毕业论文基于PLC控制的球坐标机械手设计

《毕业论文基于PLC控制的球坐标机械手设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文基于PLC控制的球坐标机械手设计（58页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、合肥工业大学毕业设计论文集毕业论文球坐标工业机械手设计专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 目 录中文摘要1英文摘要2第一章 绪论31.1工业机械手的组成和分类31.2工业机械手设计内容和要求31.3毕业设计目的与意义4第二章 手部的设计52.1手部设计计算52.2手指夹持误差分析与计算8第三章 腕部设计103.1 腕部设计的基本要求103.2 腕部的结构以及选择103.3腕部的设计计算113.4驱动力矩的计算143.5回转液压缸的确定15第四章 臂部的设计计算164.1 臂部设计的基本要求164.2 手臂的典型机构以及结构的选择174.3 手臂直线运动的驱动力计算184.4 确定液压缸工作压

2、力和结构204.5液压缸盖螺钉的计算22第五章 臂部俯仰缸的设计计算255.1驱动力矩的计算265.2俯仰摆动油缸驱动力的计算265.3俯仰摆动油缸的设计计算275.4液压缸盖螺钉的计算28第六章 机身的设计计算306.1 机身的整体设计306.2 机身回转机构的设计计算316.3回转缸尺寸的初步确定31第七章 液压传动与控制系统设计337.1各液压控制回路的选取337.2液压元件的计算和选择347.3液压控制阀的选择357.4液压辅助元件的选择和计算357.5液压系统的计算参数367.6作各液压缸工况图377.7计算和选择液压元件427.8液压系统的分析43第八章 电气控制系统设计468.1

3、可编程控制器简介及设计原则468.2可编程控制器电器元件的动作顺序47设计感想与致谢50参 考 文 献51中文摘要摘要：自从上世纪50年代末美国研发出第一代工业机器人开始，人类的工业化生产从此步入了一个自动化的时代。随着自动化技术的不断深入发展，欧美等发达国家早已进入自动化生产阶段。当前，我国要想完成产业升级必然要加大自动化设备在企业应用的力度。其中以机械手为代表的自动化设备必然有广泛的天地。本文设计的机械手就是针对企业工厂自动化生产线上而设计的，它主要实现物料的搬运。它通过液压驱动能够实现300N的抓重，通过PLC控制，能够实现各种规定动作的控制，具有4个自由度，可实现X方向的伸缩。该机械手

4、具有自动化程度高，夹紧力大，效率高，能够完成复杂环境下的工作等特点，能够减轻工人劳动的强度，节约工作时间，提高企业的生产效率。关键词：机械手 自动化 PLC 英文摘要Abstract: Since the late 1950 s the United States developed the first generation of industrial robots, human industrial production has entered into an era of automation. With the deepening development of automation te

5、chnology, Europe and the United States and other developed countries has entered a stage of automated production. At present, our country to complete industrial upgrading is bound to intensify automation equipment in enterprise applications. Which represented by mechanical automation equipment must

6、have a wide range of heaven and earth. In this paper, design of manipulator is designed on factory automation production line for enterprise, its main material handling. It by hydraulic drive can achieve 300 n catch weight, through the PLC control, motion control can achieve a variety of regulations

7、 and has four degrees of freedom, which can realize the X direction of scaling. This manipulator has a high degree of automation, large clamping force, high efficiency, able to complete the work in a complicated environment etc., can reduce workers labor intensity, save work time, improve the produc

8、tion efficiency of enterprises. Key words: automation PLC manipulator1合肥工业大学毕业设计论文集第一章 绪论1.1工业机械手的组成和分类 1.1.1、工业机械手的组成： 工业机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置监测装置等组成。各系统相互之间的关系如下图所示。 工件执行机构驱动系统控制系统 位置监测装置 1.1.2、工业机械手的分类： 1、按规格分类 微型机械手（重力在10N以下） 小型机械手（重力在100N以下） 中型机械手（重力在500N以下） 大型机械手（重力在500N以上） 2、按用途分类 专用机械手 通用

