冲压机械手---液压系统设计

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1、冲压机械手一液压系统设计机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。通过编程 来完成各种动作，它的准确性和多自由度，保证了机械手能在各种不同的 环境中工作。机械手在工业生产中应用较多，机械手的使用能够显著提高 生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它 在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程 来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤 其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。机械手是在机械自动化生产中逐步发展出的一种新型装置。现代生产 过程中机械手被广泛的应用到自动生产线中。机械手目前虽然不如人手的 灵活多变，但它具

2、有重复性，无疲劳，不惧危险，有大的抓举力量，因此 越来越多的被广泛运用。机械手技术涉及机械学、力学、自动控制技术、传感技术、电气液压 技术，计算机可编程技术等，是一门跨学科综合技术。本课题在执行机构由电动和液压组成的结构基础上将PLC应用于其自 动控制系统，完成机械手系统的硬件及软件设计。关键词PLC；数控；自动卸料；机械手AJOA.utoCAIi 图形AlAutoCiW 魁形120 KEA2Aut oCMJ 團形105 KBDWG -设i+说明书Microsoft Tford 9.1,639 KB评语Iflicrosoft Word 3. 爼KB任芻书Mi crosoft Word 9 .3

3、1 XB10桦压机按手一-液压系绞设计Microsoft A1 or1 9.AC. bahBAK文件241 KEAl.akBAK文件129 KBBAK文件116 O沖压机揃手-一液压系牲画皿压缩文件目录摘 要 I第1章 绪论 11.1 课题背景11.2机械手的发展21.3机械手的分类21.3.1按规格分类31.3.2按用途分类31.4 课题设计的目的及意义 3第2章 机械手概述 42.1 机械手的组成 42.2应用机械手的意义4第3章 任务分析 53.1动作分析53.2运动节拍53.3总体方案53.3.1方案一53.3.2方案二53.4方案比较53.5本章小结5第4章 总体设计64.1 总体设

4、计的思路 64.2 技术指标 64.3本章小结6第5章 液压系统设计75.1手指部分75.1.1设计要求：75.1.2工况分析：75.1.3计算外负载：75.1.4运行时间75.1.5确定液压系统参数85.1.6拟定液压系统原理图105.1.7选择液压件105.1.8压力损失验算115.2手腕115.2.1设计要求115.2.2工况分析115.2.3手腕驱动力矩的计算115.2.4液压缸所产生的驱动力矩计算125.2.5拟定的液压原理图为135.2.6选择液压件135.2.7压力损失验算145.3手臂伸缩155.3.1设计要求115.3.2工况分析115.3.3计算外负载155.3.4运行时间

5、165.3.5确定液压系统参数165.3.6拟定液压系统原理图185.3.7选择液压件185.3.8压力损失验算195.4手臂回转195.4.1设计要求195.4.2工况分析195.4.3手臂驱动力矩的计算195.4.4液压缸所产生的驱动力矩计算205.4.5拟定的液压原理图为215.4.6选择液压件215.4.7压力损失验算225.5定位235.5.1设计要求235.5.2工况分析235.5.3计算外负载235.5.4运行时间235.5.5确定液压系统参数245.5.6拟定液压系统原理图255.5.7选择液压件255.5.8压力损失验算265.6手臂升降275.6.1设计要求275.6.2工

6、况分析275.6.3计算外负载275.6.4运行时间285.6.5确定液压系统参数285.6.6拟定液压系统原理图295.6.7选择液压件295.6.8压力损失验算305.7确定油箱容量315.8本章总结31第六章PLC控制回路的设计326.1电磁铁动作顺序326.2 梯形图35结论 37致谢 38参考文献 39第1章 绪论1.1 课题背景随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，随 着工业自 动化的普及和发展 ,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的 生产状态,缓解日趋紧 张的供求关系 ,我们就得研究开发机械手。 新中国 成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举

7、世瞩目的伟 大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级 阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的 挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合 理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较 弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分 配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解 决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优 势的巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要进行多方面的努力， 包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。

8、与 此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动 生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展。进入 21 世 纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差 距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥 有 5000 年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特 的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施 科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过 15 年乃至更 长时间的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。科技 工作的指导方针是：自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未

9、来。自主创 新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化 吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础 和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实 现跨越式发展。支撑发展， 就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大 关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长 远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业， 引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验 的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。要把提高 自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进

