【正文】 反力ｐ，此力可分解為軸向分力及和垂直分力 Q。軸向柱塞馬達(dá)產(chǎn)生的瞬時(shí)總轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的。斜盤傾角ａ的改變、即排量的變化，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 向。 （ 4）齒輪液壓馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求，進(jìn)出油口相等、具有對(duì)稱性、有單獨(dú)外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外；為了減少啟動(dòng)摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)齒輪液壓馬達(dá)的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。因葉片式液壓馬達(dá)最低轉(zhuǎn)速較所需轉(zhuǎn)速高，需要搭配減速器作為驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)裝置。行星減速機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原因，單級(jí)減速最小為 3，最大一般不超過(guò) 10，常見減速比為： ，減速機(jī)級(jí)數(shù)一般不超過(guò) 3，但有部分大減速比定制減速機(jī)有 4 級(jí)減速。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，行星減速機(jī)多數(shù)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 圖 35行星減速器三維立體圖 Figure 35 plaary gear threedimensional map 回轉(zhuǎn)支撐裝置 回轉(zhuǎn)裝置有轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，回轉(zhuǎn)裝置的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓連接，內(nèi)外圈之間設(shè)有滾動(dòng)體工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直載荷、水平載荷、和傾覆力 矩通過(guò)回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動(dòng)體和內(nèi)座轉(zhuǎn)傳給底架?；剞D(zhuǎn)裝置必需能把轉(zhuǎn)臺(tái)支承在固定部分（下車）上。為此，設(shè)置了回轉(zhuǎn)支承裝置（起支承作用）和回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置（驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)），并統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。 回轉(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承，是機(jī)械的兩個(gè)部分之間需要相對(duì)回轉(zhuǎn)又同時(shí)承 受軸向力、徑向力和傾覆力矩的的傳力基礎(chǔ)元件，其基本功能是進(jìn)行傳力和傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備兩個(gè)部分之間的相對(duì)回轉(zhuǎn)。 它由固定在回轉(zhuǎn)體 1 上的上、下支承軸 4 和 6，上、下軸座 3 和 7 組成?；剞D(zhuǎn)體與支承軸組成轉(zhuǎn)柱，插入軸承座的軸承中?；剞D(zhuǎn)體常做“匚”形，以避免與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)碰撞。 圖 37轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承 Figure 37turn pillar slewing 1回轉(zhuǎn)體； 2擺動(dòng)液壓缸； 3上軸承座； 4上支撐軸； 5機(jī)架； 6下支撐軸； 7下軸承座 2．滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承實(shí)際上就是一個(gè)大直徑的滾動(dòng)軸承。此外，一般軸承滾道中心直徑和高度比為 4~5，而回轉(zhuǎn)支承則達(dá) 10~15。 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的典型構(gòu)造如圖 33 所示。帶齒圈的座圈為固定圈，用沿圓周分布的螺栓 5 固定在底座上。裝配時(shí)可先把座圈 3 和滾動(dòng)體 8 裝好，形成一個(gè)完整的部件，然后再與底盤組裝。此間隙因加工誤差和滾道與滾動(dòng)體的磨損而變化。隔離體 7 用來(lái)防止相鄰滾動(dòng)體 8 間的擠壓，減少滾動(dòng)體的磨損，并起導(dǎo)向作用 。圖 33 滾動(dòng)軸承式支承 圖 38滾動(dòng)軸承式支承 Figure 38Rollingin support 1下座圈； 2調(diào)整墊片； 3上座圈； 5螺栓； 6內(nèi)齒圈； 7隔離體； 8滾動(dòng)體； 9油嘴；10密封裝置 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于全回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)上，它是在普通滾動(dòng)軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于放大了的滾動(dòng)軸承。 