電纜掛鉤機械手課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　任務書 …………………………………………………………………………………………2</p><p>　　一目的和要求……………………………………………………………………………2</p><p>　　二 主要內(nèi)容………………………………………………………………………………2</p&

2、gt;<p>　　三 進度計劃………………………………………………………………………………3</p><p>　　四 課程設(shè)計成果要求……………………………………………………………………3</p><p>　　五 考核方式………………………………………………………………………………3</p><p>　　一、 機械手總體設(shè)計 …………………………………

3、………………………………………4</p><p>　　二、手部的設(shè)計計算……………………………………………………………………………6</p><p>　　三、手腕部分的設(shè)計……………………………………………………………………………9</p><p>　　四、手臂液壓缸設(shè)計及校核…………………………………………………………………19</p><p&

4、gt;　　五、機身液壓缸設(shè)計…………………………………………………………………………23</p><p>　　六、電纜掛鉤機械手的整體裝配及其二維工程圖的生成……………………………26 七、液壓控制原理圖及PLC控制原理圖………………………………………………28八、心得體會……………………………………………………………………………………30</p><p>　　九、參考文獻……………………

5、………………………………………………………………30</p><p><b>　　任 務 書</b></p><p><b>　　一、目的與要求</b></p><p>　　《專業(yè)課程設(shè)計》是機械設(shè)計及自動化專業(yè)方向?qū)W生的重要實踐性教育環(huán)節(jié)，也是該專業(yè)學生畢業(yè)設(shè)計前的最后一次課程設(shè)計。擬通過《專業(yè)課程設(shè)計》這一教學環(huán)節(jié)來著

6、重提高學生的機構(gòu)分析與綜合的能力、機械結(jié)構(gòu)功能設(shè)計能力、機械系統(tǒng)設(shè)計的能力和綜合運用現(xiàn)代設(shè)計方法的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新與實踐能力。在《專業(yè)課程設(shè)計》中，應始終注重學生能力的培養(yǎng)與提高?！秾I(yè)課程設(shè)計》的題目為工業(yè)機械手設(shè)計，要求學生在教師的指導下，獨立完成整個設(shè)計過程。學生通過《專業(yè)課程設(shè)計》，應該在下述幾個方面得到鍛煉：</p><p>　　綜合運用已學過的“機械設(shè)計學”、“液壓傳動”、“機械系統(tǒng)設(shè)計”、“計算

7、機輔助設(shè)計”等課程和其他已學過的有關(guān)先修課程的理論和實際知識，解決某一個具體設(shè)計問題，是所學知識得到進一步鞏固、深化和發(fā)展。</p><p>　　通過比較完整地設(shè)計某一機電產(chǎn)品，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和分析問題、解決問題的能力，掌握機電產(chǎn)品設(shè)計的一般方法和步驟。</p><p>　　培養(yǎng)機械設(shè)計工作者必備的基本技能，及熟練地應用有關(guān)參考資料，如設(shè)計圖表、手冊、圖冊、標準和規(guī)范等。</p&

8、gt;<p>　　進一步培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。</p><p><b>　　二、主要內(nèi)容</b></p><p>　　電纜掛鉤安裝機械手設(shè)計。本機械手是為安裝架空電纜掛鉤服務的。設(shè)計安裝電纜掛鉤的機械手，實現(xiàn)圖1所示的工藝動作。人在地面上操作。小車的行走（不一定在地面上），可采用手動。（參看圖1）</p><p>

9、;<b>　　圖1</b></p><p>　　該電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)見表1.掛鉤在電纜上的卡掛間距應為50cm，允許偏差不大于±3cm。電纜的桿距為35-45m，電纜到地面的距離為3-5.5m。水泥桿長為6-10m，6m桿的埋深為1.4-1m，10m桿的埋深為1.4-2.0m。</p><p>　　表1 電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)</p><p&

10、gt;　　表2電纜掛鉤安裝機械手主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　?。?）根據(jù)以上相關(guān)設(shè)計參數(shù)及要求，完成電纜掛鉤安裝機械手方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　?。?）撰寫專業(yè)課程設(shè)計報告一份，不少于10000字。</p><p><b>　　三、進度計劃</b></p><p>　　四、課程設(shè)計成果要求

