通用液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)--液壓

1、通用液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)-液壓2（20112011 屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料通用液壓機(jī)械手題目名稱：學(xué) 院（部）:機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)：郝曉蓮學(xué)生姓名：班級(jí)：機(jī)設(shè) 074 班學(xué)號(hào)07405100334指導(dǎo)教師姓名：唐川林職稱教授3職稱最終評(píng)定成績(jī)：湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處42011屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料第一部分 畢業(yè)論文5AbstractManipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated pro

2、duction.Today hydraulic mqanipulator is widely uade in industry fidld.It can maek the produce process automated and liberate the people from heavy physical labor.It can promote the quality of production and decrease the cost of production.In this design,we should use the knowledge of hydraulic,mecha

3、nism and electric control comprehensively to complete the design of hydraulic manipulator,including machine system,hydraulic and comtrol system.The mechanical part is designed on the basis of mechanics computation foundation after the structure analysis,including hand,arm and fuselage.Generally the

4、manipulator s hand should have four merits:compact structure,light weight,good universal property and high catch precision.Well,the arm should have merits that are good rigidity,light weight,high movement velocity,small inertia and flexible motion.The hydraulic system design including the hydraulic

5、system computation and the selection of hydraulic components;The control system design including plotting the ladder diagram and selecting the control component.Key wordsHydraulic manipulator;hydraulic system ;design;plc6目錄前言 . 6（一） .工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介 6（二） .世界機(jī)器人的發(fā)展 6（三） .我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 7（四） .本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手 71臂力的確定 . 7

6、2工作范圍的確定 . 73運(yùn)動(dòng)速度的確定 . 84手臂的配置形式 .85位置檢測(cè)裝置的選擇 . 85驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 . 9一手部結(jié)構(gòu).10（一）.概述 10（二）.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題 10（三）.驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 10（四）.夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 131夾緊缸主要尺寸的計(jì)算 . 132缸體結(jié)構(gòu)及驗(yàn)算 . 133缸筒兩端部的計(jì)算 . 14二腕部的結(jié)構(gòu).17（一）.概述 17（二）.腕部的結(jié)構(gòu)形式 18（三）.手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 161摩擦阻力矩 . 192工件重心引起的偏置力矩 . 193腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 .204回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 . 21722臂部的結(jié)構(gòu)（一）.概述 22

7、（二）.手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 25（三）.手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 25（四）.臂部驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 251手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 .262手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 .283手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 . 30四液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).32（一）.液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 32（二）.液壓系統(tǒng)的組成 32（三）.液壓系統(tǒng)控制回路 33（四）.機(jī)械手液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 33（五）.機(jī)械手液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 33結(jié)束語(yǔ) . 44參考文獻(xiàn) . 45致謝 . 468(一) 我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手1.1. 臂力的確定目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大， 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的 機(jī)械手的臂力最小為0.15N0.15N,最大為8000N8000N。本液壓 機(jī)

8、械手的臂力為N N臂=1650=1650 (N N),安全系數(shù)K K 一般 可在1.51.53 3,本機(jī)械手取安全系數(shù) K=2K=2。定位精度為 1mm1mm 。2.2.工作范圍的確定 機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合 成,在確定的工作范圍時(shí),可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng) 作,由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī) 械手的動(dòng)作范圍確定如下：手腕回轉(zhuǎn)角度 110110手臂伸長(zhǎng)量 500mm500mm手臂回轉(zhuǎn)角度 110110手臂升降行程 100mm100mm3.3.確定運(yùn)動(dòng)速度機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后, 可根據(jù)生產(chǎn) 9需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)

9、動(dòng)作的時(shí)間， 進(jìn)而確定各動(dòng) 作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過(guò) 程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移 等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的 時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù) 各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如 果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長(zhǎng)的計(jì)算，分配各動(dòng) 作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求：給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的 執(zhí)行時(shí)間；伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。在滿足工作拍節(jié)要求的條件下，應(yīng)盡量選取較低的運(yùn)動(dòng)速 度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、

10、緩 沖方式、定位方式都有很大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加以確定。在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾 10個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施，11V V 腕回 = = 4545 /s/sV V 臂伸 = = 750750 mm/smm/sV V 臂回 = = 110110 /s/sV V 臂升 = = 250250 mm/smm/sV V 夾 = = 5050以保證動(dòng)作的同步液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下：手腕回轉(zhuǎn)速度手臂伸縮速度手臂回轉(zhuǎn)速度手臂升降速度 手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度mm/smm/s4.4. 手臂的配置形式機(jī)械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體 布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)

