1、目錄任務(wù)書2一目的和要求2主要內(nèi)容2進(jìn)度計(jì)劃3課程設(shè)計(jì)成果3考核方式3一、 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)4二、手部的設(shè)計(jì)計(jì)算6三、手腕部分的設(shè)計(jì)9四、手臂液壓缸設(shè)計(jì)及校核19五、機(jī)身液壓缸設(shè)計(jì)23六、電纜掛鉤機(jī)械手的整體裝配及其二維工程圖的生成26七、液壓控制原理圖及 PLC 控制原理圖28八、心得體會(huì)30九、參考文獻(xiàn)301任 務(wù) 書一、目的與要求專業(yè)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)方向?qū)W生的重要實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，也是該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)前的最后一次課程設(shè)計(jì)。擬通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)來著重提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)分析與綜合的能力、機(jī)械結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)能力、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力和綜合運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)

2、踐能力。在專業(yè)課程設(shè)計(jì)中，應(yīng)始終注重學(xué)生能力的培養(yǎng)與提高。 專業(yè)課程設(shè)計(jì)的題目為工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。學(xué)生通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該在下述幾個(gè)方面得到鍛煉：1 綜合運(yùn)用已學(xué)過的“機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)”、“液壓傳動(dòng)” 、“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)” 、“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等課程和其他已學(xué)過的有關(guān)先修課程的理論和實(shí)際知識(shí)，解決某一個(gè)具體設(shè)計(jì)問題，是所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和發(fā)展。2 通過比較完整地設(shè)計(jì)某一機(jī)電產(chǎn)品，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題、解決問題的能力，掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般方法和步驟。3 培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作者必備的基本技能，及熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料，如設(shè)計(jì)圖表、手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)

3、準(zhǔn)和規(guī)范等。4 進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。二、主要內(nèi)容電纜掛鉤安裝機(jī)械手設(shè)計(jì)。本機(jī)械手是為安裝架空電纜掛鉤服務(wù)的。設(shè)計(jì)安裝電纜掛鉤的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)圖1 所示的工藝動(dòng)作。人在地面上操作。小車的行走（不一定在地面上），可采用手動(dòng)。（參看圖 1）圖 1該電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)見表 1.掛鉤在電纜上的卡掛間距應(yīng)為 50cm，允許偏差不大于± 3cm。電纜的桿距為 35-45m，電纜到地面的距離為 3-5.5m 。水泥桿長(zhǎng)為 6-10m，6m桿的埋深為 1.4-1m ， 10m桿的埋深為 1.4-2.0m 。表 1 電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)掛鉤形式使用電纜外徑吊線外徑（ mm）掛鉤重量

4、（N/ 只）（ mm ）25 126.60.363512186.60.3624518246.60.365524327.80.3665 329.01.03表 2 電纜掛鉤安裝機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù)控制方式自定驅(qū)動(dòng)方式液壓、氣動(dòng)、機(jī)械均可運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自定手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定自由度自定定位精度±5mm（ 1）根據(jù)以上相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，完成電纜掛鉤安裝機(jī)械手方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（ 2）撰寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，不少于10000 字。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容完成時(shí)間備注1總體方案設(shè)計(jì)第 3 天2繪制部件及總體設(shè)計(jì)草圖第 6 天3繪制零件圖第 8 天4繪制液壓原理圖第 9 天

5、5繪制電器原理圖第 10天6繪制正式圖第 15天7編寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第 18天8答辯第 19天四、課程設(shè)計(jì)成果要求1機(jī)械手總裝圖1 張（ 0 號(hào)圖紙）、部件圖若干張（0 號(hào)圖紙）；2全部非標(biāo)零件圖（圖紙類型是零件類型及復(fù)雜程度而定）；3液壓原理圖和電器控制原理圖各一張；4撰寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，不少于10000 字。五、考核方式專業(yè)課程設(shè)計(jì)的成績(jī)?cè)u(píng)定采用五級(jí)評(píng)分制，即優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。成績(jī)的評(píng)定主要考慮學(xué)生的獨(dú)立工作能力、 設(shè)計(jì)質(zhì)量、 答辯情況和平時(shí)表現(xiàn)等幾個(gè)方面， 特別要注意學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行工程技術(shù)工作的能力和創(chuàng)新精神，全面衡量學(xué)生的真實(shí)質(zhì)量。學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 楊曉紅、 楊

