工业机械手设计书.doc

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1、新疆工业高等专科学校机械工程系新疆工业高等专科学校毕业设计工业机械手设计.。系 别： 机械工程系 专业班级： 涉外0318 指导教师： 薛风 完成日期： 2006614 目录第一章 设计概论1第二章 整体设计4 2-1 机械手理论部分4 2-2 机械手整体装配图10第三章 机械部分设计113-1 夹紧部分113-2 手腕回转部分.173-3 手臂伸缩部分193-4 液压摆动部分263-5 立柱伸缩部分293-6 液压泵35第四章 液压系统设计364-1 液压系统分析364-2 工业机械手整体液压原理图39第五章 PC系统设计405-1 PC系统分析405-2 PC控制系统程序41第六章 电气控

2、制系统设计486-1 电磁铁顺序496-2 电气控制分析49后序50主要参考资料51新疆工业高等专科学校新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）评定意见书设计（论文）题目 工业机械手设计 设 计 者：姓名 杨建华 专业 机械制造及其自动化 班级 涉外03-18 设计时间：2006年 4 月 10 日2006 年 6 月4 日指导教师：姓名 薛风 职称 副教授 单位 新工专 评 阅 人：姓名 职称 单位 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 薛风 年 月 日评 阅 人（签名）： 年 月 日答辩委员会主任（签名）： 年 月 日毕业设计（论文）任务书一、 题目：工业机械手设计二、 指导思想和目的：1

3、、实现生产线上工件供给自动化。2、科学、务实、严谨、创新3、巩固所学知识，学会知识的综合运用。三、 设计任务或主要技术指标：1、实现自动生产线上工件的自动转移。2、合理布局，实现结构的合理化。四、 设计进度与要求：1、第一周完成工业机械手的整体构思。2、第二周完成机械手机械部分设计。3、第三周完成液压系统和PC系统设计。4、最后一周完成电气控制部分设计，和打印设计书，一个月完成设计。5、要求工业机械手设计合理化，全面运用所学知识。五、 主要参考书及参考资料：1、液压传动，薛祖德主编，中央广播大学出版社2、工厂电气控制技术，李振安主编，重庆大学出版社3、机电一体化技术与系统，梁景凯主编，机械工业

4、出版社4、毕业设计指导书，用诵明主编，华中理工大学出版社5、可编程序控制器及其应用，万太福、唐贤永主编，重庆大学出版社6、工程制图，周鹏翔、刘振魁主编，高等教育出版社7、机械图形设计，黎广生主编，清华大学出版社8、液压元件产品样本，机械工业部主编，机械工业出版社专业班级： 学生： 指导教师： 教研室主任（签名）： 系（部）主任（签名）： 年 月 日第一章 设计概论一、技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量

5、，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 机械手是机器人重要

6、的组成部分，特别是工业机械手，在实现机器人功能中起关键作用。二、现状及国内外发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元。 2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3工业机器人控制系统向基于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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操

7、作性和可维修性。 4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 6.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的

8、“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业

9、机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为

10、突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。第二章 整体设计2-1 机械手理论部分一、工业机械手的组成工业机械手由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系

11、统机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动化抓取、搬运或操作动作的自动化机械装置。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”。早期的机械手的机构和功能都比较简单，专业性很强，仅配合某台主机完成辅助性工作，如抓取工件、上料下料、换夹刀具等。这种机械手称为专用机械手。随着工业技术的发展，出现了能够独立地按控制程序、自动重复操作的机械手，这种机械手具有能很快地改变程序的功能，适应性很强，在中小批量、多品种的工业生产中得到了广泛的应用。这种机械手称为通用机械手，通用 机械手又称为“工业机器人”，即第一代机器人。机器人在此基础上得到了进一步发展，出现了具有某些感觉功能（如视觉、触觉、听觉）

12、的机器人，称为第二代机器人，以后又出现了具有某些思维和语言功能的智能型机器人，称为第三代机器人。又可分为抓取，送放和机身三大部分。1、执行系统执行系统是直接握持物体（工件或工具）实现所需的各种运用的机械部分，包括以下机构。（1）抓取机构抓取机构又称手部或爪部，是机械手直接与被抓取物件（工件或工具）按触并施加约束和夹紧力的部分。根据与物体接触的形式不同，抓取机构可分为夹钳式与吸附式两大类。夹钳式抓取机构由手指（或称手抓）和传动机构组成。手指与物体直接接触，而传动机构则开闭手指，并通过手指对被抓取物体施加完成约束和加紧力，使之牢牢被抓住，到目的地后被放松。吸附式抓取机构主要由吸盘等组成，它是靠吸盘

