自動(dòng)裝配生產(chǎn)線機(jī)械手畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要</b></p><p>　自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線機(jī)械手設(shè)計(jì)摘要:隨著社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，機(jī)械手在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。

2、它大大改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。本課題設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)裝配線中的機(jī)械手，能代替人完成裝配的﹑能自動(dòng)控制的﹑多功能的﹑多自由度的工業(yè)機(jī)器人。它的整個(gè)結(jié)構(gòu)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑驅(qū)動(dòng)部分﹑控制系統(tǒng)等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面該機(jī)械手由6個(gè)自由度組成：腕部回轉(zhuǎn)，小臂伸縮，小臂俯仰，腰部回轉(zhuǎn)，大臂升降，縱向移動(dòng)。采用液壓驅(qū)動(dòng)，并采用omron公司的plc產(chǎn)品進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞： 機(jī)械手 6自由度 自動(dòng)化 裝配<

3、/p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)外文摘要</b></p><p><b>　　目 次</b></p><p>　　1 緒論 …………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 概述 ………………………………………………………………………………1<

4、;/p><p>　　1.2 裝配線機(jī)械手的定義及組成 ……………………………………………………………1</p><p>　　1.3 裝配線機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用……………………………………………………2</p><p>　　1.4 裝配線機(jī)械手的發(fā)展方向…………………………………………………………3</p><p>　　1.5 本章小結(jié)……………

5、………………………………………………………………3</p><p>　　2 總體方案設(shè)計(jì)與論證 ………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)背景……………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 基本參數(shù)……………………………………………………………………………4</p>

6、<p>　　2.3 自由度的布置………………………………………………………………………4</p><p>　　2.4 運(yùn)動(dòng)范圍……………………………………………………………………………5</p><p>　　2.5 驅(qū)動(dòng)方式和傳動(dòng)方式的選擇………………………………………………………5</p><p>　　2.6 各個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)……………………………………

7、……………………………6</p><p>　　2.7 本章小結(jié)……………………………………………………………………………7</p><p>　　3 各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸確定及校核…………………………………………………7</p><p>　　3.1 手部設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………7</p><p>　　3.2

8、 腕部回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì)…………………………………………………………………7</p><p>　　3.3 小臂伸縮油缸設(shè)計(jì) ………………………………………………………………14</p><p>　　3.4 俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………19</p><p>　　3.5 大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………2

9、3</p><p>　　3.6 大臂升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………27</p><p>　　3.7 縱向移動(dòng)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………30</p><p>　　3.8 本章小結(jié) …………………………………………………………………………32</p><p>　　4 液壓控制系統(tǒng)的

10、設(shè)計(jì)………………………………………………………………32</p><p>　　4.1 換向回路的確定 …………………………………………………………………32</p><p>　　4.2 調(diào)速方案的確定 …………………………………………………………………33</p><p>　　4.3 減速緩沖回路的確定 ……………………………………………………………33</p

11、><p>　　4.4 系統(tǒng)的安全可靠性 ………………………………………………………………33</p><p>　　4.5 本章小結(jié) …………………………………………………………………………35</p><p>　　5 PLC控制系統(tǒng)…………………………………………………………………………35</p><p>　　5.1 PLC的構(gòu)成及工作原理……

12、………………………………………………………35</p><p>　　5.2 PLC產(chǎn)品選擇………………………………………………………………………37</p><p>　　5.3 PLC部分程序………………………………………………………………………42</p><p>　　結(jié)論 ……………………………………………………………………………………44</p>

13、<p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………45</p><p>　　致謝 ……………………………………………………………………………………46</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1．1 概述</b></p><

14、;p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，機(jī)械手在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。由于工作條件的原因，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命,為了解決這些問題機(jī)械手就誕生了。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。其中的工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：它能部分地代替人工操作；能按照

15、生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　1.2 裝配線機(jī)械手的定義及組成</p><p>　　裝配線機(jī)械手一般可以理解為：在工業(yè)生產(chǎn)的裝配生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的一種能代替人完成裝配的﹑能自動(dòng)控制的﹑多功能的﹑多自由度的工業(yè)機(jī)器人。它

16、的整個(gè)結(jié)構(gòu)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑驅(qū)動(dòng)部分﹑控制系統(tǒng)等組成。</p><p>　　1.2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是完成各種動(dòng)作部件的總稱，具體包括以下幾部分：</p><p>　　1、 手部：直接與工件接觸的部分，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手手部設(shè)計(jì)成快換式，可根據(jù)不同裝配要求更換不同手爪，來完成不同形狀工件的裝配任務(wù)。</p><p>　

17、　2、 腕部：是機(jī)械手中連接手部和臂部用來確定手部工作時(shí)位置并擴(kuò)大臂部動(dòng)作范圍的部件，用來調(diào)整被抓取物體的方位及姿態(tài)。</p><p>　　3、 臀部：是支撐被抓取工件、手部、腕部的重要部件，帶動(dòng)手部和腕部去抓取工件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定位置。</p><p>　　4、 腰部：即機(jī)身，是支撐機(jī)械手所以部件的部位，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其它裝置的部件，是整個(gè)機(jī)械手的基礎(chǔ)。</p>

18、<p>　　在裝配線機(jī)械手的整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中臂部和腕部是最基本的部件，它一般由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，一般有3～6個(gè)自由度，就能適合多場(chǎng)合的作業(yè)。</p><p>　　裝配線機(jī)械手所握持的裝配件在空間的位置是由臂部﹑腕部以至整機(jī)等各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的合成來確定的。它的運(yùn)動(dòng)范圍是指機(jī)械手在平面或空間的運(yùn)動(dòng)圖形及其大小。是機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)之一。機(jī)械手所具有的活動(dòng)度的數(shù)目及其組合

19、不同，則其工作空間也不同。其活動(dòng)度的變化量（即直線運(yùn)動(dòng)的距離和回轉(zhuǎn)角度的大小）即工作空間的大小。</p><p>　　1.2.2 驅(qū)動(dòng)部分</p><p>　　驅(qū)動(dòng)部分是為執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部件提供動(dòng)力的裝置，根據(jù)動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為氣動(dòng)﹑液動(dòng)﹑電動(dòng)﹑機(jī)械式四種形式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和各自優(yōu)缺點(diǎn)，本裝配線機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　1.