6、化動(dòng)、 花廣如2013年 1 月 13日3報(bào)告正文一、 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)1、序言工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動(dòng)作，按照預(yù)先設(shè)定的程序， 軌跡或其他要求， 實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的一種新型自動(dòng)化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn)，是在自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置，開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和搬運(yùn)工件， 完成單機(jī)自動(dòng)化和生產(chǎn)線自動(dòng)化，隨著應(yīng)用范圍的不段擴(kuò)大， 現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。 近年來， 隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展， 使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的

7、有機(jī)結(jié)合。實(shí)踐證明它可以代替代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的繁重勞動(dòng)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。電纜掛鉤安裝機(jī)械手設(shè)計(jì)。 本機(jī)械手是為安裝架空電纜掛鉤服務(wù)的。設(shè)計(jì)安裝電纜掛鉤的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)圖1 所示的工藝動(dòng)作。人在地面上操作。小車的行走（不一定在地面上），可采用手動(dòng)2、主要技術(shù)參數(shù) （見表 1， 2）表 1 電纜掛鉤的有關(guān)參數(shù)掛鉤形式使用電纜外徑吊線外徑（ mm）掛鉤重量（N/ 只）（ mm ）25 126.60.363512186.60.364518246.60.365524327.80.3665 329.01.03表 2 電纜掛鉤安裝機(jī)械手主要技術(shù)參數(shù)控制方式自定驅(qū)動(dòng)方

8、式液壓、氣動(dòng)、機(jī)械均可運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自定手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)自定自由度自定定位精度±5mm3、 電纜掛鉤安裝機(jī)械手的動(dòng)作過程機(jī)械手工作流程：?jiǎn)?dòng)手臂伸出夾緊腰部上升手腕旋轉(zhuǎn)90手臂收回腰部上升手臂伸出手腕回轉(zhuǎn)90腰部下降松開手腕旋轉(zhuǎn)90- 手臂收回 - 腰部下降 - 回歸原位4、電纜掛鉤安裝機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖由動(dòng)作要求和實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)的綜合考慮，初步擬定機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：45、 電纜掛鉤安裝機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可看出， 該機(jī)械手有 3 個(gè)自由度： 腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；臂部的水平移動(dòng)；腰部的上下移動(dòng)。I 、手部主要功能：夾緊、放松驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)II 、腕部主要功能

9、：旋轉(zhuǎn)（90°）驅(qū)動(dòng)方式：液壓III 、臂部主要功能：上下移動(dòng)（伸長(zhǎng)、縮短）驅(qū)動(dòng)方式：液壓IV、腰部 ( 機(jī)身 )主要功能：水平移動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式：液壓6、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于液壓壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏， 阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用液壓壓傳動(dòng)方式。7、機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC) 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。5二、手部的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 夾緊力的計(jì)算N K1K2K3G kgf式中， K1 安全系數(shù)，通常取1.22，取 K1=1.5K2 動(dòng)載

10、系數(shù)，K2=1+ a， a 為機(jī)械手在搬運(yùn)過程中的加速度，取最大加速g度為 3g，則 K2=4K3 方位系數(shù)，取K3 =5 ，所以， N 30.9 N1、手指手部的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式及驅(qū)動(dòng)力根據(jù)工作條件選用連桿傳動(dòng)的手部結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)力公式P2b cos2N 1a式中， b夾緊力至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離，取b=200mm ；a連桿繳銷至回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的垂直距離，取a=50mm ；連桿的傾斜角，= 30o連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，取=0.9則 P=206N所以夾持掛鉤所需的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為206N.62. 液壓缸尺寸的計(jì)算1）內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑dD 3.57 10 2 F P式中 F液壓缸推力P選定的工作壓力所以，