10、社会 主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。改革 开放 20 多年来，我国引进了大量技术和装备，对提高产业技术水平、促 进经济发展起到了重要作用。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技 术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进 水平的差距。总之，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻到现代 化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争 力。我国科学技术发展的总体目标是：自主创新能力显著增强，科技促进 经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供 强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批

11、在 世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中 叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。1.2 机械手的发展机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机械手。它是不属 于其他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操 作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三 元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作 完成特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通 常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外 叫做“Mechanical Hand”。它由主机驱动来

12、服务，工作程序固定，一半是 专用的。机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在 1958 年美国联合 控制公司研究制作出来的。结构是：主机安装一个回转长臂，长臂顶端有 电磁 抓放机构。日本在工业上应用机械手最多，发展最快的国家，自 1969 年从美国 引进两种机械手后开始大力研发机械手。前苏联自六十年代开始发展和应用，自 1977 年，前苏联使用的机械 手一半来自国产一半来自进口。现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工 业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化 的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机 械手已为目前研究的热

13、重点。目前机械手在工业上主要用于机床加工、铸造，热处理等方面，但是还不 能够满足现代工业发展的需求。1.3机械手的分类现在对工业机械手的分类尚无明确标准，一般都从规格和性能两方面 来分类。1.3.1按规格分类1. 微型的搬运重量在 1 公斤以下；2. 小型的搬运重量在 10 公斤以下；3. 中型的搬运重量在 50 公斤以下；4. 大型的搬运重量在 50 公斤以上；目前大多数工业机械手能搬运的重量为 130 公斤，最小的为 0.5 公 斤，最大的已达到 800 公斤。1.3.2按用途分类1. 专用机械手附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置，这种工 业机械工作对象不变，手动比较简单

14、，结构简单，使用可靠，适用于大批 量生产自动线或专机作为自动上、下料用。2. 通用机械手具有独立控制系统，程序可变、动作灵敏、动作灵活多样的机械手。 通用机械手的工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于工件经常变换 的中、小批量自动化生产。1.4 课题设计的目的及意义自改革开放，我国经济高速发展，机械手早期应用在汽车制造业。当 面临人工无法实现的工作时，机械手成为了替代人工的替代品。机械手的 使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可 以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。 它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机 器人的

15、部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了 充分的认识，同时对其要求也越来越高。可编程控制器凭其稳定性，简单 性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。第2章 机械手概述2.1 机械手的组成机械手的形式是多样的，但是其基本的组成都是相似的。一般机械手 由执行机构、传动机构，控制系统和辅助装置组成。1. 执行机构执行机构由手、关节、手臂和支柱组成，与人体手臂相似。手为抓 取机构，用于抓取工件。关节是连接手与手臂的关键性原件，具有多方位 旋转特性。支柱用来支撑手臂，可做活动支柱方便机械手多方位移动。2. 传动机构 传动机

16、构用于实现执行机构的动作。常用的有机械传动、液压传 动、气压传动，电力传动等形式。3. 控制系统 机械手按照制定的程序，步骤，参数进行动作完成该指定工作要依 靠控制系统来实现。4. 辅助装置 辅助装置主要是连接机械手各部分元件的装置。2.2 应用机械手的意义随着科技的发展，机械手应用的越来越多。在机械工业中，机械手应 用的意义概括如下：1. 提高生产过程自动化程度，增强生产效率。机械手方便与材料的传送、工件的装卸、刀具的更换等自动化过程， 从而提高劳动生产率和降低劳动投入，从而降低生产成本。2. 改善劳动条件在车间的劳动环境下，高温、高压、噪音、灰尘等污染会严重影响人 的身体健康，人在车间工作

17、不可避免的会接触到危险，而应用机械手可以 替代人安全的完成作业，从而改善劳动条件。3. 减少人力资源，便于节奏生产。机械手的应用增强了自动化生产，会减少人力的使用。机械手可以长 时间重复性连续完成工作，这是人工无法实现并完成的。生产线增加使用 机械手以减少人力和精准的生产节拍，有利于节奏性的工作生产。综上所述，机械手的合理利用是机械行业发展的必然趋势。第 3章 任务分析3.1 动作分析根据生产条件要求，机械手须把加工原料从输送带上取下，旋转 一定角度后将加工原料放入冲压机填料口，然后返回，重复这一动作。3.2 运动节拍插销定位手臂前伸手指抓料手臂上升手臂缩回手腕回转 拔定位销手臂回转插定位销手

