機械手小臂回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、液 壓 與 氣 壓 傳 動課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目： 機械手小臂回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計 年 級： 機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 2012年12月4日液壓與氣壓傳動課程設(shè)計設(shè)計題目：機械手小臂回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計題目說明：某型機械手小臂回轉(zhuǎn)裝置采用擺動缸驅(qū)動，實現(xiàn)“快進-工進-任意位置停止-快退”工作循環(huán)，基本設(shè)計參數(shù)如下：參數(shù)類別參數(shù)值參數(shù)類別參數(shù)值回轉(zhuǎn)角度220快進角度120快進、快退轉(zhuǎn)速60 o/s工進轉(zhuǎn)速25 o/s最大轉(zhuǎn)矩150Nm機械效率0.95容積效率0.88題目要求：1、 驅(qū)動裝置：單葉片擺動缸；2、 安裝方式：中心軸雙端固定，缸筒回轉(zhuǎn)；3、 調(diào)速方式：雙向回油節(jié)流調(diào)速，背壓

2、1.5MPa。設(shè)計要求：1、進行工況分析與計算，繪制工況圖（包括速度圖、負載圖）。2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖，選擇標準液壓元件，繪制電磁鐵動作循環(huán)表。3、液壓缸設(shè)計計算、圖紙繪制。上交材料：1、設(shè)計說明書一份。2、液壓系統(tǒng)原理圖一張（A2）。3、液壓缸（A1）裝配圖及部分零件圖（A2）。目錄1工況分析與計算1 1.1工況分析 1 1.1.1工作循環(huán) 1 1.1.2工作循環(huán)圖繪制 2 1.2負載分析與計算 2 1.21負載圖與速度繪制2 2液壓系統(tǒng)圖的擬定 4 2.1系統(tǒng)功能分析4 2.2系統(tǒng)圖的擬定4 2.3系統(tǒng)圖的繪制5 2.4系統(tǒng)功能說明6 3液壓元件的計算與選擇 6 3.1確定液壓泵的型號及

3、電動機功率6 3.2閥類元件及輔助元件的選擇7 4液壓缸設(shè)計 8 4.1液壓缸結(jié)構(gòu)的擬定 8 4.2液壓缸的結(jié)構(gòu)的計算10 4.3液壓缸結(jié)構(gòu)圖11 5設(shè)計總結(jié) 12 6參考文獻 13設(shè)計某型機械手腰部回轉(zhuǎn)裝置采用擺動缸，實現(xiàn)“快進-1 工進-2工進-快退”工作循環(huán)?；驹O(shè)計參數(shù)如下：參數(shù)類別參數(shù)值參數(shù)類別參數(shù)值回轉(zhuǎn)角度220快進角度120快進、快退轉(zhuǎn)速60 o/s工進轉(zhuǎn)速25 o/s最大轉(zhuǎn)矩150Nm機械效率0.95容積效率0.881.1 工況分析對液壓傳動系統(tǒng)的工況分析就是明確各執(zhí)行元件在工作過程中的速度和負載的變化規(guī)律，也就是進行運動分析和負載分析。1.1.1 工作循環(huán)通過該液壓系統(tǒng)，可以

4、使機器人手臂實現(xiàn)快進120-工進100-快退220的工作狀態(tài)。1.1.2 工作循環(huán)圖繪制1.2 負載分析與計算負載分析就是研究各執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的受力情況。工作負載 TL= 150Nm;根據(jù)題目給定條件，初步計算得：快進 工進 快退 1.2.1 負載圖與速度圖繪制 圖1 速度圖 圖2 工況圖2 液壓系統(tǒng)圖的擬定2.1 系統(tǒng)功能分析通過該液壓系統(tǒng)，可以使機器人手臂實現(xiàn)回轉(zhuǎn)快進120-工進100-快退220 的工作過程。2.2 系統(tǒng)圖的擬定在制定各液壓回路方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所得的液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示。由電磁鐵動作順序表容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動路線。壓系統(tǒng)圖的擬定

5、，主要是考慮一下幾個方面問題：1） 供油方式 從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時所需流量較大，且比較接近，因此從提高小效率節(jié)省能量的角度考慮采用單個定量泵供油方式顯然是不合適的，故宜選用電動機驅(qū)動的葉片泵作為油泵。2） 調(diào)速回路 由工況圖可知，該系統(tǒng)的在慢速時速度需要調(diào)節(jié)，考慮到系統(tǒng)功率小，工作負載變化小，所以采用雙回油節(jié)流調(diào)速。3） 速度換接回路 由于正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間速度需要換接，但對緩沖的位置要求不高，所以采用三位四通電磁換向閥實現(xiàn)速度換接。4） 平衡及鎖緊 泵口用一個溢流閥來對整個液壓系統(tǒng)定壓并進行安全保護。5) 背壓回路 在出油口設(shè)置一個溢流閥使整個回路有個有背壓，正常工作。6） 輔

