高爐上料機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計

本科生畢業(yè)設(shè)計 題 目：高爐上料機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 機電 班 指導(dǎo)教師： 完成時間： 摘 要：本次畢業(yè)設(shè)計的題目是高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計，首先對高爐上料機械手的工況進(jìn)行分析，此上料機械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回轉(zhuǎn)、行走裝置進(jìn)退三個自由度，以及手爪的開啟和閉合等動作，然后給出該高爐上料機械手的液壓系統(tǒng)的電磁元件動作循序表和液壓系統(tǒng)原理圖。本械手由大臂結(jié)構(gòu)，小臂、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)組成。該設(shè)計能實現(xiàn)三個自由度，分別為手爪的開合，旋轉(zhuǎn)，小臂的上下擺動以及大臂的旋轉(zhuǎn)等等功能。關(guān)鍵詞：高爐上料機械手,液壓系統(tǒng),自由度,功能 Abstract：This graduation project mainly had the numerical control engine bed and the programming introduction, the ear components tech nological analysis craft parameter choice cutting tool choice, the components procedure manual establishment, the procedure simulation, the modelling and the entity simulation processing finally has made the design summary,the acknowledgment language, the reference tabulation and the appendix.Article primary coverage for components craft analysis. This components manual programming, but also has to make engineers modelling and the entity simulation processing.Used the circular arc interpolation instruction in the components manual programming; drill hole; M98 transfer subroutine instruction.Key words: auto-focus，Industrial robot ,degrees of freedom ,actuating mechanism. fucation目錄摘要IAbstractII第一章 緒論1 1.1本課題研究的內(nèi)容1 1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r2 1.3機械手的組成和分類4 1.4液壓傳動的基礎(chǔ)知識6第二章 高爐上料機械手的設(shè)計方案8 2.1 高爐上料機械手的總體方案圖9 2.2 高爐上料機械手的工作原理10第三章 高爐上料機械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計11 3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)12 3.1.1手指的形狀和分類13 3.1.2設(shè)計時考慮的幾個問題14 3.1.3手部夾緊液壓缸的設(shè)計14 3.2液壓缸驅(qū)動力矩的計算16 3.3液壓缸驅(qū)動力矩的計算校核17 3.4 電機的選型計算18 3.5 直線導(dǎo)桿的選型計算20第四章 高爐上料機械手中關(guān)鍵零部件的強度計算與校核23 4.1齒輪的強度計算與校核24 4.2軸的強度計算與校核25高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計26 5.1液壓系統(tǒng)原理圖的確定27 5.2電磁元件動作循序表的確定29總結(jié)30致謝31參考文獻(xiàn)32第一章 緒論 工業(yè)機械手技術(shù)和產(chǎn)品強度的可靠性得到了增強，有望應(yīng)用于教學(xué)，免費的產(chǎn)品系統(tǒng)和一些新的領(lǐng)域。 只有我們創(chuàng)建的模式可十分完美地與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，才能建立一個滿是生機的社會環(huán)境，幫助型機械手也才能服務(wù)大眾的各類活動。如果多個應(yīng)用程序可以為我們創(chuàng)造的，他們提供快速，安全的服務(wù)，滿足他們的需求，將是非常愉快的。所以，我們應(yīng)該抓緊實現(xiàn)建設(shè)這樣一個好的平臺。 此外，因為教育是人才的培養(yǎng)，社會和工業(yè)的各個領(lǐng)域也要由它來服務(wù)。教育以及教育系統(tǒng)以機械手為目標(biāo)的不僅得提高應(yīng)付難處的能力；他們也喜歡傳統(tǒng)的技術(shù)，在不同的方向、在合作領(lǐng)域，但關(guān)鍵是要把機械手技術(shù)對社會和高級人才使用。對于很多特殊地方，像危險性很大或我們難以到達(dá)的，比如拆除炸彈，未知探測等相應(yīng)領(lǐng)域，對以上危險狀況深入探尋通常需要機械手來實現(xiàn)。微小型步行機械手是機械手的一個重要分支，步行機械手與超過六英尺，八條腿的機械手相比，由于承載能力強，穩(wěn)定性好，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，所以，全球大批研究者，開始普遍重視它。1）實現(xiàn)的潛力 2010年，國家各部委進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機械手這個大產(chǎn)業(yè)在接下來的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場占有率都會是井噴式的。在2013七月，在測量市場大小的根本上行使2010之“機械手產(chǎn)業(yè)的市場趨勢考查”后續(xù)。情況即中國市場正在急劇膨脹，然后韓國，日本和德國都在拼命瓜分市場。