2859 機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì)

2859 機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì),機(jī)械手,夾持,設(shè)計(jì) 機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì)2.1 夾持器設(shè)計(jì)的基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力；（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。設(shè)計(jì)參數(shù)及要求（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊放松；（2）所要抓緊的工件直徑為 80mm 放松時(shí)的兩抓的最大距離為 110-120mm/s ， 1s 抓緊 ,夾持速度 20mm/s；（3）工件的材質(zhì)為 5kg，材質(zhì)為 45#鋼；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動(dòng)力。2.2 夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 夾緊裝置設(shè)計(jì).2.2.1.1 夾緊力計(jì)算 手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對(duì)其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算：2-1123NFKG式中：安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定,通常取 1.22.0，取 1.5；1K工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計(jì)算最大加速度，得出工作情2況系數(shù) , ，a 為機(jī)器人搬運(yùn)工件過程的加速度或減速度0.2/11.98ag的絕對(duì)值（m/s） ；方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定，3K手指與工件位置：手指水平放置 工件垂直放置；手指與工件形狀： 型指端夾持圓柱型工件，V， 為摩擦系數(shù)， 為 型手指半角，此處粗略計(jì)算 ,如圖 2.130.5sinffV34K圖 2.1被抓取工件的重量G求得夾緊力 ， ，取整為NF123.5102439.8176.5NKMgN177N。2.2.1.2 驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和夾緊力之間的關(guān)系式： 2sinNFcba式中：c滾子至銷軸之間的距離；b爪至銷軸之間的距離；楔塊的傾斜角a可得 ，得出 為理論2sin17286sin195.34NFba Nc F計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力 要大于理論計(jì)算值，考慮手爪的機(jī)械效率 ，F(xiàn)一般取 0.80.9，此處取 0.88，則：，取195.2.7608N50F2.2.1.3 液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算設(shè)計(jì)方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力： 2=4FDp推式中 活塞直徑D活塞桿直徑d驅(qū)動(dòng)壓力，p,已知液壓缸驅(qū)動(dòng)力 ，且F推 F501NK由于 ，故選工作壓力 P=1MPa 10KN據(jù)公式計(jì)算可得液壓缸內(nèi)徑： 452.313.1FDmp根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè),見表 2.1，圓整后取 D=32mm。表 2.1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm）20 25 32 40 50 55 63 6570 75 80 85 90 95 100 105110125 130 140 160 180 200 250活塞桿直徑 d=0.5D=0.540mm=16mm活塞厚 B=(0.61.0)D 取 B=0.8d=0.732mm=22.4mm,取 23mm.缸筒長(zhǎng)度 L(20 30)D 取 L 為 123mm活塞行程，當(dāng)抓取 80mm 工件時(shí)，即手爪從張開 120mm 減小到 80mm，楔快向前移動(dòng)大約 40mm。取液壓缸行程 S=40mm。液壓缸流量計(jì)算：放松時(shí)流量 SdDQ)(42612316010.724/minqVAL夾緊時(shí)流量2261 3010.95/min4SqVADL2.2.1.4 選用夾持器液壓缸溫州中冶液壓氣動(dòng)有限公司所生產(chǎn)的輕型拉桿液壓缸 型號(hào)為：MOB-B-32-83-FB，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下：表 2.2 夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)圖 2.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖受壓面積( )2cm工作壓力使用溫度范圍允許最大速度效率傳動(dòng)介質(zhì)缸徑無桿腔 有桿腔速度比1MPa +108300 m/s 90%常規(guī)礦物液壓油32mm12.5 8.6 1.45圖 2.3 外形尺寸2.2.2 手爪的夾持誤差及分析機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機(jī)械手定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動(dòng)部件確定） ，而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，避免產(chǎn)生手指夾持的定位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖 2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過 ，手部的最終誤差1m取決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力。圖 2.4工件直徑為 80mm，尺寸偏差 ，則 ，5max42.5Rm， 。min37.5R40epR本設(shè)計(jì)為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖 2.5。圖 2.5若把工件軸心位置 C 到手爪兩支點(diǎn)連線的垂直距離 CD 以 X 表示，根據(jù)幾何關(guān)系有： 22()cossininABABRXlla簡(jiǎn)化為： 2221(i)(sin)iABABlla該方程為雙曲線方程，如圖 2.6：圖 2.6 工件半徑與夾持誤差 關(guān)系曲線由上圖得，當(dāng)工件半徑為 時(shí)，X 取最小值 ，又從上式可以求出：0RminX，通常取sincoABl210mi若工件的半徑 變化到 時(shí)，X 值的最大變化量，即為夾持誤差，用 表示。axRin 在設(shè)計(jì)中，希望按給定的 和 來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，maxiR一方面可加長(zhǎng)手指長(zhǎng)度，但手指過長(zhǎng)，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角，使夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑 取為 epR時(shí)，夾持誤差最小。