本設(shè)計(jì)采用的是三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。帶齒的座圈 4內(nèi)齒圈為固定座圈，用沿圓周分布的螺栓固定在車架上。 2滾動(dòng)體 1 中滾動(dòng)體的軸線方向與回轉(zhuǎn)支承裝置軸向方向垂直，其工作平面與回轉(zhuǎn)支承裝置垂直，承受的是上部工作臺(tái)作用時(shí) 1上座圈、 6下座圈和 4內(nèi)齒圈之間的徑向力。裝配時(shí)可先將 1上座圈、 6下座圈、 2滾動(dòng)體 3滾動(dòng)體 2 裝好如圖，形成一個(gè)完整的部件，然后將 1上座圈與上部工作臺(tái)通過(guò)螺栓連接，將 4內(nèi)齒圈通過(guò)螺栓與車架連接。此間隙因加工誤差和滾道與滾動(dòng)體的磨損而變化。 回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置 回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)形式有直接傳動(dòng)和間接傳動(dòng)兩種。在低速大扭矩液壓馬達(dá)的輸出軸上安裝驅(qū)動(dòng)小齒輪，與會(huì)轉(zhuǎn)齒輪嚙合。由高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)齒圈的間接傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。 回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)形式采用間接傳動(dòng)形式?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支承圈上的齒圈相嚙合。 圖 310回轉(zhuǎn)支承傳動(dòng)裝置 Figure 310 slewing gear 1制動(dòng)器； 2液壓馬達(dá)； 3行星齒輪減速器； 4回轉(zhuǎn)齒圈； 5潤(rùn)滑油杯； 6中央回轉(zhuǎn)接頭 回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成，回轉(zhuǎn)支承的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動(dòng)體。 2液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò) 3行星齒輪減速器的降速帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)小齒輪與 4回轉(zhuǎn)齒圈的相互作用，小齒輪即可繞自身的軸線自傳，又可以繞回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)， 轉(zhuǎn)臺(tái)就相對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 6中央回轉(zhuǎn)接頭的作用是將上部工作臺(tái)液壓泵產(chǎn)生的液壓能傳輸?shù)降妆P，上部工作臺(tái)在任意工作位置，旋轉(zhuǎn) 任意角度行走馬達(dá)都能得到正常供油。 圖 311 中央回轉(zhuǎn)接頭 Figure 311 central rotary joint 1 端蓋 1； 2外殼體； 3入油口； 4密封圈； 5出油口； 6端蓋 2； 7中心軸 中央回轉(zhuǎn)接頭工作原理： 中央回轉(zhuǎn)接頭需要安裝在回轉(zhuǎn)支承裝置的中心線上， 2外殼體固定在上部工作轉(zhuǎn)臺(tái)， 7中心軸固定在車架上。液壓油進(jìn)入中央回轉(zhuǎn)接頭后會(huì)在 4密封圈之間的溝槽中形成液壓油帶， 5出油口位于溝槽底部，液壓油可以從 5出油口出進(jìn)入 7中心軸，通過(guò) 7中心軸內(nèi)部盲孔流出。 4密封圈之間形成的液 壓油帶為環(huán)狀繞 7中心軸一圈，所以不論 2外殼體旋轉(zhuǎn)什么角度，環(huán)狀液壓油帶中的液壓油都可以通過(guò) 5入油口進(jìn)入 7中心軸。 機(jī)械臂的組成及工作原理 工作裝置由兩部分組成： 機(jī)械臂和機(jī)械爪。 圖 312機(jī)械臂三維立體圖 Figure 312 arm threedimensional map 1伸縮臂； 2 伸縮臂液壓缸； 3機(jī)械臂支座； 4動(dòng)臂； 5動(dòng)臂液壓缸； 6軸； 7軸承； 8配重 機(jī)械臂工作原理： 機(jī)械臂采用伸縮臂 +動(dòng)臂的組成形式。在 5動(dòng)臂液壓缸的作用下 4動(dòng)臂可繞 6軸旋轉(zhuǎn)，完成機(jī)械臂 Z 軸方向的移動(dòng)。通過(guò)在 4動(dòng)臂末端增加 8配重可以抵消機(jī)械臂的自重，減少 5動(dòng)臂液 壓缸的工作載荷， 5動(dòng)臂液壓缸實(shí)際的工作載荷僅僅由抓取的輪胎的重量產(chǎn)生。但是關(guān)節(jié)機(jī)械臂有一個(gè)顯著的問(wèn)題就是在關(guān)節(jié)處需要加裝驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，在增加了靈活性的同時(shí)機(jī)械臂的機(jī)械強(qiáng)度就會(huì)有顯著下降，而本文中采用伸縮臂的形式不但可以簡(jiǎn)而有效的通過(guò)液壓缸改變機(jī)械臂的長(zhǎng)度， 并且可以在保證了各個(gè)方向上靈活度需求的同時(shí)還有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 機(jī)械爪 結(jié)構(gòu)組成與工作原理 機(jī)械爪的夾持方式分為外圍夾持方式與中心夾持方式如圖 314。