《机械毕业设计（论文）锻压机自动上料机械手执行系统设计【全套图纸】.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械毕业设计（论文）锻压机自动上料机械手执行系统设计【全套图纸】.doc（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、（学号）： 0623418长春理工大学光电信息学院毕 业 设 计（论 文）译文锻压机自动上料机械手执行系统设计Forging manipulator automatic feeding system design implementation姓 名学 院机电工程分院专 业机械手机自造及其自动化班 级指导教师2010年6月20日摘要锻压机自动上料机械手的作用是将被加热的坯料从上料位置将热坯料搬运到立式精锻机上锻打，其成品锻件由下料机械手从立式精锻机上取下并送到转换机械手上，转换机械手先把锻件反转 90度成水平位置，由丙烷切割装置将两端切齐，切割完毕运送到车间外面的仓库。该机械手包括执行系统、驱动
2、系统和控制系统，本文主要设计了机械手的执行系统即手部.腕部和臂部的设计，实现了手部的夹持、腕部的回转和臂部的伸缩等功能，用 CAD完成了该机械手的总装图及手部和臂部的绘制，并分析操作该机械手的各种力学参数 ,讨论了其工作空间的情况。同时对其进行动力学分析，得到各传动关节所需的驱动力，得出了最终方案。关键词： 锻压机 执行系统 力学参数 全套图纸，加153893706Abstract The forge press automatic high-quality goods manipulators function is the semifinished materials which heat
3、s up from the high-quality goods position the hot semifinished materials is transported to the vertical fine forging machine on hammers, its end product forging takes down by the yummy treats manipulator from the vertical fine forging machine and delivers transforms on the manipulator, transforms th
4、e manipulator to reverse the forging 90 degrees to become the first horizontal position, cuts neat by the propane cutter device the both sides, cutting finished ships to the workshop outside the warehouse. Manipulator including the implementation of the system, drive system and control system, this
5、paper designed a robot hand that the implementation of the system. Wrist and arm of the design, implementation of the hands grip, wrist rotation and arm stretching functions use CAD to complete assembly of the mechanical hand and hand and arm map rendering, and analysis to operate the various mechan
6、ical parameters of the manipulator, discussed the situation of their work space. At the same time the dynamic of its analysis, the driving force needed to drive joint, come to the final program.Keyword: forging machine the implementation of the system the mechanical parameters目录第一章 绪论.11.1 机械手发展状况11
7、.1.1 发展历史11.1.2现代研究趋势21. 1. 3 国内发展状况31.1.4应用举例41. 2机械手的研究意义61.3应用价值7第二章 功能原理和结构评价设计.82.1参考数据82.2 工作要求92.3系统组成92.4总体方案102.5具体结构方案11第三章机械手执行系统设计与计算.133.1机械手执行系统设的各部分设计结构133.1.1手部结构133. 1.2腕部结构143.1.3臂部结构143.2.机械手手部设计：153.2.1手部结构：153.2.2夹紧力计算：153.2.3 手臂的设计计算163.3液压缸结构尺寸液压缸内径计算：173.4.液压缸壁厚计算183.5.液压缸零件的