18、臂前伸手臂下降手指松开手臂 缩回手腕回转拔定位销手臂回转插定位销手臂伸出。3.3 总体方案3.3.1 方案一插销定位手臂前伸手指抓料手臂上升手臂缩回拔定位销 手腕回转、手臂回转插定位销手臂前伸手臂下降手指松开、手臂 缩回拔定位销手腕回转、手臂回转插定位销。3.3.2 方案二插销定位手臂前伸手指抓料手臂上升手臂缩回、手腕回转 拔定位销手臂回转插定位销手臂前伸手臂下降手指松开手臂 缩回手腕回转拔定位销手臂回转插定位销。3.4 方案比较按照方案一与方案二的行进方式均可完成加工原料的自动填充，但是 从工作效率与经济性方面考虑还是应采用方案一。原因如下：方案一有效 的把不做功行程与做功行程以及空行程之间

19、结合在了一起，不仅完成了工 作要求，而且提高了工作效率，也间接增加了经济效益。3.5 本章小结本章主要介绍了机械手的运行要求，还有机械手在运行时的各动作节 拍以及确定了机械手在正常运行时的动作规范。第4章 总体设计4.1 总体设计的思路设计机械手基本上分为以下几个阶段：1. 系统分析阶段（1）根据所设计的要求首先确定机械手的目的和任务；（2）分析机械手需要适应的工作环境；（3）根据机械手的工作要求，确定机械手的基本功能和方案2. 技术设计阶段（1）确定驱动系统的类型；（2）选择各部件的具体结构，进行机械手总装图的设计；（3）绘制机械手的零件图，并确定尺寸。4.2 技术指标1. 最大抓取重量：1

20、0kg；2. 工件最大尺寸（长x宽x高）：1000x400x400；3最大操作范围：提升高度0.5m，回转角度60,行走范围v3m；4. 机械手的自由度： 35；5. 定位精度： 0.51mm；6. 装料高度： 8001000mm；7. 生产纲领：10万件/年，11.5min/件；8. 性能要求：抓取灵活，送放平稳，定位可靠，寿命不低于15年； 根据课题要求，本设计采用液压系统来控制机械手。4.3 本章小结本章中主要介绍了液压系统的设计思路，包括系统分析阶段和技术设 计阶段等。并且明确了机械手的设计要求，确定了设计方向。第 5 章 液压系统设计5.1手指部分5.1.1 设计要求平稳的抓取加工原

21、料，在抓住加工原料后应保持夹紧状态。5.1.2 工况分析工作循环为快进慢进夹紧快退原位停止，快进、快退速度均 为 0.1m/s 、慢进速度为 0.01m/s 单行程为 0.1m ，加速、减速时间为 0.2s ， 静、动摩擦因数为fS=0.1、fd=Ol，执行机构所需的负载力为900N,执行 机构的重量为150N。5.1.3计算外负载F 二 0.1x150N 二 15NfdF 二 0.1x150N 二 15NfsN - 7.65N厂F Av1500.1F - g- x mgA t9.80.2F Av gm1gAt150 0.01x 9.8 0.2N 0.76 NF 动摩擦阻力fdF 静摩擦阻力f

22、sF 快速时的惯性阻力mF 慢速时的惯性阻力m1各工作状况下的液压缸的负载力的大小见下表 5-15.1.4 运行时间快进时间见式（5-1）21v0.080.1s 0.8 s慢进时间见式5-2)20.020.01(5-1)5-2)5-3)快退时间见式(5-3)2工况计算公式液压缸负载，N液压缸驱动力，N启动F = f Fs g1517加速F = f F + Fd gm2325快进F = f Fd g1517慢进F = f Fd g1517夹紧F = F f9001000快退F = f Fd g1517制动F = f F - Fd gm78L 0.1t = - = s = 1s3 V 0.13表5

