毕业设计（论文）-—球坐标工业机械手设计(含全套CAD图纸)

宁XX大学毕业设计论文球坐标工业机械手设计所在学院专业班级姓名学号指导老师2014年月日优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763摘要工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。所谓工业机械手就是一种能按给定的程序或要求自动完成物件（如材料、工件、零件或工具等）传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。本次设计所确定的机械手的整体结构为球坐标式机械手，手臂动作为摆动或者转动，手爪的动作为伸缩和松夹。由于此机械手的动作要求放置不同的工件，所以实现上下料过程也要求手腕能旋转动作。本文的机械手用于棒料，直径4060，长度4501200MM，介绍它的组成和分类、自由度和座标型式、液压技术的特点、PLC控制的特点及国内外的发展状况，对机械手进行总体方案设计，确定机械手的座标型式和自由度，确定机械手的技术参数，设计机械手的手臂结构，设计出机械手的液压系统，绘制机械手液压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案，画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图，并编制可编程序控制器的控制程序。关键词机械手,球坐标工业机械手，抓取，棒料；液压；PLC需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763ABSTRACTINDUSTRIALMACHINERYHANDHEREINAFTERREFERREDTOASTHEMANIPULATORISANEWTECHNOLOGYOFMODERNAUTOMATICCONTROLINTHEFIELD,ASTHEEDGEDISCIPLINESMULTIDISCIPLINARYINTEGRATION,ITISONEOFTHEFASTESTGROWINGAREASOFHIGHTECHNOLOGY,ANDHASBECOMEANIMPORTANTPARTOFMODERNMACHINERYMANUFACTURINGINTHEPRODUCTIONSYSTEMTHESOCALLEDINDUSTRIALMANIPULATORISACOMPLETEOBJECTAUTOMATICALLYACCORDINGTOTHEGIVENPROCEDURESORREQUIREMENTSSUCHASMATERIALS,PARTS,COMPONENTSORTOOLSMECHANICALDEVICETOTRANSMITOROPERATION,ITCANPARTLYREPLACETHEMANUALLABORTHEMANIPULATOROFHIGHERLEVELTYPE,CANSIMULATEHUMANARMMOVEMENT,COMPLEXOPERATIONTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHEDESIGNOFMANIPULATORANDTHESPHERICALCOORDINATEMANIPULATOR,ARMMOVEMENTSASSWINGORROTATION,THEGRIPPERACTIONFOREXPANSIONANDLOOSECLAMPBECAUSETHEMECHANICALHANDMOVEMENTSPLACEDDIFFERENTWORKPIECES,SOTHEIMPLEMENTATIONPROCESSONTHEWRISTROTATIONISREQUIREDINTHISPAPER,THEMECHANICALHANDFORBAR,DIAMETER4060,LENGTH4501200MM,INTRODUCESITSCOMPOSITIONANDCLASSIFICATION,DEGREEOFFREEDOMANDCOORDINATETYPE,HYDRAULICTECHNOLOGYCHARACTERISTICS,PLCCONTROLCHARACTERISTICSANDDEVELOPMENTATHOMEANDABROAD,FORTHEOVERALLDESIGNOFMANIPULATOR,TODETERMINETHECOORDINATESOFTHEMANIPULATORTYPESANDDEGREESOFFREEDOM,TODETERMINETHETECHNICALPARAMETERSOFTHEMANIPULATOR,MANIPULATORARMSTRUCTUREDESIGN,HYDRAULICSYSTEMDESIGNOFMECHANICALHAND,DRAWTHEWORKINGPRINCIPLEOFTHEHYDRAULICSYSTEMOFMANIPULATORDIAGRAMTHECONTROLOFTHEMANIPULATORPROGRAMMABLECONTROLLER,SELECTTHEAPPROPRIATEPLCMODEL,ACCORDINGTOTHEWORKFLOWMANIPULATORDEVELOPEDPLCCONTROLPROGRAM,DRAWTHEMECHANICALHANDWORKOFTHESEQUENTIALFUNCTIONCHARTANDTHELADDERDIAGRAM,ANDCONTROLPROGRAMOFPROGRAMMABLECONTROLLEKEYWORDSMANIPULATOR,SPHERICALCOORDINATEINDUSTRIALMANIPULATOR,GRASPING,BARHYDRAULICPLC需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763目录摘要IIABSTRACTIII目录IV1绪论111选题背景112机械手发展现状和趋势213机械手的系统工作原理及组成213球坐标工业机械手的组成22球坐标工业机械手设计要求与方案321球