【正文】 （ 6）單泵供油，采用先導(dǎo)型溢流閥卸荷，設(shè)置二位二通換向閥。由于回轉(zhuǎn)部分的重量大，回轉(zhuǎn)長度長，因此手臂回轉(zhuǎn)時(shí)具有很大的動能。因?yàn)樯蹈诪榱⑹?，在?液壓缸下腔油路中安裝單向順序閥，避免因整個(gè)手臂運(yùn)動部分的自重而下降，起支撐平衡作用。 （ 3）伸縮臂進(jìn)油路設(shè)置蓄能保壓回路，伸出完全后，進(jìn)油路壓力升高，壓力繼電器發(fā)出電信號導(dǎo)致?lián)Q向閥通電，泵卸荷，單向閥自動關(guān)閉，由蓄能器保壓。 （ 2）手臂伸縮采用單出桿雙作用缸，手臂伸出時(shí)，由單向閥和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速。 夾持器驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 分功能設(shè)計(jì)分析 （ 1）為了保證運(yùn)動過程中不使工件掉下 ，因此本夾持器采用單出桿雙作用缸，夾持器夾緊工件后，鎖緊回路由單向閥和先導(dǎo)型順序閥組成。 （ 3）緩沖回路 伸縮臂處設(shè)置緩沖回路，使用單向節(jié)流閥 （ 4）系統(tǒng)安全可靠性 夾緊缸在夾緊工件時(shí)，為防止失電等意外情況，設(shè)置鎖緊保壓回路。 單泵供油系統(tǒng)以所有液壓缸中需流量最大的來選擇泵的流量。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用 以保證液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。液壓機(jī)械手采用單泵供油，手腕回轉(zhuǎn)，手臂伸縮，夾持動作采用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動，換向閥采用中位“ O”型換向閥。 上述動作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號控制相應(yīng)的電磁鐵（電磁換向閥），按程序依次步進(jìn)動作而實(shí)現(xiàn)。 （ 3）液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求 和運(yùn)動時(shí)間要求。 （ 2）機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）滿足工業(yè)機(jī)械手動作順序要求。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)。 34 第 5 章 夾持器夾持器驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 夾持器驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手屬于液壓機(jī)械手。保證把工件精確地放在加工機(jī)床作業(yè)臺上。設(shè)備附件活動擋塊，它用在當(dāng)設(shè)備安裝好后，可以靠它在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)臂的伸長量，其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 此活動擋塊可套裝在導(dǎo)向桿上， a 處可以壓住行程開關(guān)壓柱，從而壓動行程開關(guān)使行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)動作。用 4 個(gè) M12 的內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定。本設(shè)計(jì)采用潤滑脂潤滑。 轉(zhuǎn)角 r adEIpl 622 ???? ????? = ? 符合要求。 因?yàn)橹挥?jì)算了一邊得矩形導(dǎo)軌，由結(jié)構(gòu)可知還有另外一邊得導(dǎo)軌支撐，故滿足條件。 基座臂厚為 10mm.。材料選擇為 45 號鋼 .，如圖 ： 32 圖 圖中： 1為滑臺， 2 為伸縮臂基座， 3 為矩形導(dǎo)軌的壓板。其基本結(jié)構(gòu)如下： 圖 圖中各尺寸可查《液壓傳動設(shè)計(jì)手冊》得，當(dāng) d＝ 20mm 時(shí)， 1d 取 ?M . L=(~) 1d , )~(??L 1d ＝ ?? 導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 保證伸出活塞桿時(shí)的方向性和伸縮量的準(zhǔn)確性以及提供機(jī)構(gòu)剛度等都是 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用。 （ 4）活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式及尺寸 端部結(jié)構(gòu)形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑的，球形，耳環(huán)等等。選用 內(nèi)徑，截面直徑為 ?? mm. 