畢業(yè)設(shè)計論文——機械手設(shè)計

北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共43頁一 、 引 言 引 言 引 言 引 言1.1機械液壓通用機械手 ， 就其本質(zhì)上來說 ， 屬于工業(yè)機器人的范疇 ， 機器人學(xué)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門綜合學(xué)科 。 它集中了機械工程 、 電子工程 、 計算機科學(xué) 、 自動控制以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果 ， 體現(xiàn)了光機電一體化技術(shù)的最新成就 ， 是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一 ， 也是我國科技界跟蹤國際高技術(shù)發(fā)展的重要課題。 “ 機械手 ” （ MachanicalHand） ： 多數(shù)指附屬于主機 、 程序固定的自動抓取 、操 作裝置（國內(nèi)一般稱作機械手或?qū)Ｓ脵C械手 ） 。 如自動線、自動機的上下料，加工中心的自動換到的自動化裝置。 1.2機械手特點、結(jié)構(gòu)與研究意義機 器人的特點 機 器人的特點 機 器人的特點 機 器人的特點機器人的主要特點體現(xiàn)在它的通用性和適應(yīng)性等方面。 1.通用性機器人的通用性指具有執(zhí)行不同功能和完成多樣簡單任務(wù)的實際能力 ； 通用性也意味著 ， 機器人是可變的幾何結(jié)構(gòu) 。 或者說在機械結(jié)構(gòu)上允許機器人執(zhí)行不同的任務(wù)或以不同的方式完成同一工作。 2.適應(yīng)性機器人的適應(yīng)性是指具有對環(huán)境的自適應(yīng)能力 ， 及機器人能夠自主執(zhí)行實現(xiàn)經(jīng)規(guī)劃的中間任務(wù)，而不管執(zhí)行過程中所發(fā)生的沒有預(yù)計到的環(huán)境變化。 1.2機 器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 機 器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 機 器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 機 器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個機器人系統(tǒng)一般由四個相互作用的部分組成 ， 即機械手 、 環(huán)境 、 任務(wù)和控制器。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2頁共43頁工業(yè)機器人的本體機械系統(tǒng)即為通常的機械手裝置 ， 他由肩 、 臂 、 腕 、 機身或行走機構(gòu)組成，組合為一個相互依賴的運動機構(gòu)。 環(huán)境即指機器人所處的周圍狀態(tài) ， 環(huán)境不僅由機和條件決定 ， 而且有環(huán)境和它所包含的每個事物的全部自然特性決定。 機 器 人 體 系 結(jié) 構(gòu) 中 的 任 務(wù) 一 般 定 義 為 環(huán) 境 的 兩 種 狀 態(tài) （ 初 始 狀 態(tài) 和 目 標(biāo) 狀態(tài)）間的差別，必須用適當(dāng)?shù)某绦蛘Z言來描述，并能為計算機所理解。 機器人控制器一般為控制計算機 ， 接收來自傳感器的信號 ， 對其進行數(shù)據(jù)處理 ， 并按照預(yù)存信息 ， 即機器人的狀態(tài)及環(huán)境情況等 ， 生成控制信號來驅(qū)動機器人的各個關(guān)節(jié)運動。1.23機 械手的研究意義 機 械手的研究意義 機 械手的研究意義 機 械手的研究意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械手的應(yīng)用也越來越廣泛。在機械工業(yè)中 ， 大量應(yīng)用于鑄、鍛、焊、沖、熱處理、機械加工以及裝配等工種。在其他部門 ， 如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工種中也均有應(yīng)用。 在機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的意義可以概括如下： (1)可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度。應(yīng)用機械手有利于在自動生產(chǎn)線中實現(xiàn)材料的傳送 、 工件的裝卸 、 刀具的更換、以及機器的裝配等的自動化程度，從而提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 (2)可以改善勞動條件，避免人身事故。在高溫 、 高壓 、 低溫 、 低壓 、 噪聲 、 臭味 、 有放射性物質(zhì)的環(huán)境場合 ， 用人手直接操作是很危險的甚至是不可能的 。 而應(yīng)用機械手即可部分或者全部代替人完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 (3)可以減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。應(yīng)用機械手代替人手進行作業(yè) ， 這是直接減少人力的一個側(cè)面 ， 同時應(yīng)用機械手可以連續(xù)的工作 ， 這是減少人力的另一方面 。 因此 ， 在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍 ，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。 （ 4） 用液壓系統(tǒng)來控制機械手 ， 比一般的機械控制具有更好的穩(wěn)定性 ， 并且控制的精確度更高。 （ 5）運用機械手可以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時間 ，從而能大幅提高勞動的生產(chǎn)率。 綜上所述，有效的應(yīng)用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 1.3國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入了以通用機械手為標(biāo)志的時代 。通用機械手可以應(yīng)用于更加多的場合，從而節(jié)約了不少的開發(fā)以及設(shè)計的成本 。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3頁共43頁由于通用機械手的發(fā)展 ， 進而促進了智能機器人的研制 。 通用機械手涉及的內(nèi)容 ，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù) 、 電視技術(shù) 、 通訊技術(shù) 、 計算技術(shù) 、 無線電控制 、 仿生學(xué)等 ， 因此它是一項綜合性較強的技術(shù) 。 目前國內(nèi)外對發(fā)展這一技術(shù)都很重視 。 幾十年來 ， 這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍 ， 設(shè)計在不斷的修改 ， 品種在不斷的增加 ， 應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴大 。 雖然在這方面相對于發(fā)達國家還有點落后 ， 但是國內(nèi)現(xiàn)在也越來越感覺到機械手的重要性 ， 國家大力支持相關(guān)的設(shè)計及產(chǎn)品的開發(fā) 。 在機器人的發(fā)展以及機械手的設(shè)計上也取得了一定的成果 ， 國內(nèi)每年都將舉行機器人大賽 ， 以增加研發(fā)單位的交流與合作。 目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是：(1)研 制有更多自由度的液壓機械手，這樣機械手就可以變得更加的靈活，從而完成更加多的動作。 (2)研 制帶有行走機構(gòu)的機械手，這種機械手可以從一個工作地點移動到另一個工作地點。 (3)研制維修維護方便的通用機械手。(4)研制能自動編制和自動改變程序的通用機械手。(5)研 制具有一定感觸和一定智力的智能機械手。這種機械手具有各種傳感裝置 ， 并配有計算機 。 根據(jù)仿生學(xué)的理論 ， 用計算機充當(dāng)其大腦 ， 使它進行思考和記憶。用聽筒和聲敏元件作為耳朵能聽，用揚聲器作為嘴能說話進行應(yīng)答 ， 用熱 電 偶 和 電 阻 應(yīng) 變 儀 作 為 觸 覺 和 感 觸 。 用 滾 輪 或 者 雙 足 式 機 構(gòu) 腳 來 實 現(xiàn) 自 動 移位。這樣的智能機械手可以由人的特殊 語言對其下達命令，布置任務(wù)，使自動化生產(chǎn)線成為智能化生產(chǎn)線。 (6)機 械手的外觀達到美觀的要求，盡量用最簡單的結(jié)構(gòu)和設(shè)備能完成更加多的動作。 (7)研制具有柔性系統(tǒng)的通用機械手目前，在國外廣泛應(yīng)用的再現(xiàn)式通用機械手，雖然一般也都有記憶裝置 ， 但其程序都是預(yù)先編好的 ， 或由人在工作之前領(lǐng)動一次 ， 而后機械手可以按領(lǐng)動的工作內(nèi)容正確進行再現(xiàn)動作 。 如果把這種再現(xiàn)式通用機械手稱為第二代機械手的話 ， 那么現(xiàn)在處于研制階段的智能機械手就是第三代了 。 現(xiàn)在研究的機械手正在朝著一種可以存儲大量的程序的并且可以改變并重新寫入程序的方向發(fā)展 ， 而且機械手具有比原來的更多的自由度?，F(xiàn)在國內(nèi)具有越來越強的自主研發(fā)的單位 ，我相信在不久的將來 ， 我國一定能夠趕上并將且超越發(fā)達國家在機械手乃至整個機械方面處于領(lǐng)先地位。 1.4機械手的組成和分類 機 械手的組成 機 械手的組成 機 械手的組成 機 械手的組成機械手主要由執(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 。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第4頁共43頁各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 1-1所示。