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(kāi)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(kāi)，故為常開(kāi)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(jiàn)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(kāi) 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(wú)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(jiàn)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(guò) ，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(lái)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(guò)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(jiàn)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(kāi)閉范圍當(dāng)斜楔從松開(kāi)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(kāi)閉范圍來(lái)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(wú)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(méi)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(méi)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(lái)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(wèn)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(kāi)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(guò)，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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)程轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)程的角速度 ；(1)s啟動(dòng)過(guò)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 ?。?.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(jiàn)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(kāi)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(guò)程序設(shè)計(jì)改變運(yùn)動(dòng)速度，力矩電機(jī)通過(guò)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(wú)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(wú)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(guò)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(jiàn)圖 4-1 結(jié)構(gòu)方案說(shuō)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(lái)的，滑臺(tái)在導(dǎo)軌面上滑動(dòng)，靠壓板來(lái)固定調(diào)節(jié)。基座臂厚為 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(kāi)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(kāi)關(guān)壓柱，從而壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)使行程開(kāi)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(kāi)關(guān)使用 LXW4-11型微型開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(lái)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(guò)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(kāi)回油過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)口的滑閥結(jié)構(gòu)。使閥芯移動(dòng)速度過(guò)慢，使電磁鐵的線圖長(zhǎng)期通過(guò)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。可在閥芯的棱邊上開(kāi)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(kāi)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(kāi)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?？s臂伸出：底座回轉(zhuǎn)到位碰撞行程開(kāi)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(kāi)：手腕回轉(zhuǎn) 90 度完畢，擋塊碰到行程開(kāi)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(kāi)，放下物料。縮臂縮回：當(dāng)夾持器松開(kāi)后，擋塊碰撞行程開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)：當(dāng)降到預(yù)定位置，擋塊碰撞行程開(kāi)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(kāi) +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(kāi) +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(lái)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(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出來(lái)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(lái)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(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出來(lái)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(guò)程，單周過(guò)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(yǔ)句表000 LD X400001 OR Y530002