8、连接计算20总结.22致谢.23参考文献.24第一章 绪论1.1 机械手发展状况 1.1.1 发展历史 1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家 George Devol取得了附有重放记忆装置的第一台机械手的专利权，该设备能执行从一点到另一点的受控运动(即点-点运动)，这被认为是机器人时代的开始。五年后，普兰耐特公司(Planet Corp.)出售第一台工业用机器人。 60年代中期，随着机器人学这一新领域的发展，在麻省理工学院、斯坦福大学、斯坦福研究所(SRI)，以及苏格兰爱丁堡大学这样的理工学院中，出现了好几个研究中心，并出现了涉及人工智能的研究课题。1970年，机器人学界早期的改革家之
9、一，Victor Schenman在斯坦福大学演示一种计算机控制的工业机械手，这就是非常著名的斯坦机械手。它非常先进，技术很复杂，迄今还被很多研究中心使用。 70年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在日本，有了广泛的应用。由工业机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动生产率，提高和稳定了产品质量，大大缩短了产品更新换代的周期。这些应用在很大程度上激发了人们对机械手的研究和开发，它的技术也因此取得了长足的进步。80年代，人们为了让机器人技术向各行各业扩展、应用，于有了用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域的机器人。应用于这些领域
10、的机器人，绝大多数都是由机械手和与之对应的安装平台组成的。到了上世纪 90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展和它们之间的相互整合，机械手技术得到了飞速发展。除了工业机械手水平不断提高之外，各种用于非制造业的特种机械手也有了长足的进展。现代控制理论使得机械手控制系统的性能进一步提高。传感器技术的发展和应用大大的提高了机械手的作业性能和对环境的适应性。网络通信技术实现了多个机械手的协调工作，也使得机械手山过去的专用设备向标准化设备发展。微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机械手的可靠性有了很大的提高。还有通过诸如模态分析、有限元分析及仿真设计等现代设计方法的运用，某些
11、领域的机械手己经实现了优化设计，在这个方面做的比较突出的是德国的 KUKA公司。近年来，随着人类活动领域的进一步扩大，人们对非制造业用机械手的研究空前活跃起来。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机械手的要求更高，需要机械手具有对外感知能力以及局部的自主规划能力等。美国的 AUSS、俄罗斯的 MT-88、法国的 EPAVLARD等装有水下机械手的机器人系统己用于海洋石油开采，海底勘探、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护等方面，形成了有缆水下机器人和无缆水下机器人两大类。核工业用机械手，国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、重量轻、刚度好、便
12、于装卸与维修的高性能伺服手。己完成的典型系统，如美国 ORML基于机器人的放射性储罐清理系统、反应堆用双臂操作器，加拿大研制成功的辐射监测与故障诊断系统，德国的 C7灵巧手等。目前，机器人技术发达的国家都在竞相开发地下机械手、医用机械手、建筑用机械手和军用机械手，并已经取得了一些卓有成效的结果。 1.1.2现代研究趋势目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机械手共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下几个方面: 1)工业机械手的优化设计技术:探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/ 自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。 2)机械手控制技术:重点研究开放式，模