13、产生的吸力（如吸盘内形成负压或产生电磁力）吸附物体的。对于一些较简单的机械手，也可以直接将工具（如焊枪、喷枪、容器等）装置于机械手手臂的前端，而不设置抓取机构。（2）送放系统送放系统是执行系统中将被抓取物件送放到目的地的机械部分。它主要由手臂（又称臂部）、手腕（又称腕部）、行走装置等部分组成。手臂是用来支承腕部和手部并改变被送放物件的空间位置的。它是机械手的主要运动部件。手腕主要用来调整和改变被送放物件的方位，并联接手臂和手指。行走装置的主要作用是扩大机械手的送放范围，以适应远距离操作的需要。对于一些较简单的机械手，可以不设置腕部或行走装置，而将抓取机构的手指直接装在手臂的一端，以求减轻重量、

14、简化结构。（3）机身机身是机械手中用来支承送放机构的部件，也是安装驱动系统、控制系统的基础部件。2、驱动系统机械手的驱动系统是为执行系统各部分提供各部分提供动力的装置。采用的驱动源不同，驱动系统的组成也就不同。工业机械手的驱动系统可以采用液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等各种形式。液压驱动系统主要由油泵、油缸、油压阀及管路组成；气压驱动系统主要由空压机、存气罐、气缸、气阀及管路组成；电力驱动系统主要由一些专用电动机及电气元器件组成、链传动等）组成。3、控制系统机械手控制系统的功用是通过对驱动系统的控制使执行系统按照规定的要求进行工作，并检测其工作位置正确与否。它主要包括程序控制和位置检测

15、等部分。程序控制装置指挥机械手按规定的程序进行运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度、运动时间等），同时按其控制系统的信息对执行系统发出指令。必要时它还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。位置检测装置主要用来控制机械手执行系统的运动位置，并随时将执行系统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，从而使执行系统以一定的精度达到设定位置。以上各系统之间的关系如图72所示。二、工业机械手的分类工业机械手的类型多种多样，且都有各自的特点和用途，它们可按不同的方法分类，其分类如下。1、按用途分机械手分为专用机

16、械手和通用机械手。专用机械手是附属于主机的具有固 程序的机械手，其动作较少，工作对象单一，结构简单。通用机械手则是一种具有独立控制系统、程序可变、动作多样的机械手，其工作范围大，定位精高，通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量、多品种的自动化生产中。2、按驱动方式分机械手可分为液压传动机械手，气压传动机械手，电气传动机械手和机械传动机械手。由于液压传动具有单位面积压力，体积小，介质可压缩性小，工作平稳，并可实现高精度定位及频繁换向，因而液压传动机械手应用最为广泛。但液压传动也有不足之处，其最主要的问题是容易泄露，因而要求领部件的制造精度高，有此也使生产成本提高了。3、按控制方式分机械手可分

17、为点位控制和连接轨迹控制两种不同类型的机械手。点位控制是按空间点与点之间的某些设定点进行控制的，它只能控制过程中指定的设定点，而不能控制其运动的轨迹。目前大多数机械手都采用这种控制方式。连续轨迹控制是按设定点的运动轨迹进行控制的，其特点是设定点无限多，其整个移动过程都处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，但控制系统复杂，故目前应用不多。三、工业机械手的自由度和坐标形式1、机械手的运动机械手的运动是指机械手的送放运动，它包括运动和辅助两部分。手臂的运动称为主运动，主运动决定送放运动的空间范围。手腕的运动和行走运动称为辅运动，辅运动可扩大送放范围或改变被送放物体在空间的方位。手臂的运动包括上下升

18、降、前后伸缩、回转、俯仰等多中形式（参看图73）。手腕的运动包括回转、上下摆动、左右摆动、横向移动等多种形式。整机的行走运动主要是指横向移动。表71中列出了工业机械手放松运动的常用简化符号。2、机械手的自由度机械手的自由度是指机械手送放运动所具有的独立运动参数的数目，亦即主运动所具有的独立运动所具有的独立运动参数的总数。机械手是模仿人手的部分动作的自动机械装置，而人手是一种经过了亿万年历史进化后所形成的高超机构。按机械原理的法则，它可简化为一种多构件的空间连杆机构。3、手的坐标形式机械手的坐标形式有四中不同的类型。（1）直角坐标式这是一种直移型机械手，即所有的送放运动均为直线移动。这种机械手，

