通用液压机械手设计毕业设计论文(编辑修改稿)

通用液压机械手设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

∑Fx=0 得 12FF。 ∑Fy=0 得 1 2cosFF  11FF 销轴对手指的作用力为 1F。 手指握紧工件时所需的力称为握力（即夹紧力），假想握力作用在过手指与工件接触面的对称平面内，并设两力的大小相等，方向相反，以 NF 表示。 由手指的力矩平衡条件，即 1( ) 0MF 得 1 NFh Fb  h=a/cosα 12  F= 22 cos Nb F a  式中 a——手指的回转支点到对称中心线的距离（ mm）。 α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。 由上式可知，当驱动力 F 一定时， α角增大则握力 NF 也随之增加，但 α角过大会导致拉杆（即活塞）的行程过大，以及手指滑槽尺寸长度增大，使之结构加大，因此，一般取 α=30176。 ~40176。 这里取角 α=30176。 这种手部结构简单，具有动作灵活，手指开闭角大等特点。 综合前面驱动力的计算方法，可求出驱动力的大小。 为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力、振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力 F 实际应按以下公式计算，即： F =F /计 算实 际 本机械手的工件只做水平和垂直平 移，当它 的移动速度为 250mm/s， 系统达到最高速度的时间根据设计参数选取，一般取 ～ ， 移动加速度为 2150 /mm s ， 工件重量 G 为 294N， V 型钳口的夹角为 120176。 ， α=30176。 时，拉紧油缸的驱动力 F 和 F实 际 计算如下： (1) 手指对工件的夹紧力计算公式： 1 2 3F K GN KK    式中 1K —— 安全系数，通常取 ～。 2K —— 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。 可近似按下式估算 2 1 aK g=，其中 20 .2 5 0 .5 /0 .5va m st   3K —— 方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定按《工业机械手设计》表 22 选取 3 4K。  4 294 N N     由滑槽杠杆式结构的驱动力计算公式 (2) 2= F =2 c o s FNF b a 计 算 得  2F = 2 8 0 c o s 3 0 1 4 9 2 / 5 0 = 3 5 5 6 N  计 算 13 (3) 取 手指传力效率 η=, 则 = F / = 3 5 5 6 / 0 . 8 5 = 4 1 8 3 . 5 N 5 0 0 0 NF 实 际 计 算 (四 ) 夹紧缸的设计计算 1. 夹紧缸主要尺寸的计算 由前知，夹紧缸为单作用弹簧复位液 压缸，设 夹紧工件时的行程为 25mm，时间为 ，则所需夹紧力为： 工作压力取 1MP，考虑到为使液压缸结构尺寸简单紧凑，取工作压力为。 选取 d= 得： 64 4 4 1 8 3 . 5 4 7 . 5p 2 . 5 1 0 0 . 9 5FD m m        式中： D—— 液压缸内径 P—— 液压缸工作压力  —— 液压缸工作效率，  根据液压缸内径系列（ JB82666）选取液压缸 内径 ， D=50mm 同理查得 活塞杆直径 d=22mm 2. 缸体结构及验算 缸体采用 45 号无缝钢管，由 JB106867 查得可取缸筒外径 75mm，则  16  则， 6662 . 5 1 0 5 0 5 . 4 8( 2 . 3 [ ] ) ( 2 . 3 1 1 0 1 0 2 . 5 1 0 ) 1pD mmp         理 14 mm   理 3. 液压缸额定工作压力 NP （ MP）应低于一定极限值，以保证工作安全 2212 1()0 . 3 5 3 6 . 3 6sNaDDP M PD    式中： D—— 缸筒内径 1D —— 缸筒外径 s —— 缸筒材料的屈服点， 45 号钢为 340MPa 已知工作压力 2. 5 36 .3 6N a aP M P M P，故安全。 4. 缸筒两端部的计算 ① 缸筒底部厚度的计算 此夹紧缸采用了平行缸底，且底部设有油孔，则底部厚度为 m a x0p0 . 4 3 3 6 . 8[ ] ( d )Dh D m mD 考虑结构要求，取 h=10mm 式中： D—— 缸筒内径 maxP —— 液压缸最大工作压力，取 m ax 25NP P MP [] —— 缸底材料的许用应力，材料为 45 号钢， 600[ ] 1 2 05b MPn   ， n为安全系数，取 n=5。 ② 缸筒底部联接强度计算 缸筒底部采用 螺钉 联接 法兰式缸头 ，材料为 35 号钢，联接图如下： 15 图 2 外卡环联接图 卡环尺寸一般取： 125。 h l mmhh h mm     外卡环 ab 侧面的挤压应力 c 为： 2 62m a x 114 1 0 (0 . 0 6 ) 2 5 . 0 4 3 1 0( 2D ) 0 . 0 5 ( 2 0 . 0 6 0 . 0 5 )c pD M P M Phh        缸筒危险截面 AA上的拉应力  2 62m a x 12 2 2 21 4 1 0 (0 . 0 6 ) 2 7 . 