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1、目 录前 言1第1章概论31.1机械手的发展历史31.2机械手的发展意义41.3机械手在机械制造中的应用41.3.1 国外应用41.3.2 国内应用41.4机械手的发展趋势51.5 SolidWorks软件在机械设计中的应用51.6本课题的目的和意义5第2章 工业机械手总体设计72.1概述72.2 工业机械手的组成82.3 机械手功能流程图与工步实现92.4 机械系统设计102.4.1 总体介绍102.4.2 行走机构132.4.3 驱动电机的选择152.4.4 同步齿型带的设计162.4.5 轴的设计182.4.6 液压系统设计192.4.7 电磁吸盘的设计21第3章 悬挂式搬运机械手三维建
2、模243.1传统工业机械设计方法243.2 Solidworks软件的特点243.3三维建模的必要性253.4机械手总体三维建模分析253.5液压缸的三维建模详细制作过程273.6其他零部件的三维建模和装配模型创建31结束语40参考文献41致 谢42摘 要随着自动化技术的发展，工业机械手也得到了迅速的发展和更为广泛的应用。本文研究的是其中的一种悬挂式液压搬运机械手，通过可编程控制器（PLC）进行控制，方便快捷的实现了作业的任务要求。同时，机械手以悬挂的方式操作，体积较小，不占用太大的空间，有利于生产车间的布置。采用液压传动，可以使传动平稳，保证较准确的工作要求。同时SolidWorks是基于特
3、征的实体造型软件，建立的三维建模，三维建模比二维平面图更加直观、清晰。同时利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来。利用装配模型可以进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟等，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑、修改。利用这些功能，能有效避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配，零件干涉等问题。 关键词： 机械手 液压传动 SolidWorks软件 三维建模 前 言 从世界上第一台遥控机械手于上世纪60年代诞生以来，到现在有近50年的历史了，在这近50年里，伴随着计算机技术、自动控制理论以及相关技术的发展，为了适应工业自动化生产的要求，工业机器人得到了迅速的发展，如今已经历了三代的发展历程：可编程的示
4、教再现机器人、基于传感器具有一定自主能力的机器人、智能机器人。机器人技术是综合了计算机技术、控制理论、机构学、传感技术、信息技术、人工智能和仿生技术的一种高新技术。不仅能简单的代替人工劳动，而且综合了人的特长和机器特长，可以长时间持续工作，精度较高，能对环境状态进行快速的反应和分析能力，具有抗恶劣环境能力。工业机器人作为机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产，对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用 。现在工业机械手得到了广泛的应用，主要有机床加工工件的装卸、电子行业中装配印制电路板，机械行业中组装零部件、危险场合下危险品及
5、有害物的搬运、宇宙及海洋的开发、军事工程及生物医学方面的研究和试验等领域。液压传动有许多突出的优点，如具有传动平稳，易于实现无级调速和自动控制等优点，在机床、锻压机、塑料机械、钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等国；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等领域得到了广泛的应用，极大的提高了生产率，在社会的发展的过程中起到了
6、很大的推动作用。 在这样的大的背景下，本文提出了悬挂式液压搬运机械手的设计。通过设计,综合运用已经学过的力学、机械设计、机械制图的有关知识、电工技术、电子技术、电气控制技术、检测技术，液压传动技术、计算机技术等方面的知识，设计一个悬挂式液压搬运机械手。机械手在悬挂在空中的单根工字梁上运动，将一放在某一固定位置的工件搬运到了另外一处的传送带上，机械手返回原来的固定出，重复上述操作。在机械手的工作过程中，工作部分采用液压驱动，行走部分采用电动机驱动，而抓取部分，采用电磁吸盘的工作方式，其控制部分采用PLC控制。设计主要包括三大部分：系统的总体设计、机械设计、三维建模。通过这一设计过程，加深对所学知