13、块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机械手控制器的标准化和网络化，以及从于 Pc机网络式控制器己成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。 3)多传感器系统:为进一步提高机械手的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器信息融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器信息融合算法。另一个问题就是传感系统的实用化。 4)机械手的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。 5)机械手遥控及监控技术，半自主和自主技术，多个机械手和操作者之间的协调控制，通过
14、网络建立大范围内的机械手遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。 6)虚拟机械手技术，基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机械手的虚拟遥控操作和人机交互。 7)多智能体调节控制技术:这是目前机械手研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。 8)软机械手技术:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机械手设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机械手技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机械手意外地与环境或人碰撞时是安个，机器人对人是友好的。 9)仿人和仿生技术
15、:这是机械手技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。 1. 1. 3 国内发展状况我国的机械手研究与开发工作起步较早，曾经有过一些成果，但在产业化和应用上，一直步履维艰。改革开放以来，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前基本掌握了机械手的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机械手关键元器件，开发出了喷漆、弧焊、装配、搬运等机械手.但是，我国的机械手技术及其应用程度和发达国家相比还有很大的差距，如:可靠性低于国外产品;机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上远远赶不上发达国家。以上原因主要是没有实现机械手的
16、高度产业化。当前我国机械手的生产几乎都是应用户的要求，“一个客户，一次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本高，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。 1.1.4应用举例移动机器人的研究始于 60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的 Nils Nilssen和 Charles Rosen等人，在 1966年至 1972年中研制出了取名 Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。70年代末，随着计算机的应用和传感技
17、术的发展，移动机器人研究出现了高潮。特别是在 80年代中期，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司开始研制移动机器人平台，这些移动机器人主要作为大学实验室及研究机构的移动机器人实验平台，从而促进了移动机器人学多种研究方向的出现。90年代以来，计算机硬件水平不断提高，并行分布式处理技术、硬件控制技术、传感器技术及软件开发环境不断发展，为移动机器人的研究提供了必要的物质条件。人工智能技术尤其是机器理解、搜索、任务及路径规划、视觉识别、模糊控制、神经网络等技术的发展，使移动机器人向着智能化、自主化方向发展。 随着科技发展和实际应用的需要，现在各类型的移动机器人普遍加装了机械手，以使其
18、成为一种多功能、高度自动化的作业平台，在实际应用中有着不可估量的作用，特别是在军事领域。下面介绍的几款移动机器人是目前该发展领域的代表产品。 西班牙罗斯罗卡公司研制的“罗德”轮式机器人。该机器人可用于清理雷场和处理炸药等危险物品。如图 1. 1. 1所示，该车长 1. 4m、宽 0. 67m、高 0. 8m、重 350kg,(6 X 6)驱动、动力装置为 1台电动机，车上供电蓄电池可使用 2h，车速(前进或后退)可在 06. 5km/h之间连续变化。车上装有活动操作臂，有 6个自由度，固定在机器人车的旋转塔上。操作臂不伸长时可吊重 80kg，伸直时最长为 1. 5m，此时可吊重 16kg。操作