23、-1负载力耳=0.9m5.1.5 确定液压系统参数1. 初选液压缸的工作压力根据表20-3-li，选定液压缸的工作压力为IMPa，回油腔压力p2=0.2MPa。2. 计算液压缸尺寸 因为往返速度相同，所以 d=0.71D， 活塞面积见式(5-4)2F 1000A = o =m 2 = lx 10-3 m2(5-4)1(p 一 i p ) (1 -1 x 0.2) x 1061 2 2 2F 液压缸驱动力A =-D 2无杆腔活塞有效工作面积14A = (D2 -d2)有杆腔活塞有效工作面积24p 液压缸工作腔压力p2 D d液压缸回油腔压力，即背压力活塞直径活塞杆直径|f4x1x10T二 3.6

24、 xl0-2 m小i4 AD 二 1.兀3.14取标准值D=40mm,活塞杆直径d=0.71D=28.4mm 取标准值d=32mm 无杆腔面积见式(5-5)25-5).n D 23.14 x (4 x 10 -2)2A 二 二二 1.3 x 10-3 m214有杆腔面积见式(5-6)2n3.14A = (D2 -d2)=x (4x10-2)2 - (3.2x 10-2)2) = 6x10-4m22 445-6)液压缸各工况参数见 表 5-2表5-2液压缸参数表*缸 压 液2aPX111 3XV Iqw 功快进起动A AP + FO一一2 337p =02 21A1q = Av V1 1P =

25、pq1 v加 速252一一2 22一一2 慢A + F一00n匚P _221A1q = Av v1 2P = pq万A =1 p0oIM-7-快退起动A + F-一O一一2 826627.加 速252一一2 P 02 11A2q A vV2 3P pq1 v快退2一一2 6制动82一一2 5.1.6 拟定液压系统原理图图 5-1 夹紧缸系统图5.1.7选择液压件1. 选择液压泵和电机 确定液压泵的工作压力液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为0.77MPa。因为油路简单、流 速不大，管路损失取p=0.2MPa，溢流阀的调整压力比系统最高压力大 0.2MPa,故泵的最高工作压力为 ppl= (0

26、.77+0.2+0.2) MPa=1.17MPa，这 是流量泵的最高工作压力，即溢流阀的调整工作压力。液压泵的公称工作 压力 pr 为 pr=1.5MPa在快进时，最大流量值为13x10-5m3/s，取K=1.15，计算泵的最大流量 见式( 5-7) 2qvp汰(工qv) max(5-7)一qvp=1.5x10-4m3/s2.元、辅件的选择见 表 5-3表 5-3 元件表编号元件名称技术数据px105， Pa qvx10-5， m3/s调整压力1液控单向阀p=63， qv=25 ,ApV2,实际 qv=132二位四通电磁换向阀p=63， qv=253溢流阀p=63, qv=10，卸荷压力pV1

27、.54减压阀p=63， qv=253. 确定管道尺寸见式(5-7)5-7)ti4q|4 x1.3x10-4d 二 比二二 1.3x10-2 mKu .3.14x1选用16mmxl4mm无缝钢管。5.1.8 压力损失验算已知：进油管长L=lm,油管内径14mm,流量1.3xl0-4m3/s，选用L- AN32全损耗系统用油，最低工作温度15C, v=1.5cm2/s。1.判断油流类型见式（5-8） 2R 二 E x 忍 x 104 二e dv5 小3 X10-4 x1041.4 x10-2 x 1.5沁 79 20005-8)为层流2.进油路上沿程压力损失见式（5-9） 2卄 43 X1012

28、字4.3x10i2 x 1.5xlx 1.3x10-414Pa = 0.02 MPa5-9)3.回油路上沿程压力损失见式（5-10） 2Ap2=4.3 x 1012vlqd 44.3x 1012 x 1.5xlx 6x 10-514Pa = 0.0lMPa5-10)4.局部压力损失见式（5-11） 25-11)工Ap =2Xl05 X(3)2 + 2Xl05 X(l：3)2 + 2Xl05 X(3)2= 0.0l6MPa v 252525取油流通过集成块时的压力损失A pj=0.03MPa所以总的压力损失为 Ap= （0.02+0.01+0.016+0.03） MPa=0.076MPa5.2