11、D=36.8mm, 圓整為 D=40mm2)活塞桿直徑d1d= D式中速度比；表 1和 p 的關(guān)系工作壓力 p/MPa 1012.520 20速度比1.331.46； 22表 2D 和 d 的關(guān)系1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D所以，=1.33， d=0.5D=20mm.表 3液壓缸內(nèi)徑尺寸系列810121620253240506380（ 90）100（ 110）125（ 140）160（180）200（220）250320400500630表 4活塞桿直徑系列45681012141618202225283236404550566370809

12、010011012514016018020022025028032036040073. 液壓缸壁厚和外徑計(jì)算起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸， 一般用無縫鋼管材料， 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)， 其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算py D2式中：液壓缸壁厚（m）D 液壓缸內(nèi)徑（ m）p y 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5）倍 (MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110 120MPa ；鑄鋼：100 110MPa ；無縫鋼管：100 110MPa ；高強(qiáng)度鑄鐵：60MPa ；灰鑄鐵：25MPa 。因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到 0.9mm.根據(jù)表 5 取液壓缸

13、合適外徑表 5 工程機(jī)械用液壓缸外徑系列缸徑液壓缸外徑 /mm/mmp202531.516MPa40505050545060606063.5637676838380959510210290108108108114100121121121127110133133133140125146146152152140168168168168160194194194194180219219219219200245245245245所以，液壓缸外徑D1 =50mm ，壁厚=5mm84.液壓缸工作行程的確定（參考表6）表 6液壓缸活塞行程參數(shù)系列（ mm ）255080100125160200250I3204

14、005006308001000125016002000250032004000406390110140180220280I360450550700900110014001800I220028003900240260300340380420480530I600650750850950105012001300II15001700190021002400260030003800根據(jù)工作條件，取工作行程S=50mm5.缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強(qiáng)度要求可用下面?zhèn)z式進(jìn)行近似計(jì)算。無空時(shí)t0.433D 2py有空時(shí)t0.433D 2p y D 2D 2d0式中t缸蓋有效厚度（m

15、）D 2 缸蓋止口內(nèi)徑（m）d0 缸蓋孔的直徑（m）得 t=9.5mm 圓整后得 t=10mm三、手腕部分的設(shè)計(jì)1. 任務(wù)目標(biāo)作為機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)缸，其主要的功能是實(shí)現(xiàn)手部在水平方向上的選裝，以達(dá)到手部觸及水平位置的變化要求。2 .液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)1缸體的結(jié)構(gòu)本機(jī)身采用了擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖：92材料的選擇1）要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。2）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。3對(duì)缸筒的要求1）有足夠的的剛度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)壓力不至于導(dǎo)致永久的變形。2）有足夠的的剛度， 能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)

16、生彎曲。3）內(nèi)表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少于公差等級(jí)及形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。3. 液壓缸主要技術(shù)性能參考的計(jì)算1）驅(qū)動(dòng)力作的確定根據(jù)公式 PqFmFgW Kgf試中Fm 各支承處的摩擦力Fg 啟動(dòng)時(shí)慣性力W 運(yùn)動(dòng)部件的總重量上升為正，下降為負(fù)所以 Pq480N2）液壓缸內(nèi)徑D 和活塞桿直徑d 的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式D2P1 F(D 2d 2 ) p2 F fc（ 21）44試中p1 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)的工作壓力10p2 液壓缸回油腔的背壓力，初算時(shí)無法準(zhǔn)確酸楚算出，可根據(jù)表2 2估計(jì)d活塞直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按表2 3 選