1.42機 械手的分類 機 械手的分類 機 械手的分類 機 械手的分類工業(yè)機械手的種類很多 ， 關(guān)于分類的問題 ， 目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn) ，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 一、按用途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種：1、專用機械手 它是附屬于主機的 、 具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置 。 專用機械手具有動作少 、 工作對象單一 、 結(jié)構(gòu)簡單 、 使用可靠和造價低等特點 ， 適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手 ， 如自動機床 、 自動線的上 、 下料機械手和“ 加工中心 ” 。2、通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的 、 程序可變的 、 動作靈活多樣的機械手 。 格性能范圍內(nèi) ， 其動作程序是可變的 ， 通過調(diào)整可在不同場合使用 ， 驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的 。 通用機械手的工作范圍大 、 定位精度高 、 通用性強 ， 適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn) 。 通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種 :簡易型以 “ 開一關(guān) ” 式控制定位，只能是點位控制 :可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng) ，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。 (二 )按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機械手 是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是 :抓重可達幾百公斤以上 、 傳動平穩(wěn) 、 結(jié)構(gòu)緊湊 、 動作靈敏 。 但對密封裝置要求嚴(yán)格 ， 不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響 ， 且不宜在高溫 、 低溫下工作 。 若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng) ， 可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 ， 使機械手的通用性擴大 ， 但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是 :介質(zhì)李源極為方便 ， 輸出力小 ， 氣動動作迅速 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 成本低 。 但是 ， 由于空氣具控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)位置檢測裝置北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5頁共43頁有可壓縮的特性 ， 工作速度的穩(wěn)定性較差 ， 沖擊大 ， 而且氣源壓力較低 ， 抓重一般在 30公斤以下 ， 在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大 ， 所以適用于高速 、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 3、機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu) (如凸輪 、 連桿 、 齒輪和齒條 、 間歇機構(gòu)等 )驅(qū)動的機械手 。它是一種附屬于工作主機的專用機械手 ， 其動力是由工作機械傳遞的 。 它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大 ， 動作程序不可變。 4、電力傳動機械手 即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機 、 直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手 ， 因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu) ， 故機械結(jié)構(gòu)簡單 。 其中直線電機機械手的運動速度快和行程長 ， 維護和使用方便 。 此類機械手目前還不多 ， 但有發(fā)展前途。 (三 )按控制方式分1、點位控制 它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置 ， 不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性 。 目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制 它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線 ， 其特點是設(shè)定點為無限的 ， 整個移動過程處于控制之下 ， 可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動 ， 并且使用范圍廣 ， 但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機械手一般采用小型計算機進行控制。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第6頁共43頁二 、 機 械 手 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 確 定 二 、 機 械 手 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 確 定 二 、 機 械 手 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 確 定 二 、 機 械 手 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 確 定 2.1機械手的運動自由度物體上任何一點都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān) 。 物體能夠能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進行獨立運動的數(shù)目稱為自由度（ DOFdegreeoffreedom） 。自由度是指描述物體運動所需的獨立坐標(biāo)數(shù) ， 三維空間需要 6個自由度 。 物體所能進行的運動有沿著坐標(biāo)軸的三個平移自由度和繞坐標(biāo)軸的三個旋轉(zhuǎn)自由度。 一般固定程序的機械手 ， 動作比較簡單 ， 自由度數(shù)較少 。 工業(yè)機器人自由度數(shù)較多 ， 動作靈活性和通用性較大 。 一般說來 ， 機器人靠近機座的 3個自由度是用來實現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個自由度來定出末端執(zhí)行器的方位； 7個以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。 自由度的選擇也與生產(chǎn)要求有關(guān) ， 若批量大 ， 操作可靠性要求高 ， 運行速度快 ， 周圍設(shè)備構(gòu)成比較復(fù)雜 ， 工件質(zhì)量輕時 ， 機械手的自由度數(shù)可少 ； 如果要便于產(chǎn)品更換，增加柔性，則機械手的自由度要多一些。 計算機械手的自由度時 ， 末端執(zhí)行器的夾持器動作是不計入的 ， 因為這個動作不改變工件的位置和姿態(tài) 。 在滿足機械手工作要求前提下 ， 為簡化機械手的結(jié)構(gòu)和控制，應(yīng)使自由度數(shù)最少。 本 設(shè)計的通用機械手的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，自由度選擇為四個。分別為大臂回轉(zhuǎn) 、 大臂升降 、 小臂回轉(zhuǎn)和小臂伸縮 。 分別由大臂回轉(zhuǎn)油缸 、 大臂升降油缸 、小臂回轉(zhuǎn)油缸和小臂伸縮油缸控制。 2.2工作空間的確定工作空間是指機械手正常工作時 ， 手腕參考點在空間活動的最大范圍 ， 依據(jù)機械手工作范圍和運動軌跡確定。工作空間大小不僅與機器人各桿件尺寸有關(guān) ，而且也與它的總體構(gòu)形有關(guān) 。 在工作空間內(nèi)要考慮桿件自身的干涉 ， 防止與作業(yè)環(huán)境發(fā)生碰撞。此外在工作空間內(nèi)某些位置，機械手不可能達到預(yù)定的速度 ， 甚北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第7頁共43頁至不能在某些方向上運動，即所謂工作空間的奇異性。 本機械手的工作空間要求為 ： 手臂伸縮行程范圍 0500mm， 手臂升降行程范圍最大 0 100mm，手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0220。2.3額定負(fù)載的確定 承載能力說明機械手搬運重物的能力 ， 負(fù)載大小主要考慮 機械手 各運動軸上的受力和力矩 ， 末端執(zhí)行器的重量 ， 抓取工件的重量 ， 以及由運動速度變化而產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。 任務(wù)書要求能夾持重量為 50N的物體 ， 考慮末端執(zhí)行器的重量及各運動軸上的受力和力矩，以及考慮足夠的安全系數(shù)，初步確定設(shè)計負(fù)載為 800N。