立式精鍛機自動上料機械手三維設計【含CAD圖紙、說明書】【三維SolidWorks】

喜歡這個資料需要的話就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有預覽可以查看的噢，，下載就有,,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】====================

本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目：立式精鍛機自動上料機械手三維設計學 院：  一、選題依據(jù) 1、論文（設計）題目 立式精鍛機自動上料機械手三維設計2、研究領(lǐng)域 三維設計，機械設計，液壓傳動 3、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 我國國家標準(GB/T 12643-90)對機械手的定義：具有和人手臂相似的動作功能， 可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。 機械手技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領(lǐng)域。 理論意義：其一，對于機器人的研制，尤其仿人機器人的研究應用，必將對機器人行業(yè)起到積極的促進作用；其二，仿人機械手的研發(fā)隸屬于制造業(yè)，其研制成功與推廣，可以增加就業(yè)，創(chuàng)造經(jīng)濟價值；其三，其技術(shù)的實現(xiàn)可以促進制造業(yè)的信息化、自動化和產(chǎn)品的智能化，提升產(chǎn)品技術(shù)含量和附加值，從而促進我國制造業(yè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。 應用價值：機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術(shù)的不斷突破也變得日趨重要。目前，機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應用中越來越重要。特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作代替人作業(yè)。 本課題研究的機械手主要用于立式精鍛機，針對軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前，要求機械手抓取工件時，滿足被握持的工件形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等要求。 4、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 工業(yè)機械手的第一次迅猛發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)，最早應用在美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，時間大約是在上世紀 40 年代，它是一 10 種主從型的控制系統(tǒng)。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手?？刂葡到y(tǒng)有別于 40 年代的主從型而是示教型的；1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上， 研制出一種更新興的機械手，運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。這個機械手對機械手的發(fā)展有著深遠的意義， 日后的不少球面坐標式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；同一年該公司和普曼公司合并成重組為萬能制動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。雖然上述機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機械手發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在機械手得到一定程度的發(fā)展后，從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機器人相繼在生產(chǎn)中開始應用。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制出一種 Unimation-Vic.arm 型工業(yè)機械手， 裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)起步較晚，比歐美要晚 30 年左右，起步于上世紀 70 年代，1972 年我國第一臺機械手在上海開發(fā)成功，隨之全國各省都開始研制和應用機械手。從第七個五年計劃開始，我國政府更加加大了對工業(yè)機器人的重視程度， 并且為此項目投入了大量的資金，在眾多學者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，其中有由北京機械自動化研究所設計制造的噴涂機器人， 廣州機床研究所和北京機床研究所合作設計制造的點焊機器人，大連機床研究所設計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學設計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學院沈陽自動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器等。 目前工業(yè)機械手在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定 的操作。此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時， 即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作時電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 隨著機械手的發(fā)展，人們也對機械手的應用與發(fā)展提出了更高的要求，一是重復高精度，精度是指機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置密切相關(guān)。重復精度是指如果動作重復多次，機械手到達同樣位置的精確程度。顯然， 重復精度比精度更重要；二是模塊化，有的公司把帶有系列導向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向；三是無給油化，無給油化是個新提出的概念，主要是為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)， 構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長；四是機電氣一體化，機電氣一體化的核心思想在于發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應控制氣動元件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制” 進到高度的“反饋控制”，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題 機械手總裝結(jié)構(gòu)設計，機械手驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設計，機械手手部、腕部、臂部結(jié)構(gòu)設計，機械手升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計，機械手的驅(qū)動控制。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1） 選擇機械手基本形式； （2） 采用合適的坐標式實現(xiàn)相關(guān)功能； （3） 設計自動上料機械手的驅(qū)動機構(gòu)； （4） 選定機械手手部抓取的方案、腕部的回轉(zhuǎn)范圍、速度及機構(gòu)的選定，臂部回轉(zhuǎn)，升降，伸縮的方案及結(jié)構(gòu)的選定； （5） 對總體的布局及裝配設計； （6） 對機械手內(nèi)的零件進行疲勞強度以及接觸應力的安全系數(shù)校核。3.本論文（設計）預期取得的成果 （1） 一套完整的立式精鍛機自動上料機械手三維模型以及其二維零件圖、裝配圖 （2） 一份立式精鍛機自動上料機械手的設計說明書 （3） 一篇外文文獻翻譯 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設計參數(shù)）； 采用三維設計軟件完成立式精鍛機自動上料機械手的設計，包括機械手總裝結(jié)構(gòu)設計、機械手手部、腕部、臂部結(jié)構(gòu)設計、機械手升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計。 本設計的機械手用于軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線上，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前。