【導(dǎo)讀】廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的工礦企業(yè)中。本文主要針對用于油泵凸輪。軸自動線上，在相鄰工位間搬運工件的機械手進(jìn)行設(shè)計。首先，簡要介紹了機械手的基本概念、機械手的組成和分類，以及工業(yè)機械手的簡史和發(fā)展趨勢。再次，完成了機械手的手部、臂部和機身的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　

【正文】 通電使卸載指示燈亮。 油泵卸荷，機械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個循環(huán)。 凸輪軸自動線機械手設(shè)計 28 液壓缸設(shè)計 液壓缸主要參數(shù)的確定 針對本設(shè)計是一個機械手的特點考慮，機械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此，先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機械手的結(jié)構(gòu)和運動的穩(wěn)定性、安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統(tǒng)設(shè)計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下； 表 機身水平 液壓缸參數(shù) 缸內(nèi)徑 mm 壁厚 mm 桿直徑 mm 行程 mm 工作壓力 MPa 100 10 30 915 2 因為機身水平液壓缸 的作用主要是實現(xiàn)伸縮直線運動這個運動形式，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向），軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質(zhì)為彎矩，使其產(chǎn)生彎曲變形。而且因為機械手要求具有一定的柔性， 機身 水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。同時具有比較大的彎 矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問題有較高的要求。 因此，在水平伸縮缸的設(shè)計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，使其具有盡量大的剛度。為了達(dá)到這個目的，設(shè)計中采 用了雙導(dǎo)向 桿 機構(gòu) ，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。另一方面，為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，將兩個導(dǎo)向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。 表 垂直液壓缸參數(shù) 凸輪軸自動線機械手設(shè)計 29 缸內(nèi)徑 mm 壁厚 mm 桿 直徑 mm 行程 mm 工作壓力 MPa 90 10 30 350 3 因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機構(gòu)，較好的解決了這一問題。 表 左右移動液壓缸參數(shù) 缸內(nèi)徑 mm 壁厚 mm 桿直徑 mm 行程 mm 工作壓力 MPa 60 25 30 50 5 因為左右移動液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了 加固導(dǎo)向桿機構(gòu)，較好的解決了這一問題。 液壓缸強度的校核 （ 一 ）缸筒壁厚的較核 當(dāng) D/ 10?? 時，液壓缸壁厚的較核公式如下： )1][ ][(2 ???? yyPPD ??? （ 41） 式中， D 為缸筒內(nèi)徑； yP 為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力 MPapn 16?時，取 為 ny pP ? ； ][? 為缸筒材料的許用應(yīng)力， nb /][ ?? ? ， b? 為材料凸輪軸自動線機械手設(shè)計 30 抗拉強度，經(jīng)查相關(guān)資料取為 600MPa ， n 為安全系數(shù)，此處取 5?n ； 帶入數(shù)據(jù)計算： 前后移動油缸：δ≥ 垂直液壓油缸：δ≥ 左右液壓油缸：δ≥ 因此液壓缸壁厚強度滿足要求。 （ 二 ）活塞桿直徑的較核 活塞桿直徑的較核公式為 ][4??Fd? （ 42） 式中， F 為活塞桿上作用力； ][? 為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處 ][b?? ? ； 帶入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算較核得 前后移動油缸： d≥ 垂直液壓油缸： d≥ 左右液壓油缸： d≥ 上式成立，因此活塞桿的強度能滿足工作要求。 液壓元件的選擇 動力元件 —— 液壓泵 液壓泵是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是額定壓力和流量。本機械手的液壓 泵采用 YBP40型限壓式變量葉片泵，額定流量為 40 升 /分， 其驅(qū)動電動機的功率是 4千瓦。 其 液壓 泵的計算 如下： （ 1）確定液壓泵的實際工作壓力 p 凸輪軸自動線機械手設(shè)計 31 ???? 11 ppp p （ 43） 式中， 1p 計算工作壓力，前以定為 MPa5 ； ??1p 對于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（ ~） MPa ，這里取為 1MPa 。 因此，可以確定液壓泵的實際工作壓力為 MPap p 615 ??? （ 44） （ 2）確定液壓泵的流量 maxqKqp ?? （ 45） 式中， K 為泄露因數(shù)，取 ； maxq 為機械手工作時最大流量 vAq ???max （ 46） 經(jīng)計算得 maxq = min/L 帶入上式得 m in/ Lq p ??? （ 3）確定液壓泵電機的功率 ????? 602 m axqpP p工 （ 47） 式中， maxq 為最大運動速度下所需的流量，同前，取為 min/L ； p 液壓泵實際工作壓力， 5MPa ； ? 為液壓泵總效率，取為 ； 帶入數(shù)據(jù)計算得： 工P = 。 控制元件 —— 方向閥、壓力閥 控制元件是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大流量。 （一）方向控制閥 —— 電磁換向閥 電磁換向閥 是 利用電 氣元件發(fā)出的電訊號，通過電磁鐵動作，凸輪軸自動線機械手設(shè)計 32 使電磁閥閥芯移動，實現(xiàn)油路的換向 。 本機械手采用 4 種換向閥：22E10B 型 1 個， 22E63B 型 1 個， 24E10B 型 2 個， 34E63B 型 2個。 （二） 壓力控制閥 節(jié)流閥 本機械手采用 L 型節(jié)流閥 ,其中 L10B 型 2個， L63B 型 2個。 L型節(jié)流閥是筒式流量控制閥門。它是依靠改變閥的流通截面來調(diào)節(jié)流量，以實現(xiàn)工作機構(gòu)運動速度的無級調(diào)速。此閥結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但沒有壓力和溫度補償 裝置，閥前后的壓力差隨負(fù)載和油溫的變化而變化，因此只適用于 油溫變化較小的系統(tǒng)。 溢流閥 本機械手選取 Y63B 型溢流閥。 溢流閥 主要有以下 作用： （ 1） 保證液壓泵提供 恒定 壓力 。當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時， 使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進(jìn)口壓力，即 液壓 泵出口壓力恒定。 （ 2）安全保護(hù)作用。 系統(tǒng)正常工作時，閥門關(guān)閉。只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進(jìn)行過載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高10％～ 20％）。 用於過載保護(hù)的溢流閥也稱為安全閥 。 減壓閥 減壓閥是一種可將較高的進(jìn)口壓力 (一次壓力 )降低為所需的出口壓力 (二 次壓力 )的壓力調(diào)節(jié)閥。根據(jù)各種不同的要求，減壓閥可將油路分成不同的減壓回路，以得到各種不同的工作壓力。 本機械手采用 J63B 型減壓閥。 輔助元件 （一）管道 由于本系統(tǒng)壓力適中，故采用軟管。根據(jù)液壓泵出口流量計算 ，凸輪軸自動線機械手設(shè)計 33 可 選取 6? 。設(shè)計中， 液壓泵吸油管稍微粗些，選擇 8? ；其余都選為5? 。 （二）管接頭 本機械手選用扣壓式管接頭。 （三）濾油器 本系統(tǒng)選擇 XUB50100 濾油 器。 （四）油箱 一般取泵流量的 3~5 倍，這里取為 5 倍，有效容積為 ： LqV p ????? 本章小結(jié) 本章主要通過對機械手實際工作中的動作行程分析，完成了機械手的液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計 、電氣系統(tǒng)圖設(shè)計；計算確定液壓缸相關(guān)尺寸，并選取了液壓系統(tǒng) 相關(guān)元器件。凸輪軸自動線機械手設(shè)計 34 結(jié) 論 油泵凸輪軸自動線機械手的動作包括手抓張合和 3 個相互垂直（升降、左右和前后）的直線運動，本文設(shè)計的直角坐標(biāo)型機械手可以滿足上述動作要求。 本文機械手的手部選用二指回轉(zhuǎn)型手抓。夾緊裝置采用彈簧常閉式夾緊裝置 ，在抓取工件時依靠手抓運動的慣性力和手臂的驅(qū)動力使手抓張開，抓取工件后，靠彈簧力夾緊工件。 本文機械手的臂部和機身主要由 3個相互垂直、帶有導(dǎo)向裝置的液壓缸組成，可以使機械手實現(xiàn)其 3 個相互垂直（升降、左右和前后）的直線運動，并保證其運動精度。 本文機械手的驅(qū)動控制系統(tǒng)由 3 個相互垂直的液壓油缸以及由液壓油缸、電機、油管和其他控制元件所組成的液壓系統(tǒng)所組成。 本文機械手屬于專用機械手，具有動作固定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高等優(yōu)點。凸輪軸自動線機械手設(shè)計 35 致 謝 本文是在我尊敬的導(dǎo)師 丁滿 的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn) 的治學(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\摯的感謝，并致以崇高的敬意 ! 在課題的研究和開發(fā)階段，得到了學(xué)院老師的大力支持和幫助，以及同學(xué)的通力合作，在此一并向他們表示衷心的感謝。 在日常生活和學(xué)習(xí)中，學(xué)院的各位老師，以及全體同學(xué)給與我大力支持和幫助，在此我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。 感謝父母、家人，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，感謝 大連理工 大學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。凸輪軸自動線機械手設(shè)計 36 參考文獻(xiàn) [1] 劉明保，呂春紅等 . 機械手的組成機構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)的確定 .河南高等?？茖W(xué) 校學(xué)報， 2021 [2] 李超 .氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā) .陜西科技大學(xué)， 2021 [3] 徐元昌 .工業(yè) 機械手 [M].北京 :中國輕工業(yè)出版社， 1996 [4] 張建民 .工業(yè) 機械手 [M].北京 :北京理工大學(xué)出版社， 1988 [5] 張建民 .工業(yè) 機械手 .北京 :北京理工大學(xué)出版社， 1992 [6] 王雄耀 .近代液壓 機械手 (液壓機械手 )的發(fā)展及應(yīng)用 [M].液壓液壓與密， 1999， 5 [7] 周洪 .液壓 技術(shù)的新發(fā)展 .液壓 液壓 與密封 [M]， 1999, 5 [8] 金茂青，曲忠萍，張桂華 .國外工業(yè) 機械手 發(fā)展勢態(tài)分析 [M].機械手 技術(shù)與應(yīng)用 2021, 2 [9] 龍立新 .工業(yè)機械手的設(shè)計分析 [M].焊工之友， 1999, 3 [10]王承義 .機械手及其應(yīng)用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 1981 [11]成大先 .機械設(shè)計圖冊 [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社， 1985 [12]魏斌 ， 魏春梅 .機械原理 [M].武漢 :華中科技大學(xué) 出版社， [13]錢東海，馬毅瀟，趙錫芳 .雙臂 機械手 時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃研究 [M].機械手 ， 1999, 21凸輪軸自動線機械手設(shè)計 37 附 圖 附圖 1： jxs2021 —— 機械手裝配圖 附圖 2： jxs202101 — — 定位機械手 附圖 3： jxs202102 —— 夾緊機械手 附圖 4： jxs202103 —— 升降、橫移油缸