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寧XX大學
畢業(yè)設計(論文)
生產線軸類零件上下料機構設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
本課題主要進行,生產線軸類零件上下料機構設計,該設計屬于機械手的一部分, 生產線軸類零件上下料機構是在在機械化、自動化生產過程中發(fā)展的一種新型裝置,使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置。機械手能代替人類、重復枯燥完成危險工作，提高勞動生產力,減輕人勞動強度。該裝置涵蓋了位置控制技術可編程控制技術、檢測技術等。本課題擬開發(fā)的物料液壓機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，根據工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數,可代替人工在高溫危險區(qū)進行作業(yè)，。
關鍵詞：機械手, 液壓機械手，軸類零件上下料機構，提升
33
Abstract
In this thesis, the production line parts feeding mechanism design, a part of the design of mechanical hand, production line parts feeding mechanism is a new device developed in the mechanization and automation of the production process, the use of a gripping and shift work function automation device. Manipulator can be boring to do dangerous work instead of humans, and improve labor productivity, reduce labor intensity. The device includes position control technology and programmable control technology, detection technology. The material of hydraulic manipulator this paper developed can catch put objects in space, flexible movement, any changes to the relevant parameters according to the changing and the movement process requirements, it may replace human work in high risk area,.
Key Words: mechanical hand, hydraulic manipulator, shaft loading and unloading mechanism, improve
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1課題背景及目的 1
1.2 本課題研究的目的和意義 2
1.3 液壓機械手概念 2
1.4 國內液壓機械手的研究 2
第2章 設計要求與方案 4
2.1 液壓機械手設計要求 4
2.2 基本設計思路 4
2.2.1 系統分析 4
2.2.2 總體設計框圖 4
2.2.3 液壓機械手的基本參數 5
2.3 液壓機械手結構設計 5
2.4 機械手材料的選擇 6
2.5機械臂的運動方式 6
2.6 液壓機械手驅動方式的選擇 7
2.7 動作要求分析 7
2.8 液壓機械手結構及驅動系統選型 8
第3章 機械手機械部分的設計計算 9
3.1手指的相關設計與計算 9
5.2 機械手手抓夾持精度的分析計算 12
5.3 手爪扇形齒輪與齒條強度校核 13
3.2升降方向設計計算 14
3.2.1 初步確系統壓力 14
3.2.2 升降液壓缸計算 15
3.2.3 活塞桿的計算校核 17
3.2.4 液壓缸工作行程的確定 18
3.2.5 活塞的設計 19
3.2.6 導向套的設計與計算 19
3.2.7 端蓋和缸底的計算校核 20
3.2.7 缸體長度的確定 20
3.2.8 緩沖裝置的設計 20
3.2.9 液壓缸的選型 21
3.3 水平方向設計計算 22
3.3.1 水平方向計算 22
3.3.2 液壓缸的選型 23
3.4機身結構的設計校核 24
3.5螺柱的設計與校核 24
3.6機械手的定位及平穩(wěn)性確定 26
3.6.1常用的定位方式 26
3.6.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素 26
3.6.3液機械手運動的緩沖裝置 27
總結 29
參考文獻 30
致 謝 31
第1章 緒論
1.1課題背景及目的
由于現代科學技術的發(fā)展，在工業(yè)生產和日常生活中，液壓機器人技術已被廣泛應用。智能液壓操縱致力于近年來方向，科學家都同意。液壓機器人模特，它可以模擬各種人類行為和人類的外部特征。未來的機器人液壓管家做夢也不會想到。
取決于液壓機器人的結構，機器人可分為液壓各種。輪式移動機器人，履帶式液壓機械手，機器人，液壓行走機器人。值得一提的是，行走液壓機械手，他是近期級的機器重要的研究成果。將其最喜歡的動物，甚至人類交談。這是復雜的運動的自動化程度非常高。與傳統的輪式和履帶式液壓機械手，環(huán)境適應性比較。在一個狹小的空間工作，在崎嶇的道路和樓梯。不久的將來，這種技術將得到廣泛應用。