設計參數(shù)： （1） 抓重：60 公斤 （2） 坐標形式：圓柱坐標 （3） 自由度數(shù)：4 個 （4） 最大工作半徑：1700mm （5） 手臂最大中心高：2300mm （6） 手臂運動參數(shù)： 手臂伸縮范圍 0-500mm 手臂伸縮速度 伸出 176mm/s 縮回 233mm/s 0-600mm 手臂升降速度 上升 100mm/s 下降 150mm/s 手臂升降范圍 0-600mm 手臂回轉(zhuǎn)范圍 0-200（實際使用為 95 ） 手臂回轉(zhuǎn)速度 60°/s （7） 手腕運動參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍：0-180° 手腕回轉(zhuǎn)速度：201°/s 2. 論文（設計）進度計劃 第 1 周：布置畢業(yè)設計任務確定立式精鍛機自動上下料機械手三維設計的選題 第 2 周：根據(jù)立式精鍛機自動上下料機械手三維設計的課題查閱相關(guān)參考文獻 第 3 周：準備自動上下料機械手開題報告材料 第 4 周：撰寫本課題開題報告，準備開題答辯 第 5 周：查閱關(guān)于機械手的文獻并進行自動上下料機械手的方案設計 第 6 周：根據(jù)方案完成自動上下料機械手的結(jié)構(gòu)設計 第 7 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 8 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 9 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 10 周：將完成的機械手的三維零件進行裝配，完成自動上下料機械手裝配圖 第 11 周：完善并修改自動上下料機械手的裝配圖及其零件圖 第 12 周：完成自動上下料機械手的設計說明書和英文文獻的翻譯 第 13 周：完善并修改自動上下料機械手的設計說明書和英文文獻的翻譯 第 14 周：上交自動上下料機械手說明書，英文文獻的翻譯及其三維裝配圖、零件圖等所有材料，并進行論文答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 張俊.基于視覺定位的自動上下料機械手系統(tǒng)研究[D].石家莊:石家莊鐵道大學,2012. [2] 郭洪武.淺析機械手的應用和發(fā)展趨勢[J].中國西部科技,2012,11(10):3+12. [3] 馮崇.工業(yè)機器人運動分析及控制研究[D].洛陽:河南科技大學,2015. [4] 吳振彪,王正家.工業(yè)機器人第二版[M].武漢:華中科技大學出版社,2006. [5] 劉奇.淺談工業(yè)機械手的設計措施[J].技術(shù)與市場,2017,24(11):178. [6] 張 金 萍 . 基 于 自 動 上 料 機 械 手 的 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 設 計 [J]. 制 造 業(yè) 自 動化,2013,35(21):153-156. [7] 歐洋,高禎,李連強.工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設計分析[J].工業(yè)控制計算機,2017,30(06):81-82. [8] 丁錦宏,張慧.可編程控制器在數(shù)控車床自動上料機械手中的應用[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學 院學報,2014,13(05):17-19. [9] 龔仲華.論工業(yè)機器人、數(shù)控機床和機械手[J].機床與液壓,2016,44(15):30-32+91. [10]熊幸明,曹才開.一種工業(yè)機械手的 PLC 控制[J].微計算機信息,2006,22(11):120-122. [11]李斌.鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2017(02):49-50. [12]濮良貴,陳國定,吳立言.機械設計第九版[M].北京:高等教育出版社,2006. [13] 王戰(zhàn)中,張俊,季紅艷.自動上下料機械手運動學分析及仿真[J].機械設計與制造,2012(05)： 244-246. [14] 趙罘,楊曉晉,劉玥.SolidWorks 機械設計從零開始 2014 中文版[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014. [15] Alberto Brunete,Ernesto Gambao,Jukka Koskinen,Tapio Heikkil?,Stefan Anton.Hard material small-batch industrial machining robot[R].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.In press,corrected proof.Nov.17th,2017. [16] Ali Marwan,Milan Simic,Fadi Imad.Calibration method for articulated industrial robots[R].Procedia Computer Science.Volume 112,2017,1601-1610. [17] Alexandr Klimchik,Alexandre Ambiehl,Sébastien.Efficiency evaluation of robots in machining applications using industrial performance measure[R].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing.Volume 48,December 2017,12-29. 附：文獻綜述或報告 文獻綜述 機械制造自動化是制造業(yè)在長期發(fā)展中追求的目標之一，采用自動化技術(shù)，不僅可以大大降低勞動強度，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，讓企業(yè)更加適應市場，提高競爭力。因此，機械手便是機械制造自動化所追求的一種高科技自動生產(chǎn)設備。 機械手是指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。目前， 機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展， 機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術(shù)的不斷突破也變得日趨重要， 隨著制造業(yè)發(fā)展,機器人技術(shù)的應用越來越普遍,勞動成本的增高和制造業(yè)自動化、智能化的進程加快進一步加快了工業(yè)機器人的研究和應用。機械手由三大部分（機械部分，傳感部分，控制部分）及六個子系統(tǒng)（驅(qū)動系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，感受系統(tǒng)，機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)，人機交互系統(tǒng)，控制系統(tǒng)）所組成。 從 1960 年由通用電氣公司設計制造的造型為兩只手指的爪狀物開始，即為以后的各類機械手打下了基礎(chǔ)，到現(xiàn)在為止美國的宇航局(NASA)、哈佛大學和耶魯大學， 日本的東京大學在機械手的研究上都取得了不小的突破。我國機械手的研究比較晚但是也做了很多工作，國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學也研制出了多指靈巧手。尤其是哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所研制的“仿人型機器人靈巧手”，2006 年 5 月亮相德國慕尼黑國際機器人及自動化展覽會，以其精美的外觀、可靠的軟硬件系統(tǒng)等贏得了眾多參觀者的贊賞，并率先進入了國際市場。由此可見，目前多數(shù)國家和企業(yè)高校都在對仿人機械手進行研究與設計。 在對機械手進行設計時，首先要根據(jù)所得的參數(shù)進行設計。不同的驅(qū)動方式會有不同的使用功能，所產(chǎn)生的壓力大小，安全性能，氣動元件工作壓力高低也有差異。此外，還要充分考慮到維修便捷性，造價成本，操作產(chǎn)生的噪音等問題。傳統(tǒng)機械手大多采用機械傳動方式，由于機械式傳動系統(tǒng)中包含變速箱、驅(qū)動橋等體積較大部件使得機械手體積大、運動不穩(wěn)定。驅(qū)動方式一般分為液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動兩種，液壓傳動系統(tǒng)因具有體積小、重量輕、可以實現(xiàn)無級變速且調(diào)速范圍寬、低速穩(wěn)定性好等特點。但液壓驅(qū)動也存在缺點如密封問題較大、只適用于重載、低俗驅(qū)動的機器人等。氣壓驅(qū)動系統(tǒng)具有輸出功率大、響應速度較高、控制簡單直接的優(yōu)點，便于減少可能錯誤環(huán)節(jié)，減少誤差，提高精準度。但其精度低，阻尼效果差，低速、控制難度過大， 控制成本過高，實現(xiàn)高精度控制不易。 