2.4機械手結(jié)構(gòu)形式的確定本畢業(yè)設(shè)計是通用機械手，要求有較高的定位精度和較高的耐用度，其結(jié)構(gòu)形式方案一般有一下幾種： 表 2-2機械手結(jié)構(gòu)選型表 6結(jié)構(gòu)形式方案 特點 優(yōu)缺點 結(jié)構(gòu)簡圖1直角坐標(biāo)型 作機的手臂具有三 個移動關(guān)節(jié)，其關(guān) 節(jié)軸線按直角坐標(biāo) 配置 結(jié)構(gòu)剛度較好 ， 控制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 最為簡單 ， 但其占空間較大 ， 且運動軌跡單一 ， 使用過程中效率較低2圓柱坐標(biāo)型 操作機的手臂至少 有一個移動關(guān)節(jié)和 一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其 關(guān)節(jié)軸線按圓柱坐 標(biāo)系配置 結(jié)構(gòu)剛度較好 ， 運動所需功率較小 ，控制難度較小 ， 但運動軌跡簡單 ， 使用 過 程 中 效 率 不高3球坐標(biāo)型 操作機的手臂具有 兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一 個移動關(guān)節(jié)，其軸 線按極坐標(biāo)系配置 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 但其控制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 有一定難度 ， 且機械手臂的剛度不足 ，機 械 結(jié) 構(gòu) 較 為 復(fù)雜北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第8頁共43頁4關(guān)節(jié)型 操作機的手臂類似 人 的 上 肢 關(guān) 節(jié) 動作，具有三個回轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié) 運動軌跡復(fù)雜 ， 結(jié)構(gòu)最為緊湊 ， 但控制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 難度大 ， 機械手臂的剛度差2.5運動速度機器人的運動速度是其主要運動參數(shù)之一。它反映了機器人的作業(yè)水平 ， 運動速度的快慢與它的驅(qū)動方式 、 定位方式 、 抓去質(zhì)量大小和行程距離有關(guān) ， 作業(yè)機器人手臂的運動速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍 、 生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性和定位精度等要求來確定。 目 前，工業(yè)機器人的最大直線運行速度大部分為 1000mm/s左 右；最大回轉(zhuǎn)速 度 110/s左 右 。 在 本 次 設(shè) 計 中 選 定 手 臂 伸 縮 速 度 750mm/s， 手 臂 升 降 速 度250mm/s， 手臂回轉(zhuǎn)速度 110 s， 手腕回轉(zhuǎn)速度 360/s， 驅(qū)動方式為電 -液伺服系統(tǒng) 。 作為機器人規(guī)格參數(shù)的運動速度是指全程的平均速度 ， 實際使用速度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 2.6定位精度定 位 精 度 是 衡 量 機 器 人 工 作 質(zhì) 量 的 又 一 項 重 要 指 標(biāo) ， 一 般 所 說 的 定 位 精 度是指重復(fù)頂誒精度 。 定位精度取決于位置控制方式及機器人本體部件的結(jié)構(gòu)剛度與精度 ， 與抓取質(zhì)量 、 運動速度 、 定位方式等也有密切關(guān)系 。 目前 ， 專用機械手采用固定擋塊定位方式可達到較高的定位精度 （ 大約為 0.02） ， 采用行程開關(guān) 、電 位 計 等 電 器 元 件 控 制 的 位 置 精 度 相 對 較 低 ， 大 約 為 1mm。 伺 服 控 制 系 統(tǒng) 的 機器人是一種位置跟蹤系統(tǒng) ， 即使在高速重載的情況下 ， 也可不發(fā)生劇烈的沖擊和振動，因此可獲得較高的定位精度，重復(fù)定位精度最高可達到 0.01mm。2.7程序編制與存儲容量程序編制與存儲容量這個技術(shù)參數(shù)用來說明機器人的控制能力 ， 即程序編制和 存 儲 容 量 的 大 小 表 明 機 器 人 作 業(yè) 能 力 的 復(fù) 雜 程 度 和 改 變 程 序 時 的 適 應(yīng) 能 力 及通用程度。 2.8機械手的技術(shù)參數(shù)列表1、手臂力可達 50N北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第9頁共43頁2、自由度數(shù) 43、坐標(biāo)形式 圓柱坐標(biāo)4、 手 臂 伸 縮 速 度 750mm/s， 手 臂 升 降 速 度 250mm/s， 手 臂 回 轉(zhuǎn) 速 度 110 s，手腕回轉(zhuǎn)速度 360/s，驅(qū)動方式為電 -液伺服系統(tǒng) 。5、 手 臂伸縮行程范圍 0500mm， 手臂升降行程范圍最大 0 100mm， 手臂回轉(zhuǎn)行程范圍 0220。6、定位方式 行程開關(guān)或可調(diào)機械擋塊等7、定位精度 m18、驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動9、控制方式 點位程序控制（采用 PLC）三 、 手 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 三 、 手 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 三 、 手 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 三 、 手 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計為了使機械手的通用性更強 ， 把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu) ， 當(dāng)工件是棒料時 ， 使用夾持式手部 。 如果有實際需要 ， 還可以換成氣壓吸盤式結(jié)構(gòu)或電磁式吸盤結(jié)構(gòu) 。 手爪是機械手直接用下抓取和握緊 (或吸附 )工件夾持專用工具(如 噴槍。扳子、焊接工具 )進 行損作的部件。它具有模仿人手動作的功能 ， ， 并安 裝于機械手手臂的前端，如圖 3 1所 示為齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸 1中的齒條活塞桿 8在壓縮空氣作用下右移 ， 經(jīng)齒條推動齒 輪7并帶動扇形齒軸 5回轉(zhuǎn) ， 因手指 6與扇形齒輪 5固結(jié)為一體 ， 所以兩個手指同時回轉(zhuǎn)而夾緊工件。由于采用單向作用油缸，故靠彈簧 3復(fù)位，使手指張開 。 手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機構(gòu)。 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手 指的形狀和分類 手 指的形狀和分類 手 指的形狀和分類 手 指的形狀和分類夾持式是最常見的一種 ， 其中常用的有兩指式 、 多指式和雙手雙指式 :按手指 夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或 內(nèi)漲式 )和 外夾式兩種 :按 模仿人手手指的動作 ， 手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型 ， 二支點回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進型 )， 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，當(dāng)二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易 ， 應(yīng)用廣泛 。 移動型應(yīng)用較少 ， 其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大 ， 當(dāng)移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。 3.12設(shè) 計時考慮的幾個問題 設(shè) 計時考慮的幾個問題 設(shè) 計時考慮的幾個問題 設(shè) 計時考慮的幾個問題(一 )具有足夠的握力 (即夾緊力 )在 確 定 手 指 的 握 力 時 ， 除 考 慮 工 件 重 量 外 ， 還 應(yīng) 考 慮 在 傳 送 或 操 作 過 程 中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩 手 指 張 開 與 閉 合 的 兩 個 極 限 位 置 所 夾 的 角 度 稱 為 手 指 的 開 閉 角 。 手 指 的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開 ， 若夾持不同直徑的工件 ， 應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第10頁共43頁(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 手 指 除 受 到 被 夾 持 工 件 的 反 作 用 力 外 ， 還 受 到 機 械 手 在 運 動 過 程 中 所 產(chǎn) 生的慣性力和振動的影響 ， 要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形 ， 但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ， 自重輕 ， 并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上 ， 以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 (五 )應(yīng)考慮被抓取對象的要求 1 抓取形狀 手 指形狀應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計。如工件為圓柱形則采用“ V” 形手指 ； 圓球狀工件用圓弧形三指手指 ， 方料用平面形手指 ， 細(xì)絲工件用尖指勾形或細(xì)齒 鉗爪手指?？傊畱?yīng)根據(jù)工件形狀來選定手指形狀。 2， 抓取部位 抓 取部位的尺寸盡可能是不變的若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適 應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對于工件表面質(zhì)量要求高的 ， 抓取時盡 量避開高質(zhì)量表面或在手指上加軟質(zhì)墊片 (如橡皮抱沫塑料石棉襯墊等 )， 以防夾持 時損壞工件。 