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1、数控精密中小孔珩磨机液压系统设计摘 要本次设计的液压系统包含机械手液压系统和夹具液压系统。其中液压传动机械手根据规定的动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对机械手的设计，并绘制必要装配图、液压系统图。机械手的机械结构采用油缸、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，立柱的转动采用伸缩油缸，机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸。在PLC控制回路中，当按下连续启动后，PLC按指定的程序，通过控制电磁阀的开关来控制机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，机械手在完成一个动作循环后停止运动。夹具采用横向移动油缸，
2、在PLC控制下配合机械手运动，完成工件的加紧与松放。关键词 机械手；夹具；液压；控制回路Hydraulic system design for CNC precision honing machineAbstract The design of the hydraulic system contains hydraulic system of manipulator and clamp hydraulic system. The hydraulic drive manipulator according to the provisions of the action sequence, the
3、 basic theory, comprehensive use of the basic knowledge of mechanical design and related professional knowledge, to complete the design of manipulator, and draw the necessary assembly drawing, hydraulic system diagram. The mechanical structure of the manipulator using the cylinder, cylinder and othe
4、r mechanical components; in the hydraulic transmission mechanism, a telescopic arm manipulator with telescopic cylinder, column is rotated in a telescopic cylinder, lifting manipulator with lifting cylinder, vertical traverse the transverse moving oil cylinder. In the PLC control loop, when pressed
5、for startup, PLC according to the specified procedure, to control the manipulator by controlling the switch of the electromagnetic valve for the corresponding action cycle, when you press the stop button after continuous, mechanical hand in a cycle of operation is completed after the cessation of mo
6、vement.Fixture with transverse moving oil cylinder, with the mechanical hand movement under the control of the PLC, the completion of workpiece stepping up and release.Key words mechanical hand ;fixture;hydraulic pressure;control loop目 录 第一章 绪论11.1 液压技术发展趋势11.2 国内外对液压产品技术的提高31.3 课题研究的对象和研究方法4第二章 拟定液
7、压系统原理图52.1 液压系统原理图52.2 液压系统特点分析62.3 液压系统电磁铁动作顺序表72.4 液压系统工作原理8第三章 计算和选择液压元件123.1 执行元件液压缸、液压马达133.1.1 手指夹紧缸143.1.2 手臂伸缩缸163.1.3 手臂升降缸223.1.4 手臂回转液压缸273.1.5 定位缸283.1.6 夹具夹紧缸293.1.7 液压缸、摆动液压马达选型323.1.8 液压缸的其它技术要求343.2 动力元件液压泵353.2.1 小泵353.2.2 大泵353.3 控制元件方向阀、压力阀、流量阀363.3.1 方向控制阀363.3.2 压力控制阀373.3.3 流量控
8、制阀373.4 辅助元件管道、管接头、过滤器、油箱393.4.1 管道393.4.2 管接头403.4.3 过滤器403.4.4 油箱413.5 工作介质液压油41第四章 液压系统性能的验算424.1 系统的压力损失验算424.2 系统的温升验算424.3 系统的其它验算42结 论43致 谢44参 考 文 献45附录I 译文46液压系统46附录II 外文原文54第一章 绪论 1.1 液压技术发展趋势液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易
9、实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。 液压产品技术发展趋势 由于液压技术广泛