白城職業(yè)技術(shù)學院張金萍教授在對自動上料機械手的液壓傳動系統(tǒng)設計中，基于自動上料機械手作業(yè)環(huán)境特點，從經(jīng)濟性、可控性、可靠性等角度考慮，采用了雙泵供油四輪對稱驅(qū)動方案。系統(tǒng)主要由 1 個變量軸向柱塞雙聯(lián)泵和 4 個斜盤式軸向柱塞變量馬達和行星減速器組成的車輪馬達組成。采用 X 型連接。該液壓系統(tǒng)主要由雙聯(lián)變量泵、變量馬達、補油泵、變量油缸、安全閥、單向閥、溢流閥等組成。作為閉式回路，當液壓馬達進行正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時，工作油路的高低壓也將會發(fā)生互換，因此在油路的兩個方向都必須設置安全閥，用來雙向限制系統(tǒng)的最高工作壓力。此外，系統(tǒng)中還設置了壓力切斷閥，當閉式回路中出現(xiàn)異常高壓時，壓力切斷閥將高壓端與油箱連通，保證液壓系統(tǒng)的安全。因此，其可靠性、穩(wěn)定性較高，可以自動實現(xiàn)前進、后退、 快慢的控制、無級變速且調(diào)速范圍寬。由于組成此系統(tǒng)零件都較為常見，因此，降低了制造成本與控制成本。 在控制系統(tǒng)上，工業(yè)機器人一般都有獨立的控制器、驅(qū)動系統(tǒng)和操作界面，可進行手動、自動操作和編程，因此，它是一種可獨立運行的完整設備，可通過自身的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)所需的功能。整個機械手的控制，可以根據(jù)該機械手的工作特點,采用步進順序控制方式,使程序簡化,便于調(diào)試。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院的丁錦宏，張慧在《可編程控制器在數(shù)控車床自動上料機械手中的應用》一文中，介紹了數(shù)控車床自動上料機械手的工作要求和結(jié)構(gòu)，分析了步進電機的控制原理和實現(xiàn)方法，提出了基于 PLC 的控制系統(tǒng)方案。根據(jù)機械手的工作過程，設計了順序控制功能圖。機械手在送料位置時，手爪中心( 即工件中心) 的位置精度取決于轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)精度和氣缸的位置精度。一般，氣缸的位置控制是利用行程開關(guān)來實現(xiàn)，但這種方法的定位精度較差。 該機械手使用步進電機定位系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)，提高手爪的定位精度。PLC 對步進電機的控制有三個方面。一是電機轉(zhuǎn)角控制，轉(zhuǎn)角與所輸入的控制脈沖數(shù)成正比; 二是電機轉(zhuǎn)速控制，該機械手轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)速度等于步進電機的轉(zhuǎn)速，而步進電機的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率;三是電機旋轉(zhuǎn)方向控制，步進電機的轉(zhuǎn)向通過改變步進電機各繞組的通電順序來實現(xiàn)。因此，根據(jù)實際情況，選取合適的轉(zhuǎn)速，從而確定 PLC 輸出的脈沖頻率。系統(tǒng)選用三菱 FX1N-14MR-0001 PLC 作為控制器，選用安川 CA4050 步進驅(qū)動器、安川 42HD0402 步進電機作為控制對象；用三菱 PLC 作為控制核心， 采用步進電機以及氣缸實現(xiàn)了數(shù)控機床上料機械手的控制方案。在車床加工的同時進行取料，并在靠近上料位置等待取料結(jié)束，從而縮短上料時間。操作人員只需在計算機控制界面完成相關(guān)工作參數(shù)的設置即可對機械手進行控制。利用機械手來實現(xiàn)自動上下料功能，進而實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的自動化，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人力資源。 李斌在《鈑金沖壓自動上下料機械手的研究與開發(fā)》一文中，通過利用齒輪齒條傳動機構(gòu)來代替其自動滑塊機構(gòu)，配備有傳送帶、電機來實現(xiàn)左右移動的功能。將電機固定在機架傳動側(cè)，通過齒輪齒條傳動借助導軌，實現(xiàn)機械手在水平和豎直方向上的運動。目前該系統(tǒng)可以完成對 2mm 厚、3kg 重的板料完成沖壓工作。整個生產(chǎn)線在運行過程中送料精度高，同時運行過程較為平穩(wěn)，并無太大噪音產(chǎn)生。由此可以看出，機械手運行自動化程度高，性能可靠，穩(wěn)定性，效率高，操作簡便，控制精準， 有著良好的動態(tài)性能。 基于機械手的作用及功能，需要詳細分析機械手的結(jié)構(gòu)，并運用 D-H 參數(shù)法建立該機械手的運動學方程。與此同時，對于材料的疲勞強度以及接觸強度進行安全校核，機械中各零件力的傳遞，總是通過兩零件的接觸來實現(xiàn)。除了共形面相接觸的情況外，大量存在著異性曲面相接觸的情況；同時，由于機械手內(nèi)零件材料疲勞強度的特性，因此需要對零件的材料極限應力進行安全系數(shù)的校核以及接觸應力的校核。對機械手進行正運動學和逆運動學分析,通過計算驗證并校核。同時利用 SolidWorks 進行三維建模。Solidworks 的配置功能可以開發(fā)和管理一組有著不同尺寸、零部件或者其他參數(shù)的模型，運用配置可以的單一的文件中對零件或者裝配圖生成多個設計變化。系列零件設計表可以通過所提供的制定參數(shù)，對配置進行驅(qū)動，以構(gòu)建多個不同配置的零件或裝配體。 隨著我國工業(yè)化進程的加快，物料的移動、材料上下搬運、零部件的組裝已經(jīng)成為各個行業(yè)都普遍存在的加工環(huán)節(jié)。以自動上料機械手實現(xiàn)這些環(huán)節(jié)的自動化對提高所有行業(yè)的加工效率都具有重要作用。不過現(xiàn)在還存在一系列問題，例如：價格昂貴， 實時性不理想，設備笨重，并且大都停留在實驗階段，這些都制約其在實際當中的應用。目前，工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，但是無論數(shù)量、品 種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。這也是我國目前工業(yè)機械手還需改進之處。 11 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章： 摘 要 工業(yè)機械手在目前的工業(yè)趨勢下，勢必會變得越來越受重用。它既擁有著傳統(tǒng)機械的作用，也可以通過系統(tǒng)的指令來完成規(guī)定的動作。由于工業(yè)機械手與人不同，它不需要休息，在適當?shù)木S護保養(yǎng)下可以長時間的工作，十分高效，在工業(yè)過程中展現(xiàn)出強大的生命力。機械手技術(shù)包含了軟件技術(shù)，機械工程，人工智能等多個領(lǐng)域的技術(shù)。其應用狀況，是一個國家工業(yè)自動化的標志。隨著當下工業(yè)自動化的發(fā)展與需求，由此可見，機械手將在工業(yè)中扮演著更加重要的角色。 為了解決抓取圓形坯料并將其運輸?shù)搅⑹骄憴C上，設計了立式精鍛機自動上料機械手。本文首先簡單介紹了機械手的理論意義以及應用價值，表述了機械手的4個自由度和整體坐標形式。在給定了關(guān)鍵參數(shù)后，然后再對機械手的整體各結(jié)構(gòu)和機械手結(jié)構(gòu)內(nèi)的部分重要零件進行詳細的分析和選取，并進行一定的載荷的校核。其中選取了圓柱坐標作為其坐標形式，手爪部分選用了雙支點回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)作為夾緊部分；手腕部分采取了回轉(zhuǎn)油缸，以液壓驅(qū)動的方式進行驅(qū)動；手臂部分采取了相同的液壓缸結(jié)構(gòu)。并對液壓系統(tǒng)進行了一定的分析。 其次，在選取完大致的結(jié)構(gòu)之后，本文也詳細介紹了機械手的設計理論和計算方法。詳盡的討論了機械手手爪部、機械手手腕部、機械手手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)機構(gòu)的相關(guān)計算來確保機械手能夠可靠的抓取坯料。 最后，通過Solidworks對機械手整體進行三維建模。 