在這項研究中，生產液壓機械，計算機模擬操盤水力設計的應用程序是一個非常重要的過程。包括零件建模，裝配液壓機器人仿真和運動仿真。通過模擬，設計人員可以觀察體的移動是很直觀，并且知道沒有任何干擾;理解的力的各種組件，不同的模擬數據。此方法大大減少了開發(fā)時間和成本。
在學校畢業(yè)的機械工程及最后一個環(huán)節(jié)的自動化專業(yè)學習，在大學四年的學習，繼續(xù)深化和測試，以務實和全面，是不是一個單一的其他辦法，通過畢業(yè)設計，提高能力的培訓，是要努力提高實踐能力起著非常重要的作用。以達到以下目標：
（1）文化的基本理論，綜合運用基本知識和技能，提高分析和解決實際問題的能力。
（2）必須完全訓練有素的工程師，提高實際工作能力。對于研究，文件和數據的收集和分析能力;設計和開發(fā)測試計劃的能力;設計，計算，提高繪畫技巧;摘要和論文寫作技巧。
（3）測試的培訓和實踐能力的整體素質。
1.2 本課題研究的目的和意義
（1）通過對軸類零件裝卸機構的設計，使我們得到了學校的綜合培訓課程;
（2）效率高，響應速度快的自動送料系統的效率低的設計傳統的人工飼料，以保證高質量的工作。
干擾的處理期間的傳統的夾緊機構過大，對生產的影響更大，要設計一種新的夾緊機構，以使處理時間變短，加工精度得到保證，生產能力得以提高。
1.3 液壓機械手概念
目前，工業(yè)機器人的概念，在世界上沒有均勻，分類是不一樣的。最近通過的美國聯合國協會國際標準化定義組織的工業(yè)機器人機械手：工業(yè)機器人是一個可編程的多功能設備，可以改變行動計劃，完成各種工作，主要用于物料處理，輸送工件。
液壓機械手（機器人）是一種自動實現。它是控制理論，先進的綜合機械電子，計算機和仿生材料的產物。在工業(yè)，醫(yī)學，農業(yè)，建筑業(yè)甚至軍事領域的重要應用。
液壓機械手是一個代表，機械和電子控制系統，生產工具的自動化程度高，在近50年的發(fā)展。在制造業(yè)中，液壓工業(yè)機器人技術已被廣泛應用。這是自動化程度高，改善工作條件，以確保產品質量，提高工作效率，起到了非常重要的作用。我們可以說，他是現代工業(yè)的技術革命。
執(zhí)行系統通常包括手，腕，臂，一底座，一主電動機系統。
這三個系統，驅動系統及控制系統的實施主體部分由液壓操縱的。
通過手指（或吸收），該驅動元件和驅動元件離合器（或吸附，保持），并釋放該工件或工具的一部分的。
1.4 國內液壓機械手的研究
在日本工業(yè)液壓機器人的應用有著悠久的歷史。當工業(yè)液壓操縱，經過幾十年的發(fā)展，已經在工業(yè)液壓操縱盛行于七十年代八十年代。每年的工業(yè)產值快速增長。 1980年達到1 hundred十億日元，1990-600000000000日元。在2004年達到一萬億八百and fifty十億日圓。這表明在提高生產率的重要工業(yè)液壓操縱器。
在國際上，所有國家都實現了工業(yè)機器人液壓的重要性。因此，工業(yè)液壓機械手訂單銳減。 20032002相比，訂單10％的增長。那么對于工業(yè)液壓操縱的需求仍在上升。從2001-2006年，超過90,000的訂單全球經濟增長。 7％的年均增長率。
工業(yè)液壓機器人的國際發(fā)展方向：
知識液壓機械手的涉及多學科，多領域的。包括：計算機，電子，控制，人工智能，傳感器，通訊和網絡，控制，機械等。液壓機械手的發(fā)展是從話題分不開的。這是因為結合的各學科之間的相互作用，以創(chuàng)建自動化程度高，它。隨著科學技術，在液壓機器人更廣泛的應用范圍的發(fā)展;技術越來越多，越來越強大。它是液壓機器人小型化的研究。液壓機器人將人們的日常生活較大出入?？偟内厔菔悄K化，標準化，智能化。
廣泛應用于工業(yè)液壓操縱，以提高產品質量和生產效率，產品安全和人員安全，改善工作環(huán)境，減輕勞動強度，提高生產效率，節(jié)約原材料消耗，降低生產成本，具有非常重要的作用。在以人為本的原則，工業(yè)液壓操縱廣泛的應用，它的出現使人們的生活更輕松，更好。液壓機械工藝品是一家大型高科技工業(yè)計算機，后車?，F代軍事行業(yè)，液壓機械市場的發(fā)展前景是非常好的。從二十世紀，液壓機械行業(yè)穩(wěn)步增長。在二十世紀九十年代，發(fā)展及液壓機械產品的快速增長，超過10％的年增長率。二％，2004年達到創(chuàng)紀錄的。更多的亞洲需求的液壓機械手，四十三％的年增長率。經過40多年的發(fā)展，工業(yè)液壓操縱器在許多領域的應用。最廣??泛使用的生產液壓操縱的。制造，而不是手動操作液壓機器人，從而大大提高了生產效率焊接，熱處理，表面涂層，加工，裝配，測試和儲存，羊毛（沖壓，壓鑄，鍛造股票等）等操作。
第2章 設計要求與方案
2.1 液壓機械手設計要求
軸部分裝卸裝置的自動生產線的一個重要組成部分，它的主要作用是降低的非切削時間的處理，提高生產率，從而提高了機器的生產率和整個生產線。自動送料裝置比較復雜，更多的行動，多重關系之間的協調行動，這需要自動送料裝置靈敏，準確，精度高。通過本次畢業(yè)設計，現有的軸類零件自動送料裝置進行比較的基礎上控制理論方法和設計一套更好的自動送料裝置的性能。
原始數據：
??（1）機器相關的數據，例如：類型：CA6140車床;
??軸類零件上料裝置（2）設計;液壓推桿。
??（3）相關的實際生產數據：材料：20?100; 100?500的長度。
2.2 基本設計思路
2.2.1 系統分析
