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1、济南大学毕业设计摘 要本设计主要是针对磁电机壳体钻孔专用机床装卸料机械手的设计，在现有的机械手中这种专用的机械手不太常见，为了提高生产效率，减轻工人的劳动强度，所以进行此种机械手研究，本设计采用CAD、Solidworks软件进行二维和三维图绘制，通过动力参数的计算以及对结构参数的确定，从而确定出了最终的方案。设计了机械手的夹持式结构，设计了机械手的手臂，机械手的手部采用伸缩液压缸来实现它的送卸料，小臂采用回转液压缸实现手臂的翻转，大臂采用双作用液压缸完成工作行程的要求。腰部用电机带动齿轮转动，完成腰部的回转运动，采用双作用液压缸完成手臂的上下运动。本设计是对大学四年所学课程的综合运用，对所学
2、知识起到融会贯通的作用，提高了自己解决实际问题的能力。关键词：机械手，液压，CAD,SolidworksABSTRACTThis design is mainly dedicated for the drilling machine magnetic motor shell material handling robot design, the existing robot manipulator that dedicated less common, in order to increase productivity, reduce labor intensity, so for such
3、a manipulator research, the design uses CAD, solidworks software, the design parameters through the calculation of power and the determination of structural parameters, which determine the final program. Design of the mechanical hand gripping structure, the design of the robot arm, robotic hand usin
4、g telescopic hydraulic cylinder to achieve the delivery of its discharge, the hydraulic cylinder arm achieved by rotating the arm of the flip, the big arm with double acting hydraulic cylinder form completion requirements. Waist with a motor driven gear, complete waist of the rotary movement, comple
5、te with double-acting hydraulic cylinder moves up and down the arm, compared with the solidworks software to the design of the image represented. The design is a four-year university course of study the integrated use of the knowledge to play the role of mastery and improve their ability to solve pr
6、actical problems. Key words：manipulator；hydraulic；AutoCAD；solidworks目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1选题背景和意义11.2装卸料机械手的应用现状和发展前景11.3 课题研究内容21.4课题的主要任务22 机械手总体的设计方案32.1 TRIZ创新理论分析32.2机械手的坐标型式与自由度和工作范围32.3 机械手的手部结构方案设计42.4机械手的驱动方案设计52.5 机械手的控制方案设计52.6 机械手的设计参数53 手部结构设计63.1手部设计63.1.1手指的形状和分类63.1.2手指的类型63.2手部夹紧
7、液压缸的设计63.3手部设计的基本要求103.3.1设计的基本要求103.3.2回转缸驱动的典型腕部结构103.3.3腕部结构计算113.3.4回转缸内径D计算143.3.5腕部轴承选择154 手臂结构设计164.1手臂伸缩驱动力的计算164.2 液压缸的直径计算184.3 活塞杆直径的计算195 腰部轴承的设计计算206有限元分析及运动仿真237 结 论26参 考 文 献27致 谢28- 28 -1 前言1.1选题背景和意义机械手是在自动化生产过程中使用的一种具用抓取和移动工件功能的自动化装置，它可以完成从指定位置抓取工件送到另一个指定的位置进行装配。它在生产生活起到了举足轻重的作用，提高了
