634522520毕业设计（论文）气动通用机械手设计手臂回转用液压缓冲器部分

1、东北大学毕业设计（论文）气动通用机械手设计-手臂回转用液压缓冲器部分作 者 姓 名： 指 导 教 师：单 位 名 称：辽阳职业技术学院专 业 名 称：数控技术应用东 北 大 学2009年4月- 50 -毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：气动通用机械手设计-手臂回转用液压缓冲器部分基本内容：1. 气动通用机械手设计总体方案设计2. 气动通用机械手手臂回转用液压缓冲器部分设计计算3. 气动通用机械手手臂回转用液压缓冲器部分机械结构图设计4. 气动通用机械手手臂回转用液压缓冲器部分机械结构图设5 设计计算说明书（12000字以上）. 毕业设计（论文）专题部分：题目：基本内容：学生接受毕业设

2、计（论文）题目日期第1周指导教师签字：年月日摘 要机机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本篇介绍的工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手。本篇根据液压系统设计的一般程序，分四步详细地介绍了工业机械手液压系统设计过程。aabstract. manipulatorimitatehandmovementofpeople,acco

3、rdingtogiveprocedure,orbit,demandrealizepick,carryandautomaticsthatoperateautomaticallydefinitely.itespeciallyinsuchabominableenvironmentsashightemperature,highpressure,muchdust,flammable,explosive,radioactivity,etc.,cumbersome,dull,frequentoperationreplacepeopleshomework,sofindextensivedaybydayappl

4、ication.manipulatorgenerallybyexecutivebody,urgesystem,controlsystemandmeasuredevice3majorpartmakeup,thepumamanipulatorstillfeelsthesystemandintelligencesystem.pagethisindustrymanipulatorofintroductionbelongtoroundcylindricalcoordinatestype,allhydraulictourgethemanipulator.pagethisaccordingtohydraul

5、icpressuregeneralprocedurethatsystemdesign,divideintofourintroduceindustrymanipulatorhydraulicpressuresystematicdesignprocessindetail,4thamongthemcalculateandchoosehydraulicpressurecomponentfocalpoint.keywordsmanipulatorhydraulicelectric 目录摘要abstract第一章 绪论.41.1机械手简介41.2机械手发展现状.51.3机械手的分类.121.4机械手的组成

6、原理.13第二章 总体方案设计.172.1尺寸链.172.2机械手的控制要求18第三章 机身机座的结构设计.223.1电机的选择233.2减速器的选择253.3螺栓的设计与校核25第四章 液压系统设计.27.第五章 电控系统设计.395.1 plc简介.395.2 三菱 plc .42第六章 毕业设计感想.46参考文献.47第一章 绪论11机械手简介机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技

7、术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的

8、发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。12机械手发展现状近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的

9、要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、plc技术、计算机技术、传感

10、技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。2气动技术及气动机械手的发展过程 气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。大约开始于1776年，johnwilkimson发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火车的制动上。20世纪30年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至50年代初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。60年代，开始构成工业控制系统，自成体系，不再与

11、风动技术相提并论。在70年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。80年代进入气动集成化、微型化的时代。90年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展，人们克服了阀的物理尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度模块化气动机械手问世，智能气动这一概念产生，气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位，智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。 气动机械手强调模块化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术（可重复

12、编程等），气动伺服系统（町实现任意位置上的精确定位），在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。 90年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院ybando教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人“阿基里斯”六脚勘探员，是气动技术、plc控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”。 6个脚中的每一个脚都有3个自由度，一个直线气缸把脚提起、放下，一个摆动马达控制脚伸展/退回运动，另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术和真空技术于一体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。tron-x电子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部、腰部、

13、手能与人类一样弯曲运动，并且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下（或通过自身的编程控制）能与人进行对话，或作自我介绍等。tron-x电子气动机器人集电子技术、气动技术和人工智能为一体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活的自由度，具有在足够工作空间的适应性、高精度和快速灵敏的反应能力。3气动机械手的应用现状由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应

14、用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很

15、难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的sin气缸。气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。此外，气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如：气动自动调节病床，robodoc机器人，davinci外科手术机器人等。4发展前景及方向4.1重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位

16、置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。4.2模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，

17、使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是气动机械手的一个重要的发展方向。智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型cp阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。4.3无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元

18、件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。4.4机电气一体化 由“可编程序控制器-传感器-气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。 而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而plc的输出功率在增大，由plc直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开pl

