【正文】 .…………… ..1 液壓搬運機械手發(fā)展方向 … ..........................…… …….…… …….……….. 1 液壓搬運機械手設計目的 ……………… …… ………………………………… ..1 液壓搬運機械手設計任務 … ..........................…… …….…… …….……….. 2 設計方案 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 設計要求 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 2 液壓搬運機械手的機構設計 ...… … ..… .………………………… .… ..… .………… .4 液壓搬運機械手 運動簡圖 ………………………… ……… .… .…………… 4 液壓搬運機械手手部結構設計及計算 ……… …… … ...……………… ..4 “滑槽杠桿式”手部結構的設計與計算 … ……………… .… .…………… 5 手指夾緊力計算 ……………… … ……… ……………… .… .…………… 6 手指夾緊缸驅動力計算 ………………… ……………… .… .…………… 7 手指 夾 緊液壓缸的計算 …………… ……………… .… .…………… …… 7 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 … ……………… .… .…………… …… 9 液壓搬運機械手橫移腕部結構設計及計算 … …… … ...……………… 11 腕部橫移液壓缸驅動力計算 …… … …………………… .… .………… 11 腕部液壓缸的計算 …………… … ……… ……………… .… .………… 13 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 15 液壓搬運機械手小臂伸縮缸設計及計算 …… …… … ...……………… 15 小臂伸縮液壓缸驅動力計算 …… … …………………… .… .………… 16 小臂伸縮液壓缸的計算 ……… … ……… ……………… .… .………… 18 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 19 液壓搬運機械手小臂俯仰液壓缸設計及計算 …… … ...……………… 20 小臂俯仰液壓缸驅動力矩計算 … … …………………… .… .………… 20 小臂俯仰液壓缸驅動力的計算 … ……… ……………… .… .………… 21 小臂俯仰液壓缸的計算 ……… … ……… ……………… .… .………… 22 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 23 液壓搬運機械手大臂俯仰液壓缸設計及計算 …… … ...……………… 23 濟南大學畢業(yè)設計 V 大 臂俯仰液壓缸驅動力矩計算 … … …………………… .… .………… 23 大 臂俯仰液壓缸驅動力的計算 … ……… ……………… .… .………… 25 大 臂俯仰液壓缸的計算 ……… … ……… ……………… .… .………… 25 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強度計算 ……… ……………… .… .………… 26 3 液壓驅動系統(tǒng)設計 … .……… .…………………………… ……………… .… .…… 27 液壓驅動 系統(tǒng)傳動方案的確定 ………………… ……………… .… .…… 27 計算和選擇液壓元件 ……………………… ……………… .… .…………… 28 液壓泵及電動機的選擇 ………………… ……………… .… .………… 28 油箱容積的計算 ………………………… ……………… .… .………… 29 液壓元件的選定 ……………………… ……………… .… .…………… 30 4 電氣控制系統(tǒng) 簡介 .………………………………… ……………… .… .……………… 32 5 結論 ......................……… .……… ….…………………… ..… .…… ...… ..… .……… ...34 參考文獻 ......................…………….………………… ..… .… ..……………… .………… .35 致謝 ......................………………….…………………… ..…… .………… ...…………… .37 附錄 ......................