坐标工业机械手技术参数322总体方案分析323动作原理424工业机械手的传动方案设计425球坐标工业机械手驱动方式的选择53球坐标工业机械手各主要组成部分设计731手部结构7311手部结构种类7312夹持器设计计算8313手部校核932升降方向设计计算9321初步确系统压力10322升降油缸计算1033油缸主要部位的计算校核14331缸筒壁厚的计算14332活塞杆强度和液压缸稳定性计算15333缸筒壁厚的验算17334缸筒的加工要求18335法兰设计19336缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算1934活塞的设计2135导向套的设计与计算2236端盖和缸底的设计与计算2437缸体长度的确定2538缓冲装置的设计2539排气装置26310密封件的选用28311防尘圈29312液压缸的安装连接结构30313水平方向设计计算333131水平方向计算33需要CAD图纸，Q咨询414951605或13041397633132油缸的选型33314底座回转机构设计计算333141回转部位负载计算校核343142油马达的选型35315机身结构的设计校核373151油马达的选择373152螺柱的设计与校核373153机座的机械结构3836绘制液压系统图39361计算和选择液压元件40362液压系统性能的验算414机械手控制系统设计4241机械手的工艺过程4242PLC控制系统4343PLC控制系统程序设计44总结与展望47参考文献48致谢49需要CAD图纸，Q咨询414951605论11选题背景机械手是工业自动化发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。目前，我国大多数工厂的生产线上装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976312机械手发展现状和趋势目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下（1）机械结构向模块化、可重构化发展。（2）工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。（3）机械手中的传感器作用日益重要，使其向智能化方向发展。（4）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；（5）焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向其一是机械手的智能化，多传感器，多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。13机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图11所示。控制系统（PLC）驱动系统执行机构位置检测装置需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图11机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置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达到设定位置。（1）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。手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本设计中采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指或手爪和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位是外廓或是内孔和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位即姿势。手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去手部手腕手臂机身需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件如气缸、液压缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等与驱动源如液压、气压或电机等相配合，以实现手臂的各种运动。立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降或俯仰运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。（2）驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。（3）控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位或机械挡块定位系统组成。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（4）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达到设定位置。13球坐标工业机械手的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。球坐标工业机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。时间、速度和加速度等参数。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763球坐标工业机械手与主机及其它有关装置之间的联系3。