9、机械手 3、按控制方式分类 点位控制 连续轨迹控制1.2工业机械手设计内容和要求 1.2.1、主要参数： 主要参数的确定： 1、坐标形式：球坐标 2、抓重：300N 3、自由度：4个 4、臂的运动参数：运动名称符号行程范围速度伸缩X350mm250mm/s回转021090/s俯仰04590/s升降Z无无横移Y无无腕部的运动参数：运动名称符号行程范围速度回转018090/s小臂俯仰2无无 定位方式：电位器(或接近开关等)设定，点位控制 驱动方式：液压(中、低压系统) 手指指夹持范围：棒料直径4060mm，长度4501200mm 9、定位精度：3mm 10、控制方式：PLC控制1.3毕业设计目的与

10、意义 毕业设计是一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程设计问题而进行的一次基本训练，是对所学知识的一次综合考查，是毕业前的一次综合演练，这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有重要意义。 其主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。 三、养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。培养学生进行调查研

11、究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。第二章 手部的设计2.1手部设计计算2.1.1、手部设计的基本要求 1、应当具有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。在确定夹紧力时，除考虑工件的重量外，还应该考虑在传送或操作过程中所带来的惯性力和振动，对于刚性很差的工作夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 2、应当具有足够的开闭范围 机械手的手部手指都有张开和闭合的动作。手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和

12、尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭的范围大一些较好。若夹持不同尺寸的工件，应该按最大尺寸的工件考虑。 3、要求手部结构简单，重量轻，体积小、效率高手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，在保证一定的强度和刚度的前提下，必须力求结构简单，重量轻，体积小，以利于减轻臂部的负载。4、应保证工件夹持精度应保证每个被夹持的工件，在手指内都有相对准确的位置，避免工件在手指内的滑动或者不稳定性的产生。5、设计时应考虑通用性和特殊位置的要求 在设计时，应考虑到扩大机械手的适用范围，尽量实现一机

13、多用，提高机械手的通用程度，以适应夹持不同尺寸和形状的工件的需要，以外，还应该考虑到使用环境的特殊要求，如耐高温、耐腐蚀等。 综上考虑，根据工件的形状和设计的参数要求，此次设计的机械手将采用最常用的滑槽杠杆式夹钳手，此种结构手部较为简单，制造方便，通用性强。 2.1.2、手部参数的计算 滑槽杠杆式夹钳手结构如下图，其原理是在拉杆3作用下销轴2向上的拉力为P，并且通过销轴中心点O点，两手指1的滑槽对销轴的反作用力为P1、P2，其力的方向垂直于滑槽的中心线OO1和OO2并指向O点，P1和P2的延长线交O1O2于A与B 由 得 得 得 因 所以 (2-1) 式中手指的回转支点到对称中心线的距离； 工

14、件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角（一般取）1.手指 2.轴销 3.拉杆 4.指座图2-12.1.3、手部握力计算： 1、理论驱动力计算 由上面可知，驱动力为：在此设计中，我们选择V型指型夹方料，手指与工件位置选择：手指水平位置夹水平放置的工件。由课程设计指导书表21查得握力计算公式：由设计参数可知，G300N，故可求得N0.5300N=150（N），将N=150N代入驱动力的计算公式中，并且在此设计中，我们选择使用参数a=40(mm),b=80(mm)，30，可求得理论驱动力P450N 2、实际驱动力计算夹持手部在工作过程中，其实际驱动力的大小，除理论驱动力P外，还应考虑传力机

15、构的效率及工件运送过程中所产生的惯性力等因素的影响。实际驱动力的计算公式： (2-2)式中，P-理论驱动力， K1-安全系数，取1.52 K2-实际工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按下式估算： （其中，a为手部抓取工件后手臂运动的最大加速度，g为重力加速度） -手部的机械效率，一般取故取0.850.95，此处取0.9。 K1-为安全系数，一般取1.22，此处K11.5 若被抓取工件的最大加速度取ag时，则K2112 所以 ,即夹持工件时所需夹紧油缸的驱动力为1500N。 3.确定液压缸的直径D 由机械设计手册 液压传动与控制可知 (2-3)由于作用在活塞上的外力小于5000N,故选择液压