11、</p><p>　　1．機械手總裝圖1張（0號圖紙）、部件圖若干張（0號圖紙）；</p><p>　　2．全部非標零件圖（圖紙類型是零件類型及復雜程度而定）；</p><p>　　3．液壓原理圖和電器控制原理圖各一張；</p><p>　　4．撰寫專業(yè)課程設(shè)計報告一份，不少于10000字。</p><p><b

12、>　　五、考核方式</b></p><p>　　專業(yè)課程設(shè)計的成績評定采用五級評分制，即優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。成績的評定主要考慮學生的獨立工作能力、設(shè)計質(zhì)量、答辯情況和平時表現(xiàn)等幾個方面，特別要注意學生獨立進行工程技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新精神，全面衡量學生的真實質(zhì)量。</p><p><b>　　學生姓名：</b></p><

13、;p>　　指導教師：楊曉紅、楊化動、花廣如 </p><p>　　2013年1月13日 </p><p><b>　　報告正文</b></p><p>　　一、 機械手總體設(shè)計</p><p><b>　　1、序言</b></p><p>　　工業(yè)機械手是一種模

14、仿人手部分動作，按照預先設(shè)定的程序，軌跡或其他要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操作工具的一種新型自動化裝置。它在二十世紀五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動上下料機構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機械裝置，開始主要用來實現(xiàn)自動上下料和搬運工件，完成單機自動化和生產(chǎn)線自動化，隨著應用范圍的不段擴大，現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械

15、手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。實踐證明它可以代替代替人類完成危險、重復枯燥的繁重勞動，減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率。</p><p>　　電纜掛鉤安裝機械手設(shè)計。本機械手是為安裝架空電纜掛鉤服務的。設(shè)計安裝電纜掛鉤的機械手，實現(xiàn)圖1所示的工藝動作。人在地面上操作。小車的行走（不一定在地面上），可采用手動</p><p>　　2、主要技術(shù)參數(shù)

16、（見表1，2）</p><p>　　表1 電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)</p><p>　　表2電纜掛鉤安裝機械手主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3、 電纜掛鉤安裝機械手的動作過程</p><p>　　機械手工作流程：啟動—手臂伸出—夾緊—腰部上升—手腕旋轉(zhuǎn)90—手臂收回—腰部上升—手臂伸出—手腕回轉(zhuǎn)90—腰部下降—松開—手腕旋轉(zhuǎn)90-手臂收回-腰部

17、下降-回歸原位</p><p>　　4、電纜掛鉤安裝機械手的總體設(shè)計簡圖</p><p>　　由動作要求和實際生產(chǎn)檢驗的綜合考慮，初步擬定機械手結(jié)構(gòu)簡圖如下：</p><p>　　5、 電纜掛鉤安裝機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　由結(jié)構(gòu)簡圖可看出，該機械手有3個自由度：①腕部的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；②臂部的水平移動；③腰部的上下移動。&l

18、t;/p><p><b>　　I、手部</b></p><p>　　主要功能：夾緊、放松</p><p><b>　　驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動</b></p><p><b>　　II、腕部</b></p><p>　　主要功能：旋轉(zhuǎn)（90°）</

19、p><p><b>　　驅(qū)動方式：液壓</b></p><p><b>　　III、臂部</b></p><p>　　主要功能：上下移動（伸長、縮短）</p><p><b>　　驅(qū)動方式：液壓</b></p><p><b>　　IV、腰部(機身

20、)</b></p><p><b>　　主要功能：水平移動</b></p><p><b>　　驅(qū)動方式：液壓</b></p><p>　　6、機械手的驅(qū)動方案設(shè)計</p><p>　　由于液壓壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用液壓壓傳動方式。&

21、lt;/p><p>　　7、機械手的控制方案設(shè)計</p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p><b>　　二、手部的設(shè)計計算</b></p><p><b>　

22、　1.夾緊力的計算</b></p><p>　　N≥K1K2K3G kgf</p><p>　　式中，K1——安全系數(shù)，通常取1.2~2，取K1=1.5</p><p>　　K2——動載系數(shù)，K2=1+ ，a為機械手在搬運過程中的加速度，取最大加速度為3g，則K2=4</p><p>　　K3——方位系數(shù)，取K3 =5，</