20、2.3 控制系統(tǒng)</p><p>　　控制系統(tǒng)是通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制使執(zhí)行部分按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并通過位置檢測(cè)的反饋來檢測(cè)裝配工作的位置精度，從而保證能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)裝配線機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的迅速﹑準(zhǔn)確。</p><p>　　1.3 裝配線機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　自從1985年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手到現(xiàn)在已經(jīng)歷了三十幾年發(fā)展，由于機(jī)械手技術(shù)

21、水平的不斷提高和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，裝配線機(jī)械手得到了完善，這使裝配線機(jī)械手的應(yīng)用越來越廣泛。</p><p>　　裝配線機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人類的活動(dòng)，它能代替人類在危險(xiǎn)環(huán)境（有毒﹑高溫﹑高壓﹑放射性） 中完成裝配工作，減少了人類從事裝配的危險(xiǎn)性，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。由于機(jī)械手具有很多普通機(jī)器人和人所不具有的特性，因而它的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)人類社會(huì)和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。</p><p>

22、;　　到目前為止，世界各國(guó)已研制出應(yīng)用于不同裝配線的機(jī)械手近百種。例如，轎車零件裝配線機(jī)械手﹑發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線機(jī)械手﹑電子產(chǎn)品裝配線機(jī)械手等。其中應(yīng)用最多的是應(yīng)用制造領(lǐng)域的裝配線機(jī)械手，包括飛機(jī)制造﹑汽車制造﹑電機(jī)制造﹑金屬加工﹑通用機(jī)械制造等制造領(lǐng)域。</p><p>　　1.4 裝配線機(jī)械手的發(fā)展方向</p><p>　　裝配線機(jī)械手技術(shù)是以機(jī)械﹑液壓和自動(dòng)控制等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)為基礎(chǔ)而融合

23、的一種系統(tǒng)技術(shù)，可以說是一門知識(shí)技術(shù)密集的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和這些學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步，裝配線機(jī)械手技術(shù)將不斷被完善，它的發(fā)展趨勢(shì)可概括如下幾方面：</p><p>　　1、 提高運(yùn)動(dòng)速度和精度，減輕重量和減少安裝占用空間，繼續(xù)推廣機(jī)械手標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，以降低制造成本和提高可靠性。</p><p>　　2、 改善裝配線機(jī)械手的工作性能，提高它工作的穩(wěn)定性和可靠性。</

24、p><p>　　3、 研究開發(fā)新型手部，例如開發(fā)新型微動(dòng)手部；開發(fā)類似人手指的手部等，以擴(kuò)大裝配線機(jī)械手的應(yīng)用范圍；</p><p>　　4、 大力開發(fā)裝配線機(jī)械手仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)作業(yè)任務(wù)，采取計(jì)算機(jī)語(yǔ)言以“離線編程”方式進(jìn)行；采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)校核機(jī)械手在完成某個(gè)操作過程的可行性。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b>&l

25、t;/p><p>　　本章主要是從整體上介紹裝配線機(jī)械手，包括裝配線機(jī)械手的定義、組成、應(yīng)用、以及未來的發(fā)展方向，明確本次設(shè)計(jì)的目的，為下面章節(jié)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論上的依據(jù)。</p><p>　　2 總體方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，裝配線機(jī)械手的設(shè)計(jì)思想主要是通過對(duì)以前及現(xiàn)有的最具有代表性的裝配線機(jī)械手進(jìn)行分析研究，吸收它們的優(yōu)點(diǎn)，將

26、各個(gè)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，將不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合變化，使之達(dá)到較理想的方案。從而達(dá)到較好的運(yùn)動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，進(jìn)而使之在市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。本次設(shè)計(jì)就是在分析、研究以往優(yōu)秀的裝配線機(jī)械手的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而成的。</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展和工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，自動(dòng)化程度也迅速提高，在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)工件的

27、搬運(yùn)﹑裝卸﹑轉(zhuǎn)向﹑裝配等動(dòng)作的自動(dòng)化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化，已經(jīng)越來越受到人們的重視。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的對(duì)象是六自由度裝配線機(jī)械手。由于裝配中的一些工件比較重，而且有些裝配件的位置較高，還有有些裝配是重復(fù)性的動(dòng)作，如果由工人手動(dòng)裝配，不僅增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且降低生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外工人長(zhǎng)期從事裝配工作會(huì)容易產(chǎn)生疲勞，增加了生產(chǎn)的危險(xiǎn)性。如果能用裝配線機(jī)械手代替人從事這種工作，那么將

28、把工人從繁重且危險(xiǎn)的裝配工作環(huán)境中解脫出來，會(huì)極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p><b>　　2.2 基本參數(shù) </b></p><p>　　1、 名稱：六自由度裝配線機(jī)械手</p><p>　　2、 主要用途：根據(jù)不同工作要求，更換不同手爪，完成不同形狀工件的裝配任務(wù)，此外還能完成一些工件的搬運(yùn)任務(wù)。</

29、p><p>　　3、 自由度數(shù)：6個(gè)</p><p>　　（1） 腕部回轉(zhuǎn) （2） 小臂伸縮 （3） 小臂俯仰</p><p>　?。?） 腰部回轉(zhuǎn) （5）大臂升降 （6）縱向移動(dòng)</p><p>　　4、 抓取重量：最大為5kg </p><p>　

30、　5、 動(dòng)作范圍及速度（見表2.1）</p><p>　　表2.1 各自由度的動(dòng)作范圍及速度</p><p>　　2.3 自由度的布置</p><p>　　根據(jù)工作范圍大小、工作的靈活度和整個(gè)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，確定各個(gè)自由度的布置形式見圖2.1：</p><p>　　圖2.1 自由度布置圖</p><p>　　2.4 運(yùn)動(dòng)

