上下料機械手設(shè)計說明書

1、編號：（ ）字 號本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）上下料機械手徐洪楓 03101231機械工程及自動化20100班題目： 姓名： 學(xué)號： 班級： 二一四六月文檔可自由編輯打印中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計姓 名： 徐洪楓 學(xué) 號： 031047 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設(shè)計題目： 上下料機械手 專 題： 指導(dǎo)教師： 錢繼國 職 稱： 副教授 二O一四 六 月 徐州中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書學(xué)院 機電學(xué)院 專業(yè)年級 機自10-10 學(xué)生姓名 徐洪楓 任務(wù)下達(dá)日期： 2014年2月21日畢業(yè)設(shè)計日期 ： 2014年3月1日至2014年6月15日畢業(yè)設(shè)計題目 ： 上下料機械手

2、 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：一、 主要設(shè)計參數(shù)：（自選參數(shù)）1 抓重：25kg 2 工件直徑d。 3 驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。4 工作自由度：腕回轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)動、臂上仰、臂回轉(zhuǎn) 二、 設(shè)計要求1：擬定機械手的總體設(shè)計，確定其運動形式，2：作業(yè)空間及有關(guān)規(guī)格參數(shù)，進行各零件的設(shè)計與計算3：設(shè)計與繪制機械手的總體圖、裝配圖及零件圖4：機械手運動分析院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：

3、成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績答 辯 情

4、 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要本篇主要是液壓型-自動上下料機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要完成的動作有腕回轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)動、臂上仰、臂回轉(zhuǎn)。在設(shè)計過程中對于運動形式的分析及確定，取用合理的規(guī)格參數(shù)，使機械手能夠完成設(shè)計的運動形式，使用液壓驅(qū)動方式，對于液壓系統(tǒng)的各元件也進行了合理的計算與選用，以保證其正常工作關(guān)鍵詞：機械手；上下料；液壓ABSTRACTIn this chapter is the hydraulic type - automa

5、tic loading and unloading robot structural design, primarily to complete the action with wrist rotation, wrist rotation, arm Yang, arm rotation. In the design process for the analysis and determine the form of movement, access to reasonable specifications, the robot can complete the design form of e

6、xercise, using a hydraulic drive, hydraulic system for the various components have also been calculated with a reasonable choice, in order to ensure their normal workKeywords: robot; loading and unloading; hydraulic目 錄第1章 緒論 11.1 工業(yè)機械手的概況11.2 工業(yè)機械手的分類31.3 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用4第2章 自動上下料機械手的設(shè)計方案52.1 工業(yè)機械手的組成5

7、2.2 工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù) 52.3 設(shè)計路線與方案62.3.1 設(shè)計步驟62.3.2 研究方法和措施6第3章 機械手的計算與分析 73.1 手部計算與分析73.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計的基本要求73.1.2 手部的計算和分析73.2 腕部的計算和分析 133.2.1 腕部設(shè)計的基本要求 133.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算 133.2.3 腕部擺動油缸的設(shè)計 163.2.4 選鍵并校核強度 173.3 臂部的計算和分析 183.3.1 臂部設(shè)計的基本要求183.3.2 手臂的設(shè)計計算203.4 機身的計算和分析27第4章 液壓系統(tǒng)284.1 液壓缸284.2 計算和選擇液壓元件294.2.

8、1 液壓泵的選取要求及其具體選取294.2.2 選擇液壓控制閥的原則314.2.3 選擇液壓輔助元件的要求314.2.4 具體選擇液壓元件32第5章 液壓缸的保養(yǎng)與維修345.1 液壓元件的安裝345.2 液壓系統(tǒng)的一般使用與維護345.3 一般技術(shù)安全事項34第6章 機械手控制系統(tǒng)36結(jié) 論37參考文獻(xiàn)38翻 譯39致 謝48第1章 緒 論1.1 工業(yè)機械手概況工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設(shè)計是從二十世紀(jì)中葉開始的.我國的工業(yè)機械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五",&quo

9、t;八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù),運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。如：可靠性低于國外產(chǎn)品，機械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。影響我國機械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺因素就是其軟件，硬件和機械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車工業(yè)占第一