11、象的不同，手臂 的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用機(jī)座式。機(jī)座 式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用， 機(jī)座上可以裝上獨(dú)立 的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝 行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī) 座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式， 本機(jī)械手 采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。 手臂配置在機(jī)座 立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。5.5. 位置檢測(cè)裝置的選擇12機(jī)械手常用的位置檢測(cè)方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行程開關(guān)式。利 用行程開關(guān)檢測(cè)位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián) 合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊檢測(cè)定 位

12、既精度高又簡(jiǎn)單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。6.6. 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié) 合生產(chǎn)工藝的要求來(lái)選擇的，要盡量選擇控制性能 好、體積小、維修方便、成本底的方式。控制系統(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機(jī)械手 外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電 氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。參考工業(yè)機(jī)器人表 9-69-6 和表 9-79-7，按照設(shè)計(jì) 要求，本機(jī)械手采用的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方 式為繼電 - -接觸器控制。13手部結(jié)構(gòu)（一 ） 概述 手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持 專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能

13、， 并安裝于機(jī)械手手臂的前端。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人 手，它的手指形狀也不象人的手指、 ，它沒有手掌， 只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式 根據(jù)它的使用場(chǎng)合和被夾持工件的形狀， 尺寸，重量， 材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手 部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其 他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其 傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、 斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式 等，這里 采用滑槽杠桿式。（二 ） 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題1.1.應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還 應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的

14、慣性力和振動(dòng)， 以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。2.2.手指間應(yīng)有一定的開閉角兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的 14角度稱為手指的開閉角。 手指的開閉角保證工件能順 利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直 徑的工件考慮。3.3.應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置， 必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。 例如圓柱形工件采用帶 擁面的手指，以便自動(dòng)定 心。4.4.應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影 響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變 形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕

15、。5.5.應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來(lái)設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。 3 3（三） 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算151.手指2.銷軸3.拉桿4.指座圖1 1滑槽杠桿式手部受力分 析如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿3 3作用下 銷軸2 2向上的拉力為F F，并通過(guò)銷軸中心0 0點(diǎn)，兩手 指1 1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為Fi、F2，其力的方向 垂直于滑槽中心線001和002并指向o點(diǎn)，日和F2的延長(zhǎng) 線交0102于A及B, Z A0C= Z B0Ca。根據(jù)銷軸的力平衡 條件，即刀 Fx=0 得 F1 F2；刀Fy=0得 片F(xiàn)2cosF1 F1銷軸對(duì)手指的作用力為F1。手指握緊

16、工件時(shí)所需的力稱為握力（即夾緊力） ，假想握力作用在過(guò)手指與工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方 16向相反，以 FN 表示。由手指的力矩平衡條件，即 M1（F） 0 得F1h FNbQ h=a/cos a2F= 2b cos2 FN a式中 a a手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離（mmmm）。a 件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回 轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 F F 定時(shí)，a角增大則 握力FN也隨之增加，但a角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿（即活塞） 的行程過(guò)大，以及手指滑槽尺寸長(zhǎng)度增大，使之結(jié)構(gòu) 加大，因此，一般取 a =30=30 44。這里取角a =30=30這種手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有

17、動(dòng)作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過(guò)程中產(chǎn)生的慣性 力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力 F F 實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即：F實(shí)際=F計(jì)算/本機(jī)械手的工件只做水平和垂直平移，當(dāng)它的移動(dòng)速度為250mm/s250mm/s，系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì) 17參數(shù)選取，一般取0.030.030.5s0.5s，移動(dòng)加速度為150mm/s2 , 工件重量G G為294N,294N, V V型鉗口的夾角為120120 a =30=30 時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力F F和F實(shí)際計(jì)算如下：(1)(1)手指對(duì)工件的夾緊力計(jì)算公式：FN K1 K2

18、 K3 G式中K1安全系數(shù)，通常取1.21.22.0;2.0;K2 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 可近似按下式估算K2 1 - - = = 1.051.05，其中 a 于 025 0.5m/s2gK3 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定按工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)表2-22-2選取K34。FN1.2 1.05 4 294N1481.76N由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式F計(jì)算=F=2bcos FN a 得 b=80b=802oF十算=2 80 cos 30o 1492/50=3556N取手指?jìng)髁π蕁 =0.85,=0.85,184 5.05 0-7.0 j7,0jyr0

