【正文】 力，取 5 MPa Q —— 液壓泵流量 ? —— 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，取 14505 32 60 ???? KW 根據(jù)以上的計(jì)算，選定 4 KW， 28 25 / m inn rad? 的異步電動(dòng)機(jī)，型號 Y112M2 油箱 容 積 的計(jì)算 油箱容積量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，其容量的大小可以從散熱角度來設(shè)計(jì)。 參考 [2]知，在液壓搬運(yùn) 機(jī)械手 的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要注意一下幾方面： （ 1） 液壓缸設(shè)計(jì) ： 在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件，以減少摩擦阻力，提高液壓缸的壽命 ； （ 2） 定位點(diǎn)的緩沖與制動(dòng)：因機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)慣量較大，在定位點(diǎn)前要加緩沖與制動(dòng)機(jī)構(gòu)或縮緊裝置 ； （ 3） 對慣性較大的運(yùn)動(dòng)軸和接 近機(jī)械手末端的腕部運(yùn)動(dòng)軸的液壓缸兩側(cè)，最好加設(shè)安全保護(hù)裝置，防止因碰撞過載損壞機(jī)械結(jié)構(gòu) 。 同時(shí)考慮到，盡管手臂俯仰液壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，以保證液壓缸運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。此液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用直線液壓缸， 用于實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮升降 和仰俯轉(zhuǎn)動(dòng) 以及手腕 的橫移運(yùn)動(dòng) 。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手要完成物料 搬運(yùn)（包括上、下料）的功能，所以選用有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)械手。取 活塞桿直徑 d=、工作壓力 p=5 MPa，所以 d=45 mm （ 2） 大 臂俯仰液壓缸壁厚及外徑的計(jì)算： 大 臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)成中等壁厚， 中等壁厚：即 16＞ D? ＞ 時(shí) 11( 2 .3 [ ] )pD Cp? ????? 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 式中 p—— 液壓缸內(nèi)工作壓力 ? —— 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí) ? ＝１） Ｃ —— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的 附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 Ｄ —— 液壓缸內(nèi)徑（ m） 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 []? : 鍛鋼 []? =110 120MPa 鑄鐵 []? =60MPa 無縫鋼管 []? =100 110MPa 選用缸體材料為 鍛鋼 []? =110MPa，中等壁厚，則 大 臂俯仰液壓缸 壁厚計(jì)算如下： 5 9 0 1 .82 .3 1 1 0 5 mm? ????? 由 JB106867查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 1 108D? mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和 GB/T23491980選用活塞桿行程 l =400mm。取 活塞桿直徑 d=、工作壓力 p=5 MPa，所以 d=50 mm （ 2） 小臂俯仰液壓缸壁厚及外徑的計(jì)算： 小臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)成中等壁厚， 中等壁厚：即 16＞ D? ＞ 時(shí) 11( 2 .3 [ ] )pD Cp? ????? 式中 p—— 液壓缸內(nèi)工作壓力 ? —— 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí) ? ＝１） Ｃ —— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 Ｄ —— 液壓缸內(nèi)徑（ m） 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 []? : 鍛鋼 []? =110 120MPa 鑄鐵 []? =60MPa 無縫鋼管 []? =100 110MPa 選用缸體材料為 鍛鋼 []? =110MPa，中等壁厚，則 小臂 俯仰 液壓缸 壁厚計(jì)算如下： 5 1 0 0 2 .02 .3 1 1 0 5 mm? ????? 由 JB106867查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 1 121D? mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和 GB/T23491980選用活塞桿行程 l =1000mm。取 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 活塞桿直徑 d=、工作壓力 p=5 MPa，所以 d=20 mm （ 2） 小臂伸縮液壓缸 壁厚及外徑的計(jì)算： 小臂伸縮液壓缸 設(shè)計(jì)成中等壁厚， 中 等壁厚：即 16＞ D?＞ 時(shí) 11( 2 .3 [ ] )pD Cp? ????? 