液壓機械手設(shè)計機電工程系畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論(編輯修改稿)
2024-07-12 19:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 1）液壓驅(qū)動系統(tǒng) 具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動、精度高等特點。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機械手。 2）氣動驅(qū)動系統(tǒng) 具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低 等特點。適用于中、小負荷的機械手中采用。但是因難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機械手中。 3）電動驅(qū)動系統(tǒng) 具有使用方便，噪聲較低，控制靈活等特點。這類驅(qū)動系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，但大多數(shù)電機后面需安裝精密的傳動機構(gòu)。 驅(qū)動設(shè)計方案 在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機械手整體運動需要一定的定位控制精度，因此采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動來實現(xiàn)。由于手臂采用液壓缸，故整體采用液壓驅(qū)動 系統(tǒng)，結(jié)構(gòu) 簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便 。 蘇州市職業(yè)大學(xué)機電工程系畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 共 26 頁 第 9 頁 小結(jié) 本章簡要的介紹了機械手系統(tǒng)的 總體結(jié)構(gòu) 、驅(qū)動機構(gòu) 兩 個方面 。 至于控制系統(tǒng)和檢測裝置本文不作研究。 3 機械手臂的設(shè)計方案 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 （ 1）、設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重： kg10 自由度數(shù)： 4個自由度 座標(biāo)型式：圓柱座標(biāo) 手臂最小中心高： mm1000 手臂運動參數(shù)： 伸縮行程 mm600 伸縮速度 sm/2 升降行程 mm400 升降速度 sm/2 定位精度： 177。 驅(qū)動方式：液壓傳動 （低壓系統(tǒng) ~0 ） 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案 機械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸縮運動都為直線運動。直線運動的實現(xiàn)一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)?？紤]到搬運工件的重量一般，考慮加工工件的質(zhì)量達 10KG，屬于輕型重量，同時考慮到機械手的動態(tài)性能及運動的穩(wěn)定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅(qū) 動均選擇液壓驅(qū)動方式，通過液壓缸的直接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運動件，不用再設(shè)計另外的執(zhí)行件了；而且液壓缸實現(xiàn)直線運動，控制簡單，易于實現(xiàn)計算機的控制。因為液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此在驅(qū)蘇州市職業(yè)大學(xué)機電工程系畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 共 26 頁 第 10 頁 動力和結(jié)構(gòu)的強度都是比較容易實現(xiàn)的，關(guān)鍵是機械手運動的穩(wěn)定性和剛度的滿足。因此手臂液壓缸的設(shè)計原則是缸的直徑取得大一點（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進行強度的較核。 導(dǎo)向裝置 液壓 壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手 臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等， 因為本設(shè)計控制和具體工作的要求，機械手的手臂的結(jié)構(gòu)不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的缸徑來增大剛度，是不能滿足系統(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)桿機構(gòu)，伸縮臂增設(shè)了單導(dǎo)向桿，與活塞桿一起構(gòu)成平行，盡量增加其剛度；升降臂增設(shè)了四導(dǎo)向桿，成正四邊形布置。通過增設(shè)導(dǎo)桿， 能顯著提高機械手的運動剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。 蘇州市職業(yè)大學(xué)機電工程系畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 23 頁 4 手臂伸縮與升降 液壓缸 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 手臂伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 手臂伸縮液壓缸的驅(qū)動力計算 伸縮液壓缸活塞驅(qū)動力的計算公式為： 慣回密摩驅(qū) FFFFF ???? (1) 式中 摩F ——— 手臂運動時，為運動件表面間的摩擦阻力。 密F ——— 密封裝置處的 摩擦阻力。 回F ——— 液壓缸回油腔低壓油液所造成的摩擦阻力。 慣F ——— 啟動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。 （ 1） 摩F 的計算 經(jīng)計算 ）（總摩 a aLGF ??? 2? (2) 式中 總G ——— 參與運動的零部件所受的總重量 )(N 。 L ——— 手臂參與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐前端的距離 )(mm a ——— 導(dǎo)向支撐的長度 )(mm ?? ——— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面形狀有關(guān)。 對于圓柱面： ????? )~()2~4( ??? (3) ? ——— 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 ~?? 鋼對鑄鐵：取 ~?? 計算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵，設(shè) NG 300?總 ， ????? mmL 450?,導(dǎo)向支撐 mma 80? ，帶入數(shù)據(jù)得 ： Na aLGF 1102)80 804502( ????????? ）（總摩 ? （ 2） 慣F 的計算 蘇州市職業(yè)大學(xué)機電工程系畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 23 頁 經(jīng)計算 tg vGF ??? 總慣 式中 v? ——— 由靜止加速到常速的變化量 )/( smm 。 t? ——— 啟動過程時間 )(t ，一般取 ss ~ 。 手臂啟動 速度 smmv /2021?? ，啟動時間 st ?? ， kgNg /10? ，帶入數(shù)據(jù)得： Ntg vGF 2300 ?? ????? 總慣 （ 3） 密F 的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 MPa10 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為： 驅(qū)密 FF ? （ 4） 回F 的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。 經(jīng)過以上分析計算，液壓缸的驅(qū)動力為： 1 0 2 ??????? 驅(qū)慣回密摩驅(qū) FFFFFF 所以手臂伸縮驅(qū)動力 NF 1755?驅(qū) 尺寸設(shè)計 根據(jù)表 42 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666）， 手臂伸縮液壓缸采用 內(nèi)徑 1D =80mm,半徑 R=40mm 的液壓缸。壁厚 10mm，行程 600mm，活塞直徑 d=40mm。 尺寸校核 經(jīng)過上面計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 NF 1755?驅(qū) ，因此選擇液壓缸的工作壓力MPaP 1? 。 圖 51雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進入無桿腔： ??? 4 211 DPFF ??驅(qū) 蘇州市職業(yè)大學(xué)機電工程系畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 23 頁 當(dāng)油進入油桿腔： ???4 )( 2222 dDPFF ???驅(qū) 式中 驅(qū)F ——— 手臂伸縮液壓缸驅(qū)動力 )(N D ——— 液壓缸內(nèi)徑 )(mm d ——— 活塞桿直徑 )(mm ? ——— 液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 ?? 1P ——— 液壓缸的工作壓力 )(MPa 帶入數(shù)據(jù) 得： 驅(qū)FNFrRPF ?? ??? 3580 )( 22 ??
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