………… ………………………………… ………………… .……… 38 濟南大學畢業(yè)設計 1 1 前言 液壓搬運機械手發(fā)展方向 機械手是一種被設計用來搬運物體、部件、工 具或特定設備的，可以重復編程、具有多種功能的操作器。進入20世紀 90 年代以來，由于具有一般功能的傳統(tǒng)工業(yè)機械手的應用趨向飽和，而許多高級生產(chǎn)和特種應用則需要具有各種智能的機械手參與，因而促使智能機械手獲得較為迅速的發(fā)展?；仡櫧?10多年來國內(nèi)外機械手技術的發(fā)展歷程，可歸結出下列趨勢： 1）傳感型機械手發(fā)展較快 2）開發(fā)新型智 能技術 3）采用模塊化設計技術 4）機器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢 5）微型機械手的研究有所突破 6）應用領域向非制造業(yè)和服務業(yè)擴展 液壓機械手在國內(nèi)外從 20世紀 60 年代開始使用，最近三四十年發(fā)展尤為迅速，而且 機械手進入了一個快速發(fā)展的時期。液壓技術與微電子技術、計算機控制技術以及傳感技術的緊密結合大大提高了機械手的自動化程度，從而進一步提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，提高了作業(yè)舒適性，使其安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都更上一層樓 。運動學系統(tǒng)是工業(yè)機械手的底層核心部分，對其關鍵技術，如運動學建模、運動學方程的求解、運動空間插值算法等的研究，將從很大程度上決定著一個機械手系統(tǒng)的基本性能?？偟膩碚f，對機械手控制及運動系統(tǒng)的研究在理論和應用上都具有重要的意義。 因 而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門 ，特別是在高溫、危險的作業(yè)環(huán)境（放射性、有害氣體、粉塵、易燃 、易爆 等）中代替人的部分操作，不僅能大大減輕 人的勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率而且保證了人生安全。因此，液壓搬運機械手設計是今后走上工作崗位從事專業(yè)設計的基礎。 （ 3） 在設計過程中， 熟練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟悉有關的國家標準和部頒標準。 設計方案 此次研究設計的 機械手主要由手部和運動機構組成。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。 液壓搬運機械手是由執(zhí)行機構、液壓驅動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，此次設 計的重點在于 整機和主要零部件的結構設計，同時也要 了解 上下料 機械手的總體結構，運動過程， 而且需要 對 手指 夾緊，手臂伸縮 以及手臂俯仰等動作進行分析 、計算，最終確定 這些機構的 尺寸。 設計要求 此次設計的液壓搬運機械手 是車間生產(chǎn)線上 用于深孔鏜床上下料 的 專用機械手 ，此機械手 可以自動抓取工件，從而使操作工人從繁重單調(diào)的體力勞動中解放出來。具體動作順序： ⑴ 原始位置（大手 臂豎立、小手臂伸出并處于水平位置、手腕橫移向右、手指松開） —— ⑵ 手指夾緊（抓住卡盤上的工件） —— ⑶ 手腕橫移向左（從卡盤上卸下工件） —— ⑷ 小手臂上擺 —— ⑸ 大手臂下擺 —— ⑹ 手指松開（將工件放在料架上） —— ⑺ 小臂收縮（料架轉工位） —— ⑻ 小臂伸出 —— ⑼ 手指夾緊（抓住待加工工件） —— ⑽ 大手臂上擺（由料架上取走工件） —— ⑾ 小手臂下擺 —— ⑿ 手濟南大學畢業(yè)設計 3 腕橫移向右（機械手將工件裝在深孔鏜床的主軸卡盤上） —— ⒀ 手指松開（原位）。 1. 機械手抓取工件 的最大重量 200kg； 2. 機械手伸縮臂長為 ； 3. 機械手最大回轉速度 ； 4. 機械手最大回轉角加速度 ； 5. 機械手 能 準確 定位、 平穩(wěn) 啟動 并可以 在任意位置自鎖。 液壓搬運機械手運動簡圖 在設計與研究液壓搬運機械手的主要機構之前，要先畫出機械手的傳動示意圖，以便對現(xiàn)有的機械手進行分析，對新設計的機械手的傳動方案進行比較以確定最佳方案，故通常用簡單的運動符號表示。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機械手手臂的前端。