19、5 -0. 550.621) 70 0. 1選取d=0.5Dd=0.5DF實(shí)際=F計(jì)算 / =3556/0.85=4183.5N5000N（四）夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1. 夾緊缸主要尺寸的計(jì)算由前知，液壓缸，設(shè)夾緊工件時(shí)的行程為25mm25mm ,時(shí)間為0.5s,0.5s, 則所需夾緊力為：* n.4 1 榕載淸選擇工件壓力501 松壓 0. S 11.5-33-414-515工作壓力取1MP1MP，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)單緊湊，取工作壓力為 2.5MP2.5MP得:式中：4F/4 4183.5.匕 p2.5 106 0.95. mD D液壓缸內(nèi)徑P P液壓缸工作壓力液壓缸工作效率，0-95

20、根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB826-66JB826-66）選取液壓缸內(nèi)徑,D=50mmD=50mmnw按工作壓力送取打。19Q16 - 3.2 貝卩,pD理(2.3 p)2.5 1 06 50(2.3 110 1062.5 106) 15.48mmPN 0.35s(D； D)2-2136.36MPa同理查得活塞桿直徑 d=22mmd=22mm2.2. 缸體結(jié)構(gòu)及驗(yàn)算缸體采用4545號(hào)無(wú)縫鋼管，由JB1068-67JB1068-67港壓缸帥徑孫列H內(nèi)林32*01001茁IW嚴(yán)200利沖石|允6flS5 j IO51207MIftO i嚴(yán)240fk; J 卷用II IPCI6MF.2-飛壓肌知體林料旳

21、朋需的兄蟻錦曽查得可取缸筒外徑75mm75mm，貝V 12.5mm12.5mm 理3.3. 液壓缸額定工作壓力pN (MPMP )應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全式中：D D缸筒內(nèi)徑D1 缸筒外徑s缸筒材料的屈服點(diǎn)，4545號(hào)鋼為340MPa340MPa已知工作壓力PN 2.5MPa 36.36MPa，故安全。4.4. 缸筒兩端部的計(jì)算 缸筒底部厚度的計(jì)算200.433DPmaxD(D do)6.8mm此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔， 則底部厚度為考慮結(jié)構(gòu)要求，取 h=10mmh=10mm液壓缸最大工作壓力，取-缸底材料的許用應(yīng)力，材料為4545號(hào)鋼? - 600 120MP , ,

22、n n為安全系數(shù)，取n=5n=5。 n 5 缸筒底部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算缸筒底部采用螺釘聯(lián)接法蘭式缸頭，材料為3535號(hào)鋼，聯(lián)接圖如下：圖2 2外卡環(huán)聯(lián)接圖卡環(huán)尺寸一般?。菏街校篋 D缸筒內(nèi)徑pmaxPmax2PN5MP212pmax D1h(2Di h)4 106 (0.06)20.05 (2 0.06 0.05)25.04MP 310MP27.43MP 520MPKF1063 47010626.26MPh l 5mm;hh| h22.5mm2外卡環(huán)a-ba-b側(cè)面的擠壓應(yīng)力c為:缸筒危險(xiǎn)截面A-AA-A上的拉應(yīng)力PmaxD；4 106 (0.06)2(D1h)2 D2(0.06 0.05)2 (0

23、.05)2故知缸筒底部聯(lián)接安全。缸筒端部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下:圖3 3螺釘聯(lián)接圖螺紋處的拉應(yīng)力:刖.。041342 422QKFd 00.2d13Z100.12 3 470 0.0050.2 0.0041343 410 615.38MP螺紋處的剪應(yīng)力:則合成應(yīng)力:120MPa則知螺紋連接處安全可靠。其中：K K 擰緊螺紋的系數(shù)，取 K=3K=3K1螺紋連接處的摩擦系數(shù)，K1 0.12 d0螺紋外徑，d0 0.006mn37.4MPa 23d1 螺紋底徑 ， d10.004134 mZ Z -螺釘數(shù)量，Z=4Z=4腕部的結(jié)構(gòu)（一）概述腕部是連接手部與臂部的部件，起支

24、承手部的 作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各 個(gè)自由度的位置檢測(cè)、管線的布置以及潤(rùn)滑、 維修、調(diào)整等問(wèn)題 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通 過(guò)，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整 齊。（二）腕部的結(jié)構(gòu)形式本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為1515 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸 體和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位，動(dòng)片與手 部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成 24一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓

25、力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)25片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)， 即為手腕的回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖3 3機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)（三）手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng) 時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩 擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的 摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn) 26生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下27式計(jì)算：M驅(qū)二M慣+M偏+M摩式中：M驅(qū)驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩M慣慣性力矩M偏 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工 件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生 的偏重力矩M摩手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖1.摩擦阻力矩M

26、摩 M 摩二 (N 1D1+ N2D2)式中：f f軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.01f=0.010.020.02,滑動(dòng)軸承取f=0.1f=0.1;N1、N2 軸承支承反力（N N）；Di、D2 軸承直徑（m）由設(shè)計(jì)知 Di=0.035m D2=0.075mNi、F28Ni=800NN2=200NG1=294Ne=0.020 時(shí)0.i M 摩=_ (8000.035+200 0.075得1M 摩=2.15 (N.mN.m)2.工件重心引起的偏置力矩M偏M 偏 Gi e式中Gi工件重量（N N）e-偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直 距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí) M偏為零當(dāng)

27、e=0.020,e=0.020, Gi=294N N 時(shí)M 偏=5.88（N N m）3.腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算M慣M慣 J J工件）T式中-手腕回轉(zhuǎn)角速度（1/s1/s）t 手腕啟動(dòng)過(guò)程中所用時(shí)間(s s),(假定啟動(dòng)過(guò)程中近為加速運(yùn)動(dòng))一般取0.050.050.3s0.3sJ J手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的 29轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgkg m m2)J 工件 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量 (kgkg m m2)按 已 知 計(jì) 算 ：J *mR2 1 60 0.052 0.075kg m21 2 2 1 2 2 2J工牛二 m(l +3R )=30(0.1 +3

28、 0.04 )=0.037 kg m12 12=0.78(1/s), t=0.3s故 M慣=0.290.29 (N N m m)考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素，一般 將M M取大一些，可取：M 驅(qū)=1.1 1.2(M 慣 +M 偏 +M 摩)因此，得M 驅(qū)=1.2 (2.15+5.88+0.29)=10 N m4.4.回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大干總的阻30M=pb(R2 r2)2M總總、力矩M總。下圖為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸， 定片1 1與缸體 2 2固定連接，動(dòng)片3 3與轉(zhuǎn)軸5 5固定連接，當(dāng)a a、b b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸 回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)

29、目的。1-1-定片 2-2-缸體3-3-動(dòng)片 4-4-密封圈 5-5-轉(zhuǎn)軸式中：M總一一手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩P P回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力R R缸體內(nèi)孔半徑r r -輸出軸半徑b b動(dòng)片寬度回轉(zhuǎn)缸簡(jiǎn)圖2832臂部的結(jié)構(gòu)（一）概述臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手 部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位 上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的 伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng) 是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫 向移動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量， 而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手

30、臂的結(jié) 構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投?位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能，所以必須根 據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速 度及其定位精度的要求來(lái)設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同 時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向 裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因 此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求：剛度要大為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形 33截面彎曲剛度一般比圓截面大； 空心管的彎曲剛度和 扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。 所以常用鋼管作臂桿及 導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中， 沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相

31、對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì) 方形、花鍵等形式的臂桿。 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部 的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。 為提高機(jī)器 人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以 減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、 定位精度要高由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊 也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng) 盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量 輕，同時(shí)要采取一定的緩沖措施。（二 ） 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手臂的伸縮、升降均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí) 現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多， 常用的有活 塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條

32、機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī) 構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。344.2.14.2.1 手臂伸縮運(yùn)動(dòng)31 這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞 油缸。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械 手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。 如下圖所示為雙導(dǎo)向桿 手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。 手臂和手腕是通過(guò)連接板安裝在升 降油缸的上端， 當(dāng)雙作用油缸 1 1 的兩腔分別通入壓力 油時(shí)，則推動(dòng)活塞桿 2 2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)向桿 3 3 在導(dǎo)向套 4 4 內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn) 動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6 6 及手部 7 7 的夾緊油缸用的輸 油管道）。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間， 由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉

33、壓作用，故受 力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。可用 于抓重大、行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。圖 5 5 雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)4.2.24.2.2 導(dǎo)向裝置液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn) 動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的 正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用， 以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用37適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié) 構(gòu)和抓取重量等因素加以確定， 同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布 局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn) 中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、 雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機(jī)械手采 用的是 雙導(dǎo)向桿導(dǎo)