3 抓取數(shù)量 若 用一對手指抓取多個工件，為了不發(fā)生個別工件的松動或脫落現(xiàn) 象 ，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫、塑料等 ， 對于較長工件可采用雙指或多指抓取。 (六 )應(yīng)考慮手指的多用性 手指是專用性較強的部件 ， 為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可 制成組合式的手指 ， 對于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡單 ， 安裝維修方便 ， 更換迅速和準(zhǔn)確，以便擴大機械手的使用范圍。 3.1手 部夾緊油缸的設(shè)計 手 部夾緊油缸的設(shè)計 手 部夾緊油缸的設(shè)計 手 部夾緊油缸的設(shè)計、手部驅(qū)動力計算本課題液壓機械手的手部結(jié)構(gòu)如圖 3-1所示，北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共43頁3-1齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)要求抓取重量為 50NV形手指的角度 2=120o， b=60mm ,R=17mm ， 摩擦系數(shù)為 f=0.1(1)根據(jù)手指夾持工件的方位 ，可得握力計算公式 :GsinN2f=50sin6020.1217N=o(2)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖 3-2，其驅(qū)動力為 :P=理 2bR602171532N=北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第12頁共43頁(3)實際驅(qū)動力 :12kP理實 際因 為 傳 動 機 構(gòu) 為 齒 輪 齒 條 傳 動 ， 故 取 0.9=， 并 取 1k1.5=。 若 被 抓 取 工 件的最大加速度取 a0.5g=時，則 :2k0.51g=+10.51.=+=所以 1.5P15320.9=實 際 380N所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 3830N。2、 手指夾緊工件時，彈簧變形所產(chǎn)生的彈簧力 使手指松開的復(fù)位彈簧其鋼絲直徑 d=3mm， 彈簧外徑 D=30mm， 彈簧的自由長度 H=46mm，有效圈數(shù) 12，手指夾緊工件時彈簧的變形量 25m m=。3GdP8CZ=彈3-2齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第13頁共43頁其中 2Dd303C= 9d=； Z=12； 102G8N/m=3GP8CZ彈 1033251081010912 =86N3、求夾緊缸的工作壓力 作用在夾緊缸活塞上的機械載荷 P為：PP=+彈 封實由于密封裝置的摩擦阻力較工作阻力 （ PP=+工 彈實 ） 小 ， 又因密封處的工作壓力 p是待求值，故按照經(jīng)驗取 工封 （ 0.5-1） ， 所以取P1.06P=+彈實（ ）.（ 3806）415N=因作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與機械載荷 p相平衡 ， 故夾緊缸的工作壓力 P為： 2PpD4=式中 D為夾緊缸直徑，從結(jié)構(gòu)設(shè)計得知 D=40m，所以2PpD4=3241513.14=（ 4010）5233.0N/m北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第14頁共43頁四 、 手 腕 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 四 、 手 腕 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 四 、 手 腕 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 四 、 手 腕 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 考慮到機械手的通用性 ， 同時由于被抓取工件是水平放置 ， 因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求 。 因此 ， 手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) ， 實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 4.1手腕的自由度手腕是連接手部和手臂的部件 ， 它的作用是調(diào)整或改變工件的方位 ， 因而它具有獨立的自由度 ， 以使機械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求 。 如圖 4 1所示的手腕運動有繞 X軸轉(zhuǎn)動稱回轉(zhuǎn)運動，繞 y軸轉(zhuǎn)動稱為上下擺動 (或俯仰 )，繞 Z軸轉(zhuǎn)動稱為左右擺動 ， 沿 y軸方向的橫向移動 (或沿 Z軸方向縱向移動 。 因此手腕最多具有四個獨立運動即四個自由度。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第15頁共43頁圖 4-1手腕運動示意圖手腕自由度的選用與機械手的通用性 ， 加工工藝要求 ， 工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān) ， 一般手腕沒有回轉(zhuǎn)運動或再增一個上下擺動即可滿足工作的要求 ， 也有的專用機械手沒有手腕的運動 ， 若有特殊要求的可增加手腕左右擺動或沿 y軸方向的橫向移動。手腕自由度的選用與機械手的通用性 、 加工工藝要求 、 工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān) 。 由于本機械手抓取的工件是水平放置 ， 同時考慮到通用性 ，因 此給手腕設(shè)一繞 x軸 轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸，我們選用的是回轉(zhuǎn)油缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊 ，回轉(zhuǎn)角度為 0 200，手腕回轉(zhuǎn)速度 360/s，并且要求嚴(yán)格的密封。4.2手腕的驅(qū)動力矩的計算4.21手 腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 手 腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 手 腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩 手 腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩手腕的回轉(zhuǎn) 、 上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動 ， 驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩 ，動片與缸徑 、 定片 、 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 .圖 4-2所示為手腕受力的示意圖。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第16頁共43頁1.工件 2.手部 3.手腕圖 4-2手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算 :封摩偏慣驅(qū) MMM+=式中 :驅(qū) -驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 (cmN)；慣M慣性力矩 (cmN)；偏 -參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片 )對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 (cmN).,封M-手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力 矩 (cmN)；下面以圖 4-2所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算 :1、手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩慣M若手腕起動過程按等加速運動 ， 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為 ， 起動過程所用的時間為 t，則 :).c(21 smNtJM+=）（慣式中 :J-參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ).(2scmN1J工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ).(2scmN。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第17頁共43頁若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量 1J為 :gGJc11+=2e式中 :cJ-工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 ).(2scmN；1G工件的重量 (N)；1e-工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm),手腕轉(zhuǎn)動時的角速度 (弧度 /s)；t-起動過程所需的時間 s)； 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度 (弧度 )。2、手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏=偏M1eG+3e(cmN)式中 :3-手腕轉(zhuǎn)動件的重量 (N)；3e手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm)當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則 1eG0=。