【正文】 度大，工作平穩(wěn)。驅(qū)動機構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機械擋塊來決定，對于本設(shè)計就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計要求，設(shè)計中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)1800。 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計計算 同腕部回轉(zhuǎn)缸一樣，機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該先考慮回轉(zhuǎn)阻力矩，再跟據(jù)回轉(zhuǎn)阻力矩確定出回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩，然后設(shè)計出缸的結(jié)構(gòu)尺寸，最后對聯(lián)接螺釘進行校核計算。圖62 手臂回轉(zhuǎn)運動時的受力圖從圖62中可以看出手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩，應(yīng)該與手臂運動時所產(chǎn)生的慣性力矩、各密封裝置處的摩擦阻力矩以及回油阻力矩相平衡。 =++ (61)慣性力矩的計算 (62)式中 ——回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量（），在起動過程中==；t——起動過程的時間(s),。——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。為了減小轉(zhuǎn)動慣量，故將手臂縮回后，再進行回轉(zhuǎn)運動。則有： 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算為=，由于回油背差一般非常的小，故在這里可估算為=。根據(jù)式61可得出=++＝++ （63）解63得： = 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 根據(jù)整體安裝尺寸和結(jié)構(gòu)的合理性，協(xié)調(diào)性，根據(jù)表410可初步設(shè)計回轉(zhuǎn)缸定片和動片的寬度為b=50mm，缸的內(nèi)徑D=80mm，外徑D1=122mm；d為輸出軸的直徑，考慮到在所選結(jié)構(gòu)中，可初定d=35mm,則回轉(zhuǎn)缸壓力p通過式64導(dǎo)出： (64)＝小于工作壓力為p=1MPa 。 液壓缸蓋聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎愀咨w螺釘主要承受的是來自壓力油在缸蓋上的拉力，屬于受拉螺釘，則危險剖面上承受的拉力為： （65）式65中，取K＝（K＝～）初選螺釘數(shù)目為z＝6；危險截面面積S為：S=工作載荷＝PS/z=13770/6N===1131N螺釘材料選擇Q235，（）螺釘?shù)闹睆? d≥== 考慮到裝配尺寸選擇螺釘為M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。 動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)參見圖42。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，此處選4顆。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。所以應(yīng)滿足： （66）則可得出： （67）D——動片的外徑；——被連接件配合面間的當量摩擦系數(shù)，鋼對鋼取f=。接觸面情況為圓周面接觸，所以K=1～，取K=＝f＝.螺釘?shù)膹姸葪l件為 （68）或 d≥ (69)帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得＝單個螺釘?shù)墓ぷ鬏d荷＝/4＝螺釘材料選擇45，則（）螺釘?shù)闹睆絛≥= 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=。 機身升降機構(gòu)的計算由于受到來自手臂的偏心重力的影響，在進行升降液壓缸計算之前，應(yīng)該先進行不自鎖驗算。 手臂偏重力矩的計算（1）零件重量、等。工件重量=10㎏ 將與估算為7㎏而估算為8㎏ =+++=25㎏（2）計算零件餓重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離。 （610） 如圖64所示，導(dǎo)向套在升降運動的過程過，由于偏心重力的影響，會在它與立柱接觸處產(chǎn)生兩個支反力FRFR2，這樣一來，它們就會在接觸表面產(chǎn)生摩擦力，當它大到一定程度，就會導(dǎo)致自鎖現(xiàn)象的發(fā)生，這是不允許的。如圖所示，把手臂重量、手腕重量、手部重量以及工件重量等效為一個重量，它到回轉(zhuǎn)軸的距離為 .