工业机械手设计书

工业机械手设计书内容摘要：

有用钢制并内装耐磨套或导 向环，其优点是装拆方便，拆卸时不用拆端盖。 对外泄露要求特别严的场合，在密封圈之间可配泄露回油口，防止泄露油外流。 对要求摩擦力特别小的场合，不用密封圈而用静压轴承，利用供液压缸的压力油，把活塞杆托起。 材料可选用灰铸铁，球墨铸铁等。 （ 2）导向套受力情况 负载力矩 mNLFM  )310(10 NLmkF gd 2 6  dF — 导向套承受的载荷； gL — 活塞至导向套间距； 0M — 外力作用下活塞上的力矩； 1F — 作用于活塞杆上的偏心载荷； L— 载荷作用的偏心力矩。 七、缓冲机构 因机械手要求移动速度慢，缸内机构可以吸收全部动能，故不用考虑缓冲液压缸，工作压力 10Mpa,活塞速度 ，应该采用缓冲装置或其他缓冲办法。 八、液压缸油口 液压缸的进出油口，可布置在端盖或缸筒上，此夹紧缸布置在 缸筒上，参照国际标准：进出油口尺寸 M10 1mm。 167。 32 机械手的腕部设计 一、设计说明 腕部是用来在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间方位，以扩大机械手工作机能的部件。 新疆工业高等专科学校机械工程系 21 为了能使手部处于空间任意方向，要求腕部能分别 X Y Z 三个坐标轴实现转动。 即腕部应具有回转、上下俯仰和左右摆动三个自由度。 具体的腕部所具有的自由度多少应根据机械手的工作性能要求来确定。 多数情况下腕部具有两个自由度回转和上下俯仰或左右摆动二者之一有时为了满足特殊要求腕部还具有直线移动自由度。 设计时注意的问题：运动形式的选择应结合臂部的运动形式进行综合考虑；在满足工作情况下尽量减少腕部的自由度；与手部反臂部连接管路配置等应根据条件合理的布局。 二、回转运动的腕部 图如下具有回转动作的腕部两种结构形式图采用摆动缸，结构紧凑、体积小但密封性差，回转角度不大于 360 度，另外齿条传动活塞缸输出扭矩大回转角度可大于 360 度 密 封 性 好 但 体 积 小。 三 、回转和摆动运动的腕部 图下具有回转和左右摆动的腕部结构，它采用两个摆动缸 4， AA 部面为腕部左右摆动的驱动缸工作时动片 3 带动片 3带动缸间 4使整个腕部绕固定中心轴8 左右摆动， BB 部面为腕部回转的驱动杆，工作时动片 1 带动回转 7 使腕部实现回转。 四、横向移动的腕部 为具有回转和横向移动的腕部结构，腕部的回转由齿条活塞驱动回转轴 2 实现。 横向微移由活塞缸 5 驱动滑块 4 实现。 五、动力计算 腕部转动所需驱动力矩可按下式计算：   mgfgpm  式中： M─腕部转动驱动力矩。 Kgfm K─考虑装置密封摩擦损失的系数。 一般取 K=1； 1～ Mm─腕部转动支撑出的摩擦力矩。 kgf﹒ m Mp─转动部件 C2 腕部、转动部分重心对腕部回转轴线的偏置力矩。 Kgf﹒ m Mg— 转动部件起动惯性力矩 kgf﹒ m 工业机械手设计 22 公式中 Mm、 Mp和 Mg的大小是根据腕部的运动形式及结构配置的不同而异。 因此，在分析计算时应按时所选定的运动形式及具体各部件配置情况来进行。 如腕部回转运动。 部件配置图见 56， 222其计算如下： （ 1） 部 支承处的摩擦力矩 Mm     mgfDNDNfm  2211 式中： f— 轴承的摩擦系数； N N2— 轴承外支反力 kgf； D D2— 轴颈直 径 m （ 2） 动部件重心腕部回转轴线的偏置力矩 Mp   mmmgfeGp  式中： G— 2件重量 kgf； E— 偏心矩 m （ 3） 转动部件起动惯性力矩 Mg。   mg fmtwJg  5001500 式中： J— 转动部件对回转轴线的转动惯量 kgf﹒ m﹒ j。 腕部回转角速度 1/S T— 起动过程所需时间 S （ 4）则手腕部驱动力矩为：     mgpm  167。 33 手臂伸缩部分 一、缸筒 主要技术要求 （ 1） 有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。 （ 2） 有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。 （ 3） 内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能够长期工作而磨损少，有较高的几何精度，足一保证活塞密封性。 （ 4） 有几何机构的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊上法兰或管接头后不致于产生裂纹或过大的变形。 缸筒的结构 新疆工业高等专科学校机械工程系 23 夹紧缸缸筒与端盖的连接型式为外螺纹连接，如图： 螺纹连接部分强度计算 缸筒与端部用螺纹连接时，缸筒螺纹外的强度计算如下： 螺纹处的拉应力： M P aM P aDd kf ])()[( )(46226221   F— 缸筒端部承受的最大推力（ N）； D— 缸筒内径（ m）。 d— 螺纹底径（ m）。 k— 拧紧螺纹的系数， k=~。 缸筒的直径 D R= mft RRR  =1400N+400N+ma =1800N+11 10 =1910N R— 液压缸工作载荷； tR — 液压缸轴向方向的外力； tR — 运动部件的摩擦力； mR — 运动部件的惯性力。 工业机械手设计 24 D=)()( 4 21 2221 pppdPP Rm   = )( 1 9 1 04 26   d = 所以 D 取 40mm。 1P — 系统的工作压力； 2P — 回油腔的压力； m — 机械效率，（一般取 m =） d— 活塞杆直径。 杆径 d==20mm 臂厚  的确定 mmDP P 1602 ][2    取  =5mm P — 试验压力； D— 液压缸直径； [ ]— 缸体材料的许用应力。 外径 0D 及长度 L 的确定 0D =D+2 =50mm L=330mm 筒螺纹连接部分强度的计算。 缸筒与端部用螺纹连接时，缸筒螺纹外强度计算如下： 螺纹处的拉应力， 622110)(4 DdKF = 62210])()[(4  =12Mpa 缸筒的材料 缸筒材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒，还要求有良好的焊接性能，根据液压缸参数，用途等，可 用以下各种材料： 新疆工业高等专科学校机械工程系 25 碳素钢： 30， 35， 45 号等； 铸钢： ZG35， ZG45； 不锈钢： Gr18Ni9. 缸筒毛坯：普遍采用冷拔或热扎无缝钢管，国际市场上已有内圆经研磨，外圆精度加工，只要按所要求的长度切割的无缝钢管供应，此外，较厚壁毛坯仍用铸件和锻件，或用厚钢板卷成筒形，焊接后退火，焊缝须用 X 光或磁力探伤。 二、活塞 活塞根据密封装置来选用其结构用其结构型式，此夹紧缸采用整体活塞。 整体活塞可以采用活塞环，“ O”形密封圈。 材料的选用：有导向环活塞，用碳素钢20 号， 30 号及 45 号。 活塞尺寸 d=40mm. 三、活塞杆 （ 1）杆体 采用实心杆，制造工艺较简单。 （ 2）杆外端 与手部连杆连接采用圆耳头结构。 如图： （ 3）杆内端 活塞杆内端与活塞连接有多种型式，采用卡环连接，并要有锁紧措施，以防在工作时由于往复运动而松开，同时还须安装与活塞杆之间的静密封。 （ 4)活塞杆强度计算 工业机械手设计 26 此夹紧缸为短行程型，主要须验算活塞杆压缩或拉伸强度： d6102  s sFn =2 21910   = F— 液压缸的最大推力（ N）；  — 材料的屈服极限（ Mpa）。 sn — 屈服安全系数，一般 sn =2~4。 （ 5）杆的材料 液压缸用的活塞杆材料通常要求淬火深度一般为 ~1mm，可选用碳素钢45 号，如果是底负载液压缸的话，就可以不作表面处理。 （ 6）导向环 导向环安装在活塞外圆的沟槽内或活塞杆导向套内圈的沟槽内，以保证活塞与缸筒或活塞杆与其导向套同轴度。 并用以承受活塞或活塞杆的侧向力。 