畢業(yè)論文—氣動通用機械手設計手臂回轉用液壓緩沖器部分

1、氣動通用機械手設計 - 手臂回轉用液壓緩沖器部分作 者 姓 名：周慶學指 導 教 師：張鐳單 位 名 稱：遼陽職業(yè)技術學院專 業(yè) 名 稱：數(shù)控技術應用東北大學2009年4月畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）題目： 氣動通用機械手設計-手臂回轉用液壓緩沖器部 分基本內容：1. 氣動通用機械手設計總體方案設計2. 氣動通用機械手手臂回轉用液壓緩沖器部分設計計算3. 氣動通用機械手手臂回轉用液壓緩沖器部分機械結構圖設計4. 氣動通用機械手手臂回轉用液壓緩沖器部分機械結構圖設5 設計計算說明書（12000字以上）畢業(yè)設計（論文）專題部分:題目基本內容：學生接受畢業(yè)設計（論文）題目日期第1周指導教師

2、簽字：年月日摘要機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要 求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置。它特別是 在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣 環(huán)境中，以及笨重、單調、頻繁的操作中代替人作業(yè)， 因此獲得日益廣泛的應用。機械手一般由執(zhí)行機構、 驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智能 機械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。本篇介紹的工業(yè) 機械手屬圓柱坐標式、全液壓驅動機械手。本篇根據(jù) 液壓系統(tǒng)設計的一般程序，分四步詳細地介紹了工業(yè) 機械手液壓系統(tǒng)設計過程。AbstractManipulator imitate hand movement of people, accord in

3、g to give procedure , orbit , dema nd realize pick , carry a nd automatics that operate automatically definitely. It es pecially in such abo min able en vir onments as high tempe rature , high pressure , much dust , flammable , explosiv e , radioactivity ,etc., cumbersome , dull, freque nt operat io

4、n replace people's homework, so find exte nsive day by day applicati on. Man ipulator gen erally by executive bo dy, urge system , con trol system and measure device 3 m ajor part make up, the puma man ipulator still feels the s ystem and in tellige nee system . Page this in dustry manip ulator

5、of in troducti on bel ong to round cyli ndrical coordi n ates type, allhydraulic to urge the mani pulator. Page thi s accord ing to hydraulic pressure gen eral procedure that system desig n , divide into four in troduce in dustry mani pulator hydraulic pressure systematic desig n process in detail,

6、4th among them calculate and choose hydraulic p ressure comp onent focal point.key words Man ipulator Hydraulic Electric目錄摘要Abstract第一章緒論.41.1機械手簡介 41.2機械手發(fā)展現(xiàn)狀.51.3機械手的分類 .121.4機械手的組成原理 .13第二章總體方案設計.172.1 尺寸鏈 .172.2機械手的控制要求18第三章機身機座的結構設計223.1電機的選擇 233.2減速器的選擇 253.3螺栓的設計與校核 25第四章液壓系統(tǒng)設計.27.第五章電控系統(tǒng)設計.3

7、95.1 PLC 簡介 .395.2 三菱 PLC .42第六章 畢業(yè)設計感想 .46參考文獻47第一章緒論11機械手簡介機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為 人民生活提供耐用消費品的產業(yè)。不論是傳統(tǒng)產業(yè)，還是新 興產業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝 備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟 效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是 衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界 各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟的戰(zhàn)略重點之一。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化 生產設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它 的特

8、點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和 性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適 應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力， 在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是在機械化，自動化生產過程中發(fā)展起來的一種 新型裝置。在現(xiàn)代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動 生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速 發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展， 使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機 械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工 作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力 大的特點，因此，機械手已受到許多

9、部門的重視，并越來越 廣泛地得到了應用。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制 技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科 綜合技術。1. 2機械手發(fā)展現(xiàn)狀近20年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在 各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與 氣動技術相結合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更 靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速 發(fā)展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引 入，促進了電氣比例伺服技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術從開關控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不 斷提高；由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污

10、染能力 強和成本低廉等特點，國內外都在大力開發(fā)研究。從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代，液壓與氣動元件的產值比約為 9:1 ,而30多年后的今天，在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本 等國家，該比例已達到 6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行 業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀80年代中期開始，氣動元件產值的年遞增率達 20%以上，高于中國機械工業(yè)產值平均年遞增率。隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展與應用，氣動技術已成 為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵技術之一。2氣動技術及氣動機械手的發(fā)展過程氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為

