液压课程设计--机械手腰部回转液压系统设计

液 压 与 气 压 传 动 课程设计说明书 学 院： 机电工程学院 设计题目： 机械手腰部回转液压系统设计 专业班级： 机械电子工程二班 学 生： 设计题目 ：机械手腰部回转液压系统设计 题目说明： 某型机械手腰部回转装置采用摆动缸驱动，基本设计参数如下： 参数类别 参数值 参数类别 参数值 回转角度 220 最大回转速度 30 o/s 最大转矩 650Nm 机械效率 0.95 容积效率 0.88 题目要求： 1、 驱动装置：单叶片摆动缸； 2、 安装方式：缸筒顶端法兰固定，中心轴回转； 3、 调速方式：双向回油节流调速，背压 1.5MPa。 设计要求： 1、进行工 况分析与计算，绘制工况图（包括速度图、负载图）。 2、拟定液压系统原理图，选择标准液压元件，绘制电磁铁动作循环表。 3、液压缸设计计算、图纸绘制。 上交材料： 1、设计说明书一份。 2、液压系统原理图一张（ A2）。 3、 液压缸 （ A1）装配图及部分零件图（ A2）。 1 工况分析与计算 1.1 工况分析 机械手腰部回转是机械手完成整个动作的一部分，在工作过程中所受载荷相对比较平稳，冲击和振动的比较小，驱动它所用的力矩也不大，在工作过程中要求机械手腰部所能回转的角度为 220，最小回转速度和最大回转速度分别是 12 o/s 和 30 o/s，其最大转矩为 650Nm，考虑在工作过程中还受到摩擦力等方面的影响所受摩擦转矩为 50 Nm，液压系统在工作中还会受到其他因素的影响，该回路中的机械效率和容积效率分别是 0.95 和0.88。 1.1.1 工作循环 机械手腰部回转的工作循环为：启动 快进 工进 快退。 1.1.2 工作循环图 1.2 负载分析与计算 工作循环负载见表一。 表 1 工作循环负载 工况 负载组成 负载值 (Nm) 快进 启动 T=Tfs+Tms 50 加速 T=Tfd2+Tmd 50 恒速 T=Tfd2+Tmd 50 工进 工进 T=Te+Tmd 650 快退 启动 T=Tms+Tg 50 加速 T=Tfd2+Tmd+ Tg 50 恒速 t=tfd2+tmd+ Tg 50 1.2.1 负载分析 工作负载 Tmd=650Nm-50 Nm=600 Nm 摩擦负载 Tfs=50 Nm 1.2.2 负载计算 负载流量计算 b 80mm 3P Mpa 663 1 0 0 . 9 5 1 0 65022vP v n mT 666 5 0 2 1 4 3 2 . 2 8 /3 1 0 0 . 9 5 1 0V m L v 222122 qn b R R 222 1 1 22b R R p pT 2 2 221 5 4 1 6 . 6 7R R m m 22212 qb R R 362221 6 8 0 1 0 5 4 1 6 . 6 7 1 0 1 8 . 1 4 4 /b R Rq L m m 实 1 8 . 1 4 2 0 . 6 1 3 /0 . 8 8qq L m mv 实理 1 20R mm221 5 4 1 6 . 6 7 7 6 . 2 6R R m m 3LP P M pa 1 . 1 1 . 3 1 . 2 3 . 6p L LP P P M p a 1 8 . 1 4 / 1 . 0 5 1 9 . 0 4 7 /pq q p L m m L m m 在 恒速 时， T=50Nm, 根据 T=b(R22 R12)(p1-p2)/2 和 =2q/b(R22 R12)得 q 实 = b(R22 R12)/2=1.39 L/min 表 2 负载流量 工况 负载值 (Nm) 流量 (L/min) 快进 启动 50 0 加速 50.15 0 恒速 50 18.14 工进 工进 650 1.39 快退 启动 50 0 加速 50.15 0 恒速 50 18.14 1.2.3 负载图与速度图绘制 快进时 w=30 o/s， 工进时 w=12 o/s，快退时 w=30 o/s。 负载图与速度图见图 2。 图 2 负载图与速度图 2 液压系统图的拟定 2.1 系统功能分析 要求此液压系统实现的工作循环是：启动 快进 工进 快退， 快进和快退的速度是 30 o/s，工进速度是 10 o/s，快进行程 120 o，工进行程 100 o，快进行程，最大转矩为 650Nm,摩擦转矩为 50 Nm。 对于此液压系统，要求加工过程中定位精确，能够快速换向。在设计阀的时候，要考虑到工作在最低速度时节流阀的最小调 节流量能否满足要求。在行程方面，应该比要求的工作行程大点，包括工作行程和最大行程， 主要是考虑到安全方面和实际运用中，在压力方面也要考虑到满足最大负载要求。并且在满足要求的情况下，尽量使液压系统的成本降低。 2.2 调速方式的选择 考虑到机械手腰部回转液压系统中，由于机械手在来回的旋转过程中会产生热量，导致系统中温升比较高，而其要求运动过程中要平稳和具有一定承受负值负载的能力，所以选择双向回油节流调速，因为在回油节流调速回路中有背压力存在，它可以起到阻尼的作用，同时空气也不容易进入，而且也能阻止工作部件的前冲。 2.3 执行元件的选择 因系机械手腰部回转要求实现来回的旋转，而且统动作循环要求正向快进和工作，反向快退，且快进、快退速度相等，所以选择单叶片摆动缸。 2.4 换向回路的选择 由于机械手腰部回转的过程中要求具有换向精度高，为了便于工作台在任意位置停止，方便调整，所以采用三位四通换向阀“ O”型中位机能，因为“ O”型中位机能具有锁定和换向精度高的特点，虽然“ O”型中位机能在换向的过程中有冲击，但是冲击也是比较小的，对此系统的影响也不是特别大。 