10、位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)機械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%53%，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機械手?jǐn)?shù)為（包括整車和零部件）：日本88.0臺，德國64.0臺，法國32.2臺，英國26.9臺，美國33.8臺，意大利48.0臺。世界工業(yè)機械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和

11、科技的不斷進步，這項技術(shù)將日益完善。上料機械手與卸料機械手相比，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運及高溫材料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走機構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實

12、現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。國內(nèi)外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確地在機器上定位、定向。為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一是檢測把握物體手臂的變形，以決定適當(dāng)?shù)奈樟?；另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移，來修正握力。因此，這種機械手就具有以下幾個

13、方面的性能：(1）能準(zhǔn)確地抓住方位變化的物體；(2）能判斷對象的重量；(3)能自動避開障礙物；(4)抓空或抓力不足時能檢測出來。這種具有感知能力并對感知的信息做出反映的工業(yè)機械手稱之為“智能機械手”，它是有發(fā)展前途的?，F(xiàn)在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替從事繁重的工作，危險的工作，單調(diào)重復(fù)的工作，惡劣環(huán)境下的工作方面尤其明顯。至于像汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部分，機械手的應(yīng)用情況決不能說是好的。雖然這些工業(yè)部門工時不足的問題尖銳，但采用機械手只限于一小部分工序，其原因是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小，這是主要

14、原因。經(jīng)濟性問題當(dāng)然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經(jīng)濟上看，不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設(shè)備節(jié)省人力和實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題得到解決，機械手的應(yīng)用必將會飛躍發(fā)展。上料機械手和卸料機械手相對，其中上料機械手中的移動式搬運上料機械手適用于各種棒料，工件的自動搬運及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型機鋁棒料的搬運及高溫棒料的自動上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑可達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作用要求和載荷情況，機械手各關(guān)節(jié)運動速度可調(diào)。移動式搬運上料機械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)，小車行走

15、機構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時具有高溫棒料啟動疏料裝置及用于安全防護用的光電保護系統(tǒng)。整個機械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實現(xiàn)可以通過編程實現(xiàn)。隨著機電一體化技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用，其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展并涉及到人類社會生產(chǎn)及生活的各個領(lǐng)域，特別是工業(yè)機械手在生產(chǎn)加工中的廣泛應(yīng)用。轎車半軸加工上料機械手設(shè)計在綜合多種機械手的設(shè)計原理和設(shè)計思想，根據(jù)轎車半軸加工的特點提出的，有一定的理論基礎(chǔ)，設(shè)計水平和應(yīng)用價值。 1.2 工業(yè)機械手的分類現(xiàn)在對工業(yè)機械手的分類尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。按規(guī)格（

16、所搬運工件的重量）分類：1.微型的搬運重量在1公斤以下：2.小型的搬運重量在10公斤以下：3.中型的搬運重量在50公斤以下：4.大型的搬運重量在50公斤以上。目前大多數(shù)工業(yè)機械手能搬運的重量為130公斤。最小的為0.5公斤，最大的已達(dá)到800公斤。按功能分類：1 簡易型工業(yè)機械手有固定程序和可變程序兩種。固定程序有凸輪轉(zhuǎn)鼓和擋塊轉(zhuǎn)鼓控制：可變程序可插銷板或順序轉(zhuǎn)動控制來給定程序。這種機械手多為氣動或液動，結(jié)構(gòu)簡單，改變程序比較容易。只使用在程序較簡單的點位控制，但作為一般單機服務(wù)的搬運作業(yè)已足夠。所以，目前這種工業(yè)機械手?jǐn)?shù)量最多。2 記憶再現(xiàn)型工業(yè)機械手這種工業(yè)機械手由人工通過實驗裝置傳動一遍

17、，由磁帶（或磁鼓）把程序記錄下來，此機械手就自動按記憶的程序重復(fù)進行循環(huán)動作。這也是采用較多的一種，多為電液伺服驅(qū)動。與前者比較有較多的自由度，能進行程序較復(fù)雜的作業(yè)，通用性較廣。3 計算機數(shù)字控制的工業(yè)機械手可通過更換穿孔帶或其他記憶介質(zhì)來改變工業(yè)機械手的動作，還可以進行多種控制（DNC）。技術(shù)還可以是可編程序控制或普通的微機計算機。4 智能工業(yè)機械手（機器人）由電子計算機控制，通過各種傳感元件等具有視覺、熱感、觸覺、行走機構(gòu)等。按用途分：1 專用機械手附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種工業(yè)機械工作對象不變，手動比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，施用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)?/p>

