畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 二一 一年 五 月 二十八 日畢業(yè)設(shè)計(jì)- I -摘 要本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是為了實(shí)現(xiàn)玻璃的裝卸搬運(yùn)?？紤]到玻璃的材質(zhì)及形狀，采用真空吸盤裝置來完成玻璃的抓取，通過液壓缸來實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作要求，包括腕部回轉(zhuǎn)油缸，手臂伸縮油缸，機(jī)身升降油缸以及控制整機(jī)回轉(zhuǎn)的液壓缸。通過真空吸盤裝置抓取玻璃，機(jī)身升降油缸上升，然后手臂伸縮油缸移動(dòng)到相應(yīng)位置，經(jīng)過機(jī)身回轉(zhuǎn)一定角度完成玻璃搬運(yùn)，最后腕部回轉(zhuǎn)一定角度經(jīng)由真空吸盤裝置卸下玻璃即完成了整個(gè)過程。這種機(jī)械手代替人工完成了像玻璃這類易碎物件的裝卸搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工作。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；真空吸盤；液壓缸全套圖紙，加 153893706畢業(yè)設(shè)計(jì)- II -ABSTRACTThe design of the manipulator is to achieve the glass handling operations. Taking into account the material and shape the glass, using vacuum suction device to complete the capture of glass, through the hydraulic cylinder to achieve the requirements of the various actions, including the wrist rotating cylinders, telescopic arm, cylinder, lift cylinder and the control of whole body rotation hydraulic cylinder. Crawl through the glass vacuum suction device, increased body lift cylinder, telescopic cylinders and then moving the arm into place, after completion of body rotation angle to the glass handling, the final angle of wrist rotation through the vacuum suction device is complete remove the glass the whole process. The completed robot instead of human Fragile objects such as glass Handling, achieve to working continuous operation.Key words： Manipulator; vacuum suction; hydraulic cylinder畢業(yè)設(shè)計(jì)- III -目 錄摘要.IABSTRACT.II1 前言.11.1 機(jī)械手概述 .11.2 工業(yè)機(jī)械手的國內(nèi)外現(xiàn)狀.11.3 機(jī)械手的組成和分類.21.3.1 機(jī)械手的組成.21.3.2 機(jī)械手的分類. .42 總體方案設(shè)計(jì).52.1 機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度32.2 機(jī)械手各個(gè)部分的設(shè)計(jì) .42.3 各部分的主要數(shù)據(jù). .43 真空吸盤數(shù)量的確定. .64 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算.84.1 腕部回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算. .84.2 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的計(jì)算. 105 手臂伸縮的設(shè)計(jì)計(jì)算. .145.1 手臂伸縮液壓缸的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算. 145.2 手臂伸縮液壓缸的參數(shù)計(jì)算. 155.2.1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)- IV -算. .155.2.2 活塞桿直徑計(jì)算. .165.2.3 液壓缸壁厚計(jì)算. .176 手臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算. .196.1 手臂偏重力矩計(jì)算. 196.