【正文】 液壓驅(qū) 動系統(tǒng) 該機(jī)械手的液壓系統(tǒng)原理如圖 6— 6 所示，手臂伸縮、升降、回轉(zhuǎn)及手腕回轉(zhuǎn)的驅(qū)動油缸。 2. 回轉(zhuǎn)油缸的緩沖裝置 對于回轉(zhuǎn)油缸的端部緩沖裝置的緩沖原理與活塞油缸端部緩沖原理相同，只是在結(jié)構(gòu)上有所差異。當(dāng)活塞運(yùn)動到使柱塞逐漸進(jìn)入缸蓋的凹槽時，將存在于緩沖油腔內(nèi)的油液經(jīng)柱塞與凹槽間的縫隙或節(jié)流孔逐漸被擠出，這些油液被擠出時，產(chǎn)生較高的緩沖壓力，活塞由于受到這個緩沖壓力的作用，運(yùn)動逐漸減速，使定位時的減速度降到較小數(shù)，以 緩和沖擊。為了防止活塞油缸的 65 活塞油缸端部緩沖原理圖 活塞或回轉(zhuǎn)油缸的動片運(yùn)動到頭時產(chǎn)生沖擊，在油缸的端蓋或回轉(zhuǎn)油缸的側(cè)蓋上設(shè)有緩沖裝置。在定位時一般采用機(jī)械擋塊定位。 影響機(jī)械手運(yùn)動平穩(wěn)性扣定位精度的因素是很多的。也叫重復(fù)位置誤差。 液壓傳動機(jī)械手的緩沖與定位 機(jī)械手的運(yùn)動平穩(wěn)性與定位精度 所謂運(yùn)動平穩(wěn)性是指機(jī)械手從起動 (速度為零 )到正常工作速度 (勻速運(yùn)動 )，再從正常工作速度經(jīng)制動后到停止運(yùn)動 (速度降到零 )的過程，其速度變化是漸變過程，沒有速度突變現(xiàn)象。 冷卻器 當(dāng)油箱的散熱面積不夠 或油池的散熱條件不佳時，靠自然散熱油溫超過50C? 時，就需要采用油冷卻器。距箱邊應(yīng)不小于管徑的三倍。 在設(shè)汁油箱和油池時，除了考慮其有效容積及是否冷卻問題外，還應(yīng)注意： 1．吸油口與回油口應(yīng)遠(yuǎn)離。其容量不能過小，最小應(yīng)能儲存整個液壓系統(tǒng)充滿油時的容積，并有一些裕量。 ③ 清洗維護(hù)方便，易于更換過濾材料。 對于濾油器的要求有： ① 有較高的過濾能力，能阻擋一定尺寸范圍的雜質(zhì)，而且對于油液的阻力很小。濾油器一般安置在油泵吸油口前邊，以保護(hù)油泵，并使通往系統(tǒng)的全部油液過濾。因此需要對油液進(jìn)行過濾，一般是采用濾油器來防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)中。用普通細(xì)牙螺紋連接時應(yīng)采用密封 墊圈，以保證連接的密封性。螺紋連接的優(yōu)點(diǎn)是便于拆換，安裝方便。對這些連桉的要求是工作可靠、密封良好、結(jié)構(gòu)簡單、安裝和制造方便。由于本設(shè)計(jì)的承壓較低，加之紫銅管彎曲方便，容易裝配，所以設(shè)計(jì)時選用紫銅管。油管有紫銅管、塑料管、尼龍管及橡膠軟管。 油管和管接頭 1．油管 油管的類型，可根據(jù)使用場合和液壓系統(tǒng)的最大工作壓力進(jìn)行選擇，對于兩個相對運(yùn)動的部件。雖然在液壓系統(tǒng)中輔助裝置居于次要的位置，但是，當(dāng)這些輔助裝置中任何一個細(xì)小的部分，如果沒有給予足夠的重視和適當(dāng)?shù)陌才?，往往回破壞液壓系統(tǒng)的正常工作或降低了系統(tǒng)的工作效率和壽命等。節(jié)流閥或調(diào)速閥的最小流量為 ? L/min。 流量閥 如節(jié)流閥、調(diào)速閥等，根據(jù)閥的最大流量 Q最 大 、最小流量 Q最 小 和最大工作壓力等因素來選擇。對于溢流閥的壓力和流量，一般要與油泵的最高工作壓力和最大流量量相適應(yīng)。必要時最大流量允許超過額定流量，但不宜過大，一般規(guī)定閥的最大通過量不應(yīng)超過額定流量的 20%。 確定液壓系統(tǒng)油泵所需的電動機(jī)功率 N 0PQN612?? 泵 取葉片泵總效率 ?? 1．帶動油缸的油泵所需的電動機(jī)功率 7 0 9 2N 1 3 .1 K W6 1 2 0 .8????臂 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37 頁 共 43 頁 根據(jù)電動機(jī)產(chǎn)品樣本，選用 Y200L16 型三相異步電動機(jī)，其額定功率為，滿載轉(zhuǎn)速為 970r/min。因此，以手臂升降油缸來確定油泵的工作壓力和流量。但動片的回轉(zhuǎn)角度要減少一半。為了提高動片的剛度，可根據(jù)回轉(zhuǎn)油缸的擺動角度大小，對動片采用有加強(qiáng)貼的結(jié)構(gòu)。 此外回轉(zhuǎn)油缸動片剛度不足也容易造成泄漏，并且使輸出扭矩減小。 由于回轉(zhuǎn)油缸的輸出扭矩約為 左右， 矩形橡膠密封圈和牛皮擋圈組成的密封結(jié)構(gòu)。缸體與動片的配合為 44/ cdD ，光潔度為 7? 。 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁 共 43 頁 1． 