包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 1 頁 共 53 頁摘要：R175 柴油機(jī)機(jī)體自動加工線多功能液壓機(jī)械手采用活塞液壓缸機(jī)構(gòu)，通過活塞桿的直線運(yùn)動帶動杠桿機(jī)構(gòu)和手爪，將工件夾緊，完成抓取動作。當(dāng)液壓缸斷油時，活塞桿通過彈簧復(fù)位，從而松開工件。腕部采用葉片式回轉(zhuǎn)缸機(jī)構(gòu)，葉片帶動機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，完成機(jī)械手轉(zhuǎn)動動作。手臂采用液壓缸和連桿的組合機(jī)構(gòu)，活塞桿與手臂鉸接，通過活塞桿的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)俯仰動作。本設(shè)計機(jī)械手為 R175 型柴油機(jī)機(jī)體加工自動線上的輔助裝置，能完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)功能，能夠在球面空間內(nèi)完成送料。關(guān)鍵詞：液壓傳動;機(jī)構(gòu);動作 包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 2 頁 共 53 頁Abstract: The hydraulic mechanical hand installed on the production line is used for producing the R175-type diesel engine block, the mechanical hand uses telescopic hydraulic cylinder mechanism, it will clamp the workpiece tightly through piston rod’s linear motion which can drive leverage and gripper. Piston rod will reset by the force of the sping, and the workpiece will be released, when the oil is cut off . The wrist is equipped with vanetype rotary cylinder. so, manipulator moves with the axis of rotation when driven by the vanes, completing its translocation movement .The arm is a combination of hydraulic cylinder and connecting rod ,and the piston rod is hinged on the arm.So the mechnical hand can achieve the pitching movement throught the piston rod’s linear motion .The design of the mechnical hand is a piece of auxiliary facility for automatic online processing of the R175-type diesel,which can feed, translocate and turn,what’s more, it can feed in a spherical space.Keyword ：Hydraulic cylinder；Mechanism ；Movement包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 3 頁 共 53 頁目 錄前言…………………………………………………………1第 1 章 液壓機(jī)械手總體方案設(shè)計.……………………21.1 總體方案的擬定…………………………………………21.2 總體方案的選定………………………………………31.3 主要參數(shù)設(shè)計校核……………………………………4第 2 章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計………………….…….………72.1 機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計 …………………………………72.2 機(jī)械手腕部設(shè)計………………………………………182.3 機(jī)械手臂部設(shè)計………………………………………202.4 機(jī)械手底座機(jī)身設(shè)計…………………………………232.5 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計………………………………………25第 3 章 液壓驅(qū)動、控制系統(tǒng)的設(shè)計……………………333.1 液壓驅(qū)動回路設(shè)計……………………………………333.2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計……………………………………363.3 液壓泵及液壓原件選擇………………………………373.4 驅(qū)動液壓缸選擇………………………………………37參考文獻(xiàn)……………………………………………………39謝辭…………………………………………………………40科技譯文……………………………………………………41包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 4 頁 共 53 頁包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 5 頁 共 53 頁包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 6 頁 共 53 頁前 言近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。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大等特點(diǎn)，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。