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算. 196.3 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸計(jì)算. 206.4 液壓缸蓋螺栓計(jì)算. .207 手臂升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算. .227.1 手臂升降缸力矩計(jì)算. 227.2 手臂升降液壓缸尺寸. .237.2.1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算. .237.2.2 活塞桿直徑計(jì)算. .237.2.3 液壓缸壁厚計(jì)算. .247.3 鍵連接強(qiáng)度計(jì)算. 248 結(jié)論.26參考文獻(xiàn).27致謝.28畢業(yè)設(shè)計(jì)- V -畢業(yè)設(shè)計(jì)- 1 -1 前言1.1 機(jī)械手概述機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作動(dòng)作的自動(dòng)化機(jī)械裝置 1。機(jī)械手是從美國開始研制的。1954 年，美國人戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念并申請(qǐng)專利。專利的點(diǎn)重是借助伺服系統(tǒng)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示范，從而使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)，這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人，這為以后的機(jī)器人發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，現(xiàn)在的機(jī)器人很多都采用這種控制方式來控制機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。1958 年，美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)鉚接作業(yè)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。作為機(jī)器人產(chǎn)品，最早被應(yīng)用的實(shí)用機(jī)型是 1962 年美國 AMF 公司推出的“VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的“UNIMATE” 。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手臂組成，它可代替人們的繁重勞動(dòng)以減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度以及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的工業(yè)化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下工作以保護(hù)工人安全，因而得到廣泛應(yīng)用，如機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手能夠模仿人手的部分動(dòng)作，按照給定程序和運(yùn)行軌跡來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)化裝置，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，這類機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手，是工業(yè)機(jī)器人一個(gè)重要組成部分。它在構(gòu)造、性能及靈敏度上兼有人和機(jī)器的各自優(yōu)點(diǎn)，將人的智能性和適應(yīng)性體現(xiàn)的淋漓盡致。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力極為強(qiáng)大，因此在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣闊的前景。1.2 工業(yè)機(jī)械手的國內(nèi)外現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)械手能夠模仿人體手臂的部分功能，按照預(yù)定要求來輸送工件或握住工具進(jìn)行具體操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，它可以代替人手進(jìn)行繁重勞動(dòng)，進(jìn)而改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，有著廣闊的發(fā)展空間。目前國內(nèi)機(jī)械手主要用在機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面。數(shù)量、品種、性能各個(gè)方面都不能充分滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)應(yīng)該逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，以便減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境。在發(fā)展應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，還應(yīng)發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的話還應(yīng)該研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度、精度，避免沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的作用?？紤]與計(jì)算機(jī)相連接，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。