【正文】 ，還應(yīng)該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應(yīng)力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應(yīng)力強度驗算）?，F(xiàn)在由于 本設(shè)計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。計算公式： maxca SSS????； sS 選取 ~（力學性精確能高） max 38KD Fd? ?? 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 23 max 38KD Fd? ?? 38 1 . 1 8 4 0 . 0 4 2 1 6 2 1 5 9 8 7 5 6 4 7 93 . 1 4 0 . 0 0 7??? ? ?? 6m a x8 0 0 1 0 1 .3 3 6 1598756479casS paS pa?? ?? ? ? 結(jié)論：經(jīng)過 校核，彈簧適應(yīng)。 4 手臂伸縮機構(gòu)載荷的計算 手臂伸縮采用雙作用液壓缸實現(xiàn)，臂部作水平伸縮運動時，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還在克服啟動過程中的慣性力。其驅(qū)動力可 伸縮F 可按下式計算： maf FFF ?/)( ??伸縮 （ 41） 式中： fF —— 各支承處的的摩擦阻力（ N），其大小可按下式估算： )( Nf FGF ?? ? （ 42） 式中： G —— 運動部件所受的重力（ N ）； NF —— 外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力（ N ），其大小可按下式計算： 手腕手部工件 GGGF N ??? （ 43） ? —— 摩擦系數(shù)，取 ，詳見機械設(shè)計手冊表 ； aF —— 啟動過程中的慣性力（ N ），其大小可按下式估算： tvgGFa ??? 總 （ 44） 式中： g —— 重力加速度，取 2/sm ； v? —— 速度變化量（ sm/ ）。如果臂部從靜止狀態(tài)加速到工作速度 v 時，則這個過程的速度變化量就等于臂部的工作速度。 t? —— 啟動或制動時間（ s ），一般為 ～ 。對輕載低速運動部件取小值，對重 載高速部件取大值，行走機械一般取 ???tv ～ sm/ 。 經(jīng)過計算得： 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 24 )()( ??????? Nf FGF ? ? tvgGFa ??? 總= ?? NFFF maf )(/)( ????? ?伸縮 5 初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的 情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟；反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力選低一些，行走機械重載設(shè)備壓力要選得高一些。選擇可參考一下兩表： 表 41 按載荷選擇工作壓力 載荷 /KN 5 5～ 10 10～ 20 20～30 30～ 50 50 工作壓力/MPa 0.8～ 1 1.5～ 2 2.5～ 3 3～ 4 4 ～5 ≥ 5 表 42 各 種機械常用的系統(tǒng)工作壓力 機械類型 機 床 農(nóng)業(yè)機械 小型工程機械 建筑機械 液壓鑿巖機 液壓機 大中型挖掘機 起重機械 起重運輸機械 磨床 組合 機床 龍門 刨床 拉床 工作壓力 /MPa 0.8～ 2 3～ 5 2～ 8 8～ 10 10～ 18 20～ 32 從各方面綜合考慮，根據(jù)計算所得的數(shù)據(jù)，搬運機械手的工作壓力選擇為 8MPa。 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 25 6 軸的設(shè)計 軸的材料和熱處理的選擇 由《機械設(shè)計》教材 P358 表 151 得 選 45號鋼，調(diào)質(zhì)處理， HB217～ 255 b? =640MPa s? =355MPa 1?? =275Mpa [ 1?? ]=60MPa 軸幾何尺寸的設(shè)計計算 按照扭轉(zhuǎn)強度初步設(shè)計軸的最小直徑 查表得球軸承傳遞效率 185。246。 ? ? ，206。210。 ? ? 7級精度齒 輪傳遞效率206。210。 ? ? 則 2 0 .1 5 0 .9 5 0 .9 8 0 .9 9mPP ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 121 1 1 5 14 5 0 0 4 3 . 55 0 3 7mnn ii? ? ? ? ? ? ?r/min 根據(jù)《機械設(shè)計》教材 P366 表 153，取 A0=110，于是得 min1d ? A03 22Pn =1103 =16mm 選取連軸器的類型與尺寸： 查表 141考慮轉(zhuǎn)矩變化很小， ? 2220 . 1 49 5 5 0 9 5 5 0 3 0 . 74 3 . 5PT N mn? ? ? ? ? ? 2 1 .5 3 0 .7 4 6 .0 5c a aT K T N m? ? ? ? ? ? ? ?caTT? 選擇凸緣連軸器 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 26 min 1 16d d mm?? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)軸上零件的定位、裝拆方便的需要，同時考慮到 強度的原則，設(shè)計為階梯軸。 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 ①如上圖 從左到右依次為 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 與大帶輪配合的軸 1 16d mm? 21 2 2 16 2 5 26d d h m m? ? ? ? ? ? ? 32 2 2 2 6 2 2 .5 3 1d d h m m? ? ? ? ? ? ? 43 2 2 31 2 34d d h mm? ? ? ? ? ? ? 54 2 2 34 2 6 46d d h m m? ? ? ? ? ? ? 6331d d mm?? ②長度 112lL??查表得 1L 1 104l ? 2 21l ? 3 50l ? 4 39l ? 選擇軸承；選擇深溝球軸承 軸承代號 6210， d=50mm， D=90mm， B=20mm 3 20 2 42l B mm? ? ? ? 齒寬 b=60mm，則 4 2 56l b mm? ? ? 39。 1. 4 10b h mm? ?? 39。6 2 0 2 2 0 1 0 2 0 2 3 2l b B m m? ? ? ? ? ? ? ? ? 跨距 L=225mm 選擇鍵： 右鍵：鍵 GB1096 5179。 5179。 16普通 A型平鍵 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 27 左鍵：鍵 GB1096 5179。 5179。 16普通 A型平鍵 選擇配合：齒輪，半聯(lián)軸器和軸的周向定位均采用平鍵連接。選擇齒輪軸轂與軸的配合為 76Hm ；半聯(lián)軸器與軸的配合為 76Hk 。