例如：在機(jī)床加工，裝配作業(yè)，勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境以及在危險場合下工作等。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其技術(shù)性能也在不斷提高。在國內(nèi)，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人特別是示教再現(xiàn)性機(jī)器人不斷增多，而且計算機(jī)控制的也有所應(yīng)用。在國外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人多為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，而且計算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人占有相當(dāng)比例。帶有“觸覺 ”，“ 視覺” 等感覺的“智能機(jī)器人” 正處于研制開發(fā)階段。帶有一定智能的工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 7 頁 共 53 頁第 1 章 液壓機(jī)械手總體方案設(shè)計1.1 機(jī)械手總體設(shè)計方案擬定機(jī)械手是能夠模仿人手的部分動作，按照給定的程序，軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作動作的自動化機(jī)械裝置。在工業(yè)中應(yīng)用的機(jī)械手稱為“工業(yè)機(jī)械手” 。能夠配合主機(jī)完成輔助性的工作，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手能夠獨(dú)立地按照程序，自動重復(fù)操作。根據(jù)課題的要求，機(jī)械手需具備上料，翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)位等功能，并按照自動線的統(tǒng)一生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)綱領(lǐng)完成以上動作。設(shè)計可參考以下多種設(shè)計方案：1.1.1 采用直角坐標(biāo)式，自動線呈直線布置，機(jī)械手在空中行走，按照順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案結(jié)構(gòu)簡單，自由度少，易于配線，但需要架空行走，油液站不能固定，使得設(shè)計復(fù)雜程度增加，運(yùn)動質(zhì)量增大。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 8 頁 共 53 頁圖 1.1.1 直角坐標(biāo)式布局示意圖1.1.2 機(jī)身采用立柱式，機(jī)械手側(cè)面行走，按照順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位的功能，自動線仍成直線布置。這種方案可以集中設(shè)計液壓站，易于實(shí)現(xiàn)電氣，油路定點(diǎn)連接，但是占地面積大，手臂懸伸量較大。圖 1.1.2 立柱式機(jī)械手布局示意圖1.1.3 機(jī)身采用機(jī)座式，自動線圍繞機(jī)座布置，順序完成上料、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等功能。這種方案具有電液集中、占地面積小、可從地面抓取工 件等優(yōu)點(diǎn)。圖 1.1.3 機(jī)座式機(jī)械手布局示意圖1.2 總體方案選定包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 9 頁 共 53 頁抓取機(jī)構(gòu)采用夾鉗式。 ，送放機(jī)構(gòu)將被抓取的物體送放到目的地，由手臂、手腕、等裝置組成。整個機(jī)構(gòu)選用空間球體坐標(biāo)系，有五個自由度。采用屈伸式布置。手腕作抓取運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動，手爪采用平面指型結(jié)構(gòu)，通過液壓缸通油，推動活塞帶動杠桿機(jī)構(gòu)合攏將工件加緊。腕部用銷軸將機(jī)械手定位在手臂上，并用螺母將其鎖死，同時利用鉸鏈連接，一端與液壓伸縮缸的活塞桿相連，通過活塞的直線運(yùn)動，帶動腕部使其能夠繞著回轉(zhuǎn)銷軸轉(zhuǎn)動?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動通過葉片式回轉(zhuǎn)油缸的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。手臂相對于機(jī)身可作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，能有效地利用空間，并能繞過障礙物夾持和送放工件。手臂采用液壓直動缸驅(qū)動，作俯仰運(yùn)動，具有體積小、可集中控制、反向運(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)工作臺用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，用電動機(jī)驅(qū)動，可以利用擋塊定位，且定位誤差在 0.5~1mm。具有結(jié)構(gòu)簡單、傳遞扭矩大、傳動效率高等特點(diǎn)。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 10 頁 共 53 頁圖 1.21 液壓機(jī)械手本設(shè)計的液壓機(jī)械手有五個自由度，包括機(jī)械手的抓取、回轉(zhuǎn)，手臂的拉伸、俯仰和回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)五個動作。其中將機(jī)械手抓取和回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓傳動集成設(shè)計，既能使得設(shè)計緊湊，又能使液壓油路集中控制。便于安裝及維護(hù)，而且編排和改變控制程序容易，使用方便。液壓機(jī)械手主要參數(shù)設(shè)計：液壓機(jī)械手的主要參數(shù)可分為基本參數(shù)、 （用于說明機(jī)械手主要性能的參數(shù)）、規(guī)格參數(shù)（標(biāo)牌上標(biāo)注的參數(shù)） 、液壓參數(shù)（液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)） ?