基于PROE的數(shù)控機床機械手上下料設(shè)計畢業(yè)論...

1、 屆本科畢業(yè)論文題題 目：目：基于基于 proeproe 的數(shù)控機床上下料機械手設(shè)計的數(shù)控機床上下料機械手設(shè)計 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué) 號：號： 專專 業(yè)：業(yè)： 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 職職 稱：稱： 完成日期：完成日期： 2011 年年 6 月月 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）i目 錄目目 錄錄.21.1. 緒論緒論.11.1 選題背景.11.2 設(shè)計目的.11.3 設(shè)計原則.22.2. 基于基于 proeproe 的機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計.22.11 proe 的優(yōu)點.2212 總體設(shè)計.42.1.3 機械手的規(guī)格參數(shù).42.1.4 手臂運動參數(shù) .52.1.5 驅(qū)動方式的選擇和設(shè)

2、計.52.1.6 設(shè)計具體采用方案.62.2 機械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計.72.2.1 設(shè)計具體采用方案.72.3 機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .82.3.1 機器人夾持器的運動和驅(qū)動方式 .82.3.2 設(shè)計具體采用方案 .92.4 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計.102.5 液壓缸的設(shè)計 .112.6 導(dǎo)向套的設(shè)計.122.7 中間結(jié)構(gòu)的組成.122.8 齒輪的設(shè)計與強度計算 .132.9 工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 .162.10 總裝圖 .193.3. 理論分析和設(shè)計計算理論分析和設(shè)計計算.213.1 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 .213.1.1 確定液壓系統(tǒng)基本方案.21福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論

3、文）ii3.1.2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù).223.1.3 計算和選擇液壓元件.263.1.4 液壓系統(tǒng)性能的驗算.283.2 電機選型有關(guān)參數(shù)計算.283.2.1 確電機規(guī)格.284 4、機械手運動分析、機械手運動分析.295 5、總結(jié)、總結(jié)396.6.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).407.7.致致 謝謝.41福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）iii基于基于 proeproe 的數(shù)控機床上下料機械手設(shè)計的數(shù)控機床上下料機械手設(shè)計摘要：通過對機械設(shè)計制造專業(yè)大學(xué)本科兩年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，對工業(yè)機械手各部分機械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，設(shè)計了一種圓柱坐標(biāo)形式的數(shù)控機床上下料機械手。重點針對機械手的腰座、手臂、手爪

4、等各部分機械結(jié)構(gòu)以及機械手控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。具體進(jìn)行了機械手的總體設(shè)計，腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計，機械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計，機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計，末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計，機械手的機械傳動機構(gòu)的設(shè)計，機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計。同時對液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和計算。關(guān)鍵詞：機械手 ；液壓伺服定位 ；電液系統(tǒng)福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）ivabstractintegrate the knowledge of the past four years of undergraduate course of machine, discuss and analysis the each part and

5、function of manipulator; design a kind of cylinderical coordinate manipulator used to pack and unload work piece for cnc machine tools. in particular, made the detailed design about base, arm, and end effector and the control system etc. including total design, waists construction design, the arms c

6、onstruction design, the wrists construction design, the end effectors construction design, and the drive system of manipulator. at the same time, analysis and compute the hydraulic pressure system and control system in a word, the design of the manipulator has come to the anticipant object.keyways:

7、manipulator；hydraulic servo control；electrohydraulic system福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11 緒論1.1 選題背景機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機械行

8、業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) fms 和柔性制造單元 fmc 中一個重要組成部分。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是

9、十分必要的。因此，進(jìn)行機械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 1.2 設(shè)計目的本設(shè)計通過對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、特殊要求的數(shù)控機床上下料機械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合。目前，在國內(nèi)很多工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，勞動強度大、生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)加工的工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代自動化大生產(chǎn),針對具體生產(chǎn)工藝,利用機器人技術(shù)，設(shè)計用一臺裝卸機械手代替人工工作

10、，以提高勞動生產(chǎn)率。福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2本機械手主要與數(shù)控車床（數(shù)控銑床，加工中心等）組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程（上料、加工、下料）的自動化、無人化。目前，我國的制造業(yè)正在迅速發(fā)展，越來越多的資金流向制造業(yè)，越來越多的廠商加入到制造業(yè)。本設(shè)計能夠應(yīng)用到加工工廠車間，滿足數(shù)控機床以及加工中心的加工過程安裝、卸載加工工件的要求，從而減輕工人勞動強度，節(jié)約加工輔助時間，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。1.3 設(shè)計原則在設(shè)計之前，必須要有一個指導(dǎo)原則。這次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計要求為根本設(shè)計目標(biāo)，充分考慮機械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能

11、的使結(jié)構(gòu)簡練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時提高可靠性。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計原則，同時也考慮本次設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計的特點，將大學(xué)期間所學(xué)的知識，如機械設(shè)計、機械原理、液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感器、可編程控制器（plc） 、電子技術(shù)、自動控制、機械系統(tǒng)仿真等知識盡可能多的綜合運用到設(shè)計中，使得經(jīng)過本次設(shè)計對大學(xué)階段的知識得到鞏固和強化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設(shè)計。2 基于 proe 的機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計2.11 proeproe 的優(yōu)點 經(jīng)過 20 多年不斷的創(chuàng)新和完善， pore 現(xiàn)在已經(jīng)是三維

