【潛水泵試壓機(jī)械手設(shè)計(jì)報告5300字（論文）】

潛水泵試壓機(jī)械手設(shè)計(jì)報告目錄TOC\o"1-2"\h\u10580潛水泵試壓機(jī)械手設(shè)計(jì)報告 117363一、主要內(nèi)容 114724二、機(jī)械手整體方案設(shè)計(jì) 2239602.1序言 291732.2主要技術(shù)參數(shù) 2132832.3機(jī)械手動作過程 3114812.4機(jī)械手原理設(shè)計(jì)簡圖 346802.5機(jī)械手各部方案設(shè)計(jì) 319956三、機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4533.1液壓缸的選擇 4322723.2液壓缸的設(shè)計(jì) 414681四、潛水泵試壓機(jī)械手機(jī)身各零件的實(shí)體建模和二維工程圖的生成 10207054.1缸體的實(shí)體建模及二維圖的生成 10139014.2上、下端蓋的實(shí)體建模及二維圖的生成 1110607五、潛水泵試壓機(jī)械手臂的裝配及其二維工程圖的生成 15121675.1機(jī)械手手臂的裝配 15250195.2機(jī)械手機(jī)身二維工程圖的生成 165338六、潛水泵試壓機(jī)械手的整體裝配及其二維工程圖的生成 1663286.1潛水泵試壓機(jī)械手的整體裝配 1615616.2潛水泵試壓機(jī)械手二維工程圖的生成 178440七、控制系統(tǒng) 17321397.1液壓系統(tǒng) 1775997.2PLC控制系統(tǒng) 189050八、心得體會 192310參考文獻(xiàn) 20一、主要內(nèi)容潛水泵試壓機(jī)械手設(shè)計(jì)。本機(jī)械手是為潛水泵試壓服務(wù)的。潛水泵生產(chǎn)過程中，需要進(jìn)行試壓測漏檢驗(yàn)，其具體過程是：（參看下圖）機(jī)械手潛水試壓過程二、機(jī)械手整體方案設(shè)計(jì)2.1序言工業(yè)機(jī)械手主要的作用是對人手部做出的一系列抓取動作進(jìn)行模仿，模仿環(huán)節(jié)會受到其系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的各項(xiàng)程序帶來影響。正常情況下，工業(yè)機(jī)械數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的操作有三種，即一是抓?。欢前徇\(yùn)；三是操作；是實(shí)踐中在設(shè)計(jì)構(gòu)建機(jī)械手時，核心構(gòu)成部分應(yīng)當(dāng)在于四個重要機(jī)構(gòu)，即檢測、控制、驅(qū)動以及執(zhí)行等機(jī)構(gòu)；目前，諸多實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手的出現(xiàn)不僅提高了企業(yè)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)效益，而且更迎合了新時代提出的各項(xiàng)智能化需求。而從特點(diǎn)上來講，其所具備的核心特性涉及到以下幾點(diǎn)：①能夠適應(yīng)各類復(fù)雜的工作環(huán)境，如有毒環(huán)境或者是高溫環(huán)境等等；②可以減少企業(yè)承擔(dān)的勞動力成本，提高企業(yè)總體的生產(chǎn)效率和工作效率；③執(zhí)行動作擁有較高的準(zhǔn)確度，能夠規(guī)避生產(chǎn)環(huán)節(jié)引起的一系列操作風(fēng)險；④擁有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，勝任一切復(fù)雜的工作內(nèi)容；⑤降低企業(yè)經(jīng)營成本，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。2.2主要技術(shù)參數(shù)潛水泵試壓機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。抓取重量70kgf手腕運(yùn)動參數(shù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，回轉(zhuǎn)角90°，液壓驅(qū)動PLC控制手臂運(yùn)動參數(shù)水平移動，最大可移動1米，液壓驅(qū)動PLC控制機(jī)身運(yùn)動參數(shù)上下移動，最大可移動1米，液壓驅(qū)動PLC控制自由度3個（2個移動，1個回轉(zhuǎn)）定位精度±10mm控制方式電器控制（PLC）驅(qū)動方式液壓kgf/cm22.3機(jī)械手動作過程機(jī)械手將潛水泵拿起，在空中沿運(yùn)輸線方向旋轉(zhuǎn)90o，由人工將高壓空氣管接頭與潛水泵連接好，并通入高壓空氣，然后機(jī)械手將潛水泵放入水槽中，觀察兩分鐘，確認(rèn)有無漏氣現(xiàn)象后，在將潛水泵拿出水槽，拆去高壓空氣管接頭，并按原位置將潛水泵放回到運(yùn)輸線上。