；緟?shù)：1.抓重機(jī)械手的抓重是手臂所能抓取的物件的最大重量，而該液壓機(jī)械手是用于R175 柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)自動線上，主要的加工對象是柴油機(jī)機(jī)體，根據(jù)柴油機(jī)的外形參數(shù) 250X170X140mm 而柴油機(jī)機(jī)體選用的材料是鑄鐵，密度為包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 11 頁 共 53 頁0.01g/mm2柴油機(jī)機(jī)體的壁厚一般為 15~25mm 所以，可算出機(jī)體本身的質(zhì)量為12Kg，機(jī)械手應(yīng)該有一定的安全度，取安全系數(shù)為 1.3，可得機(jī)械手的抓重為15Kg。2.自由度機(jī)械手的自由度標(biāo)志著機(jī)械手所具有的功能大小，自由度越大，機(jī)械手動作越靈活，適應(yīng)性也越強(qiáng)，但是自由度多也帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高等問題，一般的專業(yè)機(jī)械手具有 3~4 個自由度就能很好的完成專一的任務(wù)。根據(jù)自由度的計算公式 ，該設(shè)計中有機(jī)械手抓取動作的 V 級移動副，腕56iFnp???部和手臂以及工作臺的 V 級轉(zhuǎn)動副，所以： 即機(jī)565iFnp?????械手的自由度為 5。3.運(yùn)動速度機(jī)械手的運(yùn)動速度是指機(jī)械手在全程范圍內(nèi)的平均速度，它反映機(jī)械手的使用頻率與生產(chǎn)水平。機(jī)械手的運(yùn)動速度越高，則其使用效率越高，生產(chǎn)水平也就越高；但是速度越高機(jī)械手在運(yùn)動過程中啟動和制動時會產(chǎn)生較大的沖擊和震動，對于機(jī)械手的定位精度影響較大。在一般情況下，機(jī)械手的運(yùn)動速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性要求和定位精度要求而定。根據(jù)柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)自動線上的生產(chǎn)節(jié)拍 30min/件，手臂工作的回轉(zhuǎn)半徑為 1000mm，加工過程所需時間為 26min，因此，機(jī)械手抓取和送放的運(yùn)動速度為 0.1m/s。4.行程范圍機(jī)械手臂運(yùn)動的行程范圍與機(jī)械手的抓重、坐標(biāo)形式、驅(qū)動方式、運(yùn)動精度等多方面因素有關(guān)，對于通用型和多功能機(jī)械手，行程范圍和回轉(zhuǎn)范圍應(yīng)盡可能大些，使其適應(yīng)性能大幅度地增強(qiáng)。機(jī)械手的手臂伸縮應(yīng)與行程范圍及工作半徑相適應(yīng)，以保證機(jī)械手的剛度，定位精度。機(jī)械手的行程為機(jī)械手的最大工作區(qū)間，即球體的面域。5.位置精度位置精度是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它包括位置設(shè)定精度和包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 12 頁 共 53 頁重復(fù)定位精度。我們所說的位置精度是指重復(fù)定位精度。位置精度的高低取決于位置的控制方式及機(jī)械書運(yùn)動部件本身的精度和剛度，此外，它還與機(jī)械手的抓重及運(yùn)動速度有關(guān)。目前工業(yè)機(jī)械手大多數(shù)都采用點(diǎn)位控制，這種控制只要求運(yùn)動起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置精度，而不管起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)動過程。因此，可以采用行程開關(guān)和電位計定電控元件，進(jìn)行位置精度的控制。液壓參數(shù)：1.油壓設(shè)計校核 液壓系統(tǒng)參數(shù)是根據(jù)執(zhí)行元件和泵的類型進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖，計算出各個液壓控制閥及輔件的壓力與流量的系統(tǒng)參數(shù)，而液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算必須逐一將各工作階段形成的參數(shù)計算出后，經(jīng)過分析比對，加權(quán)折扣后才能確定系統(tǒng)參數(shù)。選取系統(tǒng)的工作壓力為 1.6MPa ，液壓泵的工作壓力和流量,考慮到進(jìn)油路的壓力損失取 =0.3×106Pa，油液的泄1p??漏系數(shù)取 λp=1.1，抓取動作和回轉(zhuǎn)動作所需的工作壓力為 =1.1MPa，選用的流量為 4.5L/minMPa5.1302.11 ?????L/min94P?q?符合設(shè)計的要求。因此 擬定的液壓系統(tǒng)方案中，油壓參數(shù)定位 1.6MPa。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 13 頁 共 53 頁第 2 章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計2.1 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計抓取機(jī)構(gòu)的工作原理工業(yè)機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)又稱手部，是用來直接抓取工件或握持工件的部件。本設(shè)計采用的是夾鉗式機(jī)械手，通過液壓缸內(nèi)活塞的直線運(yùn)動帶動杠桿機(jī)構(gòu)和手爪，緊緊的包絡(luò)，用包絡(luò)力和摩擦力對工件施加完全約束，使得工件相對于手爪固定，完成抓取任務(wù)。2.1.1 夾持力的計算當(dāng)機(jī)械手水平夾持工件時圖 2.11 水平夾持物體受力圖根據(jù)手指受力分析，可得：1()0oMF??2()6HNbR??2O1?