12、建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢：參參數(shù)數(shù)化化設(shè)設(shè)計計和和特特征征功功能能 pro/engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 單單一一數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫 pro/engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的 cad/cam 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）3管他是哪

13、一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變， nc（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 全全相相關(guān)關(guān)性性：pro/engineer 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改

14、，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基基于于特特征征的的參參數(shù)數(shù)化化造造型型 ：pro/engineer 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)管管理理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，

15、必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項工作，由于使用了 pro/engineer 獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝裝配配管管理理：pro/engineer 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。易易于于使使用用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)

16、計（論文）42 21 12 2 總體設(shè)計總體設(shè)計工業(yè)機械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序，軌跡和要求代替人手抓搬 運或操作工具或進(jìn)行操作自動化裝置。機械手的總體設(shè)計要進(jìn)行全面綜合考慮，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。為了提高機械手的運動速度和控制精度，在保證機械手有足夠強度與剛度的條件下，盡可能從結(jié)構(gòu)與材料上設(shè)法減輕機械手的重量，力求選高強度，輕質(zhì)材料，通常用高強度鋁合金制造。據(jù)設(shè)計題目給出的坐標(biāo)形式和基本參數(shù)確定該設(shè)計和各項結(jié)構(gòu)，其中已確定的各項有：1本工業(yè)機械手是通用機械手，是一種具有獨立控制系統(tǒng)的，程序可變，動作靈活多樣的機械手。通用機械手工作

17、的范圍大，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生產(chǎn)。本工業(yè)機械手的控制定位方式是簡易型的點定位控制，因此，其控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜。2本工業(yè)機械手是圓柱坐標(biāo)的坐標(biāo)型式，其手臂的運動系由兩個直線運動和兩個回轉(zhuǎn)運動所組成，即沿 x 軸的伸縮，沿 z 軸的升降和繞 z 軸的回轉(zhuǎn)。特點：占地面積小而活動范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，但因機械手結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿 z 軸方向移動的最低位置限制，故不能抓取地面上的物體。3 本工業(yè)機械手是四自由度機械手。所謂工業(yè)機械手的自由度就是整機手臂和手腕相對于固定坐標(biāo)所具有的獨立運動：1 手臂的升降；2 手臂的升縮；3 手腕部回轉(zhuǎn)

18、；4手臂回轉(zhuǎn)。根據(jù)給出的工業(yè)機械手的規(guī)格參數(shù)，還需確定其余各部件的設(shè)計。2.1.3 機械手的規(guī)格參數(shù)1 抓重：50 n （額定抓取重量或額定負(fù)荷）2. 自由度： 33. 坐標(biāo)形式： 圓柱坐標(biāo)福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）54. 最大工作半徑：12005. 手臂最大中心高（下降時）：8002.1.4 手臂運動參數(shù)1. 水平伸縮行程：04001.2. 伸縮速度： 50s2.3. 垂直升降行程：1003.4. 升降速度：200s4. 回轉(zhuǎn)范圍：5. 回轉(zhuǎn)速度：45s手腕參數(shù). 回轉(zhuǎn)范圍：.回轉(zhuǎn)速度：sii.手指夾持范圍：iii.定位精度：iv.驅(qū)動方式：氣壓傳動,液壓驅(qū)動；11電氣控制方式：plc 點

19、位程序控制12電氣操作方式：手動和自動2.1.5 驅(qū)動方式的選擇和設(shè)計根據(jù)有關(guān)資料的顯示，現(xiàn)在機械手驅(qū)動方式的成熟控制方式有多種，主要以下幾種方式，并進(jìn)行比較選擇：1 液壓傳動機械手，是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的機械手，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影響，且不宜在高溫，低溫下工作。 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：介質(zhì)來源極方便，不污染環(huán)境，工作可靠，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）6簡單，成本低，操作維修方便。但是由于空氣具有可壓縮的特點，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 30 公斤以

20、下，適用于高速，輕載，高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3 機械傳動機械手：既由機械傳動機構(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。它的特點是運動準(zhǔn)確可靠，動作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。常被用于為工作主機的上，下料。 4電力傳動機械手：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機，直線電機或步進(jìn)電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的機械手，因為不需中間的轉(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(hù)和使用方便。 綜合上述四種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點結(jié)合本設(shè)計之工業(yè)機械手的各項規(guī)格要求，應(yīng)選用氣壓傳動來實現(xiàn)，則其抓重和定位都可達(dá)到，

21、且結(jié)構(gòu)可簡單，其傳動平穩(wěn)和動作靈敏性可達(dá)到設(shè)計要求。 因此，本設(shè)計的四自由度工業(yè)機械手選用液壓傳動機械手作為驅(qū)動方式。2.1.6 設(shè)計具體采用方案圖 2-1 機械手工作布局圖福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）7具體到本設(shè)計，因為設(shè)計要求搬運的加工工件的質(zhì)量達(dá) 30kg，且長度達(dá)500mm，同時考慮到數(shù)控機床布局的具體形式及對機械手的具體要求，考慮在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機械手在工作中需要 3 種運動,其中手臂的伸縮和立柱升降為兩個直線運動,另一個為手臂的回轉(zhuǎn)運動,綜合考慮，機械手自由度數(shù)目取為 3，坐標(biāo)形式選擇圓柱坐標(biāo)形式，即一個轉(zhuǎn)動自由度兩個移動自由度，