16、缸压力油工作压力P=1MPa,根据机械设计手册 液压传动与控制表23.6-33，选取液压缸内径为：D=63mm则活塞杆内径为: D=630.5=31.5mm，选取d=32mm表2-1 液压缸的工作压力作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力Mpa作用在活塞上外力F（N）液压缸工作压力Mpa小于500050000以上2.2手指夹持误差分析与计算机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关，为使机械手能适用于多品种小批量 工件直径在一定范围内变化的生产中，必须使用合理的手部结构参数，可以采用自动定心的手部结构来

17、减少机械手的调整工作，从而使加持误差控制在较小范围内。该设计以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持范围为40mm60mm一般夹持误差不超过1mm,分析如下：工件的平均半径： 手指长,取V型夹角图2-2 手抓夹持误差分析示意图偏转角按最佳偏转角确定： (2-4)计算 因，即和在双曲线的对称点的同侧，故其夹持误差为： mm夹持误差=1.5mm，因此本设计的夹持误差3mm,满足设计的要求。第三章 腕部设计3.1 腕部设计的基本要求 1、力求结构紧凑、重量轻。腕部处于臂部的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重

18、量轻。2、综合考虑，合理布局。腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除了保证力和运动的要求，及具有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，如应解决好腕部与臂部和手部的连接，碗部各个自由度的位置检测，管线布置，以及润滑、维修、调整等问题。3、必须考虑工作条件。对于本设计，机械手的工作条件是在正常工作场合中搬运加工的棒料，不会受到环境的影响，对机械手的腕部没有太多不利因素。如果机械手处在高温和腐蚀性的工作介质中，就应在设计时充分考虑环境对机械手腕部的影响。3.2 腕部的结构以及选择3.2.1、典型的腕部结构1、具有单自由度的回转缸驱动的腕部结构。它直接用回转缸驱动实现腕部的回转运动，

19、具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛采用。2、用齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于270的情况下，可采用齿条活塞驱动的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。3、具有两个自由度的回转缸驱动的腕部结构。它是来实现腕部的回转和左右摆动。4、机-液结合的腕部结构3.2.2、腕部结构和驱动机构的选择本设计要求手腕回转180，通过以上的分析，腕部的结构采用具有一个自由度的回转缸驱动的腕部结构，驱动方式采用液压驱动，采用具有一个自由度的回转缸驱动的腕部机构，直接用回转液体压驱动来实现腕部的回转，具有机构紧凑，灵活等优点。如图下图2-2所示的腕部结构，采用一个回转液压缸，实现的旋转运动。从A

20、-A剖面视图上可以看出，回转叶片（简称动片）用螺订，销钉和转轴10连接在一起，定片8则和缸体9连接。压力油分别由油孔5，7进出油涳，实现手部12的旋转。如下图：图3-1 机械手腕部结构3.3腕部的设计计算3.3.1、腕部设计考虑的参数基本参数：抓重G=300N,回转符号，行程，速度,以最大负荷计算，当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，用估算法，工件重300N，长度取1200mm，如图所示： 图3-2 腕部受力简图3.3.2、腕部的驱动力矩计算 1、腕部转动时所需的驱动力矩力矩可按下式计算 (2-5) 驱动腕部转动的驱动力矩(Nm)惯性力矩(Nm)参与转动的零部件的重量(包括工件 手部

