機(jī)械手設(shè)計說明書-抓件液壓機(jī)械手設(shè)計

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目錄 摘要 .............................................................................................................................................鍵詞 ................................................................................................................................................................................................................................................................................ey ...................................................................................................................................言 ..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................定手部結(jié)構(gòu) .................................................................................................................部受力分析 .................................................................................................................部夾緊力的計算 ..........................................................................................................抓夾持誤差分析與計算 ...............................................................................................部夾緊缸的設(shè)計計算 ................................................................................................... 夾緊缸主要尺寸的計算 ........................................................................................ 缸體結(jié)構(gòu)及驗算 ................................................................................................... 缸筒兩端部的計算 ............................................................................................... 缸筒加工工藝要求 .............................................................................................. 10 塞與活塞桿的設(shè)計計算 .................................................................................... 10 ................................................................................................................................. 12 部設(shè)計基本要求 ......................................................................................................... 12 部結(jié)構(gòu)的確定 ............................................................................................................ 12 部設(shè)計計算 ................................................................................................................ 12 平伸縮缸的設(shè)計計算 ....................................................................................... 12 降缸的設(shè)計計算 .............................................................................................. 14 臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計計算 ................................................................................ 15 .......................................................................................................................... 16 統(tǒng)參數(shù)的計算 ............................................................................................................ 16 定 系統(tǒng)工作壓力 .............................................................................................. 16 個液壓缸流量的計算 ....................................................................................... 16 計液壓系統(tǒng)圖 ............................................................................................................. 17 擇液壓元件 ................................................................................................................ 19 和電機(jī)的選擇 ................................................................................................... 19 擇液壓控制閥和輔助元件 ................................................................................ 19 據(jù)動作要求編制電磁鐵動作順序表 .............................................................................. 20 .......................................................................................................................... 21 定輸入、輸出點數(shù)，畫出接口端子分配圖 .................................................................. 21 出梯形圖 ................................................................................................................... 21 梯形圖編寫指令語句 .................................................................................................. 23 6. 總結(jié) ....................................................................................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................... 24 致謝 ................................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 1 抓件液壓機(jī)械手設(shè)計 摘要 機(jī)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。目前液壓機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。使用機(jī)械手，可以實現(xiàn)生產(chǎn)加工的自動化，把人從繁重的體力勞動中解放出來。使用機(jī)械手可穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。本次設(shè)計要求我們綜合運用液壓、機(jī)械、電控方面的知識，完成液壓機(jī)械手的設(shè)計，包括機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)和 制部分。機(jī)械部分是在力學(xué)計算的基礎(chǔ)上經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行設(shè)計，包括手部﹑手臂和機(jī)身。 通常機(jī)械手的手部要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，通用性好，夾持精度高。臂部則要求剛度好，重量輕，運動速度高，慣性小，動作靈活，位置精度高。液壓系統(tǒng)的設(shè)計包括液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選用；制部分包括控制梯形圖的繪制及選擇控制元件。 