滾動軸承與軸的周向定位是通過過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6 強度計算： ： 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 28 直齒輪圓周力： 22 2 3 0 . 7 1 0 0 0 307200t TFNd ??? ? ? 徑向力： 0ta n 30 7 ta n 20 11 2rtF F N?? ? ? ? 12 1 5 3 .52tN t N tFF F N? ? ? 12 562rNr NrFF F N? ? ? 2 1 5 3 .52tH N tFM F N? ? ? 12 562rNr NrFF F N? ? ? 3 0 7 1 1 2 .5 3 4 5 3 82H N t LM F N m m? ? ? ? ? ? 1 1 2 1 1 2 . 5 1 2 6 0 02Vr LM F N m m? ? ? ? ? ? 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 29 22 36765C H VM M M N m m? ? ? ? 因為彎曲應(yīng)力對稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)變 1?? 當量彎矩 2 2 2 2( ) 6 9 3 7 5 3 0 7 0 0 7 5 8 6 4CM M T N m m?? ? ? ? ? ? ? ?1375864 280 . 1 3 0Cca MW?? ?? ? ?? 符合要求 7 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 液壓系統(tǒng)簡介 機械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機帶動油泵輸出壓力油，是將電動機供給的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進入油缸，推動活塞桿運動，從而使手臂作伸縮、升降等運動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。手臂在運動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運 動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機械手的液壓傳動系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動。 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： ① 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。 ② 液動機 壓力油驅(qū)動運動部件對外工作部分。手臂做直線運動，液動機就是手臂伸縮油缸。 ③ 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速 閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運動。 山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 30 機械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運動的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運動等。 壓力控制回路 ① 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油 液溢流回油箱。 ② 卸荷回路 在機械手各油缸不工作時，油泵電機又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負荷下工作，所以采用卸荷回路。此機械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 ③ 減壓回路 為了是機械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 ④ 平衡與鎖緊回路 在機械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機構(gòu)因自重而任意下 降，可采用平衡回路將垂直機構(gòu)的自重給以平衡。 為了使機械手手臂在移動過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運動并鎖緊。本機械手采用單向順序閥做平衡閥實現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 ⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護油泵。液壓系統(tǒng)工作時，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動油缸運動而做功。當一旦電機停止轉(zhuǎn)動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果產(chǎn)生噪音， 加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時間的聯(lián)系，從而起到保護油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機時，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動時的平穩(wěn)性。 速度控制回路 液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改變進入油缸的流量 Q。其控制方法有兩山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計說明書 31 類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進入油缸或油馬達的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 根據(jù)各油泵的運動速度要求， 可分別采用 LI 型單向節(jié)流閥、 LCI 型單向節(jié)流閥或QI 型單向調(diào)速閥等進行調(diào)節(jié)。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價格便宜。其缺點是：有壓力和流量損耗，在低速負荷傳動時效率低，發(fā)熱大。 節(jié)流閥進行節(jié)流調(diào)速時，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負荷變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負荷變化會引起節(jié)流閥進出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 調(diào)速閥能夠隨負荷的變化而自動調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運動速度不受負荷變化的影響，對速度的平穩(wěn)性 要求高的場合，宜用調(diào)速閥實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。 液壓系統(tǒng)元件的選擇 由于機械手