8、劳动生产率，减轻了工人的劳动强度【7】，随着经济和社会的发展，机械手在生产和生活的作用越来越大1。机械手是模仿着人手的部分动作，输入指定程序、轨迹、和实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。生产应用机械手可以提高生产的产业化水平和进一步提高劳动生产率，把机械手应用在工厂中，可以有效的减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；特别是在环境恶劣的情况下，可以代替人的许多劳动，避免对人体的伤害。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用2。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
9、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1。本机械手主要与钻床组合成最终形成生产线，实现加工过程的自动化、无人化。目前，我国的制造业正迅速发展，越来越多的资金流向制造业。本设计能够付诸实践，应用到钻床对磁电机壳体安装、卸载加工工件的要求，进一步减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率。目前，国内外对机械手的研究已颇为先进，如广州数控，日本法拉克等，他们的先进成果值得我们学习，应该让机械手在实践中更好的应用，为国民的生产、生活服务。1.2装卸料机械手的应用
10、现状和发展前景现在市面上的装卸料机械手技术也很成熟，特别是和现在的数控技术结合，使得它的应用更为广泛，很多专利上对这一部分的研究也颇多，现代科技对装卸料机械手的发展也起到了前所未有的推动。机械手的发展大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件2。1.3 课题研究内容本课题是为磁电机壳体钻侧面8个4.5的孔专用机床设计的装卸料机械手。要求该机械手能够实现自动装卸料，安装工件时
11、应将工件上的定位孔与夹具上面的定位销匹配。机械手的运动速度是按满足生产率的要求来设定。针对自己的课题对现有的产品进行调查研究，然后得出正确的设计思路和方向，查阅相关的专利和资料，对机械手从整体上有一个充分的认识，对它的功能做了具体的分析，从机械手的手臂、手腕，腰部都做了设计计算，然后得出正确的方案。本设计考虑到钻床的具体形式及对机械手具体要求，考虑到在满足系统工艺要求的情况下，尽量简化结构，以减轻成本、提高可靠度。该机械手特点是：结构比较简单，手臂运动范围大，且有更高的定位精度。用CAD或手画出一定数量的机械装备图和零件图，并用Solid Works画出三维图。关于设备动作功能的实现，主要从机
12、械手而展开，主要包括液压上下料机械手的结构类型，液压系统的设计原理，具体包括机械手的手指、大臂、小臂以及各关节的结构。该机械手可以实现固定的运动步骤，采用比较分析的设计方法结构简单，操作方便，原理明确，安全高效。液压控制系统能够用较小的能源设备在一定的时间内输出较大的功。1.4课题的主要任务本课题的主要任务如下：完成该机械手的总体设计，利用TRIZ理论进行功能原理设计，要有至少两个方案的对比说明；并在结构设计中，充分考虑润滑与密封等结构要素，使得整个设计完整。完成该部分的三维设计及二维装配图，零件图。要求对主要零部件进行运动仿真和结构有限元分析。编写设计说明书。2 机械手总体的设计方案2.1
13、TRIZ创新理论分析TRIZ理论认为，发明问题的核心是解决冲突，为克服冲突的设计不是创新设计。现有的机械手已经在解决问题方面很先进，但是仍然存在许多问题。产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程，一个冲突解决后，产品进化过程处于停顿状态；之后的另一个冲突解决后，产品移到一个新的状态。设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突，是推动其向理想化方向进化的动力13。在设计过程中首先解决的问题是完成上料350mm,下料100mm要求，开始时想用两个机械手，但是这样的结果是造价高，而且对于这种机械手不太适用。这样问题冲突就出现了，为了解决冲突用了双作用液压缸，这样能满足要求。还有腰部回转运动问题，刚
14、开始想用电机带动，但是考虑到整个系统都是采用液压缸，电液控制不好控制，这就是产生了矛盾，所以考虑腰部的回转采用回转液压缸。这样就使的问题得到解决。技术冲突也是设计人员应该解决的问题，因为技术冲突同时导致有利和有害两种结果。所以应该改进设计中的技术冲突。所以在问题时应该把问题分割，采用逐个击破的方式，增加物体相互独立部分的程。使得能够完成设计的需要。也可以将一个物体中的“干扰”部分分离出去。应用冲突矩阵和40条发明原理两种方法，以找到一个最适合的原理13。物理冲突是TRIZ要研究的关键问题之一。当对一子系统具有相反的要求时就出现了物理冲突。物理冲突时一种更尖锐的冲突，设计中必须解决。为了使机械手