31、范圍(見圖2.2)</p><p>　　圖2.2 運(yùn)動(dòng)范圍俯視圖和主視圖</p><p>　　2.5 驅(qū)動(dòng)方式和傳動(dòng)方式的選擇</p><p>　　2.5.1 驅(qū)動(dòng)方式的選擇</p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)中，各自由度均采用液壓驅(qū)動(dòng)，之所以用液壓驅(qū)動(dòng)，是因?yàn)橐簤候?qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、 調(diào)速范圍較大

32、，而且還可以無級(jí)調(diào)速，易于適應(yīng)不同工作要求；</p><p>　　2、 液壓技術(shù)容易達(dá)到較高的單位面積壓力，即驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩大；</p><p>　　3、 由于液壓機(jī)構(gòu)一般重量比較輕，因而具有慣性小的特點(diǎn)，故而它的速度反應(yīng)性比較好；</p><p>　　4、 傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊力可以較平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)頻繁轉(zhuǎn)向；</p><p><b>

33、;　　5、 定位精度高；</b></p><p>　　正因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)有以上優(yōu)點(diǎn)，故本裝配線機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)，采用電磁換向閥控制。</p><p>　　2.5.2 傳動(dòng)方式的選擇</p><p>　　傳動(dòng)方式是將動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)力傳遞到實(shí)現(xiàn)自由度的運(yùn)動(dòng)的過程，在本設(shè)計(jì)中，就是將直線油缸的直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞出去。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)需要和運(yùn)動(dòng)方式，小臂伸

34、縮、小臂俯仰、大臂升降、縱向移動(dòng)采用直線油缸驅(qū)動(dòng)，腕部回轉(zhuǎn)、腰部回轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.6 各個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.6.1 腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　腕部位于手爪和小臂之間，它的作用是在小臂的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改變和調(diào)整手爪的空間姿態(tài)和方位，擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作空間和應(yīng)用范圍。在本設(shè)計(jì)中用回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)腕部的轉(zhuǎn)動(dòng)。&

35、lt;/p><p>　　2.6.2 小臂伸縮運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　小臂的主要作用是連接腕部和大臂承受抓取工件的彎矩，因此應(yīng)加強(qiáng)小臂的剛度和強(qiáng)度，所以采用單作用活塞缸驅(qū)動(dòng)，并采用雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向并加強(qiáng)剛度，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是受力均衡，可用于抓取重量較大，行程較長(zhǎng)的情況。</p><p>　　2.6.3 小臂俯仰運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　此

36、處采用鉸接單作用活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)小臂的俯仰，這種結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單、維修方便。</p><p>　　2.6.4 腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　此處采用單葉片式回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可獲得無級(jí)變速的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是回轉(zhuǎn)角度小于360°，且要求密封性良好。</p><p>　　2.6.5 大臂升降運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</p><

37、;p>　　此處設(shè)計(jì)采用單作用活塞缸來驅(qū)動(dòng)，并采用導(dǎo)向鍵導(dǎo)向，這樣的結(jié)構(gòu)能提高大臂的強(qiáng)度，并且裝卸維修方便。</p><p><b>　　縱向移動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　此處采用桿定式單作用活塞缸來驅(qū)動(dòng)，伸縮運(yùn)動(dòng)由油缸帶動(dòng)滑枕來實(shí)現(xiàn)的，活塞桿固定不動(dòng)，整個(gè)機(jī)械手采用燕尾槽導(dǎo)向，這種結(jié)構(gòu)的這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是剛度大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。</p>&l

38、t;p><b>　　2.7本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對(duì)機(jī)械手的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，明確了整體設(shè)計(jì)參數(shù)，確定了自由度的布置，并對(duì)各自由度的工作范圍及運(yùn)動(dòng)速度加以確定。通過這一章的介紹，為下一章各部分的具體設(shè)計(jì)計(jì)算打好了基礎(chǔ)。</p><p>　　3各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸確定及校核</p><p>　　在上一章里對(duì)裝配線機(jī)械手

39、整體進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，確定了各個(gè)自由度的位置和基本的工作范圍，并且確定了各個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)方式。本章將在上一章的基礎(chǔ)上對(duì)裝配線機(jī)械手的各部分進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，確定各部分尺寸大小，并對(duì)關(guān)鍵部分校核。</p><p><b>　　3.1手部設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1.1 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　手部是用來夾持工件的部位，具有模仿人手

40、動(dòng)作的功能。手部設(shè)計(jì)是應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：</p><p>　　1、 應(yīng)具有足夠夾緊力；</p><p>　　2、 加緊平穩(wěn)可靠； </p><p>　　3、 手指間應(yīng)具有一定的開閉角；</p><p>　　所以，本機(jī)械手采用夾持式V型手指，這種手指的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作靈活。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.1：</p><p>　

41、　根據(jù)受力分析得驅(qū)動(dòng)力P與夾緊力N的關(guān)系為：</p><p><b>　　P=××N</b></p><p>　　其中： b=50mm ,c=60mm ,=60°, =30°</p><p>　　3.1.2 夾緊力的計(jì)算</p><p>　　夾緊力是設(shè)計(jì)手部的重要依據(jù)，它必須克服

42、重力以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所產(chǎn)生的載荷，以使工件保持可靠的工作狀態(tài)。</p><p>　　加緊力N=k1×k2×k3×G</p><p>　　取安全系數(shù)k1=1.2</p><p>　　取動(dòng)載系數(shù)k2=1+a/g=1+20/9.8=3.04</p><p>　　式中： a為最大緩沖加速度，a=20m/,g為重力加速度g

43、=9.8m/</p><p>　　取方位系數(shù)k3=0.5sin/f=0.5×sin45°/0.1=3.54</p><p>　　式中： 為V形手指半角，f為摩擦系數(shù)</p><p>　　所以N=1.2×3.04×3.54×5×9.8=632.78N</p><p>　　所以驅(qū)動(dòng)力P=

44、××632.78=657.60N</p><p>　　考慮到手在工作過程中有慣性力、震動(dòng)以及傳動(dòng)效率的影響，其實(shí)驅(qū)動(dòng)力按下式計(jì)算：P(實(shí)際)=P/</p><p>　　式中： 為手部機(jī)械效率，一般取0.85～0.95，在這里取=0.85</p><p>　　所以P(實(shí)際)=657.60/0.85=773.65N</p><p&