22、其特點是:結(jié)構(gòu)比較簡單,手臂運動范圍大,且有較高的定位準(zhǔn)確度。機械手工作布局圖如圖 2-1 所示。2.2 機械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行了機械手的總體設(shè)計后，就要針對機械手的腰部、手臂、手腕、末端執(zhí)行器等各個部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。2.2.1 設(shè)計具體采用方案腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式要么是電機通過減速機構(gòu)來實現(xiàn)，要么是通過擺動液壓缸或液壓馬達(dá)來實現(xiàn)，目前的趨勢是用前者。因為電動方式控制的精度能夠很高，而且結(jié)構(gòu)緊湊，不用設(shè)計另外的液壓系統(tǒng)及其輔助元件?？紤]到腰座是機器人的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅(qū)動來實現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運動。一般電機都不能直接驅(qū)動，考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，采用大傳動比

23、的齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖2-2 所示：其原理如下：電機轉(zhuǎn)動帶動腰部小齒輪轉(zhuǎn)動，腰部小齒輪再帶動腰部大齒輪轉(zhuǎn)動，腰部大齒輪通過鍵帶動腰回輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，其次工作臺轉(zhuǎn)動，電機停止，工作臺就停止。福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）8圖 2-2 腰座結(jié)構(gòu)圖2.3 機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1 機器人夾持器的運動和驅(qū)動方式機器人夾持器及機器人手爪。一般工業(yè)機器人手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型，按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。機器人夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種：1.氣動驅(qū)動方式：這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥

24、來調(diào)節(jié)其運動速度。由于氣動驅(qū)動系統(tǒng)價格較低，所以氣動夾持器在工業(yè)中應(yīng)用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。 2.電動驅(qū)動方式 ：電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進(jìn)電機，并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。電動驅(qū)動方式可實現(xiàn)手爪的力與位置控制。但是，這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）9的條件下，因為電機有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。3.液壓驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動剛度大，可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。 由于本次設(shè)計主要采用液壓于完成機械手的運動，且本次設(shè)計在傳動方面的剛度要求較大，所以本次

25、設(shè)計采用液壓傳動的方式來完成機械手的運動。來實現(xiàn)抓取物體。2.3.2 設(shè)計具體采用方案 結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動活塞往復(fù)移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調(diào)定。本設(shè)計按照工件的直徑為 50mm 來設(shè)計。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖 2-3 所示：其原理是：進(jìn)油口進(jìn)油推動活塞向前運動，活塞帶動齒條運動，然后齒條與齒輪 1 嚙合帶動齒輪 1 運動，齒輪 1 帶動扇形齒輪運動，手爪張開，然后通過保壓口回油活塞向后運動，齒條后退，帶動齒輪 1 和扇形齒輪反轉(zhuǎn)，手爪閉合。通過進(jìn)油出油來控制手爪的來回運動。福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)

26、計（論文）10圖 2-3 機械手末端執(zhí)行手爪結(jié)構(gòu)圖2.4 機械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11圖 2-4 手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：考慮到此機械手的總體結(jié)構(gòu)是對稱的，因此手爪連接結(jié)構(gòu)會觸及到中間的螺母，因此本次設(shè)計對此連接采用了側(cè)邊加長，此鏈接底面采用加長的圓形面，是為了跟手爪配合的時候油路能從旁邊輸入如圖 2-4 所示；2.5 液壓缸的設(shè)計 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）12圖 2-5 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：為了配合導(dǎo)套所以液壓缸上面做成圓柱形狀，為了便于加工鉆孔下面做成平面，旁邊的孔螺紋是油路口，通過此孔進(jìn)油驅(qū)動導(dǎo)柱的移動，從而使工作臺向上運動，如圖 2-5 所示；2.6 導(dǎo)向套的

27、設(shè)計圖 2-6 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：設(shè)計導(dǎo)向套的原則是為了提高導(dǎo)向精度，此導(dǎo)向套設(shè)計成錐形，在錐面上挖油溝槽，是因為本次的機械手設(shè)計是采用液壓的形式，這樣可以防塵?；蛘呗┯停瑫r采用錐形面也節(jié)省了材料與摩擦。如圖 2-6 所示；2.7 中間結(jié)構(gòu)的組成 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13圖 2-7 中間結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：油路從液壓缸進(jìn)油口輸入，然后推動活塞向上移動，從而帶動導(dǎo)柱移動，因為本次設(shè)計主要采用液壓的形式，所以必須有密封圈，以此來防止灰塵或者塵埃的進(jìn)入，結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示；2.8 齒輪的設(shè)計與強度計算福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14圖 2-8 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：因為齒輪傳動存在著齒側(cè)間隙，

28、影響傳動精度，故采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于 100） ，同時為了減小機械手的整體結(jié)構(gòu)，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。該齒輪模數(shù)?。╩=2.5） 。為了能過與轉(zhuǎn)軸配合的緊湊，本次齒輪設(shè)計在上面做一個凸臺這樣會避免齒輪的滑動、盡量避免錯位的發(fā)生、內(nèi)孔挖個鍵槽孔，能夠與鍵配合。如圖 2-8 所示；2.8.1 齒輪強度的計算(1)選取齒輪材料 一般用途減速器，無特殊要求，選取大、小齒輪均用45 鋼。（2）選擇熱處理方法及齒輪面硬度 考慮到生產(chǎn)批量小，為便于加工，采用軟齒面。小齒輪調(diào)質(zhì)，229286hbs，大齒輪正火，169217hbs。（3）小