國外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用很廣泛發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆、搬運(yùn)等勞動(dòng)強(qiáng)度大或者危險(xiǎn)的行業(yè)。它畢業(yè)設(shè)計(jì)- 2 -按照事先編制的作業(yè)程序來完成規(guī)定的動(dòng)作。國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研發(fā)智能機(jī)械手并將其廣泛應(yīng)用到各個(gè)方面。使它具有一定的感知能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)動(dòng)作的變更。如位置發(fā)生偏差時(shí)，能及時(shí)更正并自動(dòng)進(jìn)行檢測，重點(diǎn)研究的視覺功能和觸覺功能，已經(jīng)取得了一定的成效。目前處于世界領(lǐng)先水平的高端工業(yè)機(jī)械手均有向高速化、高精化、多軸化、輕量化方向發(fā)展的趨勢。定位精度可以達(dá)到微米及亞微米的要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到 3M/S，量新產(chǎn)品達(dá)到 6 軸聯(lián)動(dòng)，負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)重量已經(jīng)突破 100KG。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元結(jié)合與一體，從根本上改變當(dāng)前機(jī)械制造系統(tǒng)中人工操作的工作現(xiàn)狀。同時(shí)，隨著機(jī)械手向著微型化和小型化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V闊的發(fā)展，它將突破傳統(tǒng)機(jī)械領(lǐng)域，向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天技術(shù)等高端行業(yè)發(fā)展。1.3 機(jī)械手的組成和分類1.3.1 機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手是由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)幾部分組成。執(zhí)行系統(tǒng)又可分為抓取、送放和機(jī)身三大部分。（1）執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)是直接握持物件 實(shí)現(xiàn)所需的各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械部分，它包括以下機(jī)構(gòu)：1）抓取機(jī)構(gòu)抓取機(jī)構(gòu)又稱手部或抓部，是機(jī)械手直接與被抓工件接觸并實(shí)加約束和加緊力的部分。根據(jù)與物件接觸的不同形式，抓取機(jī)構(gòu)可分為夾鉗式與氣吸式兩大類。夾鉗式抓取機(jī)構(gòu)由手指（或稱手抓）和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手指與物件直接接觸，而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則開閉手指，并通過手指對(duì)被抓取物件施加完全約束和加緊力，使之牢牢被抓住，到目的地后再被放松。吸附式抓取機(jī)構(gòu)主要由吸盤等組成，它是靠吸盤產(chǎn)生的吸力（如吸盤內(nèi)形成的負(fù)壓或產(chǎn)生的電磁力）吸附物件。對(duì)于一些較簡單的機(jī)械手，也可以直接將工具（如焊槍、噴槍、容器等）裝置于機(jī)械手臂的前端，而不設(shè)置抓取機(jī)構(gòu)。2）送放機(jī)構(gòu)送放機(jī)構(gòu)是執(zhí)行系統(tǒng)中將被抓取物件送放到目的地的機(jī)械部分。它主要由于手臂（又稱臂部） 、手腕（又稱腕部） 、行走裝置等部分組成。手腕主要使用來調(diào)整和改變被抓取物件的姿勢（即方位） 。并起到了連接手臂和手抓的作用。手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要運(yùn)動(dòng)部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置（即改變被抓取物件的空間位置） 。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常是由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(例如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、畢業(yè)設(shè)計(jì)- 3 -連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，來實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。對(duì)于一些簡單的機(jī)械手來說，可以不設(shè)置腕部或其他行走機(jī)構(gòu)，而是將抓取機(jī)構(gòu)直接裝在手臂一端，以減輕重量簡化結(jié)構(gòu)。立柱是支承手臂的部件，也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切聯(lián)系。機(jī)械手的立柱一般為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)。