7、识的了解和运用能力，并加深对机械系统的了解 ，并接受基本的机械设计训练和三维建模的训练，了解和学会一些新型三维建模技术。第1章 概论工业机器人一般可理解为：在工业自动化应用领域中的一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机（固定式的或是移动式的），用于搬运材料、工件、操持工具或检测装置，完成各种作业。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。机床上料机械手是典型的机电一体化
8、设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。本课题所涉及的输送带上下料机械手自1999 年投入运行, 工作安全可靠, 效果良好, 可用做输送带自动上料设备和生产线上的自动抓取设备。本课题主要是应用Solidworks软件的三维设计功能，对输送带上下料机械手的各零部件进行三维设计并实现其各部件的装配和运动仿真。1.1机械手的发展历史人类在改造自然的历史进程中，随着对材料、能源和信息这三者的认识和用，不断创造各种工具（机器），满足并推动生产力的发展。工业社会向信息社会发展，生产的自动化，应变性要求越来越高，原有机器系统就显得庞杂而不灵活，这时人们就仿造自身的集
9、体和功能，把控制机、动力机、传动机、工作机综合集中成一体，创造了“集成化”的机器系统机器人。从而引起了生产系统的巨大变革，成为“人机器人劳动对象”，或者“人机器人动力机工作机劳动对象”。机器人技术从诞生到现在，虽然只有短短三十几年的历史，但是它却显示了旺盛的生命力。近年来，世界上对于发展机器人的呼声更是有增无减，发达国家竞相争先，发展中国家急起直追。许多先进技术国家已先后把发展机器人技术列入国家计划，进行大力研究。我国的机器人学的研究也已经起步，并把“机器人开发研究”和柔性制造技术系统和设备开发研究等与机器人技术有关的研究课题列入国家“七五”、“八五”科技发展计划以及“八六三”高科技发展计划。
10、工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科机械手工程。1.2机械手的发展意义机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分地代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了
11、较快的发展。机械手广泛地应用于锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。机床上料机械手是典型的机电一体化设备，它可自动地为机床抓取工件，取代操作人员频繁取料，降低劳动强度，提高工作效率。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。1.3机械手在机械制造中的应用1.3.1 国外应用美国制造155毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动
12、生产。工业机械手还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典一家工厂打磨和抛光不锈钢子弯头时，采用ASEA机械手，提高加工效率30%以上，而且产品质量稳定，不伤害工人。又如：瑞典沃尔沃（Valov）公司在机械手上装了三个环形磨轮装置，用来对传动箱外表面去毛刺，比手工方法节省工时50%。1.3.2 国内应用国内在金属切削加工中，用机械手来完成刀具的自动更换。如北京第二机床厂，北京第八机床厂，上海第二机床厂，上海第八机床厂，宁夏大河机床厂等单位研制的自动换刀机床，均用机械手自动更换刀具。在生产自动线上，用机械手完成的传递和上下料，如：沈阳水泵厂深井泵体加工自动线，无锡柴油机厂
13、和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了机械手。大连工矿车辆厂的800Kg侧架的加工，采用机械手抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线，提高效率10倍。1.4机械手的发展趋势国内应加强机械手基础性能的实验以及基础理论研究，克服和解决制造技术及其它存在的问题。提高机械手运动速度。尤其是应用于冲压行业中的机械手，以适应提高生产率和符合生产节拍的需要。要研究解决机械手的运动速度和缓冲、定位技术。引进国外先进技术，培训专门技术人才，普及机械手有关知识。尽快解决机械手的定型设计、定点、定量生产以及配套件的生产和供应问题，推进机械手设计制造中的现代化（CAD/CAM）、标准化、系列化工作，