29、齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 t1 轉(zhuǎn)矩 t1=9550n/n=9550*17/2940nm=55.2 nm, 齒數(shù)比 u=z1/z2=n1/n2=2940/294=10。（4）初取載荷系數(shù) k 因齒輪參數(shù)尚未確定，載荷系數(shù) k無法準(zhǔn)確確定，需預(yù)選。一般可在 k=1.71.9 范圍內(nèi)選取。在確定齒輪參數(shù)后，在進(jìn)行校核。初取 k=1.8.（5）選取齒寬系數(shù) 因為相對于軸承對稱布置，取=1，得=0.4。ada（6）初取重合度系數(shù) 一般直齒輪傳動，在 1.11.9 之間。這里初取=1.8，zaa=1.6。z(10 1.8)/3（7）確定許用接觸疲勞應(yīng)力 接觸應(yīng)力變化總次數(shù)（按每年 300 個工作日計）：h 1n=

30、60n=60 *2940*1*12000=2.12xhl910 2n=60n=60 *294*1*12000=2.12xhl810 壽命系數(shù)=0.95，=1 （圖 6-34） ，彈性系數(shù)=189.8（表 6-7） ，接觸疲勞1nz2nzez極限應(yīng)力=560mpa(圖 6-32c)，=500mpa(圖 6-32c)，最小安全系數(shù)，按lim1lim2表 6-8，失效概率低于 1/100，=1，許用接觸疲勞應(yīng)力按式（6-28）有：minhs 【】=560/1 x 0.95mpa =500/1 x 1mpa=500mpa1h2h福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15 (8) 按齒面接觸疲勞應(yīng)力初步計算中心距

31、 a 節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5(圖 6-30)。hz 按式（6-35） ；a=(10+1)xmm=274.5mm,取32(500 1.855.2)(189.82.5 1.6)/500 /0.4 10xxxxxxa=275mm。 （9）初取齒寬 b 齒寬 b=a=0.1x275mm=27.5mm。a （10）取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 按表 6-2，取 m=2.5mm（11）確定齒數(shù) 由 a=m/2(),有=2a/m=2x275/2.5=220,及 u=10,解12zz12zz21/zz得=20，=200，實際齒數(shù)比 u=10.2，傳動比誤差（10.2-10）/10=0.5%（在1z2z5%允許范圍內(nèi)） 。（12）

32、確定載荷系數(shù) k 1）使用系數(shù)，按表 6-5，=1。akak 2）動載荷系數(shù)，齒輪圓周速度 v=（）/6000=26.062m/s,齒輪精度參vk1d1n考表 6-6，取為 6 級，則由圖 6-20，=1.17。vk 3）齒向載荷分布系數(shù)取 1.06.k 4）齒間載荷分布系數(shù)，由式（6-13）計算重合度=1.89，按圖 6-24，ka=1.32，故 k=1x1.32x1.61x1.32=1.61, k,偏于安全。kavk k k kk（13）確定重合度系數(shù)，由式（6-26） ，=0.84.zz(4)/3a(4 1.89)/3（14）確定齒寬 b 取=30mm，=25mm (微小于)1b2b2b

33、1b（15）驗算齒根彎曲疲勞強度 1）齒形系數(shù)，按圖 6-27，=2.52，=2.18。1fay2fay 2) 應(yīng)力修正系數(shù)，按圖 6-28，=1.64，=1.83。1say2say 3）重合度系數(shù)，按式(6-23), =0.25+0.75/1.89=0.65。y 4）彎曲疲勞極限應(yīng)力，按圖 6-31c, =240mpa,按圖 6-31c, lim1f=220mpa。lim2f 5）壽命系數(shù) 160hnn l=60x2940x1x12000=2.12x910 2n=60n=60 *294*1*12000=2.12xhl810福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）16 按圖 6-33，=0.9，=0.95

34、。1ny2ny 6）試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，=2。sty 7）最小安全系數(shù)，按表 6-8，失效概率低于 1/100，=1.25。minfs 8）許用彎曲應(yīng)力，按式（6-27）有 【】=240x2x0.9/1.25mpa=346mpa1f 【】=220x2x0.95/1.25mpa=334mpa2f9 )齒根彎曲疲勞應(yīng)力，按式（6-32） 1f=(2000x1.61x55.2x2.52x1.64x0.65)/(50x30x2)mpa=159.2mpa【】1f 2f=(2000x1.61x55.2x2.18x1.83x0.65)/(500x25x2)mpa=18.43mpa 【】2

35、f（16）設(shè)計結(jié)果 中心距 a=275mm；模數(shù) m=2；齒數(shù)=20；=200；分度圓直徑1z2z=50mm, =500mm；齒寬=30mm，=25mm;齒輪精度 6 級；齒輪材料：小1d2d1b2b齒輪 45 鋼，調(diào)質(zhì)，229286hbs,大齒輪 45 鋼，正火，169217hbs。2.9 工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則 設(shè)計機器人時，驅(qū)動系統(tǒng)的選擇，要根據(jù)機器人的用途、作業(yè)要求、機器人的性能規(guī)范、控制功能、維護(hù)的復(fù)雜程度、運行的功耗、性價比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。一般情況下：