23、p><p>　　所以，N≥30.9 N</p><p>　　手指手部的傳動結(jié)構(gòu)形式及驅(qū)動力</p><p>　　根據(jù)工作條件選用連桿傳動的手部結(jié)構(gòu)，驅(qū)動力公式</p><p>　　式中，b——夾緊力至回轉(zhuǎn)支點的垂直距離，取b=200mm；</p><p>　　a——連桿繳銷至回轉(zhuǎn)支點的垂直距離，取a=50mm；</p

24、><p><b>　　—連桿的傾斜角，=</b></p><p>　　—連桿傳動機構(gòu)的效率，取=0.9</p><p><b>　　則P=206N</b></p><p>　　所以夾持掛鉤所需的液壓缸的驅(qū)動力為206N.</p><p>　　2.液壓缸尺寸的計算</p>

25、;<p>　　1）內(nèi)徑D和活塞桿直徑d</p><p>　　式中F——液壓缸推力</p><p>　　P——選定的工作壓力</p><p>　　所以，D=36.8mm,圓整為D=40mm</p><p><b>　　活塞桿直徑d</b></p><p><b>　　d=&l

26、t;/b></p><p><b>　　式中——速度比；</b></p><p><b>　　表1 和p的關(guān)系</b></p><p>　　表2 D和d的關(guān)系</p><p>　　所以，=1.33，d=0.5D=20mm.</p><p>　　表3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系

27、列</p><p>　　表4 活塞桿直徑系列</p><p>　　3.液壓缸壁厚和外徑計算</p><p>　　起重運輸機械和工程機械的液壓缸，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算</p><p>　　式中：——液壓缸壁厚（m）</p><p>　　D——液壓缸內(nèi)徑 （m）</p&

28、gt;<p>　　——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25——1.5）倍(MPa) ——缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼：；鑄鋼： ；無縫鋼管：；高強度鑄鐵：；灰鑄鐵：。</p><p>　　因為材料是鑄鋼，所以取=108MPa</p><p>　　把數(shù)據(jù)代入上式可一得到</p><p><

29、;b>　　≥0.9mm.</b></p><p>　　根據(jù)表5取液壓缸合適外徑</p><p>　　表5 工程機械用液壓缸外徑系列</p><p>　　所以，液壓缸外徑=50mm，壁厚=5mm</p><p>　　4.液壓缸工作行程的確定（參考表6）</p><p>　　表6 液壓缸活塞行程參數(shù)系

30、列 （mm）</p><p>　　根據(jù)工作條件，取工作行程S=50mm</p><p><b>　　5.缸蓋厚度的確定</b></p><p>　　一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面?zhèn)z式進行近似計算。</p><p><b>　　無空時 </b>&

31、lt;/p><p><b>　　有空時 </b></p><p>　　式中 t——缸蓋有效厚度（m）</p><p>　　——缸蓋止口內(nèi)徑（m）</p><p>　　——缸蓋孔的直徑（m）</p><p>　　得t=9.5mm圓整后得t=10mm</p><p><

32、b>　　三、手腕部分的設(shè)計</b></p><p><b>　　1. 任務目標</b></p><p>　　作為機械手的旋轉(zhuǎn)缸，其主要的功能是實現(xiàn)手部在水平方向上的選裝，以達到手部觸及水平位置的變化要求。</p><p>　　2 .液壓缸主要零部件設(shè)計</p><p><b>　　1．缸體的結(jié)

33、構(gòu)</b></p><p>　　本機身采用了擺動油缸驅(qū)動機構(gòu)。如下圖：</p><p><b>　　2．材料的選擇</b></p><p>　　1）要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。</p><p>　　2）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。</p>

34、<p><b>　　3．對缸筒的要求</b></p><p>　　1）有足夠的的剛度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)，試驗壓力不至于導致永久的變形。</p><p>　　2）有足夠的的剛度，能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。</p><p>　　3）內(nèi)表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損少于公

35、差等級及形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性。</p><p>　　3. 液壓缸主要技術(shù)性能參考的計算</p><p><b>　　1）驅(qū)動力作的確定</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　試中 ——各支承處的摩擦力</p><p>&

36、lt;b>　　——啟動時慣性力</b></p><p>　　——運動部件的總重量</p><p>　　——上升為正，下降為負</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　2）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定</p><p>　　因為是單活塞桿，所以由公式<