關(guān)鍵詞：機械手，液壓傳動，Solidworks三維建模，立式精鍛機 ABSTRACT Industrial robots will become more and more popular in the current industrial trend. It not only has the function of traditional machinery, but also can complete the prescribed actions through systematic instructions. Because industrial manipulator is different from people, it does not need rest. It can work for a long time with the proper maintenance. It is very efficient and shows great vitality in the process of industry. Manipulator technology includes software technology, mechanical engineering, artificial intelligence and other fields of technology. Its application status is the symbol of a country's industrial automation. With the development and demand of industrial automation, manipulator will act a more important role in industry. In order to solve the grabing round billet and transport it to the vertical precision forging machine.The vertical precision forging machine with automatic feeding manipulator is designed. This paper firstly introduces the theoretical significance and application value of manipulator, and describes the four degrees of freedom and overall coordinate form of manipulator. After the key parameters are given, the whole structure of the manipulator and some important parts in the structure of the manipulator are analyzed and selected in detail, and a certain load check is carried out. The cylindrical coordinate is selected as its coordinate form, and the double pivot structure is used as the clamping part. The wrist part adopts the rotary oil cylinder, which is driven by the hydraulic drive; The arm part adopts the same hydraulic cylinder structure. And the hydraulic system is analyzed. Secondly, after selecting the general structure, the design theory and calculation method of manipulator are introduced in detail. This paper discusses the calculation of manipulator arm, wrist, arm lifting, stretching and rotating mechanism to ensure the reliable grasping of the blank. Finally, three-dimensional modeling of the manipulator is carried out through Solidworks. Key words：Machine Manipulator，Hydraulic transmission, Solidworks 3D modeling,Vertical precision forging machine 目錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 2 機械手方案的選擇 3 2.1 機械手坐標形式的確定 3 2.2 機械手的主要部件及運動 3 2.3 驅(qū)動機構(gòu)的選擇 4 2.4 機械手參數(shù)的確定 4 2.5 本章小結(jié) 4 3 機械手手部方案的確定與設計 5 3.1 手部結(jié)構(gòu)分類 5 3.2 夾鉗式手部設計的要求 5 3.3 機械手手部的設計 6 3.3.1 手部夾緊裝置 6 3.3.2 手爪的力學分析 6 3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 7 3.4 夾緊缸尺寸計算 9 3.5 螺栓尺寸的選定 10 3.5.1 手指部螺栓的分析與計算 10 3.5.2 手架部分螺栓的分析與計算 11 3.6 手部拉緊軸的分析 11 3.6.1 軸的載荷分析和計算 11 3.6.2軸的材料的選擇 12 3.7 銷連接的設計 12 3.8 本章小結(jié) 12 4 機械手手腕結(jié)構(gòu)設計 13 4.1 腕部設計所需滿足的要求 13 4.2 腕部結(jié)構(gòu)的選擇 13 4.3 腕部的設計計算 13 4.3.1 腕部參數(shù)的設定 14 4.3.2 腕部驅(qū)動條件的確定 14 4.4 腕部零件的設計 16 4.4.1 腕部軸承的設計 16 4.4.2腕部鍵的設計 16 4.5 本章小結(jié) 17 5 機械手手臂方案的確定與設計 18 5.1 滿足手臂運動的要求 18 5.2 機構(gòu)的選擇 18 5.3 手臂的設計計算 18 5.3.1 系統(tǒng)摩擦力的計算 19 5.3.2 手臂密封裝置阻力的分析與計算 19 5.3.3 慣性力的計算 19 5.4 液壓缸壓力和結(jié)構(gòu)的分析 20 5.5 手臂部分螺栓的設計 21 5.6 手臂部分的裝配以及技術(shù)要求 21 5.7 本章小結(jié) 21 6 機械手機身結(jié)構(gòu)設計 22 6.1 機身整體構(gòu)思 22 6.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的分析與計算 22 6.2.1 液壓缸驅(qū)動力矩的計算 22 6.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的選定 24 6.3 機身升降機構(gòu)的計算 24 6.3.1 手臂偏重力矩的計算 24 6.3.2 手臂升降不自鎖條件分析計算 25 6.3.3 手臂升降時驅(qū)動力的計算 25 6.3.4 液壓缸尺寸的初步確定 26 6.4 回轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)確定 27 6.4.1 定位桿的受力分析 27 6.4.2 定位缸的設計計算 27 6.5 齒輪的計算 28 6.6 連接件的設計 29 6.6.1 回轉(zhuǎn)定位油缸鍵的選取 29 6.6.2 回轉(zhuǎn)定位油缸銷的選取 29 6.7 本章小結(jié) 29 7 機械手零部件三維建模 30 7.1 SolidWorks軟件的背景及特點 30 7.2 機械手的三維建模 30 7.3 本章小結(jié) 32 8 經(jīng)濟性與環(huán)保性分析 33 8.1盡量使用環(huán)保無污染材料 33 8.2系統(tǒng)高效節(jié)能設計 33 8.3本章小結(jié) 33 9 液壓系統(tǒng) 34 10結(jié)論與展望 36 參考文獻 37 附錄一 外文譯文 38 附錄二 外文原文 48 致謝 54 VI 1 緒論 1.1前言 機械手能夠大致實現(xiàn)與人類手臂相似的動作，它可以在空間內(nèi)進行物體的抓放，移動，回轉(zhuǎn)等功能，同時也可以進行其它操作的機械部件。機械手可以仿真人手的部分動作，根據(jù)已輸入的語言或程序，來實現(xiàn)完全自動化的動作，如回轉(zhuǎn)，升降，移動，抓取工件等。在工業(yè)中被廣泛所應用的機械手稱為工業(yè)機械手。它能夠更有效地完成較多的復雜高強度的人類無法完全勝任的工作。因此，機械手被廣泛地應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門[1]。近年來，隨著工業(yè)4.0的提出以及我國經(jīng)濟的發(fā)展，中國工業(yè)轉(zhuǎn)型在中國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長模式的過程中扮演著重要角色，所以國家的工業(yè)也需要通過飛速的發(fā)展與完善。機械手作為機械生產(chǎn)中及其重要的一種工具，對其技術(shù)的不斷突破以及更新也變得越來越重要。[2]隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求，機械手在機械制造、冶金等部門中十分重要，特別是在高溫度、高壓力、易燃易爆以及放射性等惡劣不利人類工作的環(huán)境中來代替人類無法完全勝任的工作。因此機械手在如今的時代下?lián)碛惺謴V泛的空間以及極為有利的前景。 1.2工業(yè)機械手的發(fā)展動態(tài)和趨勢 目前工業(yè)機械手在國內(nèi)主要是發(fā)展鑄造、熱處理工藝的工業(yè)機械手，來改善工作強度以及條件；而在國外的機械工業(yè)中，工業(yè)機械手被廣泛的使用。