圓截面矩形密封圈密封 圖 6— 4 所示，為 某“加工中心”上的換刀機(jī)械手采用的 64 回轉(zhuǎn)油缸及其密封結(jié)構(gòu) 回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu)圖。 當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的動片與輸出軸 (或缸壁 )用螺釘聯(lián)接時，要對動片的三個相對運(yùn)動表面和一個固定聯(lián)接表面均進(jìn)行密封，即需要在矩形動片的四周進(jìn)行密封，這比圓周密封要困難的多，沒有標(biāo)準(zhǔn)密封圈可供選用，若進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，需有一個生產(chǎn)周期和相應(yīng)的設(shè)備。 回轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 有的液壓機(jī)械手的手臂和手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用回轉(zhuǎn)油缸來實(shí)現(xiàn)。 對于活塞油缸，除了采用上述密封圈進(jìn)行密封防止泄漏外，還要求油缸和活塞桿的 軸線彎曲度，在 500 毫米長度上應(yīng)不大于 。 在一般情況下， Y 形圈可直接裝入 溝槽內(nèi)即可起密封作用，但在壓力變動較大，滑動速度較高的地方，要使用支承環(huán)以固定密封圈，如圖 6— 3（ b）所示。 Y形密封圈在工作時，壓力油液把 Y形圈的唇邊緊緊壓在相對運(yùn)動 63 Y 形密封圈及其安裝情況 的兩配合面上，并隨著油液壓力的增高而提高密封能力，并能補(bǔ)償磨損的影響，所以裝配時唇邊要面對壓力油腔。密封性好，但摩擦力較大，所以在栘動速度不高的 油缸中應(yīng)用較多。安裝時要注意方向，使 壓力油腔的油液壓力能使兩唇邊張開，即支承環(huán)必需面對壓力油方向。當(dāng)壓力提高時，可增加密封環(huán)數(shù)量，以加長密封長度。圖 6— 2所示為 V形密封圈的形狀，通常由三個環(huán) (支承環(huán) 1，密封環(huán) 2．壓壞 3)疊在一起成組使用。為克服這個缺點(diǎn)，當(dāng)油缸油液壓力大與 52100 10 N / m? 時，要在 O 形密封圈側(cè)面放置擋圈，在壓力低于 52100 10 N / m? 時，一般不 加擋圈。 O形密封圈制正溝槽中，因受油壓作用而變形．并脹緊溝槽和間隙，從而起到密封作用，因此它的密封性能隨壓力的增加而提高。 為了保證密封性能．安裝 O 形密封圈的溝槽尺寸和表面光潔度應(yīng)符合要求，可查閱“機(jī)械沒計(jì)手冊”。 O 形密封圈的預(yù)壓縮量的正確選擇很重要。它既可以用外徑或內(nèi)徑密封，也可以用 端面密封。 對于活塞油缸的靜密封，主要采用 O 形密封圈，其動密封常采用 O形、 v形、y形等密封圈。 對于實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動的活塞油缸來說，其泄漏主要是活塞與缸壁處的內(nèi)泄漏及活塞桿與缸蓋處的外泄漏．引起泄漏的主要原因是加工精度和滑動面光潔度不高，以及密封裝置不良所致。 O 形、 Y 形、 v 形密封圈均已標(biāo)準(zhǔn)化，可按標(biāo)準(zhǔn)選用。 密封圈具有制造容易，使用方便，密封可靠，并能在溫度變化范圍較大及各種油液壓力下可靠地工作，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，無需調(diào)整等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以獲得廣泛的應(yīng)用。作為動密封 (即運(yùn)動部分的密封 )或靜密封 (即靜止部分的密封 )，以 保證配合面的密封性。因此，為了保證機(jī)械手液壓系統(tǒng)的工作性能，在各油缸的相對運(yùn)動表面和固定連接的表面進(jìn)行密封，以防壓力油液從高壓油腔泄漏到低壓油腔，或泄漏到缸體外面。 手臂回轉(zhuǎn)的 零件重心與回轉(zhuǎn)軸線重合，其零件對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量為： 20J G?? 21000 ?? .Nm? 90 / /s rad s?? ? ? ， ?? ， t?? ??? 0 1 . 5 7M = 6 . 4 1 0 0 .0 . 1J N m? ? ? ?慣 M =M +M驅(qū) 慣 封 28 10?? 128 .Nm? 手臂回轉(zhuǎn)力矩： 22bpM D d8? （ ） 5 220 . 0 4 5 0 1 0 ( 0 . 1 0 . 0 4 )8??? ? ? 210 .Nm? 因?yàn)?： M 1 2 8 . 2 1 0 .N m M N m? ? ?驅(qū) 所以油缸的尺寸設(shè)計(jì)符合要求。 t? — 起動過程的時間， 0J — 手臂回轉(zhuǎn)部件 (包括工件 )對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。