管接頭的裝拆應(yīng)在運(yùn)輸線上方進(jìn)行，裝拆過程各需2分鐘之內(nèi)完成，運(yùn)輸線每隔5分鐘向前運(yùn)送一個潛水泵。2.4機(jī)械手原理設(shè)計(jì)簡圖由動作要求和實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)的綜合考慮，初步擬定機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖如下：潛水泵機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖2.5機(jī)械手各部方案設(shè)計(jì)手腕主要是利用多種零部件來手臂進(jìn)行連接，作用是為了將工件方位得到有效改變。處于對工件放置時的位置考慮，在對機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)時，必須注重機(jī)械手的實(shí)操能力和操作準(zhǔn)確性。它的結(jié)構(gòu)緊湊，回轉(zhuǎn)角能滿足正反轉(zhuǎn)90度要求，并要求有嚴(yán)格的密封。由結(jié)構(gòu)簡圖可看出，該機(jī)械手有3個自由度：①腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；②臂部的水平移動；③機(jī)身的上下移動。（1）手部主要功能：夾緊、放松驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動（2）腕部主要功能：旋轉(zhuǎn)（90°）驅(qū)動方式：液壓（3）臂部主要功能：水平移動（伸長、縮短）驅(qū)動方式：液壓（4）機(jī)身主要功能：上下移動驅(qū)動方式：液壓三、機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1液壓缸的選擇機(jī)身采用液壓驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)手臂伸縮移動功能。由于行程小于1.5米，故選用通用型液壓缸中的拉桿型液壓缸，其結(jié)構(gòu)較簡單，零部件標(biāo)準(zhǔn)化，制造安裝都很方便。由于機(jī)械手固定于水平鋼架，故安裝方式采用LB軸向地腳型。3.2液壓缸的設(shè)計(jì)1.缸筒的設(shè)計(jì)（1）材料的選擇1）材料選擇必須遵循多種原則，如超強(qiáng)韌性和超強(qiáng)抗熱能力等。一般選材主要為鑄鋼。2）面對毛坯材料，必須采取熱處理或者是退火處理等方式進(jìn)行。（2）對缸筒的要求1）剛度必須能夠滿足實(shí)際運(yùn)用需求，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)。2）不會受到來自活塞運(yùn)動出現(xiàn)彎曲。3）為了減少缸筒工作時出現(xiàn)的磨損情況，需注意對缸筒進(jìn)行密封和潤滑處理。4）缸筒在焊接環(huán)節(jié)必須擁有非常好的可焊性，接頭位置應(yīng)當(dāng)牢固，防止工作時出現(xiàn)脫落或者是變形。（3）液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1）驅(qū)動力作的確定根據(jù)公式公式中——各支承處的摩擦力——啟動時慣性力——運(yùn)動部件的總重量——伸長為正，收縮為負(fù)所以2）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式（3-1）公式中——液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)的工作壓力——液壓缸回油腔的背壓力，初算時無法準(zhǔn)確酸楚算出，可根據(jù)表3-1估計(jì)——所代表的是液壓缸內(nèi)勁和活塞直徑兩者的比值。具體情況見下表3-1所展示：表3-1執(zhí)行元件具體的類型系統(tǒng)類型背壓（MPa）低壓系統(tǒng)承受的壓力應(yīng)當(dāng)滿足最小0MPa，最大8MPa的要求輕載截流調(diào)速系統(tǒng)0.2MPa-0.5MPa回油路帶調(diào)速系統(tǒng)0.5MPa-0.8MPa背壓閥0.5MPa-1.5MPa補(bǔ)液壓泵0.8MPa-1.5MPa中壓系統(tǒng)則應(yīng)當(dāng)滿足最小8MPa，最大16MPa同上比中低壓系統(tǒng)高50%--80%高壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足最小16MPa，最大32MPa鍛壓機(jī)械初算環(huán)節(jié)無需計(jì)算背壓表3-2液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系按機(jī)床類型選取d/D按液壓缸工作壓力選取d/D機(jī)床類別d/D工作壓力p/(MPa)d/D磨床.研磨機(jī)床0.2-0.3小于等于20.2-0.3插床.拉床.刨床0.5大于2-50.5-0.58鉆.鏜.車.