工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【球坐標(biāo)式機(jī)械手】【四自由度】【說明書+CAD+PROE】

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關(guān)鍵詞：機(jī)械手、工業(yè)機(jī)械手、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、伸縮臂 目錄 1 緒論 5 1.1 工業(yè)機(jī)械手在國民經(jīng)濟(jì)中的作用與地位 5 1.2 工業(yè)機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展概述 6 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 8 1.4 球坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的工作原理及作用 8 2 方案確定 9 2.1 電源 9 2.2 總體參數(shù) 9 2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 10 2.3.1 手部 10 2.3.2 臂部及機(jī)身 10 2.3.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 11 2.4 總體方案圖繪制 12 3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 12 3.1 總體尺寸要求 12 3.2 機(jī)械手夾尺寸計(jì)算 13 3.2.1 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 15 3.3 伸縮臂尺寸設(shè)計(jì) 15 3.4 驅(qū)動(dòng)缸參數(shù)計(jì)算 18 3.4.1 機(jī)械手夾液壓缸參數(shù)計(jì)算 18 3.4.2 機(jī)械手夾移動(dòng)液壓缸參數(shù)計(jì)算 18 3.4.3 手臂升降液壓缸參數(shù)計(jì)算 18 3.4.4 回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計(jì)算 18 3.5 機(jī)架設(shè)計(jì) 19 4 液壓系統(tǒng) 19 4.1 分析工況及設(shè)計(jì)要求 20 4.2 工作負(fù)載 20 4.3 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 21 4.4 繪制液壓系統(tǒng)工況圖 21 4.5 初選液壓缸工作壓力 23 4.6 計(jì)算液壓缸的主要尺寸 23 4.7 液壓泵組的選擇 25 4.8 液壓閥的選擇 25 4.9 油箱容積的確定 25 4.9.1 確定液壓泵組的主要參數(shù) 25 4.9.2 電機(jī)功率的確定 26 4.10 電機(jī) 26 4.10.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速 27 4.10.2 電機(jī)功率 28 4.10.3 電機(jī)材料 28 4.10.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 28 4.11 液壓閥的選擇 29 4.12 油箱容積的確定 29 4.13 管道內(nèi)徑計(jì)算 29 4.14 管道壁厚的計(jì)算 29 4.15 液壓系統(tǒng)壓力損失 30 4.16 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 30 4.17 液壓系統(tǒng)液壓沖擊 31 5 環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性分析 31 5.1 節(jié)能環(huán)保性分析 31 5.2 經(jīng)濟(jì)性分析 31 5.3 結(jié)束語 32 6 參考文獻(xiàn) 33 1 緒論 1.1 工業(yè)機(jī)械手在國民經(jīng)濟(jì)中的作用與地位 機(jī)器人的歷史并不算長，1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開始。 英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號(hào)的理論。德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。1954年,德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人，認(rèn)為汽車工業(yè)最適于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過程較為固定。1959年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。 現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。 自1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。 大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機(jī)床的誕生。與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的控制、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 另一方面，原子能實(shí)驗(yàn)室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。 1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。 1965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺傳感器的、能識(shí)別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 1967年日本成立了人工手研究會(huì)（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。 1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速廣泛的普及。 1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動(dòng)的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。 