37、/p><p><b>　　（2—1）</b></p><p>　　試中 ——液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)的工作壓力</p><p>　　——液壓缸回油腔的背壓力，初算時無法準確酸楚算出，可根據(jù)表2—2估計</p><p>　　——活塞直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按表2—3選??；</p><p>　　表7

38、 執(zhí)行元件背壓的估計</p><p>　　表8 液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系</p><p>　　F——工作循環(huán)中最大的外負載；</p><p>　　——液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機械效率進行估算。</p><p>　　一般=0.9—0.97,將代入公式（2—1）可求得D</p><p&g

39、t;　　活塞桿直徑可由d/D值算出,由計算所得的D與d值分別按表2—4與表2—5圓整到，相</p><p>　　近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。</p><p>　　查表2—4得，D圓整為125mm</p><p>　　所以d=0.3D=37.5 mm </p><p>　　根據(jù)表2—5圓整為36mm?；钊麠U如下圖：</p>

40、;<p>　　3）液壓缸壁厚和外徑的計算</p><p>　　液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。</p><p>　　液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可氛圍薄壁圓筒和臂厚圓筒。</p><p>　　液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械

41、和工程機械的液壓缸，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算</p><p>　　式中：——液壓缸壁厚（m）</p><p>　　D——液壓缸內(nèi)徑 （m）</p><p>　　——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25——1.5）倍(MPa) ——缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼：；鑄鋼：

42、 ；無縫鋼管：；高強度鑄鐵：；灰鑄鐵：。</p><p>　　因為材料是鑄鋼，所以取=108MPa</p><p>　　把數(shù)據(jù)代入上式可一得到</p><p>　　所以圓整壁厚為11mm</p><p>　　在低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計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

43、工作過程卡死或漏油。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式進行校核。</p><p>　　對于時，應按材料力學中的壁厚圓筒公式進行壁厚的計算。</p><p>　　液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為</p><p><b>　　所以，圓整缸的外徑</b></p><p>　　4）液壓缸工作行程的確定</p

44、><p>　　液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并參照表2—6中的系列尺寸來選取標準值。</p><p>　　表9 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）</p><p>　　參照整體工作尺寸，選擇缸的工作行程是</p><p><b>　　5）缸蓋厚度的確定</b><

45、;/p><p>　　一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面?zhèn)z式進行近似計算。</p><p>　　無空時 </p><p>　　有空時 </p><p>　　式中 t——缸蓋有效厚度（m）</p><p>　　——缸蓋止口內(nèi)徑（m）</p><p>

46、　　——缸蓋孔的直徑（m）</p><p>　　把數(shù)據(jù)代入公式，算得t=14.5圓整后得t=15mm</p><p><b>　　缸端蓋如下圖：</b></p><p>　　6）最小導向長度的確定</p><p>　　當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將會

47、使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導向長度。</p><p>　　對一般的液壓缸，最小導向長度H應該滿足以下要求：</p><p>　　式中：L——液壓缸的最大行程；</p><p>　　D——液壓缸的內(nèi)徑。</p><p>　　因為 L=300mm D=125mm代入公式</p>&

48、lt;p>　　所以H圓整到80mm 既H=100mm</p><p>　　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;</p><p>　　當D<80mm時,取</p><p>　　當D>80mm時,取</p><p><b>　　所以取 </b></p&

49、gt;<p>　　又因為D<80mm, 所以</p><p>　　7) 缸體長度的確定</p><p>　　液壓缸缸體的內(nèi)部長度應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端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內(nèi)徑的20~30倍。</p><p><b>　　所以缸體的長度</b></p><

50、;p>　　8）缸體與缸蓋的連接形式</p><p>　　缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，經(jīng)過查表決定選用法蘭連接。</p><p>　　9）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　11）活塞及活塞桿處密封圈的選用</p><p>　

51、　查表得選用O形密封圈。</p><p>　　12）液壓缸的緩沖裝置</p><p>　　查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。</p><p>　　13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　1．液壓缸的安裝形式</p><p>　　根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有長螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等。&l

52、t;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計的要求我們選用尾部外法蘭安裝的安裝形式。</p><p>　　2．液壓缸進、出油口形式及大小的確定</p><p>　　液壓缸的進、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對于活塞桿固定的液壓缸，進、出油口可設(shè)計在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進、出油口應設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接