式中 p—— 液壓缸內(nèi)工作壓力 ? —— 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí) ? ＝１） Ｃ —— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 Ｄ —— 液壓缸內(nèi)徑（ m） 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 []? : 鍛鋼 []? =110 120MPa 鑄鐵 []? =60MPa 無縫鋼管 []? =100 110MPa 選用缸體材料為 鍛鋼 []? =110MPa，中等壁厚，則 小臂伸縮液壓缸 壁厚計(jì)算如下： 5 4 0 0 .82 .3 1 1 0 5 mm? ????? 由 JB106867查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 1 50D? mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和 GB/T23491980選用活塞桿行程 l =800mm。為保證小臂伸縮液壓缸不產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，則 4 aFG? 。 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動(dòng)力。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故手里復(fù)雜。代入已求得的 F=1038 N, 則 無桿腔算得的液壓缸內(nèi)徑 D=16 mm，有桿腔算得的液壓缸內(nèi)徑為 D= mm，故由 GB/T 23481993 取 D=32 mm。 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動(dòng)力。QSF =K QF ,其中 K= D—— 危險(xiǎn)剖面直徑 (m) 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 02 21 1 4= [ ]4Q Q jFFd d??? ???合 14[]QjFd ??? (216) 式中 QjF —— 計(jì)算載荷（ N） 。 2K 可按下式近似估算 2 1 aK g?? (25) 其中 a —— 運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升加速度 g —— 重力加速度， /g mm s? maxva t?響 (26) 式中 maxv —— 運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升速度 t響 —— 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間， = 3K —— 方位系數(shù)，由手指與工件形狀和它們的位置選定，參見 [1]表 22 G —— 工件重力（ N） 由 24式計(jì)算手指夾緊力 N ① 選定安全系數(shù) 1K = ②由設(shè)計(jì)要求可估算，運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升速度 m a x 5 /v m s? ? ?，到達(dá) maxv 的時(shí)間 t響 可由設(shè)計(jì)要求推算為 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 20 .5 / 1 .6 70 .3 /rad stsrad s??響 (27) 則 2m a x 0 .7 5= = 0 .4 5 /1 .6 7va m st? 響，取 /g mm s? 故 工況系數(shù)2 0 .4 51 1 1 .0 4 61 .6 7ak g? ? ? ? ? ③由 [1]表 22 查的 3K =（手指水平放置夾水平放置圓棒） 綜 上 ①② ③所 述， 知 1K = ， 2K = ， 3K = 且估 算工 件重 力200 1960GN? ? ? 手指夾緊力 1960 1640NN? ? ? ? ? 手指夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 由液壓缸驅(qū)動(dòng)力 F與夾緊力 N關(guān)系式 22= co sbFNa ???計(jì) 算 (28) 選定圖 中的 結(jié)構(gòu)參數(shù) a ,b, ? 如下 a =100mm， b=200mm, ? =30 計(jì)算液壓缸驅(qū)動(dòng)力 22 2 0 0= c o s 3 0 1 6 4 0 4 9 2 0100FN? ? ? ?計(jì) 算 (29) 手抓的機(jī)械效率 ? 一般取 ，故取 ?? 4920= 5 7 8 80 .8 5FFN? ??計(jì) 算實(shí) 際 (210) 手指 夾 緊液壓缸的計(jì)算 圖 所示為手指 夾 緊液壓缸的夾緊裝 置 原理圖，如下 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 夾緊裝置原理圖 如圖所示，液壓缸的拉力為 22= 4Fp? ??實(shí) 際 （ D d ） (211) 選取活塞桿直徑 d=，壓力油工作壓力 65 10p pa?? ? 2264 4 5 7 8 8 4 . 4 3 1 0 4 4( 1 0 . 5 ) 5 1 0 0 . 7 5FD m m mp?? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? ?實(shí) 際 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ GB/T23481993）選取液壓缸內(nèi)徑為 50D mm? ，則活塞桿直徑為 25d mm? 液壓缸壁厚計(jì)算，在實(shí)際使用中有下列三種公式： （ 1） 中等壁厚：即 16＞ D? ＞ 時(shí) 11( 2 .3 [ ] )pD Cp? ????? (212) 式中 p—— 液壓缸內(nèi)工作壓力 ? —— 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí) ? ＝１） Ｃ —— 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 Ｄ —— 液壓缸內(nèi)徑（ m） （ 2） 薄壁：即 D? ? 