洗床0.7大于5-70.62-0.70--大于70.7F——工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；——所代表的是液壓缸密封環(huán)節(jié)擁有的摩擦力，需以液壓缸擁有的機(jī)械效率，即作為基礎(chǔ)來進(jìn)行有效的估算。一般=0.9—0.97,將代入公式（3-1）可求得D活塞桿直徑在進(jìn)行計(jì)算時，必須建立在d/D基礎(chǔ)之上，具體計(jì)算方式,詳情如下所述：查表3-3得，D圓整為200mm，所以d=0.5D=100mm表3-3液壓缸內(nèi)徑尺寸系列810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630表3-4活塞桿直徑系列4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604003）計(jì)算液壓缸設(shè)計(jì)的壁厚與其擁有的最佳外徑關(guān)于壁厚計(jì)算必須建立在其強(qiáng)度條件基礎(chǔ)之上。D所代表的為液壓缸內(nèi)部直徑，而所代表的為其壁厚，兩者比值如若滿足的標(biāo)準(zhǔn)，則視為薄壁圓筒。一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算式中：——液壓缸壁厚（m）D——液壓缸內(nèi)徑（m）——試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25-1.5）倍(MPa)

——缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：；鑄鋼：；無縫鋼管：；高強(qiáng)度鑄鐵：；灰鑄鐵：。因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到所以圓整壁厚為15mm在低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓剛液壓缸的壁厚往往很小，使的缸體的剛度往往很不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時按上式進(jìn)行校核。對于時，應(yīng)按材料力學(xué)中的壁厚圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為所以mm。4）明確液壓缸在工作狀態(tài)下的行程所謂工作形成主要指的是液壓缸在工作環(huán)節(jié)的形成長度，其主要會受到執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置的形成情況帶來影響。關(guān)于液壓缸活塞具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，詳情見下表3-5所展示：表3-5關(guān)于液壓缸活塞具體的行程參數(shù)示意表單位：mmI2660901001261702002603305004006409001000126017003000350042005000II506480120150190230290370460560800800120015001900230029003800III250270400350390430490540700660760860960106013001400160018001800250025002700300038005）關(guān)于缸蓋具體的設(shè)計(jì)厚度正常情況下，液壓缸常見的缸蓋主要為平地缸蓋，關(guān)于這種缸蓋具體的厚度，即“t”的計(jì)算方式為。無空時有空時在上述計(jì)算方式中T所代表的為厚度，單位為mm所代表的為內(nèi)徑，單位為mm所代表的為孔直徑，單位為mm將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行代入后計(jì)算出最終的厚度數(shù)值為500mm。6）最小導(dǎo)向長度的確定所謂最小導(dǎo)向長度主要指的是，活塞桿在工作環(huán)節(jié)處在完全外伸狀態(tài)時，活塞和缸蓋兩者的支撐面距離，即“H”代表的便是最小導(dǎo)向長度。如若這個長度比較小，則液壓缸在工作時擁有的初始擾度便會非常大，此時，其運(yùn)行穩(wěn)定性必然會受到嚴(yán)重的影響。關(guān)于液壓缸設(shè)計(jì)構(gòu)建出的最小導(dǎo)向長度計(jì)算方式，詳情如下所述：式中：L——液壓缸的最大行程；D——液壓缸的內(nèi)徑。因?yàn)長=500mmD=200mm代入公式mm活塞的寬度B=（0.6~1.0）D;缸蓋滑動支承面的長度,根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑D而定;當(dāng)D<80mm時,取當(dāng)D>80mm時,取所以取又因?yàn)镈>80mm,所以7)缸體長度的確定液壓缸缸體的內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外型長度還要考慮到倆端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍。所以缸體的長度8）缸蓋和缸體兩者采用的連接方式為了減少液壓缸在工作環(huán)節(jié)承受的壓力，一般連接上所用的方式主要為拉桿連接。