2）工業(yè)機械手的定義和需求 在日本，工業(yè)機械手從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機械手對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補充了貧乏的現(xiàn)場人力。 能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機械手的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機械手在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實驗數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機械手的很大問題。利用口令進(jìn)行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機械手。在當(dāng)下的機械手體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機械手體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個大難點。在將來的時間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機械手會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。 3）機械手在社會中的定義和需要 由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計機械手會給以充分的反饋，好比訊號的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型機械手的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。 B）機械手服務(wù)平臺 如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)機械手體系的運作方法，就得懂得實際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機械手還給以幫助。不只是增添了很多額外花費，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務(wù)機械手體系，若是服務(wù)的回報無法回本更無盈利，就更不能擴大利用了。假如一個多服務(wù)系統(tǒng)機械手可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個體系，這體系會滲透進(jìn)幫助型機械手的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)IT行業(yè)。4）機械手在教育中的定義和需求 C）機械手在教育中的需求在日本，那樣的向來肩負(fù)著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報告，眼下的事實卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機械手和機械手應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)害怕的技術(shù)措施。機械手活動比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機械手知識亦然在人民里邊傳播開來。電機把持，傳感器科學(xué)和計算機應(yīng)用，機構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機械手技術(shù)。于是，途徑PBL源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點。要實現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。D)機械手在教育中的挑戰(zhàn)說起機械手培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來數(shù)年會當(dāng)作機械手培養(yǎng)的中心。首先是對各行各業(yè)的外部人力的教導(dǎo)。比方說，各個社區(qū)來負(fù)責(zé)踐諾開放向青少年的機械手培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動方式中都有他們的身影，比如地方廣電局以及私人單位的加入。然后就是達(dá)成社會機械手培養(yǎng)觀念的引導(dǎo)。第五科技根本設(shè)計的種種資料已然贊同社會達(dá)成了技能的看法。末了一點，是關(guān)于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個部委在定期工作資料中早就說明，他的高管以及技能人力的減少源自于本國的群眾衰老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級人才，不要過于限制他們的歲數(shù)以及保持工作場所。這成為一個極度首要的困難，對校企培養(yǎng)來講。真正尊重知識人材是處理此困難的一個絕佳思維，針對日本眼下難處來講。我們應(yīng)該建造渠道，傳播知識人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來的工程師。機械手的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師已然能夠有所擔(dān)當(dāng)，接下來具備雄厚履歷的知識人材操作起來也是十分順手了。從上面的話，機械手的應(yīng)用情況中的大量看法被歸納出來，計議了產(chǎn)業(yè)機械手的釋義以及用途，還有機械手進(jìn)行培養(yǎng)用處，給人類帶來了巨大好處。共同的希冀是讓機械手變成如此般用途的焦點，穩(wěn)定性很好，物美價廉，還可把感應(yīng)器與移動電話接洽為一，普遍增加機械手的服務(wù)率，如此方能使老弱病殘幼的生存容易實現(xiàn)醫(yī)療，權(quán)利福利得到完整保證，災(zāi)害虧損減到最少。由于產(chǎn)業(yè)機械手知識的能力教育和傳授技巧是拿去交給很多熟能生巧的工人，還有品種眾多的智能化機械手，所以要強調(diào)可靠地，并樂意與別人溝通的機械手技能協(xié)作。接下來，還得尋求掌控接口技能以及平臺機械手服務(wù)打造服務(wù)型機械手，能讓其巧妙貼切的服務(wù)大眾，完成運輸以及系統(tǒng)IT的服務(wù)成長化。機械手培養(yǎng)的效力可使大眾的求知欲以及發(fā)展性得到加強。