10、应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向21世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： （1）减少损耗，充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负
11、荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。 （2）泄漏控制 泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。 （3）污染控制 过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；
12、开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。 （4）主动维护 开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。 （5）机电一体化 机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液
13、压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。 （6）液压CAD技术 充分利用现有的液压CAD设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-
14、使用-设计的闭环系统。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用CAD技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。 （7）新材料、新工艺的应用 新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优
15、化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。1.2 国内外对液压产品技术的提高在工业先进国家，对液压气动产品污染控制及密封技术都特别重视，因为它直接影响到产品性能、质量和水平，是产品有否市场的大问题。当前归纳的基本情况是：（1）产品污染控制贯彻在产品零部件制造的各道工序、产品装配、产品试验和包装中，有严格的定量指标来表证产品清洁度状况，有严格的防锈和其他措施来保证产品储存，运输中的清洁度；（2） 制订出相应的标准和规范，供有关人员遵照执行，并且纪律严明； （3） 对液压气动产品的用户，在使用中有明确的清洁度要求，并有保证清洁度的相 关辅件供用户选用；（4） 把产品的污染控制纳入日常
16、的工作范畴，出现问题随时解决； （5） 特别注重针对产品结构的密封技术研究，以保证产品有可靠的密封性；（6） 为适应主机产品高压、高速、高温或低温发展对配套密封件的需求，国外正向扩大橡塑组合、橡塑复合密封应用领域；研究非接触式可控膜式密封；探索应用新的柔性石墨密封材料等。我国，对液压气动产品的污染控制及密封技术也同样十分重视，但至今对该项技术的研究，实施以及取得的效果，与工业先进国家比，仍有不少差距，需要继续加大研究力度。1.3 课题研究的对象和研究方法本课题研究对象是数控珩磨机床的液压系统部分，此机床改良（其原图如上）主轴等传动系统部分使用步进电机，去除曲柄传动结构，增加机械手与夹具自动夹放
17、工件装置。机械手采用液压驱动实现工件的夹放和手臂旋转；夹具采用滚珠丝杠进给传动实现工件的往复运动，夹紧装置采用液压驱动。本着高效节能、机电一体化、计算机辅助设计及计算机控制、系统集成化与控制技术集结于一身的目的，课题着重研究机械手与夹具的液压缸和液压泵，对其进行受力分析和优化设计，是设计一个高效、节能机床液压系统的前提。第二章 拟定液压系统原理图2.1 液压系统原理图图1 液压系统图 2.2 液压系统特点分析(1) 系统采用双联泵供油，手臂回转、手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油；夹具松紧、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵2供油，大流量泵1自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸
18、支路上串联有减压阀8，使之获得稳定的压力。(2) 手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的升降和伸缩速度分别由单向调速阀15、13、11实现回油节流调速；手臂的回转由液压摆动马达驱动，其正反向运动亦采用单向阀17和18回油节流调速。(3) 执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起动和停止时的惯性就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。该机械手手臂伸出由定位块定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑动缓冲；
19、手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路，滑行缓冲并定位。此外，手臂伸缩缸、手臂回转缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装行程节流阀19进行减速缓冲，最后由定位缸插定位销定位，满足定位精度要求。（4）手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡运动部件的自重，采用了单向顺序阀12的平衡回路。2.3 液压系统电磁铁动作顺序表动作顺序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y手臂前伸+手指张开+手指抓料+手臂上升+手臂缩回+手臂回转+手臂前伸+夹具张开+手指