則有＝ （611）圖64 立座導(dǎo)向套受所偏重力示意圖 升降不自鎖條件分析計算手臂在的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套會防止這種趨勢。由力的平衡條件有FR1=FR2 （612）FR1h= （613）所謂的不自鎖條件為： （614）由式6161613可得： 2 （615）進而可得： 2 （616）取 （617） 此處的為立柱最大伸出后，導(dǎo)向套與立柱的接觸長度，考慮到升降行程為200mm，缸頭、缸尾以及活塞的的總尺寸為80mm（30+25+25），所以＝80,能滿足要求. 手臂做升降運動的液壓缸驅(qū)動力的計算 （618）式中摩擦阻力，結(jié)合圖61,再參考圖51 取f=——零件及工件所受的總重。（1）的計算= （619）式618中，——為啟動過程中的速度變化，這里取其值為67mm/s；——為啟動所用的時間，；代入數(shù)據(jù)到式618中，可得： =＝ （2）的計算 根據(jù)式613得: (620) 再根據(jù)式612可得: =2735=（3）的計算:液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 （4）的計算: 為了防止工作時出現(xiàn)自重力作用下下滑現(xiàn)象的發(fā)生，在液壓缸向下驅(qū)動時，應(yīng)該考慮一個回油背壓力≥，而向上時則不需要。 當液壓缸向上驅(qū)動時：＝+++0+245 （621）解620得，＝當液壓缸向下驅(qū)動時: = (622)解621得，= 升降液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算 液壓缸內(nèi)、外徑的設(shè)計計算 （1）內(nèi)徑當油進入無桿腔， （623）當油進入有桿腔中， （624）故有 （無桿腔） （625） （有桿腔） （626）觀察式625和式626可以看出在相同的條件下，無桿腔的力更大，需要更大的內(nèi)徑D，所以選無桿腔為計算準則。式625中，為液壓缸機械效率。p為液壓缸工作壓力，它的選擇是很重要的，選高了可以減小缸內(nèi)徑以及執(zhí)行部件的尺寸，使得整體結(jié)構(gòu)更緊湊，但同時會對整體的密封性能要求提高，使得密封復(fù)雜化，一般可安表39選取。此處可取p=1MPa。把相關(guān)數(shù)據(jù)代入到式514中可得：＝由于采用花鍵軸做內(nèi)部導(dǎo)向，去花鍵軸經(jīng)為22mm，則取活塞桿經(jīng)為45mm,=100mm 活塞桿強度校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。此處L/d＝300/45＝15，所以沒必要進行穩(wěn)定性校核，只需做強度校核。選活塞桿材料為碳鋼，則其[σ]＝100MPa [σ]所以活塞桿的強度足夠。 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎愀咨w螺釘主要承受的是來自壓力油在缸蓋上的壓力，屬于受拉螺釘，而這里只有在推動機身向上運動里，加在下缸蓋的力比較大，所以只需對其校核即可。危險剖面上承受的拉力為： （627）式626中，為工作載荷，為剩余預(yù)緊力＝K，為保證其密封性能，取K＝～，此處取K＝初選螺釘數(shù)目為z＝6；危險截面面積S則S=工作載荷＝PS/z=1106/8N==+=螺釘材料選擇Q235，（）螺釘?shù)闹睆? d≥== 選擇螺釘為M5的六角頭螺栓。 本章小結(jié)本章對機械手的機身進行了設(shè)計，分別對機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)和升降機構(gòu)進行設(shè)計計算。同時也計算了升降立柱不自鎖的條件，這是機身設(shè)計中不可缺少的部分。最后對升降液壓缸進行了設(shè)計計算以及其聯(lián)接螺釘?shù)男：擞嬎?，完成了對整個機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。第7章 液壓轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng) 液壓傳動的定義一部完備的機器是由原動機、傳動裝置和工作機三部分組成。原動機（電動機或內(nèi)燃機）是機器的動力源；工作機是機器直接對外做功的部分；傳動裝置則是設(shè)置在原動機和工作機指尖的部分，用于實現(xiàn)動力（或能源）的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制，以滿足工作機對力（或轉(zhuǎn)矩）、工作速度（或轉(zhuǎn)速）及位置的要求。按照傳動件（或工作介質(zhì)）的不同，傳動分為機械傳動、電氣傳動、液體傳動（液體傳動和氣壓傳動）及復(fù)合傳動等類型。液體傳動有包括液力傳遞和液壓傳動。液力傳動是以動能進行轉(zhuǎn)換與控制的液體傳動。 