所以必須得整合可靠地技能，激勵所有年齡段人的培養(yǎng)，平時實踐中的經(jīng)歷、事件加入、愛好趣味以及文明發(fā)展。要想提升機械手研究和建造的速度，就得沖出那些很能磨練人的職責(zé)障礙，一定會更好的服務(wù)大眾。1.1本課題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計的題目是高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計，本次設(shè)計的高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的主要內(nèi)容為：（1）對上料機械手的工況進(jìn)行分析。（2）實現(xiàn)上料機械手完成小臂上下俯仰、大臂正反向回轉(zhuǎn)、行走裝置進(jìn)退三個自由度，以及手爪的開啟和閉合等動作要求。（3）給出液壓系統(tǒng)的電磁元件動作循序表和液壓系統(tǒng)原理圖。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在日本，工業(yè)機械手從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機械手對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補充了貧乏的現(xiàn)場人力。能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機械手的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機械手在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實驗數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機械手的很大問題。利用口令進(jìn)行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機械手。在當(dāng)下的機械手體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機械手體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個大難點。在將來的時間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機械手會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計機械手會給以充分的反饋，好比訊號的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型機械手的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)機械手體系的運作方法，就得懂得實際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機械手還給以幫助。不只是增添了很多額外花費，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務(wù)機械手體系，若是服務(wù)的回報無法回本更無盈利，就更不能擴大利用了。假如一個多服務(wù)系統(tǒng)機械手可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個體系，這體系會滲透進(jìn)幫助型機械手的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)IT行業(yè)。 在日本，那樣的向來肩負(fù)著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報告，眼下的事實卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機械手和機械手應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)害怕的技術(shù)措施。機械手活動比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機械手知識亦然在人民里邊傳播開來。 電機把持，傳感器科學(xué)和計算機應(yīng)用，機構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機械手技術(shù)。于是，途徑PBL源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點。要實現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。何人最先取得此項專利已無可知曉，只了解到外國科學(xué)家在十九世紀(jì)末建造出了一部類似于騾馬，整體部分是用齒輪以及連接桿件機構(gòu)組裝，人可以騎在上面用腳蹬踏板推動運行的機械手，但是卻沒有做出實物來加以佐證.20世紀(jì)初又有人運用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的機械手，然而相關(guān)資料中并沒有找到對這個作品的介紹，所以那個時候有關(guān)機械手的研究還僅能思索腿的組成以及運動起來的行程路徑。20世紀(jì)中期Shigley已然放進(jìn)步態(tài)研究的思維制造出來在每一條腿上都用成組的連接桿件體系拼裝而且安裝兩個搖桿體系結(jié)構(gòu)以操縱機械手的步伐軌跡，已然加入步態(tài)設(shè)計的思路。同期，又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計算機操縱的行走機械手。接下來幾年有關(guān)此機器的設(shè)計被充分的融入了運行操縱理論。1979年席羅思在行進(jìn)機械手里加入了操縱水平行走的儀器，同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀(jì)末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機的相應(yīng)機械手。這都意味著人類對四桿動力體系的認(rèn)識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計算機和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。1.3機械手的組成和分類 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1所示。圖1機械手組成方框圖(一)執(zhí)行機構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。