3）機(jī)身機(jī)身是機(jī)械手中用來支承送放機(jī)構(gòu)的部件，也是安裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件。（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等多種形式。（3）控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功用是通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其工作位置正確與否。其支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位（或機(jī)械檔塊定位）系統(tǒng)組成，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息（如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間） ，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令 2。1.3.2 機(jī)械手的分類（1）按用途分 可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手；（2）按手臂運(yùn)動(dòng)形式分 有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式；（3）按驅(qū)動(dòng)方式分 有液壓、氣動(dòng)、機(jī)械和電動(dòng)等；（4）按控制方式分 可分為固定程序控制、可編程序控制等 2。畢業(yè)設(shè)計(jì)- 4 -2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度根據(jù)機(jī)械手手臂的基本運(yùn)動(dòng)形式，其坐標(biāo)形式可分為四種：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式。本次設(shè)計(jì)采用圓柱坐標(biāo)式，占地面積小。機(jī)械手需要完成玻璃裝卸搬運(yùn)過程，所以決定了機(jī)械手的自由度數(shù)，需要由腕部回轉(zhuǎn)，手臂伸縮和立柱升降回轉(zhuǎn)來完成一系列動(dòng)作過程。2.2 機(jī)械手各個(gè)部分的設(shè)計(jì)手抓：夾鉗式抓取機(jī)構(gòu)可以滿足工業(yè)生產(chǎn)中常用的平板、圓桿、方桿、圓錐體和球體等基本形狀物料的抓取要求。對(duì)于片狀零件、光滑薄板材料等，通常用真空吸盤裝置（即產(chǎn)生負(fù)壓）吸取工件。產(chǎn)生負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。對(duì)于導(dǎo)磁性環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。用負(fù)壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定 2。綜上玻璃是易碎物件，不適合用手抓和電磁吸盤，而表面比較光滑適合用真空吸盤裝置，所以選用真空吸盤裝置來作為機(jī)械手手抓。腕部：結(jié)構(gòu)形式 回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)自由度；兩個(gè)回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，兩個(gè)自由度，小于 360°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及上下擺動(dòng)；采用齒條、直線油缸驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)只有一個(gè)自由度，回轉(zhuǎn)角度大于 360°。要求：結(jié)構(gòu)要緊湊，重量輕；轉(zhuǎn)動(dòng)要靈活，密封性要好；要解決好腕部和手部以及手臂的連接問題。因?yàn)榉胖貌Ａr(shí)只需要腕部旋轉(zhuǎn)一定角度，并且此角度小于 360°，所以只采用回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)的手腕結(jié)構(gòu)就能達(dá)到要求。其特點(diǎn)是：手部抓取機(jī)構(gòu)直接與腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的轉(zhuǎn)軸相連，有轉(zhuǎn)軸直接帶動(dòng)手部實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，但密封困難，比較容易漏油。臂部：要求剛度要大，手臂截面形狀要選擇合理；導(dǎo)向性能要好 為防止手臂在直線移動(dòng)時(shí)，沿著運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以設(shè)置導(dǎo)向裝置；偏重力矩要小 偏重力矩就是指臂部重量對(duì)支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為了提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的總重量，以減小偏重力矩和整個(gè)臂部對(duì)回轉(zhuǎn)軸的畢業(yè)設(shè)計(jì)- 5 -轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)且定位精度要高 。臂部一般要能實(shí)現(xiàn)伸縮、升降和回轉(zhuǎn)，要有足夠剛性，其中手臂的升降和回轉(zhuǎn)是通過立柱實(shí)現(xiàn)。