此時(shí)最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對(duì)于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng) a 值較0R大時(shí)） ，偏轉(zhuǎn)角 的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時(shí)，兩手爪的 和 邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手BE爪抓取工件的平均半徑 ，以 為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角 ，epR90CD 即下式： 1cos()inepABal其中 , , 型鉗的夾角290am86ABlV210代入得出： 10cos(45)6.7in8 則 0sin86cs.1.02ABRl m則 ，此時(shí)定位誤差為 和 中的最大值。minax1222 2maxin1()cossinsiABABABRllla2222minin() isABABABlll分別代入得：，10.256m20.148m所以， ，夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。.由以上各值可得： 2221(sinco)(sin)5.924sinABABXRllam取值為 。56m2.2.3 楔塊等尺寸的確定楔塊進(jìn)入杠桿手指時(shí)的力分析如下：圖 2.7上圖 2.7 中斜楔角， 時(shí)有增力作用；30滾子與斜楔面間當(dāng)量摩擦角， ， 為滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦2 22tan()tandD角， 為轉(zhuǎn)軸直徑， 為滾子外徑， ， 為滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù); dDf支點(diǎn) 至斜面垂線與杠桿的夾角；O杠桿驅(qū)動(dòng)端桿長(zhǎng)；l杠桿夾緊端桿長(zhǎng)；杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率2.2.3.1 斜楔的傳動(dòng)效率斜楔的傳動(dòng)效率 可由下式表示：2sin=()22tantdD杠桿傳動(dòng)機(jī)械效率 取 0.834， 取 0.1， 取 0.5，則可得 = , 2t 14.036，取整得 = 。290142.2.3.2 動(dòng)作范圍分析陰影部分杠桿手指的動(dòng)作范圍，即 ，見圖 2.8290圖 2.8如果 ，則楔面對(duì)杠桿作用力沿桿身方向，夾緊力為零，且為不穩(wěn)定狀態(tài)，所2以 必須大于 。此外，當(dāng) 時(shí)，杠桿與斜面平行，呈直線接觸，且與回轉(zhuǎn)支點(diǎn) 90在結(jié)構(gòu)上干涉，即為手指動(dòng)作的理論極限位置。2.2.3.3 斜楔驅(qū)動(dòng)行程與手指開閉范圍當(dāng)斜楔從松開位置向下移動(dòng)至夾緊位置時(shí)，沿兩斜面對(duì)稱中心線方向的驅(qū)動(dòng)行程為 L，此時(shí)對(duì)應(yīng)的杠桿手指由 位置轉(zhuǎn)到 位置，其驅(qū)動(dòng)行程可用下式表示：1212cos(cos)inilllL杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：12cos()cs()l通常狀態(tài)下， 在 左右范圍內(nèi)， 則由手指需要的開閉范圍來確定。由給290定條件可知最大 為 55-60mm,最小設(shè)定為 30mm.即 。已知 ，s 30(560)s14可得 ，有圖關(guān)系：29076圖 2.9可知：楔塊下邊為 60mm，支點(diǎn) O 距中心線 30mm，且有 ，解得：30()tgl120l2.2.3.4 與 的確定l斜楔傳動(dòng)比 可由下式表示：isinliL可知 一定時(shí)， 愈大， 愈大，且杠桿手指的轉(zhuǎn)角 在 范圍內(nèi)增大時(shí)，li 90傳動(dòng)比減小，即斜楔等速前進(jìn)，杠桿手指轉(zhuǎn)速逐漸減小，則由 分配距離為：12l， 。50l7l2.2.3.5 確定1由前式得：(603)s， ，取 。17cos(4)cos(7614)150.6231502.2.3.6 確定L為沿斜面對(duì)稱中心線方向的驅(qū)動(dòng)行程，有下圖中關(guān)系圖 2.10，取 ，則楔塊上邊長(zhǎng)為 18.686，取50(cos76)82.50in14L 83L19mm.2.2.4 材料及連接件選擇V 型指與夾持器連接選用圓柱銷 ，d=8mm, 需使用 2 個(gè)/19.GBT杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷 ，d=8mm, 需使用 2 個(gè)滾子與手指連接選用圓柱銷 ，d=6mm, 需使用 2 個(gè)/.以上材料均為鋼，無淬火和表面處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑 12mm，螺距 p=1，旋合長(zhǎng)度為10mm。第三章 腕部3.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（1）力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3）必須考慮工作條件對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。3.2 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的典型腕部結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從 AA 剖視圖上可以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡(jiǎn)稱動(dòng)片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸 10 連接在一起，定片 8 則和缸體9 連接。壓力油分別由油孔 5.7 進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部 12 的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動(dòng)，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于 ） ，圖中缸可回轉(zhuǎn) 。腕部旋轉(zhuǎn)位置270 90控制問題，可采用機(jī)械擋塊定位。當(dāng)要求任意點(diǎn)定位時(shí)，可采用位置檢測(cè)元件（如本例為電位器，其軸安裝在件 1 左端面的小孔）對(duì)所需位置進(jìn)行檢測(cè)并加以反饋控制。圖 3.1圖示手部的開閉動(dòng)作采用單作用液壓缸，只需一個(gè)油管。通向手部驅(qū)動(dòng)液壓缸的油管是從回轉(zhuǎn)中心通過，腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，油路認(rèn)可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓缸）由手臂內(nèi)通過并經(jīng)腕架分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動(dòng)液壓缸。本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的018回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)，參考上圖典型結(jié)構(gòu)。3.3 腕部結(jié)構(gòu)計(jì)算3.3.1 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服的阻力有：（1）腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 M摩12=()RfMFD摩式中 ， 軸承處支反力（N） ，可由靜力平衡方程求得 ;1RF2, 軸承的直徑（m） ；D軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 =0.01-0.02；對(duì)于滑動(dòng)軸承f f=0.1。