14、以满足国内外市场的需求。目前工业机械手的应用逐步扩大，技术性能不断提高，其发展趋势是：扩大机械手在工业上的应用、提高工业机械手的工作性能、发展组合式机械手、研制具有“视觉”和“触觉”的“智能机器人”。1.5 SolidWorks软件在机械设计中的应用二维CAD着眼于完善产品的几何描述能力，而三维设计是着眼于更好表达产品完整的技术和生产管理信息，使得一个工程项目的设计和生产准备各环节可以并行展开。而且三维设计可方便地设计出所见即所得的三维实体模型，并对其进行装配、过去模拟及干涉检查，即在投入真实的生产之前就可以对其产品进行物性分析及装配测试等活动。从而更好的满足设计目的的要求，并大大缩短了产品的
15、生命周期。 SolidWorks 软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，是当今世界完全基于NT/Windows平台的三维机械设计CAD软件系统主流产品。SolidWorks 软件与其它基于特征的参数化三维机械设计软件，如Pro/Engineer、UG相比，具有Windows 的图形界面和易于掌握的优点。同时，利用装配建模技术可以将零件模拟装配起来，并可以对装配结果进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析及有限无分析，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑及修改。利用这些功能，能有效地避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配、零件干涉等问题。1.6本课题的目的和意义目前国内应用软件进行工业
16、机械设计的很多，还都以传统的设计方法为主，导致产品的设计周期长、成本高。不能满足工业机械使用的季节性、工作环境的多变性和用户要求的多样性，不能使工业机械的设计随着市场的需求而不断地转变，更无法在要求的较短周期内，开发出新的产品。我国在工业机械新技术创新方面还很薄弱，无法适应新世纪经济发展的要求。基于传统工业机械的设计方式的种种缺陷与不足和Solidworks的强大功能以及在工业机械设计中的优势，本课题即机械手将在固定位置上的工件搬运到另一处的传送带上，而后机械手回到原来位置上，应用SolidWorks 软件完成各组成零件的建模及装配。并完成该悬挂式机械手进行搬运过程的动画演示，从而使人们可以直
17、观到悬挂式机械手在生产中的地位和主要作用。该方法是结合计算机辅助设计与制造的专业特点对现代工业设计方法的一种学习。将本课题的设计方法移植到工业设计中，则较传统的设计方式能够大大缩短产品工业设计的设计周期。用 SolidWorks软件进行工业设计的一般步骤为：单体设计绘图装配模拟改进整体装配运动仿真改进成型加工生产，比传统的绘图加工装配实验采集数据改进二次加工装配最终成型，缩短了设计周期，降低了成本。第2章 工业机械手总体设计2.1概述机械手主要由执行机构、驱动系统以及位置检测装置等所组成。执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的
18、有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。控制系统由电器控制和射流控制两种。它支配着机械手按规定的程序运动。位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度到达设定位置。设计机械手时应考虑的因素很多，但从机械手的特点来分析有以下几点：1）抓重：是机械手所能抓取或搬运的最大重量。一般抓重1kg 以下的定为微型，1-5kg的定为小型，5-30kg 的定为中型，30kg 以上的定为大型。2）自由度和坐标型式：自由度是机械手的每一个构件相对固定坐标系所具有的独立运动自由度。因手指的