3、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩封M=封M)(212dRdf BA+(cmN)式中 :1d， 2-轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)；f-摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 01.0=f，對于滑動軸承 1.0=f；AR,B處的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù) 0=）（ FMA,得 :3lGlRB+lGl12+BR=lll 321同理，根據(jù)BM(F)0=,得 :北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第18頁共43頁l lGGlGRA )()()( 332211 +=式中 :2G-手部的重量 (N)321,ll 如圖 4-2所示的長度尺寸 (cm).4、 回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑 、 定片 、 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封 ， 與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。 4.2.2回轉(zhuǎn)油缸的驅(qū)動力矩計算在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸 ， 它的原理如圖 4-3所示 ， 定片 1與缸體 2固連 ， 動片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連 。 動片封圈 4把油腔分隔成兩個 .當(dāng)壓縮油從孔 a進入時，推動輸出軸作逆時針方向回轉(zhuǎn)，則低壓腔的油從 b孔排出 。 反之 ， 輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn) 。 單葉片回轉(zhuǎn)油缸的壓力 P和驅(qū)動力矩 M的關(guān)系為 :2bpMDd8=（ -） ,或 )dD(M822=bp4.23手 腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 手 腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 手 腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核 手 腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核1.尺寸設(shè)計設(shè)計油缸內(nèi)徑為1D=90mm,半徑 mR45=,軸徑 mD202=,半徑 mR13=,油缸運行角速度 =s/360，加速度時間 t=0.1s，回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力為528010N/m， 動片寬度為 50mm。則力矩： 2bpMDd8=（ -）5221080.5（ .09-.0）=385N.m2.尺寸校核 1測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量 kgm101=,分析部件的質(zhì)量分布情況，北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第19頁共43頁4-3回轉(zhuǎn)油缸簡圖質(zhì)量密度等效分布在一個半徑 mr60=的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量：221rmJ=206.0102=018.0=（2.mkg）工件的質(zhì)量為 5k,質(zhì)量分布于長 ml80=的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量).(0027.01208.0512222mkgmlJc=假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長 ml80=的棒料來說，最大偏心距me401=，其轉(zhuǎn)動慣量為 :).(0117.004.050027.2221mkgeJc=+則： 慣MtJ+=)(1北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第20頁共43頁).(9.1061.0360)0117.0018.0(mN=+2、 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為 M偏 ， 考慮手腕轉(zhuǎn)動件重心與轉(zhuǎn)動軸線重合， 01=e，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線me403=,則偏M1eG+3e).(2 04.0105010mN=其中 1G為手腕回轉(zhuǎn)部件的重量， 3G為工件的重量3、手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為摩M由于是液壓傳動，潤滑比較好，根據(jù)經(jīng)驗得知摩擦力矩很小，故忽略不計 。4回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封M22M=+封 封 1封 側(cè) 封 徑 1封 ： 輸出軸與缸蓋密封裝置處的摩擦阻力矩21dlp=封其中 20ldk=d-輸出軸與缸蓋密封處直徑；l密封的有效長度（或密封寬度）；0d-“ O” 形密封圈的截面直徑；k“ ” 形圈在裝配時的壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運動， k=0.03-0.05；-摩擦系數(shù)P 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力由設(shè)計得： d=20mm， 0d=3m， k=0.4， =0.1， p=528010N/m20l20.0320.040.04=北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第21頁共43頁0.0084=m則 ： 1M封 2 50.020.180102=4.N.m 封 側(cè) ：動片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩 21MlDdp8=封 側(cè) （ -）其中210ldk=20.0320.040.040.0084=mD 回轉(zhuǎn)油缸直徑d 回轉(zhuǎn)油缸與動片連接處直徑由設(shè)計得： D=90m， d=20m則 M封 側(cè) 22510.008480100.18（ 0.09-0.02）6.5N.m= 封 徑 ：動片外徑與油缸密封裝置處的摩擦阻力矩 1DMblp2=封 徑其中 b為動片的寬度， b=50mm，1l， D， p和 同上述。封 徑 50.09=0.050.008480100.1215.Nm則： M24.26.51.=+封 36.5.Nm5、回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背壓反力矩 M回2bMDdp8=回 回（ -）其中 p回 為回油腔的油液壓力，在這里初步估算為 522010N/m則： M回 2250.058=（ 0.09-0.02）96.3.Nm則手腕回轉(zhuǎn)油缸所需的驅(qū)動力矩 M驅(qū) 為：北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第22頁共43頁M+M+=驅(qū) 回慣 封 偏106.93.5296.324.7N.m=M1.m M=385N.m驅(qū)所以設(shè)計尺寸符合使用要求，安全。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第23頁共43頁五 、 手 臂 伸 縮 ， 升 降 ， 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 尺 寸 設(shè) 計 與 校 核 五 、 手 臂 伸 縮 ， 升 降 ， 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 尺 寸 設(shè) 計 與 校 核 五 、 手 臂 伸 縮 ， 升 降 ， 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 尺 寸 設(shè) 計 與 校 核 五 、 手 臂 伸 縮 ， 升 降 ， 回 轉(zhuǎn) 氣 缸 的 尺 寸 設(shè) 計 與 校 核 5.1手臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計與校核5.1手 臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計 手 臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計 手 臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計 手 臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計手臂伸縮油缸運行長度設(shè)計為 l=500mm,油缸內(nèi)徑為 1D=40mm,半徑 R=20mm。5.12尺 寸校核 尺 寸校核 尺 寸校核 尺 寸校核、 設(shè)計油缸運行長度設(shè)計為 l=500mm,油缸內(nèi)徑為1D=40mm,半徑 R=20mm,油缸運行速度為 1=750m m /s，加速度時間 t=0.1s，進油壓力為 52p=10N/m。當(dāng)壓力油輸入無桿腔 ， 使活塞以速度 1而運動是所需輸入油缸的流量 1Q為 ：211DQ4=式中： D 油缸（或活塞）直徑：1Q 輸入無桿腔的流量1 活塞的移動速度則流量 1Q為： 210.47.5604=56.L/m in油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力1P即油缸的驅(qū)動力為：21 1DPp4=式中： 1p 進油壓力1P 油缸驅(qū)動力 2510.04P104=1256N當(dāng)壓力油輸入有桿腔 ， 使活塞以速度 2而運動是所需輸入油缸的流量 2Q為 ：北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第24頁共43頁222DdQ4=（ ）式中： d 活塞桿直徑1Q 輸入無桿腔的流量2 活塞的移動速度 ， 2=150m/s則流量2Q為： 2220.40.215604=（ ）8.L/m in油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力 2P即油缸的驅(qū)動力為：222 1DdPp4=（ ）2250.040.02104=（ ）942N所謂油缸的驅(qū)動力是指油缸的高壓油腔的壓力油所產(chǎn)生的合成液壓力 。 