液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置

1、.專業(yè)資料.題目 四自由度機(jī)械手的設(shè)計(jì)(第一、二、三階段)小組成員姓名與學(xué)號(hào)楊駿威(3100104453)黃 元(3100101605)姚津津(3100103253)馬韶君(3100100557)年級(jí)與專業(yè)機(jī)械電子工程 1002班所在學(xué)院機(jī)械工程學(xué)系第一部分：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、油缸設(shè)計(jì)與馬達(dá)選型一，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)需求，我們小組的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖:1、機(jī)械臂設(shè)計(jì)需求（1 ）機(jī)械臂在0.6米全伸距下提供25kg的舉力（2） 基座左右回轉(zhuǎn)、上下擺動(dòng)90度（3）腕關(guān)節(jié)360度回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速835rpm,最大扭矩50Mm（4）手爪開合油缸最大抓力為100kg2、總體方案為了實(shí)現(xiàn)需求的4個(gè)功能，我們使用了 4個(gè)執(zhí)行元

2、件，分別是基座的擺動(dòng)馬達(dá)，大臂的 90度擺動(dòng)缸，小臂的 360度回轉(zhuǎn)馬達(dá)以及手爪上的薄型伸縮油缸。3、自由度分配（1）底盤一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；（2）機(jī)械臂垂直水平面上下一個(gè)擺動(dòng)自由度，由液壓缸驅(qū)動(dòng)；（3）手腕一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；（4） 手爪部分由特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可直接通過(guò)液壓缸的直線運(yùn)動(dòng)完成對(duì)物體的 夾取與卸載。4、手爪部分的實(shí)物圖（在液壓缸配合下，可提供抓力符合要求的100kg）：二液壓油缸選型1、對(duì)液壓油缸進(jìn)行參數(shù)確定：液壓油缸實(shí)現(xiàn)手部抓取工作。末端要夾取25kg的物體，在末端要有 4倍物重的夾緊力。受力分析得到：要使夾具在末端有100kg的夾緊力，油缸需要提供

3、等同于200kg的力?？紤]到液壓缸的效率，設(shè)=8，則：200kgF?9.8N/kg2450N查找液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)，選定工作壓強(qiáng)P=7Mpa.由公式：F2P ,S ?D /4S得到：D鳥5帶入公式有：麗 / 4g2450D X 扌硬.02飾沖以有桿腔作為工作腔時(shí)：D 口 P，其中在 7Mpa時(shí)，取d=0.7D.解得：D=0.0296mm=30mm查找液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)序號(hào)缸徑推力（KN）桿徑拉力（KN）（mr）(mm)壓力等級(jí)（MPa壓力等級(jí)（MPa71416212531.571416212531.513261113172025184891214172407182026314020713152024302

4、26121418222825511121619242849101316203501427314149622510212431374628919222834423281619242937367131520243046322445065789832163237495873得到：D=40mm d=28mm.缸筒長(zhǎng)度的確定：L=l+B+A+M+C.其中，最大工作行程l=100mm;活塞寬度B=0.8D=32mm活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度 A=0.8D=32mm活塞桿密封長(zhǎng)度M=5mm其他長(zhǎng)度C=11mm.缸筒總長(zhǎng)度計(jì)算為 L=180mm.2、對(duì)液壓油缸進(jìn)行參數(shù)確定油缸實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的俯仰運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)化圖如上所示，當(dāng)機(jī)械手

5、平舉時(shí)，油缸要給的力最大。0B為最大伸距0.6m，對(duì)O點(diǎn)取矩,得到：F=2598.1N考慮到液壓缸的效率，設(shè)=0.8，同油缸缸徑的確定方法，得到:D=33.7mm確定油缸的參數(shù):p=7MpaD=40mr，id=28mm油缸長(zhǎng)度確定：.專業(yè)資料.如圖所示，AB為油缸運(yùn)動(dòng)最長(zhǎng)距離處，A B為油缸運(yùn)動(dòng)最短距離處。b為油缸工作角。設(shè)油缸兩頭連接的桿長(zhǎng)分別為a及0.707a。l=AB-A B,由幾何關(guān)系得到：AB、a2+0.5a2-2ap707agcos135o求得：l=0.874a。L l B A M C 0.88 200+32+5+12=225mm3、根據(jù)以上計(jì)算進(jìn)行油缸選型油缸型號(hào)：CX-SD-3

6、0 40薄型油缸油缸主要參數(shù)：(1) 質(zhì)量 7kg，(2) 缸內(nèi)徑30mm(3) 行程 40mm(4) 活塞桿直徑為10mm(5 )使用壓力0.314MPa當(dāng)油缸內(nèi)壓力p=7MPa時(shí)，油缸所能輸出的拉力 假設(shè)：F15 106 4足設(shè)計(jì)需求。3 230 10 33 210 10 3470kg，大于所需要的200kg，所以油缸滿(1)被夾持物為25kg(2 )手爪薄型油缸為 7kg(3)手腕回轉(zhuǎn)擺線馬達(dá)為 5.5kg(4 )取大臂為10kg(5) 取其他連接件與結(jié)構(gòu)件為10kg根據(jù)擺動(dòng)缸轉(zhuǎn)軸的力矩平衡估算得，M。25 600 7 470 5.5 290 10 100 10 22523150 kg