45、gt;　　3.1.3 計(jì)算油缸內(nèi)徑</p><p>　　設(shè)密封出摩擦力為,它的精確值不容易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率進(jìn)行估算。</p><p>　　P（實(shí)際）+= P（實(shí)際）/</p><p>　　式中為液壓缸機(jī)械效率，一般取=0.90～0.97在這里取=0.95。</p><p>　　所以液壓缸內(nèi)徑D計(jì)算公式為：</p>&l

46、t;p><b>　　D=</b></p><p>　　式中：為液壓缸工作壓力，取=1Mpa</p><p>　　為液壓缸回油腔壓力，取=0.2Mpa</p><p>　　由于活塞桿主要承受壓力，所以d/D取0.3</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，可求得D=35.61mm，查活塞缸內(nèi)徑系列取40mm.</p>

47、;<p>　　所以d=0.3D=0.3×40=12mm</p><p>　　圖3.1 手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　3.1.4 液壓缸壁厚的確定</p><p>　　壁厚應(yīng)滿足要求≥，式中為實(shí)驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的1.25～1.5倍，[]為缸筒材料的許用應(yīng)力，其值為110Mpa.</p><p>　　所以==

48、0.27 mm,考慮到結(jié)構(gòu)性要求取=12 mm</p><p>　　3.1.5 活塞工作行程的確定</p><p>　　當(dāng)工件被夾緊時(shí)=30°，=60°，初始狀態(tài)是=45°，=75°，計(jì)算得活塞工作行程L為：L=50×(sin45°-sin30°)+60×(sin75°-sin60°)<

49、;/p><p><b>　　=23.89 mm</b></p><p>　　查液壓缸活塞行程參數(shù)系列取25 mm</p><p>　　3.1.6 重要部分的校核</p><p><b>　　1、 活塞桿的校核</b></p><p><b>　　強(qiáng)度校核：</b&

50、gt;</p><p>　　===6.84Mpa<< []=170Mpa</p><p><b>　　故強(qiáng)度滿足</b></p><p>　　又由于活塞桿長(zhǎng)度L=94<15×d=15×12=180故不需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。</p><p><b>　　2、缸筒壁厚的校核<

51、/b></p><p>　　在中低壓系統(tǒng)中，液壓缸的壁厚常有結(jié)構(gòu)工藝上的要求決定，一般不需校核</p><p>　　3、 連接螺栓強(qiáng)度校核</p><p>　　當(dāng)缸筒與缸蓋采用法蘭連接時(shí)，要校核連接螺栓的強(qiáng)度。校核按拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的合成應(yīng)力來進(jìn)行，即</p><p>　　= =≈0.47</p>

52、;<p><b>　　=≈1.3</b></p><p>　　式中： F為液壓缸負(fù)載</p><p>　　K為螺紋擰緊系數(shù)，K=1.12～1.5</p><p>　　為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取=0.12</p><p>　　d為螺紋直徑 </p><p>

53、;　　為螺紋內(nèi)徑 </p><p><b>　　Z為螺栓個(gè)數(shù)</b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算</b></p><p>　　=0.031Mpa << [] = ==150Mpa</p><p><b>　　故螺栓滿足強(qiáng)度要求</b><

54、;/p><p>　　活塞桿與推動(dòng)連桿處銷的剪切強(qiáng)度校核</p><p>　　===27.4Mpa < []許=80Mpa</p><p>　　故該銷能夠滿足強(qiáng)度要求</p><p>　　3.2 腕部回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　腕部回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力

55、矩可按下式計(jì)算: </p><p>　　M=K×(M摩+M偏+M慣)</p><p>　　其中： K為密封處摩擦損失系數(shù)，一般取K=1.1～1.2，這里取K=1.2</p><p>　　M摩為轉(zhuǎn)動(dòng)支承處摩擦力矩 ，單位為Nm</p><p>　　M偏為轉(zhuǎn)動(dòng)部件重心對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的偏心力矩, 單位為Nm </p><

56、;p>　　M慣為轉(zhuǎn)動(dòng)部件啟動(dòng)慣性力矩, 單位為Nm</p><p>　　1、轉(zhuǎn)動(dòng)部件啟動(dòng)慣性力矩的計(jì)算</p><p>　　為了計(jì)算方便此處將手爪、手爪驅(qū)動(dòng)油缸和回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，其直徑為d=80 mm, 高度為L(zhǎng)=500 mm，則其質(zhì)量</p><p>　　=×l×=×0.5×7800=19.59 kg&

57、lt;/p><p>　　假設(shè)啟動(dòng)加速時(shí)間為t啟=0.01s，穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度=50°/s</p><p>　　M慣=（J+）=×[+M(+3)]×</p><p>　　式中： J為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　為工件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　R 為等效圓

58、柱體的半徑</p><p><b>　　M 為工件的質(zhì)量</b></p><p><b>　　l 為工件的長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　r為工件的半徑</b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算</b></p><p&

59、gt;　　M慣=0.0175×[0.5×19.59×＋×5×(+3×)]×</p><p><b>　　=2.93 Nm</b></p><p>　　2、轉(zhuǎn)動(dòng)部件支承處摩擦力矩的計(jì)算</p><p>　　由于支承處為滾動(dòng)軸承，摩擦阻力矩很小，可忽略不計(jì)，故M摩=0</p

60、><p>　　3、轉(zhuǎn)動(dòng)部件偏心力矩的計(jì)算</p><p>　　偏心件重量估算約為0.15kg,偏心矩 e=55 mm,所以</p><p>　　M偏=0.15×0.055=0.00825 Nm</p><p>　　經(jīng)以上計(jì)算可得 M=1.2×(2.93+0+0.00825)=3.53 Nm</p><p&g

61、t;　　3.2.2 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑按如下公式計(jì)算</p><p><b>　　D=</b></p><p>　　式中： M 為驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　　b 為回轉(zhuǎn)油缸動(dòng)片的寬度，這里取20mm</p><p>　　d 為轉(zhuǎn)軸與動(dòng)片連接處直徑, 這里為85