其基本形式如下： 31 圖 圖中： 1即為 O 型密封圈， 2 則為活塞。 （ 3）活塞與缸體得密封。其形式如圖所示 30 圖 （ 2）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個(gè)套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定，材料選用鑄鐵材料。 液壓缸系統(tǒng)圖如下圖所示： 圖 43 整個(gè)油缸安裝在下部伸縮臂基座上。 零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定 由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。 所以代入數(shù)據(jù)進(jìn)（ 46），（ 47）有： ]/[)(4/ )(4/ 222221cmk gfDd kp ??? ???? ??? ]/[)( )(244144101 cmk g fdDddpkk ????????????? ]/[ 22222 cmk g fn ??????? ??? ]/[][ 22 cmk gfcmk gfnMpa ???? ][?? ?? n ,滿足強(qiáng)度條件。 0d = . 所以， cmd ???? 。 K:螺紋預(yù)緊力系數(shù)，去 K＝ ～ ； 1k ：螺紋那摩擦系數(shù)（ ～ ），一般取 1k ＝ ； s? ：缸筒材料的屈服極限。 D:油缸內(nèi)徑 [cm]。缸筒與缸底的連接此處選用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。 27 由《液壓傳動與控制》查得： 1 1 0 044 ????? sRd ?? 20 所以活塞桿強(qiáng)度是滿足條件的。 可得 kpp? 所油缸的穩(wěn)定性是滿足條件的。 查液壓設(shè)計(jì)手冊可知 12 ?jj 時(shí)極限力的計(jì)算圖，可由 121?ll 且mml 3001 ? 查得 901?JPk （其中， 1l 為活塞桿頭部至油缸 A 點(diǎn)處的距離 cm ； 2l 為缸體尾部至油缸 A點(diǎn)處的距離 cm ）。 假設(shè)油缸的活塞桿的推理為 P，油缸穩(wěn)定的極限應(yīng)力為 Pk，則油缸穩(wěn)定性的條件為PPk。 則可選取活塞桿直徑為 20mm 系列，且缸筒的厚度為 5mm。 25 (1) iR 的確定 ① 工件的質(zhì)量 m hrppvm 2???? ??????????? (kg) ②夾持器的質(zhì)量 10kg(估計(jì) ) ③伸縮臂的質(zhì)量 50kg(估計(jì) ) ④其他部件的質(zhì)量 15kg(估計(jì) ) 工作機(jī)構(gòu)荷重： Ri N80910)( ?????? 取 Ri =810N (2) mR 的確定 NRiR m 1 6 1 0 ????? ? (3) gR 的確定 Ntg VGR g ????????) 式中： t? 為啟動時(shí)間，其加速時(shí)間約為 ～ t? = , ?? = 把數(shù)據(jù)代入（ 41）可得： NRmRgRiR 1134162162810 ??????? 取實(shí)際負(fù)載為 ： R =1100N D的確定 可根據(jù)公式： pRD ?4? （ 42） 式中： NR 1100? N5000 , p 可取 Mpa1~ , Mpap 1? 把數(shù)據(jù)代入（ 42）可得： mmMP apRD 11 0044 ????? ? 根據(jù)第二章中表 可得液壓缸缸筒內(nèi)徑為 40mm。在此情況下，用材料力學(xué)的知識計(jì)算它的強(qiáng)度和剛度。伸縮臂的機(jī)構(gòu)力學(xué)模型如圖 所示。 ② 強(qiáng)度及剛度計(jì)算 根據(jù)任務(wù)書機(jī)械手夾持工件最大重量為 5Kg，本設(shè)計(jì)中取 5Kg，根據(jù)設(shè)計(jì)需要夾持器重量取 10Kg，夾持器長度最大約 250mm。直線導(dǎo)軌可選用外購件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。 c：液壓缸伸出桿帶動導(dǎo)向桿同時(shí)伸出 300mm，伸出長度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。 （ 3）結(jié)構(gòu)方 案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算 伸縮臂運(yùn)動簡圖見圖 41 ① 結(jié)構(gòu)方案說明 24 a：支座 1 安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。 ③ 導(dǎo)向桿剛度：按最長伸出時(shí)機(jī)械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及要求： ① 電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。