【正文】 圖31 密封設計 39圖32 導軌三維圖 40圖33 燕尾槽導軌和三角形導軌 41圖34 前端蓋導向套組件 41圖35 緩沖裝置 42圖36 液壓泵的選擇 43圖37 排氣閥 45圖38 油口 46表格清單表11 系統(tǒng)工作循環(huán)狀態(tài) 12表21 各類液壓設備常用工作壓力 19表22 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 19表23 速比系列 20表24 液壓缸內(nèi)徑尺寸 20表25 液壓缸的公稱壓力 20表26 根據(jù)速度比計算的d與D的關系 20表31進油路壓力損失經(jīng)驗值 43表32 液壓泵的總效率 44引 言液壓缸是將液壓能轉變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動(或擺動運動)的液壓執(zhí)行元件。執(zhí)行元件是直接做功者從能量轉換的觀點看，它與液壓泵的作用是相反的。再根據(jù)液壓缸的零部件的工作要求確定零件的工藝，根據(jù)零件的精度要求確定零件的加工方法，并生成工藝卡片，完成零件的加工。液壓技術的應用領域大致上可以歸納為以下幾個主要方面：(1)各種舉升、搬運作業(yè)。例如，各種液壓機、塑料注射成型機等。如組合機床、機械加工自動線。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。運輸機的液壓系統(tǒng)復雜，其性能的優(yōu)劣決定著運輸工作性能的高低，可以說目前液壓傳動的許多先進技術都體現(xiàn)在運輸機上。它結構簡單、工作可靠，用它來實現(xiàn)往復運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平穩(wěn)，噪音小，設備運行費用低，運輸量大，效率高，能源消耗也比較少，因此在我國工業(yè)各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應用。(2)現(xiàn)實意義：通過對機器人腕部設計，希望學生熟悉機械系統(tǒng)的設計過程，以及掌握利用AutoCAD或UG來繪制二維圖形或創(chuàng)建三維實體的能力。國外工業(yè)機器人技術日趨成熟，已經(jīng)成為一種標準設備而得到工業(yè)界廣泛應用，并且對機器人事業(yè)的研究呈現(xiàn)逐年加深的趨勢，工業(yè)機器人公司開始登上歷史的舞臺。國際上工業(yè)機器人技術在制造業(yè)應用越來越廣闊，其標準化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強，正向著成套技術和裝備的方向發(fā)展。隨著工業(yè)機器人技術的發(fā)展，其應用范圍日趨廣泛。(3)機器人環(huán)境交互. 隨著民用、應急響應、災難控制、環(huán)境監(jiān) 測等場合對機器人的需求不斷增大，機器人與環(huán)境的交互成為機器人領域的又一研究熱點。目前，典型的成套裝備有：大型轎車殼體沖壓自動化系統(tǒng)技術和成套裝備、大型機器人車體焊裝自動化系統(tǒng)技術和成套裝備、電子電器等機器人柔性自動化裝配及檢測成套技術和裝備。這基于與氣壓傳動型和電傳動型相比，液壓傳動型工業(yè)機器人的優(yōu)點顯著，并且液壓傳動系統(tǒng)工業(yè)機器人適用于承載能力大、慣量大而運動速度較低的機器人的特點，這對于液壓傳動型工業(yè)機器人在我國的的應用范圍廣闊，商業(yè)利益潛力大，發(fā)展前景十分誘人，科研價值高，成為各國在工業(yè)機器人領域發(fā)展的重要內(nèi)容。尾鰭推進機器魚游動速度快，但靈活性較差，胸鰭推進則使機器魚游動速度慢，但穩(wěn)定性高、機動性好。我國對機器人SLAM 研究取得了可喜的成果。不難發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)實是：我國在工業(yè)機器人的研究方面采取的方法主要是借鑒外國的先進技術然后再進行二次開發(fā)，這就造成了我國自身創(chuàng)新技術較少，制約了工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因此，適合應用的更為智能的機器人技術必將成為未來的研究熱點。