19、结构简单，直观性强，便于实现一定的精度要求；但所需的空间位置大，工作范围小，灵活性差，因而限制了其广泛应用。（2）圆柱坐标式这是一种回转型机械手，其手臂除了可以伸缩、可以升降外，还可以绕立柱回转。这种机械手与直角坐标式机械手相比。占地面积小而活动范围大，结构亦较简单，并能达到较高的定位精度，因而应用广泛。但其手臂的升降受到机械手结构的限制，距离地面总有一定的距离，因而它不能从地面上抓取物体。（3）球坐标式这是一种俯仰型机械手，其手臂除了具有回转运动外，还具有俯仰运动（即上、下摆动），这种运动与手臂的伸缩运动组合一个球状送放空间。这种机械手与圆柱坐标式机械手相比，在占有同样大小的空间情况下，可扩

20、大工作范围，能将手臂伸向地面抓取物体。其特点是运动的直观性差，结构较复杂，且臂部有两个回转运动，位置精度误差较大。（4）多关节坐标式这是一种屈伸型机械手，臂部由大臂和小臂两个部分组成。除了大臂本身具有回转和俯仰运动外，小臂相对于大臂还可以屈伸，具有与人体上肢相类似的结构。这种机械手可以在以臂部最大伸展长度为半径的球体空间范围类任意抓取物体，灵活性大。它与其他坐标形式的机械手相比，所占空间最小，而且可以绕过障碍物抓取物体。但其运动直观性差，臂部前端的位置由多个回转运动决定，要达到较高的运动精度比较困难，为此必须提高制造精度，因而使设计和制造均较为复杂。四、工业机械手的主要参数1、坐标形式和自由度

21、坐标为圆柱坐标式，有4个自由度（自由度大，动作比较灵活，适应性强，但是结构复杂。）2、工作行程工作行程由已知条件及方案分析确定:最大工作半径：800mm,手臂最大中心高是：800mm,手臂伸缩行程：400mm, 手臂回转范围 ：手腕回转范围：3、运动速度运动速度放映了机械手使用效率与生产水平。直线运动速度：手臂伸缩行程400mm，运动时间t=2s,则手臂伸缩速度v=.回转运动速度，定为。4、驱动方式驱动方式采用液压驱动方式，由于机械手操作时各缸不是同时工作，手臂伸缩缸柱身回转缸所需流量较大，其余各缸流量均较小，因此可采用双联叶片泵，在小流量时，只需高压小流量供油，大流量低压泵卸荷，在大流量时，

22、两泵同时供油，可减少系统功率损失，防止油温升高。5、定位精度定位采用机械挡块定位，定位精度0.51mm.控制方式：采用行程控制系统实现点位控制。 2-2 机械手整体装配图.第三章 机械部分设计3-1 夹紧部分一、夹紧说明执行机构的结构形式决定于被抓取工件（或物体）的形状和重量，抓取工件为圆柱形，重量为10kg,故采用夹钳式V型指形结构较为合适，当夹紧液压缸通油时，活塞来回运动带动杠杆结构合拢将工件夹紧，当夹紧液压缸断油时，活塞杆通过弹簧复位。二、夹紧力（握力）的确定当机械手水平夹持悬伸工作时，握力计算如下：N=N支持工作时所需要的握力G工件重量G=10kgN/kgL、H工件尺寸L=30mm,

23、H=80mm特别指出：由于机械手在工作传送过程中还会产生惯性力，以及受到传动机构效率的影响，所以实际握力还应该按照下列计算：式中，手部的机械效率，。故取。安全指数，一般取。工作情况系数，主要参考惯性力的影响，按下列公式估算：的最大速度，g为重力加速度。若取，N三、夹紧缸驱动力的计算P=式中P驱动力，b夹紧力至回转支点的垂直距离，c连杆铰销到回转点的垂直距离，连杆的倾斜角，杠杆的倾斜角，N夹紧力，连杆传动机构的效率。选用优质碳素结构钢：含碳量用于承受冲击载荷。主要用于活塞销、小轴等。，如用于主轴、键、连杆等。四、夹紧液压缸主要尺寸的确定：1、内径D内径D=1.13其中p=9.3N,.按照JB82

24、666标准系列直径圆整，取D=20mm,d=10mm(活塞杆直径)。2、液压缸壁厚其中取。3、液压缸外径L(2030)，由于机构需要，确定取长度L=50mm.4、液压缸的工作流量为q=AV=V活塞杆的速度；A液压缸的有效工作面积。五、夹紧缸主要零部件设计1、缸筒的设计2、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，足以保证活塞密封性。（4） 有几何机构的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊

25、上法兰或管接头后不致于产生裂纹或过大的变形。3、缸筒的机构夹紧缸缸筒与端盖的连接型式为外螺纹连接，如图：4、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：1725F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=1.251.5。5、缸筒材料缸筒材料，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：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，

26、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。6、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=5mm.7、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。9、活塞杆强度计算此夹紧缸为短行程型，主要须验算