到了1980年，工業(yè)機(jī)器人才真正在日本普及，故稱該年為“機(jī)器人元年”。 隨后，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了巨大發(fā)展，日本也因此而贏得了“機(jī)器人王國的美稱”。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)器人的視覺和觸覺等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)器人概念的延伸。 80年代，將具有感覺、思考、決策和動(dòng)作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個(gè)概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實(shí)。將機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個(gè)領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。 當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”的名稱，這也說明了機(jī)器人所具有的創(chuàng)新活力。 1.2 工業(yè)機(jī)械手國內(nèi)外發(fā)展概述 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)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，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 （1）工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。 （2）機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 （3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 （4）機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 （6）當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題主要研究的內(nèi)容是：球坐標(biāo)式四自由度機(jī)械的原理、構(gòu)造及設(shè)計(jì)等等。 1.4 球坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)械手的工作原理及作用 機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置，它是機(jī)械化、自動(dòng)化的重要手段。因此，獲得了日益廣泛的應(yīng)用，特別在高溫、高壓、危險(xiǎn)、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中，它代替了人的工作，具有重要的意義。在機(jī)械加工中，沖壓、鑄、鍛、焊、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸、國防工業(yè)等各方面，也已愈來愈引起人們的重視。 機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)以及位置檢測裝置等組成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可采用液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等形式，而多數(shù)采用電液機(jī)聯(lián)合傳動(dòng)。 該機(jī)械手是將圓柱形零件從傳送帶上夾裝到專用機(jī)床上，待加工完畢后再夾裝回傳送帶的專用機(jī)械手。機(jī)械手總體設(shè)計(jì)分為夾持器、伸縮臂、升降臂和底座四大部件設(shè)計(jì)及二個(gè)系統(tǒng)：PC電控系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。夾持器安裝于伸縮臂上，伸縮臂安裝在升降臂上，升降臂安裝在底座上。連接方式均為法蘭盤螺栓連接。 2 方案確定 該工業(yè)機(jī)械手的坐標(biāo)形式是球坐標(biāo)式，其臂部的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿X軸的伸縮，繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手臂部的俯仰運(yùn)動(dòng)能抓取到地面上的物件，為了使手部能夠適應(yīng)被抓取對象方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種形式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外，臂部擺角的誤差通過手臂會(huì)引起手部中心處的誤差放大。 2.1 電源 電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器，它提供所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響電機(jī)、控制元件和電腦等的工作性能和使用壽命。 電源涉及到電壓和頻率，各國的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，電頻率歐洲為60Hz，中國為50Hz；電壓的選取則要根據(jù)實(shí)際情況的需要，主要是電纜能承受的范圍內(nèi)選取，一般情況下，功率不大，都選取AC220V作為動(dòng)力電源，根據(jù)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，本篇中減速機(jī)的電機(jī)采用常用的3相交流電壓AC220V，50Hz的電制。 2.2 總體參數(shù) 工業(yè)機(jī)械手有幾大部件：1、電機(jī)，2、液壓缸，3、手臂，4、支架，5、基座，本篇；論文的工業(yè)機(jī)械手有如下參數(shù)： 抓重 300N 自由度 4 臂部運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 伸縮 350mm，<300mm/s 回轉(zhuǎn) 0°~210°，<90°/s 橫移Y 300mm，<300mm/s 升降Z 100mm，<300mm/s 俯仰θ 0°~45°，<90°/s 電制 220V/50Hz 定位方式 電位器設(shè)定，點(diǎn)位控制 驅(qū)動(dòng)方式 液壓(中、低壓系統(tǒng)) 控制方式 PLC控制 手指夾持范圍 棒料，直徑φ40~φ60，長度450~1200mm 重量 40kg 2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2.3.1 手部 手部是用來直接抓取或握緊（或吸附）工件的部件。