17、取；D表 7執(zhí)行元件背壓的估計(jì)系統(tǒng)類型背壓（ MPa）簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和一般的輕載截流調(diào)0.2 0.5中、低壓系統(tǒng)速系統(tǒng)0 8MPa回油路帶調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)0.5 0.8回油路帶背壓閥0.5-1.5采用帶補(bǔ)液壓泵的閉式回路0.8-1.5中等壓系統(tǒng)大于同上比中低壓系統(tǒng)高8 16MPa50%-80%高壓系統(tǒng)大于如鍛壓機(jī)械等初算時(shí)背壓可忽略不16 32MPa計(jì)表 8液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿直徑d 的關(guān)系按機(jī)床類型選取 d/D按液壓缸工作壓力選取d/D機(jī)床類別d/D工作壓力 p/(MPa)d/D磨床 .研磨機(jī)床0.2 0.3小于等于 20.2 0.3插床 .拉床 .刨床0.5大于 2-50.5 0.58鉆

18、.鏜 .車 .洗床0.7大于 5-70.620.70_大于 70.7F工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；F fc 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率cm 進(jìn)行估算。一般cm =0.90.97,將cm 代入公式（ 21）可求得 DD4Fp22p1 cmd11p1D11活塞桿直徑可由d/D 值算出 ,由計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表24 與表 2 5 圓整到，相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。D4480124.12mm0.20.40.95110.720.4查表 2 4 得， D 圓整為 125mm所以 d=0.3D=37.5 mm根據(jù)表 2 5 圓整為 36mm?；钊麠U如

19、下圖：3）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可氛圍薄壁圓筒和臂厚圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D 與其壁厚的比值 D10 的圓筒稱為薄壁圓筒。 起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料， 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)， 其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算py D2式中：液壓缸壁厚（m）D 液壓缸內(nèi)徑（ m）p y 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5）倍 (MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110 120MPa ；鑄鋼：100 110MPa ；無

20、縫鋼管：100 110MPa ；高強(qiáng)度鑄鐵：60MPa ；灰鑄鐵：25MPa 。12因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到1.25480.0630.0101m2110所以圓整壁厚為 11mm在低壓液壓系統(tǒng)中， 按上式計(jì)算所得液壓剛液壓缸的壁厚往往很小，使的缸體的剛度往往很不夠， 如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。對(duì)于 D10 時(shí)，應(yīng)按材料力學(xué)中的壁厚圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1 為D1D2所以 D11202 11142 ，圓整缸的外徑D1146mm4）液

21、壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照表 2 6 中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。表 9液壓缸活塞行程參數(shù)系列（ mm）255080100125160200250I3204005006308001000125016002000250032004000406390110140180220280I360450550700900110014001800I220028003900240260300340380420480530I600650750850950105012001300II15001700190021002400260030003800參照整體工作尺

22、寸，選擇缸的工作行程是L 300mm5）缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強(qiáng)度要求可用下面?zhèn)z式進(jìn)行近似計(jì)算。p y無空時(shí)t 0.433D 2p y D 2有空時(shí)t 0.433D 2d 0D 2式中t缸蓋有效厚度（ m）13D 2 缸蓋止口內(nèi)徑（m）d0 缸蓋孔的直徑（m）把數(shù)據(jù) D 2125mm 代入公式，算得t=14.5 圓整后得 t=15mm缸端蓋如下圖：6）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H 稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將會(huì)使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一

23、般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H 應(yīng)該滿足以下要求：HLD202式中： L液壓缸的最大行程；D液壓缸的內(nèi)徑。因?yàn)長(zhǎng)=300mmD=125mm 代入公式300125H77.5202所以 H 圓整到 80mm 既 H=100mm活塞的寬度B= （ 0.61.0） D; 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l1 ,根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑D 而定 ;當(dāng) D<80mm 時(shí) ,取 l1(0.6 1.0) D14當(dāng) D>80mm 時(shí) ,取 l1(0.6 1.0) d所以取B0.612575mm又因?yàn)?D<80mm,所以 l1102mm7) 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體的內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外型長(zhǎng)