聯(lián)立可解得：包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 14 頁 共 53 頁31()2LNGH??夾緊工件所需的力； 工件的重力 ； ， 尺寸。LH根據(jù)任務(wù)書的要求，代入 =15Kg , 并取 =50mm , =80mm。可得： N3501()356.28????因工件在傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生慣性力，震動等影響，故實(shí)際力12KN???實(shí)機(jī)械效率， =0.85~0.95 取 =0.9?安全系數(shù)， =1.2~2 取 =1.51K11工作情況系數(shù)， 2 2/Kag??N12.5=36890N???? ?實(shí)2.1.2 液壓缸驅(qū)動力的設(shè)計計算圖 2.12 液壓缸驅(qū)動手爪受力圖包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 15 頁 共 53 頁2sinCDPRhl??因?yàn)?(180)()BBCBCOSl lOS?????????????'cosRN?實(shí)所以 2insi()lPN?????實(shí)由結(jié)構(gòu)設(shè)計可得 mm， mm 。10,5,120,??????3CDl36BCl?N23sinco89766P??????mm， mm 。10,5,120,??????3CDl?3BCl?2.1.3 夾緊液壓缸主要尺寸的確定 1.3mPDp??驅(qū)動力, 系統(tǒng)工作壓力 取 N/mm2 ， 機(jī)械效率取 =0.91.6p?m?m?7631.25.90.???按照 JB-826-66 的標(biāo)準(zhǔn)，取 , D=30d10液壓缸壁厚的確定根據(jù) ??2p???試驗(yàn)壓力， MPap 1.36.08p?許用應(yīng)力 選取 30 鋼為液壓缸材料，可得 =200 MPa??? ???將數(shù)據(jù)代入： mm2.08.5???根據(jù)工藝的要求 ,取 mm1液壓缸外徑及長度的確定：包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 16 頁 共 53 頁0250Dm???長度 取 .(2~3)l?6l2.1.4 液壓活塞缸的設(shè)計已知：1.活塞液壓缸 , ， mm， mmD=30md110??6l選用 30 鋼材料。2.活塞桿 選用 45 鋼，活塞直徑的 d 計算與校核：查機(jī)械材料手冊可以得到： b=355MPa, s=600MPa；?則 MPa??35 =2.61.4b??mm8901.Fd???根據(jù) GB/T 2348-1993 選定的活塞桿： mm10D?所以： mm??2240.51d?????活塞桿的強(qiáng)度符合設(shè)計要求b?3.活塞：選用 20 鋼材料。考慮到密封和緊固，將活塞設(shè)計成如下圖 2.1.4.1 活塞密封件采用標(biāo)準(zhǔn)件，所以活塞上開槽的尺寸就可以確定了。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 17 頁 共 53 頁活塞的密封采用 Y 型密封圈， Y 型密封圈是一種密封性、穩(wěn)定性和耐壓性較好，摩擦力小、壽命較長的密封圈。它能用于往復(fù)運(yùn)動的密封，特別是動密封處。當(dāng)受到油壓作用時，Y 型密封圈的二唇邊就緊緊地貼壓到缸筒和活塞壁上而起到密封的作用?；钊c活塞桿的連接采用活塞桿的軸肩定位，并用調(diào)整墊片調(diào)節(jié)松緊程度。利用開槽圓螺母將其鎖緊，圓螺母的選擇：由于活塞桿的直徑已確定為 ，軸肩的高度為 1mm，可10?以采用公稱直徑為 M8 的圓螺母。查標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6179-1986 可得：圖 2.1.4.2 開槽圓螺母同時，查 GB/T 91-2000 與其相配合使用的是開口銷 2x16。材料為 Q215 或Q235。圖 2.1.4.3 開口銷包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 18 頁 共 53 頁4.本設(shè)計采用彈簧使抓取液壓缸復(fù)位。根據(jù)彈簧設(shè)計計算公式：圖 2.1.4.4 彈簧受力圖根據(jù)彈簧的強(qiáng)度條件選擇彈簧鋼絲的直徑：因彈簧在一般載荷條件下工作，可以按照第三類彈簧來考慮，現(xiàn)選用彈簧鋼絲為 C 級，并根據(jù) 估計彈簧的直徑為 3mm， 查表可得 2853D???MPa，可以算得 MPa1570B????0.628B???選取旋繞比 C=6 則由： 41.5410.65.2CK??????????280.26'1.61.63.9FCd???選取 =4mm ，查得 不變，故 不變，取 mm' B????25D?則 256.4?計算得 =1.26K??2801.265'1 3.8FCd????包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 19 頁 共 53 頁與原值相近，所以 取 =4mm'd彈簧的大徑 mm2549D??218067.8.Fk??取 MPaG?則 3344820651FdnDk??取 5?彈簧校核：根據(jù)： 01Fk??038'DKd???綜合上述兩式可得： =106.48 1500'MPa符合設(shè)計的要求。極限工作應(yīng)力： 取 lim'.56B???li'01789.2Pa?極限工作載荷： MPa3limli 5dFDK???查標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1239.6-1992 選取彈簧的截面直徑為 mm，中徑為 mm，自由428高度為 mm。有效圈數(shù)為 5 圈。選用彈簧的材料為 65Mn，彈簧硬度要達(dá)到145~50HRC.包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 20 頁 共 53 頁圖 2.1.4.5 彈簧5.抓取液壓缸端蓋：圖 2.1.4.6 液壓缸端蓋O 型密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單，截面尺寸小，密封性能好，摩擦系數(shù)小，容易制造等特點(diǎn)，可用于靜密封和滑動密封。