2.5 快速运动回路和速度换接回路 因为快进、快退和工进的速度相 差比较大，通过改变电磁体的通断电情况和节流阀的同流量来实现此功能。 2.6 系统图的绘制 将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充， 即组成如图三所示的液压系统图。 图 3 液压系统图 液压系统中电磁铁的动作顺序见表 3。 表 3 电磁铁的动作顺序表 动作 电磁铁工作状态 1YA 2YA 快进 + - 工进 + - 快退 - + 停止 - - 3 液压元件的计算与选择 3.1 液压泵的选择 根据系统要求，选取变量 叶片泵 YBP-E 作为系统液压泵。该泵额定排量为 20125mL/r，额定压力为 16MPa，额定转速为 10001500r/min。 3.2 阀类元件及辅助元件的选择 各类阀可通过最大流量和实际工作压力选择，阀的规格见表 4。 表 4 阀的规格 序号 名称 型号 额定压力（ MPa） 额定流量（ L/min） 1 过滤器 SU1 型烧结式过滤器 2.520 4125 2 齿轮叶片泵 BBXQ 型 6 16mL/r（排量） 3 压力表开关 KF-L8/M14 35 4 压力表 Y-60 060 5 直动式溢流阀 DBD 31.5 250 6 三位四通电磁 G66/01 31.5 100 换向阀 7 单向阀 S10 31.5 1815000 8 调速阀 2FRM10 31.5 10 9 先导式顺序阀 G460/1 31.5 150 4 液压缸的结构设计 4.1 液压缸的结构计算 （ 1） 缸筒壁厚和外套的计算 选 80b mm 3p Mpa 663 1 0 0 . 9 5 1 0 65022P V n m VT 666 5 0 2 1 4 3 2 . 2 8 /3 0 . 9 5 1 0 1 0V m L r 222122 qn b R R 222 1 1 22bT R R P P 3 2 2 6 6218 0 1 06 5 0 1 0 1 0 32 RR 2 2 221 5 4 1 6 . 6 7R R m m 选1 20R mm221 5 4 1 6 . 6 7 7 6 . 2 6R R m m 所以2 77R mm液压缸的壁厚 一般是指钢筒结构中最薄处的厚度 其值由液压缸的强度条件来确定 对于高压系统或当 10D 时 缸筒的厚度一般按厚壁筒来计算 2 ypD 式中 :D 为液缸直径 py 为缸筒试验压力，当缸的额定压 力 16nP Mpa时 1.5ynpP 为缸筒材料的许用应力 bn b 为材料的抗拉强度， n 为安全系数 一般取 n=5 选材料为： 45 570b Mpa 2570 1 1 4 /5b Nmn 因为 16nP Mpa所以 1 . 5 4 . 5ynp P M p a7 7 2 1 5 4D m m 663 1 0 1 5 4 2 . 0 2 6 32 2 1 1 4 1 0ypD 选 16mm （ 2） 液压卸盖固定螺栓的计算 液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中 同时承受拉应力和扭应力 5 .2 KFds z F 为液压缸负载 z 为固定螺栓个数 K 为螺栓拧紧系数 2 2 2 221 3 3 . 1 4 7 7 2 0 5 2 0 8 3 . 1 8F P S P R R N 选材料： 45 1.5K 475 选 6z 5 . 2 5 . 2 1 . 1 5 5 2 0 8 3 . 1 85 . 83 . 1 4 8 4 7 5KFds z 所以 选 d=8mm （ 3） 叶片强度校核 选叶片厚度 20 叶片承受均布载有 663 1 0 7 7 2 0 1 0 8 0 1 3 6 8 0F P S N 3117 7 2 0 1 3 6 8 0 5 5 1 0 3 0 7 . 822M F N m 32 2 63 0 7 . 8 1 0 1 3 . 95 5 2 0 1 0M M p abn 选材料： 45 335 2 7 9 . 1 61 . 2s M p an = 所以安全 （ 4） 进油口径的计算 对于高压管路，通常流速在 3-4mm/s 对于吸油管路 考虑泵的吸口和防止气学现象 应降低流速通常在 0.6-1.5m/s 左右 选 N=1m/s 242qd 1 8 . 1 4 /q L m m 所以 4 4 .8qd m mv所以选 5d mm (5)液压缸的主要零件材料和技术要求 液压缸材料选择 45，表面粗糙度为14.02.0 aR叶片材料选择 ZQSn6-6-3，内外表面粗糙度为 mRa 6.18.0 轴材料选择 45，配合表面粗糙度为 mRa 6.18.0 缸盖材料选择 45 钢，配合表面粗糙度为 mRa 6.18.0 4.2 液压缸结构图 结合以上计算，液压缸结构原理图见图四。 设计总结 通过本次设计，让我很好的锻炼了 理论联系实际 ，与具体项目、课题相结合 设计产品 的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。 在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是 机械设计手册 和 INTERNET 成了 我们很好 的助手 ,不仅对制图有了更进一步的掌握， MathType、 Auto CAD 和 WORD 这些软件的掌握也是很有必要的。 通过 制定设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件的工作能力，以及针对课程设计中出现的内容查阅资 料，大大扩展了我们