2球坐标工业机械手设计要求与方案21球坐标工业机械手技术参数坐标形式球坐标坐标系抓重自由度伸缩X升降Z球坐标200N4350MM，50工作压力/MPA08115225334455表32各种机械常用的系统工作压力1机床机械类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械工作压力/MPA082352881010182032液压系统的最大负载约为2000N（其中重物200N，其它零部件重量加上摩擦超载等因素），初选液压缸的设计压力P110MPA322升降油缸计算手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力F摩和惯性力F惯之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力F驱可按下式计算F驱F摩F惯WN（42）式中F摩各支承处的摩擦力（N）；F惯启动时惯性力（N）可按臂伸缩运动时的情况计算；W臂部运动部件的总重量（N）；上升时为正，下降时为负。F惯其大小可按下式估算F惯AN式中W手臂伸缩部件的总重量（N）；G重力加速度（G98M/S）；A启动过程中的平均加速度（M/S），AM/S；需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763V速度变化量。手臂从静止状态加速到工作速度V时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度；T启动过程中所用的时间，一般为00105S。当F摩100N，F惯130N，W1000N估算重物和臂部结构重量时，V250MM/S题目条件F驱10010001151（N）109825，取液压缸的机械效率CM09。（2）计算液压缸内径D和活塞杆直径D知最大负载工进F为115102N，取D/D07127161509CMAP410D0124M124MM4查得油缸的液压缸的内径为125MM,活塞杆直径为90MM,有效行程为200MM表41液压缸内径系列MM8101216202532405063801001251602002003204005001液压缸缸体厚度计算缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为20、25、35、45号钢的无缝钢管。在这几种材料中45号钢的性能最为优良，所以这里选用45号钢作为缸体的材料。2DPY式中，实验压力，MPA。当液压缸额定压力PN51MPA时，PY15PN，当PYPN16MPA时，PY125PN。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763缸筒材料许用应力，N/MM。，为材料的抗拉强度。2NB注1额定压力PN额定压力又称公称压力即系统压力，PN10MPA2最高允许压力PMAXPMAX15PN12510125MPA液压缸缸筒材料采用45钢，则抗拉强度B600MPA安全系数N按液压传动与控制手册P243表210，取N5。则许用应力120MPAB2DPY取液压缸厚度125MM。取液压缸缸体外径为150MM。4液压缸长度的确定液压缸长度L根据工作部件的行程长度确定。L350MM题目要求5活塞杆直径的设计查液压传动与控制手册根据杆径比D/D，一般的选取原则是当活塞杆受拉时，一般选取D/D0305，当活塞杆受压时，一般选取D/D0507。本设计我选择D/D07，即D07D07125875MM。表42活塞杆直径系列4568101214161820需要CAD图纸，Q咨询414951605或130413976322252832364045505663708090100110125140160180200220200280320360400故取D90MM。2活塞杆强度计算式中许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375MPA8054NB500MPA，取400MPA，为位安全系数取5，即活塞杆的强度适中）3活塞杆的结构设计活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。4活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等6。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/F9选取。薄钢片厚度为05MM。为方便设计和维护，本方案选择O型密封圈。液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表44选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表44中的A、B、C选用。表44（A）液压缸行程系列（GB234980）62550801001251602002003204005006308001000120016002000200032004000表44（B）液压缸行程系列（GB234980）6需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763406390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表44（C）液压缸形成系列（GB234980）624026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003400380033油缸主要部位的计算校核331缸筒壁厚的计算在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚通常都能满足强度要求，一般不需要计算。但是，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。当时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为08D式（32）MAX2PD式中，缸筒内最高压力；MAXP缸筒材料的许用压力。,为材料的抗拉强度，N为安全/BB系数，当时，一般取。