其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，摩擦力比其他密封圈小，安裝方便，價格便宜，可在-40~120°C 溫度范圍內(nèi)工作，使用的速度范圍是 0.005~0.3m/s。適用于本設(shè)計，因此采用 O 型圈密封。聚四氟乙烯是一種新型塑性材料，摩擦系數(shù)極小，耐磨性好，并且能在干性和油性的環(huán)境下工作。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 21 頁 共 53 頁所以添加了聚四氟乙烯制成的密封導(dǎo)向環(huán)，不僅能夠阻隔各種雜物，還能起到密封的效果。端蓋采用的是法蘭式的連接，這種結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，連接可靠。缸筒端部可用鑄造。管道尺寸的計算和確定：油管的內(nèi)徑是根據(jù)管內(nèi)允許的流速和所通過的流量來確定的：即： 04qdv??式中： ——通過油管的流量; ——油管中允許的流速。q而壓力管道內(nèi)的流速取 m/s。計算所得根據(jù) GB/T 1047-1995 可得到管徑為05v?mm03v?6.管接頭的選擇：擴(kuò)口式管接頭適用于薄壁鋼管，接頭采用 55°密封管螺紋，由內(nèi)外螺紋的配合能夠具有密封性。查 GB/T 3747.1-1983 可得：圖 2.1.4.7 管接頭回轉(zhuǎn)缸設(shè)計本設(shè)計采用單葉片式回轉(zhuǎn)缸，它由定子塊，缸體，葉片，回轉(zhuǎn)軸組成，其中定子塊固定在缸體上，葉片和回轉(zhuǎn)軸固定在一起。當(dāng)液壓油從一個入口進(jìn)入缸體的時候，葉片被推動并帶動回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，同理，從相反的入口進(jìn)入能使其逆向轉(zhuǎn)動。單葉片式回轉(zhuǎn)缸結(jié)構(gòu)緊湊，輸出的扭矩大，能夠用于中低壓的系統(tǒng)作往復(fù)運(yùn)動?？紤]到擺動缸的容積效率 和機(jī)械效率 ，葉片式擺動缸軸輸出扭矩cv?cmT包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 22 頁 共 53 頁??2128cmZbTDdp???2cvq??式中： --------葉片數(shù)；Z----------葉片寬度 ；b---------缸體內(nèi)孔直徑；D---------葉片軸直徑；d---------缸的進(jìn)口壓力；1p---------缸的出口壓力；2---------缸的輸入量。q該設(shè)計選用 1.6 MPa 的油壓，而出口的回油壓力約為 0.2 MPa。為了方便固定葉片，葉片軸的直徑初步定為 =25mmd圖 2.1.4.8 回轉(zhuǎn)缸剖面圖葉片與葉片軸之間采用銷進(jìn)行定位，為了方便拆裝和維修，選用內(nèi)螺紋圓錐銷，底部的螺紋孔可起到拔銷的作用。查 GB/T 118-2000 選取 A 型內(nèi)螺紋圓錐銷，GB/T 118 6X24包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 23 頁 共 53 頁圖 2.1.4.9 內(nèi)螺紋圓錐銷本設(shè)計采用伸縮缸和回轉(zhuǎn)缸復(fù)合，回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)軸是由活塞缸的后端部構(gòu)成的，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，特別是對于液壓系統(tǒng)能夠集中控制。 包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 24 頁 共 53 頁圖 2.1.4.10 機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)如圖所示，液壓葉片回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)軸與液壓活塞缸做成一個整體，使得結(jié)構(gòu)非常緊湊，軸向尺寸小，液壓系統(tǒng)的油路布置清晰，密封的環(huán)節(jié)可以集中處理，便于檢修和維護(hù)。2.2 機(jī)械手手腕部設(shè)計：包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 25 頁 共 53 頁圖 2.2.1 機(jī)械手腕部外觀圖液壓機(jī)械手的腕部利用銷軸鉸接在機(jī)械手臂上，使其能夠繞著銷軸轉(zhuǎn)動。為了保證銷軸回轉(zhuǎn)精度和延長使用壽命，在銷軸與手臂之間設(shè)一個耐磨的青銅軸套，軸套與機(jī)械手臂之間的配合采用基孔制 ，而軸套與軸之間回轉(zhuǎn)的過76Hm程中會產(chǎn)生熱量，引起銷軸的變形，因此，選用 的配合。8f腕部采用液壓活塞缸驅(qū)動，固定在腕部的連桿與液壓活塞缸的活塞桿相連接，通過活塞桿的直線運(yùn)動來驅(qū)動機(jī)械手腕部轉(zhuǎn)動。伸縮缸選擇：考慮到該設(shè)計手腕部所需的回轉(zhuǎn)扭矩較小，擬選用 YY_CA _B32-100-0.0001 液壓缸活塞桿外端形式選擇：包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 26 頁 共 53 頁圖 2.2.2 活塞桿接頭安裝的結(jié)構(gòu)為鉸制接頭，孔徑為 mm，活塞桿的直徑為 mm。20?20?液壓缸用雙耳環(huán)支座安裝：圖 2.2.3 液壓缸安裝支座雙耳環(huán)支座的參數(shù)如圖所示。2.3 機(jī)械手臂設(shè)計包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 27 頁 共 53 頁俯仰運(yùn)動時驅(qū)動力的計算圖 2.3.1 手臂受力圖1M=Pbcos(+)??( )1tanADBCO?1A?1bcosa??11sincb??11rtni???1bcosM=Pcs(art+)ina??而 作用于活塞上的驅(qū)動力；P 液壓缸的工作力；包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 28 頁 共 53 頁D 活塞缸的內(nèi)徑；密封裝置的摩擦阻力P封非工作缸的油壓（背壓）被當(dāng)手臂處在俯角 的位置時，驅(qū)動力矩為：2? M=Pbcos(-)?221tanAEOC??22bcosBa??1c?2sinECA22bcoartia???2sM=Ps(rtn-)ic當(dāng)手臂處在水平位置時， ，驅(qū)動力矩為0??bPcos(artn)c?