f為簡(jiǎn)化計(jì)算，取 ，如圖 3.1 所示，其中， 為工件重量， 為手0.1M摩 總 阻 力 矩 1G2部重量， 為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量。3G圖 3.1（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 M偏1=Ge偏式中 e工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離 ，已知 e=10mm.()m則 1=39.801.294MGN偏（3）克服啟動(dòng)慣性所需的力矩 M慣啟動(dòng)過程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 及啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)過的角度 按啟下式計(jì)算： =t慣 工 件 啟（ J+）式中 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；工 件J 2()Nms手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ；手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度 ；(1)s啟動(dòng)過程所需的時(shí)間 ，一般取 0.05-0.3s,此處取 0.1s.。t啟手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為 200mm，直徑 90mm，其重力估算：,取 98N.230.45.7809.87.26GKgmNg等效圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：22211.045.198GJMRg工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，已知圓柱體工件 ，ml22=(3)3(.).03711mJl工 件要求工件在 0.5s 內(nèi)旋轉(zhuǎn) 90 度, 取平均角速度，即 = ，代入得： =(0.1.37)0.435.1MNmt 慣 工 件 啟（ J+）=.29.MNm總 阻 力 矩 摩 偏 慣 總 阻 力 矩解可得： =0.8083總 阻 力 矩 3.3.2 回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩 M總?cè)鐖D 3.3，定片 1 與缸體 2 固連，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固連，當(dāng) a, b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。圖 3.3圖 3.4圖 3.4 為回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩。M或 2()RrpbrdM總 2()pbRr總式中 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩總 ()Nm回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa）p缸體內(nèi)孔半徑（m）R輸出軸半徑（m） ，設(shè)計(jì)時(shí)按 選取r1.52Dd動(dòng)片寬度（ m）b上述動(dòng)力距與壓力的關(guān)系是設(shè)定為低壓腔背壓力等于零。3.3.3 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D 計(jì)算由 ，得：M總 阻 力 矩， 2()pbRr總 2Mrpb為減少動(dòng)片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度時(shí)，選用： 2bRr綜合考慮，取值計(jì)算如下：r=16mm，R=40mm，b=50mm， 取值為 1Mpa，即如下圖：P圖 3.53.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算圖 3.6 缸蓋螺釘間距示意表 3.3 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系上圖中表示的連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為：，即工作拉力與殘余預(yù)緊力之和F總 預(yù)計(jì)算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=1Mpa,所以螺釘間距 小于 150mm,試選擇 2 個(gè)螺釘，t，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=2 個(gè) 0.8.1256.1504Dmm受力截面222 283.034614SRr m610.167.8PFNZ所 以 ，此處連接要求有密封性，故 k 取（1.5-1.8） ，取 K=1.6。 K預(yù) 1.627.84362.5預(yù)所以 84=96.38F總 預(yù)螺釘材料選擇 Q235，安全系數(shù) n 取 1.5（1.5-2.2）24016.5sMPan則螺釘?shù)闹睆接上率降贸?，F(xiàn) 為總拉力即 4.3dF總工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t(mm)0.51:小于 1502小于 120.小于 100501:小于 80641.3.589.37.1410Fd m螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=8mm.3.3.5 靜片和輸出軸間的連接螺釘動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。螺釘由于油液沖擊產(chǎn)生橫向載荷，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面處產(chǎn)生摩擦力以抵抗工作載荷，預(yù)緊力的大小，以接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定，故有以下等式： 20()4PbDdMfFZi摩為預(yù)緊力, 為接合面摩擦系數(shù)，?。?.10-0.16）范圍的 0.15，即鋼和鑄鐵零件，0Ff為接合面數(shù)，取 =2，Z 為螺釘數(shù)目，取 Z=2，D 為靜片的外徑，d 為輸出軸直徑，則ii可得： 204bpFZfi螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： 01d帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得： 62 2200.40.8.396.5415bpFDd NZfi螺釘材料選擇 Q235，則 （安全系數(shù) ）1.sMpan1.25n:螺釘?shù)闹睆?，d 值極小，取 。041.3.98Fdm 6dm螺釘選擇 M6 的開槽盤頭螺釘， ,如圖 3.7：/67GBT54圖 3.73.3.6 腕部軸承選擇腕部材料選擇 HT200， ，估計(jì)軸承所受徑向載荷為 50N,軸向載荷37.9gcm較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。6005 軸承基本數(shù)據(jù)如下：，當(dāng)量動(dòng)載荷 ，載荷系數(shù) 取 1， ，則 ，由10rcKNprfFpf50rFN50p公式：6()hcLnpN 為轉(zhuǎn)速，由 0.5s 完成 回轉(zhuǎn)，計(jì)算得： ， ，球軸承90 60minrrc3代入得：，遠(yuǎn)大于軸承額定壽命 。63910()2.415hLh610h選用軸承為深溝球軸承 6005，6008。3.3.7 材料及連接件，密封件選擇右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋， ， ,/5783GBT16M需用 4 個(gè)。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋， ， ,需用 4 個(gè)。/5783T16左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓，全螺紋， ， ,需用/4 個(gè)。