29、手腕部分5.2.1 设计要求平稳的转动手腕、手指部分5.2.2 工况分析工件重100N,手指部分重量为300N5.2.3手腕驱动力矩的计算驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩 手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，装置的摩擦阻力矩以及由于转动 的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。取角速度为 0.3rad/s 手腕转动时 所需要的驱动力矩可按下式计算：M = M +M +M驱惯偏摩式中：M驱动手腕转动的驱动力矩驱M 惯性力矩惯M 转动的零部件的重量对转动轴线所产生的偏重力矩 偏M 手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩1.摩擦阻力摩矩见式（4-1）3M 二 f -N-D（4-1）f式

30、中：f轴承的摩擦系数，滚动轴承取f=0.010.02； N轴承支承反力 （N）；D轴承直径（巴）；由设计知D=0.1m、N=400N,采用滚动轴承M=0.8 （Nm）2. 重心引起的偏置力矩M =G e偏1式中G1装置重量（N）； e偏心距当 e=0.010, G1=400N 时M =4 （Nm）偏3. 腕部启动时的惯性阻力矩M惯Jw M = t 式中：3手腕回转角速度（rad/s）；t手腕启动过程中所用时间（s）,取0.05s；J手腕回转部件对回转轴线的转动惯量（kgm2 ）；八 2mR 2=* x40 x0.052 =0.05（kgE）M 二 0.05（N -M）考虑到驱动缸密封摩擦损失等

31、因素，一般将M取大一些，可取：M=1.2因此，得 M=1.2x （0.8+4+0.05） =4.85 （Nm5.2.4液压缸所产生的驱动力矩计算液压缸所产生的驱动力矩必须大干总的阻力矩，即M驱M总 查 表 22.6-1371表22.6-137摆动缸参数表连掘方式型号mm输卅扭矩NMP：工柞压力NfPa输P- L6WTa lit怔皿转如：l汕氓時出孔输出決兰ZBFZD40ZBFKU4C4055P 1.5)798O.OOW7ZBJZD40ZBJKD40iiirZBFZD50ZBFKD50509&CP-I.5)14210.00171和架ZBJZD50ZDJKD50ZBFZD63ZDLKD636317

32、1 (P-1,5)24800,00299ZBJZD63ZDJKD63法兰ZBIZ1JS0ZULKDfiiO8044090.00526BJZD80ZHJKD8D选取ZBFZD4090。液压缸，选定工作压力1.5MPa，因为设定的角速 度为 0.3rad/s（17.2 /s），查表 22.6-1371,得流量为 1.67x10-5m3/s。液压缸的功率见式（4-2）1P=p1qv =1.67x10-5x1.5x106W=25.05W（4-2）转动时间为Vt=0/ = （90/17.2） s=5.23s5.2.5拟定的液压原理图为1图5-2手腕回转系统图5.2.6选择液压件1. 选择液压泵和电机确定

33、液压泵的工作压力液压缸的最大压力为1.5MPa。油路简单、流速不大，管路损失取工 p=0.25MPa，泵的最高工作压力为 pp1= （1.5+0.25） MPa=1.75MPa，这是流量泵的最高工作压力，液压泵的公称工作压力pr为pr=2.19MPa2.液压泵流量在转动时，最大流量值为1.67x10-5m3/s，取K=1.15，计算泵的最大流量 q”p冰（工 0V）max0vp=2x10-5m3/s3.元、辅件的选择见 表 5-4表 5-4 元件表编号元件名称技术数据px105， Pa qvx10-5， m3/s1单向调速阀p=63, qv=25,ApV2，实际 qv=1.672三位四通电磁换

34、向阀p=63， qv=25调整压力4. 油管尺寸d4 x1.67 x10 -53.14 x1=4.6 x 10-3 m选用8mmx6mm无缝钢管。5.2.7 压力损失验算已知：油管长L=2m，油管内径4mm，流量1.67x10-5m3/s，选用L- AN32全损耗系统用油，最低工作温度15C, v=1.5cm2/s。1.判断油流类型（5-8）2沁 23 20005-8）R = E x 忍 x 104 =e dvL273 x x 10-5 x 104 6 x 10-3 x 1.5卄 43 x1012 字Pa =0.17MPa（5-9）Ap1= 4.3 x1012vlqd 44.3x1012 x1