36、1.物料搬運（包括上下料）使用的有限點位控制的程序控制機器人，重負(fù)荷的選擇液壓驅(qū)動系統(tǒng)，中等負(fù)荷的可選電機驅(qū)動系統(tǒng)，輕負(fù)荷的可選氣動驅(qū)動系統(tǒng)。沖壓機器人多采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。2.用于點焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機器人，要求具有點位和軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點焊、弧焊機器人多采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。重負(fù)荷的任意點位控制的點焊及搬運機器人選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。1.機器人驅(qū)動系統(tǒng)電機的選擇機器人的驅(qū)動系統(tǒng)電機的選擇要根據(jù)機器人的用途、功能、結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合各類電機自身的特點、性能、結(jié)構(gòu)特點以及性能價格比等綜合考慮進(jìn)行。根福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17據(jù)機器人各運動軸所

37、計算的、要求電機的轉(zhuǎn)速、負(fù)載額定力矩、加減速特性、額定功率、加速功率等參數(shù)選擇電機型號。有關(guān)各類驅(qū)動電動機主要特點及性能、結(jié)構(gòu)特點、用途及使用范圍、適用的驅(qū)動器見表 2-1：表 2-1 各類驅(qū)動電動機比較名 稱主要特點及性能結(jié)構(gòu)特點用途及使用范圍驅(qū)動器小慣量直流永磁伺服電動機電機的慣量小，理論加速度大，快速反應(yīng)性好，低速性好，調(diào)速比可達(dá)1：10e4 范圍，但低速輸出力矩不大，轉(zhuǎn)子直徑小，慣量小適用于對快速性要求嚴(yán)格而負(fù)載力矩不大的場合直流 pwm伺服驅(qū)動器 scr 變壓驅(qū)動器有刷繞組永磁直流伺服電動機轉(zhuǎn)動慣量小，快速響應(yīng)性能好；轉(zhuǎn)子無鐵損，效率高；換向性能好，壽命長；負(fù)載波動對轉(zhuǎn)速影響小，輸出

38、力矩平穩(wěn)。無鐵心，具有軸向平面間隙可頻繁起制動、正反轉(zhuǎn)工作，響應(yīng)迅速，適用于機器人，數(shù)控等直流 pwm伺服驅(qū)動器，scr變壓驅(qū)動器大慣量永磁直流伺服電動機輸出力矩大，轉(zhuǎn)矩波動小，機械特性硬度大，可以長時間工作在堵轉(zhuǎn)條件下又稱力矩電機其轉(zhuǎn)子較粗適用于驅(qū)動力矩較大的場合，因可不用齒輪傳動，消除了齒輪間隙直流 pwm伺服驅(qū)動器，scr變壓驅(qū)動器反應(yīng)步進(jìn)電機將電脈沖信號直接轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)成正比，輸出力矩也較大電機轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)租，由永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極用于數(shù)字系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，如數(shù)控機床、機器人；開環(huán)控制直流 pwm伺服驅(qū)動器 scr 變壓驅(qū)動器同步交流伺服電動轉(zhuǎn)速與定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場嚴(yán)格同

39、步；從低轉(zhuǎn)子由永久磁鐵做主要用于中小容量的伺服驅(qū)交流 pwm變頻調(diào)速福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18機度到高速，定子繞組可通過大電流，故起、制動轉(zhuǎn)矩不降低，可頻繁起、制動成，定子有三相，轉(zhuǎn)子比較細(xì)動系統(tǒng)中，如數(shù)控、機器人等系統(tǒng)中器同步交流伺服電動機轉(zhuǎn)速與定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場嚴(yán)格同步；從低度到高速，定子繞組可通過大電流，故起、制動轉(zhuǎn)矩不降低，可頻繁起、制動轉(zhuǎn)子由永久磁鐵做成，定子有三相，轉(zhuǎn)子比較細(xì)主要用于中小容量的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控、機器人等系統(tǒng)中交流 pwm變頻調(diào)速器異步交流伺服電動機轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于定子繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，機構(gòu)簡單，容量大，價格低定子由對稱三相繞組組成，用于數(shù)控機床主軸

40、等容量大的場合交流 pwm變頻調(diào)速器2.機器人電動驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動器（1）直流電機伺服驅(qū)動器直流伺服電機驅(qū)動器目前多采用脈沖寬度調(diào)制（pwm）伺服驅(qū)動器。其電源電壓為固定不變值，由大功率三極管作為開關(guān)元件，以固定的開關(guān)頻率動作，但其脈沖寬度可以隨電路控制而改變，改變了脈沖寬度也就可以改變加在電機電樞兩端的平均電壓，從而改變了電機的轉(zhuǎn)速。這種伺服驅(qū)動器一般由電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)組成。末級采用大功率三極管構(gòu)成橋式開關(guān)電路。 pwm 伺服驅(qū)動器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好，響應(yīng)快、效率高、過載能力強等特點。目前已廣泛應(yīng)用于各類數(shù)控機床、工業(yè)機器人及其它機電一體化產(chǎn)品中用做直流伺服電機的驅(qū)動。（2）步進(jìn)電