選用墊圈防松， ，公稱尺寸為 5。/84GBT右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋， ， ,/5783GBT16M需用 4 個(gè)。為定位作用，軸左側(cè)增加一個(gè)套筒，材料為 HT200，尺寸如下：圖 3.8動(dòng)片與輸出軸連接選用六角頭螺栓 全螺紋， ， 需用 2 個(gè)。/5783GBT16M密封件選擇：全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。右端蓋 d=40mm, 左右缸蓋 d=25mm。第四章 伸縮臂設(shè)計(jì)4.1 伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線伸縮動(dòng)作。（1）功能性的要求機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）適應(yīng)性的要求為便于調(diào)整，適應(yīng)工件大小不同的要求，起止位置要方便調(diào)整，要求設(shè)置可調(diào)式定位機(jī)構(gòu)。為了控制慣性力，減少運(yùn)動(dòng)沖擊，動(dòng)力的大小要能與負(fù)載大小相適應(yīng)，如步進(jìn)電機(jī)通過程序設(shè)計(jì)改變運(yùn)動(dòng)速度，力矩電機(jī)通過調(diào)整工作電壓，改變堵力矩的大小，達(dá)到工作平穩(wěn)、動(dòng)作快捷、定位準(zhǔn)確的要求。（3）可靠性的要求可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機(jī)械手可自動(dòng)完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行可靠性分析。（4）壽命的要求產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時(shí)因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無需大修的連續(xù)工作期限。設(shè)計(jì)中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤(rùn)滑措施、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。因各零部件難以設(shè)計(jì)成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。（5）經(jīng)濟(jì)的要求機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性和使用的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的制造成本構(gòu)成中材料費(fèi)、加工費(fèi)占有很大的比重，設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注意。將機(jī)械設(shè)計(jì)課程中學(xué)到的基本設(shè)計(jì)思想貫穿到設(shè)計(jì)中。（6）人機(jī)工程學(xué)的要求人機(jī)工程學(xué)也稱為技術(shù)美學(xué)，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護(hù)保養(yǎng)容易等。本設(shè)計(jì)中要充分考慮外形設(shè)計(jì)，各調(diào)整環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要方便人體接近，方便工具的使用。（7）安全保護(hù)和自動(dòng)報(bào)警的要求按規(guī)范要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設(shè)計(jì)都必須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計(jì)中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報(bào)警裝置。設(shè)計(jì)參數(shù)（1）伸縮長(zhǎng)度：300mm；（2）單方向伸縮時(shí)間：1.52.5S；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于 2mm；（4）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊；4.2 方案設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)方案（1）伸縮原理采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，接近終點(diǎn)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸） ，靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動(dòng)，采用電液換向閥，控制伸縮方向。 （圖 4.1）圖 4.1（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考液壓傳動(dòng)與控制等相關(guān)教材。由于伸縮臂做間歇式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有較大的沖擊，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮緩沖措施，可從液壓回路設(shè)計(jì)上考慮，也可從液壓件結(jié)構(gòu)上考慮。設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及要求： 電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。 油缸直徑：推力大小要能克服機(jī)構(gòu)起動(dòng)慣性并有一定的起動(dòng)加速度，要滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求。 導(dǎo)向桿剛度：按最長(zhǎng)伸出時(shí)機(jī)械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。 定位方式和元件：自選。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算伸縮臂運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見圖 4-1 結(jié)構(gòu)方案說明a：支座 1 安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。b：法蘭 4 用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿同時(shí)伸出 300mm，伸出長(zhǎng)度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購(gòu)件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸） 。采用直線導(dǎo)軸時(shí)可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式參考有關(guān)手冊(cè)設(shè)計(jì)。 強(qiáng)度及剛度計(jì)算本機(jī)械手夾持工件重量約 3Kg 左右，夾持器重量約 15Kg，夾持器長(zhǎng)度最大約250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機(jī)器作類比設(shè)計(jì)即可。伸縮臂的機(jī)構(gòu)力學(xué)模型如圖 4.2 所示。夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導(dǎo)桿受力最大的狀態(tài),也是變形最大的位置。在此情況下，用材料力學(xué)的知識(shí)計(jì)算它的強(qiáng)度和剛度。