34、向機(jī)構(gòu) 。雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)， 并兼做手 部和手腕油路的管道。對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了 防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形， 可在導(dǎo)向桿尾部增 設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如圖 5 5 所示，對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防 止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形， 可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè) 輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如下圖所示，在 導(dǎo)向桿 1 1 的尾端用支承架 4 4將兩個(gè)導(dǎo)向桿連接起來(lái)， 支承架的兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承 2 2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸 縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)， 支承架上的滾動(dòng)軸承就在 支承板 3 3 的支承面上滾動(dòng)。381. W 乙酬松 3.4, m雙導(dǎo)向桿手臂 結(jié)構(gòu)423423手臂

35、的升降運(yùn)動(dòng)如圖6 6所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升降缸上 下兩腔通壓力油時(shí)，活塞杠4 4做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體 2 2固定在旋轉(zhuǎn)軸上。由活塞桿帶動(dòng)套筒3 3做升降運(yùn)動(dòng)。 其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵9 9實(shí)現(xiàn)。圖中6 6為位置檢測(cè) 裝置。39圖6 6手臂升降和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖（三）手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常 用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿 機(jī)構(gòu)等。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖6 635 所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿 8 8 驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油 軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 再通過(guò)缸體上的平鍵 9 9 帶動(dòng)外套 一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。（四） 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 為便于進(jìn)行

36、液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算， 我們分別敘 述伸縮液壓缸、 升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算， 解決臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算問(wèn)題， 結(jié)合前面有關(guān)臂部 和機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終定出臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。計(jì) 算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的 全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷 主要有慣性力、摩擦力和重力等。1.1. 手臂水平伸縮缸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1 1）作水平伸縮在線運(yùn)動(dòng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包 括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套 之間的摩擦阻力等， 還要克服啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力及 加油背壓等幾方面的阻力。其理論驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算：F理=F摩+F密+

37、F回+F慣估計(jì)參與手臂伸縮運(yùn)動(dòng)部件總重量42F 摩=F a摩 +Fb 摩=FaF bG總總、2L+aa0.15 3922 184.5 300300131.1NG (10 30) 9.8 392N , ,且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為 200mm200mm。F摩的計(jì)算：由于導(dǎo)向桿對(duì)稱分布，導(dǎo)向桿受力均衡，可按-其中：L L 重心距導(dǎo)向套前端距離,184.5mm,184.5mm a a導(dǎo)向套長(zhǎng)度，300mm300mm 卩當(dāng)量摩擦系數(shù)，取(1=0.15(1=0.15F密的計(jì)算：當(dāng)液壓缸的工作壓力小于10MPa ,活塞桿直徑為液 壓缸直徑的一半，則活塞和活塞桿都采用O O型密FbFY 0L+a G總

38、aGLa則 Fa Fb G43F回取0.05F驅(qū)150N封圈，此時(shí)液壓缸的密封阻力為:F回計(jì)算：一般背壓阻力較小，F(xiàn)慣的計(jì)算：=G v392 0.075=g t9.8 0.02式中： v v由靜止加速到常速的變化量t t起動(dòng)過(guò)程時(shí)間，一般取0.010.010.5s0.5s，取 t=0.02st=0.02s貝V V： F 理=F摩 + F 密 +F回 +F 慣 131.1 0.03F理 0.05F 理 150得：F理 =305.5N=305.5N實(shí)際驅(qū)動(dòng)力F實(shí)=卩理k 305.5三764N0.8式中：k k安全系數(shù)，k=2k=2 ； n傳力機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，n =0.8.=0.8.(2)(2)確定液

39、壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸=0.03 F 驅(qū)44液壓缸內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖，當(dāng)進(jìn)入無(wú)桿腔45F=Fi當(dāng)油進(jìn)入有桿腔F=F22 2 p(Dd)PiD(2.3 Pi)0.28mm C 6mm液壓缸的有效面積:FPi因此，D阡匚需5 22.8mm，取D=63mmD=63mm式中：F F 驅(qū)動(dòng)力pi液壓缸的工作壓力d d活塞桿直徑D D液壓缸內(nèi)徑n液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐 油橡膠可取0.950.95。(3)(3) 液壓缸臂厚計(jì)算此缸工作壓力為2MPa，屬低壓，則缸筒臂厚采用薄 壁計(jì)算公式2 106 0.032C=66(2.3 100 106 2 106) 1式中：Pi 液壓缸內(nèi)工作壓力46d d 強(qiáng)度系數(shù)