例如進行點焊作業(yè)的點焊機械手，進行噴涂作用的噴漆機器人等。與我國機械手的不同之處在于，國外的機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有智能反饋系統(tǒng)的智能機械手，使它們能夠具有一定的傳感能力[3]，并根據(jù)外界條件的變化進行反饋作用，同時作相應的變更，使得機械手能夠進行更加精確的反饋動作，并根據(jù)反饋進行適當?shù)南乱徊降南鄳獎幼鳌? 根據(jù)目前工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢，人類也要對發(fā)展中的工業(yè)機械手的應用與發(fā)展提出以下五點更高的要求： 一、重復高精度。由于時代的發(fā)展，以后機械手會使用的越來越普遍，也會越來越廣泛。因此，對機械手的精度就提出了一定的要求，需要在多次使用時保證定位的精確性[4]。 二、機械手的模塊化。模塊化的機械手相比于一般的導向驅(qū)動機械手更加容易操作，也更加靈活。根據(jù)模塊的不同可以使得已經(jīng)模塊化的機械手由于它們所擁有的模塊功能不同，便會使機械手擁有不同的多樣的功能。這就令機械手的應用范圍增大了很多，提高了機械手的多樣性[4]。 三、無給油化。無給油化是新提出的一個環(huán)保概念，這是為了達成食品、醫(yī)藥、生物工程等特殊行業(yè)的無污染要求。隨著現(xiàn)代材料科學的發(fā)展，新型環(huán)保無潤滑材料的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊，不僅節(jié)省潤滑油脂且不污染環(huán)境，系統(tǒng)簡便、性能穩(wěn)定、成本較低、壽命可靠[4]。 四、機電一體化。機電一體化的核心思想在于機械裝置與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應控制氣動元件，使得機械手內(nèi)的系統(tǒng)由簡單的“開關(guān)控制”進化到高度的“反饋控制”，很大程度上提高了機電系統(tǒng)的可靠性[4]。 五、環(huán)保經(jīng)濟化。在當今時代的發(fā)展下，環(huán)保無污染已成為機械設計的趨勢，所以設計的機械手為了節(jié)能減排應該令結(jié)構(gòu)盡量的輕盈緊湊，必要時可利用二次能源或是環(huán)?？山到鉄o污染的材料進行設計。 1.3本章小結(jié) 本章簡要的介紹了機械手在當下的重要性、機械手的作用以及在國內(nèi)外機械手的發(fā)展動態(tài)以及在當今時代下的發(fā)展趨勢，同時簡單陳述了本文的研究內(nèi)容和方向。 2 機械手方案的選擇 本章節(jié)介紹了機械手的坐標以及參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)選擇總體方案的介紹，并列出主要性能參數(shù)和部件的基本數(shù)據(jù)。 2.1 機械手坐標形式的確定 機械手主要有如下所述的4種基本的坐標型式： 1. 直角坐標式——直角坐標的機械手結(jié)構(gòu)較簡單，精度高。工作位置為一條直線時十分適合選用本坐標形式。但是其占地較多 2. 圓柱坐標式——結(jié)構(gòu)相對復雜，但運動慣性小，不占太多空間，且工作的范圍廣闊。同時定位精度也可以達到較高的標準，在很多情況下都可以選取本形式。但由于其結(jié)構(gòu)限制，不能夾取地面上的工件。 3. 球坐標式——它具有響應快、迅速、靈活且不占過多空間的優(yōu)點，工作范圍較廣。但是因為球坐標的結(jié)構(gòu)較為復雜，手部擺動幅度的誤差會由于手臂的前后伸縮運動從而引起比原先更大的中心定位誤差。 4. 關(guān)節(jié)式——具有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，其中兩個關(guān)節(jié)軸線互相平行，它們形成一個較復雜的運轉(zhuǎn)范圍。具有響應迅速，工作范圍大且不占很多空間的優(yōu)點，并且可以通用于多種場合。由于其復雜的結(jié)構(gòu)以至于位置精度不容易控制。 綜上所述，本設計的立式精鍛機自動上料機械手采用圓柱坐標式機械手來實現(xiàn)相關(guān)功能。 2.2 機械手的主要部件及運動 在選定了圓柱坐標以后，開始分析本文所設計的機械手關(guān)鍵的動作。立式精鍛機自動上料機械手自由度數(shù)為4，主要完成5個動作，分別為機械手手爪的夾緊與松開、機械手手腕的回轉(zhuǎn)、機械手手臂的伸出和收縮、機械手手臂的回轉(zhuǎn)及其上升下降。 因此，本機械手主要由七個構(gòu)件、六個缸體組成： 1）機械手手臂升降機構(gòu)——采用直線式液壓缸； 2）中間座部件——采用齒輪回轉(zhuǎn)來帶動機械手的手臂回轉(zhuǎn)； 3）手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)——采用回轉(zhuǎn)式液壓缸； 4）手臂伸縮機構(gòu)——采用直線式液壓缸； 5）夾持式手部——方案與機械手手臂的伸縮機構(gòu)相同； 6）手腕部件——方案同3）； 7）回轉(zhuǎn)定位油缸——進行工件位置的定位。 2.3 驅(qū)動機構(gòu)的選擇 本設計中組成自動上料機械手的關(guān)鍵部分即為驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動方案以及驅(qū)動裝置的選擇很大程度上決定了系統(tǒng)的性價比。因為擁有不同的動力源，所以工業(yè)機械手的驅(qū)動裝置就可以分為液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電動驅(qū)動和機械驅(qū)動這樣的四類[5]。根據(jù)本設計的情況進行考慮，則本文機械手的驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動。這種方式容易操控，驅(qū)動力足夠，能夠較有效完成要求。 2.4 機械手參數(shù)的確定 機械手主要參數(shù)： 1）能夠抓取的工件質(zhì)量： 工件直徑 2）坐標形式：圓柱坐標 3）自由度： 4）工作半徑的范圍： 5）手臂抬起的最高高度： 6）手臂運動參數(shù)： 手臂德伸出與縮回范圍 手臂伸縮速度 伸出速度： 收縮速度： 手臂升降速度 上升 下降 手臂升降范圍 手臂回轉(zhuǎn)范圍 （這里?。? 手臂回轉(zhuǎn)速度 7）手腕運動參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍 手腕回轉(zhuǎn)速度 2.5 本章小結(jié) 本章運用了已知的參數(shù)對整體自動上料機械手進行了方案設計，如機械手坐標形式、確定自由度和驅(qū)動方式的選擇。 5 3 機械手手部方案的確定與設計 在機械手手部抓取工件時，系統(tǒng)響應應快，精確度高，并且具有一定的可靠性。由于機械手爪抓取工件的參數(shù)有很大的差別，例如大小、形狀、尺寸的不同，因此需要由工件的參數(shù)來決定機械手的具體結(jié)構(gòu)。 3.1 手部結(jié)構(gòu)分類 一般手爪分為夾持式以及吸附式這兩大類[6]。 按照本設計的技術(shù)參數(shù)及上文的方案分析，由于本設計的機械手所抓的坯料多為回轉(zhuǎn)型坯料，為了保證抓取的可靠性，則選取夾鉗式手部設計，本章節(jié)便只介紹夾鉗式手部。 它由機械手手指、傳動機構(gòu)以及驅(qū)動裝置三部分組成[7]?？梢宰バ阅芤约俺叽绺鞑煌幕剞D(zhuǎn)類零件如套筒等零件。它最常見驅(qū)動方式的為液壓驅(qū)動，也有氣動或者電驅(qū)動的驅(qū)動形式[8]。常用傳動的機構(gòu)來夾緊或放開工件。 平移型手指靠手指的平移來抓平板或是方料。在抓取各種大小不一的圓棒時，精度的影響不大。但制造時較為不便且較占空間。 回轉(zhuǎn)型手指靠回轉(zhuǎn)運動抓取。這類手指結(jié)構(gòu)簡便，制造較易。因此這類手指在工業(yè)上應用得較為廣泛。但由于工件的不同會使得精度不太高。其分類形式以及簡圖如圖，一支點回轉(zhuǎn)型，兩支點回轉(zhuǎn)型，移動型 本文選取圖中的b）結(jié)構(gòu)作為手指結(jié)構(gòu)。 圖3.1 機械手結(jié)構(gòu)類型 3.2 夾鉗式手部設計的要求 1. 夾緊力、驅(qū)動力要足夠[9]——夾緊力若過大會對工件有一定的磨損，也可能會產(chǎn)生大量的能耗，使得系統(tǒng)的經(jīng)濟性大大降低；相反，若力量過小則會夾持不了工件或是夾持力不夠從而產(chǎn)生松動甚至是脫落，無法保證抓取的安全性。所以，在確定夾緊力時，需要多方面考慮系統(tǒng)的動靜平衡以及慣性問題，保證夾緊的可靠性，防止系統(tǒng)松動和脫落等危險現(xiàn)象。 2. 機械手的手指之間應該有足夠的開閉角度[10]——手指在工作時擁有足夠的開閉范圍則可以簡單順利地抓放坯料或工件。若工件的直徑不同，則需要按直徑大的工件來進行開閉角以及開閉范圍的考慮與選取。 3. 保證工件在手指內(nèi)的夾持精度——手指能夠較準確地定位到被夾緊工件的位置。例如凸輪或是帶有曲面的等工件，保證它們可靠的位置精度是十分重要的一部分。 4. 要求擁有可靠足夠安全的強度和一定的剛度，防止在既有慣性力又有振動的環(huán)境下防止零件失效（斷裂或彎曲變形）。因此也需使結(jié)構(gòu)盡量緊湊輕盈。 5. 應考慮互換性和通用性，在大多數(shù)的情況下，機械手的手部是根據(jù)設定的要求專門設計的，為了讓其有更多的功能或作用，使其更加的通用，提高它的適用性，來適應參數(shù)、形態(tài)各異的工件需要。