圖 4.24.3 伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1 伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算4.3.1.1 工作負(fù)載 R液壓缸的工作負(fù)載 R 是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即：imgR式中： -工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力；i-工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力；mR-工作機(jī)構(gòu)滿載啟動(dòng)時(shí)的慣性力。g(1) 的確定i 工件的質(zhì)量 m=5.9 (kg) 2vrh20.87.85314.5夾持器的質(zhì)量 15kg(已知)伸縮臂的質(zhì)量 50kg(估計(jì))其他部件的質(zhì)量 15kg(估計(jì))工作機(jī)構(gòu)荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N) 取 Ri=860N(2) 的確定 Rm= (N) mR172.086Ri(3) 的確定 Rg= (N) g .tgVG式中： 為啟動(dòng)時(shí)間，其加速時(shí)間約為 0.10.5st=0.1s , =0.2st總負(fù)載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N) 取實(shí)際負(fù)載為 =1200 RN4.3.1.2 液壓缸缸筒內(nèi)徑 D 的確定D= mMpapR3914.320式中：R=1000 5000 , p 可取 0.8 , =Na取液壓缸缸筒內(nèi)徑為 40mm。4.3.1.3 活塞桿設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)活塞桿材料：選擇 45 號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度 =570baMp(2)活塞桿的直徑：查液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)得，當(dāng)壓力小于 10Mpa 時(shí)，速比=1.33。則可選取活塞桿直徑為 20mm 系列，且缸筒的厚度為 5mm。 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度： mm 304522lDH(3)活塞桿強(qiáng)度及壓桿穩(wěn)定性的計(jì)算 采用非等截面計(jì)算法 油缸穩(wěn)定性的計(jì)算因?yàn)橛透椎墓ぷ餍谐梯^大，則在油缸活塞桿全部伸出時(shí)，計(jì)算油缸受最大作用力壓縮時(shí)油缸的穩(wěn)定性。假設(shè)油缸的活塞桿的推理為 P，油缸穩(wěn)定的極限應(yīng)力為 Pk，則油缸穩(wěn)定性的條件為 PPk。Pk 按下式得到： )()(12kgfJpkk式中： 可按液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)得到1Jpk； 641d64)(12D式中： 為活塞桿直徑為缸體外徑。1DD 為缸體內(nèi)徑。所以， 625.194021J 1562.46)05(22J所以 .91、 為長(zhǎng)度 、 上的斷面慣性矩。2J2l1查 時(shí)極限力的計(jì)算圖，可由 且 查得6.112lml30901Jpk（其中， ：活塞桿頭部至油缸 A 點(diǎn)處的距離（cm）l:缸體尾部至油缸 A 點(diǎn)處的距離（cm） ） 。2l所以： 。Nkgfpk6210.65.190所油缸的穩(wěn)定性是滿足條件的。 活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算（E：材料的彈性模量）剛的彈性模量為 E200Mpa。液壓傳動(dòng)與控制查得： 2057.34.160.324SRd所以活塞桿強(qiáng)度是滿足條件的。 4.3.1.4 缸筒設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)缸筒材料：選擇 ZG310-570 鑄鋼,其抗拉強(qiáng)度 =570baMp(2)缸筒壁厚 及校核：取壁厚 =5mm 因此屬于普通壁厚3.0125.408. D缸筒壁厚的校核 max.spD式中： -缸筒內(nèi)最高工作壓力； =7maxpaxpaM-材料的許用應(yīng)力 s57014bs pa-材料的安全系數(shù) =5max7401.62.32.3sPDmp校核 符合要求(3)缸筒外徑： 5014214.3.1.5 缸底設(shè)計(jì)參數(shù)及校核(1)缸底材料：選擇 Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度 375460baMp(2)缸底厚度 mm max70.50.544.28603sPD取缸底厚度為 5mm4.3.1.6 油缸零件的連接計(jì)算首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接;缸筒與缸底的連接此處選用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。（1）缸筒螺紋處的強(qiáng)度計(jì)算：螺紋處的拉應(yīng)力： /)(4/221cmkgfDdp螺紋處的剪應(yīng)力： /)(.02140fdk合成應(yīng)力： /322cmkgfn許用應(yīng)力： /2ckfs式中：P:油缸的最大推力kgf;D:油缸內(nèi)徑cm;：螺紋直徑cm；0d：螺紋內(nèi)徑，當(dāng)采用普通螺紋時(shí)（GB196-63）時(shí)，可近似按下式1（t 螺距cm ）;24.0K:螺紋預(yù)緊力系數(shù)，去 K1.251.5；：螺紋那摩擦系數(shù)（0.070.2） ，一般取 0.12；1k 1k：缸筒材料的屈服極限。sn: 安全系數(shù)，取 n=1.2-2.5,一般取 n=1.75.由前面計(jì)算可得：D=40mm=4cm ，則查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) ，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T196-2003）公稱直徑第二系列 4.8，可得螺距 t=0.4cm; =4.8cm .0d所以， 。 cmd31.402.1841K 取 1.5，.01k/23502ckgfMpasn:取 1.75。所以： /138.74)31.4(/05)(4/ 2221 cmkgfDdkp /5.0).(0.)(.0 24140 f /32.765.13.73 2222 cmkgfn /94/5.1 fcmkgfMpa,滿足強(qiáng)度條件。n（2）缸筒與缸底的焊接強(qiáng)度計(jì)算 /3.1207.)5.4(10)(4 2221 cmkgfdDpP:油缸推力kgf:焊縫效率，可取 0.7：焊條材料得抗拉強(qiáng)度 b2/cmkgfn:安全系數(shù)，取 n3.34并查到焊條材料的抗拉強(qiáng)度為 900Mpa1200Mpa(手工焊條)，因此缸體與缸底得焊縫強(qiáng)度是滿足要求得。4.3.1.7 液壓油缸其他零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為 2.0 。aMp液壓缸的基本形式如下圖所示：圖 4.3整個(gè)油缸安裝在下部伸縮臂基座上。（1）活塞與活塞桿得連接結(jié)構(gòu)：油缸在一般工作條件下，活塞與活塞桿采用螺紋連接。其形式如圖所示圖 4.4（2）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個(gè)套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定，材料選用鑄鐵材料?；窘Y(jié)構(gòu)為：圖 4.5圖中：1 為缸蓋，2 為橡膠防塵圈，3 為活塞桿，4 為活塞桿導(dǎo)向套。（3）活塞與缸體得密封。采用 O 型密封圈密封。選用 36.5 內(nèi)徑，截面直徑為 3.55 mm.10.