24、度還要考慮到端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030 倍。所以缸體的長(zhǎng)度LZLBt4523015487mm8）缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，經(jīng)過查表決定選用法蘭連接。9）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。11）活塞及活塞桿處密封圈的選用查表得選用O 形密封圈。12）液壓缸的緩沖裝置查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)1液壓缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和工作要求不同可有長(zhǎng)螺栓安裝、腳架安裝、法蘭安裝、軸銷和耳環(huán)安裝等。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求我們選用尾部外法蘭安裝的安裝形式。2液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定

25、液壓缸的進(jìn)、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)計(jì)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。根據(jù)表214 選取。表 2 14 單桿液壓缸油口安裝尺寸（ mm ）缸體內(nèi)徑 D進(jìn)、出油口缸體內(nèi)徑進(jìn)、出油口25M 141.580M 27232M 141.5100M 27240M 181.5125M 27250M 221.5160M 33263M 221.5200M 422根據(jù)表 2 14選用M221.5 的進(jìn)、出油口。4.其他主要零件附圖1.非標(biāo)準(zhǔn)件1516172.標(biāo)準(zhǔn)

26、件M10 螺釘M8 螺釘18四、手臂液壓缸設(shè)計(jì)及校核1、材料的選擇1 ）要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。2 ）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。2、對(duì)缸筒的要求1 ）有足夠的的剛度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)壓力不至于導(dǎo)致永久的變形。2 ）有足夠的的剛度， 能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。3 ）內(nèi)表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少于公差等級(jí)及形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。4 ）需焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭盤接頭后，不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。3、 液壓缸的設(shè)計(jì)

27、計(jì)算1）驅(qū)動(dòng)力作的確定根據(jù)公式 PqFmFgW Kgf式中Fm 各支承處的摩擦力，320NFg 啟動(dòng)時(shí)慣性力，900NW 運(yùn)動(dòng)部件的總重量，1400N上升為正，下降為負(fù)所以 Pq3120 N2 ）液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式D2P1 F(D 2d 2 ) p2 F fc（ 21）44試中p1 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)的工作壓力，2.7MPap2 液壓缸回油腔的背壓力，初算時(shí)無法準(zhǔn)確酸楚算出，可根據(jù)表2 2估計(jì)d活塞直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按表2 3 選取；D表 2-2執(zhí)行元件背壓的估計(jì)表 2-3液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞桿直徑d 的關(guān)系F工作循環(huán)中最大的外

28、負(fù)載；F fc 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率cm 進(jìn)行估算。19一般cm =0.9 0.97, 將cm 代入公式（ 2 1）可求得 DD4Fp22p1cm11dp1D活塞桿直徑可由d/D 值算出 , 由計(jì)算所得的D與 d 值分別按表24 與表 25 圓整到，相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。D42120136.7mm0.2 10.7 20.40.95 10.4查表得， D 圓整為 140mm，所以 d=0.5D=70 mm3）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的

29、圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可氛圍薄壁圓筒和臂厚圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D 與其壁厚的比值 D10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸， 一般用無縫鋼管材料， 大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)， 其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算py D2式中：液壓缸壁厚（m）D 液壓缸內(nèi)徑 （ m）p y 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5 ）倍 (MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110 120MPa ；鑄鋼：100 110MPa ；無縫鋼管：100 110MPa ；高強(qiáng)度鑄鐵：60MPa ；灰鑄鐵：25MPa 。因?yàn)椴牧鲜氰T鋼，所以取=108MPa把數(shù)據(jù)代入上式可一得到

30、1.25401405.9mm2120所以圓整壁厚為 10mm在低壓液壓系統(tǒng)中， 按上式計(jì)算所得液壓剛液壓缸的壁厚往往很小，使的缸體的剛度往往很不夠， 如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。對(duì)于 D10時(shí)，應(yīng)按材料力學(xué)中的壁厚圓筒公式進(jìn)行壁厚的計(jì)算。20液壓缸的壁厚算出后，即可求出缸體的外徑D1 為D1 D2所以D1140210 160。mm4）液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，并參照表2 6中的系列尺寸來選取標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)工作要求，選工作行程為500mm。表 2-6液壓缸

