【正文】 ，如手臂上下 仰俯 ， 小臂 伸縮，手腕 左右橫移 ，手指的開閉動(dòng)作，以及各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運(yùn)動(dòng)部件沿各 運(yùn)動(dòng)軌跡 的動(dòng)作按照預(yù)先整定好的程序來實(shí)現(xiàn)的。若只用一個(gè)節(jié)流閥調(diào)速時(shí)，則進(jìn)油要按照達(dá)到最大允許速度來調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥的流量，因?yàn)楫?dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，其速度就小于最大允許速度。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的電氣控制部分將在第四章表述。故 由 216 式計(jì)算螺釘或螺栓直徑 1d 如下 ： 01 4 QFd ???? 0QF —— 工作載荷（ N）且 0QF = F —— 液壓缸驅(qū)動(dòng)力 將驅(qū)動(dòng)力 38250F? N 帶入上式求得 1 4 1 . 3 3 8 2 5 0 2 . 5 1 1 . 46 2 0 0d ?? ? ????? mm 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 GB/T28781993”取 M12 螺栓 液壓搬運(yùn)機(jī)械手大臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)及計(jì)算 液壓搬運(yùn)機(jī)械手 大 臂俯仰液壓缸可以為機(jī)械手的 大 臂 （既機(jī)身） 作 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，經(jīng)過分析知液壓缸處于 終止位置時(shí) 受力最大，機(jī)械手 終止 位置模型如下： 圖 機(jī)械手 終止 位置模型 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 驅(qū)動(dòng)手臂仰俯的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服手臂等部件的重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 矩和手臂在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即 =M M M M??驅(qū) 慣 偏 摩 (229) 式中 M摩—— 鉸接處的摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承時(shí) M摩 ?0 M偏—— 手臂等部件重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的偏重力矩（ N? M） M慣—— 手臂做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)的慣性力矩 = wM t?慣 工 件 起（ J+J ） (230) 式中 J工 件 —— 工件對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2N Ms??） J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2N Ms??） w —— 手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度 t起 —— 起動(dòng)過程中所需的時(shí)間（ s），一般取 故 2211 5 0 0 1 1 6 7 /33J m l N M s? ? ? ? ? ? ? ? 22= 3 0 0 0 ( 2 ) 6 0 0 0 /J m l N M s? ? ? ? ?工 件 由設(shè)計(jì)要求 /w rad s? ，取 = s 則 0 .3= + 6 0 0 0 9 2 5 0 .50 .2M ??慣 （ 167 ） NM? 由圖 模型可計(jì)算 M偏 2 2 1= 3 0 0 0 2 + 5 0 0 + 1 0 0 0 ( ) = 4 7 0 02 4 4M ? ? ?偏 NM? 根據(jù) 229 式，計(jì)算 M驅(qū) 得 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 = 9 2 5 1 4 7 0 0 1 3 9 5 1M M M M? ? ? ? ?驅(qū) 慣 偏 摩 NM? 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力 NF 的計(jì)算 根據(jù) 下圖 大臂俯仰液壓缸受力簡(jiǎn)圖 圖 大臂俯仰液壓缸受力簡(jiǎn)圖 知， = ?驅(qū) ? =N MF ? 驅(qū) N 大 臂俯仰液壓缸的計(jì)算 （ 1） 大 臂俯仰液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù) 22 222 式， 初步設(shè)計(jì)中取機(jī)械效率為 ? =。一般取 — s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載取較大值 根據(jù) 226 式，由設(shè)計(jì)要求取 v? = m/s， t? = s， G=3000 N，則 3 0 0 0 0 .2= = 3 0 69 .81 0 .2F ??慣 N 根據(jù) 以上 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 、 （ 4） 所分析，結(jié)合 223 式得：驅(qū)動(dòng)力 F計(jì) 算 3 2 0 0 .0 3 1 6 0 .0 5 3 0 6 3 0 0 0F F F? ? ? ? ? ?計(jì) 算 計(jì) 算 計(jì) 算 ? 3960F ?計(jì) 算 N 取液壓缸機(jī)械效率 ?? ，則 驅(qū)動(dòng)力 4400FF???計(jì) 算 N 小臂伸縮 液壓缸的計(jì)算 （ 1） 小臂伸縮 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù) 22 222 式， 初 步設(shè)計(jì)中取機(jī)械效率為 ? =。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的小臂結(jié)構(gòu)采用雙導(dǎo)向桿的手臂伸縮機(jī)構(gòu)，由于手臂伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向管承受彎曲作用，活塞桿均受拉壓，故受力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)。一般取 — s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載取較大值 根據(jù) 220 式，由設(shè)計(jì)要求取 v? = m/s， t? = s， G=2500 N，則 2 5 0 0 0 .1= = 2 5 59 .81 0 .1F ??慣 N 根據(jù) （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 、 （ 4） 所 分析 ， 結(jié)合 218 式得：驅(qū)動(dòng)力 F 700 255F F F? ? ? ? 得 =955 N ? 1038F? N 腕部液壓缸的計(jì)算 圖 雙作用 液壓缸示意圖 （ 1） 腕部橫移液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔時(shí)： 21 4DF F P ????? 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔時(shí)： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 ? ?222 4DdF F P ?????? 液壓缸的有效面積 ： 1FS P? 故有： 114 1 .1 3FFD PP? ? ??? （無桿腔） (221) 214FDdP???? （有桿腔） (222) 式中 F —— 驅(qū)動(dòng)力（ N） 1p —— 液壓缸的工作壓力（ pa） d —— 活塞桿的直徑（ m） D —— 液壓缸的直徑（ m） ? —— 液壓缸的機(jī)械效率。0Q Q QSF F F?? (215) 式中 24Q D PFF ZZ??? F —— 驅(qū)動(dòng)力（ N） Z—— 螺釘數(shù)目 P—— 工作壓力（ pa） 39。 圖 手指運(yùn)動(dòng)型式示意圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，形狀小巧，夾緊力大，制造容易，應(yīng)用廣泛。