而中心式夾持方式中機(jī)械爪處于輪胎中心的位置，通過(guò)機(jī)械爪由內(nèi)向外的移動(dòng)張緊輪胎內(nèi)圈而固定好輪胎。 圖 314輪胎抓取機(jī)械手 Figure 314 Tire crawl robot 機(jī)械爪設(shè)計(jì)思路：機(jī)械爪設(shè)計(jì)的中心思想是設(shè)計(jì)一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運(yùn)動(dòng) 。 這就是機(jī)械爪的設(shè)計(jì)思路。機(jī)械爪由 10 部分組成， 1吊環(huán)的作用是連接機(jī)械爪與機(jī)械臂。 6聯(lián)軸器將 4擺動(dòng)馬達(dá)提供的扭矩傳遞給 7圓盤，為 10滑塊的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力 8連接塊、 9卡盤與 10L 型滑塊是機(jī)械手中關(guān)鍵的三個(gè)個(gè)部分。在 7圓盤、 8連接塊、 9卡盤中的水平槽的共同作用下，將擺動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為 10L 型滑塊的 直線運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械爪工作原理 機(jī)械爪卡盤部分結(jié)構(gòu)如圖 316 所示。的氣動(dòng)馬達(dá)，當(dāng)擺動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)8聯(lián)軸器帶動(dòng) 7圓盤旋轉(zhuǎn)， 8滑塊連接器一端固定在 7圓盤上，另一端固定在 10滑塊上， 7圓盤的旋轉(zhuǎn)會(huì)通過(guò) 8連接塊帶動(dòng) 10滑塊在水平槽內(nèi)徑向移動(dòng)。 當(dāng)機(jī)械手抓取輪胎工作的工作狀態(tài)中， 10滑塊被推倒最外端， 8連接塊的方向正好垂直于 7圓盤的軸線方向，此時(shí)機(jī)械爪處于自鎖的狀態(tài)。 機(jī)械臂強(qiáng)度計(jì)算與校核 機(jī)械臂的最小截面在伸縮臂上，所以如果在將伸縮臂的截面積代替整個(gè)機(jī)械臂的截面積的情況下，機(jī)械臂的受力情況依 然良好，那么實(shí)際情況下機(jī)械臂的強(qiáng)度就不會(huì)有問(wèn)題，伸縮臂橫截面如 圖 317。 圖 317機(jī)械臂截面示意圖 Figure 317 Schematic crosssection arm 簡(jiǎn)化后的機(jī)械臂受力如 圖 318 圖 318機(jī)械臂簡(jiǎn)化受力圖 Figure 318 arm by trying to simplify 取整體為研究對(duì)象，根據(jù) ( ) 0BMF?? 和 ( ) 0AMF?? 求得支反力 AF 、 BF為： 3 ( )AF kN?? ， 6 ( )BF kN?? 根據(jù)已知的所有力繪出剪力圖 319 與彎矩圖 320 圖 319機(jī)械臂剪力圖 Figure 319 Shear Diagram arm 圖 320機(jī)械臂彎矩圖 Figure 320 arm bending moment diagram 由彎矩圖可以得知最大彎矩為 mkN?? 發(fā)生在 A 點(diǎn) N m?? 抗彎截面系數(shù)的選?。? 3 3 3 3 3 3 53( ) / 12 14 0 16 0 12 0 14 0 2. 5 10/ 2 6 6 16 0B H bh B H bhw m mHH? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 由zMW?? 得，最大彎曲正應(yīng)力 max? 為 ? ?6 2m a x 52 . 5 1 0 1 0 /2 . 5 1 0zM N m mW???? ? ? ?? 梁的彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度滿足 由 ? ? FsA? ??得，最大彎曲切應(yīng)力 ??max? ? ? ? ?3m a x 4 10 140 140 120F s F s M paA H B hb??? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 梁的彎曲切應(yīng)力強(qiáng)度滿足。 液壓系統(tǒng)的基本組成 （ 1）動(dòng)力元件：液壓缸 —— 將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質(zhì)。執(zhí)行元件是將介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量輸出裝置。用來(lái)控制液壓系統(tǒng)所需的壓力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)各種不同的工作要求。它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。是傳遞能量的介質(zhì) 按照不 同的功能可將液壓系統(tǒng)分為三個(gè)基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。 回轉(zhuǎn)裝置的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺(tái)向左或向右回轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行輪胎抓取和放置，完成該動(dòng)作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達(dá)。 