19、夹放动作不能改变工件的位置和方位，故它不不计为自由度数，其它运动均计为自由度数。按机械手的不同运动形式及其组合情况，其坐标型式分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。机械手的自由度数和坐标形式应根据机械手现场具体的生产情况和工艺的要求而定。3）运动速度：它反应了机械手的生产水平，影响机械手动作快慢的主要运动是手臂的伸缩和回转运动。手臂的运动速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重大小和行程距离有关。手臂的运动对机械手的速度影响最大，因此，手臂的运动速度应根据生产节拍时间长短、生产过程的平稳性和定位精度等要求来确定。4）行程范围：主要受手臂的伸缩行程影响，其行程范围大多在500-1000
20、mm 范围内。除上述主要参数外，还应考虑定位方式和位置检测装置的选用。机械手由机座、机械臂、手爪、PLC 可编程控制器及气源等部分组成。可以完成水平臂的摆动和伸缩、垂直臂的伸缩、手爪的旋转和抓取物料等动作, 准确地把物料送到指定位置。在机床的送料高度、物料的摆放位置、抓取高度、工件的重量等确定后, 机械手各部分的空间几何位置以及工作空间、运动状态等即可确定,各个动作即可按给定顺序和运动学、动力学要求完成。气动系统考虑了使用载荷、机器人机械本体结构、动态及静态性能等因素, 水平臂的摆动和伸缩、垂直臂的伸缩、手爪的摆动的运动速度均可调节。2.2 工业机械手的组成机械手主要由执行机构、控制系统、驱动
21、系统以及位置检测装置等组成。其相互之间的关系方框图如下图2.1所示。控制系统驱动系统执行机构被抓取工件位置检测装置图2.1 机械手系统图a、 执行机构包括:手部、手腕、手臂、行走机构、回转机构、机座等。手部即与工件接触的部件，主要有夹持式与吸附式两种，如图2.2圆形电磁吸盘；图2.2 吸附式电磁吸盘手腕连接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用；手臂 支撑手部和手腕，以改变工件的空间位置； 行走机构 主要是为了完成较大距离的操作和使用范围； 机座 机械手的基础部分，机械手的执行机构和各部件均安装与此，起支撑的作用； 回转机构 为了完成空间不同方位的任务；b、驱动系统 即驱动执行机构运动的
22、传动装置，常用的有，液压传动 、气压传动、电力传动、机械传动等四种形式。c、控制系统 主要是电气控制和射流控制两种，但一般常见的是电气控制。电气控制还主要有以PLC和单片机为核心构造电控系统为主。控制系统支配机械手按特定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息，同时按其控制系统的信息对机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监控，当动作有错误或发生故障时即发出警报信号。d、位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。2.3 机械手功能流程图与工步实现根据上述的功能要
23、求、实现和工作过程的分析，确定其功能流程图如下所示：图2.3 机械手功能流程图YA1电磁阀下降 YA2 上升控制电磁阀 YA3 电磁吸盘控制 YAJ夹轨器 KA1驱动电机正转 KA2驱动电机反转 启动按钮SB0 正转按钮SB1 反转按钮SB2 复位按钮SB3 上限位开关SQ1 下限位开关SQ2 右行程开关SQ3 左行程开关SQ4 检测开关TD 由于机械手不需要旋转和曲线运动，所以机械手在下降和上升阶段只需要完成沿竖直方向的运动即可，而在右行和左行的阶段只需要完成沿导轨的水平运动即可。2.4 机械系统设计2.4.1 总体介绍本次设计的机械手整体其组成共有三大部分，分别为行走机构、液压缸部件和电磁
24、吸盘三大部分。根据设计的需要，综合考虑设计、制造等因素，最终确定如下图的方案，其装配的主视图、俯视图、左视图、轴测图分别如图2.4、图2.5、图2.6、图2.7所示。图2.4 主视图图2.5俯视图图2.6 左视图图2.7 轴测图2.4.2 行走机构 行走机构是整个机械手工作的基础部分，整个机械手的运动、工作过程都要借助于行走机构来实现。在电动机的带动下，通过安装在支架上的轴承和传动轴，由同步皮带轮，传递到车轮轴上的带轮上，从而带动机构沿工字钢导轨运动，进而实现机械手的搬运功能。行走机构的支架主要靠焊接而成，如下图2.8所示，这主要是由于制造和安装的需要，同时也由于焊接结构有其特有的优点，节省材