若軸承處摩擦力矩忽略不計(jì)，則可按下式計(jì)算： M =M +M驅(qū) 慣 封 式中 M封 — 密封裝置處的摩擦阻力矩，回轉(zhuǎn)缸密封裝置處的摩擦阻力矩應(yīng)北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁 共 43 頁 包括回轉(zhuǎn)缸動片圓柱面與缸徑和動片端面與缸蓋之間的摩擦阻力矩，如 圖 b所示，因此，摩擦阻力矩可按下式計(jì)算： M = M + M封 封 1 封 2 11M = F R = bb pR?封 1 2 c p 1 c pM 2 F R 2 b pR R r???封 2 （ ） 其中： cp R+rR 2? 式中各尺寸符號如圖所示，單位為厘米，其 1b 為密封圈與缸徑裝配后接觸面的有效寬度。 手臂回轉(zhuǎn)油缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 采用回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，其受力情況可簡化成如圖 52所示。 手臂升降油缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 油缸運(yùn)行長度設(shè)計(jì)為 l =100mm,油缸運(yùn)行速度為 250mm/s ，加速度時間t? =, 油缸內(nèi)徑為 1D =80mm,半徑 R=40mm,進(jìn)油壓力為 52p=50 10 N / m? ，做升降運(yùn)動的總重量 G總 為 900N。目前導(dǎo)向桿常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計(jì)中采用雙向?qū)驐U來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 液壓驅(qū)動的機(jī)械手臂在進(jìn)行伸縮運(yùn)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(jì)手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。 由于 P0?工 ， 故 P0?回 。 P — 密封處的工作壓力 d — 伸縮油管直徑 l — 密封的有效長度 密封的有效長度 l近似估算為： 20l d 2k k?? k為壓縮率一般為 ? ，在這里取 k=， 0d 為 O型密封圈截面直徑 則 ： l 22 0. 12 0. 12? ?? ?? ? ? ? ? ? 由設(shè)計(jì)得： d=， 52P 10 10 N / m?? P p dl???封 3 50. 04 10 10 31 4 0. 00 6 0. 00 14? ? ? ? ? ? ? P P + P + P?封 封 1 封 2 封 3 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁 共 43 頁 ?? ? ④ 慣性力 P慣 機(jī)械手的手臂在起動時，活塞桿上所受到的平均慣性力，可近似計(jì)算如下： G vPgt?? ?總慣 式中： G總 — 參與運(yùn)動的零部件的總重量（包括被抓物件重量） g — 重力加速度 v? — 速度變化量 t? — 啟動過程的時間 由設(shè)計(jì)得 v 5m /s t s? ? ? ?， ， G總 =80kg 則： 80 10 5P 10 ???慣 600N? ⑤ 背壓阻力 P回 背壓阻力為油缸低壓油液所造成的阻力。 對于 O型橡膠密封圈，當(dāng)油液壓力 52p N / m???? ??? 時， ? ? ??????????。 對于圓柱面 1????（ 7 7） ? — 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時，鋼對鋼的取為 估算 G總 為 80kg， L=50mm， a=160mm， 1? =， ? = 則： 2 5 0 1 0 0P 8 0 1 0 0 .1 1 .4 160??? ? ? ? ?導(dǎo) 182N? ③ 密封裝置處的摩擦阻力 P封 在壓力油驅(qū)動活塞運(yùn)動時，各密封裝置處摩擦阻力之和為 P封 ，即 51 手臂伸縮油缸受力簡圖 北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁 共 43 頁 P P + P + P?封 封 1 封 2 封 3 P P P封 1 封 2 封 、 分別為活塞桿和缸蓋處、活塞與缸壁處、伸縮油管處等密封裝置處的摩擦阻力，其值隨密封圈結(jié)構(gòu)的不同而異。導(dǎo)向桿對稱配置在油缸的兩側(cè)，并布置在過油缸活塞桿的平面內(nèi)。 ② 導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力 P導(dǎo) ： 不同配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。作用在活塞上的總機(jī)械載荷 P為： P =P P P P P? ? ? ?驅(qū) 工 導(dǎo) 回