35、.5x2x1.6xlO-564Pa =0.17MPa（5-10）为层流2.进油路上压力损失见式（5-9）24.3 x1012 x1.5 x 2 x1.67 xlO-563.回油路上压力损失见式（5-10）24.局部压力损失见式（5-11）2EAp =2x10x（）2 +2x10x（）2 +2x10x（）2 +2x10= 0.2MPa （5-10）v252525取油流通过集成块时的压力损失Apj=0.13MPa所以总的压力损失为 Ap= （0.2+0.17+0.17+0.13） MPa=0.67MPa。5.3手臂伸缩5.3.1 设计要求平稳的输送加工原料。5.3.2 工况分析工作循环为快进制动

36、1 工进原位停止 2 工进制动快退 制动。快进、快退速度均为 0.1m/s ，工进速度为 0.05m/s ，单行程为 0.5m，加速、减速时间为0.2s，静、动摩擦因数为/=0.15、=0.15,执行 机构的重量为2000N、工件重量100N。5.3.3 计算外负载空载时：动摩擦阻力静摩擦阻力 负载时：动摩擦阻力静摩擦阻力快速时的惯性阻力Ffd=Fg/d=0.15x2000N=300NFf =Fgf =0.15x2000N=300Nfs g sFfd=（Mg+Fg）fd=0.15x2100N=315NFfs=（Mg+Fg）fs=0.15x2100N=315Nfs g g sF Av20000.

37、1Fgo1-XN 102 NmgAt9.80.2工进时的惯性阻力F Av21000.05F=gxN 54 Nm1gAt9.80.2液压缸各工况负载见 表 5-55.3.4 运行时间快进时间快退时间工进时间L0.5t = r = s = 5 s1 v0.11L 0.5t = - = s = 5 s0.50.05s = 10 s2 v 0.1表5-5负载力工况计算公式液压缸负载力，N液压缸驱动力，N启动F = fFsg300333加速F = f F + Fd gm.402447快进F = f Fd g300333制动F = f F - Fd gm198220启动F = f (F+ M )sgg31

38、5350加速F = f (F + M ) + Fdggm1369410工进F = f (F + M )dgg315350制动F = f (F + M ) - Fdggm1261290快退F = f Fd g300333制动F = f F - Fd gm198220耳=0.9m5.3.5 确定液压系统参数1. 初选液压缸的工作压力根据表20-3-1 1选定液压缸的工作压力为3MPa、背压为0.5MPa, 快速回油时回油腔压力为 0.3MPa2. 计算液压缸尺寸 因为往返速度相同，所以 d=0.71DF 447A = o =m 2 = 1.6 x10-4 m21(p 一 斗 p )(3 一 i x

39、 0.5) x1061 2 2 2F 液压缸驱动力A1 = 7 D2无杆腔活塞有效工作面积A = (D2 - d2)有杆腔活塞有效工作面积24p 液压缸工作腔压力1p 2液压缸回油腔压力，即背压力D活塞直径d 活塞杆直径小 |4 A：4 x 1.6 x 10 -4V3.14_=1.4 x 10 - 2 m取标准值D=25mm,活塞杆直径d=17.5mm，取标准值d=18mm。无杆腔面积.兀 D 23.14 x (2.5 x 10-2)2A 二 二二 4.9 x10-4 m214有杆腔面积兀3 14A = (D2 d2)=x (2.5x10-2)2 - (1.8x10-2)2) = 2.4x10

40、-4m2244液压缸工作参数见 表 5-6表5-6液压缸参数5.3.6 拟定液压系统原理图图 5-3 手臂伸缩缸系统图5.3.7选择液压件1. 选择液压泵和电机 确定液压泵的工作压力液压缸在工作中的最大压力为2.73MPa。油路简单、流速不大，管路 损失取p=0.2MPa,泵的最高压力为 ppl=（2.73+0.2）MPa=2.93MPa, 这是流量泵的最高工作压力。液压泵的公称工作压力pr为pr=3.66MPa。2. 液压泵流量在快进时，最大流量值为4.9xl0-5m3/s，取K=1.15，计算泵的最大流量 qvp 冰（工 9v）max一qvp=1.15x4.9x10-5m3/s=5.6x1