其基本形式如下：圖 4.6圖中：1 即為 O 型密封圈，2 則為活塞?；钊c缸體之間靠 O 型密封圈密封。（4）活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式及尺寸端部結(jié)構(gòu)形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑的，球形，耳環(huán)等等。此處因活塞桿固定，選用外螺紋連接形式。其基本結(jié)構(gòu)如下：圖 4.7圖中各尺寸可查液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)得，當(dāng) d20mm 時(shí)， 取 .1d56ML=(1.21.5) , 1d)5.12(Ldm2416.4.3.2 導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.2.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保證液壓缸活塞桿伸出時(shí)的方向性，提供機(jī)構(gòu)剛度，保證伸縮量的準(zhǔn)確性。4.3.2.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外形尺寸及材料導(dǎo)向選擇矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向，導(dǎo)軌為伸縮臂基座上得一部分，經(jīng)加工而成；滑臺(tái)則在其上滑動(dòng)且滑臺(tái)得端部靠法蘭安裝夾持器部分。材料選擇為 45 號(hào)鋼.，如圖 4.8 所示：圖 4.8圖中：1 為滑臺(tái)，2 為伸縮臂基座，3 為矩形導(dǎo)軌的壓板。此處矩形導(dǎo)軌是直接在基座上加工出來的，滑臺(tái)在導(dǎo)軌面上滑動(dòng)，靠壓板來固定調(diào)節(jié)?；酆駷?10mm.。4.3.2.3 矩形導(dǎo)軌的彎曲強(qiáng)度及撓度的校核(1)導(dǎo)軌的彎曲應(yīng)力 maxzMWNplM1503.0622 17.46.bhWZ MpaZ9.35107.46max 符合要求。ax因?yàn)橹挥?jì)算了一邊得矩形導(dǎo)軌，由結(jié)構(gòu)可知還有另外一邊得導(dǎo)軌支撐，故滿足條件。(2)桿的撓度 此桿為一懸臂梁，根據(jù)簡(jiǎn)單載荷作用下梁的撓度和轉(zhuǎn)角公式：， 2plEI3lfI式中：EI 是截面抗彎剛度 62108.bh03.108.23563Bf本式計(jì)算是完全把載荷加在導(dǎo)軌上，實(shí)際是載荷由導(dǎo)軌和活塞桿共同承受，所以導(dǎo)向桿的撓度會(huì)更小，符合設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)角 = 符合要求。radEIpl 06.108.2532 4.3(3)導(dǎo)軌的表面處理及潤(rùn)滑導(dǎo)軌表面淬火，可以提高表面硬度增加導(dǎo)向桿的耐磨性，也可以保證導(dǎo)向桿的韌性，同時(shí)需要精加工以提高導(dǎo)軌的精度要求；導(dǎo)軌的潤(rùn)滑可采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，或是采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。此處采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。伸縮臂基座與升降臂相連靠伸縮臂基座底部的法蘭。其上有 4 個(gè) M12 的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。4.3.2.4 伸縮臂范圍控制與調(diào)整伸縮臂伸縮范圍控制靠行程開關(guān)與活動(dòng)擋塊，這里特別解釋如下：設(shè)備附件活動(dòng)擋塊，它用在當(dāng)設(shè)備安裝好后，可以靠它在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)臂的伸長(zhǎng)量，其結(jié)構(gòu)圖如圖 4.6所示此活動(dòng)擋塊可套裝在導(dǎo)向桿上，a 處可以壓住行程開關(guān)壓柱，從而壓動(dòng)行程開關(guān)使行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。此外除上述調(diào)節(jié)外，還可以調(diào)節(jié)連接件的旋入導(dǎo)向桿和液壓活塞桿的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)伸長(zhǎng)度的微調(diào)。保證把工件精確地放在加工機(jī)床作業(yè)臺(tái)上。行程開關(guān)使用 LXW4-11型微型開關(guān)。圖 4.9河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第五章 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬坐標(biāo)式液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。具有手臂伸縮，回轉(zhuǎn)，升降，手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。因此，相應(yīng)地有手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。各部分均用液壓缸或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)與控制。設(shè)計(jì)要求（1）滿足工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作順序要求。動(dòng)作順序的各個(gè)動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號(hào)控制相應(yīng)的電磁鐵，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。（2）機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（3）液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求5.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用葉片泵供油，動(dòng)作順序：從原位開始升降臂下降夾持器夾緊升降臂上升底座快進(jìn)回轉(zhuǎn)底座慢進(jìn)手腕回轉(zhuǎn)伸縮臂伸出夾持器松開伸縮臂縮回；待加工完畢后，伸縮臂伸出夾持器夾緊伸縮臂縮回底座快退( 回轉(zhuǎn) )底座慢退 手腕回轉(zhuǎn)升降臂下降夾持器松開升降臂上升到原位停止，準(zhǔn)備下次循環(huán)。上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)訊號(hào)控制相應(yīng)的電磁鐵（電磁換向閥） ，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。（1）各液壓缸的換向回路為便于機(jī)械手的自動(dòng)控制，采用可編程控制器進(jìn)行控制，前分析可得系統(tǒng)的壓力和流量都不高，選用電磁換向閥回路，以獲得較好的自動(dòng)化成都和經(jīng)濟(jì)效益。液壓機(jī)械手采用單泵供油，手臂伸縮，手腕回轉(zhuǎn)，夾持動(dòng)作采用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時(shí)為了保證多缸運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)互不干擾，實(shí)現(xiàn)同步或非同步運(yùn)動(dòng)，換向閥采用中位“O”型換向閥。（2）調(diào)速方案整個(gè)液壓系統(tǒng)只用單泵工作，各液壓缸所需的流量相差較大，各液壓缸都用液壓泵的全流量是無法滿足設(shè)計(jì)要求的。盡管有的液壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速，用以保證液壓缸的平穩(wěn)運(yùn)行。