手臂俯仰時的驅(qū)動力矩，應(yīng)克服手臂部件及工件的重量對回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩、手臂啟動時的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副的摩擦力矩，即M+??偏 慣 摩手臂作俯仰運(yùn)動時的偏心力矩，手臂上仰為正，下俯為負(fù)；偏手臂做俯仰運(yùn)動的慣性力矩；慣手臂作俯仰運(yùn)動時，各運(yùn)動副的摩擦力矩；摩可以初步確定機(jī)械手臂的尺寸。包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 29 頁 共 53 頁圖 2.3.2 手臂對手臂受力進(jìn)行計算圖 2.3.3 手臂受力校核手臂在水平方向上的力平衡： 0x??hFT?同理，在豎直方向上的力平衡： y0NGv??手臂上的所有力對于 O 點(diǎn)力矩平衡： M?0.476.392.41.29hFvT????N35?N1h2.4 機(jī)械手底座機(jī)身設(shè)計包含 CAD 圖紙和三維建模及說明書,咨詢 Q 197216396第 30 頁 共 53 頁底座機(jī)身設(shè)計有安裝耳環(huán)，液壓缸的耳環(huán)與機(jī)身底座通過銷軸鉸接，用螺栓鎖死。既能夠滿足液壓缸在機(jī)身上的定位要求，又能夠保證液壓缸在回轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動中不會偏轉(zhuǎn)。機(jī)身的設(shè)計如圖所示：圖 2.4.1 機(jī)械手底座具體設(shè)計機(jī)身底座的參數(shù)如下：圖 2.4.2 底座2.5 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )任 務(wù) 書學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 題 目： R175 柴油機(jī)機(jī)體加工自動線上 多功能液壓機(jī)械手設(shè)計 起止時間： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級： 指 導(dǎo) 老 師： 教研室主任： 院 長： 設(shè)計（論文）內(nèi)容及要求：1、查閱相關(guān)工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計資料，計算和確定設(shè)計柴油機(jī)機(jī)體自動生產(chǎn)線上多功能機(jī)械手主要的技術(shù)參數(shù)。2、進(jìn)行柴油機(jī)機(jī)體自動線上用多功能機(jī)械手總體方案設(shè)計。3、完成多功能機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)和送放機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4、完成機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計。5、根據(jù)總體設(shè)計方案，繪制出機(jī)械手總體外觀圖一張（三維計算機(jī)圖） 。6、進(jìn)行手臂驅(qū)動力計算，繪制出機(jī)械手手臂或機(jī)身機(jī)械結(jié)構(gòu)圖一張（A0 計算機(jī)圖） 。7、進(jìn)行腕部驅(qū)動力計算，繪制出機(jī)械手腕部機(jī)械結(jié)構(gòu)圖一張（A0 計算機(jī)圖） ；8、根據(jù)控制系統(tǒng)總體方案，繪制出液壓系統(tǒng)圖一張（A1 計算機(jī)圖） ；9、繪制出零件圖一張（A0 或 A1 手工圖） ；10、科技譯文（不少于 3000 漢字） 。11、編寫畢業(yè)設(shè)計說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，全部用計算機(jī)打出） 。主要參考資料：1、 《機(jī)械設(shè)計手冊》 化學(xué)工業(yè)出版社2、 《機(jī)床設(shè)計圖冊》 上?？萍汲霭嫔?、 《工業(yè)機(jī)器人》 華中科技大學(xué)出版社4、 《機(jī)械手及其應(yīng)用》 王承義 編，機(jī)械工業(yè)出版社5、 《液壓傳動與氣壓傳動》華中科技大學(xué)出版社6、 《機(jī)械原理》 （第六版） 孫桓主編 高等教育出版社指導(dǎo)教師： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目： R175 柴油機(jī)機(jī)體加工自動線上多功能液壓機(jī)械手設(shè)計 學(xué)院名稱：指導(dǎo)教師：職 稱：班 級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目 R175 柴油機(jī)機(jī)體自動加工線上多功能液壓機(jī)械手設(shè)計設(shè)計（論文）題目來源 自選課題 設(shè)計（論文）題目類型 工程設(shè)計類 起止時間 一、 設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義：20 世紀(jì)以來，工業(yè)機(jī)械手作為一項(xiàng)可以代替人類完成復(fù)雜工作的發(fā)明，在機(jī)械制造、航空航天、醫(yī)療、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。工業(yè)機(jī)械手按不同的方法可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、坐標(biāo)式、多球關(guān)節(jié)坐標(biāo)式，可以實(shí)現(xiàn)較大空間范圍的精確定位。工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。執(zhí)行系統(tǒng)又可分為抓取、送放和機(jī)身三大部分。而驅(qū)動系統(tǒng)由液壓傳動和機(jī)械傳動的組成，既能傳遞較大的力矩和運(yùn)動，又能極大地提高機(jī)械的效率。控制系統(tǒng)對整個系統(tǒng)發(fā)出指令，可由自動加工程序、電氣控制、液壓控制實(shí)現(xiàn)精確的點(diǎn)位控制，快速的系統(tǒng)驅(qū)動。