19、c，而阀岛技术的发展，又使plc在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。5结束语气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服技术走出实验室，气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。13机械手的分类按规格（所搬运的工件重量）分类 a 微型的 搬运重量在

20、1kg以下 b 小型的 搬运重量在10kg以下 c 中型的 搬运重量在50kg以下 d 大型的 搬运重量在500kg以下 按功能分类 a 简易型工业机械手 有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制来给定程序。 b 记忆再现型工业机械手不久的将来，气动机械手将越来越广泛地进人工业、军事、航空、医疗、生活等领域。按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手； 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种； 按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装

21、置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“mechanical hand”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。本课题所做的机械手设计是属于

22、第三类机械手。1.4机械手的组成原理机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间

23、中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机

24、械手； 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种； 按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题. (2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。 (3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。 (4)能源

25、可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。 (5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。 (6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，

26、用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。 机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机械手的是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手技术涉及到力学、机械

27、学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。可编程控制器即plc是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量是输入/输出来控制设备或生产过程。机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用plc控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。第二章 总体方案设计21尺寸链设计中我们取抓手抓取精度t=0.1

28、 mm，则分配给各组成环的公差为：t1=0.05/220，t2=0.03/130，t3=0.03/400，同时取夹紧缸下端止口定位端面与止口外径的垂直度为0.03mm，取止口定位外径与工件止口内径的配合尺寸44a11g8，即：孔的尺寸为44a11(+0.48+0.32)，外径即相当于轴的尺寸为44g8(-0.009-0.048）则可以计算出最大配合间隙为0.528mm，最小配合间隙为0.329mm，均能满足抓取精度要求。机械手臂部复合液压缸中配合精度的设计，全部参照液压缸的设计要求确定。 由于机械手固定吊装在横移缸活塞杆的滑块上，各机械手之间的设计精度取0.03mm，横移缸采用传感器和机械挡块

29、作为定位系统，机械手的运动速度不高(30 cm/s)，所以重复定位精度可达0.02 mm，另外横移液压缸端部由于采用缓冲装置，使机械手运动平稳性也得到了可靠的保证。 机械手的抓取能力可参照钳爪式手部的有关公式，结合机械手的几何参数进行计算。由于壳体重量较轻(2kg)，夹紧缸内径d=40 mm，所以在液压驱动系统中有足够大的夹紧力。 机械手的驱动系统采用液压方式，它具有在同等输出功率下传动装置体积小、重量轻、运动平稳、动态性能好等特点，13个机械手的左右横移，上升和下降及夹紧和松开等动作及4个自动转位夹具的回转运动，分别采用由方向阀和节流阀控制的18个液压缸驱动，全部执行元件由一个4 kw的6级

30、电动机带动一个流量为24 l/min的单级叶片泵供油，使驱动系统的造价大幅度降低。 2.2机械手的技术要求一、对手部设计的要求1、有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。2、有足够的开闭范围夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好

31、，如图2.1所示。图2.1 机械手开闭示例简图3、力求结构简单，重量轻，体积小手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。4、手指应有一定的强度和刚度5、其它要求因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。二、拉紧装置原理如图2.2所示【4】：油缸右腔停止进油时，弹簧力夹紧工件，油缸右腔进油时松开工件。图2.2 油缸示意图1、右腔推力为fp=（4）dp （2.1）=（

32、4）0.52510=4908.7n2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：f1=（2ba）（cos）n （2.2） 其中 n=498n=392n，带入公式2.2得：f1=（2ba）（cos）n =(2150/50)（cos30）392 =1764n则实际加紧力为 f1实际=pk1k2/ （2.3）=17641.51.1/0.85=3424n经圆整f1=3500n3、计算手部活塞杆行程长l,即l=（d/2）tg （2.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“v”型钳爪的l、。取l/rcp=3 （2.5）式中： rcp=p/4=200/4=50 （2.6）由公式

33、（2.5）（2.6）得：l=3rcp=150取“v”型钳口的夹角2=120，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得：=22395、机械运动范围（速度）【1】（1）伸缩运动 vmax=500mm/svmin=50mm/s（2）上升运动 vmax=500mm/svmin=40mm/s（3）下降vmax=800mm/svmin=80mm/s（4）回转wmax=90/swmin=30/s所以取手部驱动活塞速度v=60mm/s 6、手部右腔流量q=sv （2.7）=60r=603.1425=1177.5mm/s7、手部工作压强p=3500/1962.5=f1/s （2.8）第三章 机身机座的结构设计机身的直