11、工作 介質，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，是實現(xiàn)各種生 產控制、自動控制的重要手段之一。大約開始于1776 年，Johnwilkimson發(fā)明能產生1個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置，將它成功地用到火車的制動上。20世紀30年代初，氣動技術成功地應用于自動門的開閉及 各種機械的輔助動作上。至50年代初，大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。60年代，開始構成工業(yè)控制系統(tǒng)，自成體系，不再與風動技術相提并論。在70年代，由于氣動技術與電子技術的結合應用，在自動化控 制領域得到廣泛的推廣。80年代進入氣動集成化、微型化 的時代。90年代至今

12、，氣動技術突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經歷 著飛躍性的發(fā)展，人們克服了閥的物理尺寸局限，真空技術 日趨完美，高精度模塊化氣動機械手問世，智能氣動這一概 念產生，氣動伺服定位技術使氣缸高速下實現(xiàn)任意點自動定 位，智能閥島十分理想地解決了整個自動生產線的分散與集 中控制問題。氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、 動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛 應用。氣動機械手強調模塊化的形式，現(xiàn)代傳輸技術的氣動機 械手在控制方面采用了先進的閥島技術（可重復編程等）， 氣動伺服系統(tǒng)（町實現(xiàn)任意位置上的精確定位），在執(zhí)行機 構上全部采用模塊化的拼裝結構。90年代初，由布魯塞爾皇家軍事學院

13、YBando教授領 導的綜合技術部開發(fā)研制的電子氣動機器人 “阿基里斯” 六腳勘探員，是氣動技術、PLC控制技術和傳感技術完美結 合產生的六足動物”。6個腳中的每一個腳都有 3個自由度，一個直線氣缸把 腳提起、放下，一個擺動馬達控制腳伸展/退回運動，另一個 擺動馬達則負責圍繞腳的軸心做旋轉之用。由漢諾威大學材料科學研究院設計的氣動攀墻機器人，它集遙感技術和真空技術于一體，成功地解決了垂直攀緣等視 為危險工作的操作問題。Tron-X 電子氣動機器人，能與人親切地握手，它的頭部、 腰部、手能與人類一樣彎曲運動，并且有良好的柔韌性。在 幕后操縱人員的操作下（或通過自身的編程控制）能與人進 行對話，或

14、作自我介紹等。Tron-X 電子氣動機器人集電子技術、氣動技術和人工智能為一體，它告訴我們，氣動技術 能夠實現(xiàn)機器人中最難解決的靈活的自由度，具有在足夠工 作空間的適應性、高精度和快速靈敏的反應能力。3氣動機械手的應用現(xiàn)狀由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、 易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、 動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級 調速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點。所以， 氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(yè)、 化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽

15、車制造工廠的生產線，尤其是主要工藝的焊接生產 線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身 外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點 焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采 用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性 的氣動機械手應用之一。在彩電、冰箱等家用電器產品的裝配生產線上，在半導體芯片、印刷電路等各種電子產品的裝配流水線上，不僅可以 看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許 多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物 品輕輕地吸住，運送到指定目標位置。對加速度限制十分嚴

16、 格的芯片搬運系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動 計量包裝；用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工 序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣 動機械手，牛奶盒裝箱氣動機械手等。此外，氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應用于制藥與醫(yī)療器 械上。如：氣動自動調節(jié)病床，Robodoc 機器人，da Vinei外科手術機器人等。4發(fā)展前景及方向4.1重復高精度精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅動器的分辨率以及反饋裝置有關。重復精度是指如果動作重 復多次，機械手到達同樣位置的精確程度。重復精度比精度 更重要，如果一個機器人定位不夠

17、精確，通常會顯示一個固 定的誤差，這個誤差是可以預測的，因此可以通過編程予以 校正。重復精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定 次數(shù)地重復運行機器人來測定。隨著微電子技術和現(xiàn)代控制 技術的發(fā)展，以及氣動伺服技術走出實驗室和氣動伺服定位 系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復精度將越來越高，它的應 用領域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。4.2模塊化有的公司把帶有系列導向驅動裝置的氣動機械手稱為簡 單的傳輸技術，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸 技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅動裝置更具靈 活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統(tǒng)裝 置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手

18、的驅動部件 采用了特殊設計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精 確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一 個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用 不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應用范圍， 是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人 的性能起到了十分重要的支持作用。因為智能閥島本來就是模塊化的設備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對機械手中的移動模塊。4.3無給油化為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器 等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經問 世。隨著材料技