20、张开+夹具夹紧+夹具张开+手指闭合+手臂缩回+手臂下降+手臂反转+手指张开+表12.4 液压系统工作原理1、插定位销（1、11）按下油泵起动按钮后，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1Y、2Y带电，油液经溢流阀3和4至油箱，机械手处于待料卸荷状态。当棒料到达待上料位置，启动程序动作。电磁铁1Y带电，2Y不带电，使泵1继续卸荷，而泵2停止卸荷，同时11Y通电。进油路：泵2阀6减压阀8阀9阀24（右）定位缸左腔。此时，插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。2、手臂前伸（5、11）插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇
21、流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。进油路：泵1单向阀5阀14（左）阀15手臂伸缩缸右腔 泵2阀6阀7回油路：手臂伸缩缸左腔阀14（左）油箱3、手指张开（1、9、11）手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1Y、9Y带电，泵1卸载，泵2供油，经单向阀6电磁阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀21及阀20左位进入油箱。进油路：泵2阀6电磁阀20（左）手指夹紧缸右腔回油路：手指夹紧缸左腔阀21电磁阀20（左）油箱4、手指抓料（1、11）手指张开后，时间继电器延时。待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起器发讯使9Y断电，泵2的压力油通过阀20的右位进入缸的左腔，使手指
22、夹紧棒料。进油路：泵2阀6阀20（右）阀21手指夹紧缸左腔回油路：手指夹紧缸右腔阀20（右）油箱5、手臂上升（4、11）当手指抓料后，手臂上升。此时，3Y带电，泵1和泵2同时供油到升降缸。主油路为：进油路：泵1单向阀5阀10（左）阀11阀12手臂升降缸下腔 泵2阀6阀7回油路：手臂升降缸上腔阀13阀10（左）油箱6、手臂缩回（6、11）手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y断电，电液换向阀10复位，6Y带电。泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端，压力油进入伸缩缸左腔，而右腔油液经单向调速阀15、阀14右端回油箱。进油路：泵1阀5阀14（右）手臂伸缩缸右腔 泵2阀6阀7回油路：手臂伸缩缸左腔阀1
23、5阀14（右）油箱7、拔定位销（1）当手臂上的碰块碰到行程开关时，11Y断电，阀24复位，定位缸油液经阀24左端回油箱，弹簧作用拔定位销。回油路：定位缸左腔阀24（左）油箱定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的。8、手臂回转（1、8）定位缸支路无油压后，压力继电器K26发讯，接通8Y。泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转缸，使手臂回转。进油路：泵2阀6阀7换向阀16（右）单向调速阀18手臂回转缸 泵1阀5换向阀16（右）单向调速阀18手臂回转缸回油路：手臂回转缸单向调速阀17换向阀16（右）行程节流阀19油箱9、插定位销（1、11）当手臂回转碰到行程开关时，
24、8Y断电，11Y重又通电，插定位销同1。10、手臂前伸（5、11）插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。进油路：泵1单向阀5阀14（左）阀15手臂伸缩缸右腔 泵2阀6阀7回油路：手臂伸缩缸左腔阀14（左）油箱11、手臂中停（11）当手臂前伸碰到行程开关后，5Y断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料送到准确位置处，“手臂中停”等主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发讯。12、 夹具张开（1、10）得到讯号后，10通电，1Y带电卸载荷，泵2的压力油经阀22左进入夹具夹紧缸右腔，时间继电器发讯。
25、进油路：泵2阀6阀22（左）夹具夹紧腔右端回油路：夹具夹紧腔左端阀23阀22（左）油箱13、手指张开（1、9、11）接到继电器信号后，1Y、9Y通电，手指张开同3。并启动时间继电器延时，主机夹具移走棒料后，继电器发讯。14、 夹具夹紧（1、11）接到继电器信号后，1Y带电卸载，泵2的压力油通过阀22右端进入阀23进而进入夹具夹紧缸左腔，时间继电器发讯。进油路：泵2阀6阀22（右）阀23夹具夹紧腔左腔回油路：夹具夹紧腔右腔阀22（右）油箱15、 夹具张开（1、10）接到继电器信号后，此时的动作如12，时间继电器发讯，待料卸载。16、手指闭合（1、11）接继电器信号，9Y断电，手指闭合同4，手指从
26、夹具抓料完成。17、手臂缩回（6、11）当手指闭合后，1Y断电，使泵1和泵2一起供油，同时6Y通电，其动作顺序同6。18、手臂下降（4、11）手臂缩回碰到行程开关，6Y断电，4Y通电。此时，电液换向阀10右端动作，压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。进油路：泵1单向阀5阀10（右）阀13手臂升降缸上腔 泵2阀6阀7回油路：手臂升降缸下腔阀12阀11阀10（右）油箱19、拔定位销（1）手臂碰到行程开关后，11Y断电。动作顺序同8。20、手臂反转（1、7）拔定位销，压力继电器发信号，7Y接通。换向阀16左端动作，压力油进入手臂回转缸的另一腔，手臂反转，机械手复位。进油路：泵2阀6阀7换向
27、阀16（左）单向调速阀17手臂回转缸 泵1阀5换向阀16（左）单向调速阀17手臂回转缸回油路：手臂回转缸单向调速阀18换向阀16（左）行程节流阀19油箱21、手指张开（1、9、11）接到继电器信号后，1Y、9Y通电该动作同3，手指卸料完成。22、待料卸载（1、2）手臂反转到位后，启动行程开关，8Y断电，2Y接通。此时，两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束，等待下一个循环。机械手与夹具的动作也可由微机程序控制，与相关主机联为一体，其动作顺序相同。第三章 计算和选择液压元件液压元件包括执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件、工作介质。 一、机械手初始参数与设计要求：1、抓重：100N2、自由度：3个