34、接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动愈多，机身的结构和受力情况就愈复杂，机身既可以是固定式的，也可以是行走式的,如图4.1所示。图4.1机身机座结构图臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计成机座式，这样机械手可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动

35、减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求。3.1电机的选择机身部使用了两个电机，其一是带动臂部的升降运动；其二是带动机身的回转运动。带动臂部升降运动的电机安装在肋板上，带动机身回转的电机安装在混凝土地基上。1、带动臂部升降的电机：10初选上升速度 v=100mm/s p=6kw所以n=（100/6）60=1000转/分选择y90s-4型电机，属于笼型异步电动机。采用b级绝缘，外壳防护等级为ip44，冷却方式为i（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380v，额定功率为50hz。如图4.1 y90s-4电动机技术数据所示：型号额定功率kw满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流ar

36、/min转速效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩y90s-41.12.71400790.786.52.22.2图4.1 y90s-4电动机技术数据2、带动机身回转的电机：10初选转速 w=60/s n=1/6转/秒=10转/分由于齿轮 i=3减速器 i=30所以n=10330=900转/分选择y90l-6型笼型异步电动机电动机采用b级绝缘。外壳防护等级为ip44，冷却方式为i（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为380v，额定功率为50hz。如图4.2 y90s-6电动机技术数据所示：图4.2 y90l-6电动机技术3.2减速器的选择减速器的原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。用来降低转

37、速和增转矩，以满足工作需要。6初选wd80型圆柱蜗杆减速器。wd为蜗杆下置式一级传动的阿基米德圆柱蜗杆减速器。蜗杆的材料为38simnmo调质蜗轮的材料为zqa19-4中心矩a=80msq=4.011 （4.1）传动比i=30传动惯量0.26510kgm3.3螺柱的设计与校核螺杆是机械手的主支承件，并传动使手臂上下运动。螺杆的材料选择：6从经济角度来讲并能满足要求的材料为铸铁。螺距 p=6mm 梯形螺纹螺纹的工作高度 h=0.5p （4.2）=3mm螺纹牙底宽度 b=0.65p=0.656=3.9mm （4.3）螺杆强度 = s/35 （4.4）=150/35=3050mpa螺纹牙剪切=40弯

38、曲b=45551、当量应力6 (4.5)式中 t传递转矩nmm螺杆材料的许用应力 所以代入公式（4.5）得：= （42009.8/d1）+3（2009.80.6/0.2d1） = （2495/ d1）+3（61.2/ d1）3050106=（2495/ d1）+3（61.2/ d1）90025001012 =6225025/d14+11236/d16900250010126225025d12+11236900d16101262250250.0292+112369000.02961012即16471pa535340pa合格2、剪切强度6z=h/p=160/6 （旋合圈数） （4.6）=f/d1b

39、z （4.7） =2009.8/0.0293.9（160/6）10-3 =206.8103pa =0.206mpa=40mpa3、弯曲强度6b=3fh/d1b2z =32009.83/2.93.92（160/6） =0.48mpa=45mpa合格第四章液压系统设计液压技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展，液压技术更日新月异。伴随着数学、控制理论、计算机、电子器件和液压流体学的发展，出现了液压伺服系统，并作为一门应用科学已经发展成熟，形成自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。好了，不多说了，现在我和大家来说说液压系统设计的方法和注意问题。举个液压系统在机床运用的例子来

40、和大家聊，并欢迎大家提出意见。设计机床液压传动系统的依据（1）机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。（2）机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。（3）液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。（4）机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。（5）液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。（6）其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外

41、形尺寸和经济性等。设计液压传动系统的步骤1、明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。2、拟定液压传动系统图。（1）根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。3、计算液压系统的主

42、要参数和选择液压元件。（1）计算液压缸的主要参数；（2）计算液压缸所需的流量并选用液压泵；（3）选用油管；（4）选取元件规格；（5）计算系统实际工作压力；（6）计算功率，选用电动机；（7）发热和油箱容积计算；4、进行必要的液压系统验算。5、液压装置的结构设计。6、绘制液压系统工作图，编制技术文件。设计液压传动系统时应注意问题1、在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。2、提高系统的工作效率，防止系统过热。例如功率小，可用节流调速系统；功率大，最好用容积调速系统；经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率