16時(shí) 12[ ]pD? ?? (213) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 （ 3） 厚壁：即當(dāng) D?? 時(shí) 11[ ] 0 .4( 1 )2 [ ] 1 .3 pD p?? ? ?? ? ?? (214) 式中 []bn?? ? b? —— 材料抗拉強(qiáng)度 n—— 安全系數(shù) ,n= 5 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力 []? : 鍛鋼 []? =110 120MPa 鑄鐵 []? =60MPa 無縫鋼管 []? =100 110MPa 選用缸體材料為 鍛鋼 []? =110 120MPa，中等壁厚，則手指夾緊缸壁厚計(jì)算如下： 5 5 0 12 .3 1 2 0 5 mm? ????? 由 JB106867查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 1 60D? mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和 GB/T23491980選用活塞桿行程 l =50mm。 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 滑槽杠桿式手部的結(jié)構(gòu)簡圖如下所示 圖 滑槽杠桿式手部受力分析 圖中， F—— 液壓缸拉力 N—— 手指夾緊力 12,FF—— 兩手指的滑槽對銷軸的反作用力（ O為銷軸中心） 根據(jù)銷軸的平衡條件，即 0xF?? 得 12FF? ； 0yF ?? 得 1 2cosFF ?? (21) 由 1O 點(diǎn)力矩平衡條件1 ( ) 0OMF??得 1F h N b? ? ? cosah ?? (22) 22 cosbFNa ?? ? ? (23) 其中， a —— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離 ? —— 工件夾緊時(shí)手指的滑槽方向與 兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間夾角 故由 23 式知： ? 越大， N越大，但 ? 太大會導(dǎo)致拉桿行程過大以及滑槽尺寸增大，因此 ? =30 40 。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的手部可以完成手指抓緊和手腕橫移兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓搬運(yùn)機(jī)械手 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常是先進(jìn)行粗略的估算 ,或類比同類結(jié)構(gòu) ,根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸 ,在進(jìn)行校核計(jì)算 ,修正設(shè)計(jì) ,如此反復(fù)數(shù)次 ,繪出最終的結(jié)構(gòu) 。 因此要求 設(shè)計(jì)的液壓搬運(yùn)機(jī)械手 可以 按以下順序動(dòng)作 ：原始位置 —— 卸料動(dòng)作 —— 裝料動(dòng)作。一般專用機(jī)械手有 2～ 3 個(gè)自由度。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù) 此次設(shè)計(jì)的液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種用于深孔鏜床上下料的專用工業(yè)機(jī)械手，設(shè)計(jì)工作主要包括 了解 上下料 機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程，需對 手指 夾緊，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn) 以及手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行分析 、計(jì)算，最終確定其尺寸。 本次設(shè)計(jì)的目的有如下幾點(diǎn)： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 （ 1） 通過 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，把有關(guān)課程的中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合的加以運(yùn)用， 使 這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人已成為工業(yè)的現(xiàn)代化程度的標(biāo)志。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是液壓技術(shù)的應(yīng)用，給機(jī)械手帶來了更為廣闊的發(fā)展空間。它通過一系列可變的程控動(dòng)作來完成各種各樣的任務(wù)。 通過計(jì)算分析校核，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手承載能力大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和任意位置安全自鎖等性能要求。本文 對 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其中對上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程都做了詳細(xì)的討論。通過文獻(xiàn)檢索、企業(yè)調(diào)研，對液壓搬運(yùn)機(jī)械手的整機(jī)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)進(jìn)行歸納分析，對國內(nèi)外工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)。最