目前雖然在中等負荷下的工業(yè)機器人中多采用電機驅動系統(tǒng)，但在簡易經(jīng)濟型、重型機器人和噴涂機器人中采用液壓系統(tǒng)的仍占很大比例。(4)液壓系統(tǒng)易于實現(xiàn)過載保護。在這次研究設計過程中將著重處理以下問題：(1)通過對液壓傳動設計的原則與方法的分析，確定工作的重點在于確定機械傳動機構以及選擇液壓缸與液壓馬達。收集相關文獻、期刊論文來加以輔助設計；針對自身理論方面的不足，將更多地向指導老師請教學習。此次工作過程中遇到難點，困難時，我將虛心向同學老師請教，努力把畢業(yè)設計按時做完，做好，給自己交上一個完美的句號。根據(jù)負載大小和液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積再根據(jù)液壓缸的不同結構形式計算出缸筒的內(nèi)徑。計算結果要圓整成國家標準中的推薦值。液壓技術的迅速發(fā)展是在20世紀中葉前后。當前液壓技術向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、高可靠性、高集成化方向發(fā)展并取得重大進展，同時在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制和機電一體化方向也取得了許多重大成果。在這種傳動方式中，由于能量形式的轉換和動力傳遞是依靠密閉管中受壓液體容積變化完成的，又稱之容積式液壓傳動或靜壓傳動。液壓系統(tǒng)功能不一、形式各異，無論是簡單的液壓千斤項，還是其他的復雜的液壓系統(tǒng)，都包括如下部分(見圖21)。前者是將液壓能轉成往復直線運動的執(zhí)行元件，它輸出力和速度；后者是將液壓能轉換成連續(xù)旋轉運動的執(zhí)行元件，它輸出扭矩和轉速。它們雖然稱為輔助元件，但在液壓系統(tǒng)中是必不可少的。 液壓傳動型工業(yè)機器人液壓系統(tǒng)概述 液壓缸概述液壓缸是將液壓能轉變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動(或擺動運動)的液壓執(zhí)行元件。1―支撐板，2―后缸蓋，3―螺母，4―彈簧墊片，5―排氣閥，6―O型圈，7―活塞，8―O型圈擋圈，9―缸筒，10―活塞桿，11―套筒圖12 雙作用液壓缸液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。前端蓋為法蘭的雙作用型液壓缸如圖11所示，這也是機械工程上常用的液壓缸，可以作為液壓傳動型工業(yè)機器人液壓缸結構設計的參考圖。通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開式回路，容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路。適用于多個液動機進行并聯(lián)的情況，也適用與定量油泵、節(jié)流調(diào)速的液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。基本回路，就是由一些液壓元件組成，用來完成特定功能的油路結構。油泵輸出的油液在換向閥內(nèi)部卸荷，本設計用三位四通換向閥的中位進行卸荷。當液壓缸上腔的壓力下降到預定下限值時，電接觸式壓力表又發(fā)出信號，使1YA得電，液壓泵再次向系統(tǒng)供油，使壓力上升。采用中位為O，Y，M型的三位四通換向閥來實現(xiàn)。動作1：按啟動按鈕，1YA得電，閥1左位工作，液壓缸7的活塞向右移動，實現(xiàn)動作順序1；動作2：到右端后，缸7左腔壓力上升，達到壓力繼電器3的調(diào)定壓力時發(fā)訊，1YA 斷電，3YA得電，閥2左位工作，壓力油進入缸8的左腔，其活塞右移，實現(xiàn)動作順序2；動作3：到行程端點后，缸8左腔壓力上升，達到壓力繼電器5的調(diào)定壓力時發(fā)訊，3YA斷電，4YA得電，閥2右位工作，壓力油進入缸8的右腔，其活塞左移，實現(xiàn)動作順序3；動作4：到行程端點后，缸8右腔壓力上升，達到壓力繼電器6的調(diào)定壓力時發(fā)訊，4YA斷電，2YA得電,閥1右位工作，缸7的活塞向左退回，實現(xiàn)動作順序4。