由于被抓握工件的形狀、尺寸大小、輕重和材料的性能、表面狀況等不同，工業(yè)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的，大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)工件的要求而設(shè)計(jì)的。常用的手部結(jié)構(gòu)有夾鉗式、氣吸式、電磁式以及其他形式。 夾鉗式手部設(shè)計(jì)的基本要求：應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力；手指應(yīng)應(yīng)具有一定的開閉范圍、應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾緊精度；要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高；應(yīng)考慮通用性和特殊要求。 2.3.2 臂部及機(jī)身 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。作用是支承腕部和手部（包括工件與工具）。并帶動(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手部的伸縮 左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。機(jī)身是直接支承和傳動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)臂部的升降 回轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因而其設(shè)計(jì)與臂部的設(shè)計(jì)經(jīng)常一起考慮。機(jī)身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運(yùn)動(dòng)。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求為：a承載能力大，剛度好，自重輕；運(yùn)動(dòng)速度高，慣性??；臂部運(yùn)動(dòng)應(yīng)靈活；位置精度要高。 除上面提到的要求外，還要保證機(jī)械手的通用性要好，能適應(yīng)在不同環(huán)境作業(yè)的要求：工藝性要好，便于安裝和加工;用于高溫環(huán)境作業(yè)的機(jī)械手，還要考慮隔熱和冷卻；用于粉塵大作業(yè)區(qū)的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。這方面的設(shè)計(jì)需要根據(jù)機(jī)械手工作環(huán)境條件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。 綜上所述，本機(jī)械手的設(shè)計(jì)，臂部選用雙導(dǎo)向桿伸縮結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。 2.3.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 根據(jù)動(dòng)力源不同大致可分為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)課題特點(diǎn)。其中以液壓氣動(dòng)用的最多，占90%以上，電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī)、直流或交流的伺服電機(jī)、變速箱等。電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡單，維護(hù)，使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動(dòng)力，出力比較大；缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢。 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度快，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高。 2.4 總體方案圖繪制 3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 工業(yè)機(jī)械手的計(jì)算主要分為驅(qū)動(dòng)力計(jì)算、液壓缸推桿行程將計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、液壓缸計(jì)算、電機(jī)功率計(jì)算等等，下面我們就一一來進(jìn)行計(jì)算。 3.1 總體尺寸要求 抓重 300N 自由度 4 臂部運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 伸縮 350mm，<300mm/s 回轉(zhuǎn) 0°~210°，<90°/s 橫移Y 300mm，<300mm/s 升降Z 100mm，<300mm/s 俯仰θ 0°~45°，<90°/s 具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖紙。 3.2 機(jī)械手夾尺寸計(jì)算 圖3-1：機(jī)械手夾抓最大工件 抓取的圓柱體直徑為60mm,長約450mm~1200mm。 安全系數(shù)取1.2， 驅(qū)動(dòng)缸輸出力驅(qū)動(dòng)力 Fp=300 x1.2N=360N。 如上圖右半部分在拉桿的作用下銷軸向上的拉力為P,并通過銷軸中心，液壓推桿對銷軸的反作用力為P1和P2，其力的方向垂直于滑槽的中心線。 由∑Fx=0 得P1= P2 ∑Fy=0 得P1= ∑Mo1（F）=0 得P1h=Nb 因h= 所以P= 式中 a—手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離（mm）； —工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間的夾角。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增加，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度，使之結(jié)構(gòu)增大，因此一般取=～，這里取為350。 