28、3、臂部运动参数： 表 2运动名称符号行程范围速度伸缩X0400mm小于300mm/s升降Z0300mm小于70mm/s回转 0270小于90/s4、手指夹持范围：棒料，30mm70mm，长度40-120mm6、定位方式：伺服系统定位控制系统7、驱动方式：液压（中、低压系统）8、定位精度：1mm二、夹具初始参数与设计要求：1、工件物重：100N2、夹具类型：V形块3、运动参数：L150mm，V50mm4、驱动方式：X方向：滚珠丝杠 Y方向：液压（中、低压系统）5、定位方式：伺服系统定位控制系统6、定位精度：1mm3.1 执行元件液压缸、液压马达图2 机械手受力示意图 3.1.1 手指夹紧缸1、
29、手指夹紧缸受力分析图3 手部结构受力示意图 如图所示为连杆式手部结构，作用在拉杆上的驱动力3为P，两连杆2对拉杆反作用力为P1、P2，其力的方向沿连杆两铰链中心的连线，指向O点并与水平方向成角。 b手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。 c手指的回转支点到连杆铰链连接点的距离（毫米） 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。 这里取角=30度。 查工业机械手设计基础中表2-1可知，V形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式N=0.5G，其实际的驱动力P实际应按以下公式计算，即： P实际=PK1K2/式中 手部的机械效率，一般取0.850.95； K1安全系数，一般取1.22 K2工作
30、情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2可近似按下式估计，K2=1+a/g，其中a为被抓取工件运动时的最大加速度，g为重力加速度。 本机械手的工件只做水平和垂直平移，所以取它的移动速度不大于500毫米/秒，这里取最大值，移动加速度为1000毫米/秒，工件重量G为10牛顿，V型钳口的夹角为120,=30时，拉紧油缸的驱动力P和P实际计算如下： 根据钳爪夹持工件的方位，由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公式： N=0.5G=50（N）选取b=60 c=30 由连杆杠杆式结构的驱动力计算公式 P=2btg N/c 得 P实际=P计算K1K2/ 取=0.85, K1=1.5, K2=1+10
31、00/98101.1 则 P实际=115.41.51.1/0.85224 (N) 2、夹紧缸驱动力计算 夹紧装置是使手指夹紧工件的动力装置，此外，选用液压驱动，为单向作用缸，手指夹紧工件时，缸的驱动力为 P推=D2P4 其中D缸筒内径，选取内径25mm的液压缸 P液压缸的供油压力，选取P=1MPa 液压缸的负载率，一般取=0.50.7； 液压缸的总效率，一般取=0.70.9；计算可得： P推=25210.70.854=292.1（N） P推P实际 故夹紧缸的选择满足题目要求，d依据GB/T2348-93选取12mm。3.1.2 手臂伸缩缸机械手手臂的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手
32、的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在10001500mm/s,最大回转角速度设计在180/s内，大部分平均移动速度在1000mm/s，平均回转角速度在90/s。1、手臂运动机构的选择通过以上综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸。2、手臂直线运动的驱动力计算先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性、密封等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算。 -摩擦阻力(N
33、)。臂部运动时，运动件表面间的摩擦力，如导向装置、活塞和缸壁等处的阻力。-密封装置处的摩擦阻力(N)。-油缸回油腔低压油造成的阻力(N)，一般背压阻力较小，可取：=0.05P。-臂部起动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力(N)。 3、手臂摩擦力的分析与计算分析：摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。下图是机械手的手臂示意图。图4 机械手臂部受力示意 计算如下：不同的配置和不同的导向截面形状，是不同的，要根据具体情况进行估算，本案为圆柱面双导向杆导向，导向杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导
34、向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。根据机械手机构部分数据得： 4、手臂惯性力的计算本设计要求手臂平动是V=0.3m/s,在计算惯性力的时候,设置启动时间，启动速度V=V=0.3m/s, 5、密封装置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封，当液压缸工作压力小于10Mpa，活塞杆直径为油缸直径的一半，活塞与活塞杆处都采用O形圈密封时，液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为：(因手部轴线与臂部伸缩轴线垂直，手部油管不会经过臂部，故油管密封不考虑)。经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力： 6、液压缸工作压力和结构的确定经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力P=1667.45N，