對于 R175 柴油機(jī)機(jī)體的加工，由于其本身質(zhì)量較大，加工精度高，因此對于機(jī)體的運(yùn)輸和定位存在一定的難度。而自動加工線上采用液壓機(jī)械手就能很好的解決這些難題。并且工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用的市場環(huán)境日益擴(kuò)展并呈現(xiàn)可以預(yù)見的強(qiáng)勁后市，通過本次的實(shí)踐應(yīng)用了解和熟悉關(guān)于工業(yè)機(jī)械手的一些基本的設(shè)計方法，能使我們能更好地適應(yīng)今后工作要求。二、 設(shè)計（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）研究內(nèi)容：1. 調(diào)查分析 R175 柴油機(jī)機(jī)體的加工特點(diǎn)，參考機(jī)體加工工藝文件，獲得設(shè)計所需的初步資料。2. 完成工業(yè)機(jī)械手的總體方案和控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。3. 完成液壓機(jī)械手系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。4. 完成液壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計。5. 完成工業(yè)機(jī)械手的傳動系統(tǒng)、傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計。6. 對工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，測試液壓傳動效率、傳動效率等。預(yù)期的目標(biāo)：1、 通過本次設(shè)計對液壓機(jī)械手有一定的了解，清晰機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計全過程，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的，提高獨(dú)立工作能力，鞏固所學(xué)知識，并有所進(jìn)步，增強(qiáng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的能力；2、 根據(jù)總體設(shè)計方案，繪制出液壓機(jī)械手的外觀圖一張（三維計算機(jī)圖） ；進(jìn)行運(yùn)動計算和強(qiáng)度計算，繪制出液壓機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝圖一張（A0 或 A1 計算機(jī)圖） ；進(jìn)行運(yùn)動計算和強(qiáng)度計算，繪制出液壓機(jī)械手的手臂和手抓機(jī)械結(jié)構(gòu)圖一張（A1 計算機(jī)圖） ；繪制零件圖一張（根據(jù)情況由指導(dǎo)教師指定） ；根據(jù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案，繪制液壓控制系統(tǒng)圖一張（A1 計算機(jī)圖） ；3、 完成相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)要求的報告，并繪制出實(shí)驗(yàn)表格，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。三、設(shè)計（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：1、液壓機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求、設(shè)計計算（包括抓力的計算、驅(qū)動力的計算、定位誤差的分析） ，送放機(jī)構(gòu)的送放運(yùn)動、自由度及坐標(biāo)計算，手臂和機(jī)身的結(jié)構(gòu)、配置形式、設(shè)計要求、手臂驅(qū)動力的計算等各種技術(shù)參數(shù)的確定；2、確定機(jī)械手總體方案和控制系統(tǒng)總體方案；3、液壓機(jī)械手送放機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)設(shè)計；4、整機(jī)各部件結(jié)構(gòu)以及基本重量和基本尺寸，以保證在設(shè)計過程中直接應(yīng)用；四、 設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：研究方法：調(diào)查，對比，參考，設(shè)計。步驟：2008.12.29—2009.1.10：收集并閱讀 R175 柴油機(jī)機(jī)體自動加工液壓機(jī)械手設(shè)計方面的書籍和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，了解液壓機(jī)械手的基本知識，發(fā)展方向等，完成開題報告；2009.3.15—2009.3.29：閱讀相關(guān)資料，初步定出機(jī)械手各部分技術(shù)參數(shù)，并進(jìn)行設(shè)計計算，校核以及優(yōu)化設(shè)計方案，選擇并切實(shí)可行的方案路線；2009.3.31—2009.5.1：依據(jù)確定的參數(shù)繪制圖紙；2009.5.1—2009.5.20：編寫并整理設(shè)計說明書；2009.5.20—2009.5.25：重新回顧一下畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容，對設(shè)計進(jìn)行全面性的修改，并準(zhǔn)備答辯；2009.5.25—2009.5.29：對單片機(jī)控制程序進(jìn)行加強(qiáng)學(xué)習(xí)并編寫自動生產(chǎn)線上的加工控制程序；2009.6.1：答辯。五、 進(jìn)行設(shè)計（論文）所需條件：理論知識的準(zhǔn)備，包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制圖、互換性技術(shù)、液壓傳動、單片機(jī)技術(shù)等，并要求各個學(xué)科的知識綜合運(yùn)用；仿真實(shí)驗(yàn)室用于機(jī)械手的仿真實(shí)驗(yàn)；計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD） ，來幫助我們繪制三維圖(Solidworks)、繪制裝配圖(AUTO CAD)；設(shè)計手冊,設(shè)計圖冊。