此處設(shè)計(jì)的機(jī)械手是滑槽杠桿式的。 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算(1)由上知，驅(qū)動(dòng)力 P= 手指與工件的位置：手指垂直位置夾水平平位置放置的工件，那么握力,其中,f為摩擦系數(shù)，鋼對鋼f=0.1。工件的重力G=300N,解得握力N=252N.取a=b則, 代入公式中解得 驅(qū)動(dòng)力P=662N 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： 式中P——計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)力 ——手部的機(jī)械效率 ——安全系數(shù)，一般取為(1.1～2) ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可近似估算：，其中a為被抓取工件運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度，g為重力加速度() 該傳力機(jī)構(gòu)為杠桿式，故取，并取=1.13,假設(shè)被抓取工件的最大加速度a/g=0.2時(shí)，那么=1.13. 所以=662x1.13x1.13=753N 3.2.1 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)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(yùn)動(dòng)部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)，為使機(jī)械手能適用于多品種小批量 工件直徑在一定范圍內(nèi)變化的生產(chǎn)中，必須使用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以采用自動(dòng)定心的手部結(jié)構(gòu)來減少機(jī)械手的調(diào)整工作，從而使加持誤差控制在較小范圍內(nèi)。 該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為40mm～60mm 一般夾持誤差不超過1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： 計(jì)算 因，即和在雙曲線的對稱點(diǎn)的同側(cè)，故其夾持誤差△為： =1.3mm 夾持誤差△=1.3mm，因此本設(shè)計(jì)的夾持誤差<3mm,滿足設(shè)計(jì)的要求。 3.3 伸縮臂尺寸設(shè)計(jì) 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。手臂運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括3個(gè)運(yùn)動(dòng)：。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)(方位)則由腕部的自由度實(shí)現(xiàn)。因而機(jī)械手的臂部一般具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求:即手部的伸縮 回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。臂部的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(油缸或氣缸)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況看，他在工作中既直接承受腕部 手部和工件的靜 動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，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都直接影響機(jī)械手的工作性能。 (1)臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 ①根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 ②提高支撐剛度和合理選擇支撐間的距離。 ③合理布置作用力的位置和方向。 ④盡可能使結(jié)構(gòu)簡單化 ⑤水平放置的手臂，應(yīng)該增加導(dǎo)向桿的剛度 ⑥提高活塞和缸體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂伸縮時(shí)的剛度。 (2)臂部要運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小。 機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，在大部分行程上平均移動(dòng)速度為回轉(zhuǎn)角速度在。平均回轉(zhuǎn)速度為 在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。減少慣性沖擊的措施有： ①減少臂部運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料 ②減少臂部運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸 ③減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手運(yùn)動(dòng)順序時(shí)，先縮回回轉(zhuǎn)(或先回轉(zhuǎn)后伸)，盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作 ④驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 (3)臂部動(dòng)作應(yīng)靈活。 為減少臂部運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對于懸臂式機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使臂部運(yùn)動(dòng)盡可能保持平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 (4)位置精度要高。 通常先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)數(shù)次，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的負(fù)載、摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為 式中 ——摩擦阻力（N）.