【正文】 它包括調(diào)壓閥、溢流閥。液動(dòng)控制閥按功能分為壓力控制閥、 流量控制閥和方向控制閥。 本設(shè)計(jì)采用雙葉式擺動(dòng)油缸，這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，以利于機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)。 雙葉片式擺動(dòng)油缸：從進(jìn)油口進(jìn)入的壓縮油作用在一個(gè)葉片上，同時(shí)通過(guò)軸上的油路也作用在另一葉片上帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)。 擺動(dòng)油缸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺動(dòng)油缸分為單葉片式和雙葉片式。其工作原理：對(duì)于前伸 /回縮油缸，當(dāng)右側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)油，左側(cè)有桿腔排油時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮。水平伸縮液壓缸選用單活塞桿雙作用油缸。 升降缸防滑保護(hù)裝置 （ 3） 執(zhí)行裝置 執(zhí)行元件是以油液為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將油液的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的 能量轉(zhuǎn)換裝置，如直線液壓缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動(dòng)液壓缸輸出 回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能。選用電磁閥易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)控制，選中位為 O 型可使定位準(zhǔn)確，如圖所示： 換向回路 （ 2）系統(tǒng)的安全可靠性 為防止液壓缸受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，則需在油路上加減壓閥保證壓力恒定不變。同時(shí)也計(jì)算了升降立柱不自鎖的條件，這是機(jī)身設(shè)計(jì)中不可缺少的部分。這種結(jié)構(gòu)可以承 受雙向軸向載荷。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有： F 慣 = gtvG總= s / ?? = F 摩 的計(jì)算 F 摩 = 2 FR1f FR1 = FR2 =hGρ總 m mKgNKg ??= N h 所以 F 摩 = 2 FR1 f = 2 = （ 2） 液壓缸在這里選擇 O 型密封， 所以密封摩擦力可以通過(guò)近似估算 F 密 = 最后通過(guò)以上計(jì)算 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)， F=6756N 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)， F=6756 ( 286 2 ) =6184N 軸承的選擇分析 對(duì)于升降缸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于機(jī)身回轉(zhuǎn)用的軸承有影響，因此，這里要充分考慮這個(gè) 問(wèn)題。 起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差 t=。 F 摩 = 2 F1f 取 f= G—— 零件及工件所受的總重。 由力的平衡條件有 FR1 =FR2 FR1h= G 總 ρ 即 FR1= FR2 = hGρ總 所謂的不自鎖條件為： G 總 F1 + F2 = 2 F1 = 2 FR1f 即 G 總 fhGρ總 取 f = 則 h ρ ∴ 當(dāng) ρ =1650mm 時(shí)， ρ =528mm 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于 528mm 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 F = F 慣 + F 摩 + F 密 + F 回 177。 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 手臂偏重力矩的計(jì)算 手臂各部件重心位置圖 （ 1） 零件重量 G 工件 、 G 爪 、 G 腕 、 G 臂 等。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算， 需要螺釘來(lái)連接， 最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示， 內(nèi)徑為 150mm，外徑為 230mm，輸出軸徑為 50mm 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 （ 4） 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。 = L /Z=471/6 = = t,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個(gè)面 6 個(gè)，兩個(gè)面是 12 個(gè)） 。 d 為輸出軸 與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè) d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算： D= 8M 驅(qū) / bp +d2 D=151mm 既設(shè)計(jì)液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)表 選擇液壓缸的基本外徑尺寸 180mm(不是最 終尺寸 )，再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。 J cz = m ( l 2 + 3R2 ) /12 = 43 N m s2 J0 = Jc + G ρ2/g = 1495 N m s 2 M 慣 = J0ε = J0Δ ω /Δ t= 1495 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下 M 阻 = M 驅(qū) ，由于回油背差一般非常的 小，故在這里忽略不計(jì)。 J 0 —— 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ N m s2 ） 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 ρ ，則 J0 = Jc + G ρ2/ g 式中 J c —— 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 手臂升降液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 尺寸設(shè)計(jì) 液壓缸運(yùn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 l =118mm,液壓缸內(nèi)徑為 D1 =110mm,半徑R=55mm,液壓缸運(yùn)行速度，加速度時(shí)間 t =,壓強(qiáng) p=,則驅(qū)動(dòng)力： G0 = pπR 2= 10 6 2 = 3799( N ) 尺 寸校核 （ 1） 測(cè)定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 G = mg = 80 10 = 800( N ) （ 2） 設(shè)計(jì)加速度 a = 5(m / s ) ，則慣性力： G1 = ma = 80 5 = 400( N ) （ 3） 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定一摩擦系數(shù) k = ， Gm = k G1 22 = 400 = 40( N ) ∴ 總受力 Gq = G + G1 + Gm = 800 + 400 + 40 = 1240( N ) G q G0 所以設(shè)計(jì)尺寸符合實(shí)際使用要求 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩 M 驅(qū) ，應(yīng)該與手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 M 慣 及各密封裝置處的摩擦阻力矩 M 阻 相平衡。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回 轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部， 結(jié)構(gòu)緊湊。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來(lái)固定，下短蓋與連接地面的的底座固定?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。 