(3) 互不干擾回路功能：在多缸系統(tǒng)中，防止其壓力、速度互相干擾。(4) 1YA+、2YA+ YA+、4YA+，兩缸皆大泵供油，快退1YA、2YA、3YA、4YA，各缸停止運動鎖于所在位置。 液壓傳動型工業(yè)機器人液壓系統(tǒng)設計 液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)的設計是整機設計的一部分。液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖19液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓系統(tǒng)原理圖 為防止壓力繼電器誤動作，~1MPa，~1MPa。上述工作循環(huán)由系統(tǒng)中的一般工作回路實現(xiàn)。至此完成圖示的 的順序動作。1) 了解和掌握液壓缸在機器上的用途和工作要求滿足機構的動作要求和用途是設計液壓缸的主要目的。2) 了解液壓缸工作環(huán)境條件工作環(huán)境條件不同，液壓缸的結構和設計參數(shù)也不盡相同。3) 了解外部負載情況主要指外部負載的質(zhì)量、幾何形狀、空間體積大小、運動軌跡、摩擦阻力及連接部位的連接形式等。5) 了解液壓系統(tǒng)的情況液壓缸的設計是液壓系統(tǒng)設計的一部分。 設計的一般原則液壓缸設計時應注意如下問題。3)在保證上述兩個條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重(質(zhì))量。6)液壓缸的安裝形式、活塞桿頭部與外負載的連接形式要合理，盡量減小活塞桿伸出后的有效安裝長度，避免產(chǎn)生“憋勁”現(xiàn)象，增加液壓缸的穩(wěn)定性。在工作條件惡劣的情況下應考慮活塞桿的防護措施。由于液壓缸各參數(shù)之間往往具有內(nèi)在聯(lián)系，所以液壓缸的設計沒有硬性規(guī)定或統(tǒng)一的格式。2)在以輸出力為主的液壓缸設計中，根據(jù)負載F和選定的額定(工作)壓力戶，確定缸筒內(nèi)徑(即活塞外徑)D和活塞桿直徑d。缸筒外徑要符合系列尺寸之規(guī)定。4)選擇缸底和缸蓋的結構形式，計算缸底厚度、缸筒與缸蓋的連接強度；確定具體安裝型式及結構尺寸；確定缸筒上油口的位置、尺寸和連接形式。僅承受拉負載的液壓缸可不作上述校核。7)審定全部設計資料及其他技術文件，對圖紙進行修改和補充。如圖所示為液壓傳動型工業(yè)機器人的運動分析圖。該設計是液壓傳動型工業(yè)機器人。由于是水平放置故此時取=0N。液壓缸在不同的工作階段，應根據(jù)液壓缸的具體工作情況來確定液壓缸負載大小。所以應根據(jù)實際情況選取適當?shù)墓ぷ鲏毫?。若壓力過高，則密封要求就高，元件的制造精度也高，成本也高。如圖所示為組合機床執(zhí)行元件工況圖。圖a為壓力圖，圖b為流量圖，圖c為功率圖。參考《液壓氣動系統(tǒng)設計手冊》見附表11及附表12，表24 液壓缸內(nèi)徑尺寸810121620253240506380(90)100110125140160(180)200(220)250280320360400450500注釋括號尺寸為非優(yōu)選系列表25 液壓缸的公稱壓力故取液壓缸的公稱壓力p=，內(nèi)徑D=80mm。取d=45mm。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。故取缸筒壁厚=10mm 缸筒長度L的計算缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結構需要來確定，即 S = L +B+A+M+C (215)式中： L——活塞的最大工作行程；B——活塞的寬度，一般為(~1)D；A——活塞桿導向長度，取(~)D； M——活塞桿密封長度，由密封方式?jīng)Q定；C——其他長度。