臂部運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦力。 ——密封裝置處的摩擦阻力（N） ——油缸回油腔低壓油造成的阻力，一般背壓阻力較小，可取 ——臂部啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)活塞桿上受到的平均慣性力（N） 圖3-2：支臂受力示意圖 根據(jù)升降Z<300mm/s， 液壓伸縮缸完成水平動(dòng)作，行程S=300mm,主要承受的載荷包括摩擦力，慣性力，啟動(dòng)平穩(wěn)，停止無剛性沖擊，定位精確。 3.4 驅(qū)動(dòng)缸參數(shù)計(jì)算 3.4.1 機(jī)械手夾液壓缸參數(shù)計(jì)算 根據(jù)前面的計(jì)算，對于機(jī)械手夾移動(dòng)液壓缸液壓缸載荷液壓缸負(fù)載力R≈753N。 3.4.2 機(jī)械手夾移動(dòng)液壓缸參數(shù)計(jì)算 對于機(jī)械手夾移動(dòng)液壓缸載荷質(zhì)量m包括機(jī)械手工件，總質(zhì)量為m=85 Kg, 對于底部轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸液壓缸負(fù)載力R≈850N。 3.4.3 手臂升降液壓缸參數(shù)計(jì)算 升降液壓缸為整個(gè)升降平臺(tái)提供動(dòng)力和支撐，液壓缸除了提供升降動(dòng)力外，還應(yīng)該滿足啟動(dòng)迅速，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精確，停止無剛性沖擊等性能；液壓缸的主要載荷包括滑臺(tái)和其上所裝零部件質(zhì)量，以及啟動(dòng)加速時(shí)的慣性力。 液壓缸載荷質(zhì)量m包括滑臺(tái)，伸縮臂，機(jī)械手，工件，總質(zhì)量為m=95 Kg, 對于手臂升降液壓缸負(fù)載力R≈950N。 3.4.4 回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計(jì)算 升降液壓缸為整個(gè)升降平臺(tái)提供動(dòng)力和支撐，液壓缸除了提供升降動(dòng)力外，還應(yīng)該滿足啟動(dòng)迅速，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精確，停止無剛性沖擊等性能；液壓缸的主要載荷包括滑臺(tái)和其上所裝零部件質(zhì)量，以及啟動(dòng)加速時(shí)的慣性力。 液壓缸載荷質(zhì)量m包括滑臺(tái)，伸縮臂，機(jī)械手，工件，總質(zhì)量為m=103Kg, ,對于該回轉(zhuǎn)液壓缸負(fù)載力R≈1030N。 3.5 機(jī)架設(shè)計(jì) 機(jī)架是整個(gè)及其的主要部分，起到對移動(dòng)件的支撐，固定，和導(dǎo)向作用，所以機(jī)架應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以下主要根據(jù)載荷與受力情況設(shè)計(jì)機(jī)架及其上面的各部件的結(jié)構(gòu)尺寸。 回轉(zhuǎn)支承是轉(zhuǎn)動(dòng)部分和底座之間的可動(dòng)連接，能承受一定的垂直力和傾覆力，由于及其所受的傾覆力不大，故主要根據(jù)液壓升降缸的結(jié)構(gòu)尺寸來選擇。 底座起到支撐和固定整個(gè)回轉(zhuǎn)部分的作用，整個(gè)支撐所承受的載荷在200Kg以內(nèi)，其結(jié)構(gòu)主要根據(jù)回轉(zhuǎn)支承安裝設(shè)計(jì)，底座結(jié)構(gòu)尺寸參看裝配圖。 4 液壓系統(tǒng) 桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)，來自手動(dòng)操縱裝置或自動(dòng)操縱裝置的輸入信號(hào)經(jīng)連桿帶動(dòng)串聯(lián)控制閥運(yùn)動(dòng)，串聯(lián)閥的左右位移即控制了液壓油進(jìn)入串聯(lián)液壓缸的方向和流量， 圖2.2液壓系統(tǒng)圖 于是活塞桿帶動(dòng)舵面動(dòng)作，其運(yùn)動(dòng)又通過反饋桿反饋到串聯(lián)閥，當(dāng)串聯(lián)閥恢復(fù)原始位置時(shí)油路切斷，使串聯(lián)液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。兩套液壓系統(tǒng)的液壓源分別由不同的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以即使一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障另一個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)受到影響，只是功率減半，動(dòng)作速度稍慢一些。在實(shí)際操縱時(shí)可分為三種狀態(tài)：①駕駛員的手操縱狀態(tài)即助力操縱狀態(tài)，此時(shí)搖臂以A點(diǎn)為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，B點(diǎn)帶動(dòng)連桿一起移動(dòng)，從而使串聯(lián)閥運(yùn)動(dòng)；②自動(dòng)操縱狀態(tài)，此時(shí)搖臂以O(shè)點(diǎn)為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，B點(diǎn)同樣帶動(dòng)連桿一起移動(dòng)(區(qū)別僅是傳動(dòng)比不同)，從而也使串聯(lián)閥運(yùn)動(dòng)；③復(fù)合操縱狀態(tài)，此時(shí)搖臂上A點(diǎn)和O點(diǎn)均在運(yùn)動(dòng)，從而使B點(diǎn)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)。 將上述電液復(fù)合液壓推桿系統(tǒng)原理圖畫成結(jié)構(gòu)方框圖見圖2.6，伺服放大器的作用是使位移傳感器電壓與給定電壓比較并放大，使之能驅(qū)動(dòng)電液伺服閥上的力矩馬達(dá)，它的輸入量與輸出量分別為電壓△U與電流I。電液伺服閥與伺服液壓缸是一組電-液壓-機(jī)械量之間的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，輸入量與輸出量分別為電流I與位移x。助力器是由滑閥、負(fù)載液壓缸及反饋搖臂組成，輸入量與輸出量分別是滑閥的位移與負(fù)載液壓缸的位移。液壓推桿系統(tǒng)中舵面、操縱桿等連接一般采用杠桿等組件，其輸入與輸出是桿的位移與轉(zhuǎn)角。 