21、腕部回转缸的动片)对转动轴线所产生的偏重力矩(Nm)腕部转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩(Nm)腕部回转缸的动片与定片 缸径 端盖等处密封装置的摩擦阻力矩(Nm)棒料的计算采用最大值，夹取棒料直径60mm，长度1200mm，重量30Kg,因为腕部的伸缩缸为腕部回转的转动缸的轴，故将其整体视为一圆柱体，直径为180mm，其长为185mm，故估算其重为，另外，工件重为G2 =300N。其总重为G=660N。等速转动角速度。腕部加速运动时所产生的惯性力矩 =（+) (2-6)式中：J-参与腕部转动的部件对转动轴线的转动惯量 J1-工件对转动轴线的转动惯量 =0.149 =8.3958 =(0.0367+

22、8.3958) =33 =0.1+0+33=38.223.3.3、回转液压缸的设计计算单叶片回转缸的压力P与驱动力矩M的关系为 (2-7) 式中 R缸体内壁半径 r输出轴半径 b动片宽度 根据表5-1选择液压缸内径R=64mm,输出轴直径d=32mm,动片宽度b=25mm. 那么回转缸工作压力为 选择工作压力为P=4Mpa.表3-1 液压缸的内径系列（JB826-66）（mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250表3-2 标准液压缸外径（JB1068-67）（mm）液压缸内径40 50638090100110125

23、14015016018020020钢P5060769510812113316814618019421924545钢506076951081211331681461801942192453.3.4、腕部与臂部连接处的回转液压缸的设计计算在上节的计算中，可知腕部及手指和工件的重力分别为G1=360N,G2=300N.回转油缸等效为高为150mm,直径为105mm的圆柱体，其重力为 (2-8)臂部伸缩油缸等效为高为730mm,直径为135mm的圆柱体，其重力为 (2-9) 3.4驱动力矩的计算3.4.1、惯性力矩的计算若腕部启动过程按等加速运动，腕部转动时的角速度，启动过程所用的时间为，则 (2-1

24、0) 若腕部转过的角速度为，启动过程所转过的角度为，则 (2-11)式中参与腕部转动的部件对转动轴线的转动惯量() 工件对腕部转动轴线的转动惯量()设置转过的角度=，启动时间=0.08s，那么角速度=1.963， 解得 那么3.4.2、摩擦阻力矩的计算 (2-12) 三、偏重力矩的计算=0解得3.5回转液压缸的确定根据表选择液压缸内径，输出轴直径为，动片宽度为，那么回转缸工作压力为 (2-13) 式中 R缸体内壁半径（m） r输出轴半径（m） b动片宽度（m）解得第四章 臂部的设计计算臂部是机械手的主要执行。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3个

25、运动：。臂部运动的目的是把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)则由腕部的自由度实现。因而机械手的臂部一般具有三个自由度才能满足基本要求:即手部的伸缩 回转和俯仰运动。臂部的各种运动通常用驱动机构(油缸或气缸)和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的静 动载荷，而且自身运动又较多，因而它的结构和工作范围灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。4.1 臂部设计的基本要求4.1.1、臂部应承载能力大、刚度好、自重轻1根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。2提高支撑刚度和合理选择支撑间的距离。3合理布置作用力的位置和

26、方向。4尽可能使结构简单化5水平放置的手臂，应该增加导向杆的刚度6提高活塞和缸体内径配合精度，以提高手臂伸缩时的刚度。4.1.2、臂部要运动速度高，惯性小机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在,最大回转角速度设计在内，在大部分行程上平均移动速度为回转角速度在。平均回转速度为在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯性冲击的措施有： 1、减少臂部运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料2、减少臂部运动件的轮廓尺寸3、减少回转半径P，在安排机械手运动顺序

27、时，先缩回回转(或先回转后伸)， 尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作4、驱动系统中设有缓冲装置。4.1.3、臂部动作应灵活 为减少臂部运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式机械手，其传动件、导向件和定位件布置应合理，使臂部运动尽可能保持平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。4、 位置精度要高。4.2 手臂的典型机构以及结构的选择4.2.1、典型的臂部运动结构 臂部的典型运动的形式有：直线运动，如臂部的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如臂部的左右摆动，上下摆动；复合运动，如直线运动和回转运动，两直线