則 A=(~)D=(~)80=48~ 80mm (218) 取A=60mm 活塞寬度B的確定一般去活塞寬度 B=(~1)D=~)80=48~80mm (219) 取 B=60mm 其他長度C的確定 C=H(A+B)/2=100(60+60)/2=40mm (220)圖26 為液壓缸的導向長度 活塞的密封長度M的確定此處采用O形密封圈作用于活塞桿。故，缸筒長度H為 H=S+B+A+M+C=1000+60+60++40= (222)取缸筒長度H為1170mm. 缸筒底部厚度的確定采用如圖(a)所示的平底缸底，按下式計算： (223)故取=6mm。 液壓缸二結構設計計算 負載與運動分析和計算按工作要求和執(zhí)行元件的運動規(guī)律，繪制出執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和速度－位移(或時間)曲線圖，即速度圖。對于不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。(2)摩擦阻力負載摩擦阻力負載 是指運動部件與支承面間的摩擦力。在未完成液壓系統(tǒng)設計之前，不知道密封裝置的參數(shù)，其值無法計算，一般通過液壓缸的機械效率加以考慮，常取液壓缸的機械效率為=～。工作壓力低，則執(zhí)行元件的尺寸和體積都較大，完成給定的速度所需流量也大。當負載確定后，工作壓力就決定了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和合理性。執(zhí)行元件的工作壓力可根據(jù)總負載或主機設備類型選取 ，參考《液壓傳動》表114見下表：故取工作壓力為P=5MPa。 根據(jù)總負載力F和工作壓力p可計算出液壓缸的內(nèi)徑D?！邓俦?，取=《液壓氣動系統(tǒng)設計手冊》表34。參考《液壓氣動系統(tǒng)設計手冊》見附表11及附表12，故取液壓缸的公稱壓力p=，內(nèi)徑D=125mm。取d=70mm。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。故，取缸筒壁厚=12mm。對于一般的液壓缸，最小導向長度H(mm)應滿足下式： (247)式中： L——液壓缸最大行程(mm)；D——缸筒內(nèi)徑(mm)由L=1000mm,D=125mm。由取 溝槽寬度b=。 油口直徑油口直徑由活塞移動速度V及油口的最高油流速決定， (260)取=14mm，查[2]附錄表16，取油口連接螺紋尺寸為 中隔套長度查[1] (261)故，取 活塞桿強度的校核。如圖所示為液壓傳動型工業(yè)機器人的運動分析圖。該設計是液壓傳動型工業(yè)機器人。參考《液壓機械手冊》表21 取f=對于平導軌 (266)d對于V形導軌 (267)此處采用平導軌 故： (268)(3)慣性負載Fa慣性負載Fa是由運動部件的速度變化所引起的，可根據(jù)牛頓第二定律確定，即 (269)一般機械=~(4)重力負載重力負載為垂直放置的移動部件本身的重力，當執(zhí)行機構向上運動時重力負載為正值，向下則為負值，移動部件水平放置時重力負載為零。故取=(6)背壓負載Fb背壓負載Fb為液壓缸回油腔的背壓所產(chǎn)生阻力，在系統(tǒng)方案及液壓缸結構尚未確定之前也無法計算，因此在負載計算時可暫不考慮。若壓力過高，則密封要求就高，元件的制造精度也高，成本也高。工作壓力低，則執(zhí)行元件的尺寸和體積都較大，完成給定的速度所需流量也大。 繪制液壓執(zhí)行元件工況圖液壓執(zhí)行元件的工況圖指的是壓力圖、流量圖和功率圖。 根據(jù)總負載力F和工作壓力p可計算出液壓缸的內(nèi)徑D。液壓缸的內(nèi)徑系列見附錄5節(jié)。對d圓整,見附表13。般指缸筒結構中最薄處的厚度。所以用經(jīng)驗法。 最小導向長度H的計算導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的