18、機作為自動上、下料用。2 通用機械手具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變、動作靈敏、動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，使用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。1.3 工業(yè)機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，還可以歸納為以下的一些方面：1. 建造旋轉(zhuǎn)零件體自動線方面建造旋轉(zhuǎn)零件體（軸類、盤類、環(huán)類零件）自動線，一般都采用機械手在機床之間傳送工件。2. 在實現(xiàn)單機自動化方面(1)各類半自動車床，有自行夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，但仍需人工上下料，裝上機械手，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。(2)注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動

19、取料，可實現(xiàn)全自動生產(chǎn)。(3)沖床有自動上下沖壓循環(huán)，機械手上下料可實現(xiàn)沖壓上產(chǎn)自動化。3. 鑄、鍛、焊、熱處理等方面總的來說，由于工業(yè)機械手的特點滿足了社會生產(chǎn)的需要，進而帶來了經(jīng)濟效益。其特點：(1)對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間對人體有害的場所，機械手不受影響。(2)機械手能持久、耐勞、可以把人從單調(diào)的繁重的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。(3)動作準(zhǔn)確，可保證穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時可避免人為操作的錯誤。(4)通用性靈活性好，特別是通用機械手，能適應(yīng)產(chǎn)品品種迅速變化的要求，滿足柔性生產(chǎn)的需要。(5)采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。第2章

20、工業(yè)機械手的設(shè)計方案2.1 工業(yè)機械手的組成工業(yè)機械手是由執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)和控制部分所組成，各部分關(guān)系如下框圖： 圖2.1 工業(yè)機械手各部分關(guān)系圖執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)包括抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機構(gòu)等運動部件所組成。1.手部：直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型。傳動機構(gòu)形式多樣，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、彈簧式等。2.腕部：是聯(lián)接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物體的方位。3.臂部：手臂是支撐被抓物體，手部，腕部的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運到給定位置。該設(shè)計的手臂有三個自由度，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（繞橫軸旋轉(zhuǎn)，上下擺動和左右擺動）關(guān)節(jié)

21、坐標(biāo)式具有較大的工作空間和操作靈活性，機械臂的結(jié)構(gòu)性容易進行優(yōu)化，便于提高機械手的動態(tài)操作性能。4.行走機構(gòu)：有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)。驅(qū)動機構(gòu)：有氣動，液動，電動和機械式四種形式?？刂葡到y(tǒng)：有點位控制和連續(xù)控制兩種方式。機身：它是整個工業(yè)機械手的基礎(chǔ)。2.2 規(guī)格參數(shù)工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)是說明機械手規(guī)格和性能的具體指標(biāo)，一般包括以下幾個方面：1.抓重（又稱臂力）：額定抓取重量或稱額定負(fù)荷，單位為公斤；2.自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式：整機，手臂和手腕等運動共有幾個自由度，并說明坐標(biāo)形式；3.定位方式：固定機械擋塊，可調(diào)機械擋塊，行程開關(guān)，電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測裝置；4.驅(qū)動方式：氣動，液動

22、，電動和機械式四種形式；5.手臂運動參數(shù)；6.手腕運動參數(shù)；7.手指夾持范圍和握力；8.定位精度：位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度；9.輪廓尺寸：長×寬×高（毫米）；10.重量：整機重量。2.3 設(shè)計路線與方案2.3.1 設(shè)計步驟1.查閱相關(guān)資料；2.確定研究技術(shù)路線與方案構(gòu)思；3.結(jié)構(gòu)和運動學(xué)分析；4.根據(jù)所給技術(shù)參數(shù)進行計算；5.按所給規(guī)格，范圍，性能進行分析，強度和運動學(xué)校核；6.繪制工作裝配圖草圖；7.繪制總圖及零件圖等；8.總結(jié)問題進行分析和解決。2.3.2 研究方法和措施使用現(xiàn)在機械設(shè)計方法和液壓傳動技術(shù)進行設(shè)計，采用關(guān)節(jié)式坐標(biāo)（四個自由度，可以繞橫，縱軸轉(zhuǎn)動和上下左