關(guān)鍵詞 液壓機(jī)械手；液壓系統(tǒng)；設(shè)計； is a of of is in It It of of In we of to of LC is on of s of LC 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 2 前言 機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它是機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性（王承義， 1995）。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用（王希敏， 1992）。 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，這主要是因為它具有下列優(yōu)點：對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險有害的工作；持久耐勞，動作準(zhǔn)確，可穩(wěn)定和提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，避免人為操作錯誤；通用性好，動作靈活，能較好地適應(yīng)產(chǎn)品品種的變化；可提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本（張 軍， 2004）。機(jī)械手按用途分為專業(yè)機(jī)械手和通用機(jī)械手。通用機(jī)械手具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變，動作靈活可以改變。其工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于工件經(jīng)常變化的中、小批量自動化生產(chǎn)（李允文， 1994）。 工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分、腕部、臂部等部件組成（李允文， 1994）。對于執(zhí)行運動較簡單的機(jī)械手，可省去腕部的設(shè)計。驅(qū)動機(jī)械又有氣動、液動、電動、機(jī)械式四種形式，氣動和液動驅(qū)動方式較為常用。氣動式速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在 50 牛頓以下。而液動式臂力大，可用電液伺服結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)連續(xù)控制，使機(jī)械手的用途和通用性更廣（張雅琴， 2004）。 液壓抓件機(jī)械手設(shè)計是一次比較完整的機(jī)電一體化整機(jī)設(shè)計。通過設(shè)計可以提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合分析的能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計方法。懂得如何將學(xué)過的知識應(yīng)用到設(shè)計中去。 在機(jī)械手各部分的設(shè)計中，主要考慮了以下幾個方面：機(jī)械結(jié)構(gòu)上，讓各部分的機(jī)構(gòu)盡可能緊湊，自重和轉(zhuǎn)動慣量盡可能小，同時臂部和機(jī)身還要求有足夠的強(qiáng)度和剛度。除此之外，對臂部還要求運動速度高 、慣性小、動作靈活，為之精度高。液壓部分的設(shè)計主要是確定好系統(tǒng)的工作壓力和流量。 這次設(shè)計使得我們對以往所學(xué)知識得到了鞏固和加深，熟悉了有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。初步掌握了機(jī)械手產(chǎn)品的設(shè)計一般步驟。培養(yǎng)了自身獨立工作的能力。 根據(jù)課題設(shè)計任務(wù)書的要求，確定總體方案： 1. 抓重： 10. 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo) 3. 自由度： 3 4. 手臂運動參數(shù)： 運動名稱 符號 行程范圍 速度 伸縮 X 300于 200mm/s 升降 Z 200于 100mm/s 回轉(zhuǎn) α 180° 小于 90（°） /s 手指夾持范 圍：棒料，半徑 4060 定為方式：機(jī)械擋塊（行程開關(guān)）。 驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動。 控制方式： 編程序控制） 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 3 定位精度：± 2 機(jī)械手的工作原理圖如圖 1示 手部 1 采用夾鉗式，具體為單支點回轉(zhuǎn)型夾緊機(jī)構(gòu)。動力采用單作用液壓缸 2驅(qū)動夾緊，反向則由彈簧復(fù)位而松開手指。 手臂的伸縮采用雙作用液壓缸３驅(qū)動，伸縮過程采用雙導(dǎo)管導(dǎo)向，在導(dǎo)向的同時，亦起到了一定的支撐作用，大大減少活塞桿的受力。夾緊缸的壓力油經(jīng)其中一導(dǎo)管進(jìn)入缸內(nèi)，此結(jié)構(gòu)能使油管布置更加緊湊。 手臂的回轉(zhuǎn)采用擺動液壓缸４驅(qū)動，此擺動 缸設(shè)計成輸出軸固定不動，而使缸體轉(zhuǎn)動從而帶動整個手臂回轉(zhuǎn)運動。 雙作用液壓缸 5驅(qū)動手臂做升降運動 圖 1械手工作原理圖 手部（亦稱抓取機(jī)構(gòu)）是用來直接握持工件的部件，由于被握持工件的形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面處理等的不同，則機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而設(shè)計的（林建龍，王小北， 2003）。