53、。根據(jù)表2—14選取。</p><p>　　表2—14 單桿液壓缸油口安裝尺寸 （mm）</p><p>　　根據(jù)表2—14選用的進、出油口。</p><p>　　4.其他主要零件附圖</p><p><b>　　1.非標準件</b></p><p><b>　　2.標準件<

54、/b></p><p><b>　　M10螺釘</b></p><p><b>　　M8螺釘</b></p><p>　　四、手臂液壓缸設(shè)計及校核</p><p><b>　　1、材料的選擇</b></p><p>　　1）要求有足夠的強度和沖擊韌

55、性，對焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。</p><p>　　2）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。</p><p><b>　　2、對缸筒的要求</b></p><p>　　1）有足夠的的剛度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)，試驗壓力不至于導致永久的變形。</p><p>　　2）有足夠的的剛度，能

56、承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。</p><p>　　3）內(nèi)表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損少于公差等級及形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性。</p><p>　　4）需焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭盤接頭后，不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。</p><p>　　3、 液壓缸的設(shè)計計算</p>

57、<p><b>　　1）驅(qū)動力作的確定</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　式中 ——各支承處的摩擦力，320N</p><p>　　——啟動時慣性力，900N</p><p>　　——運動部件的總重量，1400N</p><p&

58、gt;　　——上升為正，下降為負</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　2）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定</p><p>　　因為是單活塞桿，所以由公式</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　試中 ——液壓缸工作壓力，

59、初算時可取系統(tǒng)的工作壓力，2.7MPa</p><p>　　——液壓缸回油腔的背壓力，初算時無法準確酸楚算出，可根據(jù)表2—2估計</p><p>　　——活塞直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按表2—3選??；</p><p>　　表2-2 執(zhí)行元件背壓的估計</p><p>　　表2-3 液壓缸內(nèi)徑D與活塞桿直徑d的關(guān)系</p>&

60、lt;p>　　F——工作循環(huán)中最大的外負載；</p><p>　　——液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機械效率進行估算。</p><p>　　一般=0.9—0.97,將代入公式（2—1）可求得D</p><p>　　活塞桿直徑可由d/D值算出,由計算所得的D與d值分別按表2—4與表2—5圓整到，相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。<

61、;/p><p>　　查表得，D圓整為140mm，所以d=0.5D=70 mm </p><p>　　3）液壓缸壁厚和外徑的計算</p><p>　　液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。</p><p>　　液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可氛圍薄壁圓筒

62、和臂厚圓筒。</p><p>　　液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，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算</p><p>　　式中：——液壓缸壁厚（m）</p><p>　　D——液壓缸內(nèi)徑 （m）</p><p>　　——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25——

63、1.5）倍(MPa) ——缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼：；鑄鋼： ；無縫鋼管：；高強度鑄鐵：；灰鑄鐵：。</p><p>　　因為材料是鑄鋼，所以取=108MPa</p><p>　　把數(shù)據(jù)代入上式可一得到</p><p>　　所以圓整壁厚為10mm</p><p>　　在低壓液壓系統(tǒng)

64、中，按上式計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。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式進行校核。</p><p>　　對于時，應按材料力學中的壁厚圓筒公式進行壁厚的計算。</p><p>　　液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為</p><p><b>　　所

65、以mm。</b></p><p>　　4）液壓缸工作行程的確定</p><p>　　液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并參照表2—6中的系列尺寸來選取標準值。根據(jù)工作要求，選工作行程為500mm。</p><p>　　表2-6 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）</p><p><b>　　5）

66、缸蓋厚度的確定</b></p><p>　　一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面?zhèn)z式進行近似計算。</p><p>　　無空時 </p><p>　　有空時 </p><p>　　式中 t——缸蓋有效厚度（m）</p><p>　　——缸蓋止口內(nèi)徑（m）&

67、lt;/p><p>　　——缸蓋孔的直徑（m）</p><p>　　把數(shù)據(jù)代入公式，圓整后得t=62mm。</p><p>　　6）最小導向長度的確定</p><p>　　當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將會使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最

68、小導向長度。</p><p>　　對一般的液壓缸，最小導向長度H應該滿足以下要求：</p><p>　　式中：L——液壓缸的最大行程；</p><p>　　D——液壓缸的內(nèi)徑。</p><p>　　因為 L=500mm D=160mm代入公式</p><p><b>　　mm</b></