08D5N当时,按式（33）计算3该设计采用无缝钢管式（33）MAXA2PD根据缸径查手册预取30需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763此时30081732D最高允许压力一般是额定压力的15倍，根据给定参数，所以7PMA715105MPMAXP100110M（无缝钢管），取100A，其壁厚按公式（33）计算为AXMA1055623238PDM满足要求，就取壁厚为6MM。332活塞杆强度和液压缸稳定性计算A活塞杆强度计算活塞杆的直径按下式进行校核D4FD式中，为活塞杆上的作用力；F为活塞杆材料的许用应力，,N一般取140。/BN3641504528398/4DMM满足要求B液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载KF，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。K的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依/10LD下式进行KNF式中，KN为安全系数，一般取K24。A当活塞杆的细长比时/LRMI需要CAD图纸，Q咨询414951605IEJFLB当活塞杆的细长比时/KLRMI21KKFAALIR式中，L为安装长度，其值与安装方式有关，见表1；K为活塞杆横截面最小回转半径，AJRK/；为柔性系数，其值见表32；为由液压缸支撑方式决定的末端MI系数，其值见表1；E为活塞杆材料的弹性模量，对钢取21/062MNE；为活塞杆横截面惯性矩；为活塞杆横截面积；F为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表33。表32液压缸支承方式和末端系数的值I支承方式支承说明末端系数I一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表33F、的值M材料28/10NF铸铁561/160080锻铁251/9000110钢491/500085需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763C当时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。20LK此设计安装方式中间固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。333缸筒壁厚的验算下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算A液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全NP式（34）21035SDMPA根据式（34）得到2204503581NPPA显然，额定油压7MP，满足条件；B为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压N力有一定的比例范围式（35）03542NPLP式（36）1LOGLSD先根据式（36）得到4121123LPLSMPA再将得到结果带入（35）得到1054215476NPMAPA显然，满足条件；C耐压试验压力，是液压缸在检查质量时需承受的试验压力。在规定的时间内，TP液压缸在此压力下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象。各国规范多数规定当额定压力时16NPMPA（MPA）15TNP需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763D为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力应大于耐压试验压力EPTPMPA）式123LOGEBDP（37）因为查表已知596MPA，根据式（37）得到B8972EPMA至于耐压试验压力应为150T因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。以上所用公式中各量的意义解释如下式中缸筒内径（）；DM缸筒外径（）；1液压缸的额定压力（）NPMPA液压缸发生完全塑形变形的压力（）；LA液压缸耐压试验压力（）；T缸筒发生爆破时压力（）；EPP缸筒材料抗拉强度（）；BMA缸筒材料的屈服强度（；S缸筒材料的弹性模量（）；EP缸筒材料的泊桑系数钢材03334缸筒的加工要求缸筒内径采用H7级配合，表面粗糙度为016，需要进行研磨；DAR热处理调制，HB240；缸筒内径的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于003MM；需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。335法兰设计液压缸的端盖形式有很多，较为常见的是法兰式端盖。本次设计选择法兰式端盖（缸筒端部）法兰厚度根据下式进行计算式（38）04CPFDDH式中，法兰厚度（M）；密封环内经D40MM（M）；D密封环外径（M）；50MMHHD系统工作压力（PA）；7MPAPP附加密封力（PA）；值取其材料屈服点353MPA；QQ螺钉孔分布圆直径（M）；55MM0D0D密封环平均直径（M）；45MMCPDCPD法兰材料的许用应力（PA）；/N353/5706MPAS法兰受力总合力（M）F2298564HFDPDQKN所以132MM04CPDDH368956107为了安全取14MM需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763336缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算连接图如下图31缸体端部法兰用螺栓连接1前端盖；2缸筒螺栓强度根据下式计算螺纹处的拉应力MPA式（39）6MAX2104KFDZ螺纹处的剪应力MPA式（310）61MAX032KD合成应力MPA式（311）2N式中,液压缸的最大负载，A，单杆时，双杆是MAXFMAXFAXP2/4AD2/4ADD螺纹预紧系数，不变载荷12515，变载荷254；KKK液压缸内径；缸体螺纹外径；0D螺纹内经；1螺纹内摩擦因数，一般取012变载荷取254；K1K1K需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763材料许用应力，,为材料的屈服极限，N为安全系数，一般取/SNSN1215；Z螺栓个数。