19、臂顶端装有夹爪，夹紧力可达 30kg，能把物体提升至 2. 75m高。该车采用 100m(或 250m)长的电缆或无线电装置进行遥控。操作手完成整个操作过程必须借助 1台黑白或彩色电视显示器，显示车上 3个摄像机获得的监视驾驶、操作臂控制和夹爪操作的图像。车上装有两个卤气探照灯，可在夜间或能见度很低的地区 图1.1.1“罗 德”轮式机器人英国研制的履带式“手推车”及“超级手推车”排爆机器人 MPR-800型多功能智能机器人。它可以完成地雷探测与排险、灭火、监视、清除核放射性沾染物等工作，最大时速为 8千米，能爬 40“的陡坡，其机械手臂能提起 220千克的重物，还可安装滑膛枪和各种传感器，并装
20、配有两部监视战场和实施遥控的摄像机。最近英国又将手推车机器人加以优化，研制出土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人，如图 1. 1. 2所示，英国皇家工程兵在波黑及科索沃都用它们探测及处理爆炸物。土拨鼠重 35公斤，在桅杆上装有两台摄像机。野牛重 210公斤，可携带 100公斤负载。两者均采用无线电控制系统，遥控距离约 1公里。图 1.1.2“土拨鼠”和“野牛”排爆机器人2004年由我国自行研制生产的“灵晰-B”型排爆机器人在南京市公安局特勤支队正式服役。如图 1. 1. 3所示，“灵晰一 B”型排爆机器人为三段履带式设计，身上装置行走、机械手、云台三个摄像头，最大行走速度 3米/秒，能抓取 15
21、公斤熏物，爬行 40度斜坡和楼梯，越过 40厘米高障碍和 50厘米宽壕沟，自带电源可连续作 4小时。排爆人员可在远距离以有缆及无缆操作方式对机器人进行精确操控。图 1.1.3“灵晰-B，型排爆机器人1. 2机械手的研究意义机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化。随着科学技术的发展，机械手广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在机械制造方面机械手最早应用在汽车行业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可以替代人从事危险，有害，有毒，低温和高热等恶劣环
22、境中的工作;替代人完成繁重，单调重复劳动，保证生产质量，提高生产效。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业，机械手与数控加工中心，机械手和计算机集成制造系统 实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善的提高，机械手的应用领域日益扩大。1.3应用价值用于轴类零件精锻自动生产线上，将加热后的坯料从运输车上取下搬运到立式精锻机上。机械手固定安装在 JD100立式精锻机前。第二章 功能原理和结构评价设计2.1参考数据抓重： 60公斤自由度数： 4个座标型式： 圆柱坐标最大工作半径： 1700毫米手臂最大中心高： 2300毫米手臂运动参数： 手
23、臂伸缩范围： 0500毫米手臂伸缩速度： 200mm/s 手臂升降范围： 0600毫米手臂升降速度： 150mm/s 手臂回转范围： 0200 手臂回转速度： 630/s 手腕运动参数： 手腕回转范围： 0180手腕回转速度： 201/s 手指夹持范围： 30-120mm 缓冲方式及定位方式：手臂伸缩： 伸出时由行程开关适时发信切断油路，手臂滑行缓冲，死挡块快定位，伸缩时无缓冲措施，由活塞和油缸端盖相碰定位手臂升降： 上升时是靠可调碰铁触动行程开关而发信，使电液换向阀变为 O 型划块机能，切断油路而实现缓冲定位，下降时靠油缸端部节流缓冲，以导向套和升降缸支撑座相碰而定位。手臂回转： 采用行程节
24、流阀减速缓冲，用定位油缸驱动定位销而定位。手腕回转： 采用行程开关发信，切断油路滑行缓冲，死挡块定位。驱动方式： 液压控制方式： 点位程序控制 机械结构设计的基本要求，包括对机器整机的设计要求和对组成零件的设计要求两个方面，两者相互联系、相互影响。 2.2 工作要求机械手的工艺流程机械手原位机械手前伸机械手上升机械手抓取并夹紧机械手退机械手左转机械手前伸机械手松开机械手下降机械手右转退至位2.3系统组成本机械手系统由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统包括手部、手臂、手腕。驱动系统包括动力源、控制调节装置和辅助装置组成。控制系统由程序控制系统和电气系统组成2.4总体方案本文主要是锻压机自
25、动上料机械手的执行系统的设计，主要涉及手部的加持，腕部的回转和臂部的伸缩等运动，其具体方案如下1驱动驱动采用液压驱动其特点（1）驱动力和驱动力矩较大，臂力可达 100公斤（2）速度反应性较好2执行系统设计结构手部采用滑槽杠杆夹持式手部，手指两个优点：两个手指除具有一个手指的功能外，还能抓住物体并可精确的控制物体的位置和取向。手腕部采用回转油缸来实现回转。手臂的伸缩采用双作用式油缸来实现前后伸缩。2.5具体结构方案工业机械手的机械机构是指它的执行系统，是机械手抓持工件、进行操作及各种运动的机械部件。机械部件主要包括手部，手臂前后伸缩部分，手臂上下升降部分腰转部分以及机座。机械手的动作主要包括手部