19、術的進步， 新型材料（如燒結金屬石墨材料） 的出現(xiàn)，構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅 節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、 成本低、壽命長。4.4機電氣一體化由可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控 制系統(tǒng)仍然是自動化技術的重要方面；發(fā)展與電子技術相結 合的自適應控制氣動元件，使氣動技術從開關控制”進入到高精度的反饋控制”省配線的復合集成系統(tǒng)，不僅減少配 線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。 氣動機械手、 氣動控制越來越離不開 PLC，而閥島技術

20、的發(fā)展， 又使PLC 在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應手。5結束語氣動技術經歷了一個漫長的發(fā)展過程，隨著氣動伺服技術走出實驗室，氣動技術及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目 前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術、氣動機械 手三足鼎立的局面。我國對氣動技術和氣動機械手的研究與 應用都比較晚，但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大，我國自 主研制的許多氣動機械手已經在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展 進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術的迅速發(fā)展和機械加 工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應用，為研究高性能的 氣動機械手奠定了堅實的物質技術基礎。1. 3機械手的分類按規(guī)格（所搬運的工件重量）分類a微型的搬運重量

21、在1kg以下b小型的搬運重量在10kg以下c中型的搬運重量在50kg以下d大型的 搬運重量在500kg以下按功能分類a簡易型工業(yè)機械手有固定程序和可變程序兩種。固定程序由凸輪轉鼓或擋 塊轉鼓控制，可變程序用插銷板或轉鼓控制來給定程序。b記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手不久的將來，氣動機械手將 越來越廣泛地進人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領域。 按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手;按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通 用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可 以根據(jù)任務的

22、需要編制程序，以完成各項規(guī)定的操作。它的 特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智 能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它 起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)， 后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中 采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械 手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料 和工件送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅動；除少數(shù)以外，工作程序一般 是固定的，因此是專用的。在國外，目前主要是搞第一類通用機械手，國外稱為機器 人。本課題所做的機械手設計是屬于第三

23、類機械手。1.4機械手的組成原理機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可 代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能在有 害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、 重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托 持型和吸附型等。 運動機構，使手部完成各種轉動 （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。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式， 稱為機械手的自由度。為

24、了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵 參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣， 其結構也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、 電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和 通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和 連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要 由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式 操作手也常稱為機械手。按驅動方式可分為液壓式、

25、 氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手(1) 介質提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器：介質清潔，管道不易堵存在介質變質及補充的問題(2) 阻力損失和泄漏較小， 在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。動作迅速，反應靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自動控

26、制。(4) 能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突 然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。(5) 工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性 能。(6) 成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點認為：由于氣體具有可壓縮性， 因此，在氣動伺服系統(tǒng) 中要實現(xiàn)高精度定位比較困難（尤其在高速情況下，似乎更難 想象）。此外氣源工作壓力較低， 抓舉力較小。雖然氣動技術 作為機器人中的驅動功能已有部分被工業(yè)界所接

27、受，而且對 于不太復雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接 受，但由于氣動機器人這一體系己經取得的一系列重要進展 過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領域里， 對氣動機械手、 氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。 機械手的是機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程 來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器 各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的 準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有 著廣闊的發(fā)展前景。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變 動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完

28、成 在各個不同環(huán)境中工作。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制 技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科 綜合技術?？删幊炭刂破骷碢LC是在計算機技術、通信技術和繼電器控 制技術的發(fā)展基礎上開發(fā)出來的，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制 的各個領域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯 控制、定時、計數(shù)和算術運算等，并通過數(shù)字量和模擬量是 輸入/輸出來控制設備或生產過程。機械手是工業(yè)自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。 機械手可以完成許多工 作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。應用 PLC控制機械手實現(xiàn) 各種規(guī)定的工序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動

29、生產率。第二章總體方案設計2 . 1尺寸鏈設計中我們取抓手抓取精度 T刀=0.1 mm，則分配給各組成環(huán)的公差為：T仁0.05/220，T2=0.03/130，T3=0.03/400，同時取夾緊缸下 端止口定位端面與止口外徑的垂直度為0.03mm，取止口定位外徑與工件止口內徑的配合尺寸44A11 / g8，即：孔的尺寸為 44A11(+0.48+0.32)，外徑即相當于軸的尺寸為 44g8(-0.009-0.048)則 可以計算出最大配合間隙為 0.528mm,最小配合間隙為0.329mm，均 能滿足抓取精度要求。機械手臂部復合液壓缸中配合精度的設計，全部參照液壓缸的設計要求確定。由于機械手固