該機器人是一個強大的工具，實現了生產過程自動化，提高勞動生產率。為了實現所需要的生產過程自動化，機械化和全面的技術和經濟分析自動化，以確定是否合適的機器人。完成機器人的設計和通常具有較少第一做功：
（1）根據不同的機械手，明確的目標和任務之際。
（2）分析了機器人的工作環(huán)境。
（3）對系統需求的分析，以確定機器人和程序，如自由度的數目的基本功能時，機器人的移動速度，定位精度，抓重量。此外，根據該液壓抓斗質量，形狀，尺寸和體積，以確定的形式和操縱器和把手的尺寸的位置。
在這方面，我的分析如下：
（1）手材料為液壓機械設計問題，該機器人是一種材料搬運機器人。雖然機器人的使用場合，而且也非常廣泛，涉及到材料的狀態(tài)，操作線比我的知識和能力的環(huán)境因素，我選擇液壓機械手的材料處理非生產線的小物件。
（2）因為我選擇了機械手液壓材料處理的非生產線的小物件。因此，工作環(huán)境，機械廠，精度高，故障率低，速度快的系統。
2.2.2 總體設計框圖
圖2 總體設計框圖
如圖2為總設計框圖，說明如下：
（1）控制系統：任務被反饋根據機器人操作指令程序和傳感器的信號，控制致動器操縱來執(zhí)行預定的動作和功能。其主要設計目標是選擇CPU，CPU的編寫和調試程序。
（2）驅動系統：驅動裝置驅動系統的工作。
（3）機械系統：包括機身，機械手臂，手腕和抓手。需要確定的自由，坐標和計算出的特定結構的程度。
（4）感測系統：所述傳感器的選擇和的具體作用。
2.2.3 液壓機械手的基本參數
1.最大水硬性材料的重量機器人是它的主要參數。
2.速度直接影響的機器人操作器的動作的穩(wěn)定性和速度，所以移動速度是一個主要的基本參數材料材料液壓操縱器。設計速度太低，這將是無法滿足機器人的運動功能，限制使用的機器人。高速的設計將提高機器人的負荷和影響機器人的順利運作。
??3.工作半徑膨脹沖程和工作范圍是確定鍵的機器人和機器的尺寸，而且手的基本參數的機械設計。
3.定位精度的機器人的主要基本參數之一。機器人精度太低，就不能完成功能，準確度高也意味著成本的增加。兩者合計，為±0.3毫米液壓操縱器的定位精度的材料組的定位精度。該材料的液壓機械手的各個部分的基本參數可以行駛，并從上述材料的時間分配已經知道每個液壓機器人關節(jié)來決定。
2.3 液壓機械手結構設計
根據所設計的機械手的運動方式：機械臂的轉動，機械臂的升降。根據上文所說的，機械手按照坐標的分類情況，選擇圓柱坐標式機械手更為妥當。
2.4 機械手材料的選擇
該材料應根據機器人手臂的工作條件以滿足所述機器人設計和制造要求。從設計，機器人完成各種運動。因此，對于移動部件的材料的要求，它應該是一個重量輕的材料。另一方面，在運動中常常手臂振動，這將大大降低它的運動精度。因此，材料，質量，剛度，阻尼的選擇必須加以考慮，從而有效地提高了機器人臂的動態(tài)性能。此外，機械手選的材料和不同材料的一般結構。機器人是伺服機構，控制，我們必須考慮它的可控性。在的材料，結構，質量性能方面的考慮在臂材料的選擇，可控性和可操作性。
總之，操縱材料的選擇，你應該考慮的強度，剛度，重量輕，柔韌，耐沖擊，外觀和價格。下面是使用了一些機器人的材料：
高強度鋼，碳素鋼和合金鋼（L）：這種材料的強度，該合金結構鋼變形增加4到5倍，彈性模量，電阻，特別是強度，是最廣泛使用的材料;
共同的特征（2）的鋁，鋁合金等輕合金材料具有重量輕，彈性模量E為小，但密度小的物質，/ P比率也與E和鋼相比;
（3）陶瓷：有陶瓷材料的質量好，但易碎，但處理不當，需要特殊的設計和聯合金屬部件。不過，日本已開發(fā)出高速ARM陶瓷樣品機械手的;
從視圖的設計機器人的點，不需要在材料的選擇上的負載能力，并不需要高彈性模量和抗變形，除了考慮到材料成本，加工，以及其他因素。在各種因素的措施，結合鋁合金的工作條件，如機器人組件初步選擇。
2.5機械臂的運動方式
運動形式的機器人有五種常見的SCARA型，直角坐標極坐標型，關節(jié)型，圓柱坐標。基于運動根據運動參數主要形式的選擇結構設計。運動的一種形式，以滿足不同的生產工藝的需要，可以使用不同的結構。選擇表中的具體位置，必須根據操作要求，液壓工作的中心線的方向上的變化在工作場所，而且，比較和選擇。
兩只手，兩個或三個肩和肘腕方向的這種機械定位。其中，繞垂直軸肩，另一肩斜度。承擔兩個正交軸。第二軸平行于肩，考慮到機器人的工作，這需要運動靈活，有一個大的工作空間，結構緊湊，占地面積小，關節(jié)機械手選擇的特點。如圖。這種配置，動作靈活，寬大的空間，空間最小干涉操縱操作，結構緊湊，占地面積小，易于密封接頭相對運動部件和灰塵。但這種機器人逆運動學是更復雜的，這是難以確定的美元的結束;態(tài)度不直觀，而且在大的計算量的控制。
圖3 常見的運動方式
2.6 液壓機械手驅動方式的選擇
機械手使用主要利用液壓驅動，液壓驅動和電機驅動的四種基本形式的機器人駕駛模式。
然而，隨著液壓傳動，低功率，能量相比，液壓結構比較簡單，易于控制速度，精度不高。
油馬達驅動能量是一個簡單，速度快，定位精度，易用性，低噪音，高速變化的機制，高效，靈活的控制。
液壓驅動的特點是動力，結構簡單，省去了減速裝置，響應速度快，精度高。但需要液壓源，也容易發(fā)生泄漏。
首先，我會選擇驅動馬達，但考慮到機械手的結構單純的機械動作沒有達到傳播的期望的效果。如果您使用的是旋轉的液壓或液壓驅動機械臂必須帶有旋轉液壓或液壓缸旋轉，結構比較復雜，不利于設計。
該改進的方案中，驅動器被分成兩個部分。它的機械臂伸展，起重機械劃傷，液壓驅動。
2.7 動作要求分析
動作一：送 料
動作二：預夾緊
動作三：手臂上升
動作四：手臂旋轉
動作五：小臂伸長
動作六：手腕旋轉
預夾緊
手臂上升
手臂旋轉
手臂伸長
手臂轉回 手腕旋轉
圖2.2 液壓機械手動作簡易圖
2.8 液壓機械手結構及驅動系統選型