25、料和工时，能化大为小，拼小成大，易于实现制造。这样整个结构制造起来就简单容易。图2.8行走机构图同步齿形带传动综合了带传动和链传动的特点，它允许有较大的中心距，结构简单，制造安装和维护方便，成本底廉。同步带的强力层为多股绕制的钢丝绳或玻璃纤维绳，基本为氯丁橡胶和聚氨脂橡胶，带内表面为离形，工作时，带内环表面上的齿和带轮外缘上的齿相啮合而进行传动。带的强力层承载后变形小，其周节保持不变，故带和带轮之间没有相对滑动，保证同步传动。 底座上有四个安装孔，其中的两个采用螺栓连接，另外两个采用螺栓与螺母连接的方式，用于连接与液压系统的上端盖，使之成为一个有机的整体。由于在支架两个立板之间的距离是有限的，
26、同时安装轴承的孔的空间也是有限的，小于车轮的挡圈，为了便于安装，采用了类似减速箱的安装方法，这样就可以方便的将车轮安装在支架上，而上下两部分之间的连接采用了六个M16X100的螺栓，既使结构紧凑又可以满足强度的要求。2.4.3 驱动电机的选择 通过SolidWorks三维设计软件，可以估算整个结构的重量在420kg左右，加上工件的重量： Mv M7.80.40.18282kg （2.1）我们取为300kg,这样整个机械手工作时的总重量约为720kg,根据工字钢的结构整个机构的总压力： F=mm0g7000N （2.2） 从而可以计算出作用在钢轨上的压力F0 =1/2F 6/3453N （2.3
27、） 钢与钢之间的滚动摩擦系数为f0.08,则它们之间的滑动摩擦力F1 fF0 276N*M （2.4） 则所需的转矩为： M0RF1 1.42N*M 机械手所允许的最大行进速度为，则所需的功率P为P2762552W （2.5） 根据上述计算我们选用YS-8022型号的电动机。其主要的参数如下表2.1所示。表2.1 YS-8022电机主要参数型号电压V频率Hz输出功率W转速r/min效率%功率因数cos电流A启动转矩最大转矩启动电流YS-8022380501100280080.50.862.552.22.46.0其主要的安装尺寸如表2.2所示，结合工作的实际，设计成两端传动的结构形式。图2.9
28、电机安装图表2.2 YS-8022电机安装尺寸机座号安装尺寸外形尺寸不大于ABCD（j6）EF(N9)GHKABACAEHDL45715628207.24.8901001151502.4.4 同步齿型带的设计 本课题中的设备电机额定功率P1.1kw，转速n12800r/min的YS8002变频电机，大带轮转速1000r/min，中心距a为140mm左右，每日三班制工作。现确定大带轮、小带轮的相关参数如下所述。 1.确定计算功率Pc 根据已知工作条件查表8.27，取KA1.8，则 PcKAP Pc1.81.11.98KW 2选定带型和节距Pb 根据Pc1.98KW和n12800r/min，由图8
29、.19查出带型为L型，对应的节距 Pb9.525mm 3选定小带轮的齿数Z1和带轮直径d1，d2 由表8.28查得小带轮的齿数Zmin16，取小带轮的齿数Z116。 小带轮节圆直径 d1Z1Pb/ 169.525/ 48.535mm 大带轮齿数 Z2n1/n2z1 2800/10001644.8 4.校核带速v Vd1n1/60000 48.5352800/60000 7.11m/sVmax 50m/s 带速符合要求。 5.确定中心距a及带长Lp 初定中心距a0： 0.7d1d2a02d1d2 0.7d1d20.748.535145135mm 2 d1d2248.535145387.07 根据
30、机器的结构要求，取a0140mm 带长L0为 L02a0/2d1d2d2d12 /4a0 2140/248.53514514548.5352/4500mm 582mm 由表8.23取标准节线长Lp582mm，带的齿数Z60，带的长度代号为230。 因为轴间距可调整，则实际中心距a为 aa0LpL0/2 140584582/2 141mm 6.计算小带轮的齿合数Zm ZmentZ1/2PbZ1/22aZ2Z1 ent16/29.52516/221414816 6 7计算基本额定功率P0 由表8.13查得L型带的基准宽度bs025.4mm， 基准宽度bs0的带的许用工作拉力Ta244N，带的单位长
31、度质量m0.095kg/m，则 P0Tam2v/1000 2440.0957.1127.11/1000 1.31kw 8. 确定带宽bs 由于Zm6，取Kz1， bsbs0 25.4 10.3mm 由表查得带宽代号为050的L型带的bs12.7mm。 9. 计算轴上的压力F F1000Pc/v 10001.98/7.11 278N 10. 设计结果 同步带规格为230L050 GB1161689，小带轮的齿数Z116，大带轮的齿数Z260 中心距a141mm，轴上压力F278N 2.4.5 轴的设计 通常现场对于一般轴的设计方法有类比法和设计计算法两种。 1.类比法 此方法是根据轴的工作条件，