62、mm</p><p>　　p 為回轉(zhuǎn)油缸工作壓力，這里取0.1Mpa</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得 D=146mm</p><p>　　3.2.3 重要部分的校核</p><p>　　1、 轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核</p><p>　　軸的抗扭截面模量為 =-</p><p>　　式中: d

63、為軸的直徑</p><p><b>　　b為鍵槽寬度</b></p><p><b>　　t為鍵槽深度</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，=39441</p><p>　　所以截面上扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力=3.53/39441=0.09Mpa << []=135Mpa</p>

64、<p>　　故該軸滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求</p><p>　　2、 選鍵并校核強(qiáng)度</p><p>　　轉(zhuǎn)軸直徑為60mm,查表選鍵為b×h=18×11，鍵長(zhǎng)度為40mm</p><p>　　鍵校核公式為：===0.16Mpa << [] =80Mpa </p><p><b>　　故該鍵滿足

65、強(qiáng)度要求</b></p><p><b>　　3、 軸承校核</b></p><p>　　由于此處軸承轉(zhuǎn)速不高，且不是頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不需對(duì)軸承進(jìn)行校核。</p><p>　　4、 快速置換式手部連接處校核</p><p>　　剪切面的面積 S=DL=×0.024×0.01=7.54

66、5;</p><p>　　則====0.026Mpa << []=80Mpa</p><p>　　所以此處滿足強(qiáng)度要求</p><p>　　5、 端蓋螺釘?shù)男：?lt;/p><p>　　因?yàn)槊總€(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為工作載荷Q和預(yù)緊力之和：</p><p><b>　　式中： </b>

67、;</p><p>　　P—驅(qū)動(dòng)力，大小為0.1Mpa</p><p>　　Z—螺釘數(shù)目，Z=6；</p><p>　　其中： 為預(yù)緊力， ，K=1.5～1.8，這里取K=1.6</p><p><b>　　又 3480</b></p><p><b>　　=182.12N</b&

68、gt;</p><p>　　而螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：=4.44Mpa << []=150Mpa</p><p>　　所以螺釘強(qiáng)度符合條件</p><p>　　3.3 小臂伸縮油缸設(shè)計(jì)</p><p>　　小臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，它的主要作用是支承手部和腕部，也包括工件，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)。小臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為單作用油缸，并采用無

69、縫鋼管導(dǎo)向，用鋼板作支撐板，這樣的結(jié)構(gòu)大大地提高了臂部的支撐剛度，也減輕了臂部的自重，而且空心的導(dǎo)向管還可以布置油路，這種結(jié)構(gòu)使臂部的整體結(jié)構(gòu)變得更簡(jiǎn)單緊湊。</p><p>　　3.3.1 小臂設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　A. 臂部應(yīng)支撐能力大，剛度好，重量輕</p><p>　　B. 臂部運(yùn)動(dòng)速度要穩(wěn)定，慣性要小</p><p>

70、　　C. 手臂動(dòng)作應(yīng)靈活</p><p>　　D. 位置精度要求高</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</p><p>　　臂部伸縮運(yùn)動(dòng)需要克服摩擦力和慣性力，其驅(qū)動(dòng)力按下式計(jì)算：</p><p><b>　　=++</b></p><p>　　其中： 為導(dǎo)軌支承間的摩擦阻力</p&

71、gt;<p>　　為密封圈處的摩擦阻力</p><p>　　為啟動(dòng)過程的慣性力矩</p><p><b>　　的計(jì)算</b></p><p>　　由于兩個(gè)導(dǎo)向桿是對(duì)稱的配置，所以兩向?qū)U受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。導(dǎo)桿受力示意圖如圖3.2</p><p>　　將腕部回轉(zhuǎn)油缸等效為一個(gè)內(nèi)徑為80mm，外徑為

72、200mm，高度為250mm的圓筒，則其質(zhì)量=×()×0.25×7800=51.43㎏</p><p>　　導(dǎo)向桿的質(zhì)量為=2××()×0.534×7800=2.38㎏</p><p>　　活塞桿及其它附件估算約為=2㎏</p><p>　　由前面計(jì)算知，手爪夾緊油缸和腕部轉(zhuǎn)動(dòng)件等效質(zhì)量為=19.

73、59㎏</p><p><b>　　工件的質(zhì)量=5㎏</b></p><p>　　所以參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量為</p><p><b>　　=(++++)×g</b></p><p>　　=(51.43+2.38+2+19.59+5)×9.8=787.92N</p>

74、<p>　　圖3.2 導(dǎo)向桿受力示意圖</p><p><b>　　計(jì)算得，</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　其中： 為參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量</p>

75、<p>　　L 為重心到導(dǎo)向支撐前端距離</p><p>　　a 為導(dǎo)向桿的長(zhǎng)度,a=10mm</p><p>　　為當(dāng)量摩擦系數(shù)，，這里取</p><p><b>　　取，則0.14</b></p><p>　　重心到導(dǎo)向支撐前端距離L的計(jì)算公式如下</p><p><b>

76、　　l=</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，l=540mm,則L=132mm</p><p>　　所以P摩=0.14×787.92=304.45N</p><p><b>　　2、 的計(jì)算</b></p><p>　　與所采用的密封的形狀有關(guān)，這里選用“O”型密封圈，</p>

77、<p>　　則 ≈3×0.03×=0.09</p><p><b>　　3、 的計(jì)算</b></p><p>　　為啟動(dòng)過程的慣性力矩 ，其計(jì)算公式為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中： 為參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量 g 為重力

78、加速度</p><p>　　為由靜止加到等速變化量取 為啟動(dòng)時(shí)間, 一般取0.01～0.5s, 取t=0.1s</p><p>　　計(jì)算得 P慣=80.4×=40.2N</p><p>　　所以=++=304.45+0.09+40.2</p><p>　　算得=378.74N</p><p&g