6、助回路 在液壓泵口設(shè)置一過濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔：出口設(shè)置一液壓表及其開關(guān)，以便液壓閥調(diào)壓和觀測。在制定各液壓回路方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)整理所得的液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示。由電磁鐵動作順序表容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動路線。2.3 系統(tǒng)圖的繪制圖3 機械手小臂回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)原理圖1-過濾器；2-電動機；3-單向定量泵；4-壓力表開關(guān)；5-壓力表；6-溢流閥；7-三位四通電磁換向閥；8-調(diào)速閥；9-二位二通電磁換向閥；10-調(diào)速閥；11-二位二通電磁換向閥；12-單葉片擺動缸2.4系統(tǒng)功能說明3 液壓元件的計算與選擇3.1 確定液壓泵的型號及電動機功率1.液壓泵的最高工作壓力出現(xiàn)在快

7、進階段，即 則液壓泵的最高壓力2液壓泵的流量計算 泵的供油量按液壓缸的快進階段的流量進行計算，由于系統(tǒng)較小，取泄漏系數(shù)，則液壓泵供油量應(yīng)為3.確定液壓泵的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選液壓泵的轉(zhuǎn)速為n1=1200r/min泵的容積效率，泵的排量參考值為根據(jù)以上結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的型葉片泵泵的額定壓力為，泵的額定轉(zhuǎn)速為，容積效率倒推算得泵的額定流量為比系統(tǒng)流量稍大4.確定泵的驅(qū)動功率，最大功率出現(xiàn)在快進階段，液壓泵快進所需驅(qū)動功率為電動機的選定選擇型臥式三項異步電動機，其額定功率為。轉(zhuǎn)速為。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，泵的實際流量為495.8mL/r，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求，同步轉(zhuǎn)速

8、3.2 閥類元件及輔助元件的選擇 表1 元件列表序號名稱型號額定壓力（MPa）額定流量（）通過流量（）1過濾器2.5325.462雙作用定量葉片泵765.463三相異步交流電動機4溢流閥6.3635.465三位四通電磁換向閥7531.512.066調(diào)速閥212504.027調(diào)速閥211602.018二位二通電磁換向閥6.310012.069二位二通電磁換向閥6.310012.0610壓力表11壓力表開關(guān)35油管： 油管內(nèi)徑一般可參考所接元件口尺寸進行確定，也可按管中允許速度計算，在本設(shè)計中，出油口采用內(nèi)徑為4mm，外徑為14mm的鋼管油箱 ：本系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，取經(jīng)驗系數(shù)，得油箱容量為：4

9、液壓缸設(shè)計4.1 液壓缸結(jié)構(gòu)的擬定液壓缸的分類及組成液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸、和擺動缸三類?；钊缀椭麆倢崿F(xiàn)往復(fù)運動，輸出推力和速度。擺動缸則能實現(xiàn)小于360的往復(fù)擺動，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。液壓缸除單個使用外，還可以幾個組合起來和其他機構(gòu)組合起來，在特殊場合使用，已實現(xiàn)特殊的功能。擺動液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可分成缸筒和缸蓋、密封裝置、緩沖裝置，以及排氣裝置等。液壓缸的主要參數(shù)設(shè)計二、液壓缸主要參數(shù)的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段的最大總負載力來確定，此外，還需要考慮一下因素：考慮經(jīng)濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重，壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對

10、元件的制造精度，密封性能要求高。缸體與缸蓋的連接形式 常用的連接方式法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接，其形式與工作壓力、缸體材料、工作條件有關(guān)。該液壓缸采用螺紋連接。 密封圈的選用 應(yīng)根據(jù)密封部位、使用部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。常見的密封圈類型：O型圈，O型圈加擋圈，高底唇Y(jié)型圈，Y型圈，奧米加型，該液壓缸采用O型密封圈. 液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動工作部件運動時，因運動件的質(zhì)量大，運動速度較高，則在達到行程終點時，會產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使缸體與缸筒端蓋產(chǎn)生機械碰撞。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置。常見的緩沖裝置有環(huán)狀間隙節(jié)流緩沖裝