28、运动的组合，两回转运动的组合等。4.2.2、部作直线运动的结构1、双导向杆手臂伸缩结构2、双层油缸空心活塞杆单杆导向结构3、采用花键套导向的手臂升降结构4、双活塞伸缩油缸结构4.2.3、臂部作直线运动的结构1、回转缸置于升降缸之下的机身结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大2、回转缸置于升降缸之上的机身结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。3、活塞杆和齿条齿轮结构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。4.2.4、臂

29、部做俯仰运动的结构俯仰运动大多采用摆动式直线缸驱动，而回转运动大多采用回转缸或齿条缸来实现。通过以上，综合考虑，本设计的伸缩运动选择单花键轴导向的伸缩机构,俯仰运动选择摆动式直线缸驱动，回转运动选择回转液压缸驱动。4.3 手臂直线运动的驱动力计算通常先进行粗略的估算，或类比同类型的结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复数次，绘出最终的结构。根据液压缸运动时所克服的负载、摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算为 (2-14) 式中 摩擦阻力（N）.臂部运动时，运动件表面间的摩擦力。 密封装置处的摩擦阻力（N） 油

30、缸回油腔低压油造成的阻力，一般背压阻力较小，可取 臂部启动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力（N）4.3.1、手臂摩擦力的分析与计算 (2-15) 计算如下：本机械手采用花键轴导向，在活塞杆与花键轴接触处采用花键轴套，如图中所示。 根据受力平衡，有得 (2-16) 得 (2-17) (2-18)式中 参与运动的零部件的总重力（包含被抓去的工件）（N）； L臂部参与运动的零部件的总重心到导向支撑前端的距离（m）； a导向支撑的长度（m）; 当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面形状有关。对于圆柱面： (2-19)摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：钢对青铜：取钢对铸铁：取计算：导向杆的材料选择钢，导向支撑

31、选择青铜 ，L=540mm,花键轴套a=60mm将有关数据代入进行计算 (2-20) 4.3.2、手臂惯性力的计算本设计要求手臂平动是V=,设置启动时间 (2-21) 解得4.3.3、密封装置的摩擦阻力密封圈的形式有O型密封圈，Y型密封圈，V型密封圈。不同的密封圈，其摩擦阻力是不同的。在手臂设计中，采用O型密封，当液压缸工作压力小于10Mpa。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为：。经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力： (2-22) 4.4 确定液压缸工作压力和结构经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力F=5591N，根据表3.1选择液压缸的工作压力P=2Mpa,机械效率4.4.1、确定液压

32、缸的结构尺寸液压缸内径的计算，如下图所示图4-1 液压缸受力示意当油进入无杆腔， (2-23)当油进入有杆腔中， (2-24)液压缸的有效面积： (2-25)故有 （无杆腔） (2-26) （有杆腔） (2-27) 式中 P活塞的驱动力（N） 油缸的工作压力（Mpa） d活塞杆直径（mm） D油缸内径（mm） 机械效率，在工程机械中用耐用胶可取=0.96F=5591N， =，选择机械效率将有关数据代入： (2-28)根据表3-1，选择标准液压缸内径系列，选择D=100mm.1、液压缸外径的设计根据装配等因素，考虑到液压缸的臂厚在15mm，所以该液压缸的外径为130mm.2、活塞杆的设计计算按强

33、度条件决定活塞杆直径按直杆拉 压强度计算： (2-29)即 (mm) (2-30)式中 P活塞杆所受的总载荷（N）,即活塞的驱动力 活塞杆材料的许用应力(Mpa): ,其中为活塞杆的抗拉强度， n为安全系数，一般取；碳钢取现取 计算解得 由于采用花键轴在活塞杆内部进行导向，会使活塞杆的结构变大，因此根据实际情况并参照表4-1，选择活塞杆直径d=70mm表4-1 活塞杆直径系列（GB/T2348-93）（mm） 1012 14 1618 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100110125140160180 活塞杆的计算校核活塞杆的尺寸要满