43、高的回路。3、防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁换向阀，减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。4、系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生故障的机会就越多。系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外，还应具有互锁装置和一些安全措施。5、尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。使用液压系统要注意的问题1）使用者应明白液压系统的工作原理，熟悉各种操作和调整手柄的位置及旋向等。2）开车前应检查系统上各调整手柄、手轮是否被无关人员动过，电气开关和

44、行程开关的位置是否正常，主机上工具的安装是否正确和牢固等，再对导轨和活塞杆的外露部分进行擦拭，而后才可开车。3）开车时，首先启动控制油路的液压泵，无专用的控制油路液压泵时，可直接启动主液压泵。4）液压油要定期检查更换，对于新投入使用的液压设备，使用3 个月左右即应清洗油箱，更换新油。以后每隔半年至1 年进行清洗和换油一次。5）工作中应随时注意油液，正常工作时，油箱中油液温度应不超过60。油温过高应设法冷却，并使用粘度较高的液压油。温度过低时，应进行预热，或在运转前进行间歇运转，使油温逐步升高后，再进入正式工作运转状态。6）检查油面，保证系统有足够的油量。7）有排气装置的系统应进行排气，无排气装

45、置的系统应往复运转多次，使之自然排出气体。8）油箱应加盖密封，油箱上面的通气孔处应设置空气过滤器，防止污物和水分的侵入。加油时应进行过滤，使油液清洁。9）系统中应根据需要配置粗、精过滤器，对过滤器应经常地检查、清洗和更换。10）对压力控制元件的调整，一般首先调整系统压力控制阀-溢流阀，从压力为零时开调，逐步提高压力，使之达到规定压力值；然后依次调整各回路的压力控制阀。主油路液压泵的安全溢流阀的调整压力一般要大于执行元件所需工作压力的10%-25%。快速运动液压泵的压力阀，其调整压力一般大于所需压力10%-20%。如果用卸荷压力供给控制油路和润滑油路时，压力应保持在0.3-0.6mpa范围内。压

46、力继电器的调整压力一般应低于供油压力0.3-0.5mpa。11）流量控制阀要从小流量调到大流量，并且应逐步调整。同步运动执行元件的流量控制阀应同时调整，要保证运动的平稳性1）系统产生噪声和振动；2）运动部件爬行；3）系统中压力不足；4）运动部件速度不正常；5）油温太高；6）换向或启动不正常；工作部件产生爬行的原因及排除方法1）因为空气的压缩性较大，当含有气泡的液体到达高压区而受到剧烈压缩时，会使油液体积变小，使工作部件产生爬行。采取措施：在系统回路的高处部位设置排气装置，将空气排除。2）由于相对运动部件间的磨擦阻力太大或磨擦阻力变化，致使工作部件在运动时产生爬行。采取措施：对液压缸、活塞和活塞

47、杆等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求；并应保证液压系统和液压油的清洁，以免脏物夹入相对运动件的表面间，从而增大磨擦阻力。3）运动件表面间润滑不良，形成干磨擦或半磨擦，也容易导致爬行。采取措施：经常检查有相对运动零件的表面间润滑情况，使其保持良好。4）若液压缸的活塞和活塞杆的密封定心不良，也会出现爬行。采取措施：应卸除载荷，使液压缸单独动作，测定出磨擦阻力后，校正定心。5）因液压缸泄漏严重，导致爬行。采取措施：减少泄漏损失，或加大液压泵容量。6）在工作过程中由于负载变化，引起系统供油波动，导致工作部件爬行。采取措施：注意选用小流量下保持性能稳定的调速阀，并且在液压缸和调速阀间尽量不用软管联

48、接，否则会因软管变形大，容易引起爬行现象。液压系统油温升高的原因、后果及解决措施液压系统在工作中有能量损失，包括压力损失、容积损失和机械损失三方面，这些损失转化为热能，使液压系统的油温升高。一般液压系统的油温应控制在（30-60）范围内，最高不超过（60-70）。油温升高会引起一系列不良后果：（1）使油液粘度下降，泄漏增加，降低了容积效率，甚至影响工作机构的正常运动；（2）使油液变质，产生氧化物杂质，堵塞液压元件中的小孔或缝隙，使之不能正常工作；（3）引起热膨胀系数不同的相对运动零件之间的间隙变小，甚至卡死，无法运动；（4）引起机床或机械的热变形，破坏原有的精度。保证液压系统正常工作温度的措施

