三自由度全液压机械手结构设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本科毕业论文 题 目： 三自由度全液压机械手结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制 1102 学生姓名： 张铎 指导教师： 赵艳春 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 摘要 机械手是能复制相对于人的手臂的动作来取得固定的程序，或者自动操作物体设备的操作。为了人们的生产需要，机械手需要许多的工作设置，褚如手动和自动（包括单周期，单步骤，连续和自动返回到初始状态）的工作。在运动控制中， 以用于控制一个线性运动或圆周性运动。所以，在使用 序控制的，可以完成机械手应用程序的控制。这里的规模方案是指电磁阀动作的操作，每一个极限开关位置，周期的连续运转和精确性。关于液压驱动系统，为了避免过度使用三相异步电动机，而且它更可以提供过载保护。总体来说机械手， 一个集高效，安全 ，经济，实用的特点于一身的液压系统。 到目前为止，我主要介绍了设计进程开始具体工作： 本设计内容包括：机械手的夹持机构设计，液压系统设计， 软件设计， 硬件设计。 机械结构是由机械手油缸，螺丝，导致管组成的液压执行器等机械装备，可以任意伸缩的伸缩缸机械手，用旋转圆筒转动手腕，用缸架转动柱，用升降油缸动作的机械手，在货架上立柱可以用 制电路中使用横向移动油缸，用于 类型，当连续按下启动键后， 你反复按下停止按钮 时，机械手操作的几个周期结束之后会停止运动。 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 关键词 ：液压机械手，液压控制回路， 纸 14951605 或 1304139763 of to a or In to a of as to In be to a or LC be to of of in to of it of by an of a of on 文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 LC LC to of a 文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 目 录 引言 . 1 第一章 手部的结构设计 . 错误 !未定义书签。 爪的结构选定 . 错误 !未定义书签。 压缸的选用 . 3 压缸内径的确定 . 4 压缸外径的确定 . 4 筒壁厚校核 . 5 压缸活塞杆的确定及校核 . 5 塞的最大行程 . 6 筒底部厚度的确定 . 6 盖螺钉的计算 . 6 筒头部法兰厚度的确定 . 7 压缸其他元件的确定 . 8 第二章 小臂的结构设计 . 9 臂的结构初定 . 9 臂受力分析 . 9 臂液压缸的选定 . 10 臂液压缸内径的确定 . 10 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 压缸内径的确定 . 11 压缸外径的确定 . 11 筒壁厚校核 . 12 压缸活塞杆的确定及校核 . 12 塞的最大行程 . 12 筒底部厚度的确定 . 13 压缸流量的确定 . 13 盖螺钉的计算 . 14 筒头部法兰厚度的确定 . 14 压缸其它元件的确定 . 15 第三章 手臂支座的设计 . 16 座材料的选定 . 16 座结构的设计 . 16 第四章 手臂上下摆动的设计 . 17 臂和手部的受力分析 . 17 臂上下摆动液压缸的确定 . 17 压缸内径的确定 . 18 压缸外径的确定 . 18 筒壁厚的校核 . 19 压缸活塞杆的确定及校核 . 19 塞杆的最大允许行程 . 20 筒底部厚度的确定 . 20 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 盖螺钉的计算 . 20 盖头部法兰厚度的确定 . 21 筒与端部焊接 . 22 压缸其它元件的确定 . 22 第五章 手臂回转的设计 . 23 转缸的确定 . 23 片螺钉的选择 . 24 盖螺钉的计算 . 25 压缸其它元件的确定 . 25 第六章 底座的设计 . 26 座材料和尺寸的确定 . 26 板螺钉的确定 . 26 翻转力矩的螺栓组联接 . 27 盖螺钉的计算 . 27 第七章 液压系统传动方案的确 定 . 29 液压缸的换向回路 . 29 速方案 . 29 统的安全可靠性 . 29 压系统的合成和完善 . 29 第八章 计算和选用液压元件 . 30 的种类和功用 . 30 定液压系统 . 30 买文档就送全套 纸 14951605 或 1304139763 泵的选择 . 31 压系统中的辅助装置 . 32 第九章 液压系统原理图 . 34 总 结 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 37 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言 1 引言 工业机械手是可以自动捕获，操作的装置，用于自动生产线，自动填充切割，数控自动换刀设备中，机械手通常的系统包括驱动系统，控制系统和人工该系统的智能组件，主要是完成过渡，旋转等活动。 