23、右擺動）。第3章 機械手各部分的計算與分析3.1 手部計算與分析手部按其夾持工件的原理，大致可分為夾持和吸附兩大類。夾持類最常見的主要有夾鉗式，本設(shè)計主要考慮夾鉗式手部設(shè)計。夾鉗式手部是由手指，傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置三部分組成，它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸，盤，套類零件，一般情況下多采用兩個手指。3.1.1 滑槽杠桿式手部設(shè)計的基本要求(1)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。(2)手指應(yīng)具有一定的開閉范圍。(3)應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度。(4)要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。(5)應(yīng)考慮通用性和特殊要求。3.1.2 手部的計算和分析（1）手部受力分析圖3.1 手部受力圖(1)圖3

24、.2手部受力圖(2)（2）手指尺寸初步設(shè)定由拉桿的力平衡條件： 得 由得 又由工件的平均半徑mm初取V型手指的夾角2mm，滑桿總長h=170(3)夾緊力計算又由于工件的直徑不影響其軸心的位置即定位誤差為零，手指水平位置夾取水平位置放置的工件。由工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)表21查得N0.5G=0.5×25=12.5kg又因為 （3.1）當(dāng)取最小值時，則增力比較大，手指走到最小行程時則有則又因為2amin=19.88kg 取安全系數(shù)，工作情況系數(shù)傳動機構(gòu)的機械效率 (3.2)手指夾緊時：夾緊缸活塞移動范圍L130mm，其動作時間t=1.5s（由機械手的動作節(jié)拍時間得之），所以夾緊活塞移動得平均速

25、度v為：運動部件得總重估算G10kg夾緊力N與驅(qū)動力P的關(guān)系：由于結(jié)構(gòu)左右對稱，在驅(qū)動力P的作用下，每一滑槽杠桿受力相等圖3.3夾緊力與驅(qū)動力的關(guān)系圖在不計摩擦力的情況下，為夾緊狀態(tài)得傾斜角50夾緊工件半徑為50mm為例38.9kg (3.3)根據(jù)各力對回轉(zhuǎn)支點的力矩平衡條件，同樣在不計摩擦力的情況下，c為杠桿動力臂，即驅(qū)動銷對滑槽杠桿作用力對支點的垂直距離。又因為a=50mmC=則 Nb=當(dāng)夾緊半徑為25mm的工件時，則Nb=(4)動作特性和傳動特點定位到最大行程時，則取又因為，滑槽杠桿手指最大開閉角為滑槽傾斜角的變化范圍可以為可見機構(gòu)傳動比將在下列范圍內(nèi)變化，所以開始所初步取的a，b與均符

26、合要求。（5）確定夾緊油缸外徑D驅(qū)動桿行程與手指開閉范圍關(guān)系分別為手指夾緊工件范圍值時，滑槽相對于兩支點連接的傾斜角。機構(gòu)效率考慮到機構(gòu)效率，傳力比N/P的公式應(yīng)力 0.9又因為G=250N,夾緊力F=500N,-工作負(fù)載即為重物重力250N。導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，對于平導(dǎo)軌垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，0。f-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。，一般取0.010.5s，時間內(nèi)速度變化量啟動：穩(wěn)態(tài)：工作壓力P的確定，工作壓力根據(jù)負(fù)載大小及機器的類型來初步確定。參閱機械設(shè)計手冊表37.5按載荷選擇工作壓力為1。計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d，由負(fù)載可知最大負(fù)載F為275N。根據(jù)液壓系統(tǒng)

27、設(shè)計手冊表22可取為0.5，為0.95，d/D為0.7。又因為 (3.4)根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊表24，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=25mm,活塞桿直徑按d/D0.7及表25活塞直徑系列取d=18mm。按工作要求夾緊力為一個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。夾緊缸的工作壓力應(yīng)大于復(fù)位彈簧的彈力。又因為進油缸在有桿腔，則其有效工作面積 (3.5)液壓缸壁厚和外徑計算，為最大工作壓力的1.5倍，1.5。高強度鑄鐵，60液壓缸工作行程的確定，并參照表26中的系列尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)值S=100mm。缸蓋厚度的確定一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求計算。 (3.6)現(xiàn)取t=20mm?；钊膶挾菳

