速图它的优点：耗能不大，构造不复杂，易于操控，维修简单。它的缺点：使用效率不高，热量不小。（2）利用容积对速度进行控制使用的马达与泵的量是变化的，这样来对速度进行控制。又叫做泵控设备。图（8）容积调速它的优点：使用效率不低，热量不大，维修简单。它的缺点：构造不简单（3）容积节流对速度进行控制利用压力来对供油多少进行调节，用阀来对进出的零件的量进行控制。图（9）容积节流调速它的优点：不会形成溢流现象，使用效率不错，速度是比较稳定的。它的缺点：在节流方面有耗损。上面叙述的方法，有各自的优点和缺点，不大的液压设备上面，大部分使用阀来对速度进行控制。这篇论文里，使用的是容积节流来对速度进行控制，这样来制作，使用的效率是不错的，不会出现热量很多，速度可以控制的很好。6.2.2 快进回路方案分析（1）快速调速什么是差动，活塞无杆部分与有杆部分受到的压力面积的差，如果两个面受到的压力是一样的，没有杆的部分受到的力大，这个把活塞推到有杆的位置，这样产生差动，同时，把有杆的腔室内的油，流进没有杆的腔室内，这样就把流量加大了。让活塞转动的更快，这样差动就大了。如何连接可以在下面图里看到：图（10）液压缸差动它的优点：活塞杆出来的时候，速度不慢，就算是泵流量不大，油缸出的力也不大，不能承载很重，油缸做的好的话，活塞杆出来进去的速度就一样，它的缺点，声音不小。（2）蓄能器来调节速度在液压里面用来存储能量的设备，是蓄能设备。在合适的时候，把机器上面的能量进行压缩，把它存起来。在设备要用的时候，有可以从储蓄设备里出来，提供机器使用。在设备的压力变大的时候，它在里面可以收起来一部分。 图（11）蓄能器快速调速它的优点：灵活，运动稳定。它的缺点：加工不简单，需要没有缝隙。 （3）双泵供油快速调速什么是双泵供油，动力的来源是两个泵，一个流量大，让工作速度快，另外一个小，满足正常工运动。图（12）双泵供油快速调速它的优点：消耗的功不大，使用效率不错，在工厂用的比较多。它的缺点：构造不简单。通过上面的分析，这篇论文里用的是，液压缸差动来调节快慢。因由于它使用的效率不错，油可以反复使用，能很好的控制速度，构造不复杂，加工起来也不难，使用灵活。使用用在现在的工厂生产上面。通过上面的分析，可以得到6-3。图6-3液压系统原理图6.3液压元件的计算和选择6.3.1液压泵选型设备里面使用的最多的泵，是两种类型，齿轮与柱塞泵。齿轮泵这种类型，大多是外部的齿配合，在体积一样的情况下，它的流动大一点，不过油的压力不高。柱塞泵的优点就是油压高，油压区间在1635MPa，而且在速度很小的时候，也能产生很好的压力，这样上升的时间就变短了。中等大小的机械臂，正常用齿轮泵，很大的是选择柱塞泵来用，这里使用用齿轮泵。（1）算出液压泵受到的压力大小 泵受到的压力最大时候（N/m2）；缸受到的压力最大时候，（Mpa）；Mpa （5.2）上面公式里：油缸产生的最大的力（N）；油缸截面大小（m2）。算出P=P=5 MPa，估算=0.5MPaP5 +0.5=5.5MPa泵在进出口的压力消耗。这里取p=10105Pa=0.5MPa那么=5.5MPa。（2）算出泵的功率大小在不计算传送管道还有缸里面的消耗时，泵传输出来的功的大小，缸传输进来功的大小，缸的传输出去的功的大小三者是一样的。运动的时候，机器的耗损，能量的流失预防不了，在实际算的时候，要分析到。泵传输出来的功的大小： （5.3） 上面的公式里：0泵传出来的功（W） 缸传出去的功的 (W) V缸均匀加长的快慢 (m/s)泵传送到缸那边的机器消耗，这里用0.759；缸里面还有管道里面消耗的能大小，这里用0.79；上升需要的时间 (s)，用t=60s。=12.346kW泵传进来的功： （5.4）上面公式里：P泵传进来的功泵效率之和，这篇论文里，使用的是齿轮泵，正常泵效率之和是0.60.7，这里用0.65。算出：。（3）算出油泵流量大小泵传进来的功大小与流量有关： （5.5）上面公式里： Pp泵受到的压力最大情况，(N/m2)；泵的流量大小（m3/s）；泵的效率之和,=0.6514。=29.44L/min，用K=1.1那么QK20.24=32.4L/min翻阅先关资料得到，使用的齿轮泵相关数据： CB40，n=1460r/min，Q=40L/min，P=6MPa这里算出，泵的效率之和=0.85，则N=4.7kw电机的相关数据：Y132M-4，N=5.5kw，n=1460r/min。