30、定吊裝在橫移缸活塞桿的滑塊上，各機械手之間的設計精度取士 0.03 mm，橫移缸采用傳感器和機械擋塊作為定位系 統(tǒng)，機械手的運動速度不高(<30 cm/s),所以重復定位精度可達士 0.02 mm,另外橫移液壓缸端部由于采用緩沖裝置，使機械手運動平穩(wěn)性 也得到了可靠的保證。機械手的抓取能力可參照鉗爪式手部的有關公式，結合機械手 的幾何參數(shù)進行計算。由于殼體重量較輕（2 kg），夾緊缸內徑d=40 mm,所以在液壓驅動系統(tǒng)中有足夠大的夾緊力。機械手的驅動系統(tǒng)采用液壓方式，它具有在同等輸出功率下傳動 裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點，13個機械手的左右橫移，上升和下降及夾緊和松

31、開等動作及 4個自動轉位夾具的 回轉運動，分別采用由方向閥和節(jié)流閥控制的18個液壓缸驅動，全部執(zhí)行元件由一個4 kW的6級電動機帶動一個流量為24 l/min的單 級葉片泵供油，使驅動系統(tǒng)的造價大幅度降低。2.2機械手的技術要求一、對手部設計的要求1、有適當?shù)膴A緊力手部在工作時，應具有適當?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變 形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小 應該設計得可以調節(jié)，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。2、有足夠的開閉范圍夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。 工作時，一個手指開閉 位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉型手部手指開閉范圍，可 用開閉角和手指

32、夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有 關，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示圖2.1機械手開閉示例簡圖3、力求結構簡單，重量輕，體積小手部處于腕部的最前端，工作時運動狀態(tài)多變，其結構，重量和 體積直接影響整個機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。 因此，在設計手部時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。4、手指應有一定的強度和剛度5、其它要求因此送料，夾緊機械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式 兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧夾緊，松開時，用單作用式液壓缸。 此種結構較為簡單，制造方便。二、拉緊裝置原理如圖2.2

33、所示【4】：油缸右腔停止進油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進油時松開工件。圖2.2油缸示意圖1、右腔推力為Fp=( n /4) D 2 P(2.1 )=(n/ 4)0.52 25 103=4908.7N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當量夾緊力計算公式為：Fi=(2b/a) (cos a') 2N(2.2 )其中N' =4 98N=392N帶入公式2.2得：Fi= (2b/a)(cos a')2 N=(2150/50)(cos30o) 2 392=1764N則實際加緊力為F1實際二PK1K2/ n(2.3)= 1764 1.5 1.1/0.85=3424N經圓整Fi=3500

34、N3、計算手部活塞桿行程長L,即L=(D/2)tg®(2.4)=25x tg30 o=23.1mm經圓整取l=25mm4、確定“ V”型鉗爪的L、B。取L/Rcp=3(2.5)式 中 ：Rcp=P/4=200/4=50(2.6)由公式(2.5 ) (2.6 )得:L=3X Rcp=150取“ V”型鉗口的夾角2 a =120o，則偏轉角B按最佳偏轉角來確定，查表得：B =220395、機械運動范圍(速度)(1) 伸縮運動 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s(2) 上升運動 VmaX=500mm/sVmin =40mm/s(3) 下降 Vmax=800mm/sVmi n=8

35、0mm/s(4) 回轉 Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驅動活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量Q=sv(2.7)=60 n r2=60X 3.14 X 252=1177.5mr3/s7、手部工作壓強P=3500/1962.5=Fi/S(2.8)第三章機身機座的結構設計機身的直接支承和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降、回轉 或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者就直接構成 機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結構和受力 情況就愈復雜，機身既可以是固定式的，也可以是行走式的，如圖4.1 所示。圖4.1機身機座結構圖臂部和機身的配置形式基本上反映了機械

36、手的總體布局。本課題機械手的機身設計成機座式，這樣機械手可以是獨立的，自成系統(tǒng)的 完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機構。臂部配置于機 座立柱中間，多見于回轉型機械手。臂部可沿機座立柱作升降運動， 獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉。由螺柱配合 導致了手臂的上下運動。手臂的回轉由電動機帶動減速器軸上的齒輪 旋轉帶動了機身的旋轉，從而達到了自由度的要求。3.1電機的選擇機身部使用了兩個電機，其一是帶動臂部的升降運動；其二是帶 動機身的回轉運動。帶動臂部升降運動的電機安裝在肋板上， 帶動機 身回轉的電機安裝在混凝土地基上。1、帶動臂部升降的電機：10初選上升速度V=100mm