28、一般取B=()D=0.6D=15mm。夾緊缸彈簧的確定。彈簧工作載荷F=50N最大軸直徑最小筒直徑彈簧剛度查機械設(shè)計手冊表30.28圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得材料直徑d=2.5mm,彈簧中徑D=25mm,節(jié)距P=10.4mm .單圈彈簧工作極限載荷下變形量為7.075mm，單圈彈簧剛度。 (3.7)曲度系數(shù)1.14，G彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材G=Z=110mm,則活塞缸總長L=120mm。3.2 腕部計算與分析3.2.1 腕部設(shè)計的基本要求手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎(chǔ)上進一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，適應(yīng)性更強。手腕具有獨立的自由

29、度，此設(shè)計手腕有繞X軸轉(zhuǎn)動和沿X軸左右擺動兩個自由度。手腕回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。1.腕部處于臂部的前端，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運動性能。因此在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。2.腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運動的要求以及具有足夠的強度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調(diào)整等問題。3.腕部設(shè)計應(yīng)充分估計環(huán)境對腕部的不良影響（如熱膨脹，

30、壓力油的粘度和燃點，有關(guān)材料及電控電測元件的耐熱性等問題）。3.2.2 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服以下幾種阻力：1.腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 從圖3.4可知：××-軸承直徑（m）式中：軸承處支反力；可靜力學(xué)平衡方程求得。f-軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承f=為簡化計算取圖3.4 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖-工件重量（kgf），-手部重量（kgf），手腕轉(zhuǎn)動件重量（kgf）2.克服由于重心偏置所引起的力矩（kgf）式中e工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）3.克服啟動慣性，所需的力矩啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度及啟動所用的角速度： (3.8)式中：工

31、件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量J手腕回轉(zhuǎn)部分對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量手腕回轉(zhuǎn)過程的角加速 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（度）手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈椫汀?(3.9)因為手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量不是很大，手腕起動過程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩也不大，為了簡化計算，可以將計算，適當(dāng)放大，而省略掉，這時(1)設(shè)手指，手指驅(qū)動油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動件為一個等效圓柱體，L=50cm，直徑D=10cm，則m=27.5kg。(2)摩擦阻力矩0.1(3)設(shè)起動過程所轉(zhuǎn)過的角度,等速轉(zhuǎn)動角速度計算：求查型鋼表有： 代入256（N·m）0;0.1;0.1+265M=確定轉(zhuǎn)軸的最小尺寸，抗扭剖面模量，查得，取轉(zhuǎn)軸直

32、徑d=40mm。4.回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩，機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片1與缸體2固連，動片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a,b口分別進出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。M= (3.10)式中：手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩（N·m）P回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 r缸體內(nèi)徑半徑（cm）R輸出軸半徑（cm）b動片寬度注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定b,R,r中兩個：=1.52.5,取=2，=3又因為d=40mm，則D=80mm，b=60mm去頂回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： (3.11)由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服

33、摩擦力。3.2.3 腕部擺動油缸設(shè)計偏離重心e的計算及圖3.5 腕部擺動油缸設(shè)計尺寸圖估計L=45cm， =30cm克服重心偏置所需的力矩克服摩擦所需力矩=0.1cm克服運動慣性所需的力矩=0.7654(kg-m-)=25=5.1(kg-m-)=5.8654(kg-m-)=JW/t設(shè)w=,=0.0175/=12.83(kgf·m)則擺動所需的驅(qū)動力矩 =32.14(kgf·m)確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑抗拒剖面摸量所需驅(qū)動力矩 (3.12)取d=50mm所以機械手的擺動采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動達(dá)到腕部擺動目的。 (3

34、.13)又因為：=1.52.5,，取=2，=3所以：d=50mm，所以D=100mm，b=75mm確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 (3.14)由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。3.2.4 選鍵并校核強度轉(zhuǎn)軸直徑d=40mm,由GB1095-79選鍵為bh=128轉(zhuǎn)軸直徑d=50mm,由GB1095-79選鍵為bh=2010鍵校核如下公式=2T/kld，K接觸面的高度取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得=100所以滿足要求3.3 臂部計算與分析3.3.1 臂部設(shè)計的基本要求手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉(zhuǎn)動。臂部運動的目的