40、，無(wú)縫鋼管巾=1=1C C計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度, 一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)臂厚值D D液壓缸內(nèi)徑(4)(4) 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)算取螺釘數(shù)目Z=4Z=4，工作載荷：FQ與彎5 246NZ 4預(yù)緊力 FQ 1.3 1.8 392 917.28N則罷4 167篤2mm，查手冊(cè)取螺紋直徑d1 6mm，p p = = 0.75,0.75,材料為3535號(hào)鋼的內(nèi)六角螺釘6s320 10n1.2 2.52.2. 升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力和慣性力之 外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力可按 下式計(jì)算：F=F摩+F密+F回+F慣 G其中：1F摩各支承處的摩擦力

41、(N)，47f，f=0.16f=0.16 ；F密瞽冋上，F(xiàn)密一F桿+F活塞=0.03F理481d D 80mm2F回同上，F(xiàn)回=0.05F理得出，F(xiàn)=727NF=727Nk2F實(shí)=F -7270281817.5N 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 缸內(nèi)徑計(jì)算：D J：:囂95 349mm，取 DWOmmDWOmm根據(jù)強(qiáng)度要求，計(jì)算活塞桿直徑 d:d:, 4F 4 1817.5d100 106 4.8mm結(jié)構(gòu)上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實(shí)現(xiàn) 導(dǎo)向作用，同時(shí)可使活塞桿在升降運(yùn)動(dòng)中傳動(dòng)平 穩(wěn)，且獲得較大剛度。 臂厚同伸縮缸一樣，取17mm 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)算：G G 臂部運(yùn)動(dòng)部件及工件的總重量（N N），490N

42、490N；上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。則:F=F摩+ F密+F回+F慣G 0.16F0.03F0.05F62.5 490F慣G總 v g t490 0.0259.8 0.0262.5N492.9mm,查手冊(cè)取 d1 6mm , 螺距式中：w角速度變化量rad/srad/s)取螺釘數(shù)目Z=4Z=4，工作載荷FQ F叱454.4NZ 4FQ 1.3 1.8 454.41063NP=0.75P=0.75 ,材料為3535號(hào)鋼的內(nèi)六角螺釘6s320 10n1.2 2.53.3. 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性 力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來(lái)計(jì)

43、算。若軸承處 的摩擦力忽略不計(jì)，則M驅(qū)=M慣+M封，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，為 簡(jiǎn)化計(jì)算M封可不計(jì)。直接計(jì)入回轉(zhuǎn)缸效率中，則M驅(qū)=也慣，葉取0.90.9t 啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間，0.050.050.5s0.5s取t 0.1sJ0手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。經(jīng)分析知，當(dāng)手臂完全伸出時(shí)，此 時(shí)J0達(dá)到最大值，估算此時(shí)回轉(zhuǎn)零件的重心到轉(zhuǎn)軸線則, ,di4 1063162 10650M驅(qū)=吐25.60.928.42bD d2b3，且 D=2dD=2d的距離為P =150mm,=150mm,則Jo Jc J工件2 2Jcm 50 0.151.125132132J工牛二一m(R1 +R2 )= 10(0.

44、16 +0.24 )=0.20844w /、 w1.92M 慣=J0(Jc J工件)(1.125 0.208)25.6tt0.1回轉(zhuǎn)缸參數(shù)的計(jì)算M 驅(qū)= 2d4）273D 8M驅(qū)疋V bp式中：D D 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑d d轉(zhuǎn)軸直徑p p回轉(zhuǎn)缸工作壓力b b動(dòng)片寬度為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及 動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度）時(shí), 可選用對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都51要做詳細(xì)計(jì)算， 因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑 較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可 作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不 計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件 分別

45、進(jìn)行計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算?？梢?參考工業(yè)機(jī)器人表 4-14-1。52四、 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（一）液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞 動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將 電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。 壓力油經(jīng) 過(guò)管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸， 推動(dòng)活塞桿 運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓 力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦 阻力大小， 以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握 力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有 關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油 液容積的多少。 這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變

46、 化來(lái)傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)， 機(jī)械 手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。（二）液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī) 輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能， 用這壓力油驅(qū)動(dòng) 整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。 液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部 53分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也 有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于 360360的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸） 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流 閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定 作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要 求的運(yùn)動(dòng)。（三

47、）機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少， 液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)， 但是總不外乎由一些基本控制回 路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓 力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào) 節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。1 1壓力控制回路 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系 統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的 出口附近設(shè)置溢流閥，用它來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多 余的油液溢流回油箱。54 卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作 時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的 功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低 負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。此機(jī)械手采用二位 二通電磁閥控制