分析： 經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。 （ 3） 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu) 有 以下幾種： （ 1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架 空軌道運(yùn)動(dòng)。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。 小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)，對(duì)驅(qū)動(dòng)的液壓缸 的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并對(duì)液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)于桿長(zhǎng) L 大于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度 計(jì)算： σ= 24dFπ ≤ [σ ] 設(shè)計(jì)中活塞桿取材料為碳剛， [σ ] = 100 Mpa ，活塞直徑 d=20mm, L=1360mm, 現(xiàn)在進(jìn)行校核。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： F封 = 。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 F 摩 = G 總 μ 39。=(4 /π π/2) μ = ( ) μ μ —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取 μ = 鋼對(duì)鑄鐵：取 μ = 計(jì)算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 μ 39。 —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 a—— 導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（ m） 。 Fb ∴ F 摩 =μ 39。 ∑MA =0 G 總 L = aFb Fb = G 總 L/ a 得 ∑Y = 0 G 總 + Fb = Fa Fa=G 總aaL? F 摩 = Fa 摩 + Fb 摩 =μ 39。上圖是機(jī)械 手的手臂示意圖，本設(shè)計(jì)是雙導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮崗兩側(cè)。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 平衡裝置 在本設(shè)計(jì)中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對(duì) 性能的影響，故在手臂伸縮液壓缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和液壓缸的運(yùn)行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來(lái)確定 同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)該盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少對(duì)回轉(zhuǎn)中心的慣量。 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 手臂伸縮液壓缸的尺寸設(shè)計(jì) 手臂伸縮液壓缸采用煙臺(tái)液壓元件廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，參看此公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求， 液壓缸用CTA 型液壓缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為 φ100/63，關(guān)于此液壓缸的資料詳情請(qǐng)參看煙臺(tái)液壓元件廠公司主頁(yè)： 尺寸校核 在校核尺寸時(shí)，只需校核液壓缸內(nèi)徑 D1 =63mm,半徑 R= 的液壓缸的尺寸滿足使用要 求即可 ,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng) P = MPa , 則驅(qū)動(dòng) ： F = PπR2 = 106 = 1246( N ) 測(cè)定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計(jì)加速度 a = 10(m / s ) ，則慣性力： F1 = ma = 50 10 = 500( N ) 考慮活塞等的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) k = , Fm = kF1 = 500 = 100( N ) ∴ 總受力 F0 = F1 + Fm = 500 + 100 = 600( N ) F0 F 所以標(biāo)準(zhǔn) CTA 液壓缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求。 （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 （ 2） 手臂的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組 合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。 總結(jié)：以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出完 美的、性能良好的機(jī)械手。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象） 。 （ 4） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 （ 2） 減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸。 在速度和回轉(zhuǎn)角 速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。 （ 5）提高配合精度。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。 （ 1）根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。因此，一般來(lái)說(shuō)臂部應(yīng)該具備 3 個(gè)自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng) ： 伸縮 、回轉(zhuǎn)和升降。 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算 臂部的設(shè)計(jì)及有關(guān)計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。 本章通 過(guò)四種基本的手腕結(jié)構(gòu)，選擇了具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu) 。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 =+10545=19772N 螺釘材料選擇 Q235， 則 [σ ] =σs /n = 240/ = 160 MPa（ n = 2 ） 螺釘?shù)闹睆? d≥][ σπQsF? d≥][ σπQsF?= ?? ??= 所以 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16mm. 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。 表 32 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（ JB106867） （ mm） 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu) 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 缸蓋螺釘間距示意 圖 表 33 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm) 小于 150 小于 120 小于 100 小于 80 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖所示， t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見 表 33， 在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 FQ0 = FQ + FQs 39。 M 慣 =