常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夾持式和吸附式兩大類。本設(shè)計采用常用的夾鉗式手部結(jié)構(gòu)，它是最常見的夾持式結(jié)構(gòu)。 夾鉗式手部是由手指、傳動機(jī)構(gòu) 和驅(qū)動裝置三部分組成的，它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性，可以抓取軸、盤和套類零件（殷際英，何廣平， 2003）。一般情況下多采用兩個手指，少數(shù)采用三指或多指。本設(shè)計中的工件是棒料，所以選擇較簡單的兩指結(jié)構(gòu)。 夾鉗式手部設(shè)計的基本要求： 1、應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力 手指握力（夾緊力）大小要合適，力量過大則動力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞工件；力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動、脫落。在確定握力時，除考慮工件總量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，亦保證工件夾持安全可靠（楊永清等， 2008）。對于手部的驅(qū)動裝置來說，應(yīng)有足夠的驅(qū)動力。應(yīng)當(dāng)指出，由于機(jī)構(gòu)傳動力比不同，在一定的夾持力條件下，不同的傳動機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動力的大小是不同的。 2、手指應(yīng)具有一定的開閉范圍 手指應(yīng)具有足夠的開閉角度或開閉距離，以便于抓取或退出工件。 3、應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度 應(yīng)保證每個被夾持的工件，在手指內(nèi)都有準(zhǔn)抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 4 確地相對位置。這對一些有方位要求的場合更為重要，如曲拐、凸輪軸一類復(fù)雜的工件，在機(jī)床上安裝的位置要求嚴(yán)格，因此機(jī)械手的手部在夾持工件后應(yīng)保持相對的位置精度。 4、要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高 在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。 5、應(yīng)考慮通用性和特殊要求 一般情況下，手部多是專用的，為了擴(kuò)大它的適用范圍，提高它的通用化程度，以適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀的工件需要，通常采取手指可調(diào)整的辦法，如更換手指甚至更換整個手部。此外，還要考慮能適應(yīng)工作環(huán)境提出的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕、能承受鍛錘沖擊力等。 (李允文， 1994) 定手部結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計出的手部結(jié)構(gòu)如圖 2示： 圖 2部結(jié)構(gòu)圖 圖中F 為夾緊缸活塞桿的推力。 部受力分析 經(jīng)分析，手部受力圖如圖 2示 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 5 圖 2械手手部受力分析圖 由圖可知，手部結(jié)構(gòu)對稱，則 12 0?得 '1F ＝ ? 且 '1F ＝ 1F 由 0)(1 ?? FM 1'且 ' h＝? ) ?即 F= 22 c ?式中 b — 手指回轉(zhuǎn)中心到夾緊力作用點之間的距離； C — 手指回轉(zhuǎn)中心到滑槽支點之間的距離； ? — 工件被夾緊時手指滑槽方向與回轉(zhuǎn)中心在水平方向的夾角。 部夾緊力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對其大小、方向和作用點進(jìn)行分析、計算。一般來說，夾 緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按下式計算（李允文， 1994）： 1 2 3 K K G?＝ 4× 98=593N 取 600N 式中： 安全系數(shù)，取 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 6 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。取 方位系數(shù)，根據(jù)工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定， 4 G— 被抓工件所受重力（ N）， G＝ 10× 98N。 則： 222 c o s c o s 3 0 6 0 0 2 2 5 0 ?? ?理 論 2 1 0 0＝ ＝ ＝40N 2647理 論實 際 2250＝ ＝ ＝中 ? — 手指傳力效率，取 ? ＝ 抓夾持誤差分析與計算 機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件確定），而且還與手指的夾持誤差大小有關(guān)。在機(jī)械加工中，通常情況要求手抓的夾持誤差不超過± 1可以了。根據(jù)設(shè)計要求知棒料半徑為4060 則： 工件平均半徑： m i n m a x 4 0 6 0 5022 ?? ? ?手指 倍： 2× 50＝ 100 120? ?? 