41、機驅(qū)動器步進(jìn)電機的控制裝置主要包括脈沖發(fā)生器，環(huán)行分配器和功率放大器等幾部分組成。 脈沖發(fā)生器可以按照起、制動及調(diào)速要求改變頻率、以控制步進(jìn)電機。環(huán)行分配器是控制步進(jìn)電機各繞組按一定的次序通過的環(huán)節(jié)。它的作用是把脈沖發(fā)生器送來的一系列脈沖信號按照一定的循環(huán)規(guī)律依次分配給各繞組，以使步福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）19進(jìn)電機按著一定的規(guī)律運動。 功率放大器的作用是將環(huán)行分配器輸出的毫安級電流放大成安培級電流以驅(qū)動步進(jìn)電機。目前功率放大器多采用高低壓驅(qū)動電路。這種電路有高、低壓二組電源。當(dāng)繞組剛通電瞬間讓繞組接通高電壓，從而使各相電流迅速建立。而當(dāng)達(dá)到步進(jìn)電機額定電流時僅以低電壓給各相繞組供電。高電

42、壓加入的時間長短由控制電路來實現(xiàn)。2.9.1 設(shè)計具體采用方案 具體到本設(shè)計，在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素。機械手腰部的旋轉(zhuǎn)運動需要一定的定位控制精度，故采用步進(jìn)電機驅(qū)動來實現(xiàn)；因為采用液壓執(zhí)行缸來做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液壓驅(qū)動；同時考慮隨著機床加工的工件的不同，水平手臂伸出長度是不同的。因此，要求水平手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進(jìn)行驅(qū)動。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現(xiàn)，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。2.10 總裝圖 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）20圖 2-10 機械手

43、總裝結(jié)構(gòu)工作路線工作路線： 腰部回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動液壓缸 1 驅(qū)動導(dǎo)柱向上移動液壓缸 2驅(qū)動導(dǎo)柱向右移動進(jìn)油手爪張開抓物體回油手爪閉合液壓缸 2 驅(qū)動導(dǎo)柱向左移動液壓缸 1 驅(qū)動導(dǎo)柱向下移動電機停止運動停止。原理：原理：電機啟動帶動腰部小齒輪轉(zhuǎn)動，腰部小齒輪帶動腰部大齒輪轉(zhuǎn)動，腰部大齒輪的轉(zhuǎn)動帶動了腰部回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動，通過液壓缸 1 推動活塞 1 向上運動，活塞 1 帶動導(dǎo)柱 1 向上移動，達(dá)到一定位置停止向上移動，通過另外一個液壓缸 2 推動活塞 2 向右移動，達(dá)到一定位置停止移動，通過油路把油輸入手爪，帶動里面的活塞運動，從而帶動了齒條向下運動，齒條帶動齒輪 1 轉(zhuǎn)動然后再帶動扇形齒輪轉(zhuǎn)動，手爪張開

44、抓物體，通過保壓口福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）21的回油活塞向上運動，齒條向上運動，齒輪 1 和扇形齒輪反轉(zhuǎn)，手爪閉合。然后通過液壓缸 2 驅(qū)動導(dǎo)柱向左移動達(dá)到一定位置停止，然后再驅(qū)動液壓缸 1 使得導(dǎo)柱 1 向下移動，達(dá)到一定位置停止，電機停止，工作臺停止運動。通過驅(qū)動液壓缸的油路往復(fù)操作。如圖 2-10 所示； 3. 理論分析和設(shè)計計算3.1 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算3.1.1 確定液壓系統(tǒng)基本方案液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，前者實現(xiàn)直線運動，后者實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。二者的特點及適用場合見表 3-1：表 3-1 液壓執(zhí)行元件比較名 稱特 點適 用 場 合雙活塞桿液壓缸雙向?qū)ΨQ雙向工作的往復(fù)

45、場合單活塞桿液壓缸有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運動，差動連接可實現(xiàn)快進(jìn)柱塞缸結(jié)構(gòu)簡單單向工作，靠重力或其它外力返回擺動缸單葉片式小于 360雙葉片式小于 180小于 360 的擺動；小于 180 的擺動齒輪馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運動葉片馬達(dá)體積小、轉(zhuǎn)動慣量小高速低轉(zhuǎn)矩、動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動擺線齒輪馬達(dá)體積小、輸出轉(zhuǎn)局大低速、小功率大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運動軸向柱塞馬達(dá)運動平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬大轉(zhuǎn)矩的回轉(zhuǎn)運動徑向柱塞馬達(dá)轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩大低速大轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)運動福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）22本設(shè)計因為機械手的形式為圓柱坐標(biāo)形式，具有 3 個自由度，一個轉(zhuǎn)動，兩個移

46、動自由度。同時考慮機械手的工作載荷和工作現(xiàn)場環(huán)境對機械手布局以及定位精度的具體要求以及計算機的控制的因素，腰部的回轉(zhuǎn)用電機驅(qū)動實現(xiàn)，剩下的兩個運動均為直線運動。因此，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實現(xiàn)直線往復(fù)運動。3.1.2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。1.計算液壓缸的總機械載荷根據(jù)機構(gòu)的工作情況液壓缸所受的總機械載荷為 式（3-1）bfsfmwffffff式中， -為外加的載荷，因為水平方無外載荷，故為 0；wf-為活塞上所受的慣性力；mf