26、的夹紧、手臂的伸缩及回转 （1）手部：包括杠杆手指，单向作用式握紧油缸等。其工作原理：物体进入手指后，拉杆手油缸作用，通过拉杆带动杠杆手指回转，实现握紧或松开动作。（2）手臂的前后伸缩部分：手臂的前后伸缩部分由直线油缸带动实现。当直线油缸工作时通过活塞杆行程的变化，完成手臂的伸缩运动。（3）自动上料机械手手臂伸降机构 手臂的上下升降部分采用双作用式油缸实现垂直升降运动。其行程最大为600毫米。升降机构中，升降缸体与缸体支撑座用螺钉联结，活塞杆14的上端通过球形铰链,上球形铰座、连接盘和导向套等组成升降机构的升降部分。当压力油经油管进到升降缸上下两腔后，推动活塞杆并带动导向套一起作升降运动。在导
27、向套上装有导向键，它能在缸体支撑座上的键槽内滑动，用此键防止导向套升降机时可能产生的转动。用导向套作导向装置，其导向性能好，刚度大，工作平稳。活塞杆与连接盘间用球形铰链联结，可自动弥补导向套倾斜所引起的偏差。手臂下降运动的缓冲，由油缸底部的缓冲调节阀来实现。手臂升降行程是通过安装在侧板1上的可调撞块7和行程开关来控制。 （4）上料机械手中间部座 齿圈固定在支架上，并与手臂回转油缸的齿轮啮合，齿轮与手臂回转油缸的转轴固定连接,而回转油缸的壳体又固定在手臂伸缩机构的中间架体上。当回转油缸的转轴带动齿轮自传时，因齿圈固定，齿轮除自传外还要绕齿圈做公转，致使手臂伸缩机构为一整体而回转，即手臂回转与东。
28、回转油缸壳体上装有行程减速阀，齿轮端面上装有挡块。当手臂回转时，行程减速阀与挡块相接触压冬阀芯徐徐关断油路，实现手臂回转终点位置的缓冲。在支架上装有连接座，在开关座上装有组合式行程开关，在手臂回转过程中靠碰块（手臂回转定位油缸上）出动组合式行程开关发出信号，控制手臂回转运动位置。为使其精确定位，控制系统发出信号，使安装在手臂中间架体上的定位油缸动作，实现插销定位。优缺点：利用齿轮结构，机械手的旋转定位更准确，但它具有保养条件高，产生的机械振动影响其零件的工作寿命等缺点。（5） 手臂回转油缸的结构手臂回转油缸的结构由回转缸体和上端盖、下端盖、定片间用螺钉连接，并将他们作为一体通过上端盖与手臂伸缩
29、机构连接形成一个运动部件。转轴支持在上、下端盖上，与动片固定连接，其身伸出端通过花键轴部分与中间座的齿轮连接，向手臂传递动。 优缺点与双作用油缸相似。（6） 手臂回转定位油缸用螺钉和圆柱销固定在手臂伸缩机构的中间架体上，使手臂在水平面内回转得到精确定位，其结构简单，动作灵活可靠。第三章机械手执行系统设计与计算 3.1机械手执行系统设的各部分设计结构3.1.1手部结构机械手手部结构形式多样，但总的设计都有如下几点基本要求1)应具有适当的夹紧力和驱动力，手指握力(夹紧力)大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏抓取物体;力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力是，除考虑
30、抓取物体重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证夹持安全可靠。 2)手指应具有一定的开闭范围，手应具有一定的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)或开闭范围(对平移型手指从张开到闭合的直线移动距离)，以便于抓取或退出物体机械零件材料的选择是机械设计的一个重要问题，不同材料制造的零件不但机械性能不同，而且加工工艺和结构形状也有很大差别。机械零件常用材料有黑色金属、有色金属、非金属材料和各种复合材料等。从材料选用原则的使用要求、加工要求和经济要求出发，选择机械手的零件材料。3)应保证抓取物体在手指内的夹持精度，应保证每个被抓取的物体，在手指内都有准确的相对位置。4)要求
31、结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。在这里还必须讨论一下机械手手指数量的问题，不同的手指数量可以完成的动作、动作复杂程度都不通，可以根据机械手必须完成的动作确定机械手所需的最少手指数。一个手指能推、滚或滑动小物体，还可用力操纵开关等;两个手指除具有一个手指的功能外，还能抓住物体并可精确的控制物体的位置和取向:三个手指除能完成两个手指完成的功能外，它还有在手中反复抓握物体的功能，如将物体抛入空中并在新的方向抓住物体;多个手指则具有更大的灵活性，如能抓住和操纵多个物体。对于本文的移动机器人，只需要能够抓住物体，控制物体的位置和取向