11、置，三角槽式節(jié)流緩沖裝置，可調(diào)緩沖裝置。 液壓缸排氣裝置 對于速度穩(wěn)定性要求的機床液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置。液壓缸設(shè)計需要注意的事項 1）盡量使液壓缸有不同情況下有不同情況，擺動缸在擺動狀態(tài)下承受最大負載。2）考慮到液壓缸有不同行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題，缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需有相應(yīng)措施。 3）根據(jù)主機的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式，但液壓缸只能一端定位。 4）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需根據(jù)推薦結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標準比較，盡可能做到簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求1）缸體 材料-灰鑄鐵: HT200 粗糙度-液壓缸內(nèi)圓

12、柱表面粗糙度為 技術(shù)要求：a內(nèi)徑用H7-h6的配合 b缸體與端蓋采用螺紋連接，采用6H精度 2）缸蓋 材料-灰鑄鐵：HT200 粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為 技術(shù)要求：同軸度不大于3) 葉片 材料-45鋼： 粗糙度-導(dǎo)向表面粗糙度為 技術(shù)要求：垂度不大于0.054.2 液壓缸結(jié)構(gòu)的計算1初選液壓缸的工作壓力根據(jù)分析此設(shè)備的負載不大，初選此設(shè)備的工作壓力為，出口壓力;2. 計算液壓缸的尺寸題目中給定液壓缸為雙葉片式擺動缸，根據(jù)雙葉片式擺動缸輸出轉(zhuǎn)矩以及角速度公式：取b=60mm得 取最大工作轉(zhuǎn)矩確定液壓缸的尺寸數(shù)據(jù)：，b=60mm，4.3 液壓缸結(jié)構(gòu)圖見裝配圖5 設(shè)計總結(jié) 剛開始接觸這門課的課程設(shè)計

13、時，才發(fā)現(xiàn)它比我想象中難得多。第一天剛開始，老師就布置了每個人的任務(wù)。當然每個人的任務(wù)是不同的，這對同學(xué)的互相學(xué)習(xí)起了重要作用。任務(wù)一下后，我腦子里一片混沌，不明白要從哪里入手，只好回去好好地把液壓傳動設(shè)計指南看完一遍又一遍，并在老師和同學(xué)的指導(dǎo)下，弄清楚了這次設(shè)計的大致方向。就憑看懂的這么一點點大致方向，慢慢摸索前進。前進的過程真的是困難重重，比如液壓系統(tǒng)原理圖的繪制，改了又改，實在解決不了就請教老師，老師不在時，就和同學(xué)一起討論，有時候討論很久仍然得不到一個明確的結(jié)果。所以在設(shè)計初期，我們的設(shè)計結(jié)果總是漏洞百出。我不敢說我的設(shè)計最為合理經(jīng)濟可靠，但是我從中學(xué)會了很多知識，對液壓系統(tǒng)有了更深

14、一步的認識了解。將在課堂中學(xué)習(xí)的知識運用到實踐中去，加深對理論的理解，并且重新學(xué)習(xí)了CAD制圖的知識。在經(jīng)過一周多的課程設(shè)計，讓我明白一個道理，有些事情，只能依靠自己，哪里不會學(xué)哪里，一邊動手一邊學(xué)習(xí)。在摸索中前進，在摸索中成長。非常感謝這次課程設(shè)計，也感謝老師的耐心指導(dǎo)。6參考資料1、 左建明液壓與氣壓傳動：機械工業(yè)出版社2、 張力平液壓傳動設(shè)計指南：化學(xué)工業(yè)出版社3、機械零件設(shè)計手冊（液壓與氣動部分）：冶金出版社4、機械設(shè)計手冊第四卷：機械工業(yè)出版社，2004 ISBN 7-111-14736-75、液壓工程手冊第二卷：機械工業(yè)出版社，2004 ISBN 7-111-14734-0 課程設(shè)計成績評定表評 分 項 目分值得分評 價 內(nèi) 涵工作表現(xiàn)20%01工作態(tài)度與主動性55能夠遵守紀律，工作主動、努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研55能夠通過查閱文獻、了解生產(chǎn)實踐等獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03設(shè)計說明書工作量55能夠按期完成規(guī)定的說明書撰寫任務(wù)，工作量飽滿。04繪圖工作量55能夠按期完成規(guī)定的圖紙繪制任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%05綜合運用知識能力110能夠綜合運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)、解決設(shè)計問題，對題目進行準確的理論分析。06應(yīng)用文獻能力55能夠獨立查閱相關(guān)文獻，較好地論述題目的設(shè)計方案；有收集、加工各種信息、獲取新知識的能力。07方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計能力