31、活塞行程參數(shù)系列（ mm）255080100125160200250I3204005006308001001251600002002503204000000406390110140180220280II360450550700900110140180000220280390000240260300340380420480530II600650750850950105120130I000150170190210240260300380000000005）缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t 按強(qiáng)度要求可用下面?zhèn)z式進(jìn)行近似計(jì)算。p y無空時(shí)t0.433D 2有空時(shí)t 0.433D 2

32、p y D 2D 2d 0式中 t缸蓋有效厚度（ m）D 2 缸蓋止口內(nèi)徑（ m）d0 缸蓋孔的直徑（ m）把數(shù)據(jù) D 2 160mm代入公式，圓整后得t=62mm。6）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離H 稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小， 將會(huì)使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此21設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H 應(yīng)該滿足以下要求：HLD202式中： L液壓缸的最大行程；D 液壓缸的內(nèi)徑。因?yàn)?L=500mmD=160mm 代入公式H50016020105 mm2活塞的寬度 B=（ 0.61.

33、0 ） D; 缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度l1 , 根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑D而定 ;當(dāng) D<80mm時(shí) , 取 l 1(0.6 1.0)D當(dāng) D>80mm時(shí) , 取 l1(0.6 1.0)d所以取B1.0 160160mm又因?yàn)镈>80mm, 所以 l 1 1.0 160 160mm7) 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體的內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外型長(zhǎng)度還要考慮到倆端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030 倍。所以缸體的長(zhǎng)度 LZ L B 2t 500 1602 62 784mm8）缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)

34、，所以選用拉桿連接。9）活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)查表可得，選用整體式結(jié)構(gòu)。10）活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)機(jī)身主要完成上下移動(dòng)的動(dòng)作，由于工作行程較長(zhǎng)， 故選用導(dǎo)向套和花鍵軸做導(dǎo)向裝置。11）活塞及活塞桿處密封圈的選用查表得選用O形密封圈。12）液壓缸的緩沖裝置查表選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。13) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)14）液壓缸的安裝形式根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用長(zhǎng)螺栓安裝形式。15）液壓缸進(jìn)、出油口形式及大小的確定液壓缸的進(jìn)、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)計(jì)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)、出油

35、口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。根據(jù)表 2 14 選取。表 2 14單桿液壓缸油口安裝尺寸（ mm）缸體內(nèi)徑 D進(jìn)、出油口缸體內(nèi)徑進(jìn)、出油口2225M 141.580M 27232M 141.5100M 27240M 181.5125M 27250M 221.5160M 33263M 221.5200M 422五、機(jī)身液壓缸設(shè)計(jì)1、缸筒的設(shè)計(jì)（ 1）材料的選擇1 ）要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的抗熱性能，取鑄鋼為材料。2 ）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或熱處理。（ 2）對(duì)缸筒的要求1 ）有足夠的的剛度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)，試驗(yàn)壓力不至于導(dǎo)致永久的變形。2

36、）有足夠的的剛度， 能承受活塞的側(cè)向力和安裝的的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。3 ）內(nèi)表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能長(zhǎng)期工作而磨損少于公差等級(jí)及形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性。4 ）需焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊接上法蘭盤接頭后，不致于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。(3) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算1）驅(qū)動(dòng)力作的確定根據(jù)公式 PqFmFgW Kgf算得 Pq5000N2 ）液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 的確定因?yàn)槭菃位钊麠U，所以由公式D2P1 F(D 2d 2 ) p2 F fc（ 21）44式中p1 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)的工作壓力3.6MPaD4Fp22p1 cmd11p1D活塞桿直徑可由 d/D 值算出 ,由計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表圓整到，相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。D45000189.6mm0.20.40.95 110.7 20.423查表得， D 圓整為 200mm ，所以 d=0.5D=100 mm3）