69、p><p>　　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;</p><p>　　當D<80mm時,取</p><p>　　當D>80mm時,取</p><p><b>　　所以取 </b></p><p>　　又因為D>80mm, 所以&

70、lt;/p><p>　　7) 缸體長度的確定</p><p>　　液壓缸缸體的內(nèi)部長度應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大于內(nèi)徑的20~30倍。</p><p><b>　　所以缸體的長度</b></p><p>　　8）缸體與缸蓋的連接形式</p>

71、<p>　　缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，所以選用拉桿連接。</p><p>　　9）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　10）活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)</p><p>　　機身主要完成上下移動的動作，由于工作行程較長，故選用導向套和花鍵軸做導向裝置

72、。</p><p>　　11）活塞及活塞桿處密封圈的選用</p><p>　　查表得選用O形密封圈。</p><p>　　12）液壓缸的緩沖裝置</p><p>　　查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。</p><p>　　13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　14）液壓缸的安裝形式&l

73、t;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計的要求采用長螺栓安裝形式。</p><p>　　15）液壓缸進、出油口形式及大小的確定</p><p>　　液壓缸的進、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對于活塞桿固定的液壓缸，進、出油口可設(shè)計在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進、出油口應設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。根據(jù)表2—

74、14選取。</p><p>　　表2—14 單桿液壓缸油口安裝尺寸 （mm）</p><p><b>　　五、機身液壓缸設(shè)計</b></p><p><b>　　1、缸筒的設(shè)計</b></p><p><b>　?。?）材料的選擇</b></p><p

75、>　　1）要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。</p><p>　　2）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。</p><p><b>　　（2）對缸筒的要求</b></p><p>　　1）有足夠的的剛度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)，試驗壓力不至于導致永久的變形。</p>&

76、lt;p>　　2）有足夠的的剛度，能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。</p><p>　　3）內(nèi)表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長期工作而磨損少于公差等級及形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性。</p><p>　　4）需焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭盤接頭后，不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。</p><p>　　(3

77、) 液壓缸的設(shè)計計算</p><p><b>　　1）驅(qū)動力作的確定</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　算得</b></p><p>　　2）液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定</p><p>　　因為是單活

78、塞桿，所以由公式</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　式中 ——液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)的工作壓力3.6MPa</p><p>　　活塞桿直徑可由d/D值算出,由計算所得的D與d值分別按表圓整到，相</p><p>　　近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。</p>&

79、lt;p>　　查表得，D圓整為200mm，所以d=0.5D=100 mm </p><p>　　3）液壓缸壁厚和外徑的計算</p><p>　　液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。</p><p>　　液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可氛圍薄壁圓筒和臂厚圓筒。<

80、;/p><p>　　液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，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算</p><p>　　因為材料是鑄鋼，所以取=108MPa</p><p>　　把數(shù)據(jù)代入上式可一得到</p><p>　　所以圓整壁厚為15mm</p><p&

81、gt;　　在低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計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。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式進行校核。</p><p>　　對于時，應按材料力學中的壁厚圓筒公式進行壁厚的計算。</p><p>　　液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為</p><p>

82、<b>　　所以mm。</b></p><p>　　4）液壓缸工作行程的確定</p><p>　　液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并參照表2—6中的系列尺寸來選取標準值。根據(jù)工作要求，選工作行程為500mm。</p><p><b>　　5）缸蓋厚度的確定</b></p><

83、p>　　一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面?zhèn)z式進行近似計算。</p><p>　　有空時 </p><p>　　把數(shù)據(jù)代入公式，圓整后得t=50mm。</p><p>　　6）最小導向長度的確定</p><p>　　對一般的液壓缸，最小導向長度H應該滿足以下要求：</p><p&g

84、t;　　因為 L=500mm D=200mm代入公式</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　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D>80mm時,取</p><p><b>　　所以取 </b></p><p

85、>　　又因為D>80mm, 所以</p><p>　　7) 缸體長度的確定</p><p>　　液壓缸缸體的內(nèi)部長度應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大于內(nèi)徑的20~30倍。</p><p><b>　　所以缸體的長度</b></p><p>　　

86、8）缸體與缸蓋的連接形式</p><p>　　缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，所以選用拉桿連接。</p><p>　　9）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　10）活塞桿導向部分的結(jié)構(gòu)</p><p>　　機身主要完成上下移動的動作，