37、/sP=6KW所以 n二(100/6) X 60=1000轉/ 分選擇Y90S-4型電機，屬于籠型異步電動機。采用 B級絕緣，外 殼防護等級為IP44，冷卻方式為I (014)即全封閉自扇冷卻，額定 電壓為380V,額定功率為50HZ如圖4.1 Y90S-4電動機技術數(shù)據(jù)所示：型號額定功率KW滿載時堵轉電流堵轉轉矩最大轉矩電流Ar/min轉速效率%功率因素額定電流額定轉矩額定轉矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.2圖4.1 Y90S-4電動機技術數(shù)據(jù)2、帶動機身回轉的電機：10初選轉速W=60o/sn=1/6轉/秒=10轉/分由于齒輪i=3減速器i=30所以 n=10

38、X 3X30=900 轉/ 分選擇Y90L-6型籠型異步電動機電動機采用B級絕緣。外殼防護等級為IP44，冷卻方式為1( 014)即全封閉自扇冷卻，額定電壓為 380V,額定功率為50HZ如圖4.2 Y90S-6電動機技術數(shù)據(jù)所示:型號額定功率K訓滿載時堵轉電流堵轉轉矩最大轉矩電流扎r/ndn奴率%功率因素額定電流額定轉矩額定轉矩Y90L-61. 13. 291073. 50. 726. 02.02. 0圖4.2 Y90L-6電動機技術3.2減速器的選擇減速器的原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。用來降低轉速和增轉矩，以滿足工作需要。6初選WD80型圓柱蝸桿減速器。WD為蝸桿下置式一級傳動

39、的阿基米德圓柱蝸桿減速器。蝸桿的材料為38siMnMo調質蝸輪的材料為ZQA19-4中心矩a=8011Msxq=4.0x(4.1)傳動比1=30傳動慣量 0.265X 10 "3 kg m23.3螺柱的設計與校核螺桿是機械手的主支承件，并傳動使手臂上下運動。螺桿的材料選擇:陀從經濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。螺距P=6mm梯形螺紋h=0.5P(4.2)=3mmb=0.65P=0.65 x 6=3.9mm(4.3)(T=(TS/3(4.4)= 150/3 5=30 50Mpa螺紋牙剪切t =40彎曲(T b=45 551、當量應力24Fdi22T0.2d；(4.5)式中T傳遞轉矩

40、Nmm螺桿材料的許用應力所以代入公式(4.5)得：V(T = (4X 200X 9.8/ n di2) 2+3 (200X 9.8 X 0.6/0.2d i3)2=| (2495/ d i2)2 +3 (61.2/ d i3) 2< 3050X 10612=(2495/ d i2)2+3 (61.2/ d i3) 2< 9002500X 10=6225025/d 14+11236/d：W 9002500X 10126225025di+11236< 900d16X 10126225025X 0.029 2+11236< 900X 0.0296 X 1012即 16471p

41、av535340pa合格2、剪切強度6Z=H/P=160/6(旋合圈數(shù))(4.6)t=F/nd1bz(4.7)=200X 9.8/ nX 0.029 X 3.9 X ( 160/6 ) X10-3=206.8X 10=3 X 200 X 9.8 X 3/ n X 2.9 X 3.9 Xpa=0.206Mpav t =40Mpa3、彎曲強度62(T b=3Fh/ n d1b z（160/6）=0.48Mpav （T =45Mpa合格第四章液壓系統(tǒng)設計液壓技術被引入工業(yè)領域已經有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，液壓技術更日新月異。伴隨著數(shù)學、控制理論、計算機、 電子器件和液壓流體學的發(fā)展，出

42、現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)，并作為一門應 用科學已經發(fā)展成熟，形成自己的體系和一套行之有效的分析和設計 方法。好了，不多說了，現(xiàn)在我和大家來說說液壓系統(tǒng)設計的方法和 注意問題。舉個液壓系統(tǒng)在機床運用的例子來和大家聊，并歡迎大家提出意見。設計機床液壓傳動系統(tǒng)的依據(jù)（1）機床的總體布局和工藝要求，包括采用液壓傳動所完成的機床 運動種類、機械設計時提出可能用的液壓執(zhí)行元件的種類和型號、執(zhí) 行元件的位置及其空間的尺寸范圍、要求的自動化程度等。（2） 機床的工作循環(huán)、執(zhí)行機構的運動方式（移動、轉動或擺動）， 以及完成的工作范圍。（3）液壓執(zhí)行元件的運動速度、調速范圍、工作行程、載荷性質和 變化范圍。（4）機床各部