导向环的主要优点： 低泄露。 由于密封副同轴度好，圆周间隙均匀，所以泄露少。 导向环可采用耐磨损材料，磨损后更换比较方便。 低摩擦系数，根据导向环材料的不同，摩擦系数为：聚四氟乙烯 f 半干）( 能够刮掉杂质，防止杂质嵌入密封圈。 有良好的承受能力。 导向环采用嵌入型导向环： 嵌入型导向环在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用青铜 QHL94 或紫铜制铜带，表面加工成略带模形，用木缒柳入沟槽内，最后加工导向环外圆。 导向环厚度可为 1mm，宽可为 2mm. 四、导向套 活塞杆导向套在液 压装在液压缸有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆侧腔的密封性，外侧装有防空网以防止活塞杆在内缩时把杂质、灰尘及水分带到密封装置区，以致损坏密封装置。 当导向套不是用耐磨材料制成时，其内圆还可装导向环，用以对活塞杆导向。 （ 1）结构型式 典型结构型式有端盖式和插件式两类。 目前采用多的插件式两类。 目前采用新疆工业高等专科学校机械工程系 27 较多的插件式导向套是用耐磨材料制成的，也有用钢制并内装耐磨套或导向环，其优点是装拆方便，拆卸时不用拆端盖。 对外泄露要求特别严的场合，在密 封圈之间可配泄露回油口，防止泄露油外流。 对要求摩擦力特别小的场合，不用密封圈而用静压轴承，利用供液压缸的压力油，把活塞杆托起。 材料可选用灰铸铁，球墨铸铁等。 （ 2）导向套受力情况 负载力矩 mNLFM  )310(10 NLmkF gd 2 6  dF — 导向套承受的载荷； gL — 活塞至导向套间距； 0M — 外力作用下活塞上的力矩； 1F — 作用于活塞杆上的偏心载荷； L— 载荷作用的偏心力矩。 五、缓冲机构 因机械手要求移动速度慢，缸内机构可以吸收全部动能，故不用考虑缓冲液压缸，工作压力 10Mpa,活塞速度 ，应该采用缓冲装置或其他缓冲办法。 六、液压缸的进出油口，可布置在端盖或缸筒上，此夹紧缸布置在缸筒上，参照国际标准： 进出油口尺寸 M10 1mm。 工业机械手设计 28 七、液压缸剖视图 缸底 2 弹簧挡圈 3 套环 4 卡环 5 活塞 6 O形密封 圈 7 支承环8 挡圈 9 Y 形密封圈10 缸筒 1 1 管接 口 1 2 导向套 1 3 缸盖 14 密封圈 1 5 防尘圈 1 6 活塞杆 17 定位螺 钉 18 耳环图4 1 单 活塞杆液压缸结构 新疆工业高等专科学校机械工程系 29 167。 34 液压摆动部分 一、摆动液压马达是一种输出轴摆动往复运动液压执行元件。 摆动液压马达突出的优点是能使负载直接获得往复摆动运动，无需任何变速机构。 因此，已被广泛应用于各个领域，如舰用雷达天线稳定平台的驱动、声纳基体的摆动、鱼雷发射架的开启、液压机械手、装载机上铲斗的回转、机床上回转台的转动等等。 二、液压马达的选择原理： 在设计或选用摆动液压马达时，首先要知道被 驱动负载所需的转角、钮矩和转速等参数。 又因摆动液压马达在整个液压系统中只是一个执行元件，所以在决定采用何种形式的摆动马达之前，还应对系统的工作压力、可供流量和功能情况有所了解。 在此基础上，可按以下原则选择其机构形式或产品型号： （ 1）所需转角在 0310 以上时，目前只能选用活塞式。 但设计时，如果叶片轴外径和缸体内径足够大，止挡和叶片厚度所占角度又尽可能地小，则叶片式做成略大于 0310 也是可能的。 若把叶片或串联使用，也能得到更大的转角。 但那样做轴向尺寸会增大，安装复杂，费用也多。 （ 2）应注意摆动液压马达的输出钮矩要略大于驱动负载所需的钮矩及让负载获得最大角速度所需要钮矩之和。 否则，负载有可能不转或虽然转但是达不到应有的速度。 （ 3）安装空间小，所需钮矩又大，可把工作压力选的高一些。 但是也要考虑到工业机械手设计 30 系统是否许可。 、 （ 4）若系统可供的流量较少，所虚钮矩又较大时，可考虑采用泄露很少的活塞式摆动马达。 、 （ 5。