34、足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算： (2-31) 因为活塞杆不满足的条件，所以不必对活塞杆进行校核。表4-2 螺钉距离t1与工作压力p 1 的关系工作压力p 1 螺钉距离t1 工作压力p 1 螺钉距离t1 0.51.5 150 2.55 100 1.52.5 120 510 804.5液压缸盖螺钉的计算 根据表所示，因为回转缸的工作压力为2Mpa,所以螺钉间距t小于120mm,每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷和剩余预紧力之和 (2-31)式中工作载荷（N）， P缸盖所受的合成液压力，即驱动力（N） Z螺钉数目， 螺钉中心所在圆的

35、直径（mm） 工作压力(Mpa) 剩余预紧力，螺钉所在圆的直径，根据表选择那么螺钉数目 取为工作载荷 (2-31) 剩余预紧力 (2-32)螺钉材料选择45#，则 (2-33)n为安全系数，,现取为2螺钉的强度条件为 (2-34)螺钉的直径 (2-35)计算载荷，许用抗拉强度，螺钉材料的屈服点（Mpa） 表4-3 常用螺钉材料的屈服强度钢 号 10 Q215 Q235 35 45 40Cr(Mpa) 205 215 235 313 352 784螺钉螺纹内径（mm）, ,d 为螺钉公称直径，S为螺距。解得 (2-36)螺钉的直径选择d=10mm的圆柱头螺钉，螺距S=1.5 mm,螺钉螺纹内径为

36、螺钉的强度为满足强度条件。第五章 臂部俯仰缸的设计计算 驱动臂部俯仰的驱动力矩，应克服臂部等部件在启动时的重量对回转轴线所产生的偏重力矩和臂部在启动时所产生的惯性力矩以及各回转副处摩擦力矩，即 (2-36)图5-1 臂部俯仰缸设计示意图一般手臂座与立柱连接轴在O处装有滚动轴承，其摩擦力矩较小，在铰链处配合直径较小，相对转角亦小，故，则式中 手臂等部件重力对回转轴线的偏重力矩(N),臂部上仰时为正，下仰时为负，计算时主要考虑上仰的驱动力矩 (2-37) 手臂做俯仰运动，在启动时的惯性力矩(Nm), 工件对臂部回转中心的转动惯量() 臂部俯仰对回转中心的转动惯量() 臂部俯仰过程的角速度() 臂部

37、俯仰运动启动过程所需的时间(s),一般取5.1驱动力矩的计算 惯性力矩的计算 (2-38)设置启动角度为，启动时间=0.1s,那么角速度 那么的计算由前面的分析可知驱动力矩的计算 (2-39)5.2俯仰摆动油缸驱动力的计算 如图所示，当臂部与水平位置成时，则铰接活塞杆的驱动力(即俯仰摆动油缸的驱动力)P的作用线与铅垂线的夹角是在范围内变化，而作用在活塞上的驱动力通过连杆机构产生的驱动力矩与臂部俯仰角有关。1、当臂部处于上仰时， (2-40) (2-41) (2-42) 解得 2、当臂部处于下仰时， (2-43) (2-44) (2-45) 解得 选择其中最大值作为俯仰摆动缸设计的驱动力。俯仰摆

38、动油缸计算出驱动力后即可按照直线伸缩油缸的设计计算。5.3俯仰摆动油缸的设计计算 根据表选择最大工作压力 1、活塞杆的设计计算 取 (2-46) 根据表选择活塞杆直径那么油缸内径圆整后取油缸内径 2、活塞杆的校核 因为活塞杆不满足的条件，所以不必对活塞杆进行校核。5.4液压缸盖螺钉的计算因为回转缸的工作压力为3Mpa,所以螺钉间距t小于120mm,每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为工作载荷和剩余预紧力之和 (2-47)式中工作载荷（N）， (2-48) P缸盖所受的合成液压力，即驱动力（N） Z螺钉数目， (2-49) 螺钉中心所在圆的直径（mm） 工作压力(Mpa) 剩余预紧力， (2-50)