在機械手工 作時 ， 各油缸的驅(qū)動力要分別克服作用在各自油缸活塞上的總機械載荷 ， 以保證機械手 正常運動。2、計算作用在活塞上的總機械載荷 機械手手臂移動油缸的受力簡圖如圖 5-1所示 。 作用在活塞上的總機械載荷 P為： P=PP+驅(qū) 工 導(dǎo) 回封 慣 工作阻力 工 ： 工作阻力 工 的數(shù)值要根據(jù)油缸工作的具體情況確定有無 ，并進行計算或估算。 在此為完成搬運工件的伸縮油缸，故不受工作阻力，即 P工 為 0。 導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力 P導(dǎo) ： 不同配置和不同的導(dǎo)向截面形狀 ， 其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進行估算。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第25頁共43頁本 設(shè)計如圖 5-1所 示的是雙向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀是圓柱面。導(dǎo)向桿對稱配置在油缸的兩側(cè)，并布置在過油缸活塞桿的平面內(nèi)。 圖 5-1所示的油缸在啟動時，導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力較大，估計如下：由于導(dǎo)向桿對稱配置 ， 兩導(dǎo)向桿受力均勻 ， 可按一只導(dǎo)向桿估算 ， 忽略導(dǎo)向桿直徑的影響，根據(jù)它手里的平衡條件推得： 2L+aPG=導(dǎo) 總式中 G總 參與運動的零部件的總重量（包括被抓物件重量）L 手 臂縮回時參與運動的零部件的總重量的重心 C到 導(dǎo)向支承前端的距離 a 導(dǎo)向支承的長度1 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。 對于圓柱面1=（ 1.271.57） 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時，鋼對鋼的取為 0.1估算 G總 為 80kg， L=50m， a=160m， 1=.4， =0.1則： 250100P80100.11.4160+導(dǎo) 182N= 密封裝置處的摩擦阻力 P封在壓力油驅(qū)動活塞運動時，各密封裝置處摩擦阻力之和為 P封 ，即5-1手臂伸縮油缸受力簡圖北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第26頁共43頁P+P=封 封 1封 2封 3PP封 1封 2封 3、 、 分別為活塞桿和缸蓋處 、 活塞與缸壁處 、 伸縮油管處等密封裝置處的摩擦阻力，其值隨密封圈結(jié)構(gòu)的不同而異。 當(dāng)油缸的工作壓力不大于 5210010N/m時 ， 活塞桿直徑為油缸直徑的一半 ，活塞和活塞桿處走采用 O型密封圈時，油缸密封處的總摩擦力為： P+P封 1封 2=0.3.1256=37.7N伸縮油管處的摩擦阻力 P封 3為： pdl=封 3式 中 密 封 圈 與 配 合 面 的 摩 擦 系 數(shù) ， 主 要 與 密 封 圈 形 式 、 材 料 與 配合接觸的零件材料和油液壓力有關(guān)。 對于 O型橡膠密封圈，當(dāng)油液壓力52pN/m10010時， =0.0230.05。 油液壓力高時 取小值，壓力低時 取大值，在本次設(shè)計中取 0.04。P 密封處的工作壓力d 伸縮油管直徑l 密封的有效長度密封的有效長度 近似估算為：20ldk=k為壓縮率一般為 0.8.14，在這里取 k=0.12， 0d為 O型密封圈截面直徑則 ： l 220.1.=0.3.14m由設(shè)計得： d=0.006m，52P10N/m=pdl封 3 50.04103140.0060.0014=1.NP+P=封 封 1封 2封 3北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第27頁共43頁37.71.1=+38.N 慣性力 P慣機械手的手臂在起動時，活塞桿上所受到的平均慣性力，可近似計算如下 ：GvPgt=總慣式中： G總 參與運動的零部件的總重量（包括被抓物件重量）g 重力加速度v 速度變化量t 啟動過程的時間由設(shè)計得 v0.75m /st0.1s=， ， G總 =80kg則： 80100.75P0.1慣 600N= 背壓阻力 P回背壓阻力為油缸低壓油液所造成的阻力。一般被壓阻力較小，可按P0.05P=工回 計算。由于 0工 ， 故 P0=回 。所以： P=PP+驅(qū) 工 導(dǎo) 回封 慣 01823.860= 821N因為： P= 821NPN56驅(qū) ，故該油缸的尺寸符合使用要求。5.13導(dǎo) 向裝置 導(dǎo) 向裝置 導(dǎo) 向裝置 導(dǎo) 向裝置液壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時 ， 為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動 ， 以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性 ， 在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時 ， 應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置 。 具體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定 ， 同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量 。 目前導(dǎo)向桿常采用的裝置有單導(dǎo)向桿 ， 雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中采用雙向?qū)驐U來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 5.14平 衡裝置 平 衡裝置 平 衡裝置 平 衡裝置在本設(shè)計中 ， 為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài) ， 減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響 ， 故在手臂伸縮油缸一側(cè)加裝平衡裝置 ， 裝置內(nèi)加放砝碼 ，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和油缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié) ， 務(wù)求北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第28頁共43頁使兩端盡量接近平衡。 5.2手臂升降油缸的尺寸設(shè)計與校核5.21尺 寸設(shè)計 尺 寸設(shè)計 尺 寸設(shè)計 尺 寸設(shè)計油缸運行長度設(shè)計為 l=100mm,油缸運行速度為 250m m /s，加速度時間t=0.1s,油缸內(nèi)徑為 1D=80mm,半徑 R=40mm,進油壓力為 52p=5010N/m， 做升降運動的總重量 G總 為 900N。5.2尺 寸校核 尺 寸校核 尺 寸校核 尺 寸校核驅(qū)動力 P驅(qū) 為 ：=PP+驅(qū) 工 背 慣 摩 封由經(jīng)驗公式可得： PG90N=工 總P0.5P0.59045N=工背 G90.25Pag1.1=總慣 P0.1G0.190N=總摩P0.60.69054=總封故： PP+驅(qū) 工 導(dǎo) 回封 慣=90452805413N作用在活塞上的推力 P：2D=p4253.140.08=50104北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第29頁共43頁25120N=因為 P=1304NP2510驅(qū) ， 所以伸縮油缸的尺寸符合要求。5.3手臂回轉(zhuǎn)油缸的尺寸設(shè)計與校核采用回轉(zhuǎn)油缸實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動時，其受力情況可簡化成如圖 5-2所示。5-2手臂回轉(zhuǎn)運動時的運動狀態(tài)5.31尺 寸設(shè)計 尺 寸設(shè)計 尺 寸設(shè)計 尺 寸設(shè)計油缸內(nèi)徑為 mD1001=,半徑 R=50mm,軸徑 mD402=半徑 mR20=,油缸運行角速度 s/90o，加速度時間 t=0.5s，進油壓力 52p=5010N/m5.32尺 寸校核 尺 寸校核 尺 寸校核 尺 寸校核驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)的力矩 M驅(qū) ，應(yīng)該與手臂起動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M慣 及各密封裝置處的摩擦阻力矩 封 相平街。若軸承處摩擦力矩忽略不計，則可按下式計算： M=+驅(qū) 慣 封式中 封 密封裝置處的摩擦阻力矩，回轉(zhuǎn)缸密封裝置處的摩擦阻力矩應(yīng)北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第30頁共43頁包括回轉(zhuǎn)缸動片圓柱面與缸徑和動片端面與缸蓋之間的摩擦阻力矩，如 圖 b所示，因此，摩擦阻力矩可按下式計算： M=+封 封 1封 211FRbp封 2cp1cp2bR-r=封 2 （ ）其中：cp+rR2式中各尺寸符號如圖所示 ， 單位為厘米 ， 其 1b為密封圈與缸徑裝配后接觸面的有效寬度。 由設(shè)計估算 ： 15.0=， mb40=， mb61=， mB50=， m80=， mR50=，mr20=，52G100kgp=5010N/m， 3351M.561041010. 封 9.m= 3335 330120120.156101 (501201) += 封 9.NmM=+封 封 1封 2928.Nm=M慣 慣 性力矩，手臂在起動過程的慣性力矩可按下式計算： 00=Jt慣式中 回轉(zhuǎn)缸動片的角速度變化量，在起動過程，其 =。t 起動過程的時間，0J 手臂回轉(zhuǎn)部件 (包括工件 )對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。