本課題所設計的液壓機械手為通用型的液壓機械手，其中坐標系為圓柱坐標系結構。驅動系統選用油馬達驅動和液壓驅動，油馬達驅動用于機座的旋轉和手臂的上下移動，液壓驅動用于手臂的伸縮和液壓機械手的夾取和翻轉[3]。
第3章 機械手機械部分的設計計算
3.1手指的相關設計與計算
設計手抓取除了滿足當時的需求，我們還必須滿足以下要求：
（1），所述手指抓握大小以適合
確定所述手指把手（即夾緊力）應被視為以及慣性力的重量和工件或產生的傳輸的操作期間的振動，以確保工件不會產生松動或脫落，但是將把手太浪費并可能損壞工件。
（2）應確保工件可順利進入或脫離手指
伸縮手指應該具有足夠大的開口角，以容納較大直徑的范圍內，以確保有足夠的距離，以方便抓取夾緊和松開工件。移動顎具有足夠大的運動范圍。
（3），應具有足夠的強度和剛度，以及其自身重量的光
影響由于反作用力和慣性力的運動，振動等時，工件被夾緊時，要求機器人具有足夠的強度和剛度，以防止斷裂或彎曲變形，但結構應該是簡單的和緊湊的，輕重量，并在手聚焦在手腕上的旋轉軸，從而使最小的手腕扭轉力矩。
（4），動作快速，靈活，精確，一般的機器人還需要方便更換手
可以根據使用的手持握把型的手，吸附手和專用工具（槍，扳手，焊接工具）類別來劃分。
分析與該設計的比較之后使用一個夾式的手。機械手直接抓住把手和（或吸附）對象或特殊工具來執(zhí)行工作任務夾持部件，因此，手的構造和尺寸應當基于該作業(yè)的任務的要求來設計，以便形成一個各種結構類型。它是安裝在臂的前部，可以模仿人手的動作。
一 、夾持式手部
夾持式手部對抓取工件的形狀具有較大的適應性，故應用較廣。它的動作與鋼絲鉗或虎鉗相似。
二 、結構
有一鉗手驅動，傳輸和手指（或爪子）等組成。大多數驅動活塞缸。變速機構共同連接機構，滑槽機構，齒條和齒輪機構等。手指使用兩個手指，而且還指的是一些其它形式。手指放在手指直接接觸工件部分夾緊，其結構和形狀取決于工件的形狀。一方面人員結構通過模仿手指的動作可分為回轉型移動式等多種形式。分析這種設計選擇移動齒輪齒條式手比較。
工件尺寸：直徑約2～3cm，圓柱形，材料是鐵質。機械手最大抓重：2kg
根據所夾取的零件半徑（20-30的圓柱形棒料）經分析取扇型齒輪的齒頂模數m=2，=23。齒條齒數取=23。
1． 手指夾緊力的計算：
公式： (3-1)
為抓取的工件重量最大為2Kg ，為安全系數取1.22,暫取5，為工作情況系數，可按=1.12.5此取=2，為方位系數，即為當爪子處在不同位置夾取工件不同放置位置是的系數，根據查取的公式： =0.5tan，粗略計算約等于0.91.1此處取1。
根據公式（3-1）計算得:
1.52129.8N
=58.8N
因為此設計采用移動型齒輪齒條手部結構，查資料知其夾緊力為驅動力的一半，即:
=0.5 (3-2)
此處考慮其他因素取100N。
圖3-1機械手手部簡圖
(c)計算手部活塞桿行程長L,即
（3.4）
=25×tg30o
=23.1mm
經圓整取l=25mm
(d)確定“V”型鉗爪的L、β[3]。
取L/Rcp=3 （3.5）
式中： Rcp=P/4=200/4=50 （3.6）
由公式（3.5）（3.6）得：L=3×Rcp=150
取“V”型鉗口的夾角2α=120o，則偏轉角β按最佳偏轉角來確定，
查表得：
β=22o39′
計算：設a=100mm,b=50mm,<<;機械手達到最高響應時間為0.5s，求夾緊力和驅動力和 驅動液壓缸的尺寸。
(1) 設
==1.02
根據公式，將已知條件帶入：
=1.5
（2）根據驅動力公式得：
=1378N
（3）取
（4）確定液壓缸的直徑D
選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,
根據表4.1（JB826-66），選取液壓缸內徑為：D=63mm
則活塞桿內徑為:
D=630.5=31.5mm，選取d=32mm
為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為34mm。
手抓夾持范圍，手指長100mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖3.2（a）所示，根據機構設計，它的最小夾持半徑，當張開時，如圖3.2（b）所示，最
大夾持半徑計算如下：
機械手的夾持半徑從20-30mm
（a） (b)
手抓張開示意圖
5.2 機械手手抓夾持精度的分析計算
機械手的精度設計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。
機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、
小批量生產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，一定進行機械手的夾持誤差。
圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖
該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。
機械手的夾持范圍為80mm180mm。
一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：
工件的平均半徑：
手指長,取V型夾角
偏轉角按最佳偏轉角確定：
計算
當S時帶入有：
夾持誤差滿足設計要求。
5.3 手爪扇形齒輪與齒條強度校核
1、材料：齒輪：40 滲碳淬火 硬度5862
齒條：40 滲碳淬火 硬度 4855
2、因所受的力不大硬齒面扇形齒輪與齒條按接觸疲勞強度校核
查表計算
查表
查資料：
安全系數
由上面的公式知：
符合要求
3.2升降方向設計計算