39、螺钉所在圆的直径，根据表选择那么螺钉数目 取为工作载荷 (2-51) 剩余预紧力 螺钉材料选择45#，则n为安全系数，,现取为2螺钉的强度条件为 (2-52)螺钉的直径 (2-53)计算载荷，许用抗拉强度，螺钉材料的屈服点（Mpa）螺钉螺纹内径（mm）, ,d 为螺钉公称直径，S为螺距。解得螺钉的直径选择d=10mm的圆柱头螺钉。螺纹内径螺钉强度的校核满足要求。第六章 机身的设计计算机身是直接支承和传动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降或俯仰运动，这些运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因而，其设计与臂部的设计经常一起考虑。机身可以是固定的，也可以是行走的

40、，既可以沿地面或架空轨道运动。6.1 机身的整体设计按照设计要求，机械手要实现手臂的回转运动，实现手臂的回转运动的机构设计在机身处。经过综合考虑，臂部的回转运动选用回转缸置于机身上的结构。如下图所示，臂部的回转通过安装在机身上回转油缸来实现，因为臂部的回转角度为，所以要将动片和静片的夹角设计为，由于臂部的重力过大会影响回转缸的工作，所以采用圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承即能承受径向力，也可以承受轴向力，通过图中可知，由回转轴传递的重力分配到圆锥滚子轴承上。同时在回转轴上安装了另一个圆锥滚子轴承，这个轴承的采用是为了阻止回转轴向上的运动。考虑到安装的问题，动片与回转轴的连接采用键连接，便于安装。 图

41、6-1臂部回转液压缸示意图6.2 机身回转机构的设计计算6.2.1、回转缸驱动力矩的计算驱动臂部回转的力矩应该与臂部运动时所产生的惯性力矩及各密封装置处的摩擦阻力矩相平衡。 (2-54) 1、惯性力矩的计算 (2-55) 式中 回转缸动片角速度变化量（），在起动过程中= ；t起动过程的时间(s);臂部回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量（）。回转部件（包括手部 工件 腕部 臂部）质量为145Kg.设置起动角度=210，则起动角速度=3.66，起动时间设计为0.3s。 (2-56) (2-57) 2、密封处的摩擦阻力矩可以粗略估算下=0.03，由于回油背差一般非常的小，故在这里忽略不计。经过

42、以上的计算=10766.3回转缸尺寸的初步确定 设计回转缸的静片和动片宽b=60mm，选择液压缸的工作压强为2Mpa。d为输出轴与动片连接处的直径，设d=50mm,则回转缸的内径通过下列计算：（mm） (2-58) 计算得D=98.36mm,既设计液压缸的内径为100mm,根据表4.2选择液压缸的基本外径尺寸135mm. 第七章 液压传动与控制系统设计7.1各液压控制回路的选取7.1.1、各液压缸的换向回路 因为机械手是用一位微机或可编程序顺控器进行控制的，以及从工况图可知压力和流量都不高，因此一般都选取电磁换向阀的换向回路。7.1.2、调速方案 整个液压系统一般只用单泵或双泵工作，根据工况图

43、可知，各液压缸所需的流量相差较大，各液压缸都用泵的全流量工作是无法满足设计的。尽管有的液压缸是单一速度工作，但也需要进行节流调速。各缸可选择进油路或回油路节流调速，由于一般机械手对速度稳定性要求不高，一般适宜选择节流阀。7.1.3、减速缓冲回路通用机械手要求可变行程，它是由微机控制可在形成中任意点定位，故应在液压系统中采用缓冲回路。7.1.4、系统安全可靠性臂部俯仰缸（或臂部升降缸）在系统失压情况下会自由下落，应在回路中增加平衡回路，方法可用单项顺序阀（或平衡阀）。臂部伸缩缸若有俯仰状态时亦应同样考虑。夹紧缸在夹持工件时，为防止失电等意外情况，应加锁紧保压回路。为防止夹紧缸压力过高，导致夹紧力