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 11 50c o s c o s 5 4 4 4s i n 1 0 0 s i n 6 0cp ?? ??? ′β =計算0 s i n c o s 0 s i n 6 0 c o s 5 4 4 4 5 0? ??? ? ? ? ? ? ?m a x 0 m R??則定位誤 差為1?和2?中的較大者。 22 m a x m a ) 2 c o s s i n 8 2 . 4 6 2 8 1 . 6 4 4 0 . 8 1 8s i n s i A B A L m m????? ? ? ? ? ? ?Δ 22 m i n m i n( ) 2 c o s s i n 8 2 . 4 6 5 8 1 . 6 4 4 0 . 8 2 1s i n s i A B A L m m????? ? ? ? ? ? ?2Δ ∴ ? ＝2?＝ 持誤差滿足設(shè)計要求。 部夾緊缸的設(shè)計計算 緊缸主要尺寸的計算 由前知，夾緊缸為單作用彈簧復(fù)位液壓缸，假設(shè)夾緊 工件時的行程為 25所需夾緊力為： 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 7 2647F F P P? ? ?彈 彈實 際 ＝ 式中： F— 活塞桿實際輸出力； P 彈 — 彈簧壓縮時的作用力。 其中： 43) 4 6 28 S 彈 ＝ （式中： G— 彈簧材料的剪切模量，對于鋼材， 528 . 1 1 0 ( / )G k g c m?? ； D— 彈簧的鋼絲直徑（ 3 彈簧中徑（ 30 Z— 彈簧的有效圈數(shù)（ 18 圈）； L 及 S— 活塞的行程及彈簧的與預(yù)縮量， L=25S=20 ∴ F=2647+462=3109N<5000N 查表 工作壓力取 1慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡單緊湊，取工作壓力為2 由公式 24F D P? ??得： 64 4 3 1 0 9 4 5 . 73 . 1 4 2 1 0 0 . 9 5FD m ?? ? ?? ? ?式中 : D— 液壓缸內(nèi)徑； P— 液壓缸工作壓力； ?— 液壓 缸工作效率， ? ＝ 由 66 標(biāo)準(zhǔn)系列將缸內(nèi)徑圓整為 D＝ 50理查得活塞桿直徑 d＝ 32m， 體結(jié)構(gòu)及驗算 缸體采用 45 號鋼無縫鋼管，由 67 查得可取缸筒外徑為 60m，則壁厚 ? ＝5 （ 1）液壓缸額定工作壓力 ()保證工作安全（李壯云， 2008）。 22 6 2 21221() 0 . 3 5 3 4 0 1 0 ( 0 . 0 6 0 . 0 5 )0 . 3 5 3 6 . 3 60 . 0 6 P ? ? ? ?? ? ? ? 式中： D— 缸筒內(nèi)徑（ m）； 缸筒外徑（ m） ； σ s— 缸筒材料的屈服點，（ 45 號鋼為 340。 已知工作壓力 2故安全。 （ 2）為避免缸筒在工作時發(fā)生塑形變形，液壓缸的額定壓力 應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍。 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 8 中： 筒發(fā)生完全塑性變形時的壓力（ ，12 .3 s ??。 計算可得： 3 5 6 1 . 9 2 2 1 . 6 7 P? ? ?已知實際工作壓力 2故安全。 （ 3） 缸筒爆 裂壓力 ()T。 12 .3 ?? 查表知 45 號鋼 600?，則： 62 . 3 6 0 0 1 0 l g 1 . 2 1 0 9 . 2 7 P? ? ? ? ?3可知 筒兩端部的計算 （ 1）缸筒底部厚度的計算 此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔，則底部厚度為（李壯云， 2008）： ? ? m a x 60 4 0 . 0 50 . 4 3 3 0 . 4 3 3 0 . 0 5 6 . 8( ) 1 2 0 1 0 0 . 0 3 8 m ?? ? ? ?? ? ?考慮結(jié)構(gòu)要求，取 h＝ 10中： D— 缸筒內(nèi)徑； 液壓缸最大工作壓力，取 24 ??? — 缸底材料的許用應(yīng)力（ ，材料為 45 號鋼，b?＝ 600則 ??? ＝ 600 1205?? n 為安全系數(shù)，取 n＝ 5。 （ 2）缸筒底部聯(lián)接強(qiáng)度計算 缸筒底部采用外卡環(huán)聯(lián)接，材料為 35 號鋼，聯(lián)接圖如下： 圖 2卡環(huán)聯(lián)接圖 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 9 卡環(huán)尺寸一般取： 5h l m m?? ? ? ; 12 2 . 52hh h m m? ? ?外卡環(huán) 側(cè)面上的擠壓應(yīng)力c?（ 為 : 2 62m a x 114 1 0 ( 0 . 0 6 ) 2 5 . 0 4 3 1 0( 2 ) 0 . 0 5 ( 2 0 . 0 6 0 . 0 5 ) P a M P h???? ? ? ?? ? ? ?缸筒危險截面 上的拉應(yīng)力 ? （ 為 : 2 62m a x 12 2 2 214 1 0 ( 0 . 0 6 ) 2 7 . 4 3 5 2 0( ) ( 0 . 0 6 0 . 0 5 ) ( 0 . 0 5 ) P a M P aD h D???? ? ? ?? ? ? ?故知缸筒底部聯(lián)接安全。 （ 3）缸筒端部聯(lián)接強(qiáng)度計算 缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下： 圖 2釘聯(lián)接圖 螺紋處的拉應(yīng)力： 662213 4 7 01 0 1 0 2 6 . 2 6( 0 . 0 0 4 1 3 4 ) 444 P ?? ???? ? ? ? ??