3.2.1 初步確系統壓力
表3-1 按負載選擇工作壓力[1]
負載/ KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓力/MPa
< 0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表3-2 各種機械常用的系統工作壓力[1]
機械類型
機 床
農業(yè)機械
小型工程機械
建筑機械
液鑿巖機
液機
大中型挖掘機
重型機械
起重運輸機械
磨床
組合
機床
龍門
刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
由表2-1和表2-2可知，初選液壓缸的設計壓力P1=1MPa
3.2.2 升降液壓缸計算
為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液泵的流量，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應滿足A1=2A2（即液壓缸內徑D和活塞桿直徑d應滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，并取液壓缸機械效率。則液壓缸上的平衡方程
故液壓缸無桿腔的有效面積：
液壓缸直徑
表1 液壓缸內徑系列GB/T2348-1980mm
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
320
400
500
按GB/T2348-1980，取標準值D=63mm；本來可以取50的，考慮不可預測的超載等因素，故在這取的略微大一些。
查《液傳動與控制手冊》根據桿徑比d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。
因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.5D=31.5mm 取d=32（標準直徑）
表2 活塞桿直徑系列
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
(1) 液壓缸缸體厚度計算
缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內經較大時，必須進行強度校核。缸體的常用材料為20、25、35、45號鋼的無縫鋼管。在這幾種材料中45號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用45號鋼作為缸體的材料。
式中，——實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力Pn5.1 MPa時，Py=1.5Pn，當Pn16MPa時，Py=1.25Pn。
[]——缸筒材料許用應力，N/mm。[]=，為材料的抗拉強度。
注：1.額定壓力Pn
額定壓力又稱公稱壓力即系統壓力，Pn=10MPa
2.最高允許壓力Pmax
Pmax1.5Pn=1.2510=12.5MPa
液壓缸缸筒材料采用45鋼，則抗拉強度：σb=600MPa
安全系數n按《液傳動與控制手冊》P243表2—10，取n=5。
則許用應力[]==120MPa
=
=5.5mm
,滿足。所以液壓缸厚度取10mm。
則液壓缸缸體外徑為83mm。
3.缸筒結構設計
缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構成密封的壓力腔，因而它的結構形式往往和缸蓋及缸底密切相關[6]。因此，在設計缸筒結構時，應根據實際情況，選用結構便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內外徑應根據標準進行圓整。
3.2.3 活塞桿的計算校核
活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。其材料取Q235鋼。
活塞桿直徑的計算[1]
查《液傳動與控制手冊》根據桿徑比d/D，一般的選取原則是：當活塞桿受拉時，一般選取d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取d/D=0.5-0.7。
因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=88.375mm按GB/T2348—1993將所計算的d值圓整到標準直徑，以便采用標準的密封裝置。圓整后得：
取d=90（標準直徑）
表2 活塞桿直徑系列
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產品樣本，調速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度
為最小速度，則由式
（4-3）
本例=122.65625>1.25，滿足最低速度的要求。
2.活塞桿強度計算：
<90mm （4-4）
式中 ————許用應力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數取5，即活塞桿的強度適中）
3．活塞桿的結構設計
活塞桿的外端頭部與負載的拖動油馬達機構相連接，為了避免活塞桿在工作生產中偏心負載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應根據負載的具體情況，選擇適當的活塞桿端部結構。
4.活塞桿的密封與防塵
活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設計和維護，本方案選擇O型密封圈。
3.2.4 液壓缸工作行程的確定