通常的液压与气动技术，为驱动机械手。 液压技术已经渗透到许多领域，现在世界各国注重产品开发基地。在最近几年，由于广泛使用高科技成果的外国液压技术，所以在基本产品，品种和扩大应用领域的水平方面有很大的提高和发展，目前的技术液压能实现高速，高功率，高功率，低噪音，稳定，高度集成等方面的要求已在提高控制的比例有着显著的进步，并且在辅助控制数字化技术有很多新的成就。此外，液压元件和液压系统，计算机仿真和优化，以及计算机控制等开发工作的计算机辅助设计，有着更重要的结果。 液压流体具有许多优点，因此被广泛用作一般工业用的塑料加工机械，压力机械，机床等。移动 机械在工程机械，建筑机械，农业机械，钢铁冶金工业机械设备，起重辊调节等。阀门和水坝与土建及水力设备，起重设备，桥梁和其他控制机制，在国家中心，核电站的汽轮机控制系统。船舶机械起重桥（绞车），船头用巨型天线的控制单元，测量浮标，舱壁阀，船尾推进器，特殊技术。 我们液压技术出现在 20 世纪 50 年代，最初其产品和锻压机械设备，后来在他们的拖拉机和工程机械中应用。 1964 年，从国外引进液压组件生产技术，并设计液压产品为我们的液压产生严重急性压力的组件，并在各种机制中广泛使用。上世纪 80年代更先进的西方技术，加快产品 液压首要地位，在技术上，液压经济效益培训研发在世界水平的各个方面涉及和吸收国产化工作为我们一切工作的产品质量提供保证。 从 20 世纪到 70 年代中期液压技术开始与微电子行业进行通信，并相互结合。在迄今为止的 30 年里，结合水平的增加，从一个简单的拼装，分散并混合融合到整体，多种单独的产品，如数字泵，数字阀，数字缸和其它统计信息的出现。这开发了芯片和液压控制，是液压致动器或部件的一种高级形式，以获得一个反馈装置，一个数字模拟转换器件和集成电路。这种液压控制，作为一个微处理器或计算机接收发送的信沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 引言 2 息，你就可以提前完成任务。事实上，这出现了一个完整的智能单元。 液压智能化技术虽然才刚刚开始，但是从的传统的成功案例来看，结果还是非常有吸引力的。例如，折臂式小汽车装卸器可以挂断车上，拖入容器中，根据邻近所述堆积的位置上，直到 8 个液压缸。加载和结算内置系统，他们操纵的预订程序有八个液压缸，带传感器，一个完整的传感器的帮助系统链接操作。卸车时的操作按相反的顺序进行。在另一个例子中，模拟器间带电脑控制的， 6 个液压缸协调行动，以航空喷气飞行员培训的声能，你可以看到六个自由度的振动快速（每秒 20 次）颠簸，座椅震动，登陆与其他运动，从而可以使处理的模拟驾驶操作。 综上所述，可以看出液压行业在国民经济较大时，它经常被用来作为工业国家的重要标志的水平的量度。相较于世界上最伟大的工业强国，中国的液压行业还很落后，标准化工作依然要继续准备，智能的工 作才刚刚起步，未来，通过行业的共同努力下，中国液压行业将能够进入一个新的天地。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 3 第一章 手部的结构设计 爪的结构选定 依据工作位置和工作环境的要求，决定采用如下图所示的手部。 图 1抓机架拟定材料为 中有关参数，初步选定如下 : 其中 = 60 （手指的抓取半角 =45 70） ; f=手爪与手指接触处的摩擦系数 f= =手部的机械效率 = =安全系数 = =工作情况系数 = l =66L =274 =30 ; 整个手爪部分长度选择 350夹紧时由力学公式： 夹紧时活塞杆的力由公式： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 4 初步估算手抓的重量约为 120N。 压缸的选用 压缸内径的确定 液压缸的理论输出 F 可按下式计算： ：负载率，一般取 由表 19查得液压缸的工作压力初选为 P=由公式： 由表 19可选用标准液压缸内径 D=63 压缸外径的确定 按壁厚有关公式确定： =( = = D:液压缸内径（ 缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 5 查表 19可知 =600 ：缸体材料的需用拉应力（ n ：冲击系数，由表 2查得 n =12； 由壁厚公式： 可求得： 选壁厚 =8 上所述，从表 19选择标准液压缸外径 76 筒壁厚校核 额定压力 其中 :=360钢筒材料屈服强度。由表 17得 ) 钢筒发生完成塑性变形的压力 因为 （ =（ 选择 =25工作压力小于 25 本液压缸最大工作压力为 以设计选择的壁厚可满足压力的要求 压缸活塞杆的确定及校核 设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表 17得 = 根据表 17取标准值 d=32于活塞杆在稳定的状况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 6 拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： 所以满足工作时的强度需要。 