直接采用普通液壓缸實(shí)現(xiàn)伸縮，并采用雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向裝置，采用雙導(dǎo)向桿受力情況要好，行程可以較長，可以承受更大的載荷。立柱回轉(zhuǎn)與手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸直接驅(qū)動(dòng)。立柱升降采用花鍵軸套導(dǎo)向，但抗偏重力矩性能差，適合抓取形狀規(guī)則零件。2.3 各部分的主要數(shù)據(jù)（1）腕部回轉(zhuǎn)速度：45°/ s ；（2）手臂伸縮速度：70 mm/s ；（3）手臂回轉(zhuǎn)速度：45°/ s；（4）立柱升降速度：70 mm/s；（5）完成玻璃的裝卸搬運(yùn)過程所需的最大工作范圍：腕部需要的最大回轉(zhuǎn)角度75°，手臂伸縮行程 400 mm，手臂回轉(zhuǎn)角度為 90°，立柱升降最大范圍為 360 mm。畢業(yè)設(shè)計(jì)- 6 -3 真空吸盤數(shù)量的確定（1）真空吸盤裝置 采用真空泵來制造負(fù)壓即真空泵吸盤式。其原理：用真空泵將吸盤與工件間的空氣抽出，使吸盤內(nèi)壓力小于外面大氣壓力，吸盤就是靠內(nèi)外壓差把工件吸起。（2）吸盤形式與規(guī)格：當(dāng)抓取類似玻璃等的薄片件時(shí)采用錐形吸盤，一般外輪廓錐角 90 °（如圖 3.1） 。圖 3.1 吸盤形式表 3.1 錐形吸盤規(guī)格尺寸直徑 D d1 d2 h25 13 6 1232 18 7.5 1238 18 9.5 1245 20 10.5 1551 23 14 15113 45 28 32（3）吸盤吸力計(jì)算 選用的是成都?xì)夂C(jī)電制造有限公司生產(chǎn)的真空泵，其型號(hào)為 VCC5518B，這是一種雙頭泵 ，兩側(cè)分別有獨(dú)立的工作泵頭，提供了互不干擾的兩路系統(tǒng)，共兩對(duì)進(jìn)、排氣口。傳輸無污染，可以任意方向安裝，允許介質(zhì)富含水汽，可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 24 小時(shí)，其真空度為 418mmHg 。F=（1- ）A 760gH（3.1）其中：F 吸盤吸力（公斤） ；真空泵抽氣的極限真空度（毫米汞柱） ；gH畢業(yè)設(shè)計(jì)- 7 -A負(fù)壓作用面（厘米 2） ；D吸盤直徑（厘米） 。玻璃尺寸（長×寬×高）：1500×2000×35 mm，玻璃密度：=2g/cm 3 。玻璃體積： v=1500×2000×4=12000（cm 3） （3.2）玻璃質(zhì)量： m=V=2×12000=24 kg （3.3）選用直徑為 113mm的吸盤吸盤面積： =100（cm 3） 24DA2.1.3（3.4）將以上數(shù)據(jù)帶入公式 3.1 得 =45（公斤） 10768F（4）吸盤數(shù)量確定 為了保證真空吸盤能完成給定的任務(wù),需考慮安全系數(shù)的問題,結(jié)合理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),取真空吸盤的安全系數(shù) n 一般為 2.5。所以,許用提升質(zhì)量= 理論提升質(zhì)量/n ，考慮受力平衡和足夠的安全，初步選取吸盤數(shù)量為 4 個(gè)則72Kg5.4nN理許（3.5）可見 72Kg45Kg，所以可以選用四個(gè)吸盤。畢業(yè)設(shè)計(jì)- 8 -4 腕部設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 腕部回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，左右擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要克服以下三種阻力矩（圖 4.1）圖 4.1 腕部受力圖（1）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)支承處的摩擦力矩(N.m） （4.1 ）21DN2fM其中 f軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)軸承 f=0.02，滑動(dòng)軸承 f= ；157.02N1、N 2軸承處支反力（N） ；畢業(yè)設(shè)計(jì)- 9 -D1、D 2軸承直徑（m） 。如圖 4.1 腕部受力圖 工件重量 ,估算手部重量 ，NG2.35NG8.641,mll90,152 ,4021mD計(jì)算支反力： （4.2）（4.3）21lNlGl計(jì)算得： 67,01將數(shù)據(jù)代入公式 4.1 得： (N.m）0.69284.104.12. M（2）克服工件重心偏置所需的阻力矩（4.4）mNeGP其中 G工件的重量（N） ；e偏心距（ m）取其值為 150mm。則帶入數(shù)據(jù)得： mN28.351.0235PM（3）克服起重的慣性力矩（4.5） 啟工 件 tJ2G其中 J手抓、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） ；2smNJ 工件 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） ；手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度（rad/s） ；t 啟 啟動(dòng)過程中所需的時(shí)間，一般取 0.050.3s 。