1、手部即與物件接觸的部件，這是高爐上料機械手的核心部件之一，手部結(jié)構(gòu)設(shè)計的好與壞與高爐上料機械手的功用性能的好壞有直接的關(guān)系。2、手腕起到連接手部和手臂部分的組件就是手腕，常規(guī)的手腕有多種形式，視具體情況而定。1.4液壓傳動的基礎(chǔ)知識廣泛的液壓工程和多方位的服務(wù)領(lǐng)域都需要液壓系統(tǒng)的支持，在各行各業(yè)，特別是工程機械領(lǐng)域，液壓缸的使用非常廣泛，幾乎無處不在。傳統(tǒng)的液壓傳動形式已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)今越來越快的工業(yè)腳步的進(jìn)展，迫切需要液壓系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代處理，從而來滿足當(dāng)今社會液壓工業(yè)發(fā)展的需要?？傊?，現(xiàn)代液壓工程有五個業(yè)務(wù)領(lǐng)域：能源液壓的開發(fā)和交付，用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的液壓開發(fā)和交付，在各種液壓服務(wù)的開發(fā)和交付，以及家庭和個人生活中的應(yīng)用提供了各種液壓的發(fā)展，液壓臂的開發(fā)和交付。水利工程的理論基礎(chǔ)的建立和發(fā)展。例如，在工程力學(xué)、流體動力學(xué)流體和壓力的研究；金屬和非金屬材料性能的研究，材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用；熱生成熱力學(xué)，傳導(dǎo)和開關(guān)；各種液壓部件的研究有不同的功能，工作原理，結(jié)構(gòu)，和液壓原理和液壓零件的科學(xué)設(shè)計計算；研究金屬和非金屬成型和金屬切削加工技術(shù)和非技術(shù)等。研究，并開發(fā)新的液壓產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代液壓產(chǎn)品來滿足當(dāng)前和未來的需求設(shè)計。液壓產(chǎn)品包括：規(guī)劃和實施生產(chǎn)設(shè)施；生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)計劃的發(fā)展和實施的準(zhǔn)備；制造工藝；設(shè)計和制造工具，模具和材料定額；確定工作定額；組織加工，裝配，測試和包裝運輸；產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制。液壓機制造企業(yè)的經(jīng)營管理。液壓系統(tǒng)的液壓部件通常是由許多獨特的形狀組合，精密零件的加工工藝復(fù)雜的產(chǎn)品。一個單件、小批量的生產(chǎn)量，而且在批量，大批量生產(chǎn)，直到。銷售目標(biāo)在所有行業(yè)和個人，家庭。還賣的社會經(jīng)濟條件影響下，可能會出現(xiàn)大的波動。因此，液壓元件制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，和生產(chǎn)管理的研究，規(guī)劃和管理等企業(yè)都開始在液壓行業(yè)。液壓產(chǎn)品的應(yīng)用。這包括選擇，排序，檢查，安裝，調(diào)整，操作，維護(hù)，修理和用于各種工業(yè)和成套液壓設(shè)備的液壓改造，液壓產(chǎn)品保證長期使用的可靠性和經(jīng)濟。液壓產(chǎn)品的應(yīng)用。這包括選擇，排序，檢查，安裝，調(diào)整，操作，維護(hù)，修理和改造各種工業(yè)用液壓及成套液壓設(shè)備，液壓產(chǎn)品，保證長期使用的可靠性和經(jīng)濟性。第二章 高爐上料機械手的設(shè)計方案2.1高爐上料機械手的總體方案圖本械手由大臂結(jié)構(gòu)，小臂、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)組成。該設(shè)計能實現(xiàn)三個自由度，分別為手爪的開合，旋轉(zhuǎn)，小臂的上下擺動以及大臂的旋轉(zhuǎn)等等功能。當(dāng)需要夾持的工件是固態(tài)物體的時候，手部應(yīng)該設(shè)計成開合型的，這樣就可以直接通過汽缸實現(xiàn)工件的夾緊與松開了。本次設(shè)計的高爐上料機械手的總體方案圖如下圖2所示：圖2機械手總體方案圖2.2 高爐上料機械手的工作原理 本次設(shè)計的高爐上料機械手主要由大臂結(jié)構(gòu)，小臂、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)以及直線導(dǎo)桿、滾珠絲桿等等組成。該設(shè)計能實現(xiàn)三個自由度，分別為手爪的開合，旋轉(zhuǎn)，小臂的上下擺動以及大臂的旋轉(zhuǎn)等等功能。當(dāng)需要加持料到爐子里面的時候，伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿螺母副動作，從而實現(xiàn)底座的移動，然后由液壓缸驅(qū)動機械手的大臂、小臂動作，手部的夾爪夾住工件放到指定的位置，然后上料完成后，伺服電機反轉(zhuǎn)，帶動整個機械手后退，液壓缸驅(qū)動機械手的大臂、小臂動作，如此循環(huán)。第三章 高爐上料機械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。3.1.1 手指的形狀和分類夾持式是最常見的一種，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指;同理。3.1.2 設(shè)計時考慮的幾個問題(一)具有足夠的握力(即夾緊力)(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角(三)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。(四)具有足夠的強度和剛度(五)考慮被抓取對象的要求3.1.3 手部夾緊液壓缸的設(shè)計1、手部驅(qū)動力計算 本次設(shè)計的機械手夾持器結(jié)構(gòu)原理如圖3所示：圖3手部其工件重量G=5公斤，V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 其驅(qū)動力為:握力計算公式:所以 (3)實際驅(qū)動力: I,因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時，則:所以 2、液壓缸的直徑本液壓缸屬于單向作用液壓缸。