【正文】 .…………… ..1 液壓搬運機械手發(fā)展方向 … ..........................…… …….…… …….……….. 1 液壓搬運機械手設(shè)計目的 ……………… …… ………………………………… ..1 液壓搬運機械手設(shè)計任務(wù) … ..........................…… …….…… …….……….. 2 設(shè)計方案 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 設(shè)計要求 … .......… .......………… ……………….….. ..…… ..…… 2 2 液壓搬運機械手的機構(gòu)設(shè)計 ...… … ..… .………………………… .… ..… .………… .4 液壓搬運機械手 運動簡圖 ………………………… ……… .… .…………… 4 液壓搬運機械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 ……… …… … ...……………… ..4 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 … ……………… .… .…………… 5 手指夾緊力計算 ……………… … ……… ……………… .… .…………… 6 手指夾緊缸驅(qū)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(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 … …… … ...……………… 11 腕部橫移液壓缸驅(qū)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(shè)計及計算 …… …… … ...……………… 15 小臂伸縮液壓缸驅(qū)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(shè)計及計算 …… … ...……………… 20 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算 … … …………………… .… .………… 20 小臂俯仰液壓缸驅(qū)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(shè)計及計算 …… … ...……………… 23 濟南大學畢業(yè)設(shè)計 V 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算 … … …………………… .… .………… 23 大 臂俯仰液壓缸驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 … .……… .…………………………… ……………… .… .…… 27 液壓驅(qū)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(jié)論 ......................……… .……… ….…………………… ..… .…… ...… ..… .……… ...34 參考文獻 ......................…………….………………… ..… .… ..……………… .………… .35 致謝 ......................………………….…………………… ..…… .………… ...…………… .37 附錄 ......................………… ………………………………… ………………… .……… 38 濟南大學畢業(yè)設(shè)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(shè)計用來搬運物體、部件、工 具或特定設(shè)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(yīng)用趨向飽和，而許多高級生產(chǎn)和特種應(yīng)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(shù)的發(fā)展歷程，可歸結(jié)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(shù) 3）采用模塊化設(shè)計技術(shù) 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(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)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(shù)與微電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)以及傳感技術(shù)的緊密結(jié)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(guān)鍵技術(shù)，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。總的來說，對機械手控制及運動系統(tǒng)的研究在理論和應(yīng)用上都具有重要的意義。 因 而廣泛應(yīng)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(shè)計是今后走上工作崗位從事專業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)。 （ 3） 在設(shè)計過程中， 熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟悉有關(guān)的國家標準和部頒標準。 設(shè)計方案 此次研究設(shè)計的 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)也越復雜。 液壓搬運機械手是由執(zhí)行機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，此次設(shè) 計的重點在于 整機和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時也要 了解 上下料 機械手的總體結(jié)構(gòu)，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(gòu)的 尺寸。 設(shè)計要求 此次設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)速度 ； 4. 機械手最大回轉(zhuǎn)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(shè)計與研究液壓搬運機械手的主要機構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)是最常見 的一種手部結(jié)構(gòu)，按模仿人手手指的動作，手部結(jié)構(gòu)可分為一支點回轉(zhuǎn)型 （圖 ） 、二支點回轉(zhuǎn)型 （圖 ） 和移動型 （圖 ） ，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式?？紤]到以上因素，故此選用二支點回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)。 濟南大學畢業(yè)設(shè)計 6 手指夾緊力計算 手指加在工件上的夾緊力是設(shè)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(shè)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(yù)緊力QSF之和 39。QSF —— 預(yù)緊力 39。 QjF = 0QF 0QF —— 工作載荷（ N）且 0QF = F—— 液壓缸驅(qū)動力 Z—— 螺釘或螺栓個數(shù) []sn?? ? n=~ []? —— 抗拉許用應(yīng)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(shè)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(qū)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(shè)計計算。 濟南大學畢業(yè)設(shè)計 12 液壓缸活塞驅(qū)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計 15 一般常用缸體材料的許用應(yīng)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