15、在直角坐标系中运动，就应该限制它的自由度，为了使它具有更多的功能，所以就使它的腰部增加了旋转功能13。2.2机械手的坐标型式与自由度和工作范围按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，结合本机械手的特殊用途，所以选用直角坐标，为了使机械手具有更广泛的应用，在垂直方向加了一个旋转自由度，使它的应用范围更大1 。图2.1是本机械手的具体结构简图形式：图2.1 机械手结构简图机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的，各部分关系如图2.2所示【2】：图2.2 机械手组成2.3 机械手的手部结构方
16、案设计根据实际需要，机械手手部设计成夹持式，夹持式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工具有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件。手部的驱动采用液压形式的，液压系统可以使传动比较平稳1。手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动1。手部主要完成的动作有：机械手的伸缩、机械手的翻转以及手臂的上升，还有腰部的旋转问题，在手部和腰部通过回转液压缸
17、可以实现他的回转，并且它的机构紧凑，其中手臂的伸缩是通过普通液压缸的作用实现2。这样可以更好的实现机械手的总体控制,操作方便。2.4机械手的驱动方案设计工业机械手的驱动系统，按动力源分为液压、气动和电动三大类。根据需要也可以由这三种基本类型组成复合式的驱动形式【1】。由于液压技术是一种比较成熟的技术，它具有动力大、力惯性比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯性大以及在恶劣环境下的运动。所以本机械手设计是采用的液压这种形式2。2.5 机械手的控制方案设计一般机械设备的控制系统，着眼于自身运动的控制，控制系统通常采用闭环系统，闭环系统更为精确，而且闭环系统抵御外部干扰和系统
18、中主要单元的特性变化的能力比较强。运动控制方式有点位控制和连续轨迹控制两种。点位控制方式就是由点到点的控制方式。因为机械手抓取和放置工件的位置都是准确而固定的，像这种专用的上下料机械手，可由挡块，行程开关等来定位，采用起点和终点这样的两点定位方式1。2.6 机械手的设计参数（1）用途：为某型号磁电机壳体加工自动线上配套而设计的上下料机械手（2）技术参数：1、抓重：15N (夹持式手部)2、坐标型式：直角坐标3、臂的运动行程：送料350mm；卸料100mm4、腕部运动行程：正反旋转1205、定位精度：0.5mm6、生产纲领：120000件（两班制生产）7、定位方式：行程开关或可调机械挡块等9、缓
19、冲方式：液压缓冲器10、驱动方式：液压传动11、控制方式：点位程序控制3 手部结构设计考虑到工件重量，还有考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不至于产生松动或脱落。为使手指和被夹工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状。此外还要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲形变，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的重心在手腕大的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。根据抓取工件的形状是圆形的则采用“V”形手指比较合适2。抓取部位的尺寸尽可能是不便的，如果加工后尺寸有变化，手指应能够适应新的尺寸的变化。如果不这样，可能对要定位的工件掌握不准具体的位置【8】。3.1手部设计3
20、.1.1手指的形状和分类夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式和外夹式两种:按模仿人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变成了一支点回转型手指;同理，当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时，就成为移动型。回转型手指开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件1。3.1.2手指的类型本课题中采用夹持式手部结构，由手指(或手爪