六、 指導(dǎo)教師意見：簽名： 年 月 日第 1 頁 共 53 頁摘要：R175 柴油機(jī)機(jī)體自動加工線多功能液壓機(jī)械手采用活塞液壓缸機(jī)構(gòu)，通過活塞桿的直線運(yùn)動帶動杠桿機(jī)構(gòu)和手爪，將工件夾緊，完成抓取動作。當(dāng)液壓缸斷油時，活塞桿通過彈簧復(fù)位，從而松開工件。腕部采用葉片式回轉(zhuǎn)缸機(jī)構(gòu)，葉片帶動機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，完成機(jī)械手轉(zhuǎn)動動作。手臂采用液壓缸和連桿的組合機(jī)構(gòu)，活塞桿與手臂鉸接，通過活塞桿的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)俯仰動作。本設(shè)計機(jī)械手為 R175 型柴油機(jī)機(jī)體加工自動線上的輔助裝置，能完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)功能，能夠在球面空間內(nèi)完成送料。關(guān)鍵詞：液壓傳動;機(jī)構(gòu);動作 i摘要：R175 柴油機(jī)機(jī)體自動加工線多功能液壓機(jī)械手采用活塞液壓缸機(jī)構(gòu)，通過活塞桿的直線運(yùn)動帶動杠桿機(jī)構(gòu)和手爪，將工件夾緊，完成抓取動作。當(dāng)液壓缸斷油時，活塞桿通過彈簧復(fù)位，從而松開工件。腕部采用葉片式回轉(zhuǎn)缸機(jī)構(gòu)，葉片帶動機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，完成機(jī)械手轉(zhuǎn)動動作。手臂采用液壓缸和連桿的組合機(jī)構(gòu)，活塞桿與手臂鉸接，通過活塞桿的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)俯仰動作。本設(shè)計機(jī)械手為 R175 型柴油機(jī)機(jī)體加工自動線上的輔助裝置，能完成上料、轉(zhuǎn)位和翻轉(zhuǎn)功能，能夠在球面空間內(nèi)完成送料。關(guān)鍵詞：液壓傳動;機(jī)構(gòu);動作 iiAbstract: The hydraulic mechanical hand installed on the production line is used for producing the R175-type diesel engine block, the mechanical hand uses telescopic hydraulic cylinder mechanism, it will clamp the workpiece tightly through piston rod’s linear motion which can drive leverage and gripper. Piston rod will reset by the force of the sping, and the workpiece will be released, when the oil is cut off . The wrist is equipped with vanetype rotary cylinder. so, manipulator moves with the axis of rotation when driven by the vanes, completing its translocation movement .The arm is a combination of hydraulic cylinder and connecting rod ,and the piston rod is hinged on the arm.So the mechnical hand can achieve the pitching movement throught the piston rod’s linear motion .The design of the mechnical hand is a piece of auxiliary facility for automatic online processing of the R175-type diesel,which can feed, translocate and turn,what’s more, it can feed in a spherical space.Keyword ： Hydraulic cylinder；Mechanism ；Movementiii目 錄前言…………………………………………………………1第 1 章 液壓機(jī)械手總體方案設(shè)計.……………………21.1 總體方案的擬定…………………………………………21.2 總體方案的選定………………………………………31.3 主要參數(shù)設(shè)計校核……………………………………4第 2 章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計………………….…….………72.1 機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計 …………………………………72.2 機(jī)械手腕部設(shè)計………………………………………182.3 機(jī)械手臂部設(shè)計………………………………………202.4 機(jī)械手底座機(jī)身設(shè)計…………………………………232.5 回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計………………………………………25第 3 章 液壓驅(qū)動、控制系統(tǒng)的設(shè)計……………………333.1 液壓驅(qū)動回路設(shè)計……………………………………333.2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計……………………………………363.3 液壓泵及液壓原件選擇………………………………373.4 驅(qū)動液壓缸選擇………………………………………37參考文獻(xiàn)……………………………………………………39謝辭…………………………………………………………40科技譯文……………………………………………………41