35、：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運動。手臂的各種運動由油缸驅(qū)動和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動載荷，而且自身運動又較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運動。臂部要實現(xiàn)所要求的運動，需滿足下列各項基本要求：1.機械手臂式機身的承載機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支臂桿的

36、伸縮不斷變化，對于機械手的運動性能，位置精度和負(fù)荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長度，還應(yīng)注意：(1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸臂部和機身既受彎曲（而且不僅是一個方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動裝置，傳動機構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。(2)高支承剛度和選擇支承間的距離臂部和機身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支撐的剛度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié)構(gòu)形狀，底板的剛度以及支座與底版的連接剛度等

37、方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。(3)合理布置作用力的位置和方向在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各作用力的變形相互抵消。(1)設(shè)計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調(diào)整補償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見的間隙，從而提高剛度。(2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重。(3)提高活塞和剛體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂俯仰的剛度。2.臂部運動速度要高，慣性要小機械手臂的運動速度是機械手主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平，一般時根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。

38、在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運動，（V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動和終止瞬間，運動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。對于告訴運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在10001500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動速度為1000mm/s內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為內(nèi)。為減少轉(zhuǎn)動慣量的措施：(1)減少手臂運動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強度材料。(2)減少手臂運動件的尺寸輪廓。(3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸），盡可能在前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作，并且驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。3.手臂動作應(yīng)靈

39、活為減少手臂運動件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運動過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。(1)計算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進行計算。(2)計算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。(3)求重心位置并計算偏重力臂 (3.15) (3.16)(4)計算偏重力矩 (3.17)4.位置精度要高一般說來，直角和圓柱坐標(biāo)式機械手位置精度教高；關(guān)節(jié)式機械手的位置最難控制，精度差；在手冊上加設(shè)定位裝置和自檢測機構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢

40、測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。除此之外，要求機械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手，還要設(shè)置防塵裝置等。3.3.2 手臂的設(shè)計計算通常先進行粗略的估算，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，在進行校核計算，修正設(shè)計。為了便于進行液壓機械手的設(shè)計計算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計敘述如下：1.小臂設(shè)計設(shè)小臂L=40cm,D=60cm則m=則手臂總重，L=100mm=0.79kg俯仰缸的設(shè)計計算圖3.6 仰俯缸的設(shè)計尺寸圖設(shè)，當(dāng)手臂處在仰角為的位置時，驅(qū)動力P通過連桿機構(gòu)產(chǎn)生的

41、驅(qū)動力矩為因為，又因為=，=，而P=P油缸的工作壓力（）D油缸內(nèi)徑（cm）活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（kg）通油箱，=010590.3kg取=10600kg106000.8=60356.601kg·cm當(dāng)手臂處在俯角為的位置時，驅(qū)動力P通過連桿機構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力因為：所以則當(dāng)手臂處在水平位置即為驅(qū)動力矩時因為由于手臂與支柱連軸有振動軸承，摩擦力矩較小=0所以驗證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于時 (3.18) =1134kgf選取=0.7，所以 (3.19) D=0.053m整理得到D=63mm，則d=45mm。液壓缸壁和外徑計算 (3.20)高強度鑄鐵，=6

42、0液壓缸為平底缸差，其厚度t按強度要求計算無孔時 (3.21)取t=3mm液壓缸工作行程的確定由則S=16mm則由表2-6中的系列尺寸查得（液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊）S=25cm則活塞桿L=30cm活塞桿的穩(wěn)定性校核，活塞桿由45鋼制成。桿長300mm，d=45mm最大壓力P=1134N設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為，由式（10.9）求出 (3.22)活塞桿兩端可簡化為鉸支座，故，活塞桿橫截面為圓形i=故為，因為，故不能用歐拉公式計算使用直線公式，由表10.1查得，優(yōu)化碳鋼的由公式（10.12）可得可見活塞桿是小柔度變壓桿，由直線公式求出而P=1134N，活塞桿的工作安全系數(shù)為n=所以滿足要求。2.油缸端蓋的連接方