（圖 ） 圖 （ 2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 液 壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求和運(yùn)動時(shí)間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考《液壓傳動與控制》等相關(guān)教材。如果不安裝報(bào)警裝置可能會造成人身安全，所以報(bào)警裝置和安全保護(hù)措施必須要有。 （ 7）自動報(bào)警和安全保護(hù)的要求 按照規(guī)范要求，為了確保操作人員的人身安全，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，這是任何設(shè)計(jì)的前提。 （ 6）人機(jī)工程學(xué)的要求 人機(jī)工程學(xué)也稱為技術(shù)美學(xué)，它包括調(diào)節(jié)有效省力、操作簡單、照明適度、顯示清晰、色彩和諧、造型美觀、容易保養(yǎng)維護(hù)等。在制造機(jī)械 產(chǎn)品的成本中材料費(fèi)、加工費(fèi)占了很大的比例。如：采取潤滑措施、選擇耐磨材料、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。 （ 4）壽命的要求 產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時(shí)因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無需大修的工作期限里。 工業(yè)機(jī)械手可自動完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。為了減少運(yùn)動產(chǎn)生的沖擊和慣性力，因此要求動 力和負(fù)載大小相適應(yīng)。 （ 1）功能性的要求 伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。右端蓋 d=40mm, 左右缸蓋 d=25mm。 為定位作用，軸左側(cè)增加一個(gè)套筒，材料為 HT200，尺寸如下： 圖 21 動片與輸出軸連接選用六角頭螺栓 全螺紋， / 5783GB T ， 5 16M? 需用 2個(gè)。 選用墊圈防松， / 848GB T ，公稱尺寸為 5。 右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋， / 5783GB T ， 5 16M? ,需用 4個(gè)。 所以可選 用軸承為深溝球軸承 6005 和 6008。 N為轉(zhuǎn)速，由 完成 90 回轉(zhuǎn)，計(jì)算得： 60 minnr? ， rcc? ，球軸承 3?? ?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。 螺釘選擇 M6 的開槽盤頭螺釘， / 67GBT 5 46M? ,如圖 ： 圖 20 腕部軸承選擇 腕部材料選擇 HT200， cm? ? ，估計(jì)軸承所受徑向載荷為 50N,軸向載荷較小，忽略。連接螺釘一般為偶數(shù)。 螺釘?shù)闹睆接上率降贸? ? ?4 ????， F為總拉力即 總FF? ? ? mmmFd 36 ?????????? ??? 根據(jù)實(shí)際螺釘?shù)闹睆?d應(yīng)選擇 8mm。 D計(jì)算 由 總阻力矩MM ? ，得： 17 22()2pb R rM ??總 ， 22MRrpb?? （ 35） 為減少動片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時(shí)，選用： 2bRr?? 綜合考慮，取值計(jì)算如下： r=16mm， R=40mm， b=50mm， P 取值為 1Mpa，即如下圖 ()： 液壓缸蓋 螺釘?shù)挠?jì)算 18 圖 表 螺釘間距 t與壓力 P之間的關(guān)系 上圖中表示的連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為： F F F??總 預(yù) ，即工作拉力與殘余預(yù)緊力之和 計(jì)算如下： 液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=1Mpa,所以螺釘間距 t 小于 150mm,試選擇 2 個(gè)螺釘，0 . 0 8 0 . 1 2 5 6 1 2 5 . 6 1 5 042D m m m m m?? ?? ? ? ?，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=2 個(gè) 則受力截面222222 0 0 4 2 2 0 1 2 2 0)1640( mmmrRS ?????? ??? 由以上數(shù)據(jù)可得 NZPSF 6 ???? KFF ?預(yù) ，此處連接要求有密封性，故 k 取 )~( ，取 K=。 回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩 M 。 啟動過程近似等加速運(yùn)動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 ? 及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度 啟? 按下式計(jì)算：