43、件的動作順序和互鎖要求，以及各部件的工作環(huán)境與 占地面積等。（5）液壓系統(tǒng)的工作性能，如工作平穩(wěn)性、可靠性、換向精度、停留時間和沖出量等方面的要求。（6）其它要求，如污染、腐蝕性、易燃性以及液壓裝置的質量、外 形尺寸和經濟性等。設計液壓傳動系統(tǒng)的步驟1、明確對液壓傳動系統(tǒng)的工作要求，是設計液壓傳動系統(tǒng)的依據(jù)，由使用部門以技術任務書的形式提出。2、擬定液壓傳動系統(tǒng)圖。（1）根據(jù)工作部件的運動形式，合理地選 擇液壓執(zhí)行元件；（2）根據(jù)工作部件的性能要求和動作順序， 列出可 能實現(xiàn)的各種基本回路。此時應注意選擇合適的調速方案、 速度換接 方案，確定安全措施和卸荷措施，保證自動工作循環(huán)的完成和順序動

44、作和可靠。液壓傳動方案擬定后，應按國家標準規(guī)定的圖形符號繪制正式原理圖。圖中應標注出各液壓元件的型號規(guī)格， 還應有執(zhí)行元件的動作循 環(huán)圖和電氣元件的動作循環(huán)表，同時要列出標準（或通用）元件及輔 助元件一覽表。3、 計算液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)和選擇液壓元件。 （1）計算液壓缸的主 要參數(shù)；（2）計算液壓缸所需的流量并選用液壓泵；（3）選用油管；（4）選取元件規(guī)格；（5）計算系統(tǒng)實際工作壓力；（6）計算功率， 選用電動機；（7 ）發(fā)熱和油箱容積計算；4、進行必要的液壓系統(tǒng)驗算。5、液壓裝置的結構設計。6、繪制液壓系統(tǒng)工作圖，編制技術文件。設計液壓傳動系統(tǒng)時應注意問題1、在組合基本回路時，要注意防止回路

45、間相互干擾，保證正常的工 作循環(huán)。2、提高系統(tǒng)的工作效率，防止系統(tǒng)過熱。例如功率小，可用節(jié)流調 速系統(tǒng)；功率大，最好用容積調速系統(tǒng)；經常停車制動，應使泵能夠 及時地卸荷；在每一工作循環(huán)中耗油率差別很大的系統(tǒng)， 應考慮用蓄 能器或壓力補償變量泵等效率高的回路。3、防止液壓沖擊，對于高壓大流量的系統(tǒng)，應考慮用液壓換向閥代 替電磁換向閥，減慢換向速度；采用蓄能器或增設緩沖回路，消除液 壓沖擊。4、系統(tǒng)在滿足工作循環(huán)和生產率的前提下，應力求簡單，系統(tǒng)越復 雜，產生故障的機會就越多。系統(tǒng)要安全可靠，對于做垂直運動提升 重物的執(zhí)行元件應設有平衡回路；對有嚴格順序動作要求的執(zhí)行元件 應采用行程控制的順序動作

46、回路。 此外，還應具有互鎖裝置和一些安 全措施。5、盡量做到標準化、系列化設計，減少專用件設計。使用液壓系統(tǒng)要注意的問題1）使用者應明白液壓系統(tǒng)的工作原理，熟悉各種操作和調整手柄的位置及旋向等。2）開車前應檢查系統(tǒng)上各調整手柄、手輪是否被無關人員動過，電 氣開關和行程開關的位置是否正常，主機上工具的安裝是否正確和牢 固等，再對導軌和活塞桿的外露部分進行擦拭，而后才可開車。3）開車時，首先啟動控制油路的液壓泵，無專用的控制油路液壓泵時，可直接啟動主液壓泵。4） 液壓油要定期檢查更換，對于新投入使用的液壓設備，使用 3個 月左右即應清洗油箱，更換新油。以后每隔半年至 1年進行清洗和 換油一次。5）

47、工作中應隨時注意油液，正常工作時，油箱中油液溫度應不超過60C。油溫過高應設法冷卻，并使用粘度較高的液壓油。溫度過低時， 應進行預熱，或在運轉前進行間歇運轉，使油溫逐步升高后，再進入 正式工作運轉狀態(tài)。6）檢查油面，保證系統(tǒng)有足夠的油量。7）有排氣裝置的系統(tǒng)應進行排氣，無排氣裝置的系統(tǒng)應往復運轉多 次，使之自然排出氣體。8）油箱應加蓋密封，油箱上面的通氣孔處應設置空氣過濾器，防止 污物和水分的侵入。加油時應進行過濾，使油液清潔。9）系統(tǒng)中應根據(jù)需要配置粗、精過濾器，對過濾器應經常地檢查、 清洗和更換。10 ）對壓力控制元件的調整，一般首先調整系統(tǒng)壓力控制閥-溢流閥，從壓力為零時開調，逐步提高壓