6.3.2液压元件的选择表6-2 液压元件一览表序号元件名称规格数量1线隙式过滤器2.5MPa，100L/min12电动机5.5kw，1460r/min13齿轮泵5MPa，1450r/min14溢流阀2.5MPa，1215电磁换向阀6.3MPa，1216单向阀6.3MPa，1217压力表(08)MPa18，14节流阀6.3MPa，1229，15，20，2125，26，30节流阀6.3MPa，8710，16电磁换向阀6.3MPa，12211，17电磁换向阀6.3MPa，12212，18单向顺序阀2.5MPa，12222，27电磁换向阀6.3MPa，8223，28电磁换向阀6.3MPa，8231电磁换向阀6.3MPa，8133压力继电器(16.3)MPa134减压阀6.3MPa，8135压力表开关6.3MPa，41这个里面零件的序号与图里面是一致的6.3.3液压辅助元件的选择（1）确定液压管道尺寸大小油管的内部直径，正常情况下，按照之前的零件接口的大小来定。通过管道的流动速度算出来，也行。这篇文章里，用的是差动， q = 31.81 L/min。管道里面的流动速度数据v = 4m/s，内部直径大小dd = 2 = 2mm = 14.5mm这个流量快退的时候，q的大小q= 29.53 L/min，这个时候，内径大小是d = 10.3mm。通过上面的分析，这里内径的大小d=12mm。吸油管也可以更上面一样算出，（q = 24 L/min，v = 1.5m/s），泵型号是YBX-16，吸油口进行连接的数据，内部直径的尺寸是=为25mm。油箱的壁有多厚 p油管里面受到的压力大小。材料相关数据。， 是抗拉伸的强度大小为，n相关数据为。油缸用钢管来做时， p7MPa， n=8; p17.5MPa，n=6; p17.5MPa，n=4。算出：3mm。（2）油箱容积大小这个设备，压力设备不大，油箱的容积大小通过泵来定，是它的流量的57，这里用的容量大小是100L。6.4液压系统性能验算6.4.1验算回路中的压力损失这个系统不简单，有几个液压区域，来对零件驱动，里面的流程复杂，消耗不小的，要注明，所以，这里要对泵到缸的这段区间消耗，进行检验。压力消耗主要的压力消耗，是缸以很快的速度进行注射运动的时候，压力的消耗，这段管道有5m，管的里面直径0.032m，速度很快的时候，流量是2.7L/s；正常工作的时候，27mm2/s，油的密度大小918kg/m3。算出有的流动速度油在管道里受到的阻力大小：算出消耗的压力大小：某一个部位压力消耗 某个部位压力的耗损，有管路里面弯折的部分，还有接头位置的压力消耗p2，在经过阀的时候，消耗的大小p3。这个里面某个部位的损失不是很大，所以只要算出在阀那部分消耗的压力大小。一个方向17，流量大小50L/min，标准的压力消耗0.4MPa。阀的流量190L/min，标准压力消耗0.3 MPa。阀18流量大小150L/min，压力消耗0.2 MPa。每一个阀的压力消耗合计泵的出口位置到缸的进口位置，中间经过阀13，阀2和阀18。阀13的流量大小是250L/min，消耗的压力大小0.2 MPa。经过每一个阀消耗的压力总和： 可以算出，在速度很快的注射时，不大的泵到缸连这个区域消耗的压力之和p1(0.030.88)MPa0.91MPa 不小的泵到缸这个区域消耗的压力之和p 2(0.030.65)MPa0.68MPa从上面的看出，这里选择的泵符合要求。对上面的情况进行分析，工作的时候压力最大6.3MPa，溢流阀7也是一样的。6.4.2液压系统发热温升计算算出发热功的大小 液压设备消耗的功都变成了热量。算出发热的功的大小PhrPrPc这里，Pr系统里面两个泵的功。算出设备传出来的功：通过前面的计算，缸的承载是90kN，距离大小0.35m；缸外面的承载192kN，距离大小0.2m；螺杆做的有用的功大小5kW，运行多久15s；在模具打开的时候，外部的承载与模具闭合的时候一样，距离也一样。机器传送出来的有用的功，就是上面这么多了。发热的功总和：Phr(15.33)kW12.3kW算出散热功大小 对于油箱的大小，前面算出来了1m3，根据 V0.8abh，算出油箱每一个变的容积大小：abh1/0.8m31.25m3这里a=1.25m，b、h都是1m。算出油箱散热部分的大小：At1.8h(ab)1.5ab(1.8l(1.251) 1.51.25)m2 5.9m2散热的功大小：PhcK1AtT K1散热相关数据，翻阅资料查得51，K1=16W/(m2)； T油温与实际温度的差值，用T35。Phc165.935kW3.3kWPhr12.3kW通过上面的计算，油箱的散热，不符合设备散热的条件，通过管路来散热肯定是不够的，需要另外制作冷却设备。冷却设备需要冷却区域的大小冷却区域大小：K传递热量的数据，选择管道冷凝设备，这个K116W(m2)； tm温度上升的平均值()；油到冷区设备时候的温度高低T160，流出设备的
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