液壓缸工作行程長度可以根據執(zhí)行機構實際工作的最大行程確定，并參照表4-4選取標準值。液壓缸活塞行程參數優(yōu)先次序按表4-4中的a、b、c選用。
表4-4（a）液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6]
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
表4-4（b） 液壓缸行程系列（GB 2349-80）[6]
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3600
表4-4（c） 液壓缸形成系列（GB 2349-80）[6]
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3400
3800
根據設計要求知快速接近工件，行程根據任務書要求，根據表3-8，可選取垂直方向液壓缸的工作行程為900mm，可選取水平方向液壓缸的工作行程為1000mm。
3.2.5 活塞的設計
由于活塞在液力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內部泄露，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能?？紤]選用O型密封圈。
3.2.6 導向套的設計與計算
1.最小導向長度H的確定
當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度[1]。影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設計時必須保證液壓缸有一定的最小導向長度。根據經驗,當液壓缸最大行程為L,缸筒直徑為D時,最小導向長度為:
（4-5）
一般導向套滑動面的長度A，在缸徑小于80mm時取A=(0.6~1.0)D，當缸徑大于80mm時取A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾菳取B=(0.6~1.0)D。若導向長度H不夠時,可在活塞桿上增加一個導向套K(見圖4-1)來增加H值。隔套K的寬度。
圖4-1 液壓缸最小導向長度[1]
因此:最小導向長度，取H=9cm；
導向套滑動面長度A=
活塞寬度B=
2.導向套的結構
導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套和靜壓導向套等，可按工作情況適當選擇。
3.2.7 端蓋和缸底的計算校核
在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承受液力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導向孔（或裝導向套的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設計的不好容易損壞。
1.端蓋的設計計算
端蓋厚h為：
式中 D1——螺釘孔分布直徑，cm；
P——壓力，；
——密封環(huán)形端面平均直徑，cm；
——材料的許用應力，。
2.缸底的設計
缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。
3.2.7 缸體長度的確定
液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還需要考慮到兩端端蓋的厚度[1]。一般液壓缸缸體長度不應大于缸體內經的20~30倍。取系數為5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。
3.2.8 緩沖裝置的設計
液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質量，在液力的驅動下運動時具有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機械碰撞，產生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響液壓缸和整個液系統的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現速度的遞減，直至為零。
當液壓缸中活塞活塞運動速度在6m/min以下時，一般不設緩沖裝置，而運動速度在12m/min以上時，不需設置緩沖裝置。在該組合機床液系統中，動力滑臺的最大速度為4m/min,因此沒有必要設計緩沖裝置。
3.2.9 液壓缸的選型
經過比較，參考市場上的液壓缸類型，選擇一種可靠優(yōu)質的液壓缸產品的生產商—速易可（上海）有限公司http://www.tonab.net/about_us.asp。
速易可液動（上海）有限公司成立于2004年，從事于空油壓零組件和設備研 究、生產、銷售的自動化廠商，產品以『TONAB』品牌營銷國內外市場，產品主要有空液凈化組件、液動控制組件、液動執(zhí)行組件、輔助組件、空油壓設備，產 品廣泛應用于醫(yī)療器械、工業(yè)機械手、食品包裝機械、紡織機械、半導體設備、軌道交通、煙草機械、機床自動控制、真空搬運、汽車制造、教學培訓等行業(yè)。
速易可目前主要產品有：無桿液壓缸、滑臺液壓缸、止動液壓缸、回轉液壓缸、機械夾、回轉夾緊液（油）壓缸、導桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標準型液壓缸、控制閥、空液控制組件、真空系統組件及相關液動輔助零組件。
根據上節(jié)計算，在這選擇YAM63.