79、t;　　3.3.3 油缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　由以前計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D計(jì)算公式為：</p><p><b>　　D=</b></p><p>　　式中： 為液壓缸工作壓力，取=1Mpa</p><p>　　為液壓缸回油腔壓力，取=0.2Mpa</p><p>　　為液壓缸機(jī)械效率， 這里

80、取=0.95。</p><p>　　活塞桿既承受壓力又承受拉力，所以d/D取0.5</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，可求得D=41.83mm，查活塞缸內(nèi)徑系列取50mm.</p><p>　　所以d=0.5D=0.5×50=25mm</p><p>　　因?yàn)楣ぷ鲏毫^小，缸壁選用鑄鐵，壁厚取t=10mm</p><

81、p>　　3.3.4 重要部分的校核</p><p><b>　　1、 活塞桿的校核</b></p><p>　　(1) 按強(qiáng)度條件校核 </p><p>　　===1.15Mpa << []許=170Mpa</p><p><b>　　所以強(qiáng)度條件滿足</b></p>

82、<p>　　(2) 按剛度條件校核</p><p>　　由于桿長(zhǎng)L=442mm ,桿直徑d=25mm，而L>15d,所以要進(jìn)行穩(wěn)定性校核，取安全系數(shù)為6</p><p>　　截面最小慣性半徑為 i===6.25mm</p><p>　　故壓桿柔度：===49.50<=60</p><p>　　柔度<的壓桿稱為短桿

83、會(huì)活小柔度桿，短桿的破壞可以認(rèn)為是由于強(qiáng)度不足引起的。對(duì)于塑性材料制成的短桿，若在形式上仍當(dāng)穩(wěn)定性問題來處理，則應(yīng)用屈服極限作為這類短桿的臨界應(yīng)力，即==306Mpa,則實(shí)際安全系數(shù)： n====265>6</p><p>　　故活塞桿的剛度滿足要求</p><p><b>　　導(dǎo)向桿的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　如果導(dǎo)向桿完全

84、伸出時(shí)強(qiáng)度足夠，那么導(dǎo)向桿就能滿足強(qiáng)度要求，此時(shí)受力如下圖3.3,此時(shí)重心L=132+400+300=832mm, 支承長(zhǎng)度a=80mm</p><p>　　圖3.3 導(dǎo)向桿受力簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　列受力方程得</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，=4097.18N =4491.14N</p>

85、<p>　　導(dǎo)向桿受力彎矩圖如圖3.4所示：</p><p>　　所以危險(xiǎn)截面在B處，其最大值=614.58Nm</p><p><b>　　由強(qiáng)度校核條件，得</b></p><p><b>　　==</b></p><p>　　式中： =d/D=0.3</p><

86、;p><b>　　d為導(dǎo)向桿的內(nèi)徑</b></p><p><b>　　D為導(dǎo)向桿的外徑</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=98Mpa << 許=170Mpa</p><p>　　所以導(dǎo)向桿的強(qiáng)度是足夠的</p><p>　　圖3.4 導(dǎo)向桿受力彎矩圖</p>

87、<p>　　3.4 俯仰缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　俯仰缸的主要作用就是使機(jī)械手能夠上仰下俯，擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍。</p><p>　　3.4.1 驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p><b>　　=++</b></p><p>　　式中： 為摩擦阻力矩</p><p><b

88、>　　為偏心力矩</b></p><p>　　為啟動(dòng)過程的慣性力矩</p><p><b>　　1、 的計(jì)算</b></p><p>　　由于小臂和大臂連接處有滾動(dòng)軸承，摩擦力矩較小，故M摩較小，可忽略不計(jì)，所以M摩=0</p><p><b>　　的計(jì)算</b></p>

89、;<p>　　其計(jì)算公式為 =</p><p>　　式中： 為俯仰缸驅(qū)動(dòng)所有總重量</p><p>　　為等效重心到回轉(zhuǎn)中心距離</p><p>　　計(jì)算支撐板的重量：G支=0.296×0.542×0.01×7800×9.8=122.60N</p><p>　　

90、活塞缸、導(dǎo)向套及支撐板上的固定裝置和附件的重量估計(jì)約為</p><p>　　G附≈10×9.8=98</p><p>　　所以G=787.92+122.60+98=1008.52N</p><p>　　當(dāng)計(jì)算時(shí)，應(yīng)在活塞桿完全伸出的情況下計(jì)算，此時(shí)參與伸縮運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心距俯仰缸回轉(zhuǎn)中心的距離為832mm，則等效重心距回轉(zhuǎn)中心距離</p&g

91、t;<p><b>　　==693.76㎜</b></p><p>　　所以 =1008.52×0.69376=698.91Nm</p><p><b>　　3、 的計(jì)算</b></p><p>　　(1) 工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　=+× =7.94㎏

92、㎡</p><p>　　(2) 手部夾緊液壓缸等效體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　==18.10㎏㎡</b></p><p>　　(3) 腕部回轉(zhuǎn)油缸等效圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　==46.81㎏㎡</b></p><p>　　(4) 導(dǎo)向桿和

93、活塞桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　==1.84㎏㎡</b></p><p>　　(5) 支承板、導(dǎo)向套、活塞缸及固定裝置的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　=+=9.86㎏㎡</b></p><p>　　由于等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度=30°/s,啟動(dòng)時(shí)間=0.1s</p&

94、gt;<p>　　所以=J=0.0175×(7.94+18.10+46.81+1.84+9.86)×=443.89Nm</p><p><b>　　由以上計(jì)算可得，</b></p><p>　　=++=443.89+0+698.91=1142.79Nm</p><p>　　3.4.2 油缸驅(qū)動(dòng)力P的計(jì)算<

95、/p><p>　　當(dāng)油缸俯仰角為時(shí)，驅(qū)動(dòng)油缸軸線與垂直方向夾角為，其受力簡(jiǎn)圖如圖3.5 </p><p>　　由幾何關(guān)系和受力分析得</p><p>　　P×sin(90°-)×L= </p><p>　　當(dāng)俯仰缸驅(qū)動(dòng)小臂使=45°時(shí)，≈15°</p><p>　　又 L