32、，两个手指就能满足此工作要求，所以在结构上将采用两指。3. 1.2腕部结构手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的位置，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。手腕的运动形式可以有:绕 X轴转动称为回转运动;绕 Y轴转动称为上下摆动;绕 Z轴转动称为左右摆动:有的甚至是沿 Y轴或 Z轴的横向移动。一般手腕设有回转或再增加一个上下摆动即可满足工作要求。3.1.3臂部结构手臂部件是机械手的主要部件。它的作用是支承腕部和手部，并带动它们做空间运动臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部
33、的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。设计基本要求： 1)臂部应承载能力大、刚度好、自重轻臂部通常即受弯曲(而且不仅是一个方向的弯曲)，也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。很明显，在截面积和单位重量基本相同的情况下，钢管、工字钢和槽钢的惯性矩要比圆钢大得多。所以，机械手常采用无缝钢管作为导向杆，用工字钢或槽钢作为支撑钢，这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重，而且空心的内部还可以布置驱动装置、传动装置以及管道，这样就使结构紧凑、外形整齐。 2)臂部运动速度要高，惯性要小.3.2.机械手手部设计： 3.2
34、.1手部结构：机械手的手部结构采用夹钳式手部，其手部是由手指，传动结构和驱动结构三部分组成的。采用两个手指，驱动装置为传动机构提供动力，驱动源为液压驱动装置。传动机构通过滑槽弹簧实现夹紧或松开。3.2.2夹紧力计算：手指加在工件上的加紧力，是设计手部的重要依据。在设计时，必须考虑到夹紧力克服重力所产生的静荷载（惯性力或惯性力矩），以使工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算： FNK1*K2*K3*G 式中 K1：安全系数，通常取 1.22.0；取 K1=1.5； K2：工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。 K2可近似按下式估算： K2=1+a/g 其中 a运载工件时重力方向上的
35、最大上升加速度； g重力加速度 g=9.8m/sa=Vmax/t响 Vmax：运载工件时重力方向上的最大上升速度； t响:系统达到最高速度的时间，根据设计参数，一般取 0.030.5s；取 t响=0.5s K3：方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，按工业机械手设计表 2-2读取；K3=0.5 G：被抓取工件所受重力（N），G=10kg/N Vmax=r/t=3.14*0.155/1.25=0.39/ s K2=1+a/g=1+0.39/0.5/9.8=1.08 m/s Fn=1.5*1.08*0.5*10*9.8=79.38N 3.2.3 手臂的设计计算 (1)左到右的
36、液压缸的设计计算：(2)液压缸活塞的驱动力计算： 水平移动液压缸受力图F=F摩+F密+F惯+F回F摩摩擦阻力 F密密封装置处的摩擦阻力；F惯启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力F回液压缸回油腔低压处造成阻力机械手总重 800N，手臂不参与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离为 75mm，导向支撑为 15mm。F摩 uG总 U：当量摩擦系数 U=(4/2)u=(1.271.57)u 钢对铸铁取 u=0.180.3, 取 u=0.2 F摩=0.26*800=208N F密计算:液压缸工作压力小于 10Mpa,活塞杆直径为液压缸直径的一半,活塞与活塞杆外都采用O型密封圈。 F封 1=pd1p
37、工作压力, p=4Mpa D：活塞直径为 32mm, I：密封有效长度. F封2=0.03F I=d0*2k-kk=0.08014取k=0.08,d0=0.018 I=0.18*2*0.08-0.08*0.08=0.007m F 封 1=4*106 *0.032*0.007=2813.44NF封 2=0.03F=0.03*P*R=0.03*4*106 *0.016 =96.46N F回= F 封 1+ F封 2=2813.44+99.46=2909.9N F回计算，背压为 0，F回=0 F惯的计算 F惯=G总V/8t G总:参与运动的零件的总动力，V由静止加速到常速的变化量V=0.094m/s
38、 t起动过程中时间取 0.010.5s 取 t=0.5s F惯=ma=800.094/0.5=15.04NF=F惯+F摩+F回=15.04+208+2909.9=3132.94N 3.3液压缸结构尺寸液压缸内径计算：液压缸内径计算双作用液压缸机构示意图油进入无杆腔 F=F1=P*d2/4油进入有杆腔 F=F2=P*（D2-d2）/4工作压力 P=4Mpa 液压缸机械效率，一般取=0.95 D液压缸内径 F理论推力 d活塞杆直径D=（4F/P）1/2=0.032m 按表 19-6-3 液压缸内径系列取 D=32mm 由于公称压力为 P=4MPa10MPa, 取=1.33 =v2/v1=A1/A2