7、mm232N m擺動(dòng)缸型號(hào)：BMS-50型雙葉片擺動(dòng)缸擺動(dòng)缸主要參數(shù)如下：質(zhì)量 17.8kg ,排量 173ml/r ,使用壓力16.3MPa經(jīng)計(jì)算，當(dāng)擺動(dòng)缸內(nèi)壓力p4MPa時(shí)，輸出力矩可以滿足需求。三，液壓馬達(dá)選型這里主要用到了兩個(gè)馬達(dá)，分別是底座驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)與手腕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，在該場(chǎng)合下，我們的馬達(dá)轉(zhuǎn)速較低，需要提高傳動(dòng)效率，降低工作壓力，另外，馬達(dá)排量 越大，工作壓力越低，低速穩(wěn)定性越好，這正是我們需要的。假設(shè)：整個(gè)裝置的凈重為 20kg，夾取重物后重量為 45kg。全伸距0.6m。機(jī)械爪部分質(zhì)量為 5kg，重心位置與夾取物重心位置重合。伸展寬度最大為0.2m,收縮夾取重物后寬度為 0.

8、1m，最大夾緊力為1000N,舉力為250N,機(jī)械手與重物間的平均滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1.1、首先對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行參數(shù)確定：根據(jù)需求的最大扭矩為50N- m(一)轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)速取20rpm。工作壓力取14MPa當(dāng)抓緊力剛好夠夾取物體時(shí)， 轉(zhuǎn)矩為2.5Nm,此時(shí)排量由計(jì)算公式 Dm=T2pi/P ,得到Dm=1.12m；由流量公式 Q=n- Dm得到 Q=0.375ml/s。當(dāng)抓緊力為 1000N時(shí)，轉(zhuǎn)矩為 10N- m, Dm=4.48ml, Q=1.5ml/s當(dāng)達(dá)到最大扭矩時(shí)，Dm=22.4ml, Q=7.5ml/s 。(二)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)時(shí) 最低轉(zhuǎn)速為8rpm時(shí)，工作壓力取14MPa得到三種

9、條件下的排量流量分別為：T=2.5N - m, Dm=1.12ml, Q=0.15ml/s ;T=10N - m, Dm=4.48ml, Q=0.6ml/s ;T=50N - m, Dm=22.4ml, Q=3ml/s。 最高轉(zhuǎn)速為35rpm時(shí)，工作壓力取14MPa同樣得到三種條件下的排量流量分別為：T=2.5N m, Dm=1.12mL Q=0.65ml/s ;T=10N - m, Dm=4.48mL Q=2.63ml/s ;T=50N - m, Dm=22.4mL Q=13.13ml/s。綜上，手腕旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量范圍Dm在 1.12ml至22.4ml。流量Q范圍在0.15ml/s至 13.

10、13ml/s 之間。2、再對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行參數(shù)確定：設(shè)工作壓強(qiáng)仍然為 i4MPa整個(gè)裝置作用在底盤上的力為載荷的三倍75kg，底座采用滾動(dòng)軸承支撐，與支撐臂的摩擦系數(shù)為0.04 ,底座中心與支撐臂極限工作點(diǎn)間距為0.6m,則作用在底座馬達(dá)上的扭矩為18N- m底座轉(zhuǎn)速為10rpm。按照同樣的方法可以計(jì)算得到馬達(dá)排量：Dm=8.07mL Q=1.35ml/s 。綜上可采用VICKERS威格士 BMP型擺線液壓馬達(dá)，數(shù)據(jù)如下：由參數(shù)與數(shù)據(jù)可得，兩液壓馬達(dá)均可選擇表中第一列的BMP-50型液壓馬達(dá)。BMP技術(shù)參數(shù)腳腳碩I: _nL/min KwBL鵜儀牒M仙！N m惻砌獅爼I酗問(wèn)肚妬 個(gè)厲BMPrK

11、S2914!?120 的 110130 1滋園 紺7 朕 7111酬MABMP4CD期比52011&1231215268Mil1410$T)05f3剛U7IMMU19煮滸243H10If150BMP-WU血4MS0協(xié)fS11155環(huán)1打20誠(chéng)Mia鮒2t180BMP-Jtt11141B376W倆60u32懈JV3911n37t血9-195E0542BMP-iOOW.979115375*155S04ais二, 油路設(shè)計(jì)以及斷路保護(hù)設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)概述在液壓系統(tǒng)中，控制閥用來(lái)控制和調(diào)節(jié)工作液體的壓力高低、流量大小 以及改變流量方向，能夠控制執(zhí)行元件的開啟、停止和換向，調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)速 度和輸出扭矩輸出力