21、)和传力机构所组成。其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式等，根据本课题的实际需要采用滑槽杠杆式结构，这样更容易实现1。3.2手部夹紧液压缸的设计1、手部驱动力计算下图是滑槽杠杆式手部的结构。在杠杆作用下，销轴向上的拉力通过销轴中心点，两手指在液压缸的作用下实现手指的张合，即这样可以实现对物体的夹紧和松开，满足实际需要。机械手抓取的工件重G=15牛，“V”形手指的角度2=120，b=120mm，图3.1 机械手手部手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： （3-1）其中为安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.22.0，根据需要取1.51；为工件情况系数，
22、因为夹取过程机械手做匀速运动，所以加速度a=0，即得到K2=1+a/g=11 为方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，因为手指所夹的工件是圆柱件1；所以，为摩擦系数，为型手指半角，这时选取K5;1把上述数代入公式：F=KKKMg=1.51515=112.5N，取整为130N。由驱动力和夹紧力的公式的：cosa （3-2）a滚子至销轴之间的距离；b爪至销轴之间的距离；a楔块的倾斜角cosa=2120/31.63130cos30 =640.21N, 取整为650N。这里F是计算值，实际采取的液压缸驱动力要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率，一般取0.80.9，此处取0.88，
23、则：=650/0.88=727.52.驱动力计算本液压缸属于单向作用液压缸。根据力平衡原理，单向作用液压缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: （3-3）式中: 活塞杆上的推力，N弹簧反作用力，N液压缸工作时的总阻力，NP液压缸工作 压力，Pa弹簧反作用由下式计算得到: （3-4） （3-5） （3-6）式中: 弹簧刚度，N/mL 弹簧预压缩量，mS活塞行程，md弹簧钢丝直径，mD弹簧平均直径，mD弹 簧外径，m n 弹 簧 有效 圈数G 弹簧 材料剪切模量，一般取G=79.4X 10Pa负载对设计的影响好大，所有充分考虑它的影响。活塞的推力由下面的公式得
24、到； （3-7）从而得到活塞杆的直径； （3-8）代入以上数据得： （3-9） （3-10） =3377.46X0.08N =270.19 N得到： （3-11） 查机械设计手册经圆整，得D=40 mm活塞杆直径 d=0.5D=0.540mm=20mm,取d=20mm活塞厚 B=(0.61.0)d在这里取B=0.820 mm =16mm,取15mm.缸筒长度 L20D 取L为200mm活塞行程，当抓取150 mm工件时，即手爪从张开150 mm减小到118mm，楔快向前移动大约118 mm。取液压缸行程S=118mm。3筒壁厚的设计 其壁厚按薄壁筒公式计算: （3-12）式中: 缸筒壁厚 mm
25、D液压缸内径 ，P实验压力，取P=1.5PPa材料为 : ZL3,查材料力学书的到： =3MPa代入公式则为: = =4mm取=5 mm，则缸筒外径为:D=40+52 =50 mm。3.3手部设计的基本要求手腕是连接手部和手臂的部件，它起到调整或定位的作用，以使机械手适应复杂的动作要求，手腕运动主要有转轴的回转运动，手臂的上下的摆动，以及手臂的左右摆动。手腕的自由度的选用与机械手的通用性以及加工工艺要求有直接的影响。【1】3.3.1设计的基本要求工件放置方位和定位精度等许多因素有关。手腕的基本运动形式为回转、运动和直线运动两种。目前实现手腕回转运动的机构应有最多的为回转液压缸，它的结构紧凑，但
26、是回转角度小于360，并且要求严格密封【1】。 设计手腕时除应满足启动和传送过程中所需的输出力矩外，还要求手腕的结构简单、紧凑、轻巧。另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕路不扭转和不外漏，使外形整齐【1】。3.3.2回转缸驱动的典型腕部结构定片与后盖、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。缸体与支座固连接在一体。当回油缸的两腔分别通入压力油时，驱动动片连同夹紧油缸和支座一同运动，即完成手腕的回转，此外这种手腕具有结构简单和紧凑等有优点【1】。图3-2机械手手臂伸缩图3-3回转液压缸3.3.3腕部结构计算腕部回转力矩的计算:在计算腕部回转时
27、，需要考虑下面几种阻力的影响 （1）腕部回转支承处的摩擦力矩 （3-13）式中 ，轴承处支反力（N），可由静力平衡方程求得; ,轴承的直径（m）； 轴承的摩擦系数，对于滚动轴承=0.01-0.02；对于滑动轴承=0.1。为简化计算，取，如图3.4所示，其中，为工件重量，为手部重量，为手腕转动件重量。图3.4腕部支承反力计算（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩，但是由于工件本身是圆柱形状的，所以不用考虑重心的偏心所产生的影响问题。（3）克服启动惯性所需的力矩启动过程可以认为是等加速运动，根据手腕回转的角速度及启动过程的时间得到下面得计算公式： （3-14）式中 工件对手腕回转轴线的转动惯量； 手