96、=200 mm, =1142.79Nm</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，P=6722.29N</p><p>　　圖3.5 俯仰缸受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　3.4.3 油缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　由以前計(jì)算液壓缸內(nèi)徑D計(jì)算公式為：</p><p><b>　　D=</b></

97、p><p>　　式中： 為液壓缸工作壓力，取p1=4Mpa</p><p>　　為液壓缸回油腔壓力，取p2=0.2Mpa</p><p>　　為液壓缸機(jī)械效率， 這里取=0.95。</p><p>　　活塞桿既承受壓力又承受拉力，所以d/D取0.5</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，可求得D=48.39mm，查活塞缸內(nèi)徑系列

98、取50mm.</p><p>　　所以d=0.5D=0.5×50=25mm</p><p>　　因?yàn)楣ぷ鲏毫^小，缸壁選用鑄鐵，壁厚取t=10mm</p><p>　　3.4.4 重要部分的校核</p><p>　　1、 活塞桿的強(qiáng)度校核</p><p>　　===13.70Mpa << []許=

99、170Mpa</p><p>　　所以活塞桿的強(qiáng)度是足夠的.</p><p><b>　　活塞桿的穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　由于活塞桿的長(zhǎng)度L=135 mm<15d=15×25=375 mm</p><p>　　所以不需要對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核</p><p>　　4

100、、 端蓋螺釘?shù)膹?qiáng)度校核</p><p>　　當(dāng)缸筒與缸蓋采用法蘭連接時(shí)，要校核連接螺栓的強(qiáng)度。校核按拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的合成應(yīng)力來進(jìn)行，即</p><p>　　= =≈0.47</p><p><b>　　=≈1.3</b></p><p>　　式中： P為液壓缸負(fù)載</p>

101、<p>　　K為螺紋擰緊系數(shù)，K=1.12～1.5</p><p>　　為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取=0.12</p><p>　　d為螺紋直徑 </p><p>　　為螺紋內(nèi)徑 </p><p><b>　　Z為螺栓個(gè)數(shù)</b></p><p>&

102、lt;b>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得</b></p><p>　　=65.23Mpa<[] =150Mpa</p><p><b>　　故螺釘滿足強(qiáng)度要求</b></p><p>　　3.5 大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.5.1 驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>　　

103、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)過程不是等加速運(yùn)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)力要比理論上平均值大一些。計(jì)算時(shí)一般取1.3倍，驅(qū)動(dòng)力矩按下式計(jì)算：</p><p><b>　　=1.3（+ ）</b></p><p>　　式中： 為摩擦力矩（主要為密封處的摩擦力矩）</p><p><b>　　為啟動(dòng)時(shí)慣性力矩</b></p><

104、p>　　為回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背壓力矩</p><p><b>　　1、 的計(jì)算</b></p><p>　　為啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算=</p><p>　　式中： J為臂部對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　為臂部回轉(zhuǎn)角速度,這里取=20°/s</p><p>　　為

105、啟動(dòng)所需時(shí)間，這里取=0.1s</p><p>　　(1) 工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　=+× =7.96㎏㎡</p><p>　　(2) 手部加緊液壓缸等效體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　==18.10㎏㎡</b></p><p>　　(3) 腕部回轉(zhuǎn)油缸等效圓筒

106、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　==46.81㎏㎡</b></p><p>　　(4) 導(dǎo)向桿和活塞桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　==1.84㎏㎡</b></p><p>　　(5) 支承板、導(dǎo)向套、活塞缸及固定裝置的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>&l

107、t;b>　　=+=6.34㎏㎡</b></p><p><b>　　所以啟動(dòng)時(shí)慣性力矩</b></p><p><b>　　==（++++）</b></p><p>　　=0.0175（7.96+18.10+46.81+1.84+6.34）×</p><p><b&

108、gt;　　=283.32Nm</b></p><p><b>　　2、 的計(jì)算</b></p><p>　　摩擦力矩在這里主要為密封處的摩擦力矩，取≈0.1</p><p><b>　　3、 的計(jì)算</b></p><p><b>　　==</b></p>

109、;<p>　　式中： D為油缸內(nèi)徑，即動(dòng)片外徑，可按=1.5～2.5之間選取，這里取=2 d為輸出軸與動(dòng)片聯(lián)結(jié)處直徑，d=0.5D=90mm</p><p>　　為回油腔壓力，一般取=0.2P=0.2×1.5=0.3Mpa</p><p><b>　　b為動(dòng)片的寬度</b></p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=18.23

110、Nm</p><p>　　所以大臂回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩 </p><p>　　=1.3×（283.32+0.1+18.23）</p><p>　　計(jì)算得 =450.59Nm</p><p>　　3.5.2 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算公式為</p><p>&l

111、t;b>　　=</b></p><p>　　所以動(dòng)片寬度 b=</p><p>　　式中： 為驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　　P為工作壓力，P=2Mpa</p><p><b>　　b為動(dòng)片寬度</b></p><p>　　D為油缸內(nèi)徑，即動(dòng)片頂端的

112、直徑</p><p>　　d為輸出軸與動(dòng)片聯(lián)結(jié)處直徑</p><p>　　算得動(dòng)片寬度b=49..45mm，取b=50mm</p><p>　　3.5.3 重要部分的校核</p><p>　　1、 定片的連接螺釘校核</p><p>　　定片與軸之間用螺釘固定，連接螺釘一般為偶數(shù)對(duì)稱的安裝，其作用是使定片與軸配合緊密不

113、留間隙。當(dāng)油腔通入壓力油時(shí)定片受油壓作用，產(chǎn)生一個(gè)合成液壓力矩。克服輸出軸上所受的外載荷力矩的反作用。在定片上由于螺釘?shù)倪B接作用，使被連接表面不能產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。因此必須擰緊螺釘以便使其能夠傳遞力矩。</p><p>　　定片受力情況如圖3.6所示，由受力平衡條件有</p><p>　　即 Q=</p><p>　　式中：