也可以對機械手的零件進行互換（滿足裝配要求與系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)即可）。 3.3 機械手手部的設計 3.3.1 手部夾緊裝置 為了完成擬定的設計目標，本文設計的手指結(jié)構(gòu)在上文3.1已經(jīng)介紹，傳動機構(gòu)采用滑槽杠桿機構(gòu)，夾緊裝置選擇常開式，油的壓力作為驅(qū)動來帶動拉桿進行運動，并且通過傳動機構(gòu)的帶動來實現(xiàn)手指的抓取運動。 3.3.2 手爪的力學分析 本文所選取的滑槽杠桿式手部的機構(gòu)如下圖3.2： 圖3.2 手部結(jié)構(gòu)受力分析簡圖 因為圓柱銷為平衡狀態(tài)，其受合力=0，可得出 對其進行變形得到公式3.1 （3.1） 銷對機械手手指的反作用力為，因為二力平衡，所以有下式3.2 （3.2） 由手指的平衡條件得公式3.3， （3.3） 因為 所以 （3.4） 由上文的分析與計算可得出結(jié)論：當驅(qū)動力F確定之后，如果角繼續(xù)擴大，那么握力FN也會隨著角度的增加而增大。但角如果過大，則會導致活塞桿上下移動過大，使得手爪的結(jié)構(gòu)也相應地增大，不適合之后對其他部件的設計。因此初步確定角的范圍在之間，本設計中此角度取。 3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 保證手爪能夠可靠地抓住工件的關(guān)鍵因素在于手指的夾緊力。因此必須對力的三要素進行具體計算分析。載荷包括重力產(chǎn)生的靜載荷以及系統(tǒng)運動時產(chǎn)生的動載荷。 1）最小夾緊力確定 最小夾緊力根據(jù)式3.5進行分析與計算： （3.5） 其中，安全系數(shù) ，工況系數(shù)根據(jù)公式3.6進行計算 （3.6） 其中 — 最大上升加速度； g — ； （3.7） — 系統(tǒng)響應時間，此處取0.5s； — 方位系數(shù)，根據(jù)實際情況，這里取4.0； — 坯料所受的重力，在本文中此重力均為G=mg=60x9.8=588N。 — 運載工件時重力方向的最大上升速度，由前文分析可得出，，將以上結(jié)果代入公式3.7計算出加速度a=0.2； 因此，綜上所述，，，，G=588N，根據(jù)公式3.2可得出夾緊力為3598.56N。 2）夾緊缸驅(qū)動力的計算 因為本機械手設計所選取的液壓缸為單作用缸，所以其作用力可以由3.8得 (3.8) — 活塞直徑； — 活塞桿直徑； — 工作壓力 上述參數(shù)單位均為SI，由此可確定驅(qū)動力： （2）由公式3.4可以得出公式3.9 （3.9） 將b=90mm，，a=95mm帶入上式，得 （3） 一般取效率值 由此得出 3.4 夾緊缸尺寸計算 表 3.1 液壓缸工作壓力 活塞上外力F（kN） 液壓缸工作壓力 （MPa） 活塞上外力F（kN） 液壓缸工作壓力 （MPa） 由表3.1分析，本設計中實際工作壓力，不難看出。 如圖，在缸的無桿腔進油時，根據(jù)公式3.10計算其內(nèi)徑 （3.10） 回油時系統(tǒng)壓力，公式可化為3.11 （3.11） 當缸的有桿腔進油時，根據(jù)公式3.12計算其內(nèi)徑： （3.12） F — 驅(qū)動力； P1 P2 — 此處??； — 這里效率值??； d — 活塞桿直徑，可利用下式3.13計算 （3.13） 表3.2 壓力與往復速度比對照表 液壓缸工作壓力 往復速度比 由于工作壓力為，所以，得 再將已知結(jié)果代入3.5可得 取，查液壓缸內(nèi)徑推薦標準JB826-66確定其內(nèi)徑，外徑推薦標準JB1086-7確定其外徑。綜上，有 液壓夾緊缸的結(jié)構(gòu)件圖見下圖3.3 圖3.3 夾緊缸結(jié)構(gòu)圖 3.5 螺栓尺寸的選定 3.5.1 手指部螺栓的分析與計算 由設計結(jié)構(gòu)分析，手部需要有螺紋緊固件對其進行預緊。又根據(jù)前文的受力分析可知，在機械手手部受力最大螺栓其預緊力力為5382.84N，許用應力2MPa，根據(jù)螺栓設計公式3.13 （3.14） 其中，預緊力為夾緊力5382.84N，得出d1需大于等于6.6mm，根據(jù)GB/T70.1-2016進行取整，所以這里選用內(nèi)六角圓柱頭螺釘M8。 3.5.2 手架部分螺栓的分析與計算 機械手的手架部分需要有4個螺栓對其進行固定，由于夾緊力在手指端部，因此，此螺栓組受傾覆力矩影響。在手指夾取工件時，手架左側(cè)螺栓被壓緊，右側(cè)螺栓被放松；當手指放開工件時，右側(cè)螺栓被壓緊，左側(cè)螺栓被放松。根據(jù)螺栓所受最大載荷公式3.15 （3.15） 其中，根據(jù)力矩公式M=Fl得出F=5382.54N，l=345mm，得出螺栓所受的力矩為1856.98Nm。由于4個螺栓在手架均勻分布，因此=45mm。根據(jù)公式3.8可得出螺栓最大工作載荷為10316.6N。由公式3.7可得出螺栓小徑4.6mm，根據(jù)GB/T70.1-2016，對計算結(jié)果進行取整，由此選取內(nèi)六角頭圓柱頭螺釘M6。 3.6 手部拉緊軸的分析 3.6.1 軸的載荷分析和計算 根據(jù)手部的分析，機械手手部的軸應為拉緊軸，所受力為兩端的拉緊力，對于夾持式手部的結(jié)構(gòu)分析，軸中由開槽平頭緊定螺釘固定。因此，拉緊軸僅受彎矩影響，受力分析圖及其彎矩圖如圖3-4所示。由已知夾緊力為5382.54N，根據(jù)參數(shù)以及手部結(jié)構(gòu)的參數(shù)，取夾緊力距離軸為195mm，根據(jù)彎矩公式M=Fl得出彎矩為1049.595Nm。 圖3.4 軸的受力分析及其彎矩圖 如上圖所示，F(xiàn)1=F3=5382.84N，F(xiàn)2=10765.68N，所以軸所受最大載荷即為1049.595Nm。根據(jù)軸的直徑設計公式3.16 （3.16） 其中M為1049.595Nm，由前文可知，許用應力=2MPa，因此可得出軸的直徑d6.8mm，取整則為8mm。由于這為拉緊軸，載荷分布較簡單，因此不需要分段，僅需一段即可。軸的裝配圖則如圖3.5所示。 圖3.5 機械手手部拉緊軸裝配圖 3.6.2軸的材料的選擇 由于機械手手部在抓取物體時會在手爪處產(chǎn)生應力集中，因此在軸上會產(chǎn)生一定的彎矩，在軸的運轉(zhuǎn)過程中亦會產(chǎn)生大量的熱量，需要能夠抗氧化并且能夠耐一定的高溫。如上圖3-5所示，為了手部抓取不產(chǎn)生松動或脫落，保證抓取的可靠性，同時考慮經(jīng)濟性。因此選用經(jīng)過耐熱鋼作為軸的材料。 3.7 銷連接的設計 銷按用途分為用于定位的定位銷，用于連接的連接銷等[11]。前者是機械結(jié)構(gòu)進行裝配時十分重要的定位零件，有些銷也可以傳遞較小的載荷。 銷的類型有很多，例如圓錐銷，圓柱銷，槽銷等，這些銷都是標準件，因此可直接選用。本設計采用圓柱銷，由于圓柱銷需要進行過盈配合從而固定在銷的孔內(nèi)，并且機械手的零部件需要卡緊以保證系統(tǒng)的安全可靠，所以選擇的過盈配合連接。在裝配前，需要對其相關(guān)精度進行復查。 3.8 本章小結(jié) 本章介紹了機械手的結(jié)構(gòu)及其種類，并通過已選取的方案對于機械手手爪的夾緊力、液壓缸的驅(qū)動力進行分析，并根據(jù)表格選取液壓缸的內(nèi)外徑尺寸。根據(jù)已知許用應力設計手部軸，螺栓的直徑，根據(jù)尺寸設計出可靠安全的機械手手部。 4 機械手手腕結(jié)構(gòu)設計 機械手手腕安裝在手臂部分與手爪部分之間，其作用是通過臂部的運動（如移動，回轉(zhuǎn)等）來更加完善地改變或者調(diào)整機械手的手部在空間內(nèi)操作的方位，使得機械手運動的范圍更廣，同時令機械手適應性更強。 4.1 腕部設計所需滿足的要求 1. 結(jié)構(gòu)盡可能緊湊、質(zhì)量小 機械手的手腕處于機械手手臂和機械手手爪之間，則整個機械手手部的動載荷以及靜載荷都需要由手臂部承載。因此，不難看出，手腕部的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和其載荷分布，都會對機械手各部分產(chǎn)生影響。所以在設計時，結(jié)構(gòu)需緊湊并且輕盈。 2. 合理布局其結(jié)構(gòu) 機械手的腕部是整體系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，還需要有支撐和連接的作用。所以，在能保證系統(tǒng)正常運作的情況下，還需要能夠有足夠安全的強度以及剛度。除此之外，還應結(jié)合機械手的實際情況對整體進行全面完善的考慮并合理布局。例如機械手腕部、機械手臂部、機械手手爪部的連接。還有對于手腕部分的自由度數(shù)的檢測以及壽命、性能的分析。 3. 完整分析工作條件 根據(jù)本文參數(shù)以及條件，機械手在抓料上料至立式精鍛機上時，環(huán)境對其沒有太多的影響，而且機械手沒有在高溫高壓的惡劣環(huán)境中，亦沒有在具有腐蝕性的介質(zhì)中進行工作。所以環(huán)境對系統(tǒng)的影響不大。 4.2 腕部結(jié)構(gòu)的選擇 手腕的動作不是很多，但由于其為連接部件，所以其結(jié)構(gòu)需要非常緊湊。在力量可以保證的前提下，質(zhì)量盡可能的要小，手腕部分所連接的手爪的夾緊機構(gòu)經(jīng)常要與手腕結(jié)構(gòu)一同考慮。 本設計條件所需要設計的機械手要求其手腕旋轉(zhuǎn)90度，1個回轉(zhuǎn)的自由度。