螺紋處的剪應(yīng)力： 6610 3310 . 1 2 3 4 7 0 0 . 0 0 51 0 1 0 1 5 . 3 80 . 2 0 . 2 ( 0 . 0 0 4 1 3 4 ) 4K K F d M P ??? ? ?? ? ? ? ??? 則合成應(yīng)力： ? ?223 3 7 . 4 1 2 0n M P a M P a? ? ? ?? ? ? ? ?則知螺紋連接處安全可靠。 式中： K— 擰緊螺紋的系數(shù)，取 K＝ 3； 螺紋連接處的摩擦系數(shù) 螺紋外徑（ m）， 螺紋底徑（ m）， 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 10 Z— 螺釘數(shù)量 Z＝ 4。 筒加工工藝要求 (1）缸筒內(nèi)徑采用 合。表面粗糙度：活塞采用橡膠密封圈密封， 0.4 m? ，需研磨加工處理。 （ 2）缸筒內(nèi)徑 D 的圓度公差值可按 9、 10 或 11 級精度選取，圓柱度公差值可按 8級精度選取 (下為缸筒機(jī)加工圖 ) 圖 2筒機(jī)加工圖 （ 3）缸筒端面 T 的垂直度公差值按 7 級精度選取 （ 4）為了防止腐蝕和提高壽命，缸筒內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為 30 ~ 40 m? 的鉻層，鍍后進(jìn)行拋光（李柱， 2004）。 塞與活塞桿的設(shè)計計算 （ 1）活塞設(shè) 計 活塞的外徑與缸筒內(nèi)徑一致為 D=50塞寬度 ， 這里取為 ，則 B＝ 50＝ 40是單作用彈簧缸，活塞與活塞桿采用較簡單的螺紋連接。活塞與缸筒內(nèi)壁采用 王懋瑤， 2004） ?；钊Y(jié)構(gòu)如下： 圖 2塞結(jié)構(gòu)圖 對于無導(dǎo)向環(huán)活塞的材料，一般選用高強(qiáng)度鑄鐵 球墨鑄鐵 (陳大先， 2004)，這里我們選用 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 11 加工上，活塞外徑 D 對孔軸線的徑向圓跳動公差值，可按 7、 8 級精度加工，同時其圓柱度公差值，按 9、 10 級選取；端面 線的垂直度公差值按 8級精度加工；外表面粗糙度控制在 0 0 之間。 （ 2）活塞桿設(shè)計 由前知活塞桿的直徑 d＝ 32塞一端用螺紋與活塞相連接，另一端也采用外螺紋與手指連接（如圖） 圖 2塞桿外端部結(jié)構(gòu)圖 活塞桿直徑 d＝ 32取 3 0 2K K P M? ? ? ?， A＝ 40螺紋長短型） 活塞桿結(jié)構(gòu)（如圖）采用實心桿 圖 2塞桿結(jié)構(gòu)圖 桿體材料采用 35號鋼，加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229～ 285要時，再經(jīng)高 頻淬火，硬度達(dá) 45～ 55塞桿直徑 d 的圓柱度公差值，應(yīng)按 8級精度加工，其圓度公差值，應(yīng)按 9、 10 級精度加工；端面 級精度；外圓表面粗糙度應(yīng)處于 0.8 m? 之間 （鄭修本， 1999） 。 驗算活塞桿的強(qiáng)度 取活塞桿的計算長度為 150塞桿已知 32 150 1032?， 屬于短行程活塞桿，主要驗算抗拉強(qiáng)度。 64 6 6 3 . 5 32 2 7 . 53 1 0 1 0m m? ? ??? ? ? ???已知 d＝ 32安全。 式中： F— 液壓缸最大推力， F 取 3109＝ D— 活塞桿直徑， 安全系數(shù)，一般取 3； s?— 活塞桿材料屈服極限（ ，查資料知 35 號鋼為 310 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 12 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運 動范圍內(nèi)的任意一點。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動。 手臂的各種運動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸或氣缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既承受手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動有較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī)械手的工作性能。（李允文， 1994） 部設(shè)計基本要求 臂部設(shè)計首先要實現(xiàn)所旭要求的運動，為此，要滿足下列幾項要求： （ 1） 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕； （ 2） 臂部運 動速度要高，慣性要?。? （ 3） 手臂動作應(yīng)靈活； （ 4） 位置精度要高。 除此之外，要求機(jī)械手的通用性好，能適應(yīng)多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手還要設(shè)置防塵裝置等。 部結(jié)構(gòu)的確定 （ 1）由前知，手臂的伸縮采用雙導(dǎo)向桿狀作用液壓缸手臂結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向管在導(dǎo)向套內(nèi)移動，且導(dǎo)向管內(nèi)設(shè)有通向夾緊缸的油管?；钊麠U只受拉壓作用，受力簡單，傳動平衡，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。 （ 2） 手臂的水平回轉(zhuǎn)采用液壓擺動缸驅(qū)動。 （ 3） 部設(shè)計計算 平伸縮缸的設(shè)計計算 （ 1）驅(qū)動力計算 根據(jù)液壓缸運動時所需克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動力。 理論驅(qū)動力： F F F F F? ? ?理 回摩 密 慣＝估算參與手臂運動部件總重量 2 5 9 4 5 ＝ ，且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為 200 計算： 由于導(dǎo)向桿對稱布置，導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 由 0＝知 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 13 則： 2 4 5 2 0 0 81660b ? ? ?又 0Y ?? 則 8 1 6 2 4 5 5 7 1 G N? ? ? ? ?∴ . 1 5 1 3 8 7 2 0 8 F F F N??? ? ? ?摩 摩 摩 ＝ ＝ ＝式中： L— 重心距導(dǎo)向套前端距離（ 200 a — 導(dǎo)向套長度（ 60 ? — 當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 ? ＝ F 摩 的計算： 當(dāng)液壓缸的工作壓力小于 10活塞桿直徑為液壓缸直徑的一半， 則活塞和活塞桿都采用 O 型密封圈，此時液壓缸的密封阻力為： 0 . 0 3F F F F?? 驅(qū)密 桿 活 塞 ＝ F 回 的計算：一般背壓阻力較小， F 回 取＝ F 慣 的計算： 2 4 5 0 . 1 5 1889 . 8 0 . 0 2??慣 ＝式中； v? －由靜止加速到常速的變化量（ m/s）； t? － 起動過程時間（ s），一般取 里取 t? ＝ 則： 2 0 8 0 . 0 5 0 . 0 3 1 8 8F F F? ? ? ?理 理 理得出 F 理 ＝ 408N 實際驅(qū)動力 24 0 8 1 0 2 00 . 8 N?? ? ? ?理實 ＝； 式中： k— 安全系數(shù) k＝ 2； ? — 傳力機(jī)構(gòu)機(jī)械效率 ? ＝ （ 2）結(jié)構(gòu)尺寸的確定 缸內(nèi)徑計算： 取工作壓力 P＝ 2則： 64 4 1 0 2 0 263 . 1 4 2 1 0 0 . 9 5FD m ?? ? ?? ? ?，圓整為 D＝ 32 根據(jù)強(qiáng)度要求，計算活塞桿直徑 d： ? ? 64 4 1 0 2 0 3 . 63 . 1 4 1 0 0 1 0Fd m m?? ?? ? ???， ??? — 材料許用應(yīng)力， 碳鋼取 ??? ＝100 考慮結(jié)構(gòu)要求，取 11 3 2 1 622d D m m? ? ? ?壁厚計算： 此缸工作壓力為 2屬低壓，則缸筒壁厚采用薄壁計算公式（成大先， 2004）： 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 14 ? ?m a x 4 3 2 0 . 6 42 2 1 0 0pD ? ?? ? ??，取 ? ＝ 4 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計算： 取螺釘數(shù)目 Z＝ 4，工作載荷： 1020 2554Q ? ?預(yù)緊力 1 . 3 1 . 8 2 5 5 5 9 6 . 7 ? ? ?。 則? ?1 64 4 5 9 6 . 7 2 . 23 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???，查手冊取螺紋直徑 6距 p＝料為 35 號鋼的內(nèi)六角螺釘。 降缸的設(shè)計計算 （ 1）驅(qū)動力計算 經(jīng)分析易知，升降缸在上升階段所需驅(qū)動力為最大，則以此為設(shè)計依據(jù)，此時相比伸縮缸，其驅(qū)動力還應(yīng)加上手部上面各運動部件以及工件的重力。 理論驅(qū)動力； F F F F F G? ? ? ?理 回 總摩 密 慣＝， 估算 G 總 ＝ 450N F 摩 的計算： ； F 密 的計算：同理 0 . 0 3F F F F??驅(qū)密 桿 活 塞 ＝； F 回 的計算：回油背壓小，取 F 回 ＝ ； F 慣 的計算： 4 5 0 0 . 1 2309 . 8 0 . 0 2?????總慣 ＝。 則： 0 . 1 6 0 . 0 5 0 . 0 3 2 3 0 4 5 0F F F F? ? ? ? ?理 理 理 理得出 F 理 ＝ 810N 實際驅(qū)動力 28 1 0 2 0 2 50 . 8 N?? ? ? ?理實 ＝（ 2）結(jié)構(gòu)尺寸的確定 缸內(nèi)徑計算： 取工作壓力 P＝ 2則： 64 4 2 0 2 5 373 . 1 4 2 1 0 0 . 9 5FD m ?? ? ?? ? ?，圓整到 D＝ 40據(jù)強(qiáng)度要求，計算活塞桿直徑 d： ? ? 64 4 2 0 2 5 5 . 13 . 1 4 1 0 0 1 0Fd m m?? ?? ? ???， 同理取 11 4 0 2 022d D m m? ? ? ?。 結(jié)構(gòu)上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實現(xiàn)導(dǎo)向作用，同時可使活塞桿在升降運動中傳動平穩(wěn)，且獲得較大剛度。 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 15 壁厚同伸縮缸一樣，取 ? ＝ 4 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計算： 取螺釘數(shù)目 Z＝ 4，工作載荷 2025 5064Q ? ?預(yù)緊力 1 . 3 1 . 8 5 0 6 1 1 8 4? ? ?。 