47、-為密封阻力；sff-為導(dǎo)向裝置的摩擦阻力；ff-為回油被壓形成的阻力；bf（1）的計算mf 式（3-2）tvggfm式中， -為液壓缸所要移動的總重量，取為 100kg；g-為重力加速度， ；g2/81. 9sm-為速度變化量；v-啟動或制動時間，一般為 0.010.5 ，取 0.2sts將各值帶入上式，得：=1.02mfn福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）23（2）的計算sff 式（3-3）1apffsf式中，-克服液壓缸密封件摩擦阻力所需空載壓力，如該液壓缸工作壓fp力16 ，查相關(guān)手冊取=0.2 ；ampamp-為進(jìn)油工作腔有效面積； 1a啟動時： 565nsff運動時： =283nsff（

48、3）的計算ff機械手水平方向上有兩個導(dǎo)桿，內(nèi)導(dǎo)桿和外導(dǎo)套之間的摩擦力為 式（3-4）fgff式中，-為機械手和所操作工件的總重量，取為 100kg；g-為摩擦系數(shù)，取 f=0.1；f帶入數(shù)據(jù)計算得： =98ffn（4）的計算bf回油背壓形成的阻力按下式計算 式（3-5）2apfbb式中，-為回油背壓，一般為 0.30.5 ，取=0.3 bpampampamp-為有桿腔活塞面積，考慮兩邊差動比為 2；2a將各值帶入上式有，nfb424分析液壓缸各工作階段受力情況，作用在活塞上的總機械載荷為。nf10882.手爪執(zhí)行液壓缸工作壓力計算手爪要能抓起工件必須滿足：福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）24 式（

49、3-6）gkkkn321式中，-為所需夾持力；n-安全系數(shù)，通常取 1.22；1k-為動載系數(shù)，主要考慮慣性力的影響可按估算，為機2k21akg a械手在搬運工件過程的加速度，為重力加速度；2/sm2/8 . 9sma g-方位系數(shù)，查表選取；3k13k-被抓持工件的重量 30；gkg帶入數(shù)據(jù)，計算得： ；nn120理論驅(qū)動力的計算： 式（3-7）12nrbp式中，-為柱塞缸所需理論驅(qū)動力；p-為夾緊力至回轉(zhuǎn)支點的垂直距離；b-為扇形齒輪分度圓半徑；r-為手指夾緊力；n-齒輪傳動機構(gòu)的效率，此處選為 0.92；其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得 np377計算驅(qū)動力計算公式為： 式（3-8）fkkfc

50、41式中，-為計算驅(qū)動力；cf-安全系數(shù)，此處選 1.2；1k-工作條件系數(shù)，此處選 1.1；4k福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）25其他同上。帶入數(shù)據(jù)，計算得： nfc920而液壓缸的工作驅(qū)動力是由缸內(nèi)油壓提供的，故有 式（3-9）apfc式中，-為柱塞缸工作油壓；p-為柱塞截面積；a經(jīng)計算，所需的油壓約為： mpa33.液壓缸主要參數(shù)的確定針對本設(shè)計是一個機械手的特點考慮，機械手系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此，先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機械手的結(jié)構(gòu)和運動的穩(wěn)定性、安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統(tǒng)設(shè)計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路

51、和元件來實現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數(shù)如下；表 3-2 手爪執(zhí)行柱塞缸參數(shù)缸內(nèi)徑mm壁厚mm直徑mm行程mm工作壓力mpa205208036注：手爪柱塞缸工作壓力由系統(tǒng)壓力閥調(diào)定。表 3-3 水平伸縮液壓缸參數(shù)缸內(nèi)徑mm壁厚mm桿直徑mm行程mm工作壓力mpa6010254001 因為伸縮缸的作用主要是實現(xiàn)伸縮直線運動這個運動形式，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向） ，軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質(zhì)為彎矩，使其產(chǎn)生彎曲變形。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有福建工程

52、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）26比較大的工作行程。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩(wěn)定性和剛度問題有較高的要求。因此，在水平伸縮缸的設(shè)計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，使其具有盡量大的剛度。為了達(dá)到這個目的，設(shè)計中采用了兩個導(dǎo)向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。另一方面，為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，將兩個導(dǎo)向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。表 3-4 垂直液壓缸參數(shù)缸內(nèi)徑mm壁厚mm桿直徑mm行程mm工作壓力mpa6010251001 因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆

53、力矩（由加工工件的重力引起的） 。作為液壓執(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機構(gòu)，圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿，較好的解決了這一問題。4.液壓缸強度的校核（1）缸筒壁厚的校核當(dāng) d/時，液壓缸壁厚的較核公式如下：10 式（3-10）式中，-為缸筒內(nèi)徑；d-為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時，取為ypmpapn16；nypp5 . 1-為缸筒材料的許用應(yīng)力，為材料抗拉強度，經(jīng)nb/b查相關(guān)資料取為 650，為安全系數(shù)，此處取；mpan5n 帶入數(shù)據(jù)計算，上式成立。因此液壓缸壁厚強度滿足要求。（2）活塞桿直徑的較

54、核 0.4(1)2 1.3yypdp福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）27活塞桿直徑的較核公式為 式（3-11）式中， -為活塞桿上作用力；f-為活塞桿材料的許用應(yīng)力，此處；4 . 1/b帶入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算較核得上式成立，因此活塞桿的強度能滿足工作要求。3.1.3 計算和選擇液壓元件1.液壓泵的計算（1）確定液壓泵的實際工作壓力pp 式（3-12）11pppp式中，-計算工作壓力，前以定為；1pmpa4 -對于進(jìn)油路采用調(diào)速閥的系統(tǒng)，可估為（0.51.5），1pmpa這里取為 1。mpa因此，可以確定液壓泵的實際工作壓力為 式（3-13）mpapp514（2）確定液壓泵的流量 式（3-14）maxq