驅(qū)動方案已在第二章的方案分配中介紹，此處不再敘述。 4.3 腕部的設計計算 機械手的手腕在回轉(zhuǎn)時，克服以下阻力才能夠正常運轉(zhuǎn)： 1. 腕部摩擦力產(chǎn)生的力矩 （4.1） 2. 回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的偏心矩 （4.2） 式中 ——重心到軸線的距離（）。 3. 慣性矩 （4.3） 4. 帶動系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 （4.4） 4.3.1 腕部參數(shù)的設定 自動上料機械手的手指夾緊結(jié)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)這幾個結(jié)構(gòu)可以等效成為一個高100cm，直徑100mm，能夠旋轉(zhuǎn)180度的圓柱體，抓取工件的質(zhì)量為。其所受的重力為。 4.3.2 腕部驅(qū)動條件的確定 1. 摩擦阻力矩 （4.5） 2. 系統(tǒng)啟動時間，此處取 s （4.6） 回轉(zhuǎn)角速度 （4.7） 3. 慣性矩 （4.8） ， 腕部質(zhì)量約為 通過式4.8： 4. 回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的偏心矩（此處可忽略） 5. 能夠驅(qū)動系統(tǒng)的總力矩 N·m 取效率，可計算 N·m 有上述計算可知，液壓缸回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總阻力矩，則有 對公式進行變形，得出式 （4.9） 式中： — 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的總力矩； P — 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時的壓力差 R — 內(nèi)孔半徑； r — 軸的半徑； b — 葉片寬。 圖4.1 回轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖 如上圖所示，，并由式4.9，得出 4.4 腕部零件的設計 4.4.1 腕部軸承的設計 由于手腕部是橫向放置，軸的最右端與機械手手爪部分相連接。則軸的右端所受轉(zhuǎn)矩為8Nm，腕部所受重力為132.01kg，即1293.70N，左端軸承徑向力，手腕所受重力與此轉(zhuǎn)矩相平衡。根據(jù)力學平衡公式及長度可得出，=879.5N。因為手腕為橫向放置，因此軸承不受軸向載荷。選用圓錐滾子軸承即可，綜合手腕結(jié)構(gòu)考慮并根據(jù)GB/T297-2013選用32015及32013的圓錐滾子軸承。相同的，在軸的左端軸承也僅受徑向力作用且僅是定位的作用，所以可以選用深溝球軸承。根據(jù)GB/T276-2013，本設計中，缸體右側(cè)選用6015深溝球軸承，缸體左側(cè)選用6209軸承。軸承需用卡圈對其進行一定的預緊定位作用，以此來防止軸向游隙。 本機械手中，其軸轉(zhuǎn)速并不大，且不在高溫的工作介質(zhì)中工作。因此，考慮到密封以及承受的載荷，這里采取油脂潤滑的方式進行潤滑。裝脂量最適宜裝在軸承內(nèi)部空間容積的。 4.4.2腕部鍵的設計 由于軸受轉(zhuǎn)矩影響，且不受軸向力，因此選用普通平鍵進行連接即可。根據(jù)GB/T1096-2003，擬定普通平鍵108，長度取35，軸的直徑為35。根據(jù)普通平鍵連接的強度條件公式4.10 （4.10） 其中，根據(jù)上文分析已知轉(zhuǎn)矩為8Nm，h為8mm。則可得出其應力為3.57MPa，遠小于許用應力。因此，普通平鍵108可以滿足要求。 4.5 本章小結(jié) 本章介紹了機械手手腕部分設計的基本要求，且給出了機械手手腕的結(jié)構(gòu)設計，通過已知的手腕結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)設計計算出機械手腕部所受的載荷，設計出驅(qū)動機構(gòu)的液壓缸尺寸，同時分析與選用手腕部分上的軸承部分以及軸上的鍵的選取與校核，使其能夠正常驅(qū)動，運轉(zhuǎn)可靠。 5 機械手手臂方案的確定與設計 機械手臂部運動的作用：帶動手部的運動且支撐手腕部分及手爪部分。手部的位姿（位置及姿態(tài)）若改變，則需要利用機械手手腕部分的自由度來完成。所以，至少具備3個自由度才能滿足其運動要求。它們分別為手臂的伸縮運動，升降運動和手臂的回轉(zhuǎn)運動，上述的這些運動利用驅(qū)動和傳動機構(gòu)來完成。機械手的手臂部分在運動時直接承受了機械手的腕部、機械手的手部和工件的動靜載荷。[12]所以機械手手臂的總體結(jié)構(gòu)、手臂工作的范圍及其靈活性對于系統(tǒng)性能的影響是顯而易見的。 5.1 滿足手臂運動的要求 1. 臂部所受載荷要足夠，質(zhì)量要盡可能的小 1)恰當?shù)奶岣呤直鄣闹蝿偠?，支撐點的距離要盡量合適。 2)對手臂處的載荷詳細考慮，合理布局。 3)采取更精密的公差配合 2. 臂部速度快，慣性盡量減少 機械手在確定了行程范圍、生產(chǎn)節(jié)拍后，便可知其速度大小。因此上述的兩個參數(shù)需要盡量大。機械手臂部的質(zhì)量也需要一定的減少?？梢酝ㄟ^下列三種方法來減少慣性： 1） 采用密度較低的材料如鋁合金等，減少重量； 2） 對手臂輪廓的尺寸進行一定的縮?。? 3） 手臂的回轉(zhuǎn)運動盡量在較小的前伸位置下，減小手臂的回轉(zhuǎn)半徑； 3. 手臂不能自鎖 由于系統(tǒng)運動時若不平衡，那么系統(tǒng)很有可能由于摩擦以及動平衡的原因產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，這就需要對系統(tǒng)不自鎖的條件進行考慮，使得手臂能夠順利完成其工作。 5.2 機構(gòu)的選擇 根據(jù)實際情況以及本文所設定的參數(shù)可知，此處選擇類似雙導桿伸縮機構(gòu)，并且采用雙作用液壓缸進行液壓驅(qū)動。由于希望增加伸縮運動的距離，因此這里將伸縮機構(gòu)更改為燕尾型導軌。 5.3 手臂的設計計算 先根據(jù)前文已知的參數(shù)和已設計的系統(tǒng)來對本章的系統(tǒng)進行大致的估計，并初步計算設計出一個結(jié)構(gòu)，并且可以類比與之相似的結(jié)構(gòu)，重新進行系統(tǒng)的完善。根據(jù)不斷地分析，便可設計出其結(jié)構(gòu)。 液壓驅(qū)動力可通過公式進行計算 （5.1） 5.3.1 系統(tǒng)摩擦力的計算 由前文可知，本設計選取燕尾式導軌，此時的計算公式為： （5.2） — 所有構(gòu)件重力； — 當量摩擦系數(shù)，可根據(jù)下式5.3計算： （5.3） — 鋼對青銅時取摩擦系數(shù) — 導軌的夾角： 若， 若， 手腕質(zhì)量大約為200kg，所受重力，手臂質(zhì)量約為，則其所受重力，機械手抓取的工件，所受重力，進行計算可知 5.3.2 手臂密封裝置阻力的分析與計算 前文第三章已分析系統(tǒng)驅(qū)動壓力為，所以有下式5.4； （5.4） F為系統(tǒng)的驅(qū)動力。 5.3.3 慣性力的計算 慣性力計算公式如式5.5： （5.5） 式中 —運動狀態(tài)下零件的重力； — 重力加速度，此處仍取 — 臂部伸出的速度； — 機械手手臂系統(tǒng)啟動過程的時間，一般可取。 本文所設計的自動上料機械手根據(jù)參數(shù)分析可知其不屬于重載，且運轉(zhuǎn)速度不快，又由于參數(shù)臂部伸出的=0.233m/s，所以這里取=0.2s，代入上式，得 取=0.05F，將以上的計算結(jié)果代入公式 （5.1） 可以得出 則 F=2147.12N 5.4 液壓缸壓力和結(jié)構(gòu)的分析 在已知驅(qū)動力之后，根據(jù)表3.1選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.1。 圖5.1液壓缸結(jié)構(gòu)圖 此處液壓缸的內(nèi)徑計算方式以及選定方式如同章節(jié)3.4，因此這里僅列出計算結(jié)果，過程不再詳細敘述。 解此方程可得出 D2=61.8mm 取D1，D2中的最大值，并根據(jù)液壓缸推薦標準，取內(nèi)外徑標準值，則D=80mm，d=30mm。 5.5 手臂部分螺栓的設計 根據(jù)回轉(zhuǎn)機構(gòu)進行分析，螺栓組是由6個承受橫向載荷的螺栓連接，總受力為2147.12N，根據(jù)每個螺栓受力公式5.11可得每個螺栓受力為214.71N。 （5.7） 可得每個螺栓受力為214.71N。根據(jù)螺栓的預緊力公式5.12 （5.8） 為材料的摩擦系數(shù)，取值范圍為，此處取值。f是接合面的摩擦系數(shù)，因為螺栓的材料為鋼，同時查取參考文獻11，得此處的摩擦系數(shù)為0.4，螺栓數(shù)量為6個，z=6，i為接合面數(shù)，結(jié)構(gòu)中螺栓連接了兩個面則有i=2，由此得出螺栓所需預緊力為322.07N。再由螺栓設計公式3.7，計算出出螺栓小徑需要大于8.1mm，對計算結(jié)果根據(jù)GB/T70.1-2016進行取整，因此這里選取M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘進行緊固連接。 