塞的最大行程 ：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 ； F ：活塞杆纵向压缩力； ：安全系数； 通常 =6； E ：材料的弹性模量； 钢材的 E=N/ I ：活塞杆横截面惯性矩 : 由表 17液压缸标准行程 280 筒底部厚度的确定 钢筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算： 其中 :P：筒内最大工作压力 （ P= = ：筒底材料许用应力 （前面求得 =50 ：计算厚度外直径 取 =60以，综合上述条件，钢筒底部厚度选择 8 盖螺钉的计算 由表 2知活塞 =s 则取 =s，活塞杆伸出速度， =s 活塞杆退回速度。由公式： 其中 ：活塞杆的运动速度（ m/s） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 7 Q：流入液压缸的流量 （ / s ）； A：活塞的有效面积（）； 由公式 =Q+ 其中 Q：工作载荷（ N） P：缸盖所受的负载液压力（ N）； Z：螺钉数目 ：剩余缩紧力对于要求紧密的联接， = K=钉的强度条件 : :材料的许用应力。 n：安全系数， n=3； 查表得 =360 选择标准的开槽沉头螺钉 筒头部法兰厚度的确定 由公式可得 其中 F：法兰在缸筒最大内压下所承受的轴向压力； ：法兰外圆直径； ：螺栓直径， =8 ：法兰材料的许用应力； b：缸筒外径到螺栓中线的距离； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 8 取法兰厚度为 8 为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入 0 型密封圈，所以端盖向内凹处厚度选择 8整个端盖厚度为 16 压缸其他元件的确定 a. 缸盖的材料 缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定 b. 活塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（ 球墨铸铁，初步拟定为 密封件大多采用 0 型密封圈，参考手册表 10可知，查得 0 型密封圈标准值，即截面直径 d=端盖厚度符合要求。 d. 管接头的确定 由公式： Q：液体流量， L/ ：按推荐值选定，一般 =3m/s. 求得 d 标准值 d 4 所以整个液压缸的长度为 280+（ 2=310体估算整个液压缸加上油液的重量约为 30N。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章手部的结构设计 9 第二章 小臂的结构设计 臂的结构初定 拟定驱动大臂的液压缸和驱动小臂的液压缸安装在手臂的同侧。 臂受力分析 小臂和大臂之间为铰链接，且推动小臂的液压缸也和小臂铰连接。拟定两铰链接 触之间的距离 L=500步估算重量为 40N， 小臂受力示意图 3下： 图 2 0 得 所以 由 0 得 所以 最大危险截面为 A 处 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 10 臂液压缸的选定 臂液压缸内径的确定 初步拟定手臂的俯仰角为 30， 所以手臂的运动范围也在 30。 如下图所示： 图 2臂伸缩示意图 由上图可以分析得： 液压缸在位置 1 活塞杆退回时和位置 2 活塞杆前进时所需的力大小相等， 且此时最大。 又因为有活塞有杆端的面积比无杆端的面积小，所以在位置 1 活塞退回时来计算油缸内径。 活塞杆所需力： =O 型密封圈的摩擦系数， ：活塞杆的倾斜角度， 30。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 11 压缸内径的确定 液压缸的理论输出 F 可按下式计算： ：活塞杆的实际作用力（ N） ； ：负载率，一般取 ：液压缸的总效率，一般取 由表 19查得液压缸的工作压力初选为 P=由公式： 由表 19可选用标准液压缸内径 D=63 压缸外径的确定 按壁厚筒有关公式确定： = D ： 液压缸内径（ 钢筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； 查表 17可知 =600 ：缸体材料的需用拉应力（ n ：冲击系数，由表 2查得 n =12； 初选壁厚 =6 /D= 初选成立 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 12 综上所述，从表 19中选择标准液压缸外径 76以液压缸壁厚为 = （ 76 /2= 筒壁厚校核 额定压力 其中 :=360钢筒材料屈服强度。由表 17得 ) 钢筒发生完成塑性变形的压力 因为 （ =（ 选择 =25工作压力小于 25 本液压缸最大工作压力为 以设计选择的壁厚可满足压力的要求。 压缸活塞杆的确定及校核 设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表 17得 = 根据表 17取标准值 d=32于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受拉压载 荷的简单强度计算公式进行计算： 所以满足工作时的强度需要。 