28、腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量； 手腕回转过程的角速度； 启动过程所需的时间，一般取0.05-0.3s,再这里根据实际需要选取0.1s.。手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为200mm，直径50mm，其重力估算： G=D/4h （3-15）=0.02520.27800Kg/m3 9.8N/Kg=30.17N,取35N有材料力学等效圆柱体的转动惯量： J=0.5MR2 （3-16） =0.5GR2/g =0.5350.0252/9.8=0.0201再求解工件的转动惯量：将工件近似为R=60mm，L=40mm的圆柱体 J=m/12(3R2 +L2)=1.53/12(30.06
29、2 +0.042)=0.00158 (3-17)要求工件在0.5s内旋转90度, 取平均角速度，即=，代入得：M=（J+J）/t (3-18)=(0.0201+0.00158) /0.1Nm=0.68 NmM=M + M+ M+0.1 M+0.3+0.68 Nm (3-20)解可得： = 1.08Nm回转液压缸所产生的驱动力矩的计算： 回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩图3-5所示为机械手的手腕回转液压缸，定片与缸体回转，动片与转轴固连当a,b口分别进油时，动片带动转轴回转，达到手腕回转目的。M= （3-21）式中M手腕回转时的总阻力矩；P回转液压缸的工作压力（pa）R缸体半径（m）
30、r输出轴半径（m）计时按选取b动片宽度（m）上述驱动力矩与压力的关系是对于低压腔背压为零情况而言的。3.3.4回转缸内径D计算由 ，得：， （3-22）为减少动片与输出轴的连接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度时，选用： （3-23）经计算的R=30，r=10,b=40;图3-5 回转液压缸剖视图3.3.5腕部轴承选择腕部材料选择HT200，由物体重15N，估计轴承所受径向载荷为40N,轴向载荷较小，忽略。两处均选用深沟球轴承。现校核较小轴径处轴承。6004轴承基本数据如下：，当量动载荷，载荷系数取1，F=40N，则，由公式： （3-24）n为转速，在0.5s完成90回转，计算得：，
31、因为选择的是球轴承所以代入上式得： （3-25）远大于轴承额定寿命h。选用轴承为深沟球轴承6004，6008。4 手臂结构设计如果要实现手臂的伸缩，采用液压缸可以实现这种运动。由于活塞液压缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中应用比较多。当液压驱动的机械手手臂进行伸缩(或升降)运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，本设计采用双向导杆的装置，来增加手臂的刚性和导向性。使它的运动更具有保障【1】。4.1手臂伸缩驱动力的计算根据液压缸运动时所需克服的摩擦，回油背压和惯性等几个方面的阻力，通过这种方式来确定液压缸所需的驱动力
32、。下面得式子是液压缸活塞杆的驱动力计算公式：F驱 = F惯 +F摩 +F +F (4-1)式中:F惯手臂在起动或制动过程中所受的平衡惯性力(N);F摩摩擦阻力，因为本设计有导向机构，所以它是活塞杆和缸等处的摩擦阻力。(N);F密封装置处的摩擦阻力(N) F液压缸回油腔低压油液所造成的阻力。 图4-1 水平移动液压缸受力图1. F摩的计算，不同的截面形状和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同所以要根据具体的情况进行初步的估算。由于导杆是对称布置，两导杆受力平横，这时计算时就按一个杆计算。 (4-2) (4-3)所以得到 (4-4) (4-5) (4-6) (4-7) (4-8)所以 （） (4-9
33、) 计算式子中 G参与运动的零部件所受的总力。L手臂参与运算的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离。a导向支撑的长度。当量摩擦系数，对于圆柱面：= (4-10)摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时刚对铸铁：取=0.180.3。所以得到 =0.1540()=96N (4-11)2. F的计算密封圈，因为 本设计采用“O” 形液压缸的工作压力小于10MPa.活塞杆直径为液压缸直径的一半，所以得到液压缸密封处的总的摩擦力为： F+F=0.03F (4-12)式中F为驱动力； F=pdl (4-13)P为工作压力：p=0.8MPa;d 伸缩油管的直径；l密封的有效长度。F=0.083.14159260.