4.1 分析工況及設(shè)計(jì)要求 尾翼機(jī)構(gòu)工況為： 按設(shè)計(jì)要求，希望系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，估計(jì)到系統(tǒng)的功率不會(huì)很大，且連續(xù)工作，所以決定采用單個(gè)定量泵，非卸荷式供油系統(tǒng)。 4.2 工作負(fù)載 對于手夾液壓缸，以下稱為缸1； 對于手夾移動(dòng)液壓缸，以下稱為缸2； 對于手臂旋轉(zhuǎn)升降液壓缸，以下稱為缸3； 對于底部轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸液壓缸，以下稱為缸4； 對于缸1，已知負(fù)載力 R≈753N； 對于缸2，已知負(fù)載力 R≈850N； 對于缸3，已知負(fù)載力 R≈950N； 對于缸4，已知負(fù)載力 R≈1030N。 4.3 運(yùn)動(dòng)時(shí)間 前進(jìn) t1=0.05/1=0.05s 后退 t2=0.05/0.75=0.0665s 設(shè)液壓缸的機(jī)械效率 ，得出液壓缸在各個(gè)階段的負(fù)載忽然推力如表1所示。 表1 液壓缸各階段的負(fù)載和推力 工況 負(fù)載組成 液壓缸負(fù)載F/N 液壓缸推力=F//N 缸1正常啟動(dòng) 753 830 缸1反向啟動(dòng) 180 200 缸2正常啟動(dòng) 850 934 缸2反向啟動(dòng) 180 200 缸3正常啟動(dòng) 950 1045 缸3反向啟動(dòng) 180 200 缸4正常啟動(dòng) 1030 1133 缸4反向啟動(dòng) 180 200 根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即可繪出負(fù)載循環(huán)圖F-t和速度循環(huán)圖。 4.4 繪制液壓系統(tǒng)工況圖 圖（a）位移時(shí)間圖 （對單缸而言） 圖（b）速度時(shí)間圖 （對單缸而言） 圖（c）推力時(shí)間圖 （對單缸而言） 4.5 初選液壓缸工作壓力 所設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其他工況負(fù)載都不太高，參考表2和表3，粗選液壓缸的工作壓力p1=1MPa。 4.6 計(jì)算液壓缸的主要尺寸 鑒于快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動(dòng)液壓缸（），前進(jìn)時(shí)液壓缸差動(dòng)連接。 表2 按負(fù)載選擇工作壓力 負(fù)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 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力/MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2~0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4~0.6 回油路設(shè)置由背壓閥的系統(tǒng) 0.5~1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8~1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2~3 回油路較短且直接回油 可忽略不計(jì) 表4 按速比要求確定d/D 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注：——無桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度； ——有桿腔進(jìn)油時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度。 執(zhí)行元件的受力分析主要在于液壓缸的受力分析。 活塞的理論推力F1和拉力F2 油液作用在活塞上的液壓力，對于雙作用單活塞液壓缸來講，活塞受力如下圖所示： 活塞桿伸出時(shí)的理論推力為F1； 活塞桿縮回時(shí)的理論拉力為F2； 當(dāng)活塞差動(dòng)前進(jìn)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的油液）時(shí)的理論推力為F3 液壓缸工作時(shí)，活塞作用力F計(jì)算如下： 由式得 對于手夾液壓缸，計(jì)算直徑為32.5mm，取35mm，則活塞桿內(nèi)徑為: D=350.5=17.5mm，選取d=18mm，選擇輕型拉桿式液壓缸，其型號(hào)為MOB30，行程為50mm。 對于實(shí)現(xiàn)手夾移動(dòng)液壓缸，計(jì)算直徑為34.5mm，取36mm，則活塞桿內(nèi)徑為: D=36x0.5=18mm，選取d=18mm，選擇輕型拉桿式液壓缸，其型號(hào)為MOB30，行程為120mm。 對于實(shí)現(xiàn)手臂旋轉(zhuǎn)升降液壓缸，計(jì)算直徑為36.5mm，取38mm，則活塞桿內(nèi)徑為: D=36x0.5=19mm，選取d=19mm，選擇輕型拉桿式液壓缸，其型號(hào)為MOB30，行程為120mm。 對于底部轉(zhuǎn)動(dòng)液壓缸，計(jì)算直徑為38mm，取38mm，則活塞桿內(nèi)徑為: D=38x0.5=19mm，選取d=19mm，選擇輕型拉桿式液壓缸，其型號(hào)為MOB30，行程為65mm。 4.7 液壓泵組的選擇 液壓泵液壓馬達(dá)都是能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵向系統(tǒng)提供有一定壓力和流量的液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。它是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?，F(xiàn)目前使用的有這幾種類型：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵，本篇根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和考考性選擇齒輪泵。 4.8 液壓閥的選擇 本篇論文中涉及到的液壓閥門有溢流閥，其型號(hào)為：DT02B2*DN12，換向閥：S-DSG-01-2 B 2A-DC24-C-N-50-L，截止閥：YJZQ-0.8MPa-12-W，節(jié)流閥：(F)-SRC T-03-50。 