48、溢流閥遙控口卸荷回路。 減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系 統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定， 在要求減壓的支路前串聯(lián)一 個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng) 中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡 回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過(guò)程中停 止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可 采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止 運(yùn)動(dòng)并鎖緊。 本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn) 任意位置鎖緊的回路。 油泵出口處接單向閥 在油泵出口 處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系 統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn) 動(dòng)而做功。當(dāng)一旦

49、電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 油泵不再向外供油， 系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量， 將迫使油泵反 55方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵47 出油口處加設(shè)單向閥后， 隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵 時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止 空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵 隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過(guò)油泵流回油箱，避免空氣 混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。2 2速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn) 入油缸的流量 Q Q 。其控制方法有兩類：一類是采用定 量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來(lái)改變進(jìn)入油缸 或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的 供油量。本機(jī)械手采用

50、定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。根據(jù)各油泵的運(yùn)動(dòng)速度要求，可分別采用 LILI 型單向節(jié)流閥、 LCILCI 型單向節(jié)流閥或 QIQI 型單向調(diào)速 閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍 較大、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在 低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì) 引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù) 荷變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其57原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化， 因而使通過(guò)節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn) 定所通過(guò)的流量， 使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的 影響，對(duì)速度的

51、平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí) 現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。3 3 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn) 動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位 三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā) 出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬 達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電 源的不同，可分為交流電磁閥（ D D 型）和直流電磁閥 （E E 型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為220V220V（也有380V380V或36V36V）,直流電磁閥的使用電壓一般為 24V24V （或110V110V）。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥 起動(dòng)性

52、能好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，價(jià)廉，但是如 吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許 換向頻率底，壽命較短。585.45.4 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容 之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作 要求的有機(jī)聯(lián)系圖。它通常由一些典型的壓力控制、 流量控制、方向控制回路加上一些專用回路所組成。繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油 泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其 他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng) 圖形符號(hào)，畫出液壓原理圖。5.4.15.4.1 上料機(jī)械手的動(dòng)作順序 本液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手主要是從一個(gè)地方拿到工 件后，橫

53、移一定的距離后把工件給立式精鍛機(jī)進(jìn)行加 工。它的動(dòng)作順序是：待料（即起始位置。手指閉合， 待夾料立放）T插定位銷 T手臂前伸 f 手指張 開f 手指夾料 f 手臂上升 f 手臂縮回 f 立 柱橫移 f 手腕回轉(zhuǎn)115115 f 拔定位銷 f 手臂回 轉(zhuǎn)115115 -插定位銷f手臂前伸f手臂中停（此 時(shí)立式精鍛機(jī)的卡頭下降 f 卡頭夾料，大泵卸荷） f 手指松開（此時(shí)精鍛機(jī)的卡頭夾著料上升） f 手 指閉合 f 手臂縮回 f 手臂下降 f 手腕反轉(zhuǎn)59（手腕復(fù)位）T拔定位銷 T手臂反轉(zhuǎn)（上料機(jī)械 手復(fù)位）T立柱回移（回到起始位置） T待料（- 個(gè)循環(huán)結(jié)束）卸荷。上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)

54、的電 磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的。該電控系 統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器， 其步進(jìn)動(dòng)作是在 每一步動(dòng)作完成后，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每 一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā) 信，使步進(jìn)器順序“跳步”控制電磁閥的電磁鐵線圈通 斷電，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見電磁鐵動(dòng)作程序表） 實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。5.4.25.4.2 自動(dòng)上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹60I 一 25爐/-10Jas/w13B1IJlJj 4HY-6z E：圖9 9機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)原理如圖8 8所示。該系統(tǒng)選用功率N N =7.5=7.5 千瓦的電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 YB-35/18YB-35/18

55、，其公稱 壓力為60*1060*105帕，流量為3535升/ /分+18+18升/ /分 =53=53升/ / 分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為30*1030*105帕，油箱容積選為250250升。 手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個(gè)油泵同時(shí)供 油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸以及 手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時(shí)只有小油泵供油，大泵自動(dòng)卸荷。31-251-1JE辺一UOEH4U-止上*凸93T廠、二斗匚 I二E上11ar-iMB13frwT37-馬JLU、內(nèi)M星61手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動(dòng) 和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單向調(diào)速閥（ QI-63BQI-63B 、QI-25BQI-25B 、 QI-