整個(gè)液壓系統(tǒng)用一套油源，通過 PLC 控制系統(tǒng)來控制電磁換向閥，使機(jī)械手實(shí)現(xiàn)以上動(dòng)作順序。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。 （ 2） 通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹立正 確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和步驟，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。 從整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域來看，對(duì)工業(yè)機(jī)械手的需求越來越大，性能指標(biāo)越來越高。 Hydraulic system。濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II 摘 要 液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種被設(shè)計(jì)用于深孔鏜床上下料，可以重復(fù)編程、具有多種功能的專用設(shè)備， 它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化 。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械手 ； 液壓系統(tǒng) ； 搬運(yùn)機(jī)構(gòu) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) III ABSTRACT Hydraulic carrying manipulator is designed for a deep hole boring machine loading and unloading, reprogrammable, multifunctional equipment. It can replace human heavy labor to achieve the mechanization and automation of production. Through literature search, business research, I have summarized and analyzed the hydraulic manipulator’s whole structure and function characteristics, summarized domestic and foreign industrial robot’s development. In this paper, the main structure of hydraulic carrying manipulator is designed in detail, in which the overall structure of the loading and unloading robot, motion process is discussed in detail. At the same time, the clamping fingers, small telescopic arm, small and large pitch arm and other activities of the manipulator were analyzed, calculated and its size is ultimately determined. Then, working principle of hydraulic drive system and the selection and design process of hydraulic ponents of the hydraulic handling manipulator are introduced. Finally, the electrical control system of the hydraulic handling manipulator is descripted in brief. Through calculation and analysis, the design of hydraulic carrying manipulator has reached the design requirements which is expected, the manipulator carrying capacity, smooth movement and arbitrary position safe selflocking etc performance requirements is realized. Key words： Manipulator。液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及傳感技術(shù)的緊密結(jié)合大大提高了機(jī)械手的自動(dòng)化程度，從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，提高了作業(yè)舒適性，使其安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都更上一層樓 。因此，液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)是今后走上工作崗位從事專業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個(gè)自由度。具體動(dòng)作順序： ⑴ 原始位置（大手 臂豎立、小手臂伸出并處于水平位置、手腕橫移向右、手指松開） —— ⑵ 手指夾緊（抓住卡盤上的工件） —— ⑶ 手腕橫移向左（從卡盤上卸下工件） —— ⑷ 小手臂上擺 —— ⑸ 大手臂下擺 —— ⑹ 手指松開（將工件放在料架上） —— ⑺ 小臂收縮（料架轉(zhuǎn)工位） —— ⑻ 小臂伸出 —— ⑼ 手指夾緊（抓住待加工工件） —— ⑽ 大手臂上擺（由料架上取走工件） —— ⑾ 小手臂下擺 —— ⑿ 手濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 腕橫移向右（機(jī)械手將工件裝在深孔鏜床的主軸卡盤上） —— ⒀ 手指松開（原位）。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)是最常見 的一種手部結(jié)構(gòu)，按模仿人手手指的動(dòng)作，手部結(jié)構(gòu)可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 （圖 ） 、二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型 （圖 ） 和移動(dòng)型 （圖 ） ，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。 液壓缸缸蓋 聯(lián) 接方式與強(qiáng)度計(jì)算 圖 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與受力簡(jiǎn)圖 缸蓋的受力為保證聯(lián)接的緊密性 ,必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 1t ，然后決定螺釘?shù)臄?shù)目 .濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力0QF為工作載荷QF和預(yù)緊力QSF之和 39。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 +F +F +FFF? 回摩 密 慣 (218) 式中 F摩—— 摩擦阻力 F密 —— 密封裝置處的摩擦阻力 F回 —— 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力 F慣—— 啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受的平均慣性 （ 1） F摩的計(jì)算 由 F摩 的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算 FG???摩 (219) 其中 G —— 參加運(yùn)動(dòng)的零部件重力（含工件）（ N） ? —— 運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鑄鐵的摩擦系數(shù)一般取 ? ? 根據(jù) 219 式，估算 G =2500 N，另取摩擦系數(shù) ? =，則 = 2500 8 700FF ?? ? ? ?摩 N （ 2） F密 的計(jì)算 此缸采用“ o”型密封圈進(jìn)行密封，且工作壓力 5 10p?? MPa， d=，由圖 知液壓缸密封處總的摩擦力為