則? ?1 64 4 1 1 8 4 3 . 73 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???，查手冊取螺紋直徑 6螺距 p＝料為 35 號鋼的內(nèi)六角螺釘。 臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計計算 （ 1）驅(qū)動力矩的計算 驅(qū)動手臂水平回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動力矩 M 驅(qū) 應(yīng)該與手臂啟動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M 慣及各密封裝置處的摩擦力矩 M 封 相平衡，若軸承處的摩擦力忽略不計：則M M M??驅(qū) 慣 封，在設(shè)計計算時，為簡化計算，可不計 M 封 。直接計入回 轉(zhuǎn)缸效率中，則 驅(qū) ＝， ? 取 wM t??0慣 ＝ w? — 角速度變化量（ s），在起動過程中 w? ＝ w ； t? — 起動過程時間， t? ＝ 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ 2N m s?? ）。 經(jīng)分析知，當(dāng)手臂完全伸出時，此時0算此時回轉(zhuǎn)零件的重心到 轉(zhuǎn)軸線的距離為 ? ＝ 150： 20 m???＝ N m s?? 式中： 回轉(zhuǎn)零件對重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量； m— 回轉(zhuǎn)零件的總質(zhì)量。 則 1 0 . 6 8 7 0 3 . 1 41451 8 0 0 . 9 0 . 1M N m??? ? ?驅(qū)（ 2）回轉(zhuǎn)缸參數(shù)的計算 擺動缸驅(qū)動力 22() 1458p b D m? ??驅(qū) ＝式中： D— 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑（ m）； d— 轉(zhuǎn)軸直徑（ m）； P— 回轉(zhuǎn)缸工作壓力，取 p＝ 2 B— 動片寬度（ m）。 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 16 為了減少動片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片 寬度（即液壓缸寬度）時，可選用 2 2 ，這里取 2 3 ，且 D=2d。 經(jīng)計算得： d＝ 47 d＝ 50 D＝ 100b＝ 75 （ 3）缸蓋聯(lián)接螺栓和動片聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計算 缸蓋聯(lián)接螺栓計算： 取螺栓數(shù)目 Z＝ 8 工作載荷 2 2 6( 0 . 1 0 . 0 5 ) 3 . 1 4 2 1 0 147232Q ? ? ?? ? ?計算載荷 1 . 3 2 . 6 1 4 7 2 4 9 7 5 ? ? ?螺栓內(nèi)徑應(yīng)滿足：? ?1 64 4 4 9 7 5 6 . 33 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???。 查手冊取 10稱長度 L＝ 100 動片聯(lián)接螺釘?shù)挠嬎悖? 螺釘數(shù)一般取雙數(shù)，對稱安裝，并用兩個銷釘定位。取 Z=6，則： 2 2 6 2 2( ) 0 . 0 7 5 2 1 0 ( 0 . 1 0 . 0 5 ) 75004 4 6 0 . 1 5 0 . 0 5Qb p D f d? ? ? ? ?? ? ?? ? ?式中： 每個螺釘?shù)念A(yù)緊力； f — 被聯(lián)接件配合面件的摩擦系數(shù)，鋼對鋼取 f ＝ 螺釘內(nèi)徑? ?1 64 4 7 5 0 0 7 . 73 . 1 4 1 6 0 1 0m m?? ?? ? ???，查手冊取 10距 p＝ （ 4）軸承的選擇 軸承主要承受向心力，且轉(zhuǎn)速較低，故選用深溝球軸承，型號為： 6005 d－ D－ B： 25－ 47－ 12 （注：除夾緊缸外的另外三個缸的其它參數(shù)計算和校核，可參考夾緊缸部分。） 統(tǒng)參數(shù)的計算 定系統(tǒng)工作壓力 由前計算知，各缸的設(shè)計工作壓力均為 2 則系統(tǒng)工作壓力還應(yīng)加上回路上油管及各管接頭的壓力損失，sp p p? ? ?。因此液壓系統(tǒng)較為簡單，估 算 p? ＝ 則 + 個液壓缸流量的計算 抓斗式格柵清污機(jī)抓斗設(shè)計 17 液壓系統(tǒng)所需流量為各液壓缸的最大流量（張利平， 2005）。當(dāng)各缸為無桿腔進(jìn)油時，此時即為各缸的最大流量，因此，在此只計算無桿腔的流量。 （ 1）夾緊缸流量計算 假設(shè)夾緊缸在夾緊過程中的行程為 l ＝ 25需時間 t＝ 平均速度為 : 25 5/0 . 5lv c m ? ? 已知缸內(nèi)徑 D=505所需流量： 223 . 1 4 5 5 6 0 5 . 8 9 / m i 1 0 0 0DQ v l? ? ? ?? ? ??（ 2）手臂伸縮缸流量計算 由前知，伸縮缸行程為 l ＝ 300設(shè)運動時間 t ＝ 2s，則平均速度為： 300 1 5 /2lv c m ? ? 已知缸內(nèi)徑 D＝ 32所需流量： 223 . 1 4 3 . 2 1 5 6 0 7 . 2 3 / m i 1 0 0 0DQ v l? ? ? ?? ? ??（ 3）手臂升降缸流量計算 由前知，升降缸行程 l ＝ 200設(shè)運動時間為 t ＝ 2s，則平均速度為： 200 1 0 /2lv c m ? ? 已知缸內(nèi)徑 D