56、10BQI-10B ）回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。手臂升降油缸支路設(shè)置有單向順序閥 （XI-63BXI-63B ），可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、 活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力 作用下仍保持?jǐn)嗦贰?工作時(shí)油泵輸出的壓力油進(jìn)入升 降油缸上腔，作用在順序閥的壓力增加使之接通，活 塞便向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥 進(jìn)入升降油缸下腔而不會(huì)被順序閥所阻， 這樣采用單 向順序閥克服手臂等自重， 以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。手指夾緊油缸支路裝有液控單向閥（ IY-25BIY-25B ）， 使手指夾緊工件時(shí)不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響， 保證保 證手指夾持工件牢靠。當(dāng)反向進(jìn)油時(shí)，

57、油箱通過(guò)控制 油路將單向閥芯頂開， 使回油路接通， 油液流回油箱。 在手臂回轉(zhuǎn)后的定位所用的定位油缸支路要 比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串有減壓閥（J-10J-10），使定位油缸獲得適應(yīng)壓力為151518*1018*105帕， 同時(shí)還給電液動(dòng)滑閥（或稱電液換向閥， 34DY-63B34DY-63B） 來(lái)實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力由溢62流閥來(lái)調(diào)節(jié)此系統(tǒng)四個(gè)主壓力油路的壓力測(cè)量， 是通過(guò)轉(zhuǎn) 換壓力表開關(guān) （K-3BK-3B ）的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 被測(cè)量的四 個(gè)主油路的壓力值，分別從壓力表（Y-60Y-60）上表示出 來(lái)。下面以上料機(jī)械手的一個(gè)典型動(dòng)作程序?yàn)槔?結(jié)合圖 8 8

58、來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作循環(huán)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)， 帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 3 3 和 8 8 回轉(zhuǎn)， 油液從油箱 1 1中通過(guò)網(wǎng)式濾油器 2 2和 7 7，經(jīng)過(guò)葉片泵 被送到工作油路中去，如果機(jī)械手還未啟動(dòng)，則油液 通過(guò)二位二通電磁閥 5 5 和 1010（電磁鐵 11DT11DT 和 12DT12DT 通電）進(jìn)行卸荷。當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于 11501150C的 熱料使光電繼電器發(fā)出電信號(hào)（或經(jīng)過(guò)人工啟動(dòng)） ， 經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開始按程序動(dòng)作。此 時(shí)卸荷停止（二位二通電磁閥 5 5和1010的電磁鐵斷電） ， 電磁鐵 3DT3DT 通電，壓力油進(jìn)到定位油缸的無(wú)桿腔進(jìn) 行定位動(dòng)作。定位后此支油路系

59、統(tǒng)壓力升高，壓力繼 電器 4040 發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步使電磁鐵 1DT1DT通電，電液換向閥2525從“O O型滑滑機(jī)能狀態(tài)變 成通路，壓力油泵從 3 3和 8 8經(jīng)單向閥 6 6、1414和 1313，經(jīng) 過(guò)電液換向閥 2525 右邊通道進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔， 63使活塞桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿作前伸運(yùn)動(dòng)（因活塞缸固定） ， 手臂前伸到適當(dāng)位置， 裝在手臂上的碰鐵碰行程開關(guān) 發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)選線器和時(shí)間繼電器延時(shí)，是電 磁鐵 3DT3DT 通電，手指張開；手臂靠慣性滑行，手指 移到待上料的中心位置。在延時(shí)結(jié)束時(shí)， 3DT3DT 斷電， 手指夾緊料；并同時(shí)發(fā)信、跳步，使電磁鐵 4DT4DT

60、 通 電，壓力油從工作油路 3939 經(jīng)電液換向閥 3333 右邊通道、 單向調(diào)速閥 3434 的單向閥及單向順序閥 3535的單向閥進(jìn) 入手臂升降油缸的下腔，推動(dòng)手臂上升。在手臂上升 到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，使電磁鐵 4DT4DT 斷電，電 液換向閥3333復(fù)位成“O O型滑閥機(jī)能狀態(tài)，發(fā)出電信號(hào) 經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵 2DT2DT 通電，電液換向 閥 2525左邊接通油路， 壓力油通過(guò)電液換向閥 2525 左邊 通道，經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥 2626 的單向閥進(jìn)入受臂伸縮油 缸左腔使受臂縮回。 同時(shí)發(fā)信、跳步，使電磁鐵 13DT13DT 通電，壓力油通過(guò)電液換向閥 4141 的左腔，推動(dòng)手臂