27、活塞杆压缩或拉伸强度：d=2=0.006mF液压缸的最大推力（N）；材料的屈服极限（Mpa）;屈服安全系数，一般=24。10、材料液压缸用的活塞杆材料通常要求淬火深度一般为0.51mm，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。11、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：（1）低泄露。由于密封副同轴度好，圆周间隙均匀，所以泄露少。（2）导向环可采用耐磨损材料，磨损后更换比较方便。（3）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（4）能够刮掉杂

28、质，防止杂质嵌入密封圈。（5）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QHL9-4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。六、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。目前采用较多的

29、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 导向套承受的载荷；活塞至导向套间距；外力作用下活塞上的力矩；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0.1m/s时，应该采用缓冲装置或其他缓冲办法。八、液压缸油口

30、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M101mm。3-2机械手的腕部设计一、设计说明1、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。2、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。3、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

31、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2、4，A-A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，B-B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

32、。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：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；11.2 Mm腕部转动支撑出的摩擦力矩。kgfm 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。Kgfm Mg转动部件起动惯性力矩 kgfm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56，2-22其计算如下：（1） 部支承处的摩擦力矩Mm 式中：f轴承的摩擦系数；N1、N2轴承外支反力kgf；D

33、1、D2轴颈直径m（2） 动部件重心腕部回转轴线的偏置力矩Mp式中：G2件重量kgf；E偏心矩m（3） 转动部件起动惯性力矩Mg;式中：J转动部件对回转轴线的转动惯量kgfmj;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： 3-3 手臂伸缩部分一、缸筒1、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，

34、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。2、缸筒的结构夹紧缸缸筒与端盖的连接型式为外螺纹连接，如图： 3、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：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=1.251.5。4、缸筒的直径DR=1400N+400N+ma =1800N+11=1910NR液压缸工作载荷；液压缸轴向方向的外力；运动部件的摩擦力；运动部件的惯性力。D=0.039m所以D取40mm。系统的工作压力；回油腔的压力；机械效率，（一般取=0.95）d活塞杆直径。5、杆径d=0.5D=20m

35、m6、臂厚的确定取=5mm试验压力；D液压缸直径；缸体材料的许用应力。7、外径及长度L的确定=D+2=50mmL=330mm8、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，=12Mpa9、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：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

36、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)活塞杆强度计算此夹紧缸为短行程型，主要须验算活塞杆压缩或拉伸强度：d=2=0.008mF液压缸的最大推力（N）；材

37、料的屈服极限（Mpa）;屈服安全系数，一般=24。（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0.51mm，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：1、低泄露。由于密封副同轴度好，圆周间隙均匀，所以泄露少。2、导向环可采用耐磨损材料，磨损后更换比较方便。3、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f4、能够刮掉杂质，防止杂质嵌入密封圈。5、有良好的承受能力。导向环采用嵌入型导向环：嵌入

38、型导向环在活塞外圆加工出燕尾型截面沟槽，用青铜QHL9-4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

39、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 导向套承受的载荷；活塞至导向套间距；外力作用下活塞上的力矩；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0.1m/s时，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

40、M101mm。七、液压缸剖视图3-4 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

41、形式或产品型号：（1）所需转角在以上时，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）在动态品质要求高的液压伺

42、服系统（如雷达、声纳等）里面，可选择叶片式。三、摆动液压马达设计概要设计摆动液压马达时，两个最主要的参数是是输出钮矩和输入流量。前者决定设计出来的摆动液压马达能否拖动负载，后者可确定为使负载达到所需的角速度要求液压系统提供多少流量。1、 叶片式摆动液压马达设计要点用钮矩公式确定主要结构尺寸输出钮矩T=输出钮矩只要克服驱动负载所必需的钮矩使负载获得必要的角速度所需要的钮矩。即 =18= 所以d=105mm.负载钮矩（N,主要包括负载摩擦力矩和负载重量引起的钮矩两部分。I包括括输出轴（叶片轴）本身惯量在内的转化到输出轴上的总转动惯量（kg）负载的叫速度（rad/s）.求出为了达到负载角速度所需要输入流量q=450L/min2、主要零件的强度和刚度的计算（1）缸盖和缸体都受内力均布连续载荷时，其强度和刚度可根据具体的几何形状参照弹性薄板或薄壳的有关公式计算。如果摆角很大（左右），摆动液压马达成短圆柱时，也可参照液压缸缸筒的办法进行计算。（2）对于叶状结构的叶片，其危险截面在根部。最大正应力为=55MpaT叶片根部所受弯矩；W叶片根部抗弯截面系数；D缸体内径（m）；d叶片安装轴外径（m）；进口压力（Mpa）;进口压力（Mpa）;叶片根部厚度（m）;叶片材料的屈服极限（Mpa）。四、摆动液压马达图3-5 立柱伸缩部分一、缸筒1、主要