49、：1、当压力控制阀的调定值偏高时，应降低工作压力，以减少能量损耗；2、由于液压泵及其连接处的泄漏造成容积损失而发热时，应紧固各连接处，加强密封；3、当油箱容积小、散热条件差时，应适当加大油箱容积，必要时设置冷却器；4、由于油液粘度太高，使内磨擦增大而发热时，应选用粘度低的液压油；5、当油管过于细长并弯曲，使油液的沿程阻力损失增大、油温升高时，应加大管径，缩短管路，使油液通畅；6、由于周围环境温度过高使油温升高时，要利用隔热材料和反射板等，使系统和外界隔绝；7、高压油长时间不必要地从溢流阀回油箱，使油温升高时，应改进回路设计，采用变量泵或卸荷措施空气侵入到液压系统的不良后果及解决措施空气侵入到液

50、压系统的不良后果主要有：（1）使油液具有一定的压缩性，致使系统产生噪声、振动和引起运动部件的爬行，破坏了工作的平稳性；（2）易使油液氧化变质，降低油液的使用寿命。解决措施：1、空气由油箱进入系统的机会较多，如油箱的油量不足；液压泵吸油管侵入油中太短；吸油管和回油管在油箱中距离太近或没有用隔板隔开；回油飞溅，搅成泡沫；液压泵吸入空气；回油管没有插入油箱，使回油冲出油面和箱壁，在油面上会产生大量气泡，使空气与油一起吸入系统。因此，油箱的油面要经常保持足够的高度；吸油管和回油管应保证在最低油面以下，两者要用隔板隔开；2、由于密封不严或管接头处和液压元件接合面处的螺钉拧得不紧，外界空气就会从这些地方侵

51、入；系统中低于大气压部分，如液压泵的吸油腔、吸油管和压油管中油流速度较高（压力低）的局部区域；在系统停止工作，系统中回油腔的油液经回油管返回油箱时，也会形成局部真空的区域，在这些区域空气最容易侵入。因此，要尽量防止各处的压力低于大气压力；各个密封部件均应使用良好的密封装置，管接头和各接合面处的螺钉应拧紧；经常清洗液压泵吸油口处的过滤器，以防止吸油阻力增大而把溶解在油中的空气游离出来进入系统；3、对于主要的液压设备，液压缸上最好设有排气装置，以排除系统中的空气。系统中流量不足的原因及解决措施1、由于液压泵流量不足，致使系统中流量不足时，应检查液压泵零件是否有损坏情况，及时地更换或修复损坏超差件；

52、如果因泵内吸入空气影响了液压泵的流量，则要采取措施，防止空气吸入，变量泵由于变量机构工作不良影响泵的流量，应对变量机构拆卸、清洗或修理、更换；2、压力分配阀工作不良引起流量不足时，应修理或更换；3、因油液粘度不合适而影响流量时，要更换粘度适当的油液，并注意油温对粘度的影响；4、溢流阀工作不良影响流量时，应采取措施，使其工作正常；5、由于液压缸、阀等元件泄漏严重，造成流量不足时，应针对不同情况采取相应的措施；6、流量控制阀的调节机构工作不正常时，应根据零件损坏情况予以修复或更新、或拆开清洗，使调节机构动作灵活，工作正常。液压系统中噪声产生原因及解决措施1、空气侵入液压系统是产生噪声的主要原因。因

53、为液压系统侵入空气时，在低压区其体积较大，当流到高压区时受压缩，体积突然缩小，而当它流入低压区时，体积突然增大，这种气泡体积的突然改变，产生“爆炸”现象，因而产生噪声，此现象通常称为“空穴”。针对这个原因，常常在液压缸上设置排气装置，以便排气。另外在开车后，使执行件以快速全行程往复几次排气，也是常用的方法；液压泵或液压马达质量不好，通常是液压传动中产生噪声的主要部分。液压泵的制造质量不好，精度不符合技术要求，压力与流量波动大，困油现象未能很好消除，密封不好，以及轴承质量差等都是造成噪声的主要原因。在使用中，由于液压泵零件磨损，间隙过大，流量不足，压力易波动，同样也会引起噪声。面对上述原因，一是选择质量好的液压泵或液压马达，二是加强维修和保养，例如若齿轮的齿形精度低，则应对研齿轮，满足接触面要求；若叶片泵有困油现象，则应修正配油盘的三角槽，消除困油；若液压泵轴向间隙过大而输油量不足，则应修理，使轴向间隙在允许范围内；若液压泵选用不对，则应更换；3、溢流阀不稳定，如由于滑阀与阀孔配合不当或锥阀与阀座接触处被