9）活塞和活塞桿兩者在進(jìn)行連接時采取的方式查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。10）活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)機(jī)身主要完成上下移動的動作，由于工作行程較長，故選用導(dǎo)向套和花鍵軸做導(dǎo)向裝置。11）活塞及活塞桿處密封圈的選用查表得選用O形密封圈。12）液壓缸的緩沖裝置查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。13)液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)1.液壓缸的安裝形式一般情況下，按照液壓缸在實(shí)際工作中表現(xiàn)的情況和其安裝位置，可以將其劃分為多種安裝形式，如法蘭安裝或者是腳架安裝；又如長螺栓安裝或者是軸銷安裝等等。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用LB軸向地角型安裝形式。2.液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。根據(jù)表3-6選取。表3-6單桿液壓缸油口安裝尺寸（mm）缸體內(nèi)徑D進(jìn)、出油口缸體內(nèi)徑進(jìn)、出油口258032100401255016063200根據(jù)表3-6選用的進(jìn)、出油口。四、潛水泵試壓機(jī)械手機(jī)身各零件的實(shí)體建模和二維工程圖的生成4.1缸體的實(shí)體建模及二維圖的生成根據(jù)前面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，利用proe軟件繪制出缸體如下圖所示：4.2上、下端蓋的實(shí)體建模及二維圖的生成上端蓋：下端蓋：4.3活塞桿的實(shí)體建模及二維圖的生成4.4活塞的實(shí)體建模及二維圖的生成4.5其他非標(biāo)準(zhǔn)零件的實(shí)體建模和二維圖的生成上蓋：其二維圖如下所示：固定零件：其二維圖如下：連接板：其二維圖如下圖所示：推桿：其二維圖如下：五、潛水泵試壓機(jī)械手臂的裝配及其二維工程圖的生成5.1機(jī)械手手臂的裝配機(jī)械手手臂主要完成左右收縮移動的動作，其裝配圖如下：5.2機(jī)械手機(jī)身二維工程圖的生成在SolidEdge軟件中的圖紙環(huán)境中，將上圖所示的機(jī)械手裝配圖轉(zhuǎn)換為二維工程圖，如下圖所示：六、潛水泵試壓機(jī)械手的整體裝配及其二維工程圖的生成6.1潛水泵試壓機(jī)械手的整體裝配具體裝配過程：（1）腰部與臂部的連接，用4個M16的螺栓固定連接；（2）臂部與腕部的連接，用4個M10的螺栓固定連接；（3）腕部與手部的連接，用4個M8的螺栓固定鏈接；機(jī)械手裝配圖如下：6.2潛水泵試壓機(jī)械手二維工程圖的生成七、控制系統(tǒng)7.1液壓系統(tǒng)機(jī)械手的工作工程有12個步驟：（1）手臂前伸，（2）手指夾緊，（3）手臂收縮，（4）手腕旋轉(zhuǎn)，（人工插入高壓管）（5）手臂下轉(zhuǎn)，（6）手臂前伸，（至水中等待觀察）（7）手臂收縮，（8）手臂上轉(zhuǎn)，（9）手腕轉(zhuǎn)回，（10）手臂前伸，（11）手指放松，（12）手臂收縮。動作循環(huán)表如下圖：手指松夾：單桿活塞缸手臂伸縮：單桿活塞桿手臂上下轉(zhuǎn)動：單桿活塞缸（缸體固定）手腕回轉(zhuǎn)：單葉片擺動缸。工作原理圖如下：7.2PLC控制系統(tǒng)由循環(huán)動作表：得，需設(shè)置5個行程開關(guān)：（1）伸縮后到的手指的位置，（2）手腕回轉(zhuǎn)時的位置，（3）手臂下轉(zhuǎn)后到的位置，（4）伸入水中的位置，（5）初始位置。還有3個延時：（1）水中觀察等待時間，（2）回轉(zhuǎn)和插高壓管時間，（3）手指夾緊需要的時間。分配I/O輸入輸出：I/O端接線圖：八、心得體會本次課程設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和機(jī)電學(xué)等多專業(yè)學(xué)科的知識，密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，解決一個具體的設(shè)計(jì)問題，使理論知識得到鞏固和發(fā)展。設(shè)計(jì)過程中首先要運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際工作環(huán)境和實(shí)際操作功能情況，確定總體設(shè)計(jì)方案。同時還要運(yùn)用液壓傳動和機(jī)電傳動控制等知識，設(shè)計(jì)驅(qū)動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。然后再分小組進(jìn)行各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。這次課程設(shè)計(jì)的綜合性很強(qiáng)，要求我們用所學(xué)的知識都運(yùn)用到設(shè)計(jì)