48、力，使之達到規(guī)定壓力值；然后 依次調整各回路的壓力控制閥。主油路液壓泵的安全溢流閥的調整壓 力一般要大于執(zhí)行元件所需工作壓力的10%-25%。快速運動液壓泵的壓力閥，其調整壓力一般大于所需壓力10%-20%。如果用卸荷壓 力供給控制油路和潤滑油路時，壓力應保持在 0.3-0.6MPa范圍內。壓力繼電器的調整壓力一般應低于供油壓力 0.3-0.5MPa。11）流量控制閥要從小流量調到大流量， 并且應逐步調整。同步運動 執(zhí)行元件的流量控制閥應同時調整，要保證運動的平穩(wěn)性1）系統(tǒng)產生噪聲和振動；2）運動部件爬行；3）系統(tǒng)中壓力不足；4）運動部件速度不正常；5）油溫太高；6）換向或啟動不正常；工作部件

49、產生爬行的原因及排除方法1）因為空氣的壓縮性較大，當含有氣泡的液體到達高壓區(qū)而受到劇烈壓縮時，會使油液體積變小，使工作部件產生爬行。采取措施：在系統(tǒng)回路的高處部位設置排氣裝置，將空氣排除。2）由于相對運動部件間的磨擦阻力太大或磨擦阻力變化，致使工作 部件在運動時產生爬行。采取措施：對液壓缸、活塞和活塞桿等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求；并應保證液壓系統(tǒng)和液壓油的清潔， 以免臟物夾入相 對運動件的表面間，從而增大磨擦阻力。3）運動件表面間潤滑不良，形成干磨擦或半磨擦，也容易導致爬行。 采取措施：經常檢查有相對運動零件的表面間潤滑情況， 使其保持良 好。4）若液壓缸的活塞和活塞桿的密封定心

50、不良，也會出現(xiàn)爬行。采取措施：應卸除載荷，使液壓缸單獨動作，測定出磨擦阻力后，校正定心。5）因液壓缸泄漏嚴重，導致爬行。采取措施：減少泄漏損失，或加大液壓泵容量。6）在工作過程中由于負載變化，引起系統(tǒng)供油波動，導致工作部件 爬行。采取措施：注意選用小流量下保持性能穩(wěn)定的調速閥， 并且在液壓缸 和調速閥間盡量不用軟管聯(lián)接，否則會因軟管變形大，容易引起爬行 現(xiàn)象。液壓系統(tǒng)油溫升高的原因、后果及解決措施液壓系統(tǒng)在工作中有能量損失，包括壓力損失、容積損失和機械損失 三方面，這些損失轉化為熱能，使液壓系統(tǒng)的油溫升高。一般液壓系 統(tǒng)的油溫應控制在（30-60）C范圍內，最高不超過（60-70 ）C。 油溫

51、升高會引起一系列不良后果：（1 ）使油液粘度下降，泄漏增加， 降低了容積效率，甚至影響工作機構的正常運動；（2）使油液變質,產生氧化物雜質，堵塞液壓元件中的小孔或縫隙，使之不能正常工作；（3）引起熱膨脹系數(shù)不同的相對運動零件之間的間隙變小，甚至卡死，無法運動；（4）引起機床或機械的熱變形，破壞原有的精度。保證液壓系統(tǒng)正常工作溫度的措施：1、當壓力控制閥的調定值偏高時，應降低工作壓力，以減少能量損耗；2、由于液壓泵及其連接處的泄漏造成容積損失而發(fā)熱時，應緊固各連接處，加強密封；3、當油箱容積小、散熱條件差時，應適當加大油箱容積，必要時設 置冷卻器；4、由于油液粘度太高，使內磨擦增大而發(fā)熱時，應選