最大推力为4150FAPXN使用4个螺栓紧固缸盖，即4Z螺纹外径和底径的选择10MM8MM0D1D系数选择选取13012K根据式（39）得到螺纹处的拉应力为6MAX2104KFDZ4623150120938MPA根据式（310）得到螺纹处的剪应力为4630510298428PA根据式（311）得到合成应力为3676MPAN2由以上运算结果知，应选择螺栓等级为129级；查表的得抗拉强度极限1220MP屈服极限强度1100MP；BS不妨取安全系数N2可以得到许用应力值/N1100/2550MPS证明选用螺栓等级合适。34活塞的设计活塞的宽度一般取（0610）BD即（0610）125（75125）MM取80MM由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞与缸体的密封形式分为间隙密封（用于低压系统中的液压缸活塞的密封）、活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封）、密封圈密封三大类。其中密封圈密封又包括O形密封圈（密封性能好，摩擦因数小，安装空间小）、Y形密封圈（用在20MPA压力下、往复运动速度较高的液压缸密封）、形密封XY圈（耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代Y形密封圈）、V形密封圈（可用于50MPA压力下，耐久性好，但摩擦阻力大）。综合以上因素，考虑选用O型密封圈。35导向套的设计与计算1最小导向长度H的确定当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度1。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。根据经验,当液压缸最大行程为L,缸筒直径为D时,最小导向长度为（420LH5）一般导向套滑动面的长度A，在缸径小于80MM时取A0610D，当缸径大于80MM时取A0610D。活塞宽度B取B0610D。若导向长度H不够时,可在活塞杆上增加一个导向套K见图41来增加H值。隔套K的宽度。21BAC（需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图41液压缸最小导向长度1因此最小导向长度，取H9CM；7CM210420DLH）导向套滑动面长度AC8658活塞宽度B7M9隔套K的宽度3CM127481921BAHC（2导向套的结构导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适当选择。1）普通导向套这种导向套安装在支承座或端盖上，油槽内的压力油起润滑作用和张开密封圈唇边而起密封作用6。2）易拆导向套这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况下。3）球面导向套这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763劲“现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。4）静压导向套活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的液压缸，可以采用静压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力油膜，它们之间不存在直接接触，而是在压力油中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同轴度高，但制造复杂，要有专用的静压系统。36端盖和缸底的设计与计算在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。1端盖的设计计算端盖厚H为3P1CPDD式中D1螺钉孔分布直径，CM；P液压力，；2KGF/CM密封环形端面平均直径，CM；CPD材料的许用应力，。2KGF/C2缸底的设计缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。2端盖的结构需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和防尘等问题6。缸体端部的连接形式有以下几种A焊接特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内缸不易加工。主要用于柱塞式液压缸。B螺纹连接（外螺纹、内螺纹）特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。C法兰连接特点是结构较简单，易加工、易装卸，使用广泛。径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。D拉杆连接特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口边缘擦伤。F钢丝连接特点是结构简单，尺寸小，质量小。37缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度1。一般液压缸缸体长度不应大于缸体内经的2030倍。取系数为5,则液压缸缸体长度L510CM50CM。38缓冲装置的设计液压缸的活塞杆（或柱塞杆）具有一定的质量，在液压力的驱动下运动时具有很需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763大的动量。