44、过大损坏工件，可用减压回路保证夹紧缸的压力一定。7.1.5、液压系统的合成与完善在上述主要液压回路选好后，再配上其他功能的辅助回路（如卸荷 测压回路等），就可以进行合并完善为完整的液压系统。7.2液压元件的计算和选择7.2.1、液压泵的工作压力泵的工作压力是所有液压缸中工作压力最大者与管道压力损失之和，即 (2-59) 式中为油缸或油马达的最大工作油压（Mpa）为管道和各类阀的全部油压损失（Mpa）,预估时，一般取7.2.2、液压泵的流量 泵的流量应根据系统各回路按设计要求在工作时实际所需的最大流量，并考虑系统的总泻油量来确定，则 （L/min） (2-60) 式中 K为泄露折算系数，一般取,

45、大流量时取最小值，小流量时取最大值。 为在系统中同时工作的各个并联油缸及油马达，以最大速度运动时所需的总流量（L/min）。7.2.3、选择液压泵的规格 参照设计手册或产品样本，选取其额定压力比高2560%，其流量与上述计算一致的液压泵。7.2.4、计算电机所需功率，选用电动机 按工况图找出所有刚N-t图中最高功率点的对应的（计算值）和泵的额定流量的乘积，然后除以泵的总效率 （kW） (2-61) 式中为液压泵的工作压力（Mpa） 为液压泵的工作流量（L/min） 为油泵总效率，一般齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。7.3液压控制阀的选择 根据液压系统原理图，审查图上各阀在各种工况下达到的最大工作压力和

46、最大流量，按液压控制阀的额定压力和额定流量大于系统最高工作压力和通过该阀的最大流量的原则选择。一般情况下，阀的实际压力和流量应与额定值接近，但必要时允许实际流量超过额定流量20%。7.4液压辅助元件的选择和计算7.4.1、过滤器 过滤器在液压系统中可以清除液压油中的污染物，保持油液清洁，确保系统元件工作可靠。过滤器根据泵的额定压力和最大流量以及过滤精度选取，选取的过滤器的流量应比泵的最大流量略大些。7.4.2、油管和管接头 油管和管接头应满足工作条件，按最大工作压力来选取，其通径与液压阀一直。7.4.3、油箱容积 （L） (2-62) 式中为液压泵的流量（L/min）7.5液压系统的计算参数7

47、.5.1、夹钳式手部单作用弹簧复位的夹紧缸 (2-63) 7.5.2、腕部回转油缸 (2-64) 7.5.3、臂部与腕部连接处的回转油缸 (2-65) 7.5.4、臂部伸缩油缸 (2-66) 7.5.5、臂部俯仰油缸 (2-67) 7.5.6、臂部回转油缸 (2-68) 7.6作各液压缸工况图7.6.1、夹钳式手部单作用弹簧复位的夹紧缸 (2-69) (2-70) (2-71) 图7-17.6.2、腕部回转油缸 (2-72) (2-73) (2-74)图7-27.6.3、臂部与腕部连接处的回转油缸 (2-75) (2-76) (2-77)图7-3臂部伸缩油缸 无杆腔进油时 (2-78) (2-

48、79)图7-4无杆腔进油时 (2-80) 图7-57.6.4、臂部俯仰油缸 (2-81) (2-82)图7-67.6.5、臂部回转油缸 (2-83) (2-84)图7-77.7计算和选择液压元件7.7.1、液压泵1、工作压力：P=P=5.76MPa，估算=0.5MPa所以 P5.76+0.5=6.26MPa 2、流量：=70.24L/min，取K=1.1所以QK70.24=77.264L/min，设容积效率为0.90，则排量为54ml/r。 3、规格：选用淮安清江液压机械有限公司的2CBN-E300系列双联齿轮泵，型号为2CBN-E330/324RLHR，n=1450r/min，Q=90L/min，P=1