將真空吸盤裝置和回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為圓柱體且 R=80mm， ，10N總G（ ） 03.8.1022mRJ 2smN畢業(yè)設(shè)計(jì)- 10 -（4.6） （ ） 54.01.240.21egGJ 2c 工 件 2smN（4.7）將以上數(shù)值代入公式 4.4 得： mN97.51.0438954.3.0GM將數(shù)值代入得：M Z =0.6928+35.28+5.977=41.9498 N4.2 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸的計(jì)算表 4.1 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的內(nèi)徑系列20 25 32 40 50 55 63 6570 75 80 85 90 95 100 105110 125 130 140 160 180 200 250設(shè)定腕部部分參數(shù)：設(shè) b=60mm，液壓缸工作壓力 P=1MPa，d=47mm ，圖 4.2 回轉(zhuǎn)缸的工作原理圖1 輸出軸 2 動(dòng)片 3 缸體 4 定片畢業(yè)設(shè)計(jì)- 11 -由 822dDpbrRpbM （4.8）式中 D 液壓缸內(nèi)徑 （mm ） ；P回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（ MPa） ；b動(dòng)片寬度（mm） ；d輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑（mm） 。得 （4.9）)(08.47.106.9848262 mdbpMD所以取液壓缸的內(nèi)徑為 100mm。根據(jù)缸體內(nèi)徑 D=100mm,外徑選擇 121mm，考慮到實(shí)際的裝配問題，外徑選擇為 146 mm，所以，腕部回轉(zhuǎn)液壓缸的主要參數(shù)如下：表 4.2 回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)表工作壓力 P 液壓缸內(nèi)徑 D 輸出軸直徑 d 回轉(zhuǎn)力矩 M 動(dòng)片寬度 b1MPa 100mm 47mm 41.9498 mN60mm4.3 液壓缸蓋螺釘計(jì)算表 43 螺釘間距 t 與壓力 p 之間的關(guān)系工作壓力 p(MPa) 螺釘?shù)拈g距 t(mm)0.51.5 50000p/MPa 0.8-1 1.5-2 2.5-3 3-4 4-5 5-7由于 =3599.66N，所以查表 5.1 選取液壓缸的工作壓力為 P=1MPa。QP由 = QP421D（5.8）式中 理論驅(qū)動(dòng)力（N） ；1P傳動(dòng)效率；畢業(yè)設(shè)計(jì)- 16 -)(069.5.1039.13. 6mPD（5.9）液壓缸的內(nèi)徑如下表：表 5.2 液壓缸內(nèi)徑系列8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 （280） 320 360 400 （450） 500注：括號(hào)內(nèi)數(shù)為非優(yōu)選數(shù)值。根據(jù)表 5.2，可知，選取的液壓缸內(nèi)徑為 D=80mm。5.2.2 活塞桿直徑計(jì)算活塞桿尺寸要滿足液壓缸運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求，當(dāng)桿長 大于直徑的年 15 倍l時(shí)，活塞桿必須有足夠的穩(wěn)定性?？梢园凑諒?qiáng)度條件計(jì)算活塞直徑 d 。液壓缸工作時(shí)活塞桿主要承受拉或壓力，所以活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算近似的看作直桿拉、壓強(qiáng)度條件計(jì)算問題，即= （5.10）42dpQ選活塞桿的材料為碳鋼，其 為 100120MPa ，取 =110Mpa即 d = （5.11）QP4m065.1.3.596根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇活塞桿直徑為 16mm。5.2.3 液壓缸壁厚計(jì)算液壓缸壁厚計(jì)算公式 2Dp（5.12）畢業(yè)設(shè)計(jì)- 17 -式中 試驗(yàn)壓力， =1.3×1=1.3Mpa；pp許用應(yīng)力，選用材料為碳鋼，取 =110Mpa。將數(shù)據(jù)代入上式得 m473.0128.取 =5mm液壓缸外徑 D0=D+2 （5.13）帶入數(shù)據(jù)得 D0 =90mm表 53 手臂伸縮液壓缸參數(shù)液壓缸內(nèi)徑 D 工作壓力 p 活塞桿直徑 d 液壓缸壁厚 80mm 1Mpa 16mm 5mm6 手臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1 手臂偏重力矩計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)- 18 -圖 6.1 手臂各個(gè)部件重心位置圖假設(shè) 120NG 8.64 2N.53WSG 280BZ 710.5m ll ml BSGm57.18700218.6412.35BWSlll（6.1）mNlMGP 8325.170（6.2）6.2 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸力矩計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 HMGQ（6.3）畢業(yè)設(shè)計(jì)- 19 -上式中 慣性力矩（ ） ；GMmN密封件摩擦力矩（ ） ；由于回油被壓很小，所以忽略不計(jì)。 。HNmRMG 8.4657.1890212（6.4）上式中 R回轉(zhuǎn)半徑（重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離） （m） ；m回轉(zhuǎn)部件總重量（Kg） 。