35、选择液压缸的工作压力P=1MPa（1） 确定液压缸的结构尺寸：液压缸内径的计算，如图所示图5 双作用液压缸示意图 当油进入无杆腔，当油进入有杆腔中， 本案初设d=D/3：液压缸的有效面积：故有 （无杆腔） （有杆腔） 式中 P-活塞的驱动力(N) P1-油缸的工作压力(MPa) d-活塞杆直径(mm),本案初设d=D/3 D-油缸内径(mm) -油缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取=0.95据上述计算，P=1667.45N P1=1MPa，按有杆腔进行计算，其结果必然满足无杆腔的力学要求。将有关数据代入： 根据油缸内径系列（GB/T2348-93），选择标准液压缸内径， D=63mm.活塞
36、杆直径d=63/3=21mm。（2） 液压缸外径的设计本案液压缸考虑铸造结构，考虑到铸造的最小壁厚要求，故最小不小于3mm，而驱动压力又较低，故厚度不超过10mm。按中等壁厚进行计算(0.3D/0.08)：式中 -强度系数(当为无缝钢管时取值为1，本案为铸造式，取值0.7 C-计入管壁公差及侵蚀的附加厚度 -油缸材料的许用应力(MPa)；，其中为油缸材料的抗拉强度，n为安全系数，一般n=5。表3材料名称静载荷 交变载荷冲击载荷不对称对称钢、锻铁35812液压缸的安全系数 一般常用缸体材料的许用应力 为：取材料抗拉强度为：500MPa 得铸钢： =100MPa代入数据： 圆整为3mm，即缸体外径
37、69mm。（1） 活塞杆的计算校核强度校核活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径d的1015倍以上，按拉、压强度计算： 式中 P为液压缸最大推力 为安全系数，一般取24，这里取4 设计中活塞杆取材料为铸钢，故=100MPa，活塞直径d=21mm,L=1000mm,现在进行校核：结论： 1.活塞杆的强度足够。 2.稳定性校核本案L15d，应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为 式中 -活塞杆弯曲失稳临界力(N) -安全系数，一般为24，一般取3.5，在此取最大4。 本案中， ，故按大柔度杆计算 根据欧拉公式得： 式中 -活塞杆计算柔度 -活塞杆长度(mm)，本案
38、取值1000mm -活塞杆横截面的惯性半径，取值为d/4 F-活塞杆截面积 E-活塞杆材料的弹性模量(MPa) E=200000 -长度折算系数，本案取值0.5 -特定柔度值，本案取50将值代入： 故稳定性符合要求。3.1.3 手臂升降缸设计具体采用方案： 机械手的垂直手臂（大臂）升降运动为直线运动。直线运动的实现一般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。此机械手手臂的驱动选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件。因为液压系统能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。因此手臂液压缸的设计原
39、则是缸的直径取得大一点（在整体结构允许的情况下），再进行强度的较核。 机身升降机构（大臂）的计算：1、手臂偏重力矩的计算由机械手机构设计部分得数据如下：（1） =75Kg (2) 计算零件的重心位置，求出重心到回转轴线的距离：所以，回转半径673mm(3) 计算偏重力矩 手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算 式中摩擦阻力，各支承处的摩擦力（N） 取f=0.16 G零件及工件所受的总重。（1）的计算设定速度为V=0.07m/s;起动或制动的时间差t=0.02s;近似估算为110Kg;将数据带入上面公式有：（2）的计算 （3）液压缸在这里选择O型密封，所以密封摩擦力可以通过近似估算 最后通过以上计算
40、 当液压缸向上驱动时，P=(385+1078+1109.8)/0.97=2620N 当液压缸向下驱动时，P=(385+1078-1109.8)/0.97=397N2、油缸结构尺寸的确定图6 液压缸受力简图当油进入无杆腔，当油进入有杆腔中， 液压缸的有效面积：故有 （无杆腔） （有杆腔） 式中 P-活塞的驱动力(N) P1-供油的工作压力(MPa) d-活塞杆直径(mm),本案初设d=D/2 D-油缸内径(mm) -油缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取=0.95据上述计算，P=2620N P1=1MPa，按有杆腔进行计算，其结果必然满足无杆腔的力学要求。将有关数据代入： 根据油缸内径系列（G
41、B/T2348-93），选择标准液压缸内径，D=80mm.活塞杆直径d=80/2=40mm。（1） 液压缸外径的设计本案液压缸考虑铸造结构，考虑到铸造的最小壁厚要求，故最小不小于3mm，而驱动压力又较低，故厚度不超过10mm。按中等壁厚进行计算(0.3D/0.08)：式中 -强度系数(当为无缝钢管时取值为1，本案为铸造式，取值0.7 C-计入管壁公差及侵蚀的附加厚度 -油缸材料的许用应力(MPa)；，其中为油缸材料的抗拉强度，n为安全系数，一般n=312，这里取5，同伸缩缸选择。 一般常用缸体材料的许用应力 为：取材料抗拉强度为500MPa，得铸钢： =100MPa代入数据得： 圆整为3mm，即缸体外径86mm。3、活塞杆的计算校核强度校核活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径d的1015倍以上，按拉、压强度计算： 式中 P为液压缸最大推力 为安全系数，一般取24，这里取4 设计中活塞杆取材料为铸钢，故=100MPa，活塞直径d=40mm,L=1000mm,现在进行校核：结论： 1.活塞杆的强度足够。 2.稳定性校核本案L（1015）d，应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为 式中 -活塞杆弯曲失稳临界力(N) -安全系数，一般为24，一般取3.5，在此取最大4。本案中， ，故按大柔度杆计算 根据欧拉公式得：