114、 Q為每個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力</p><p>　　b為定片的寬度, b=50mm</p><p>　　P為回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力,P=3Mpa</p><p>　　D為定片的外徑,D=180mm</p><p>　　d為定片與軸配合處的直徑，d=90 mm</p><p>　　Z為螺釘數(shù)目，這里取Z=4</p>&

115、lt;p>　　f為連接件間的摩擦系數(shù)，鋼與鋼間的摩擦系數(shù)f=0.15</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得</b></p><p>　　Q=8437.50N</p><p><b>　　螺釘強(qiáng)度校核</b></p><p>　　由于連接處為M10螺釘，所以d=10</p>

116、<p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=139.73Mpa < []許=150Mpa</p><p>　　所以此處連接螺釘滿足強(qiáng)度要求</p><p><b>　　2、 鍵的校核</b></p><p>　　由于轉(zhuǎn)軸直徑為70mm，選b×h=20×12的鍵，鍵長(zhǎng)l=40mm</p><p><

117、;b>　　鍵校核公式為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中： M為驅(qū)動(dòng)力矩</p><p><b>　　d為轉(zhuǎn)軸直徑</b></p><p><b>　　b為鍵的寬度</b></p><p>　

118、　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，=16.09Mpa < []許=60Mpa</p><p>　　所以選擇的鍵滿足強(qiáng)度要求</p><p>　　圖3.6 定片受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　3.6 大臂升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.6.1 大臂設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題</p><p>　　1、 要有足夠的剛度和穩(wěn)定性。<

119、/p><p>　　2、 運(yùn)動(dòng)要靈活，一般要有導(dǎo)向長(zhǎng)度，且導(dǎo)向長(zhǎng)度不宜過短，以免產(chǎn)生卡死現(xiàn)象。</p><p>　　3、 結(jié)構(gòu)布置要合理，便于裝修</p><p>　　3.6.2 手臂升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)油缸驅(qū)動(dòng)時(shí)需要克服的運(yùn)動(dòng)部件的總重量、摩擦力和啟動(dòng)慣性力等幾個(gè)方面的阻力，所以油缸的驅(qū)動(dòng)力為</p>&l

120、t;p><b>　　=</b></p><p>　　式中 為各支承處和密封處摩擦力</p><p><b>　　為啟動(dòng)時(shí)的慣性力</b></p><p>　　W為運(yùn)動(dòng)部件（包括手部、腕部和工件）的總重量</p><p><b>　　1、 W的計(jì)算</b></p&g

121、t;<p>　　將腰部回轉(zhuǎn)缸、回轉(zhuǎn)軸，及其附件等效為一個(gè)直徑為200mm，長(zhǎng)度為300mm的圓柱體，其質(zhì)量===165.32㎏</p><p>　　所以W=（80.4+22.51+165.32）×9.8=268.23×9.8=2628.66N</p><p><b>　　2、 的計(jì)算</b></p><p>　

122、　為啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，活塞受的慣性力，其計(jì)算公式為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 W為參與運(yùn)動(dòng)的零部件總重量</p><p><b>　　g為重力加速度</b></p><p>　　為由靜止加速到常速的變化量，=30mm/s</p><p>

123、　　為啟動(dòng)時(shí)間, =0.1s</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=80.47N</p><p><b>　　3、的計(jì)算</b></p><p>　　為摩擦力，這里主要為密封處摩擦力，≈0.03</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)得，=2628.66+80.47+0.03</p><p>　　計(jì)算得=27

124、92.92N</p><p>　　3.6.3 驅(qū)動(dòng)油缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><p>　　驅(qū)動(dòng)油缸內(nèi)徑的計(jì)算公式為</p><p><b>　　D=</b></p><p><b>　　式中 為驅(qū)動(dòng)力</b></p><p>　　為工作壓力，=1Mpa</p>&

125、lt;p><b>　　D為油缸外徑</b></p><p>　　d為液壓缸內(nèi)徑，d=48mm</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得，D=76.56mm,但從結(jié)構(gòu)上考慮，取D=154mm</p><p>　　3.6.4 重要部分的校核</p><p>　　1、端蓋螺釘?shù)膹?qiáng)度校核</p><p>

126、　　當(dāng)缸筒與缸蓋采用法蘭連接時(shí)，校核連接螺栓強(qiáng)度時(shí)按拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的合成應(yīng)力來進(jìn)行， </p><p>　　即 = =≈0.47</p><p><b>　　=≈1.3</b></p><p>　　式中： P為液壓缸負(fù)載</p><p>　　K為螺紋擰緊系數(shù)，K=

127、1.12～1.5</p><p>　　為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取=0.12</p><p>　　d為螺紋直徑 </p><p>　　為螺紋內(nèi)徑 </p><p>　　Z為螺栓個(gè)數(shù)，Z=6</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得</b></p>

128、<p>　　=5.77Mpa < []許=150Mpa</p><p><b>　　故螺釘滿足強(qiáng)度要求</b></p><p>　　2、 花鍵連接強(qiáng)度校核</p><p>　　在靜連接中花鍵的主要實(shí)效形式是工作面被壓潰，因此應(yīng)按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，其校核公式為</p><p><b&g

129、t;　　=</b></p><p>　　式中 為載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，一般取=0.7～0.8,這里取=0.75；</p><p>　　z為花鍵的齒數(shù),z=8；</p><p>　　l為齒的工作長(zhǎng)度,l=230mm；</p><p>　　h為花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵h=，此處D為外花鍵大徑，d為內(nèi)花鍵小徑，C為倒角尺

130、寸,h=1.4mm；</p><p>　　為花鍵的平均直徑，矩形花鍵=,=44mm;</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得=10.60Mpa < []=100Mpa</p><p>　　所以花鍵滿足強(qiáng)度要求</p><p>　　3.7 縱向移動(dòng)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.7.1 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p

131、><p>　　縱向移動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)油缸必須克服摩擦力、啟動(dòng)的慣性力，所以驅(qū)動(dòng)力=+</p><p>　　式中 為導(dǎo)軌間的摩擦力</p><p>　　為油缸密封圈引起的摩擦力</p><p>　　為啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)慣性力</p><p><b>　　1、 的計(jì)算</b></p><p>