4 3 5 2 0( D ) (0 . 0 6 0 . 0 5 ) (0 . 0 5 )pD M P M PhD        故知缸筒底部联接安全。 ③ 缸筒端部联接强度计算 缸筒端部与手指是用螺钉联接，联接图如下： 图 3 螺钉联接图 16 螺 纹处的拉应力： 66213 4 7 01 0 1 0 2 6 . 2 60 . 0 0 4 1 3 4 444KF MPdZ      螺纹处的剪应力： 6610 3310 . 1 2 3 4 7 0 0 . 0 0 51 0 1 0 1 5 . 3 80 . 2 0 . 2 0 . 0 0 4 1 3 4 4K K F d MPdZ        则合成应力： 223 3 7 . 4 M P [ ] 1 2 0n a M P a        则知螺纹连接处安全可靠。 其中： K—— 拧紧螺纹的系数，取 K=3 1K —— 螺纹连接处的摩擦系数， 1  0d —— 螺纹外径， 0  1d —— 螺纹底径， 1  Z—— 螺钉数量， Z=4 17 二、 腕部的结构 (一 ) 概述 腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。 设计腕部时要注意以下几点： ① 结构紧凑，重量尽量轻。 ② 转动灵活，密封性要好。 ③ 注意解决好腕部也手部、臂部的连接，以及各个自由度的位置检测、管线的布置以及润滑 、维修、调整等问题 ④ 要适应工作环境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。 (二 ) 腕部的结构形式 本机械手采用回转油缸驱动实现腕部回转运动，结构紧凑、体积小，但密封性差，回转角度为177。 115176。 . 如下图所示为腕部的结构，定片与后盖，回转缸体和前盖均用螺钉和销子进行连接和定位，动片与手部的夹紧油缸缸体用键连接。 夹紧缸体也指座固连成一体。 当回转油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体和指座一同转动，即为 手腕的回转运动。 18 图 3 机械手的腕部结构 (三 ) 手腕驱动力矩的计算 驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动的重心与轴线不重合所产生的偏重力矩。 手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算： = M + M + MM 驱 惯 摩偏 式中 ： M驱 ——驱动手腕转动的驱动力矩 M惯 ——惯性力矩 M偏 ——参与转动的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回转缸体的动片）对转动轴线所产生的偏重力矩 19 M摩 ——手腕转动轴与支承孔处的摩擦力矩 腕部回转力矩计算图 1. 摩擦阻力矩 M 摩 1 1 2 2M= 2f摩 （N D + N D ） 式中 ： f——轴承的摩擦系数，滚动轴承取 f=～ ，滑动轴承取 f=； N1 、 N2 ——轴承支承反力 （ N） ； D1 、 D2 ——轴承直径 （ m） 由设计知 D1= D2= N1=800N N2=200N G1=294N e= 时 0 . 1M = 8 0 0 0 . 0 3 5 2 0 0 0 . 0 7 52 摩 （ + ） 得 M 摩 =（ ） 2. 工件重心引起的偏置力矩 M偏 20 1MeG偏 式中 G1——工件重量（ N） e——偏心距（即工件重心到碗回转中心线的垂直距离），当工件重心与手腕回转中心线重合时 ， M偏 为零 当 e=， G1=294N 时 M偏 = （ Nm） 3. 腕部启动时的惯性阻力矩 M 惯 ① 当知道手腕回转角速度  时，可用下式计算 M惯 M ( ) tJJ 惯 工件 式中 ——手腕回转角速度 （ 1/s） t——手腕启动过程中所用时间（ s），（假定启动 过程中近为加速运动） 一般取 ～ J——手腕回转部件对回转轴线的转动惯量（ kgm2 ） J工件 ——工件对手腕回转轴线的转动惯量 （ kgm2 ） 按已知计算 : 2 2 22 2 2 2 211m 6 0 0 . 0 5 0 . 0 7 52211= m ( l + 3 R ) = 3 0 ( 0 . 1 + 3 0 . 0 4 ) = 0 . 0 3 71 2 1 2= 0 . 7 8 1 /s tJ R k g mJ k g m       工件（ ），= 0 .3 s 故 M惯 = （ Nm） 考虑到驱动缸密封摩擦损失等因素，一般将 M 取大一些，可取： M M + M + M驱 惯 摩偏= 1 .1 ~ 1 .2 ( ) 因此，得 M = ( +5. 88+) =10 N m驱 21 4. 回转液压缸所产生的驱动力矩计算 回转液压缸所产生的驱动力矩必须大干总的阻力矩 M总。 下图为机械手的手腕回转液压缸，定片 1 与缸体 2 固定连接，动片 3 与转轴 5 固定连接，当 a、 b 口分别进出油时，动片带动转轴回转，达到手腕回转目的。 回转缸简图 1定片 2缸体 3动片 4密封圈 5转轴 式中： M总 —— 手腕回转时的总的阻力矩 p—— 回转液压缸的工作压力 R—— 缸体内孔半径 r—— 输出轴半径 b—— 动片宽度 22()M= 2pb R r M 总 22 三、 臂部的结构 (一 ) 概述 臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，因而一般机械手的。