其公式為:式中: - 活塞桿上的推力，N - 彈簧反作用力，N- 液壓缸工作時的總阻力，N- 液壓缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:Gf = 式中:- 彈簧剛度，N/m- 彈簧預(yù)壓縮量，m- 活塞行程，m- 彈簧鋼絲直徑，m- 彈簧平均直徑，.- 彈簧有效圈數(shù).- 彈簧材料剪切模量，一般取則:液壓缸的直徑:代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以:查有關(guān)手冊圓整，得由,可得活塞桿直徑:有:其中，則:滿足實際設(shè)計要求。3,缸筒壁厚的設(shè)計式中:6- 缸筒壁厚，mm- 液壓缸內(nèi)徑，mm- 實驗壓力，取, Pa材料為:ZL3,=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:3.2 液壓缸驅(qū)動力矩的計算單葉氣缸的壓力P驅(qū)動力矩M的關(guān)系為:, 或 3.3 液壓缸驅(qū)動力矩的計算校核1.尺寸設(shè)計氣缸長度,氣缸內(nèi)徑=96mm,半徑,軸徑=26mm,半徑,氣缸運行角速度=，加速度時間=0.1s, 壓強, 則力矩 2.尺寸校核1測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （）已知整個工件的重量為5千克，5,質(zhì)量分布于長的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量。假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距，其轉(zhuǎn)動慣量為: 2、與轉(zhuǎn)動軸線重合，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線,則 + 3、 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為 4、在此處估計為的3倍，3 設(shè)計尺寸符合使用要求，安全。3.4 電機的選型計算已知整個機械手夾持器的總重量50KG,其他重量150KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，移動速度為12r/min。即：具體的電機設(shè)計計算如下:1、確定運行時間本次設(shè)計加速時間 負(fù)載速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，電機轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩式中：4.電機轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩必須轉(zhuǎn)矩S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機型號為160BL-A，此電機廠家為機電產(chǎn)品。160BL-A型號電機的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.2KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最大轉(zhuǎn)矩為9N.m，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。3.5 直線導(dǎo)桿的選型計算 為了要智能錢箱保證平穩(wěn)，需要有導(dǎo)向裝置，這里就需要設(shè)計導(dǎo)向光桿和直線軸承配合智能錢箱升降。1直線軸承的選擇 用于測試的POM工程塑料支架；鋼架適用于工作溫度；不銹鋼軸承適用于水，蒸汽，硝酸等腐蝕性介質(zhì)和真空的工作場所，按下列公式確定型軸承的計算。硬度：硬度系數(shù)FH HRC58的硬度，hrc52-58，F(xiàn)H = 0.6-1.0 FH = 1。FT的溫度系數(shù)：工作溫度小于100C，F(xiàn)T = 1，溫度100oc-125oc，F(xiàn)T = 1.0-0.95。接觸系數(shù)FC：每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0每根軸裝二套軸承，F(xiàn)C=0.81每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66載荷系數(shù)FW：小于15米/分鐘的速度，無沖擊，無振動，F(xiàn)W = 1.0-1.5；小于60米/分鐘的速度，超調(diào)量小或振蕩，F(xiàn)W = 1.52.0；運行速度大于60米/分鐘，或有更大的沖擊，振動，F(xiàn)W = 2.05.0。時間是生命的LH =（100001）/ 2 * L（S * N1 * 60）（單位：小時小時）L：長度壽命 (萬米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分鐘往復(fù)次數(shù) 已知行程L=0.2米，工作溫度60oC，每分鐘往復(fù)次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望壽命Lh=5000小時，試選擇軸承型號。按以上工作條件：根據(jù)本次載荷重量為1000N，我們選用兩個導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動軸承的所受負(fù)載就平均分配，上下六個滑動軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為固定式的，中間六個為可以隨著絲桿螺母上下滑動。六個導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣每個導(dǎo)向光桿的滑動軸承處的所受負(fù)載為166N。本次設(shè)計中所選擇的滑動軸承為帶法蘭形狀的。第4章 高爐上料機械手中關(guān)鍵零部件的強度計算與校核4.1 齒輪的強度計算與校核 由于機械手夾持器的主動齒輪和從動齒輪材料均選用45,調(diào)質(zhì)處理。查得：則：查機械設(shè)計基礎(chǔ)圖，得：(1)驗算齒面接觸疲勞強度載荷系數(shù)，取K=1.5 查得： 接觸應(yīng)力為：(2)驗算齒根彎曲疲勞強度取 K=1.5查表：許用彎曲應(yīng)力：彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)，取則：由上述計算可知，均滿足要求。4.2 軸的強度計算與校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度軸的計算應(yīng)力 MPa （3.43）選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，MPa。因此，故安全。