12、，并對(duì)液壓系統(tǒng)或液壓元件進(jìn)行安全保護(hù)。這次在上次完成“五功能”機(jī)械手的執(zhí)行器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)機(jī) 械手的控制閥組進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于控制閥組對(duì)液壓機(jī)械手的運(yùn)行速度以及 液壓缸的流量等具有較大的影響，牽扯到機(jī)械手的穩(wěn)定性和實(shí)用性的問(wèn) 題，因此控制閥組的設(shè)計(jì)需要保證液壓機(jī)械手不同關(guān)節(jié)（不同執(zhí)行器） 在運(yùn)動(dòng)中有合適的速度，保證液壓缸中進(jìn)出合適的流量使得系統(tǒng)安全等 等問(wèn)題。（二）設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)一回路能夠使得前述的四個(gè)執(zhí)行器都分別自如運(yùn)動(dòng)，達(dá)到能夠需要的位移或者轉(zhuǎn)矩；2. 設(shè)計(jì)旁路能夠使得系統(tǒng)能夠停留在原位置，避免出現(xiàn)機(jī)械手失效，造成 損失；3. 設(shè)計(jì)的閥組能夠控制執(zhí)行器具有適合其狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)速度；4.

13、此設(shè)計(jì)只著重于所有閥組的設(shè)計(jì)（三）設(shè)計(jì)原理液壓控制閥一般控制執(zhí)行元件的開停或換向，運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)矩，并對(duì)整個(gè)系 統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)。壓力控制閥用于控制或者調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)或回路壓力的閥， 如溢流閥等；方向控制閥用于控制液壓系統(tǒng)中液流的方向及通斷，如單向閥、 換向閥等，此類閥一般屬于系統(tǒng)中關(guān)鍵閥；流量控制閥用于控制液壓系統(tǒng)中 工作液體流量大小的閥，如節(jié)流閥、調(diào)速閥等。（四）每個(gè)回路中都采用液控單向閥來(lái)鎖住回路中的油，達(dá)到斷路保護(hù)的 功能（五）設(shè)計(jì)方案1、主油路設(shè)計(jì)溢流閥：采用直動(dòng)式溢流閥，用于油路過(guò)載保護(hù)。對(duì)于該系統(tǒng)，由于選 定的泵的輸出壓力為1500psi （約為10.5Mpa）,而在操作中采用單個(gè)元

14、件運(yùn)動(dòng)方式，則最大流量約為 0.15L/S （ 9L/min），故選用溢流壓力：15Mpa 額定流量：10L/min。2、液壓馬達(dá)回路設(shè)計(jì)（基座旋轉(zhuǎn)油路設(shè)計(jì)）A E1、液壓馬達(dá)主要控制支座的回轉(zhuǎn)，輸出速度較小，其內(nèi)腔不會(huì)出現(xiàn)“氣穴”現(xiàn)象，故不需要與油箱連接的單向閥平衡油壓;2、其所包含的控制閥有：調(diào)速閥（實(shí)現(xiàn)入口出口的共同調(diào)速，更穩(wěn)定）、 換向閥；3、由之前執(zhí)行器設(shè)計(jì)所得到的數(shù)據(jù)可以確定各個(gè)控制閥的壓力流量數(shù)據(jù)：Q n Q計(jì)算P=n P十算其中n、n 1.5-2， P計(jì)算、Q計(jì)算為執(zhí)行器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)考慮安全因數(shù)n=1.5 2,得如下數(shù)據(jù):額定流量L/min額定壓力Mpa換向閥形式調(diào)速閥0 121

15、4換向閥1214三位四通3、液壓馬達(dá)回路設(shè)計(jì)（手腕旋轉(zhuǎn)油路設(shè)計(jì)）1、該馬達(dá)主要用來(lái)帶動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)，所需流量功率均較?。?、其所包含的控制閥有：平衡閥、換向閥；3、由之前執(zhí)行器設(shè)計(jì)所得到的數(shù)據(jù)可以確定各個(gè)控制閥的壓力流量數(shù)據(jù):Q n Q計(jì)算P=n P 十算其中n、n1.5-2, P十算、Q計(jì)算為執(zhí)行器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)考慮安全因數(shù)n=1.5 2,得如下數(shù)據(jù):額定流量L/min額定壓力Mpa換向閥形式調(diào)速閥0 614換向閥614三位四通4、油缸回路設(shè)計(jì)（手爪開合油路設(shè)計(jì)） IF!I一 M I1、油缸主要用來(lái)控制手抓開合，行程較短，而且要求速度較快，同時(shí)在 達(dá)到設(shè)定壓力后會(huì)自動(dòng)停止，故除了有調(diào)速閥還加入了一個(gè)節(jié)流閥用于控制壓 力；2、其所包含的控制閥有：?jiǎn)蜗蜷y、節(jié)流閥、換向閥；3、由之前執(zhí)行器設(shè)計(jì)所得到的數(shù)據(jù)可以確定各個(gè)控制閥的壓力流量數(shù)據(jù):Q n Q計(jì)算P=nP 計(jì)算其中n、n 1.5-2，P計(jì)算、Q計(jì)算為執(zhí)行器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)考慮安全因數(shù)n=1.5 2,得如下數(shù)據(jù):額定流量L/min額定壓力Mpa換向閥形式節(jié)流閥210調(diào)速閥02.410換向閥2.