由于參與回轉(zhuǎn)的零件形狀尺寸和重量各不相同，所以計算 0J比較復(fù)雜 ， 為北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第31頁共43頁了簡化 計算，可將形狀復(fù)雜的零件簡化成幾個簡單形體，分別計算，然后將各值相加 ，即是復(fù) 雜零件對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。 手臂回轉(zhuǎn)的零件重心與回轉(zhuǎn)軸線重合，其零件對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量為： 20JG=210000.0826.4.Nm=90/1.57/srads=o ， 0.1ts=， t=01.57M6.4.0.J Nm慣=+驅(qū) 慣 封2810128.Nm=手臂回轉(zhuǎn)力矩： 2bpMDd8=（ -） 5220.045010(0.10.04)8=210.Nm=因為： M8. 210.MNm=驅(qū)所以油缸的尺寸設(shè)計符合要求。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第32頁共43頁六 、 機 械 手 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 六 、 機 械 手 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 六 、 機 械 手 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 六 、 機 械 手 液 壓 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 6.1油缸的密封有的液壓機械手由于油缸泄漏嚴(yán)重 ， 壓力不能提高 ， 工作性能不穩(wěn)定 ， 以致影響機械手的正常使用 。 因此 ， 為了保證機械手液壓系統(tǒng)的工作性能 ， 在各油缸的相對運動表面和固定連接的表面進行密封 ， 以防壓力油液從高壓油腔泄漏到低壓油腔，或泄漏到缸體外面。 目前機械手液壓系統(tǒng)使用的密封件 ， 大多采用耐油橡膠制成的各種形式的密封圈 。 作為動密封 (即運動部分的密封 )或靜密封 (即靜止部分的密封 )， 以保證配合面的密封性。 密封圈在配合面間的密封作用 ， 主要是借安裝時的預(yù)壓力和在工作時由于油液壓力的作用，使密封圈產(chǎn)生變形并壓緊密封表面來達到的。 密封圈具有制造容易 ， 使用方便 ， 密封可靠 ， 并能在溫度變化范圍較大及各種油液壓力下可靠地工作 ， 結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ， 無需調(diào)整等一系列優(yōu)點 ， 所以獲得廣泛 的 應(yīng) 用 。 在 液 壓 機 械 手 上 常 用 的 密 封 固 有 ： O形 (圓 形 )、 Y形 、 v形 和 矩 形 等幾 種 。 O形 、 Y形 、 v形 密 封 圈 均 已 標(biāo) 準(zhǔn) 化 ， 可 按 標(biāo) 準(zhǔn) 選 用 。 矩 形 密 封 圈 主 要 用于回轉(zhuǎn)油缸的動片與缸壁間的密封 ， 它是非標(biāo)準(zhǔn)的 ， 要根據(jù)具體使用條件進行設(shè)計與制造。 6.1活 塞式油缸的泄漏與密封 活 塞式油缸的泄漏與密封 活 塞式油缸的泄漏與密封 活 塞式油缸的泄漏與密封對于實現(xiàn)往復(fù)直線運動的活塞油缸來說 ， 其泄漏主要是活塞與缸壁處的內(nèi)泄漏及活塞桿與缸蓋處的外泄漏 引起泄漏的主要原因是加工精度和滑動面光潔度不高，以及密封裝置不良所致。因此，根據(jù)油缸的工作壓力選擇密封可靠 、 磨損小、摩擦阻力小、維護簡單、成本低廉的密封轉(zhuǎn)置是很重要的。對于活塞油缸的靜密封 ， 主要采用 O形密封圈 ， 其動密封常采用 O形 、 v形 、y形等密封圈。 1、 O形密封圈形密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單 ， 密封性能良好 ， 摩擦力小 ， 裝置 O形圈的溝槽尺寸小并易于制造等優(yōu)點 。 它既可以用外徑或內(nèi)徑密封 ， 也可以用端面密封 。 O形圈的形狀和它在溝槽中的情況如圖 6 1所示 ， 圖 (b)中尺寸 為 形圈轉(zhuǎn)配后的預(yù)壓縮量，這樣可以保證間6-1O形密封圈及在溝槽中的情況北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第33頁共43頁6-2V形密封圈隙處密封嚴(yán)密 。 O形密封圈的預(yù)壓縮量的正確選擇很重要 。 用于靜密封時 ， 預(yù)壓縮量 2為 0d（ 0.20.25） ； (0d為 O形圈的橡膠圓條的直徑 )， 用于往復(fù)運動密封 時 ， 預(yù) 壓 縮 量 2為 0（ 0.080.14） ； 用 于 回 轉(zhuǎn) 運 動 密 封 時 ， 預(yù) 壓 縮 量 2為0d（ 0.030.05） 。為了保證密封性能安裝 O形密封圈的溝槽尺寸和表面光潔度應(yīng)符合要求 ，可 查閱 “ 機 械沒計手冊 ” 。 使用 形 圈密封的相對運動的配合表面，一般是尺寸精度為 級，表面光潔度為 89，而溝槽內(nèi)部表面的光潔度為 6。O形密封圈制正溝槽中 ， 因受油壓作用而變形 并脹緊溝槽和間隙 ， 從而起到密封作用 ， 因此它的密封性能隨壓力的增加而提高 。 但是 當(dāng)壓力過高或溝槽尺寸選擇不當(dāng)時，密封圈很容易被擠出溝槽而造成劇烈磨損。為克服這個缺點 ，當(dāng) 油 缸 油 液 壓 力 大 與 5210010N/m時 ， 要 在 O形 密 封 圈 側(cè) 面 放 置 擋 圈 ， 在 壓 力低于 5210010N/m時，一般不加擋圈。 2 V形密封圈 V形密封圈由夾布橡膠制成 。 圖 6 2所示為 V形密封圈的形 狀 ， 通 常 由 三 個 環(huán) (支 承 環(huán) 1， 密 封 環(huán) 2 壓 壞 3)疊 在 一 起 成 組 使 用 。 當(dāng) 油 缸的 工 作 壓 力 小 于5210010N/m時 ， 用 一 組 V形 圈 就 有 足 夠 的 密 封 性 。 當(dāng) 壓 力 提高時，可增加密封環(huán)數(shù)量，以加長密封長度。 V形密封圈一般用于活塞與缸體 、 活塞桿與缸蓋間的密封 。 安裝時要注意方向，使 壓力油腔的油液壓力能使兩唇邊張開，即支承環(huán)必需面對壓力油方向。 由干 v形密封圈撥觸面較長 。 密封性好 ， 但摩擦力較大 ， 所以在 栘 動速度不高的 油缸中應(yīng)用較多。 3、 Y形 密 封 圈 Y形 密 封 圈 的 形 狀 如 圖 6-3(a)所 示 ， 圖 中 尺 寸 d和 D是 Y北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第34頁共43頁形密封圈的公稱內(nèi)徑和公稱外徑 。 Y形密封圈在工作時 ， 壓力油液把 Y形圈的唇邊緊緊壓在相對運動6-3Y形密封圈及其安裝情況的兩配合面上，并隨著油液壓力的增高而提高密封能力，并能補償磨損的影響 ，所以裝配時唇邊要面對壓力油腔。 形密封圈摩擦力較小，在運動速度較高 ， 工作壓力小于 5220010N/m的活塞油缸中常有應(yīng)用。在一般情況下 ， Y形圈可直接裝入溝槽內(nèi)即可起密封作用 ， 但在壓力變動較大，滑動速度較高的地方，要使用支承環(huán)以固定密封圈，如圖 6 3（ b）所示 。支承環(huán)的主要尺寸如圖 6 3(c)所示。對于活塞油缸 ， 除了采用上述密封圈進行密封防止泄漏外 ， 還要求油缸和活塞桿的 軸 線 彎 曲 度 ， 在 500毫 米 長 度 上 應(yīng) 不 大 于 0.03mm。 油 缸 安 裝 端 面 對 軸 線 或 活 塞安裝端面對活塞桿軸線的不垂直度在直徑 100mm上應(yīng)不大于 0.04mm。6.12回 轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 回 轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 回 轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封 回 轉(zhuǎn)油缸的泄漏與密封有的液壓機械手的手臂和手腕回轉(zhuǎn)運動采用回轉(zhuǎn)油缸來實現(xiàn) 。 由于動片和缸體、動片和輸出軸、動片端面和缸蓋之間的間隙不易保證，易引起較大的泄漏 ，使油液壓力降低 ， 減小了輸出扭矩 ， 達不到設(shè)計要求 ， 影響機械手的正常的回轉(zhuǎn)運動 ， 為減少泄漏 ， 除嚴(yán)格控制相對運動表面的配合間隙外 ， 主要的還是采用密封裝置進行密封。 當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的動片與輸出軸 (或缸壁 )用螺釘聯(lián)接時 ， 要對動片的三個相對運動表面和一個固定聯(lián)接表面均進行密封，即需要在矩形動片的四周進行密封 ， 這比圓周密封要困難的多 ， 沒有標(biāo)準(zhǔn)密封圈可供選用 ， 若進行設(shè)計制造 ， 需有一個生產(chǎn)周期和相應(yīng)的設(shè)備。現(xiàn)將實踐中有關(guān)回轉(zhuǎn)油缸的密封經(jīng)驗，簡介幾例。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第35頁共43頁1 圓截面矩形密封圈密封 圖 6 4所示 ， 為某 “ 加工中心 ” 上的換刀機械手采用的6-4回轉(zhuǎn)油缸及其密封結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)油缸結(jié)構(gòu)圖 。 其密封裝置采用圓形截面的密封圈 ， 嵌在動片的四周槽內(nèi)進行密封 ， 它的外形是矩形的 ， 以保證缸體轉(zhuǎn)角處密封可靠 ， 裝入缸體后 ， 密封圈的預(yù)壓縮量 2約為 0.20.3m。 缸體與動片的配合為 44/cdD， 光潔度為 7。 該回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力為 524010N/m， 傳遞扭矩在 200N.m以上，密封效果較好。2.帶 擋圈的矩形密封圈密封 由 于回轉(zhuǎn)油缸的輸出扭矩約為 100N.m左 右，矩形橡膠密封圈和牛皮擋圈組成的密封結(jié)構(gòu) 。 牛皮擋圈的作用是防止高壓油液將橡膠密封圈擠入配合間隙，以保證密封性并延長密封圈的使用壽命。 此外回轉(zhuǎn)油缸動片剛度不足也容易造成泄漏 ， 并且使輸出扭矩減小 。 動片在受到壓力油液作用時 ， 其受力情況相當(dāng)于一受均布載荷的懸臂梁 ， 頂端變形量最大 ， 而且扁平的動片的抗彎剛度又差 ， 很易變形 ， 在使用中當(dāng)負(fù)荷增加時 ， 動片變 形，出現(xiàn)運動不穩(wěn)定，甚至動片卡住在缸壁上的現(xiàn)象 (當(dāng) 然，這一現(xiàn)象，還同油 缸各運動件的配合間隙、相對位置精度和缸壁的幾何形狀精度有關(guān) )。 