液壓系統(tǒng)的類型 工作特征和控制方式的不同，液壓系統(tǒng)可分為液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)通常為開環(huán)控制，以傳動動力為主，傳遞信息為輔，追求轉(zhuǎn)動特性的完善；系統(tǒng)的工作特性由各組成液壓元件的特性和它們的相互作用來確定，其控制質(zhì)量受工作條件變化的影響較大，當不能滿足正常的工作條件時，就無法達到既定的目標。圖7—1所示的即為開環(huán)控制的液壓傳動控制系統(tǒng)的原理方框圖，系統(tǒng)中的流量控制閥的開度是事先調(diào)整好的，無法在工作過程中進行更改。圖7—1 開環(huán)控制的液壓系統(tǒng)原理方框圖液壓控制系統(tǒng)通常要采用伺服閥等控制閥的控制閥，且多為閉環(huán)控制，以傳遞信息為主，傳遞動力為輔，追求控制特性的完善。由于在系統(tǒng)中加入了檢測反饋元件，故可將一般元件組成精確的控制系統(tǒng)，其控制質(zhì)量受工件條件變化的影響較小。 液壓控制系統(tǒng)的原理和構(gòu)成液壓控制系統(tǒng)按使用的控制元件，可分為伺服控制系統(tǒng)、比例控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)三大類。本節(jié)以發(fā)展歷史最長的液壓伺服控制系統(tǒng)為例，介紹液壓控制系統(tǒng)的原理和構(gòu)成。 液壓控制系統(tǒng)的工作原理液壓伺服系統(tǒng)是以液壓動力元件做驅(qū)動裝置所組成的反饋控制系統(tǒng)，其輸出量（機械位移、速度、加速度或力）能以一定得精度，自動地按照輸入信號的變化規(guī)律運動。與此同時，它還起到功率放大作用，故又是一個功率放大裝置。圖7—2液壓伺服控制系統(tǒng)原理圖1液壓泵 2溢流閥 3四通控制滑閥 4液壓缸圖7—2所示為一簡單的液壓伺服控制系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)的能源為液壓泵1，以恒定的壓力（由溢流閥2設(shè)定）想系統(tǒng)供油。液壓驅(qū)動裝置有四通滑閥3和液壓缸4（桿固定）組成?；y3是一個轉(zhuǎn)換放大元件，它將輸入的機械信號轉(zhuǎn)換為液壓信號（流量、壓力）輸出，并加以功率放大。液壓缸為執(zhí)行器，輸入值壓力油的流量，輸出是運動速度或位移。將滑閥與液壓缸的組合稱為伺服液壓缸。此系統(tǒng)中閥體以液壓缸體、連成一體，從而構(gòu)成反饋控制。其反饋控制過程是：當滑閥處于中間位置（零位，即沒有信號輸入，=0）時，閥的四個窗口均關(guān)閉，閥沒有流量輸出，液壓缸不動，系統(tǒng)的輸出量=0，系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài)。給滑閥一個輸入位移，如閥芯向右移動一個距離x，則節(jié)流窗口a，b便有一個相應(yīng)的開口量，壓力油經(jīng)窗口a進入液壓缸無桿腔，推動缸體向右移動。左腔油液經(jīng)窗口b回油。因閥體與缸體為一體，故閥體液向右移。使閥的開口量減小，即，直到（即）時，閥的輸出流量等于零，缸體停止運動，處在一個新的平衡位置上，從完成了液壓缸輸出位移對滑閥輸入位移的跟隨運動。如果滑閥反向運動，液壓缸液反向跟隨運動。歸納上述可以看到，液壓伺服系統(tǒng)具有下列特點：⑴液壓伺服控制系統(tǒng)是一個自動跟蹤系統(tǒng)。在上述系統(tǒng)中，滑閥閥芯不動，液壓缸液不動；閥芯移動多少距離，液壓缸液移動多少距離；閥芯移動速度快，液壓缸移動速度也快；閥芯向哪個方向移動，液壓缸液向哪個方向移動?？梢妶?zhí)行器的動作（系統(tǒng)輸出）能自動地、準確地復(fù)現(xiàn)滑閥的動作（系統(tǒng)的輸入），因此這個系統(tǒng)是一個自動跟蹤系統(tǒng)。⑵液壓伺服系統(tǒng)是一個反饋控制系統(tǒng)，并依靠偏差信號進行工作。在上述系統(tǒng)中，輸出位移之所以能夠精確地復(fù)現(xiàn)輸入位移的變化，是因為缸體和閥體是一個整體，構(gòu)成了反饋控制。缸體的輸出信號（位移）反饋至閥體，并與滑閥輸入信號（位移）進行比較，有偏差（即有開口量），油源的壓力油就進入液壓缸，缸體就繼續(xù)移動，使閥的開口量（偏差）減小，直至輸出位移與輸入位移一致（即偏差消除）為止。因此這個系統(tǒng)是靠偏差信號進行工作的，即以偏差來消除偏差，此即為負反饋控制原理。系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號著急存在偏差是液壓伺服系統(tǒng)工作的必要條件。上述系統(tǒng)的反饋介質(zhì)是機械連接，稱為機械反饋。事實上，反饋介質(zhì)可以是機械、電氣、氣動、液壓之一或它們的組合。⑶液壓伺服系統(tǒng)是一個大功率放大裝置（系統(tǒng)）。上述系統(tǒng)中，移動滑閥需要的功率很小，而執(zhí)行器輸出的功率遠大于輸入信號的功率，多達幾百倍，甚至幾千倍。伺服控制過程的物理本質(zhì)是利用偏差信號去控制將液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，所以液壓伺服控制裝置一般也稱為液壓伺服放大器。實際的液壓控制系統(tǒng)不論如何復(fù)雜，都是由一些基本元件構(gòu)成的，并可用圖