塞的最大行程 ：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 ； F ：活塞杆纵向压缩力； ：安全系数； 通常 =6； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 13 E ：材料的弹性模量； 钢材的 E=N/ I ：活塞杆横截面惯性矩 : 由表 17液压缸标准行程 220 筒底部厚度的确定 钢筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算： 其中 P：筒内最大工作压力 （ P= = ：筒底材料许用应力 （前面求得 =50 ：计算厚度外直径 取 =45以，综合上述条件，钢筒底部厚度选择 压缸流量的确定 设计中根据速度比公式得 由表 19知活塞 s，则取活塞杆伸出速度 s ，活塞杆退回速度 s 由公式 其中 v:活塞杆的运动速度（ m/s） ; Q:流入液压缸的流量（ / s)； A：活塞的有效面积（ A：活塞的有效面积（ ）； 根据工作位置和工作环境要求， 大体估计整个液压缸加油液的重约为 150N。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 14 盖螺钉的计算 由公式 =Q+ 其中 Q：工作载荷（ N） P：缸盖所受的负载液压力（ N）； Z：螺钉数目 ：剩余缩紧力对于要求紧密的联接， = K=钉的强度条件 : :材料的许用应力。 n：安全系数， n=3； 查表得 =360 选择标准的开槽沉头螺钉 筒头部法兰厚度的确定 由公式可得 其中 F：法兰在缸筒最大内压下所承受的轴向压力； ：法兰外圆直径； ：螺栓直径， =8 ：法兰材料的许用应力； b ：缸筒外径到螺栓中线的距离； 取法兰厚度为 为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入 0 型密封圈，所以端盖向内凹处厚度沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 15 选 整个端盖厚度为 15 压缸其它元件的确定 a. 缸盖的材料 缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定 b. 活塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（ 球墨铸铁，初步拟定为 c. 密封圈的选择 密封件大多采用 0 型密封圈，参考手册表 10可知，查得 0 型密封圈标准值，即截面直径 d=端盖厚度符合要求。 d. 管接头的确定 由公式： Q： 液体流量， L/ ： 按推荐值选定，一般 =3m/s. 求得 d 标准值 d 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 小彼得结构设计 16 第三章 手臂支座的设计 座材料的选定 依据工作需求，选用铸铁为手臂支座的材料。初步估算手臂重量为 500N。 座结构的设计 制作作为手臂的一个组成部分，其作用是用来支撑并固定手臂液压缸，同时考虑 到结构的合理性和经济性。如为手臂有更好的防尘作用和更好的外型设计，可加 一个手臂盖。 图 3座结构 初步估算手臂重量为 120N。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂上下摆动的设计 17 第四章 手臂上下摆动的设计 图 4臂受力分析 臂和手部的受力分析 由 0，即： 由 Y=0,即： 250 200 50 30 100 200(N) 解得： 臂上下摆动液压缸的确定 根据工作需要，初步拟定手臂俯仰角度为 30 30 。如图所示： 图 42 伸缩缸行程示意图 液压缸的理论输出 F 可按下式计算： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂上下摆动的设计 18 ：活塞杆的实际作用力（ N） ； ：负载率，一般取 ：液压缸的总效率，一般取 由表 19查得液压缸的工作压力初选为 P=由公式： 由表 19可选用标准液压缸内径 D=63 压缸内径的确定 液压缸的理论输出 F 可按下式计算： ：活塞杆的实际作用力（ N） ； ：负载率，一般取 ：液压缸的总效率，一般取 由表 19查得液压缸的工作压力初选为 P=由公式： 由表 19可选用标准液压缸内径 D=63 压缸外径的确定 按壁厚筒有关公式确定： = D ： 液压缸内径（ 钢筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选 45 号钢； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂上下摆动的设计 19 查表 17可知 =600 ：缸体材料的需用拉应力（ n ：冲击系数，由表 2查得 n =12； 初选壁厚 =8 上所述，从表 19中选择标准液压缸外径 76 筒壁厚的校核 额定压力 其中 =360钢筒材料屈服强度。由表 17得 ) 钢筒发生完成塑性变形的压力 因为 （ =（ 液压缸最大工作压力为 3以设计选择的壁厚可满足压力的要求。 压缸活塞杆的确定及校核 设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表 17得 = 根据表