為了提高動片的剛度，可根據(jù)回轉(zhuǎn)油缸的擺動角度大小，對動片采用有加強貼的結(jié)構(gòu) 。另外 ， 如采用雙動片回轉(zhuǎn)油缸 ， 固有兩個動片同時承受油壓 ， 在與單動片回轉(zhuǎn)油缸尺寸相同的條件下 ， 可用較低的油壓 ， 獲得較大的輸出扭矩 ， 這有利于減少動北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第36頁共43頁片的變形和減少泄漏。但動片的回轉(zhuǎn)角度要減少一半。 6.2油泵的選擇確定油泵的工作壓力 P泵 和流量 Q泵由于機械手的液壓系統(tǒng)在工作原理圖設(shè)計時 ， 采用一個油泵向五個油缸 （ 手抓夾緊油缸、手腕回轉(zhuǎn)油缸、手臂伸縮油缸、手臂回轉(zhuǎn)油缸、手臂升降油缸 ） 供油 ， 但因機械手的動作是依次進行的 ， 無重疊動作 ， 就上述五個油缸而言 ， 手臂升降油缸的負(fù)荷最大。因此，以手臂升降油缸來確定油泵的工作壓力和流量。 P=p+p1.5局泵 （ ） （ 0）從液壓系統(tǒng)原理圖知 ， 在壓力油路中局部壓力損失 p局 主要是通過換向閥的壓力損失，取 52p10Nm局 =2/， 因此，油泵工作壓力為 ：55P1010泵 =（ +） .1552N/m60流量 Q:2DQ4=其中 D為手臂升降油缸的內(nèi)徑， d=80mm； 為手臂升降速度， =250mm/s23.140.8Q2.5604=76L/m in取泄漏系數(shù) K=1.2，故油泵的流量 Q泵 為：Q7692L/m in=泵 =1.2根據(jù)和的數(shù)值 ， 結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格 ， 選用 YB-B113B型葉片泵 ， 其額定工作壓力為 7Mp，額定流量為 115L/min，轉(zhuǎn)速為 1200r/min，驅(qū)動功率為 16.5KW。6.3確定液壓系統(tǒng)油泵所需的電動機功率 N0PQN612=泵 取葉片泵總效率 0.8=1帶動油缸的油泵所需的電動機功率 7092N13.KW61.8=臂北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第37頁共43頁根 據(jù) 電 動 機 產(chǎn) 品 樣 本 ， 選 用 Y200L1-6型 三 相 異 步 電 動 機 ， 其 額 定 功 率 為18.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為 970r/min。6.4控制調(diào)節(jié)閥的選擇6.41方 向閥 方 向閥 方 向閥 方 向閥根 據(jù) 通 過 閥 的 最 大 流 量 和 最 大 工 作 壓 力 ， 以 及 所 要 求 的 滑 閥 機 能 狀 況 等 因素 ， 結(jié)合現(xiàn)有的產(chǎn)品規(guī)格 ， 選擇其額定流量和額定壓力相近的產(chǎn)品 。 必要時最大流量允許超過額定流量 ， 但不宜過大 ， 一般規(guī)定閥的最大通過量不應(yīng)超過額定流量的 20%。6.42壓 力閥 壓 力閥 壓 力閥 壓 力閥如溢流閥 、 減壓閥 、 順序閥等 ， 根據(jù)通過閥的最大流量及最大工作壓力等因素來選擇 。 對于溢流閥的壓力和流量 ， 一般要與油泵的最高工作壓力和最大流量量 相 適 應(yīng) 。 對 于 減 壓 閥 的 壓 力 要 特 別 注 意 其 調(diào) 整 范 圍 ， 應(yīng) 在 5210N/m以 上 ，到低于溢流閥壓力 5210N/m以下的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。6.43流 量閥 流 量閥 流 量閥 流 量閥如 節(jié) 流 閥 、 調(diào) 速 閥 等 ， 根 據(jù) 閥 的 最 大 流 量 Q最 大 、 最 小 流 量 Q最 小 和 最 大 工 作壓 力 等 因 素 來 選 擇 。 一 般 流 經(jīng) 節(jié) 流 閥 或 調(diào) 速 閥 的 通 流 量 要 比 系 統(tǒng) 的 通 流 量 小 得多 ， 特 別 要 注 意 最 小 的 穩(wěn) 定 流 量 。 節(jié) 流 閥 或 調(diào) 速 閥 的 最 小 流 量 為0.2.03L/min。6.5輔助裝置的選擇液壓系統(tǒng)中有一些輔助裝置 ， 如油管 、 管接頭 、 濾油器 、 蓄能器 、 油箱和冷卻裝置等 。 雖然在液壓系統(tǒng)中輔助裝置居于次要的位置 ， 但是 ， 當(dāng)這些輔助裝置中任何一個細(xì)小的部分 ， 如果沒有給予足夠的重視和適當(dāng)?shù)陌才?， 往往回破壞液壓系統(tǒng)的正常工作或降低了系統(tǒng)的工作效率和壽命等 。 因此 ， 在安排液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，或選擇這些輔助元件時，都要做細(xì)致的工作。 6.51油 管和管接頭 油 管和管接頭 油 管和管接頭 油 管和管接頭油管 油管的類型 ， 可根據(jù)使用場合和液壓系統(tǒng)的最大工作壓力進行選擇 ， 對于兩個相對運動的部件 。 一般可選用軟管或伸縮油管及回轉(zhuǎn)接頭頭進行連接 。 油管有紫銅管 、 塑料管 、 尼龍管及橡膠軟管 。 根據(jù)油液壓力的大小 ， 裝配條件和工作部位的要求來選用。由于本設(shè)計的承壓較低，加之紫銅管彎曲方便，容易裝配 ， 所以設(shè)計時選用紫銅管。 2管接頭油管之間的連接或油管與各種液壓元件的連接 ， 是液壓系統(tǒng)配管工作中最大量的工作 。 對這些連桉的要求是工作可靠 、 密封良好 、 結(jié)構(gòu)簡單 、 安裝和制造方便。 在機械手上油管的連接方法應(yīng)用最多的是螺紋連接 。 螺紋連接的優(yōu)點是便于拆換 ， 安裝方便 。 管接頭和體部的連接常用的有 60圓錐螺紋 (Z)和普通細(xì)牙螺紋(M)。用普通細(xì)牙螺紋連接時應(yīng)采用密封墊圈，以保證連接的密封性。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第38頁共43頁6.52濾 油器 濾 油器 濾 油器 濾 油器 在機械手液壓系統(tǒng)中 ， 保持油的清潔很重要 ， 油中的臟物會引起運動零件劃傷 、 磨損甚至卡死 ， 堵塞節(jié)流閥和緩沖裝置的節(jié)流縫隙及小孔 ， 影響液壓機械手的工作性能并造成故障 。 因此需要對油液進行過濾 ， 一般是采用濾油器來防止雜質(zhì)進入液壓系統(tǒng)中。濾油器的主要類型有網(wǎng)式濾油器和金屬燒結(jié)式濾油器 。濾油器一般安置在油泵吸油口前邊 ， 以保護油泵 ， 并使通往系統(tǒng)的全部油液過濾 。如果系統(tǒng)中有精密液壓件 (如伺服閥等 )， 為保證其正常工作 ， 應(yīng)對油液進行精過濾，可在精密液壓件前裝置精濾油器。 對于濾油器的要求有： 有較高的過濾能力 ， 能阻擋一定尺寸范圍的雜質(zhì) ， 而且對于油液的阻力很小。 過濾材料要有一定的機械強度，不致因受到壓力油液而破壞。 清洗維護方便，易于更換過濾材料。6.53油 箱 油 箱 油 箱 油 箱油箱用來存油 ， 使油散熱和沉淀 。 其容量不能過小 ， 最小應(yīng)能儲存整個液壓系統(tǒng)充滿油時的容積，并有一些裕量。如果不能散發(fā)從液壓系統(tǒng)中帶出的熱量 ，就會使油升溫 ， 粘度降低 ， 影響系統(tǒng)的繼續(xù)工作 ， 使機械手液壓系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形 ，降低了機械手的工作性能和定位精度。 在設(shè)汁油箱和油池時，除了考慮其有效容積及是否冷卻問題外，還應(yīng)注意 ：1 吸油口與回油口應(yīng)遠(yuǎn)離。吸油側(cè)和回油側(cè)要用隔板隔開，隔板高度為油箱 (或油池 )油面高度的 3 4，以利于油液冷卻和雜質(zhì)進行沉淀2 為使油液流動暢通吸油管離油箱 (或 油池 )底 部的距離應(yīng)不小于管徑的二倍 。 距箱邊應(yīng)不小于管徑的三倍 。 回油管的管門距油箱 (或油池 )的底面不小于管徑的二倍，管端切成角 45。6.54冷 卻器 冷 卻器 冷 卻器 冷 卻器當(dāng) 油 箱 的 散 熱 面 積 不 夠 或 油 池 的 散 熱 條 件 不 佳 時 ， 靠 自 然 散 熱 油 溫 超 過50C時，就需要采用油冷卻器。油冷卻器在液壓系統(tǒng)中安裝的位置 ， 應(yīng)串連在回油路巾或住溢流閥的隘流管路中，因為這時的油液溫度較高，冷卻效果較好。 6.6液壓傳動機械手的緩沖與定位6.1機 械手的運動平穩(wěn)性與定位精度 機 械手的運動平穩(wěn)性與定位精度 機 械手的運動平穩(wěn)性與定位精度 機 械手的運動平穩(wěn)性與定位精度所謂運動平穩(wěn)性是指機械手從起動 (速度為零 )到正常工作速度 (勻速運動 )，再從正常工作速度經(jīng)制動后到停止運動 速度降到零 的過程 ， 其速度變化是漸變過程，沒有速度突變現(xiàn)象。 所謂定位精度 ， 就是機械手重復(fù)地將物件搬運到實際位置時與設(shè)定 (或給定 )位置所產(chǎn)生的誤差。也叫重復(fù)位置誤差。若重復(fù)位置誤差小即定位精度高。 影響機械手運動平穩(wěn)性扣定位精度的因素是很多的 。 如執(zhí)行機構(gòu)各部件的重量及其剛性、機械結(jié)構(gòu)的配合間隙驅(qū)動源壓力的波動及輸出流量的脈動性 、 位置檢測系統(tǒng)的反饋機構(gòu)所產(chǎn)生的誤差 ， 定位方式的誤差等等 ， 都直接或間接地影響機械手的運動平穩(wěn)性和定位精度 ， 而影響較大的還是機械手的工作速度和速度變化規(guī)律。在定位時一般采用機械擋塊定位。北京科技大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第39頁共43頁6.2油 缸的緩沖裝置 油 缸的緩沖裝置 油 缸的緩沖裝置 油 缸的緩沖裝置活塞油缸和回轉(zhuǎn)油缸是實現(xiàn)手臂直線運動和回轉(zhuǎn)運動的動力部件 ， 它們一般是用來帶動重量較大的部件運動，有時運動速度較快，因此具有很大的動能 。 為了防止活塞油缸的6-5活塞油缸端部緩沖原理圖活塞或回轉(zhuǎn)油缸的動片運動到頭時產(chǎn)生沖擊 ， 在油缸的端蓋或回轉(zhuǎn)油缸的側(cè)蓋上設(shè)有緩沖裝置。 1.活塞油缸的緩沖裝置 活塞油缸的緩沖裝置可以由活塞端部的柱塞和缸蓋的凹槽構(gòu)成 。 當(dāng)活塞運動到使柱塞逐漸進入缸蓋的凹槽時 ， 將存在于緩沖油腔內(nèi)的油液經(jīng)柱塞與