3.3 水平方向設計計算
3.3.1 水平方向計算
當工件處于水平位置時，擺動缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重20kg，長度l =1000mm。如圖3.4所示。
工件
圖3.4 受力簡圖
(1)計算扭矩[4]
(2)液壓缸（伸縮）及其配件的估算扭矩 [4]
F =200N S =1m（最大行程時）
帶入公式2.9得
=200×10×1 =2000（N·M）
由于水平方向的液壓缸與升降方向的有些類似，在此不在一一列舉
3.3.2 液壓缸的選型
速易可目前主要產品有：無桿液壓缸、滑臺液壓缸、止動液壓缸、回轉液壓缸、機械夾、回轉夾緊液（油）壓缸、導桿液壓缸、帶鎖液壓缸、雙軸缸、標準型液壓缸、控制閥、空液控制組件、真空系統組件及相關液動輔助零組件。
根據上節(jié)計算，在這選擇YAM63.
腕部是聯結手部和臂部的部件，腕部運動主要用來改變被夾物體的方位，它動作靈活，轉動慣性小。本課題腕部具有回轉這一個自由度，可采用具有一個活動度的回轉缸驅動的腕部結構。
3.4機身結構的設計校核
臂部和機身的配置形式基本上反映了液機械手的總體布局。本課題液機械手的機身設計成機座式，這樣液機械手可以是獨立的，自成系統的完整裝置，便于隨意安放和搬動，也可具有行走機構。臂部配置于機座立柱中間，多見于回轉型液機械手。臂部可沿機座立柱作升降運動，獲得較大的升降行程。升降過程由電動機帶動螺柱旋轉。由螺柱配合導致了手臂的上下運動。手臂的回轉由電動機帶動減速器軸上的齒輪旋轉帶動了機身的旋轉，從而達到了自由度的要求[7-9]。
3.5螺柱的設計與校核
螺桿是液機械手的主支承件，并傳動使手臂上下運動。
螺桿的材料選擇：
從經濟角度來講并能滿足要求的材料為鑄鐵。
螺距 P =6mm 梯形螺紋
螺紋的工作高度 h =0.5P （3.17）
=3mm
螺紋牙底寬度 b =0.65P=0.65×6=3.9mm （3.18）
螺桿強度〖11〗 （3.19）
=30～50Mpa
螺紋牙剪切 =40
彎曲=45～55
(1)當量應力
(3.20)
式中 T——傳遞轉矩N·mm
[σ]——螺桿材料的許用應力
所以代入公式（3.20）得：
6225025d12+11236≤900d16×1012
6225025×0.0292+11236≤900×0.0296×1012
即16471pa＜535340pa
合格
(2)剪切強度
（旋合圈數） （3.21）
（3.22）
=206.8×103pa
=0.206Mpa＜[τ]=40Mpa
(3)彎曲強度
=0.48Mpa＜[σ]=45Mpa
合格
3.6機械手的定位及平穩(wěn)性確定
3.6.1常用的定位方式
機械停止機械停止位置被設定在行程的末端。當通過減速液體機器人末端，緊靠擋塊和定位。
如果減速前的位置，定位驅動壓力不消除，在這種情況下，機械止動件的位置可以達到很高的重復性。一般高于±0.5mm的定位如果油驅趕并刪除工作的壓力，那么液體操縱可能會出現小幅反彈站的距離，因此定位精度低[12]。
3.6.2影響平穩(wěn)性和定位精度的因素
液體機器人能準確工作，定位實際上是一個三維空間，線的數量和角度定位組合的量的量。在許多簡單的情況下，一個單一的值可能是主要的。影響單行或如下角度定位誤差量的量的因素：
（1）定位
不同的因素影響不同的定位。如機械止動件的位置，定位精度和剛度并抵靠時的速度和其他因素有關的止動件的止動件。
（2）定位速度
定位速度上的定位精度影響很大。這是因為，定位速度是不一樣的，不同的能量必須被耗散運動部件。通常情況下，為了減少定位誤差應合理控制定位速度，如提高了性能的緩沖裝置的緩沖和緩沖效率，控制驅動系統使得移動部件及時減速。
（3）準確度
制造和安裝高速精密流體精密機器人對定位精度產生直接的影響。
（4）剛度
結構剛度和接觸剛度機器人本身是低的，由于振動容易發(fā)生定位精度普遍較低。
重量比（5）的移動構件
移動部件包括液壓機械手自身的重量和材料的重量的重量被抓住。
在運動的重量變化對定位精度的影響更大。通常情況下，可移動部件的增加的重量，其定位精度下降。因此，設計不僅要降低自身的運動部件的重量，而且要考慮改變抓工作重的影響。
（6）的驅動源
流體壓力波動和電壓，油溫度波動會影響重復定位精度是一個機器人。因此，使用必要的電壓和調節(jié)流體的措施。
（7）控制系統