4.9 油箱容積的確定 液壓泵液壓馬達(dá)都是能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓泵向系統(tǒng)提供有一定壓力和流量的液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。它是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。現(xiàn)目前使用的有這幾種類型：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵，本篇根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和考考性選擇齒輪泵。 4.9.1 確定液壓泵組的主要參數(shù) 根據(jù)上面設(shè)計(jì)的基本要求，可知系統(tǒng)中的最大流量為：（單缸） 要求泵的自吸能力不得低于16KPa，即吸油高度不得大于0.5m，故根據(jù)泵的參數(shù)選取泵：（共2臺(tái)） 流量：0.64m3/h 轉(zhuǎn)速：750r/min 壓力：0.8MPa 4.9.2 電機(jī)功率的確定 電機(jī)功率p按如下進(jìn)行計(jì)算： 電機(jī)規(guī)格： 功率：220W； 轉(zhuǎn)速：750r/min 電制：DC48V 4.10 電機(jī) 擋料機(jī)構(gòu)電機(jī)主要是為減速機(jī)的電機(jī)的基本參數(shù)主要就是電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速，這是電機(jī)的核心參數(shù)，下面將對電機(jī)的功率按照電機(jī)的使用的21.5%來計(jì)算電機(jī)的功率，使用系數(shù)為21.5%，即使用轉(zhuǎn)速則根據(jù)電機(jī)自身的特性來選取，具體計(jì)算如下。 異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。 普通異步電機(jī)的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)要求。異步電機(jī)還便于派生成各種防護(hù)型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)吸取無功勵(lì)磁功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此，對驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差(交流換向器電動(dòng)機(jī)除外)。對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運(yùn)輸機(jī)械、軋機(jī)、大型機(jī)床、印染及造紙機(jī)械等，采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，目前適用于寬調(diào)速的異步電機(jī)的調(diào)速性能及經(jīng)濟(jì)性已可與直流電機(jī)的相媲美。 4.10.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速 電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)影響到電機(jī)的產(chǎn)生的噪音的大小，同時(shí)也會(huì)伴隨震動(dòng)，轉(zhuǎn)速過快其壽命也將縮短，但是轉(zhuǎn)速過慢，電機(jī)的極數(shù)又會(huì)增多，價(jià)格又會(huì)上漲，所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的需要來選取電機(jī)的。選取電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rpm。 電機(jī)的極數(shù)反映出電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，2極同步轉(zhuǎn)速是3000r/min，4極同步轉(zhuǎn)速是1500r/min，6極同步轉(zhuǎn)速是1000r/min,8極同步轉(zhuǎn)速是750r/min。繞組的一來一去才能組成回路，也就是磁極對數(shù)，是成對出現(xiàn)的，極就是磁極的意思，這些繞組當(dāng)通過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場，相應(yīng)的就會(huì)有磁極。 三相交流電機(jī)每組線圈都會(huì)產(chǎn)生N、S磁極，每個(gè)電機(jī)每相含有的磁極個(gè)數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機(jī)有2、4、6、8……極之分。本篇的電機(jī)采用4級。 4.10.2 電機(jī)功率 減速機(jī)減速機(jī)的電機(jī)功率如下： P’=F.V； P—減速機(jī)電機(jī)功率,kW； F— 擋料門的重力,N； V—擋料門提升的速度； 已知，N=500N，V=0.5m/s，所以計(jì)算出P=0.25kW，取P=0.25kW。 n=1500rpm。 4.10.3 電機(jī)材料 電機(jī)的材料主要指電機(jī)的外殼材料，由于電機(jī)所處的環(huán)境干燥，所以電機(jī)材料可以使用鑄鐵，同時(shí)其防護(hù)等級只需取B級即可滿足本片中減速機(jī)的要求。 4.10.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 由于運(yùn)輸機(jī)的功率P′=250w，可知電動(dòng)機(jī)的功率為P>P′。又根據(jù)其工作條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，額定電壓為380V，Y型。選用Y132M-4，其額定功率為P=250w，額定轉(zhuǎn)速為n1=1500 r/min 電動(dòng)機(jī)外形安裝尺寸如下表， 型號(hào) 尺 寸 （mm） H A B C D E G K b b1 b2 h AA BB HA L1 Y132M 132 216 178 89 38 80 33 12 280 210 135 315 60 238 18 515 4.11 液壓閥的選擇 液壓控制閥的種類很多，如溢流閥、順序閥、減壓閥、平衡閥、載荷相關(guān)被壓閥，行程控制閥等等，根據(jù)系統(tǒng)的需要進(jìn)行選取。本篇采用伺服閥換向，同時(shí)采用節(jié)流閥控制流量，采用電磁溢流閥對系統(tǒng)超壓保護(hù)，采用單向閥對流向加以控制。 4.12 油箱容積的確定 油箱在系統(tǒng)中的主要功能是儲(chǔ)油和散熱，但也起著分離油液中的氣體及沉淀污物的作用。根據(jù)系統(tǒng)的具體條件，合理選擇油箱的容積、形式和附件，可以使油箱充分發(fā)揮作用。