41、0-5m3/s3. 元、辅件的选择见 表 5-7调整压力表5-7元件表元件名称调速阀技术数据px105, Pa qvx10-5, m3/sp=63, qv=25,Ap=23,实际 qv=0.03二位二通电磁换向阀p=63, qv=25二位四通电磁换向阀p=63, qv=25；4 x 4.9 x10 -5 = 7.9 xio _3 m4确定管道尺寸d = ：4q = ku 3.14 x1取d=10mm,选用12mmxl0mm无缝钢管。5.3.8 压力损失验算已知：油管长L=1m,油管内径5mm,通过流量7x10-5m3/s，选用L- AN32全损耗系统用油，最低工作温度15C, v=1.5cm2

42、/s。1. 判断油流类型1.273 x q1.273 x 4.9 x 10-5R =px 104 =x 104 沁 139 M ，查 表驱总22.6-1371。表22.6-137摆动缸基本参数表连按方代用！y虹径mm输出机毎输出扭更NMP= J 6MPa Ut每度转加用 (升/聞轴输山孔输山ZBFZD40ZBFKD4040S5P-LJ)79&0.00097ZBJZD40ZBJKD40迭兰ZBFZD50ZBFKD5050L42D.00I71ZBJZD50ZBJKD50ZBFZD63ZBFKW3631711 P-1,5)24800.00 299ZBJZD63ZBJKD63选取ZBFZD5060。液

43、压缸，选定工作压力1.5MPa，因为设定的角速 度为 0.2rad/s(11.46 /s),查表 22.6-1371,得流量为 2x10-5m3/s,液压 缸的功率由下面公式可得：P=p 1 qv=2x 10-5x1.5x106W=30W转动时间为t=0/6 = (60/11.46) s=5.23s5.4.5拟定液压原理图图5-4手臂回转缸系统图5.4.6选择液压件1. 选择液压泵和电机确定液压泵的工作压力液压缸在工作中的最大压力为1.5MPa。管路损失取工A p=0.3MPa,泵的最高压力为ppl= (1.5+0.3) MPa=1.8MPa，这是流量泵的最高工作压力，液压泵的公称工作压力pr

44、为pr=1.25pp1=1.25x1.8MPa=2.25MPa2. 液压泵流量q (工 )maxqvp=1.15x2x10-5m3/s=2.3x10-5m3/s辅件的选择见 表 5-8在转动时，最大流量值为2x10-5m3/s，取K=1.15，计算泵的最大流量,|4qi14 x 2 x10 -5d =十=5 x 10-3 m表5-8元件表编号元件名称技术数据px105， Pa qvx10-5， m3/s调整压力1单向调速阀p=63， qv=25 ,ApV2,实际 qv=22三位四通电磁换向阀p=63， qv=253.元、4.确定管道尺寸选用 9mmx7mm 无缝钢管。5.4.7 压力损失验算已

45、知：油管长L=2m，油管内径7mm，通过流量2x10-5m3/s，选用L- AN32全损耗系统用油，最低工作温度15C, v=1.5cm2/s。1.判断油流类型q 242000r= 1.273 x q x 104 =e dvL273 x 2 x1-5 x 1047 x10-3 x 1.5为层流2进油路上沿程压力损失SAp1Ap1= 4.3x1012vlqd 44.3 x1012 x 1.5 x 2 x 2 x10-54Pa = 0.11MPa3回油路上沿程压力损失工ApAp1= 4.3 x1012vlqd 44.3 x1012 x 1.5 x 2 x 2 x10-5Pa = 0.11MPa4.

46、局部压力损失AP =AP（红）2nqvN工 Ap =2 x 105 x （丄）2 + 2 x105 x （一）2 + 2 x105 x （一）2 + 2 x105= 0.2MPav252525取油流通过集成块时A Pj=0.1MPa，总的压力损失为A p=0.52MPa。5.5 定位5.5.1 设计要求快速、准确定位5.5.2 工况分析工作循环为快进中停快退原位停止，采用定位销定位，定位销的重量为100N,与装置间的压力为100N,静、动摩擦因数均为0.15,快进、快退的速度均为0.1m/s,加减速反应时间为0.2s，单行程为0.1m。5.5.3计算外负载动摩擦阻力静摩擦阻力Ffd=Fg/d=