43、式及強度計算為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進而決定螺釘?shù)臄?shù)目。缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連接。(1)缸蓋螺釘?shù)挠嬎銥楸ＷC連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距，進而決定螺釘?shù)臄?shù)目在這種連接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為工作載荷Q和預(yù)進力之和。式中：P驅(qū)動力kgfP工作壓力kgf/Z螺釘數(shù)目，取8預(yù)緊力kgf=K，K=1.5-1.8螺釘?shù)膹姸葪l件為：式中：=1.3計算載荷（kgf）表3-1 螺釘間距與壓力p的關(guān)系工作壓力（）螺釘間距（mm）515<1501525<1202550<10050100<80 ()抗拉許用應(yīng)力，螺紋內(nèi)徑（c

44、m）表3-2 常用螺釘材料的流動極限 鋼號10A2A3354540cr210022002400320036006500-9000(2)缸體螺紋計算 (3.23)式中， D油缸內(nèi)徑考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取=1.33.大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)的力矩 D輸出軸與缸差密封處的直徑（cm）L密封的有效長度（cm）“O”形密封圈的截面直徑（cm）“O”形圈在裝配時壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運動，k=0.03-0.35摩擦系數(shù)P回轉(zhuǎn)軸缸的工作壓力（kg/）選取=0.5，b=10cm,p=80kg/,設(shè)=6mm若，則取，取，則，D=14cm選用O型橡膠密封圈S58型，=4.7mm則 (3.24)動片側(cè)面

45、與缸蓋密封處的摩擦阻力距回轉(zhuǎn)缸動片的角速度變化量，在啟動過程中（弧度/秒）啟動過程時間手臂回轉(zhuǎn)部件，對回轉(zhuǎn)軸的輕功慣量（）若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為則回轉(zhuǎn)零件對重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 (3.25)=649.2（）設(shè)角速度，啟動時間般取=0.2P=16（）由內(nèi)徑公式 (3.26)基本滿足要求，則D=16cm，d=8cm。又由4.缸蓋連接螺釘和動片連接螺釘計算螺釘?shù)膹姸葪l件為或（取=8mm）式中：螺釘?shù)膬?nèi)徑（cm）計算載荷（kgf）螺釘材料作用拉應(yīng)力3.4 機身計算與分析機身是直接支撐和傳動手臂的部件。一般實現(xiàn)臂部的升降，回轉(zhuǎn)或俯仰等運動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構(gòu)成機體的軀

46、干與底座相連。因此，臂部的運動愈多，機身的結(jié)構(gòu)和受力情況就愈復(fù)雜。機身既可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。此次設(shè)計機身為地面軌道運動式。它的驅(qū)動系統(tǒng)是步進電機其型號為Y132S8功率2.2KW轉(zhuǎn)速710r/min，再電動機后接了一個圓錐圓柱齒輪減速器其輸出速度為1.2m/s。在后是一個制動箱。其主要參數(shù)是由外部計算機調(diào)整和控制，在很大程度上是由運動學(xué)和軌跡運動而去編制小車的運行程序。第4章 液壓系統(tǒng)41 液壓缸根據(jù)前面設(shè)計好的各種液壓缸的參數(shù)。1.活塞缸已知參數(shù)（包括設(shè)計出的參數(shù)）：表示第幾個缸的參數(shù) 無桿腔進油 有桿腔進油2.擺動缸已知參數(shù)：注意已知參數(shù)中在前面設(shè)計中

47、不夠明確時，則要進行分析。已知參數(shù)（包括已設(shè)計好的參數(shù)）(1)單作用彈簧復(fù)位的夾緊缸；=25mm，=18mm F= =8.67cm/s注意：為尚未夾持工件的時間。(2)手腕回轉(zhuǎn)缸。=80mm，=40mm，=60mm (4.1)(3)手腕擺動缸 (4)手臂回轉(zhuǎn)缸 =160mm =80mm =120mm 注意：忽略角加速度和角減速度的影響(5)手臂仰俯活塞缸：=63mm，=45mm V=5cm/s3.估算流量(1)夾緊缸：。(2)手腕回轉(zhuǎn)缸：(3)手腕擺動缸：(4)手臂回轉(zhuǎn)缸：(5)手臂仰俯活塞缸：42 計算和選擇液壓元件4.2.1 液壓泵的選取要求及其具體選取（1）計算液壓泵的工作壓力泵的工作壓力是所有液壓缸中工作壓力最大