87、由于工作行程較長，故選用導向套和花鍵軸做導向裝置。</p><p>　　11）活塞及活塞桿處密封圈的選用</p><p>　　查表得選用O形密封圈。</p><p>　　12）液壓缸的緩沖裝置</p><p>　　查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。</p><p>　　13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)</p>

88、<p>　　14）液壓缸的安裝形式</p><p>　　根據(jù)設(shè)計的要求采用LB軸向地角型安裝形式。</p><p>　　15）液壓缸進、出油口形式及大小的確定</p><p>　　液壓缸的進、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對于活塞桿固定的液壓缸，進、出油口可設(shè)計在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進、出油口應設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸

89、排出。進、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。根據(jù)表2—14選取。</p><p>　　六、電纜掛鉤機械手的整體裝配及其二維工程圖的生成</p><p>　　1、 電纜掛鉤機械手的整體裝配</p><p><b>　　機械手裝配圖如下：</b></p><p><b>　　各個部分的三維圖</b>&

90、lt;/p><p>　　液壓控制原理圖及PLC控制原理圖</p><p>　　1、 液壓源回路：主回路由油箱，過濾器，液壓源和溢流閥組成。溢流閥保證液壓源輸出壓力為定值。過濾器過濾油箱中的雜質(zhì)，使進到系統(tǒng)中區(qū)的油液的污染度降低，保證系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　2、 腰部活塞缸回路:在該回路中，腰部活塞缸提供上下移動自由度。一個三位四通閥控制油路。</p&g

91、t;<p>　　3、 擺動缸回路：一個三位四通閥控制油路。行程開關(guān)控制轉(zhuǎn)動的角度，改變行程開關(guān)的位置，可以改變轉(zhuǎn)動的角度。</p><p>　　4、手部夾緊缸回路：一個三位四通閥控制油路 。</p><p>　　下面為PLC控制原理圖：</p><p><b>　　八、 心得體會</b></p><p>

92、　　這次專業(yè)課程設(shè)計綜合運用了材料力學，機械設(shè)計，PLC，液壓傳動，機電一體化等諸多專業(yè)學科的知識，密切結(jié)合生產(chǎn)實踐，解決一個具體的設(shè)計問題，對理論知識和綜合能力提出了較高的要求。設(shè)計過程中首先要運用機械設(shè)計學和機械系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合實際工作環(huán)境和實際操作功能情況，確定總體設(shè)計方案。同時，還要運用液壓傳動和機電傳動控制等知識，設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，并進行各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核。這次課程設(shè)計的綜合性很強，要求我們用所學的知識都運用到設(shè)計過程

93、中。在本次課程設(shè)計中，我主要負責機械手手臂部分的設(shè)計，對于出現(xiàn)的疑問，能夠運用專業(yè)知識加以分析解決，在設(shè)計的過程中，進一步熟悉了如何正確的使用參考文獻和標準規(guī)范，加強了自己的學習效果和實際的應用能力，并提高了操作proe的熟練程度，大大提高了用計算機設(shè)計繪圖的能力！</p><p>　　自己在這次設(shè)計中，無論是創(chuàng)新能力，設(shè)計能力還是團隊合作能力，都得到很好的鍛煉和提高，為將來的工作和進一步發(fā)展打下了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)

94、。同時，我深刻體會到了團隊合作在進行設(shè)計過程中的重要性，要集思廣益，通力合作，才能提高效率！</p><p>　　在老師的指導下，我們小組緊密團結(jié)，密切配合，順利完成了本次專業(yè)課程設(shè)計！</p><p><b>　　九、參考文獻</b></p><p>　　【1】 《機械設(shè)計及自動化專業(yè)課程設(shè)計指導書》，楊曉紅主編 ，華北電力大學，2006&l

95、t;/p><p>　　【2】 《機械設(shè)計（基礎(chǔ)）課程設(shè)計》（第二版），陳立新主編 ，中國電力出版社，2002</p><p>　　【3】 《機械設(shè)計簡明手冊》，駱素軍 朱詩順主編， 化學工業(yè)出版社，2000</p><p>　　【4】 《機械工程手冊》（卷10）沈鴻主編 機械工業(yè)出版社，1982</p><p>　　【5】 《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手