（7）精確校核軸的疲勞強度判斷危險截面從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左側(cè)抗彎截面系數(shù) mm （3.44）抗扭截面系數(shù) mm （3.45）截面V左側(cè)的彎矩M為 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng) Mpa （3.47） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa （3.48）軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)1表可知，MPa，MPa，MPa。用插入法求出 ，軸按精車加工，表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強化處理，固得綜合系數(shù)為 （3.49） 由文獻(xiàn)1 ，可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52）故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。截面V右側(cè)抗彎截面系數(shù) mm抗扭截面系數(shù) mm截面V左側(cè)的彎矩M為 MPa截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng)力 MPa截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表查取。因， ，又由文獻(xiàn)1附圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為 ，故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)1，附為 （3.53） 軸的截面形狀系數(shù)為軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為綜合系數(shù)為 所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 故該軸在截面V左側(cè)的強度是足夠的。第5章 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計5.1 液壓系統(tǒng)原理圖的確定根據(jù)系統(tǒng)工況，可知，此次設(shè)計的高爐上料機械手主要是通過液壓缸提供動力來實現(xiàn)機械手的上下、往復(fù)運動的，其具體的液壓系統(tǒng)原理圖如下圖5所示：圖5 液壓系統(tǒng)原理圖5.2 電磁元件動作循序表的確定 電磁元件動作循序表如下圖6所示：圖6 電磁元件循序表總結(jié) 寫到這里，這次畢業(yè)設(shè)計總算快要完成了，通過幾個月的努力和時間的付出，總算有了這么一點點成就，覺得挺自豪的，同時也發(fā)現(xiàn)自己之前思念在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有很多問題不大懂，也不明白，幸虧有我的導(dǎo)師和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助，然后自己查找相關(guān)書籍和資料，總算有了論文的初步構(gòu)思，然后通過這幾個月的付出，以至于今天的論文總算要告一段落了，此時的我心里百感交集，覺得做一門學(xué)問很不容易，想要成為一名合格的設(shè)計工程師，我們要走的路還很長，需要在工作中邊工作邊學(xué)習(xí)，在工作中學(xué)習(xí)，在工作中成長，這樣才能使自己成為一個對社會有用的人，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。致 謝 至此在論文完成之際，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，查找了各類的高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。參考文獻(xiàn)1 鄭淑芳 機械設(shè)計理論研究與探討 北京：科學(xué)出版社，2004.52 黃長藝 機械手操作系統(tǒng)概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.13 周宏甫. 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計.高等教育出版社，2004.34 姜繼海，宋錦春，高常識. 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)工作原理.高等教育出版社，2002.85 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2001.46 錢平. 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) 機械工業(yè)出版社，2005.17 張遼遠(yuǎn). 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社2002.88 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本9 黃長藝，嚴(yán)普強.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ). 機械工業(yè)出版社，2001.110 張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.811 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn). 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)原理.高等教育出版社，1995.1212 徐錦康.機械設(shè)計. 高等教育出版社，2004.413 胡泓，姚伯威.機電一體化原理及應(yīng)用. 北京：國防工業(yè)出版社，2000.614 陳鐵鳴 高爐上料機械手液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新. 高等教育出版社，2003.715 孫靖民.機械優(yōu)化設(shè)計. 機械工業(yè)出版社，2005.116 王勇領(lǐng).系統(tǒng)分析與設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社，1991.717Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space27