52、用粘度低的液 壓油；5、當油管過于細長并彎曲，使油液的沿程阻力損失增大、油溫升高時，應加大管徑，縮短管路，使油液通暢；6、由于周圍環(huán)境溫度過高使油溫升高時，要利用隔熱材料和反射板 等，使系統(tǒng)和外界隔絕；7、高壓油長時間不必要地從溢流閥回油箱，使油溫升高時，應改進回路設計，采用變量泵或卸荷措施空氣侵入到液壓系統(tǒng)的不良后果及解決措施空氣侵入到液壓系統(tǒng)的不良后果主要有：（1）使油液具有一定的壓縮 性，致使系統(tǒng)產生噪聲、振動和引起運動部件的爬行，破壞了工作的 平穩(wěn)性；（2）易使油液氧化變質，降低油液的使用壽命。解決措施：1、空氣由油箱進入系統(tǒng)的機會較多，如油箱的油量不足；液壓泵吸 油管侵入油中太短；吸

53、油管和回油管在油箱中距離太近或沒有用隔板 隔開；回油飛濺，攪成泡沫；液壓泵吸入空氣；回油管沒有插入油箱， 使回油沖出油面和箱壁，在油面上會產生大量氣泡，使空氣與油一起 吸入系統(tǒng)。因此，油箱的油面要經常保持足夠的高度；吸油管和回油 管應保證在最低油面以下，兩者要用隔板隔開；2、由于密封不嚴或管接頭處和液壓元件接合面處的螺釘擰得不緊， 外界空氣就會從這些地方侵入；系統(tǒng)中低于大氣壓部分，如液壓泵的 吸油腔、吸油管和壓油管中油流速度較高（壓力低）的局部區(qū)域；在系統(tǒng)停止工作，系統(tǒng)中回油腔的油液經回油管返回油箱時， 也會形成 局部真空的區(qū)域，在這些區(qū)域空氣最容易侵入。因此，要盡量防止各 處的壓力低于大氣壓

54、力；各個密封部件均應使用良好的密封裝置， 管 接頭和各接合面處的螺釘應擰緊；經常清洗液壓泵吸油口處的過濾 器，以防止吸油阻力增大而把溶解在油中的空氣游離出來進入系統(tǒng)；3、對于主要的液壓設備，液壓缸上最好設有排氣裝置，以排除系統(tǒng) 中的空氣。系統(tǒng)中流量不足的原因及解決措施1、由于液壓泵流量不足，致使系統(tǒng)中流量不足時，應檢查液壓泵零 件是否有損壞情況，及時地更換或修復損壞超差件；如果因泵內吸入 空氣影響了液壓泵的流量，則要采取措施，防止空氣吸入，變量泵由于變量機構工作不良影響泵的流量，應對變量機構拆卸、清洗或修理、 更換；2、壓力分配閥工作不良引起流量不足時，應修理或更換；3、因油液粘度不合適而影響

55、流量時，要更換粘度適當?shù)挠鸵?，并注意油溫對粘度的影響?、溢流閥工作不良影響流量時，應采取措施，使其工作正常；5、由于液壓缸、閥等元件泄漏嚴重，造成流量不足時，應針對不同情況采取相應的措施；6、流量控制閥的調節(jié)機構工作不正常時，應根據(jù)零件損壞情況予以 修復或更新、或拆開清洗，使調節(jié)機構動作靈活，工作正常。液壓系統(tǒng)中噪聲產生原因及解決措施1、空氣侵入液壓系統(tǒng)是產生噪聲的主要原因。因為液壓系統(tǒng)侵入空 氣時，在低壓區(qū)其體積較大，當流到高壓區(qū)時受壓縮，體積突然縮小, 而當它流入低壓區(qū)時，體積突然增大，這種氣泡體積的突然改變，產 生爆炸”現(xiàn)象，因而產生噪聲，此現(xiàn)象通常稱為 空穴”針對這個原 因，常常在液壓缸上設置排氣裝置，以便排氣。另外在開車后，使執(zhí) 行件以快速全行程往復幾次排氣，也是常用的方法； 液壓泵或液壓馬達質量不好，通常是液壓傳動中產生噪聲的主要部 分。液壓泵的制造質量不好，精度不符合技術要求，壓力與流量波動 大，困油現(xiàn)象未能很好消除，密封不好，以及軸承質量差等都是造成 噪聲的主要原因。在使用中，由于液壓泵零件磨損，間隙過大，流量 不足，壓力易波動，同樣也會引起噪聲。面對上述原因，一是選擇質 量好的液壓泵或液壓馬達，二是加強維修和保養(yǎng)，例如若齒輪的齒形 精度低，則應對研齒輪，滿足接觸面要求；若葉片泵有困油現(xiàn)象，則 應修正配油盤的三角槽，消除困油；若液壓泵軸向間隙過大