39、=/4D2/4(D2-d2)=D2/D2-d2 液压缸活塞往复运动时的速比则 d=(D2-D2/1.33)1/2=0.0159m 按表 19-6-3活塞肛直径系列，取 d=16mm 由于液压缸的工作时间 t=D2s/4q S行程 Q=流量 m3/s Q=D2s/4=*0.0322*0.13/4=76*10-6 m3/s 3.4.液压缸壁厚计算1.一般按壁厚缸筒公式计算 tPD/2p t=(45-32)/2=6.5mm P液压缸内工作压力 PaD液压缸内径 m P刚体材料许用拉应力P=s/s s为安全系数，推荐在 3.55范围内 d选用，一般取 S=5 由于缸体材料为锻钢 P=（110120）M
40、Pa 取P=110MPa t4*106*0.032/2*110*106=0.00058m1/10 按壁厚公式校核 2.按壁厚公式计算： td/2(P+0.4P/P -1.3p)*1/2-1=0.0005m=0.5mm6.5mm 满足要求 3.按强度条件验算活塞杆直径 d(L10d)时 d(4F1/p)l/2 F1活塞杆推力， L活塞杆长度p活塞杆材料的许用应力 p=s/s s：材料屈服极限 s为安全系数，取s=2 s=300N/mm2 p=150 N/mm2 d(4*3132.94/150)1/2=5.166.5mm 满足要求 L=150mm10d=160mm 受压柱塞式活塞杆无须做压杆稳定性
41、计算 3.5.液压缸零件的连接计算回转液压缸计算图缸体与缸盖用法兰连接的螺栓计算合成应力：n=KF1/ASZ1PA Z：螺栓数量，X=4 AS：螺栓螺纹部分危险剖面积计算螺纹预紧系数，K1.351.6s，取 k=1.5s n=1.5*3132.94/8*4=146.86N/mm2 由于内六角圆柱头螺纹精度为8.8级 n=146.86N/mm2800N/mm2 强度足够 5.活塞与活塞杆螺纹连接的计算：活塞杆的拉力 F2=（D2-d2）p/4=(0.0322-0.0162)/4=2411.52N 活塞杆危险断面处的合成应力 n=Kf2/d22/4p d2：活塞杆危险断面处的直径为d2 =d-3=
42、16-3=13mm K螺纹预紧系数：取K=1 p=s s安全系数，取s=1.75 对于调质硬度 HB=240270HBS 的 40Cr钢s =700MP ，p=40MP n=1.4*2412.7/*132 /4=25400MP 满足要求总结机械手设计是一个集机械结构，电子技术，传感器技术，控制测试技术，液压与气压传动等多学科统一的综合系统机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。本文以锻压机自动上料机械手为研究课题，提出其各项技术指标，以此基础进行设计。文中着重研究分析了该机械手的执行系统及各部分零件结构和液压传动部分两大
43、问题，初步完成了一个机械手的整体设计。本课题的设计工作总结如下：1.课题要点：通过在大学学习期间所学到的知识，对机械手的机械原理进行建摸，再进行各方案比对，选出最佳方案。此后设计均围绕所选方案开展。2.课题核心：利用CATIA和CAD对机械手的整体机械结构以及部分非标零件进行实体设计并装配。在设计中不仅要遵照最初方案，还要充分考虑部分实体设计的合理性。3.验证工作：用力学知识对机械手的非标零件进行设计及校核，来验证其是否可以适应工作要求。4.完成构建：提出操作机械手的控制策略液压传动电子控制，用CAD和DXP构建原理图，并与机械结构相结合完成此课题。机械手的设计与开发涉及多个领域和多个学科。由
44、于作者水平有限和时间有限，此课题仍有许多问题需要解决。根据实际工作环境和造价的要求，对于这一课题，本人认为今后可以按以下几方面开展。1. 本文非标件偏多，液压系统有些复杂，需要进一步优化机械结构。2.本文采用多部机械手配合，PLC电子控制；考虑机械手发展趋势，最好采用单机械手单片机来优化整个生产过程。3.本文没提及机械手的运动学、动力学和仿真，建议今后将其完善。致谢首先衷心感谢我的指导老师陈玲老师对我论文的指导与热情的帮助。无论是在论文的选题还是定稿、研究的方法、技术路线以及本文的撰写都得到陈老师的严格要求和精心指导，陈老师都付出了相当的精力和心血，在各个环节中给了我许多宝贵的意见。在几个月的论文设计中，陈老师严谨的学术作风、治学态度，求实的工作作风和孜孜不倦的探索创新精神，以及平易近人的师长风范给我造就了良好的设计环境。陈老师不仅关心我的设计，还在生活上给了我无微不至的关怀，这些都是我不断前进的动力，必将对我今后的学习和生活受益匪浅，我将终生学习和铭记。在此，谨向陈玲老师致以深深的谢意! 在论文资料收集阶段，得到了校图书馆和系里老师的帮助，在此也致以感谢。再次感谢所有关心过我的老师和同学们！