6.3 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸尺寸計(jì)算假設(shè)定腕部部分參數(shù)：設(shè) b=66mm，液壓缸工作壓力 P=2.5MPa，d=50mm，將數(shù)據(jù)代入公式 4.9 可得 mD123.05.10.26.0986選取液壓缸內(nèi)徑為 125mm，選取液壓缸外徑為 185mm。6.1 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)表工作壓力 P 液壓缸內(nèi)徑 D 輸出軸直徑 d 回轉(zhuǎn)力矩 M 動(dòng)片寬度 b2.5MPa 125mm 50mm 261.9 mN66mm6.4 液壓缸蓋螺栓計(jì)算手臂回轉(zhuǎn)液壓缸選用螺栓聯(lián)結(jié)，初選 6 個(gè)螺栓。螺栓材料選用 Q275，取 ，則代入公式 4.3.6 得：MPaS235 )4.1,5.21(174. 取 其 值 為nn將數(shù)據(jù)代入 4.13 求取危險(xiǎn)截面積：)(090253 2222 mrRS 將數(shù)據(jù)代入 4.14 求取 QF畢業(yè)設(shè)計(jì)- 20 -)(75.386105.209.6NZSPFQ取 代入公式 4.15 得 6.1K KQS 4所以 )(75.1398753Q將數(shù)據(jù)代入 4.17 得 )(8.01674.3141 mFdS 所以，選擇手臂回轉(zhuǎn)液壓缸蓋的螺栓直徑為 d1=12mm。畢業(yè)設(shè)計(jì)- 21 -7 手臂升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算7.1 手臂升降力矩計(jì)算 總 臂 腕 手工 件12 12圖 7.1 手臂水平伸縮時(shí)的受力力分析若手臂偏重力矩過大時(shí)，升降立柱可能因自鎖而卡死，所以應(yīng)避免此類情況發(fā)生，立柱不自鎖的條件是： mflh2357.18.02（7.1）NhlGFR354027.1802 總（7.2）式中 手臂回轉(zhuǎn)部件總重量（N） ；總各零件總重心距手臂回轉(zhuǎn)軸心線的距離（mm） ；l如圖所示高度（mm） 。h手臂升降缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ： Q M+ PFZG畢業(yè)設(shè)計(jì)- 22 -（7.3）式中 M摩擦阻力之和；FG整個(gè)手臂運(yùn)動(dòng)件（包括工件）的最大慣性力；整個(gè)回轉(zhuǎn)部件的總的總量。ZM= FFM（7.4）N7083542fRM（7.5） 求 G 將數(shù)據(jù)代入 5.5 得 G = FFtgV)(67.103.897N由公式 5.3 可知 QP03.將以上數(shù)據(jù)代入公式 76.178Q可以得出 或N162Q87.2 手臂升降液壓缸尺寸計(jì)算7.2.1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算因?yàn)?得數(shù)值已確定可查表 5.1 取工作壓力 p=1Mpa。驅(qū)P去上升時(shí)計(jì)算，當(dāng)油又進(jìn)入無桿腔時(shí)將數(shù)據(jù)代入公式 5.8，可得： )(0467.95.10623.13. mPD因?yàn)樯蹈走x用花鍵導(dǎo)向，活塞桿部分有一段空心軸直徑可能較大，所以適當(dāng)選取直徑大些，取 D=100mm。7.2.2 活塞桿直徑計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)- 23 -選活塞桿的材料為碳鋼，其 為 100120MPa ，取 =110Mpa將數(shù)據(jù)代入公式 5.11 得 d = QP4m043.1.362根據(jù)此數(shù)值適當(dāng)選取的花鍵直徑，選取規(guī)格為 8×42×46×8（mm） 。7.2.3 液壓缸壁厚計(jì)算將數(shù)據(jù)代入公式 5.12 得 18.023.取 =10mm液壓缸外徑 D0=D+2 帶入數(shù)據(jù)得 D0 =120mm表 7.1 手臂升降液壓缸參數(shù)表液壓缸內(nèi)徑 D 工作壓力 p 驅(qū)動(dòng)力（N） 液壓缸壁厚 100mm 1Mpa 1623，180 10mm7.3 鍵連接強(qiáng)度計(jì)算花鍵連接的強(qiáng)度條件： pmpzhldT3102（7.6）上式中 載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取 =0.70.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值；花鍵的齒數(shù)；z畢業(yè)設(shè)計(jì)- 24 -齒的工作長度（mm）l花鍵齒側(cè)面的工作高度，舉行花鍵， ，D 為外花鍵的h cdh2大徑，d 為內(nèi)花鍵的小徑；花鍵的平均直徑，矩形花鍵， ；m dm傳遞的轉(zhuǎn)矩 。TN許用擠壓應(yīng)力 MPasp 28435.08.（7.7）將數(shù)據(jù)代入公式 7.6 得 MPaPazhldT pmp 28446.2354.187.0096123 所以花鍵滿足強(qiáng)度條件。普通平鍵連接的強(qiáng)度條件：ppkldT3102（7.8）上式中 傳遞的轉(zhuǎn)矩 ；TmNk鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 k=0.5h（mm） ；鍵的工作長度（mm） ；ld軸的直徑（mm） 。代入數(shù)據(jù)得 MPaPaklTpp 2847.20381749.26023 所以普通平鍵滿足強(qiáng)度條件 。