各缸可選擇進(jìn)油路或回油路節(jié)流調(diào)速，選用河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）節(jié)流閥調(diào)速。單泵供油系統(tǒng)以所有液壓缸中需流量最大的來選擇泵的流量。系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，所需元件較少，經(jīng)濟(jì)性好，考慮到系統(tǒng)功率較小，其溢流損失也較小。（3）緩沖回路伸縮臂處設(shè)置緩沖回路，使用單向節(jié)流閥（4）系統(tǒng)安全可靠性?shī)A緊缸在夾緊工件時(shí)，為防止失電等意外情況，設(shè)置鎖緊保壓回路。手臂升降缸在系統(tǒng)失壓的情況下會(huì)自由下落或超速下行，所以在回路中設(shè)置平衡回路。5.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.1 分功能設(shè)計(jì)分析（1）夾持器采用單出桿雙作用缸，保證運(yùn)動(dòng)過程中不使工件下掉，夾持器夾緊工件后，鎖緊回路由先導(dǎo)型順序閥和單向閥組成。順序閥的設(shè)置在夾持器松開回油過程中起到緩沖作用。（2）底座回轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)液壓缸，正反方向均采用單向調(diào)速閥調(diào)速。由于回轉(zhuǎn)部分的重量大，回轉(zhuǎn)長(zhǎng)度長(zhǎng)，因此手臂回轉(zhuǎn)時(shí)具有很大的動(dòng)能。為此，除采用調(diào)速閥的回油節(jié)流閥調(diào)速閥外，還在回油路上安裝雙溢流閥，進(jìn)行減速緩沖。（3）手臂伸縮采用單出桿雙作用缸，手臂伸出時(shí)，由單向閥和節(jié)流閥組成的調(diào)速回路進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速。手臂縮回時(shí)，回油路設(shè)置調(diào)速閥以完成緩沖作用。（4）手臂升降運(yùn)動(dòng)采用單出桿雙作用缸，上升和下降均由單向調(diào)速閥回油節(jié)流。因?yàn)樯蹈诪榱⑹?，在其液壓缸下腔油路中安裝單向順序閥，避免因整個(gè)手臂運(yùn)動(dòng)部分的自重而下降，起支撐平衡作用。（5）伸縮臂進(jìn)油路設(shè)置蓄能保壓回路，伸出完全后，進(jìn)油路壓力升高，壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)導(dǎo)致?lián)Q向閥通電，泵卸荷，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，由蓄能器保壓。（6）單泵供油，采用先導(dǎo)型溢流閥卸荷，設(shè)置二位二通換向閥。5.3.2 液壓泵的確定與所需功率計(jì)算系統(tǒng)各執(zhí)行元件最大需用流量夾緊缸：Q 1=1.5 L/min伸縮缸：Q 2=15 L/min升降缸：Q 3=7.536 L/min河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）回轉(zhuǎn)缸：Q 4=17.34 L/minmax1.739.0/in20/mipkLb、泵的排量31.6/pQqlrnc、泵工作時(shí)的最高壓力夾緊缸： 1pMa伸縮缸： 2.6升降缸： 3回轉(zhuǎn)缸： 40.pa3pP包括油液流經(jīng)流量閥和其他元件的局部損失，管路沿程損失等為 0.2:0.5MpapP20.4Mpa作為壓力儲(chǔ)備，可選額定壓力為 5Mpa選擇 YB-A16B 型號(hào)泵，其主要性能參數(shù)如表 5.1 所示排量 壓力 輸入功率額定轉(zhuǎn)速 最低轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速YB-A16B 16.3ml/r 5Mpa 1.69Kw 1000r/min 600r/min 1800r/min5.3.3 確定泵的電機(jī)功率 NpQ:p泵的實(shí)際最大工作壓力 kgf/cm 2Q泵在 p 壓力下的實(shí)際流量 l/min項(xiàng) 目型 號(hào)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） t-泵的總效率 0.65:0.7532.4170.9256.Nkw考慮到壓力損失，故按標(biāo)準(zhǔn)選用 1.5kw 的電機(jī)5.3.4 液壓元件的選擇,如表 5.2 所示表 5.2編號(hào) 元件名稱 閥最大通過流量 L/min型號(hào) 公稱流量 L/min1 濾油器（粗）19.074 XU-CJ4550BS 403 溢流閥 19.074 YF3-10L 634 電磁換向閥23DO-B8C 226 濾油器（精）XU-CJ4530BS409 電磁換向閥（夾緊）10、11液控單向閥CPT-03-04-50 4013 壓力繼電器HE 1DO 20A/3514 電磁換向閥（伸縮）15 34DF30-E10B-D 2515 單向調(diào)速閥AQ 3F-10C 3017 電磁換向閥（回轉(zhuǎn)）17.34 34DF30-E10B-D 2518 、19單向調(diào)速閥AQ 3F-10d21 電磁換向閥（升降）7.536 DG55-5河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 單向順序閥HCT-03-A-3-22 5023、24單向節(jié)流閥SRCT-0.3-50 305.3.5 輔助元件的選擇油管內(nèi)徑一般可參照所有管接件的接口尺寸確定，也可按管路元件的流量進(jìn)行計(jì)算，本系統(tǒng)油管選 181.5 無縫鋼管。油箱容量的計(jì)算V= pmQ: V油箱有效容積（L）m系數(shù) m 值對(duì)于中壓系統(tǒng)可以為 5:7minp-液泵流量（ L/min）V=(5:7)19.074=95.37 133.518L5.5 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算（1）壓力損失系統(tǒng)的總壓力損失包括沿程損失和局部損失。其中單向調(diào)速閥壓力損失最大 5 kgf/cm 2。（2）管路壓力損失對(duì)系統(tǒng)性能的影響管路壓力損失通常按快速工況計(jì)算。管內(nèi)流速過高，引起管道振動(dòng)和壓力損失增大。管路壓力損失太大，在定量泵系統(tǒng)中，快速時(shí)系統(tǒng)壓力將超過溢流閥或卸荷閥的調(diào)整壓力，致使閥有溢流；在變量泵或雙泵系統(tǒng)中，快速對(duì)系統(tǒng)壓力將超過轉(zhuǎn)換壓力，使進(jìn)入缸的流量減少，缸的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)不到預(yù)期的效果。因此須根據(jù)壓力降重新調(diào)整元件的工作壓力，以保證快速運(yùn)動(dòng)的要求。（3）油溫的允許值不同機(jī)械，因工作條件的不同，允許的高油溫應(yīng)有區(qū)別本系統(tǒng)中正常工作溫度 30:50，最高允許 55:70，油及油箱 溫升 25。（4）液壓沖擊 保證工作周期的原則下，盡量減慢換向速度。電磁換向閥，可考慮帶阻尼器或設(shè)計(jì)成正開口的滑閥結(jié)構(gòu)。使閥芯移動(dòng)速度過慢，使電磁鐵的線圖長(zhǎng)期通過大電流，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）會(huì)造成發(fā)熱、燒傷。在滑閥完全關(guān)閉前，減慢液體的流速?？稍陂y芯的棱邊上開長(zhǎng)方形或 V 形槽，或作成半錐角為 2:5的節(jié)流錐面。適當(dāng)加大管徑，縮短導(dǎo)管長(zhǎng)度，避免不必要的彎曲；或采用軟管。5.6 液壓系統(tǒng)圖5.6.1 設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖圖 5.1工業(yè)機(jī)械手除腕部采用擺動(dòng)液壓馬達(dá)之外均采用單出桿雙作用直線油缸。