鉗爪式手部結構是最常見 的一種手部結構，按模仿人手手指的動作，手部結構可分為一支點回轉型 （圖 ） 、二支點回轉型 （圖 ） 和移動型 （圖 ） ，其中以二支點回轉型為基本型式?？紤]到以上因素，故此選用二支點回轉型手部結構。 濟南大學畢業(yè)設計 6 手指夾緊力計算 手指加在工件上的夾緊力是設計手部的主要依據(jù)。 手指對工件的夾緊力可按下式進行計算 ： 1 2 3NF K K K G? ? ? ? (24) 式 中 1K —— 安全系數(shù)，通常取 1K = 2K —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力影響。 液壓缸缸蓋 聯(lián) 接方式與強度計算 圖 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與受力簡圖 缸蓋的受力為保證聯(lián)接的緊密性 ,必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 1t ，然后決定螺釘?shù)臄?shù)目 .濟南大學畢業(yè)設計 10 每個螺釘在危險剖面上承受的拉力0QF為工作載荷QF和預緊力QSF之和 39。QSF —— 預緊力 39。 QjF = 0QF 0QF —— 工作載荷（ N）且 0QF = F—— 液壓缸驅動力 Z—— 螺釘或螺栓個數(shù) []sn?? ? n=~ []? —— 抗拉許用應力 (MPa) 1d —— 螺紋內(nèi)徑 SQ —— 螺釘材料屈服極限（見表 ） 濟南大學畢業(yè)設計 11 表 鋼 號 10 Q215 Q235 35 45 40Cr s? （ MPa) 210 220 240 320 360 650~900 根據(jù)上表，螺栓或螺釘材料選用 Q235，則 240s MPa? ? 取螺栓或螺釘個數(shù) Z=4， n=2 故 工作載荷 0QF = 57884?， 所以由 216 式計算螺釘或螺栓直徑 1d 如下 01 4 1 .3 7 .1120 QFd m m????? (217) 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 GB/T28781993”取 M8 螺釘 注：由于工作壓力 P=5MPa，故螺釘間距 1t 小于 100mm（下同）。 液壓搬運機械手的腕部橫移液壓缸可以等效為如下簡圖進行計算： 圖 腕部橫移液壓缸等效受力簡圖 腕部橫移液壓缸驅動力計算 液壓搬運機械手的腕部橫移液壓缸可以等效為做水平伸 縮直線運動的液壓缸進行設計計算。 濟南大學畢業(yè)設計 12 液壓缸活塞驅動力計算 +F +F +FFF? 回摩 密 慣 (218) 式中 F摩—— 摩擦阻力 F密 —— 密封裝置處的摩擦阻力 F回 —— 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力 F慣—— 啟動或者制動時，活塞桿所受的平均慣性 （ 1） F摩的計算 由 F摩 的計算公式進行計算 FG???摩 (219) 其中 G —— 參加運動的零部件重力（含工件）（ N） ? —— 運動部件之間的摩擦系數(shù)，鋼對鑄鐵的摩擦系數(shù)一般取 ? ? 根據(jù) 219 式，估算 G =2500 N，另取摩擦系數(shù) ? =，則 = 2500 8 700FF ?? ? ? ?摩 N （ 2） F密 的計算 此缸采用“ o”型密封圈進行密封，且工作壓力 5 10p?? MPa， d=，由圖 知液壓缸密封處總的摩擦力為 2+F = 1 封 （ 3） F回 的計算 一般背壓阻力較小，可按 F回 = （ 4） F慣 的計算 濟南大學畢業(yè)設計 13 =GvF gt????慣 (220) 其中 G—— 參與運動的零部件所受的總重力（包括工件重量） g—— 重力加速度，取 v? —— 由靜止加速到常速的變化量 t? —— 起動過程時間。 初步設計中取機械效率為 ? =。 取 活塞桿直徑 d=、 工作壓力 p=5 MPa，所以 d=16 mm （ 2） 腕部橫移液壓缸壁厚及外徑的計算： 腕部橫移液壓缸設計成中等壁厚， 中等壁厚：即 16＞ D? ＞ 時 11( 2 .3 [ ] )pD Cp? ????? 式中 p—— 液壓缸內(nèi)工作壓力 ? —— 強度系數(shù)（當為無縫鋼管時 ? ＝１） Ｃ —— 計入管壁公差及侵蝕的附 加厚度，一般圓整到標準壁厚值 Ｄ —— 液壓缸內(nèi)徑（ m） 濟南大學畢業(yè)設計 15 一般常用缸體材料的許用應力 []? : 鍛鋼 []? =110 120MPa 鑄鐵 []? =60MPa 無縫鋼管 []? =100 110MPa 選用缸體材料為 鍛鋼 []? =110MPa，中等壁厚，則腕部橫移缸壁厚計算