55、kqp式中，-為泄露因數(shù)，取 1.1；k-為機械手工作時最大流量。maxq 式（3-15）vaqmax4 fd 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）28經(jīng)計算得 =3.140maxqmin/l帶入上式得 min/454. 3140. 31 . 1lqp（3）確定液壓泵電機的功率 式（3-16）式中，-為最大運動速度下所需的流量，同前，取為 3.140；maxqmin/l-液壓泵實際工作壓力，5；ppmpa-為液壓泵總效率，取為 0.8；帶入數(shù)據(jù)計算得： =。工p0.654kw2.控制元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。這部分在考慮具體的作業(yè)時根據(jù)詳

56、細(xì)的要求再結(jié)合具體情況進(jìn)行詳細(xì)，這里暫從略。3.油管及其他輔助裝置的選擇（1）查閱設(shè)計手冊，選擇油管公稱通徑、外徑、壁厚參數(shù)液壓泵出口流量以 3.140l/min 計，選??；液壓泵吸油管稍微粗些，選6擇；其余都選為；85（2）確定油箱的容量一般取泵流量的 35 倍，這里取為 5 倍，有效容積為 式（3-17）lqvp162 . 3553.1.4 液壓系統(tǒng)性能的驗算繪制液壓系統(tǒng)圖后，進(jìn)行壓力損失驗算。因為該液壓系統(tǒng)比較簡單，該項驗算從略。本系統(tǒng)采用液壓回路簡單，效率比較高，功率小，發(fā)熱少，油箱容量取得較大，因此，不再進(jìn)行溫升驗算。max260ppqp工福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）293.2 電機

57、選型有關(guān)參數(shù)計算3.2.1 確定電機規(guī)格：液壓泵選取 cb-d 型液壓泵，額定壓力 p=10mpa，工作流量在 3270ml/r之間。選取 80l/min 為額定流量的泵，因此：傳動功率 n=pq/ （3.2）式中：=0.8 （經(jīng)驗值）所以代入公式（3.1）得： n=1080103106/600.8=16.7kn選取電動機 jqz-61-2 型電動機，額定功率 17kw，轉(zhuǎn)速為 2940r/min。4、機械手運動分析4.1 proe 如何做運動運動分析工作流程運動分析工作流程 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）30圖 4-1 福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）31(表 4-1)1）首先調(diào)出基座默認(rèn)為缺省，

58、然后在打開白色的座蓋選擇用戶定義如表（4-1）選取匹配，在選取元件項目中選取面與面的配合，約束完畢之后在新建一組約束，選取對齊，在選取元件項目中的中心線與中心線，直到狀態(tài)當(dāng)中出現(xiàn)完全約束，然后按打勾。配合結(jié)束。如上所述，依次配合各個零件。由于電機要帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，所以電機以小齒輪之間的配合必須是選用戶定義的（銷釘）。因為小齒輪要帶動此圓盤做回轉(zhuǎn)運動，所以此圓盤中間的柱子與導(dǎo)套必須是用戶定義（的剛性配合）。圖 4-1，配合完之后在調(diào)用就成了單一元件。然后在選擇電機的時候就要定義齒輪副，如下表 4-5.14-5.2 所示，必須定義小齒輪跟大齒輪的運動跟方向。圖 4-2.1 圖 4-2.2福建工程學(xué)

59、院畢業(yè)設(shè)計（論文）32圖 4-2.32）配合如上所述，將圖 4-2.1 做成一個元件，通過匹配跟對齊進(jìn)行約束各個元件，然后再將圖 4-2.2 做成一個固定元件，配合跟圖 4-2.1 一樣，因為圖 4-2.3 元件要運動，所以將圖 4-2.1 跟圖 4-2.2 的導(dǎo)柱以導(dǎo)套之間必須用用戶定義的（圓柱）配合。此元件是由液壓缸輸入油然后驅(qū)動導(dǎo)柱向上移動。然而在選擇電機的同時必須是兩個電機，因為此運動是往返的，且電機的方向必須是相反的，再定義速度。選擇電機如表 4-7 所示；福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）33圖 4-33）因為電機的啟動必須帶動圖 4-3 的工作臺一起轉(zhuǎn)動，所以把圖 4-1 跟 4-2

60、用用戶定義的（剛性）配合起來。使之成為一個整體、這樣電機帶動小齒輪轉(zhuǎn)動就可以一起轉(zhuǎn)動。圖 4-4.1圖 4-4.24) 圖 4-4.1 用用戶定義進(jìn)行裝配，選擇匹配與對齊兩種約束進(jìn)行裝配，對齊與裝配兩種約束如上所述，把圖 4-4.1 裝配成一個固定元件。圖 4-4.2 的用匹配跟對齊對各個零件進(jìn)行約束，這樣就裝配成圖 4-4.2，所以把圖 4-4.2 做成一個元件；福建工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）34圖 4-5 手爪元件5） 首先將中間的齒條用用戶定義的（圓柱）進(jìn)行定義，因為齒條要帶動下面的齒輪進(jìn)行運動，齒條向下移動做一個電機，齒條向上移動再做一個電機，紅色的兩個齒輪必須用戶定義的（銷釘）進(jìn)行定義