5.6 手臂部分的裝配以及技術(shù)要求 手臂回轉(zhuǎn)部分依靠上端蓋與手臂的伸縮機構(gòu)相連接。對于本設計的手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)的主軸的軸承進行密封，根據(jù)GB/T3452.1-2005，利用O型橡膠密封圈155x5.3進行密封，各密封件裝配之前需浸透油。 手臂升降部分在螺紋緊固件緊固時，必須使用合適的旋具或扳手。在進行液壓系統(tǒng)的裝配時可以用密封填料，但需要防止泄露進系統(tǒng)內(nèi)。 5.7 本章小結(jié) 本章介紹了機械手手臂設計的基本要求，根據(jù)參數(shù)選擇手臂設計的方案并通過摩擦阻力，慣性力，重力等的力學分析設定了手臂驅(qū)動液壓缸的內(nèi)徑與外徑。并對一定的零件進行設計與選取。同時也對手臂部分的技術(shù)要求作了一定的介紹。 6 機械手機身結(jié)構(gòu)設計 機械手機身的作用既能夠直接支撐手臂，也能夠驅(qū)動手臂。在一般情況下，它能完成手臂部分的運動，如回轉(zhuǎn)和升降。安裝在機械手部件上是它們的傳動機構(gòu)。機身的形式較多，在大多數(shù)情況下，為固定的機身，特別的機身也可以沿著軌道工作。 6.1 機身整體構(gòu)思 根據(jù)本設計的參數(shù)以及本設計的要求，機械手需要實現(xiàn)其手臂的回轉(zhuǎn)運動，一般來說，在機身處設置機械手臂的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。為了使得設計得合理安全可靠，因此就要進行綜合的考慮及分析。 機身是機械手的重要組成部分，它能夠?qū)C械手的運動產(chǎn)生極大的影響。比較普遍的機身結(jié)構(gòu)有回轉(zhuǎn)缸位于升降下的結(jié)構(gòu)，其承受力矩大，但精度不能保證；回轉(zhuǎn)缸位于升降上的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，但質(zhì)量較大。 綜上，并進行綜合考慮，本設計采取第二種結(jié)構(gòu)即回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設計的機械手包括了機械手機身的回轉(zhuǎn)運動和機械手升降運動這兩種運動?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)液壓缸的主轉(zhuǎn)軸與升降系統(tǒng)液壓缸共用一個活塞桿。選用空心的活塞桿，活塞桿內(nèi)裝一個花鍵套，軸與此花鍵采取基孔制過盈配合，活塞的升降運動通過花鍵軸來帶動?；ㄦI軸和升降液壓缸缸體的下端蓋用普通平鍵進行連接固定，下端蓋和連接地面的系統(tǒng)底座來進行固定。這樣就定位了花鍵軸，同時也利用了花鍵軸完全定位了活塞桿[13]。此結(jié)構(gòu)由于活塞桿在內(nèi)部所以十分緊湊。 由于前文已分析驅(qū)動結(jié)構(gòu)，此處也使用液壓驅(qū)動的方式進行驅(qū)動。為了能夠使葉片回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)液壓缸利用進油孔和排油孔分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)即可。回轉(zhuǎn)的角度大小一般通過擋塊確定。根據(jù)本設計的條件，就意味著回轉(zhuǎn)葉片之間所轉(zhuǎn)動的角度大小，為了達成設計的基本要求，本設計采用動靜片之間回轉(zhuǎn)的角度為。 6.2 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的分析與計算 6.2.1 液壓缸驅(qū)動力矩的計算 回轉(zhuǎn)液壓缸的大致尺寸與結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。且驅(qū)動力矩需要滿足式6.1 圖6.1 機身的力學分析與大致尺寸的結(jié)構(gòu)簡圖 （6.1） 一般， 根據(jù)式6.2進行計算； （6.2） 式中 ； — 啟動時間； J0 — 手臂在其回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量（N·m·s2）。 當其回轉(zhuǎn)時，手臂零件重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為，則其轉(zhuǎn)動慣量可通過公式進行計算 （6.3） 式中 Jc — 回轉(zhuǎn)零件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量，可根據(jù)6.4計算 ； （6.4） — 回轉(zhuǎn)缸的背壓力矩， 此處可以近似為零。 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)近似視為長，的圓柱體，，，取， N·m·s2 N·m·s2 由式6.2計算： N·m 又根據(jù)式6.1計算，最終解出結(jié)果 N·m 6.2.2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的選定 （6.5） 對上式進行變形得出式 （6.6） 擬取，，，代入式得 132mm 根據(jù)液壓缸推薦標準系列，取標準值D=150mm。 6.3 機身升降機構(gòu)的計算 6.3.1 手臂偏重力矩的計算 由前文可知，N，偏重力臂mm。 偏重力矩由公式 （） 將已知數(shù)據(jù)代入上式，得 6.3.2 手臂升降不自鎖條件分析計算 手臂在其重力的作用下會有向下的運動，而立柱的導套防止這種趨勢，如圖6.1所示。 根據(jù)兩力平衡的條件可知 （6.8） 即 （6.9） 而系統(tǒng)不自鎖的條件為： （6.10） 即 一般取f=0.15，則 （6.11） 當mm時 mm 根據(jù)上述的分析，可得出結(jié)論：導套高度最小高度為，根據(jù)綜合情況分析取。 6.3.3 手臂升降時驅(qū)動力的計算 （） 取。 余下參數(shù)的的計算同上。 （1） 的計算 （） 由前文參數(shù)以及分析可得，速度,，約為，根據(jù)式 N （2） N 推出 N （3） 根據(jù)密封方式取得 （4） 最終得出總驅(qū)動力 6.3.4 液壓缸尺寸的初步確定 由上文分析可得 取，則應得出，查閱液壓缸內(nèi)徑推薦標準得： 6.4 回轉(zhuǎn)液壓缸結(jié)構(gòu)確定 定位油缸的作用為在手臂回轉(zhuǎn)時進行定位。其進油方式是單口進油，出油方式為單口出油。 6.4.1 定位桿的受力分析 圖 6.2 桿的力學分析 如上圖，桿所受力為 由圖進行分析可得 6.4.2 定位缸的設計計算 由前文介紹已知，液壓缸的工作壓力， 則本節(jié)的定位缸內(nèi)徑為 因此取，根據(jù)液壓小徑推薦標準選取小徑為，定位缸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖6.3所示 圖6.3 回轉(zhuǎn)定位油缸結(jié)構(gòu)簡圖 6.5 齒輪的計算 本設計中采用直尺圓柱齒輪進行傳動，取輸入功率為10kw，由于本設計僅考慮傳動，所以選用兩個相同齒輪進行傳動。齒輪轉(zhuǎn)速為960r/min，壓力角取，精度取級，根據(jù)參考文獻11，材料選用40Cr，熱處理采用調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為280HBS。 選齒輪齒數(shù)為。根據(jù)齒面疲勞強度設計公式 （6.16） 其中，取，，u取3.2，選取，，查閱參考文獻11的表10-5得出彈性影響系數(shù)。同時計算重合度系數(shù)。 查參考文獻11可知齒輪的接觸疲勞極限為550MPa，根據(jù)安全性以及壽命的考慮，取其接觸疲勞許用應力為520MPa。因此，將上列已知參數(shù)帶入公式6.16中，得出 再對分度圓直徑進行一定的調(diào)整，其中齒輪的圓周速度，齒寬=60.9mm，根據(jù)參考文獻11得： ，根據(jù)修正分度圓公式=65.44，則模數(shù)。所以，齒輪的模數(shù)，齒數(shù)，分度圓直徑。精度與壓力角如上文所述。 6.6 連接件的設計 6.6.1 回轉(zhuǎn)定位油缸鍵的選取 由于軸受轉(zhuǎn)矩影響，因此利用普通平鍵進行連接即可。查閱鍵的國家標準GB/T1096-2003，擬定選用普通平鍵，長度l取20，軸的直徑為25且軸為基孔制配合。根據(jù)前文公式4.6 （4.10） 其中，力為F/2=5520N，轉(zhuǎn)矩為55200.0875=483Nm，h為7mm。則可得出其應力為110MPa，可承受靜載荷以及輕微沖擊，滿足要求。因此，普通平鍵87可以滿足要求。 6.6.2 回轉(zhuǎn)定位油缸銷的選取 由于圓錐銷在受到橫向力的時候會進行自鎖現(xiàn)象。安裝拆卸較方便，精度較高，可進行多次的拆卸與裝配，且對精度沒有影響。所以本設計根據(jù)GB/T117-2000選取圓錐銷B845進行連接。 6.7 本章小結(jié) 本章提出了機身的整體設計方案，并且在此基礎(chǔ)上確定選取了回轉(zhuǎn)液壓缸以及回轉(zhuǎn)定位缸的尺寸。在對于機構(gòu)的設計方案完成后，對系統(tǒng)內(nèi)的部分重要零件（如齒輪）以及連接件（鍵，銷）進行了分析與設計計算，選取適合本方案的零件。 7 機械手零部件三維建模 在本設計方案完全確定后，便開始對設計的立式精鍛機自動上料機械手進行三維建模。本設計通過Solidworks軟