開關控制，位置控制和電液比例控制精度伺服控制是不一樣的。這是不僅是因為不同的精度和各種控制用元件的靈敏度，而且還與有關的位置反饋裝置[13]的存在或不存在。
這個項目的定位精度用機械止動器的位置。
3.6.3液機械手運動的緩沖裝置
緩沖裝置進入緩沖器和兩種形式的外緩沖器。在液壓缸的形式的緩沖器結束緩沖裝置和緩沖電路。外面的柔性機械構件和液體緩沖器形式緩沖區(qū)。優(yōu)點緩沖區(qū)是一個簡單而緊湊的結構。但有時限制的座椅位置;優(yōu)點坐墊的座椅位置靈活，簡單，良好的緩震性能調整等，但結構比較大。
緩沖器用于這項研究裝置是一個液壓缸緩沖裝置結束。
當活塞移動到一定的距離遠離氣缸端蓋和端蓋之間可以活塞形成一緩沖室。原則使用油門，使給運動臨時緩沖室的背壓產生的阻力減速停止，避免所謂的液壓缸緩沖裝置[12-15]的端部的剛性的沖擊的設備。
在緩沖行程，孔口常數，稱為恒油門液壓缸緩沖裝置結束。
設計液壓缸端部恒節(jié)流緩沖裝置時，（最大加速度）、（緩沖腔最大沖擊壓力）和（殘余速度）三個參數是受工作條件限制的。通常采用的辦法是先選定其中一個參數，然后校驗其余兩個參數。步驟如下：
(1)選擇最大加速度
通常，amax值按液機械手類型和結構特點選取，同時要考慮速度與載荷大小。對于重載低速液機械手，- 取5m/s2以下，對于輕載高速液機械手，-取5～10 m/s2
(2)計算沿運動方向作用在活塞上的外力F
水平運動時：
（3.23）
=0.25×103×π×3.62-7
=138N
(3)計算殘余速度Vr
（3.24）
m/s
總結
畢業(yè)設計不久掃尾階段，在學習過程中幾個月的設計，我已經取得了長足的進步。
在本次畢業(yè)設計，我學到了很多，首先，有知識有更深的了解，多年的知識做了系統的審查，知識文化的圖書館使用獨立的分析，我學會了如何更好地利用對利用網絡能力，查找資料，解決問題，以及信息，但也讓我學習如何與你的同學討論這個問題。這是我今后的工作有很大的幫助，
我將繼續(xù)在今后的工作中，努力提高自己的水平。通過這樣的設計，我真的覺得棘手的優(yōu)秀設計。在設計過程中，但在老師的幫助和自己的努力，我終于成功地完成設計。我經常沒有足夠的知識來設計經驗，有不足。這些問題有時可以讓我無奈。雖然我的設計有很多不足之處，行使自己的分析和解決共同問題的能力，并希望通過本次畢業(yè)設計，未來將從事培訓，為今后的工作，畢業(yè)設計仿真的基礎。寫這篇文章代表了我的論文將接近尾聲。在過去四年的大學畢業(yè)的課程，這將是審查的教師和學生，是否做的好和壞，這個過程也有經驗。首先，所有的老師感謝的標志，我誠懇地接受你的指導，并希望得到你我的努力。當我們不知道，你不會做，老師給我們補充的知識;顯然，我們想進入的知識，設計，技術狀態(tài)和研究生更注重于自我訓練。我想，如果沒有大學四年打下課程設計的堅實基礎，我們可能要完成畢業(yè)設計變得非常困難。所有的老師，所以我把我的大學四年課程設計，說了聲真誠的感謝你們！
畢業(yè)設計，歷時半年多，我看了很多文獻，有很多獲取有關書籍的;沒有任何線索，找到來自靈感，從我不知道如何開始一個大膽的嘗試，從教師自身的獨立思考，終于完成了這個項目的設計。我除了完成自己的工作，同時也得到了悉心的指導老師，總是老師劉國光在關鍵時刻，及時監(jiān)督我們的工作，嚴格要求我們，我們仔細檢查任務的各個階段;我要衷心感謝我的老師。
參考文獻
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致 謝
該論文是導師的指導下完成的，我的畢業(yè)設計題目是液壓機器人的設計，這是一個我以前沒有接觸。我知道這完全是一個陌生人，教師的幫助和參考材料看了以后，我有一定的了解液壓操縱的。我很感謝老師的指導下，使我的畢業(yè)設計順利完成。真誠地感謝對我的老師的畢業(yè)設計指導的有利條件，也感謝學院為我們使我們的畢業(yè)設計如期完成。
畢業(yè)設計是在大學一起學習的知識，綜合運用所有相關的專業(yè)知識，課本知識在實踐中應用。通過本次畢業(yè)設計，讓我得到更多的專業(yè)知識，以鞏固和提高原有的基礎上，這是由教師和學生的幫助是分不開的。設計和分析老師的指導下完成的，并在分析的過程中，尹長城老師給了我很多鼓勵，引導我在設計和分析，認為更多的設計思路，增強了我的學習能力來和我們討論這個問題，所以我有認識更加清晰的分析，讓我受益匪淺。
畢業(yè)設計