在它们的行程终端，当杆头进入液压缸的端盖和缸底部分时，会引起机械碰撞，产生很大的冲击和噪声。采用缓冲装置，就是为了避免这种机械撞击，但冲击压力仍然存在，大约是额定工作压力的两倍，这就必然会严重影响液压缸和整个液压缸的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端能实现速度的递减，直至为零。当液压缸中活塞活塞运动速度在6M/MIN以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在12M/MIN以上时，不需设置缓冲装置。在该组合机床液压缸中，动力滑台的最大速度为4M/MIN,因此没有必要设计缓冲装置。39排气装置如果排气装置设置不当或者没有设置排气装置，压力油进入液压缸后，缸内仍会存在空气6。由于空气具有压缩性和滞后扩张性,会造成液压缸和整个液压缸在工作中的颤振和爬行,影响液压缸的正常工作。比如液压导轨磨床在加工过程中，这不仅会影响被加工表面的光洁程度和精度，而且会损坏砂轮和磨头等机构。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压缸外，还必须在液压缸上设置排气装置。配气装置的位置要合理，由于空气比压力油轻，总是向上浮动，因此水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方。一般有整体排气塞和组合排气塞两种。整体排气塞如图42（A）所示。表45排气阀（塞）尺寸6阀座阀杆孔DC12DD1L23L1LS4DL52L3D4M166116192932311710853484623需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763M20X281472541143392213114594828图42A整体排气孔图42（B）组合排气孔图42（C）整体排气阀零件结构尺寸由于螺纹与缸筒或端面连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面空隙中挤出来并经过斜孔排除缸外。这种排气装置简单、方便，但螺纹与锥面密封处同轴度要求较高，否则拧紧排气塞后不能密封，造成外泄漏。组合排气塞如图42（B）所示，一般由络螺塞和锥阀组成。螺塞拧松后，锥阀在压力的推动下脱离密封面排出空气。排气装置的零件图及尺寸图见42（C）以及表42（D）。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图42（D）组合排气阀零件结构尺寸310密封件的选用1对密封件的要求液压缸工作中要求达到零泄漏、摩擦小和耐磨损的要求。在设计时，正确地选择密封件、导向套（支承环）和防尘圈的结构形式和材料是很重要的。从现在密封技术来分析，液压缸的活塞和活塞杆及密封、导向套和防尘等应作为一个综合的密封系统来考虑，具有可靠的密封系统，才能式液压缸具有良好的工作状态和理想的使用寿命。在液压元件中，对液压缸的密封要求是比较高的，特别是一些特殊材料液压缸，如摆动液压缸等。液压缸中不仅有静密封，更多的部位是动密封，而且工作压力高，这就要求密封件的密封性能要好，耐磨损，对温度适应范围大，要求弹性好，永久变形小，有适当的机械强度，摩擦阻力小，容易制造和装卸，能随压力的升高而提高密封能力和利于自动补偿磨损。密封件一般以断面形状分类。有O形、U形、V形、J形、L形和Y形等。除O形外，其他都属于唇形密封件。需要CAD图纸，Q咨询414951605形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要是活塞内孔与活塞杆、支承座外圆与缸筒内孔、缸盖与缸体端面等处6。这些部位虽然是静密封，但因工作由液压力大，稍有意外，就会引起过量的内漏和外漏。静密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。O形密封圈虽小，确实一种精密的橡胶制品，在复杂使用条件下，具有较好的尺寸稳定性和保持自身的性能。在设计选用时，根据使用条件选择适宜的材料和尺寸，并采取合理的安装维护措施，才能达到较满意的密封效果。安装O形圈的沟槽有多种形式，如矩形、三角形、V形、燕尾形、半圆形、斜底形等，可根据不同使用条件选择，不能一概而论。使用最多的沟槽是矩形，其加工简便，但容易引起密封圈咬边、扭转等现象。2动密封部位密封圈的选用液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支承座（导向套）的密封等。形密封圈是我国液压缸行业使用极其广泛的往复运动密封圈。它是一种轴、孔XY互不通用的密封圈。一般，使用压力低于16MPA时，可不用挡圈而单独使用。当超过16MPA并用于活塞动密封装置时，应使用挡圈，以防止间隙“挤出”。311防尘圈防尘圈设置与活塞杆或柱塞密封外侧，用于防止外界尘埃、沙粒等异物侵入液压缸，从而可以防止液压油被污染导致元件磨损。1防尘圈A型防尘圈是一种单唇无骨架橡胶密封圈，适于在A型密封结构形式内安需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763装，起防尘作用。B型防尘密封圈是一种单唇带骨架橡胶密封圈，适于在B型密封结构形式内安装，起防尘作用。C型防尘圈是一种双唇密封橡胶圈，适于在C型结构形式内安装，起防尘和辅助密封的作用。2防尘罩防尘罩采用橡胶或尼龙、帆布等材料制作。在高温工作时，可用氯丁橡胶，可在130以下工作。如果温度再高时，可用耐火石棉材料。当选用防尘伸缩套时，要注意在高频率动作时的耐久性，同时注意在高速运动时伸缩套透气孔是否能及时导入足够的空气。但是，安装伸缩套给液压缸的装配调整会带来一些困难。312液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸近处有口的连接等。1液压缸的安装形式液压缸的安装形式很多，但大致可以分为以下两类。1）轴线固定类这类安装形式的液压缸在工作时，轴线位置固定不变。