32、选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画处轴的零件图。用类比法设计轴一般不进行强度计算。由于完全依靠现有资料及设计者的经验进行轴的设计，设计结果比较可靠，稳妥，同时又加快设计进程，因此类比法比较常用，但此方法有时带有一定的盲目性。 2.设计计算法 用设计计算法设计轴的一般步骤为： 1根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 2按扭转强度估算出轴的最小直径。 3设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。 4按弯扭合成进行轴的强度校核。一般在轴上选取23个危险截面进行强度校核。如果危险截面强度不够太大，则必须重新修改轴的结构。 5修改结构后在进行校核计算。 6绘制轴的零件图。 本次设计机构可知传递功率属于小
33、功率，对材料无特殊要求，故选用45#钢，并调质处理由表13.2查锝-1 b60MPa 确定主动轴的轴径 按扭转强度计算轴径： 根据表13.1得C118107。又由式13.2得 DC10711818.122.3mm 考虑到轴的最小直径处要安装连联轴器，会有键槽存在，故将估算直径加大3%5%，取为19.2824.2mm。由设计手册取标准直径d120mm 确定轴上零件的位置和固定方式如下所述。 选用带轮的从动轴右端转配齿轮的左端用轴环定位，右端用套筒定位，齿轮的周向固定采用平键联接，轴承安装两侧定位其轴向用轴肩定位，径向用过盈配合固定。 2.4.6 液压系统设计在机械手的工作过程中，电磁吸盘的上下运
34、动，主要通过机械手的上升和下降运动实现的。而机械手的上升和下降运动是由液压驱动系统控制的。在机械手的下降运动阶段，油从上油口进入，而下面的油箱有一定的背压。这样机械手在上下油压的作用下，加上活塞以及活塞杆和电磁吸盘的自身重力，平稳的往下运动。而在上升阶段，液压油从下面的进油口进油，有上下油腔的压力差，使机械手上升。 图2.10 液压子部件轴测图 我们设计的液压缸，活塞及活塞杆的结构如下图所示。其中我们将活塞及活塞杆作为一个整体进行设计。图2.11 液压部件图2.12液压缸图2.13 活塞及活塞杆 通过SolidWorks三维设计软件的工具物理属性功能估算机械手在工作时液压缸活塞所承受的重量为4
35、80千克。由此进行以下的计算： 选定工作压力3MPa,建立如图2.14的力学方程图 2.14 液压缸计算简图P1A2P2A1 F （2.6） 其中P1为进油腔的压力，A2为进油腔的有效面积，P2为出油腔的压力（背压），A1为出油腔的有效面积，F为工作时的载荷。 当活塞杆受拉时，选定活塞杆与液压缸内径的比值 V d/D0.5 （2.7）根据系统特点及调速性能的要求，选定背压P2为0.2MPa,则有D4F/P1 P2 1v285mm （2.8）根据设计的需要和有关液压缸内径的有关标准，选定液压缸的内径为100mm,则活塞杆的内径d为50mm. 设定液压缸的移动速度最大为0.02m/s,最小为0.0
36、1m/s，则在上升的阶段有vq/A得 qD2 d2v/4 7.065L/min （2.9） 由于此系统是低压系统，所以不需要进行校核计算。根据上述设计画出液压系统的原理图如图2.15所示。图2.15液动系统原理图2.4.7 电磁吸盘的设计 由于圆形电磁吸盘的整个磁路结构像一个圆盘，磁通经过一个几乎密封的气隙，能产生很大的吸力，结构简单、动作快，控制功率小。鉴于上述优点我们选用电磁式吸盘。由上述计算可以知道，工件的重量的是300kg,由此可以确定电磁吸盘的吸力是300kg，由此进行以下计算： 设定圆形吸盘的外轮廓尺寸为900mm，其结构如图所示 （1） 计算磁感应强度B B5000=5800Wb/ （2.10） 其中 F为工件的重量，S是空气隙的横截面积，单位是。 修正后 Bcm B 11600高斯 ，其中2。 （2）初算总的安匝数IW IW2B/01-106 = 5800安匝 （2.11）其中，1 2 20.52.5mm取为0.2 （3）确定线圈尺寸 选定电压24V，外壳的厚度取为10mm，取DH120bk（IW）2/20f227.5mm.