行走裝置的作用是支撐機(jī)械手的整 機(jī)質(zhì)量并完成行走任務(wù)，所用的液壓元件主要是行走馬達(dá)。 動(dòng)力輸出路線： 圖 43動(dòng)力傳輸原理圖 Figure 43 Schematic Power Transmission 行走動(dòng)力傳輸路線： 電機(jī) — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 中央回轉(zhuǎn)接頭 — 行走馬達(dá)（液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能） — 減速箱 — 驅(qū)動(dòng)輪 — 實(shí)現(xiàn)行走 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳輸路線：電 機(jī) — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 回轉(zhuǎn)馬達(dá)（液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能） — 減速箱 — 回轉(zhuǎn)支承 — 實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn) 動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)傳輸路線：電 機(jī) — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 動(dòng)臂油缸（液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能） — 實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂運(yùn)動(dòng) 伸縮臂 運(yùn)動(dòng)傳輸路線： 電機(jī) — 聯(lián)軸節(jié) — 液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能） — 分配閥 — 伸縮臂油缸（液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能） — 實(shí)現(xiàn)伸縮臂 運(yùn)動(dòng) 液壓系統(tǒng)的基本動(dòng)作分析 （ 1） 機(jī)械爪抓取輪胎 。 （ 2）舉升回轉(zhuǎn)。 （ 3） 放置輪胎 。 （ 4） 空爪 返回。 此工況是回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂、和 伸縮缸 復(fù)合動(dòng)作。液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。限壓的目的有兩個(gè)：一是限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過(guò)載而損壞，通常用安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，安全閥設(shè)置在主油泵出油口附近；二是根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過(guò)某值，通常用溢流閥實(shí)現(xiàn)，溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作，多余的流量通過(guò)此閥流回油箱，因此溢流閥是常開的。維持正常工作， 動(dòng)臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)”，但必須具有足夠的閉鎖力來(lái)防止活塞桿的伸出或縮回，因此須在動(dòng)臂液壓缸的進(jìn)出油路上各裝有限壓閥，當(dāng)閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時(shí)，限壓閥打開，使油液流回油箱。液壓沖擊會(huì)使整個(gè)液壓系統(tǒng) 和元件產(chǎn)生振動(dòng)和噪 音，甚至破壞。圖 45 為液壓系統(tǒng)中比較普遍采用的幾種緩沖回路。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)或反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，高壓油路Ⅱ的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱，低壓油路Ⅰ則由補(bǔ)油回路經(jīng)單向閥 4 進(jìn)行補(bǔ)油，從而消除了液壓沖擊。該緩沖回路的特點(diǎn)是溢油和補(bǔ)油分別進(jìn)行，保持了較低的液壓油溫度，工作可靠，但補(bǔ)油量較大。當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)、停止或反轉(zhuǎn)時(shí)，高壓腔的油經(jīng)過(guò)緩沖閥直接進(jìn)入低壓腔，減小了液壓沖擊。 圖 45（ C）是回轉(zhuǎn)馬達(dá)油路之間并聯(lián)有成對(duì)單向閥 5 和 7，回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)或換向時(shí)高壓腔的油經(jīng)過(guò)單向閥 緩沖（限壓）閥 2 流回油箱，低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6 獲得補(bǔ)