机床上的液压缸绝大多数是采用这种安装形式。A通用拉杆式。在两端缸盖上钻出通孔，用双头螺钉将缸和安装座连接拉紧。一般短行程、压力低的液压缸。B法兰式。用液压缸上的法兰将其固定在机器上。C支座式。将液压缸头尾两端的凸缘与支座固定在一起。支座可置于液压缸左右的径向、切向，也可置于轴向底部的前后端。需要CAD图纸，Q咨询414951605周线摆动类液压缸在往复运动时，由于机构的相互作用使其轴线产生摆动，达到调整位置和方向的要求。安装这类液压缸，安装形式也只能采用使其能摆动的铰接方式。工程机械、农用机械、翻斗汽车和船舶甲板机械等所用的液压缸多用这类安装形式。A耳轴式。将固定在液压缸上的铰轴安装在机械的轴座内，使液压缸轴线能在某个平面内自由摆动。B耳环式。将液压缸的耳环与机械上的耳环用销轴连接在一起，使液压缸能在某个平面内自由摆动。耳环在液压缸的尾部，可以是单耳环，也可以是双耳环，还可以做成带关节轴承的单耳环或双耳环。C球头式。将液压缸尾部的球头与机械上的球座连接在一起，使液压缸能在一定的空间锥角范围内任意摆动。2液压缸油口设计油口孔是压力油进入液压缸的直接通道，虽然只是一个孔，但不能轻视其作用6。如果孔小了，不仅造成进油时流量供不应求，影响液压缸的活塞运动速度，而且会造成回油时受阻，形成背压，影响活塞的退回速度，减少液压缸的负载能力。对液压缸往复速度要求较严的设计，一定要计算孔径的大小。液压缸的进出油口，可以布置在缸筒和前后端盖上。对于活塞杆固定的液压缸，进出油口可以设在活塞杆端部。如果液压缸无专用排气装置，进出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。液压缸进出油口的链接形式有螺纹、方形法兰和矩形法兰等。BO形密封圈的选用液压缸的静密封部位主要有活塞内孔与活塞杆、支撑座外圆与缸筒内孔、端盖与缸体端面等处。静密封部位使用的密封件基本上都是O形密封圈。需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763C动密封部位密封圈的选用由于O型密封圈用于往复运动存在起动阻力大的缺点，所以用于往复运动的密封件一般不用O形圈，而使用唇形密封圈或金属密封圈。液压缸动密封部位主要有活塞与缸筒内孔的密封、活塞杆与支撑座（或导向套）的密封等。活塞环是具有弹性的金属密封圈，摩擦阻力小，耐高温，使用寿命长，但密封性能差，内泄漏量大，而且工艺复杂，造价高。对内泄漏量要求不严而要求耐高温的液压缸，使用这种密封圈较合适。V形圈的密封效果一般，密封压力通过压圈可以调节，但摩擦阻力大，温升严重。因其是成组使用，模具多，也不经济。对于运动速度不高、出力大的大直径液压缸，用这种密封圈较好。U形圈虽是唇形密封圈，但安装时需用支撑环压住，否则就容易卷唇，而且只能在工作压力低于10MPA时使用，对压力高的液压缸不适用。比较而言，能保证密封效果，摩擦阻力小，安装方便，制造简单经济的密封圈就属YX型密封圈了。它属于不等高双唇自封压紧式密封圈，分轴用和孔用两种。综上，所以本设计选用YX型圈，聚氨酯和聚四氟乙烯密封材料组合使用，可以显著提高密封性能A降低摩擦阻力，无爬行现象；B具有良好的动态和静态密封性，耐磨损，使用寿命长；C安装沟槽简单，拆装简便。这种组合的特别之处就是允许活塞外园和缸筒内壁有较大间隙，因为组合式密封的密封圈能防止挤入间隙内，降低了活塞与缸筒的加工要求，密封方式图如下图32密封方式图需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763313水平方向设计计算3131水平方向计算当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重200N，长度L1000MM。如图34所示。图34受力简图1计算扭矩142液压缸（伸缩）及其配件的估算扭矩24F200NS50MM（最大行程时）带入公式29得SF220050110000（NMM）由于水平方向的油缸与升降方向的有些类似，在此不在一一列举3132油缸的选型速易可目前主要产品有无杆油缸、滑台油缸、止动油缸、回转油缸、机械夹、回转夹紧气（油）压缸、导杆油缸、带锁油缸、双轴缸、标准型油缸、控制阀、空气控制组件、真空系统组件及相关液压辅助零组件。314底座回转机构设计计算腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。工件需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763要求回转0210，90/S3141回转部位负载计算校核若传动负载作回转运动负载额定功率（324）9501LNTP负载加速功率（325）AATGD327负载力矩（折算到油马达轴）（326）LMLT负载GD（折算到油马达轴）（327）22LLGDN起动时间（328）375LPMMATT制动时间（329）2LDT式中，为额定功率，KW；0P为加速功率，KW；A为负载轴回转速度，R/MIN；LN为油马达轴回转速度，R/MIN；M为负载的速度，M/MIN；LV为减速机效率；为摩擦系数；为负载转矩（负载轴），；LTMN为油马达启动最大转矩，；P为负载转矩（折算到油马达轴上），；L为负载的，；2LGD2GD2为负载（折算到油马达轴上），；L2N为油马达的，；2M22MN具体到本设计，因为步进油马达是驱动腰部的回转，传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，在回转圆周方向上不存在其他的转矩，则在回转轴上有；需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763（330）RFGFTFL式中，为滚动轴承摩擦系数，取0005；F为机械手本身与负载的重量之和，取25200N；GKG为回转轴上传动大齿轮分度圆半径，R240；RM带入数据，计算得012；LTMN同时，腰部回转速度定为5R/MIN；传动比定为1/120；L且，带入数据得1045667。2MGDLLGD2N将其带入上（324）（330）式，得；