34、0280.1=707.16N (4-14)3. F的计算 一般背压阻力较小，可按F=0.05P (4-15)所以得到F=0.050.08=40N; (4-16)4. F惯的计算； F惯= (4-17)G参与运动的零部件所受的总力。由静止加速到常速的变化量；起始过程时间，一般取0.2s,F惯 =12N (4-18)手部作升降运动的液压缸驱动力F= F惯 +F摩 +F +F (4-19)=96N+ 707.16N +40N+12N+0.03FF=881.61N4.2 液压缸的直径计算根据双作用液压缸的计算公式: (4-20) （4-21）其中: F活塞杆伸出时的推力，NF活塞杆缩入时的拉力d活塞直
35、径，mm P液压缸工作压力，Pa在这里取0.8代入有关数据，得: （4-22） = =53.17(mm)D圆整取55mm4.3 活塞杆直径的计算根据设计要求,此活塞杆为空心活塞杆，活塞杆直径 d=0.5D=0.555mm=27.5mm,取d=28mm缸筒壁厚的设计 其壁厚按薄壁筒公式计算: 缸筒壁厚的设计 其壁厚按薄壁筒公式计算: (4-23)式中: 缸筒壁厚 mmD液压缸内径 ，P实验压力，取P=1.5PPa材料为 : ZL3,查材料力学书的到： =3MPa代入公式则为: (4-24) = =5.5mm取=6 mm，则缸筒外径为:D=55+62 =67 mm。D经过圆整得D=70mm; 5
36、腰部轴承的设计计算腰部采用回转液压缸让它实现旋转的作用，因为旋转液压缸采用液压技术控制比较方便，并且简单易于操作。因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，则在回转轴上有： (5-1)式中，-为滚动轴承摩擦系数，取0.05；-为机械手本身与负载的重量之和，取100；-为回转轴上回转液压缸的直径，R=60；带入数据，计算得 =0.06； 由于轴上的一对圆锥滚子轴承转速最高，故对其进行寿命计算,设计寿命。所受的径向力为液压缸的径向力=881.61N。圆周力 （5-2）图5-1 轴承径向受力图图5-2 轴承切向受力图1求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图5-1）和水平面（图5-2）
37、两个平面力系，回转液压缸安装于两轴承的中心位置。其中=440.805N (5-3)=90.585N (5-4)则= (5-5)= (5-6)对于轴承派生轴向力有因为两端是对称的，所以 Fa=0;2求轴承的当量动载荷和因为 (5-7)式中、为判断系数，其值大于0。则对轴承1 =0 对轴承2 =03验算轴承寿命由于轻微冲击，取=1.2 (5-8) (5-9)在设计时考虑到：=，这样就推算出两个轴承的寿命是一样。 现在只对一个进行演算，圆锥滚子轴承=，查得圆锥滚子轴承的基本额定动载荷C=25.5kN,则轴承寿命为： (5-10)故满足要求。6有限元分析及运动仿真升降活塞杆承受的上面的重量很重，为了看
38、看所选材料是否合适，所以对它进行有限元分析。下面是对升降活塞杆进行有限元分析其应力图如图6-1所示：图6-1 活塞杆有限元分析名称类型最小位置最大位置图解1VON:von Mises应力4.63428e-006N/m2(23.7118mm-0.251245mm8.76562mm)5172.13N/m2(266mm-2.05212mm-12.1382mm)图6-12活塞杆应力图解 由上面的图可以分析得到活塞杆的应力主要集中在端部，最大应力超过屈服应力所以应该对其进行优化，由于已经确定了本设计。所以想着通过改变材料来增加它的刚性，优化过程如图6-3图6-3 活塞杆优化结果图名称类型最小位置最大位置
39、图解1VON:von Mises应力1.9477e-007N/m2(130.241mm-8.13276mm-0.00238983mm)7079.61N/m2(329.5mm7.87846mm1.38919mm)图6-4 活塞杆优化应力图解名称类型最小位置最大位置图解2URES:合位移0mm(266mm-10.3923mm-6mm)1.85841e-006mm(367mm9.65926mm2.58819mm)图6-1 活塞杆优化位移图解由上面的分析可以得到，在进行材料的选择上，一定要根据实际情况选择，在优化完对自己的方案进行分析优化，从而得到最优的解。7 结 论本次课程设计是对大学四年所学知识的总结，完成了针对钻床的上下料机械手的设计，课程设计使我对机械手有了更加深入的了解，查了很多关于这方面的资料，对于国内外这种技术也有了一个大致的了解，巩固了大学所学的知识，具有较强的针对性，实现了理论和实践相结合。明确了设计脱离实际，要尊重客观实际，不能凭空想象。针对本次毕业设计，得出以下结论：(1)机械手的研究确实已经很先进，但是确实有许多问题要解决，比方在生产成本的降低上，非常值得研究，这次毕业设计的机械手相对来说很简单，所以我们应该向着多功能这一部分出发。(2)这次设计的机械手虽然在