可分為開式油箱和閉式油箱。在此處選取系統(tǒng)中液壓泵每分鐘流量的7倍。即1050L。根據(jù)后面的散熱計(jì)算再進(jìn)行核算。 4.13 管道內(nèi)徑計(jì)算 各管路根據(jù)所處位置的流量進(jìn)行計(jì)算，具體尺寸參見圖紙。 4.14 管道壁厚的計(jì)算 各管路根據(jù)所處位置的流量進(jìn)行計(jì)算，具體尺寸參見圖紙。 4.15 液壓系統(tǒng)壓力損失 管路系統(tǒng)上的壓力損失由管路的沿程損失 、管件局部損失 和控制元件的壓力損失三部分組成。此處根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知道，該系統(tǒng)的壓力損失不超過1MPa。 4.16 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 流體經(jīng)液體泵、液壓執(zhí)行元件、溢流閥或其他閥及管路的功率損失都將轉(zhuǎn)化為熱量，使工作介質(zhì)溫度升高。系統(tǒng)的散熱主要通過油箱表面和管道表面。 系統(tǒng)的發(fā)熱功率：主系統(tǒng)得發(fā)熱功率為： 冷卻器散熱面積計(jì)算如下： 冷卻器的散熱面積如下： 過濾器 系統(tǒng)中的選用比例元件，而且設(shè)備要求故障率低，所以選過濾精度為10μm的過濾器。 4.17 液壓系統(tǒng)液壓沖擊 液壓系統(tǒng)沖擊常引起液壓系統(tǒng)振動(dòng)，過大的沖擊壓力與管路內(nèi)的原動(dòng)力疊加可能破壞管路和元件。對此，可以考慮采用帶緩沖裝置的液壓缸或在系統(tǒng)上設(shè)置減速回路，以及在系統(tǒng)上安裝吸收液壓沖擊的蓄能器，本裝鋼機(jī)采用設(shè)置蓄能器的方式。 5 環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性分析 現(xiàn)代社會(huì)里，節(jié)能環(huán)保成為時(shí)代主題，對人們的日常生活影響越來越大，受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)都必須要以此作為前提，而經(jīng)濟(jì)性則是每個(gè)用戶都關(guān)心的話題，下面就簡單地分析減速機(jī)的環(huán)保性和節(jié)能性。 5.1 節(jié)能環(huán)保性分析 對于工業(yè)機(jī)械手而言，本篇采用了電機(jī)及高傳動(dòng)效率的齒輪來作為傳動(dòng)媒介，達(dá)到很高的傳動(dòng)效率，而對于系統(tǒng)的效率相對其他驅(qū)動(dòng)方式，做到了平穩(wěn)，效率高，以此做到了節(jié)能。 5.2 經(jīng)濟(jì)性分析 工業(yè)機(jī)械手，其特點(diǎn)就是節(jié)約時(shí)間，省人工、材料，節(jié)約能源的效果，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用性。 5.3 結(jié)束語 試驗(yàn)表明，對轉(zhuǎn)速、扭矩性能的最低值要求巳全部達(dá)到，機(jī)構(gòu)的最后設(shè)計(jì)結(jié)果證實(shí)已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)。達(dá)到了該畢業(yè)論文的要求。 抓重 300N 自由度 4 臂部運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 伸縮 350mm，<300mm/s 回轉(zhuǎn) 0°~210°，<90°/s 橫移Y 300mm，<300mm/s 升降Z 100mm，<300mm/s 俯仰θ 0°~45°，<90°/s 致 謝： 緊張充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)伴隨著我走過了大學(xué)的畢業(yè)生活，在這里非常感謝老師在我即將面向新環(huán)境的時(shí)候給我敲響了警鐘，指明了我前進(jìn)的方向，改變了我一生的生活態(tài)度。從老師這里，我既學(xué)會(huì)了對待科學(xué)一絲不茍的作風(fēng)，又鍛煉了自己的意志，明白了什么才是走上社會(huì)所需要的真才實(shí)干。 我還要感謝和我一起走過這畢業(yè)生活的同組同學(xué)，正是我們彼此幫助，互相友愛，才使我們共同前進(jìn)。 還有就是要感謝大學(xué)四年中辛苦育人的老師們，祝你們身體健康，萬事如意！ 6 參考文獻(xiàn) 1、祁機(jī)械制造基礎(chǔ)，北京：電子工業(yè)出版社，2006。 2、王道宏．機(jī)械制造技術(shù)，杭州：浙江大學(xué)出版社，2004。 3、徐惠元、曾家駒．機(jī)械制造工藝學(xué)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002。 4、劉志剛．機(jī)械制造基礎(chǔ)．北京；高等教育出版社，2002 5、劉守勇．機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001。 6、李華．機(jī)械制造技術(shù)，北京：高等教育出版社，2000 7、王先逵．機(jī)械制造工藝學(xué)，北京：清華大學(xué)出版社，2002。 8 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（新版）第4卷. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 9 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本（傳動(dòng)形式）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 10 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本（材料篇）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 11 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本（基本知識(shí)）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 12 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本（常用工程材料）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 13 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