5.6.2 液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序控制原理降臂下降：使 6DT 通電閥 21 位于左位，壓力油經(jīng)閥 24 單向閥，進(jìn)入油缸 25上腔，回油經(jīng)油缸下腔，單向調(diào)速閥 23，閥 22 的順序閥，閥 21 左位回油箱。下降速度由閥 23 調(diào)節(jié)。單向順序閥 22 防止自重下滑起支撐平衡作用。升降到一定位置碰到行程開關(guān)，使電磁鐵 2DT 通電，6DT 斷電，壓力油經(jīng)閥 10進(jìn)入油缸 12 左腔，油缸右腔油液經(jīng)閥 11，閥 9 左位回油箱。10，11 液控單向閥保持夾持器夾牢工件。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）降臂上升：夾緊后發(fā)出訊號(hào)，使 7DT 通電 2DT 斷電，壓力油經(jīng)閥 21 右位，閥22，23 中的單向閥進(jìn)入油缸 25 下腔，上腔油液經(jīng)閥 24，閥 21 右位回油箱。升降速度由閥 24 調(diào)節(jié)。座回轉(zhuǎn)：當(dāng)升到預(yù)定位置時(shí)，擋塊碰撞到行程開關(guān)。使的 7DT 斷電 8DT 通電，閥 17 處于左位，壓力油經(jīng)閥 17 左位，閥 18 單向閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)缸上腔，下腔油液經(jīng)閥19，閥 17 左位回油箱。于是底座回轉(zhuǎn) 90 度，回轉(zhuǎn)速度由閥 19 調(diào)節(jié)?；剞D(zhuǎn)缸在其油路上安裝有行程節(jié)流閥進(jìn)行減速緩沖。縮臂伸出：底座回轉(zhuǎn)到位碰撞行程開關(guān)時(shí)，使 8DT 斷電，4DT 通電，壓力油經(jīng)閥 14 左位，進(jìn)入油缸 16 左腔，右腔油液經(jīng)閥 15，閥 14 左位回油箱。伸縮臂外伸，伸縮速度由閥 15 調(diào)節(jié)。持器松開：手腕回轉(zhuǎn) 90 度完畢，擋塊碰到行程開關(guān)，4DT 通電，壓力油經(jīng)閥 9右位，閥 11 到油缸 12 右腔，左腔油液經(jīng)閥 10，閥 9 右位回油箱。夾持器松開，放下物料?？s臂縮回：當(dāng)夾持器松開后，擋塊碰撞行程開關(guān)，使 5DT 通電，壓力油經(jīng)閥 14右位，閥 15 單向閥進(jìn)入油缸 16 右腔，左腔油液經(jīng) 14 右位回油箱，伸縮臂縮回。壓力油使油缸 19 快速縮回。到位后碰撞行程開關(guān)，使 5DT 斷電?？s臂伸出：待加工完畢后，發(fā)出信號(hào)，使 4DT 通電，壓力油經(jīng)閥 14 左位進(jìn)入油缸 16 左腔，右腔油液經(jīng)閥 15，閥 14 左位回油箱。持器夾緊：當(dāng)伸到適當(dāng)位置，擋塊碰撞行程開關(guān)，使 2DT 通電，4DT 斷電，壓力油經(jīng)閥 19 左位，閥 10 進(jìn)入油缸 12 左腔，油缸右腔經(jīng)閥 11，閥 9 左位回油箱?？s臂縮回：當(dāng)夾緊后，擋塊碰撞行程開關(guān)，使 5DT 通電，經(jīng) 15 單向閥進(jìn)右腔，左腔油液經(jīng) 14 回油箱。底座回轉(zhuǎn)：當(dāng)縮到適當(dāng)位置，擋塊碰撞行程開關(guān)，使 9DT 通電，壓力油經(jīng)閥 19單向閥進(jìn)回轉(zhuǎn)油缸下腔，上腔油液經(jīng)閥 18，閥 17 右位回油箱。升降臂下降：當(dāng)手腕回轉(zhuǎn)到位，擋塊碰撞行程開關(guān)，使 9DT 斷電，6DT 通電，壓力油經(jīng)閥 21 左位，閥 24 到油缸 25 上腔，回油經(jīng)油缸 25 下腔，閥 23，閥 22，閥 21左位回油箱。夾持器松開：當(dāng)降到預(yù)定位置，擋塊碰撞行程開關(guān)，使 6DT 斷電，3DT 通電，壓力油經(jīng)閥 9 右位，閥 11 進(jìn)入油缸 12 右腔，左腔油液經(jīng)閥 10 閥 9 右位回油箱。5.6.3 電磁鐵動(dòng)作順序河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）表 5-2 電磁鐵動(dòng)作順序1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT原位 +升降臂下降 +夾持器夾緊 +升降臂上升 +底座快速回轉(zhuǎn) +底座慢進(jìn) +手腕旋轉(zhuǎn) +伸縮臂伸出 +夾持器松開 +伸縮臂縮回 +伸縮臂伸出 +夾持器夾緊 +伸縮臂縮回 +底座快退縮 +底座慢退 +手腕回轉(zhuǎn) +工 步元件河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）升降臂下降 +夾持器松開 +升降臂上升 +原位循環(huán) +河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 6 章 PLC 控制系統(tǒng)6.1 PLC 的構(gòu)成及工作原理可編程邏輯控制器（PLC）又稱可編程控制器。它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。正是基于 PLC 這些特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足該套工業(yè)機(jī)械手的要求。工業(yè)機(jī)械手控制工藝流程圖 6-1 所示圖 6-16.2 PLC 選擇可編程邏輯控制器（PLC）是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，又稱可編程控制器。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于控制、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。PLC 的按以下方式選擇：（1） I/O 點(diǎn)數(shù)的估算根據(jù)分析的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算，F(xiàn)1-40 系列選擇主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)為 24/16。（2）容量計(jì)算內(nèi)存容量指的是用戶程序的容量。最大 I/O 點(diǎn)數(shù)為 120，一般指令的條數(shù)為 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10-12 倍左右，PLC 的容量不得小于此要求。根據(jù)所選的 PLCF1-40 系列的內(nèi)部元件及輸入輸出的相關(guān)元件、設(shè)備，編制出 I/O分配圖 6-2 所示如下圖 6-2河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6.3 程序設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求，可以采用移位寄存指令或步進(jìn)指令進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。1） 模塊化設(shè)計(jì)公共程序模塊，手動(dòng)程序模塊，自動(dòng)程序模塊，遠(yuǎn)位模塊。公共程序模塊包括主電路、油泵等的控制，狀態(tài)初始化，狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換停止，事故報(bào)警保護(hù)等程序。公共程序部分如圖 6-3 所示手動(dòng)程序采用電動(dòng)方式，應(yīng)能完成全部自動(dòng)程序所完成的動(dòng)作。手動(dòng)程序部分如圖 6-4 所示自動(dòng)程序應(yīng)包括連續(xù)過程，單周過程，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。自動(dòng)程序部分如圖 6-5所示圖 6-3河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 6-4圖 6-5河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6.4 語句表000 LD X400001 OR Y530002