47、0.15x100N=15NF =F f =0.15N=15Nfs g s惯性阻力匸F Av1000.1F = gx N 5 NmgAt9.8 0.2液压缸负载见 表 5-7表5-7负载力工况计算公式液压缸负载，N液压缸驱动力，W启动F f Fs g1517加速F f F + Fd gm2022快进F f Fd g1517快退F f Fd g1517制动F f F - Fd gm1011耳=0.9m5.5.4 运行时间快进t = L = 01 s = 1s1 V 0.1快退L0.1t =2 = S = 1S2 v0.125.5.5 确定液压系统参数1. 初选液压缸的工作压力查 表 20-3-11

48、 ，选定工作压力为 1.5MPa ，假定回油压力 p 2=0.2MPa 。2. 计算液压缸尺寸因为往返速度相同，所以 d=0.71DA 二二m2 二 1.6xlO-5m21(p + p )(1.5 + x 0.2) x1061 2 2 2液压缸驱动力F 22无杆腔活塞有效工作面积F A = D 21 4A = (D2 d2)有杆腔活塞有效工作面积液压缸工作腔压力 液压缸回油腔压力，即背压力 活塞直径 活塞杆直径24p1 p2 D dx16 x1 一5 = 0.5 x102 m3.14取标准值 D=8mm，活塞杆直径 d=5.68mm ，取标准值 d=6mm 液压缸尺寸取标准值后的有效工作面积无

49、杆腔面积A =巴=34x (8 x1少=5 x105 m214有杆腔面积兀3 14A =一 (D 2 一 d 2) =x (8 x10-3)2 (6 x10-3)2) = 2.2 x10-5 m2244液压缸各工况参数见 表 5-8。表5-8液压缸参数表工况计算公式驱动 力，N液压缸p2x105， Pap/105, Paq x105，2vm3/s功率，W快进起动F +Ap A17Ap2=03.40.52.2加速22“2=25.3P 0221A1q AvV1 1P = pq1 v快进17“2=24.3制动11“2=23.1快起动F +Ap AP 02 11A2q A vV2 2P = pq1 v

50、17 p2=07.70.222.7快 退加速22“2=214.5快退17“2=212.3制动11“2=29.55.5.6 拟定液压系统原理图图 5-6 定位缸系统图5.5.7选择液压件1.选择液压泵和电机 确定液压泵的工作压力液压缸在工作中的最大压力为1.45MPa。管路损失取Ap=0.1MPa，故 泵的最高工作压力为pp1=（1.45+0.1）MPa=1.55MPa，这是流量泵的最高 工作压力。液压泵的公称工作压力pr为pr=1.25pp1=1.94MPa。2.液压泵流量在快进时，最大流量值为O.5xlO-5m3/s，取K=1.15，计算泵的最大流量 q”p冰（工 qv） max，qvp=0

51、.6x10-5m3/s。3.元、辅件的选择见表 5-9表5-9编号元件名称技术数据px105， Pa qvx10-5， m3/s调整压力1单向阀p=63, qv=10,ApV2,实际 qv=92二位四通电磁换向阀p=63, qv=254减压阀p=63, qv=104.确定管道尺寸d =4 x 0.5 x 10 -5=2.5 x10-3 m3.14 x1取d=5mm,选用7mmx5mm冷拔无缝钢管。5.5.8 压力损失验算已知：油管L=1m,油管内径3mm,通过流量0.5x10-5m3/s，选用L- AN32全损耗系统用油，最低工作温度15C, v=1.5cm2/s。1. 油流类型1.273x

52、qR =vedvx104 =L273 x 5 x 10-5 X1045x10-3 x1.5Q 8.4 2000为层流2进油路上沿程压力损失SAPiAp1= 4.3x1012vlqd 44.3 x 1012 x 1.5 x 1x 0.5 x 10-554Pa = 0.05MPa3回油路上沿程压力损失ip】= 4.3 x1012vlqd44.3 x1012 x1.5 x1x 0.22x10-554Pa = 0.025MPa4.局部压力损失Ap = Ap (_V)2 nqvN工 Ap =2 x105 x (2)2 + 2 x 105 x (2)2 + 2 x105 x (2)2= 0.12MPav 252525取油流通过集成块时的压力损失Apj=0.03MPa，所以总的压力损失为A p=(0.05+0.025+0.12+0.03) MPa=0.23MPa。5.6手臂升降5.6.1 设计要求平稳的进行手臂升降5.6.2 工况分析工作循环为上升一中停一下降一停止，单行程为0.3m,上升与下降的 速度均为0.1