摘要機械工業是為國民經濟提供裝備和人民生活耐用消費品的產業。隨著世界經濟的發展，機械工業的規模和技術水平已成為衡量一個國家發展水平的重要標志。因此，世界各個國家都把發展機械工業作為發展本國經濟的戰略重點。隨著工業革命的不斷變革，在各個工業領域中機械手的地位變得越來越重。本篇文章主要記述了機械手的設計計算過程。首先，本文介紹了機械手的發展和機械手的用途，組成，分類等，說明自由度和機械手整體座標的樣式。同時，文章給出了這臺機械手主要的性能規格參量。文章中介紹了機械手的設計原理與設計方法。全面詳盡的討論了機械手各主要組成部分的結構設計。關鍵詞:機械手;液壓傳動;液壓缸；AbstractMachineryindustryistoprovideequipmentforthenationaleconomyandpeople'slifeanddurableconsumergoodsindustry.Withthedevelopmentofworldeconomy,scaleandtechnicallevelofmachineryindustryhasbecomeameasureofanimportantsymbolofanation'sdevelopment.Therefore,theworldallcountriestodevelopmachineryindustryasastrategicprioritytodevelopnationaleconomy.Withtheconstantchangeoftheindustrialrevolution,invariousindustrialfieldsinthepositionofthemanipulatorisbecomingmoreandmoreheavy.Thisarticlemainlydescribesthedesignandcalculationprocessofthemanipulator.First,thispaperintroducesthedevelopmentanduseofthemanipulatorofthemanipulator,composition,classificationandsoon,thedegreesoffreedomandthestyleofthemanipulatoroverallcoordinates.Atthesametime,thearticlegivesthemainperformancespecificationsofthemanipulatorparameters.Thearticleintroducesthedesignofthemanipulatorprincipleanddesignmethod.Comprehensiveanddetaileddiscussedthestructuredesignofthemaincomponentofmanipulator.Keywords:Manipulator;Hydraulicpowertransmission;Hydrauliccylin-de.目錄第一章引言 1第二章手部結構設計 ：缸筒外徑；D：缸筒內經；故可得：QUOTE則可得：。為了使缸筒在工作時不使其發生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力QUOTE值應該和塑性變形壓力有一定的比例范圍：(2-6)(2-7)：缸筒發生塑性變形的壓力；而，則?。凰裕罕疽簤焊鬃畲蠊ぷ鲏毫?.6Mpa，故設計選擇的壁厚符合要求。缸筒的底部厚度計算（因為缸筒底部為平面，所以它的厚度可以按照四周嵌住圓盤的強度公式進行近似計算得）：(取QUOTE)故QUOTE。缸筒端部法蘭厚度的計算：(2-8)選用M6的沉頭螺釘；初選，；則為了防止油液的泄漏，兩端內需裝入O型密封圈，所以端蓋向內凹處厚度選為7mm；即整個端蓋厚度14mm。2.2.4液壓缸活塞桿的確定及校核對于雙作用單活塞桿的液壓缸，其活塞桿直徑d，可依據往復運動速度比QUOTE的要求初步按下式計算活塞桿直徑d：(2-9)：缸筒內徑；：速度比；由機械設計手冊查得：；由機械設計手冊查得：；大體估計整個液壓缸加上油液的重量約為25N?；钊麠U強度的計算： (2-10)（活塞桿在穩定工況下，只受軸向推力或拉力）；而（活塞桿選用45號鋼）；故可知，所以滿足工作時的強度要求。2.2.5活塞的最大行程活塞桿一般為細長桿，當時，由歐拉公式推導得：（2-11）：活塞桿彎曲失衡臨界壓縮力；：活塞桿縱向壓縮力；：安全系數，通常；：材料的彈性模數，材鋼；：活塞桿橫截面慣性矩；取N；則：由機械設計手冊得取取活塞桿標準行程。2.2.6缸蓋螺釘的計算缸蓋用受軸向載荷的螺釘組聯接，工作載荷（N）：(Z取6)（2-12）則。；；：剩余預緊力；螺釘強度條件：即；：料的許用應力；因Mpa；為安全系數，則取3；則選用標準六角螺栓6M。2.2.7液壓缸其它元件的確定缸蓋的材料：因為缸蓋的另一用途是活塞桿的導向套，所以缸蓋選用鑄鐵，擬定HT200?；钊牟牧希簾o導向環的活塞可用耐磨鑄鐵，灰鑄鐵（HT300,HT350），球墨鑄鐵；故初步擬定為HT300密封圈的選擇：選用O形橡膠密封圈，選取橫截面為圓形，標準直徑，型號為。油口接頭的確定：因為油口孔大多數是屬于薄壁孔（其指的是孔的長度與直徑之比的通孔）。通過薄壁孔的流量按下面公式計算：(2-13)式中：為流量系數，接頭處大孔與小孔之比大于7時，，小于7時，；：油孔的截面積；：液壓油的密度；：油孔前腔壓力；：油孔后腔壓力；：油孔前后腔壓力差；推導可得式子：(2-14)：液體的流量；：按推薦值選定，一般；取標準值。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文第三章上升缸設計第三章上升缸設計圖3.1上升缸結構圖3.1上升缸活塞桿受力分析圖3.2上升缸活塞桿受力圖一個人的因：；；；；得出：。選標準值,選活塞桿直徑。因：（）選取標準值：選取標準值：所選液壓缸的壁厚為：3.1.1缸筒壁厚驗算額定壓力：(3-2)則知符合。為了缸筒在工作時不發生塑性變形,液壓缸的額定壓力值應該和塑性QUOTE變形壓力有一定的比例范圍：：缸筒發生完全塑性變形的壓力則：選取，本液壓缸最大工作壓力為2.5Mpa.故設計選擇的壁厚可滿足要求。缸筒底部厚度計算：取。3.1.2缸筒端部法蘭厚度計算(3-3)選用M6沉頭螺釘初定。選定螺栓為M6,所以初選,。為了防止油液的泄露兩端蓋內需要裝入O型密封圈，所以蓋內凹處厚度選用為8mm，即整個端厚度為16mm。3.1.3液壓缸其它元件的確定缸蓋的材料：缸蓋本身因為又是活塞桿的導向套，所以缸蓋選用的材料為鑄鐵擬定HT200。活塞的材料：無導向環的活塞可用耐磨鑄鐵，灰鑄鐵（HT300，HT350），球墨鑄鐵，初步擬定為HT300。密封圈的選擇：密封件大多采用O型密封圈，參考機械手冊可知，O型密封圈的標準值，即截面直徑，故端蓋厚度符合要求。管接頭的確定，由公式得：(3-4)：液體流量，L/min；v按推薦制選定，一般。求得，取標準值。3.1.4液壓缸行程確定由公式：（3-5），選用,可選行程為250mm，所以整個液壓缸的長度為。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文第四章底座的設計第四章底座的設計4.1底座材料及尺寸的選定初步擬定底座上底版和臂座以及連接板均采用200HT，底板邊長為640mm，高為438mm的方鑄鐵，臂座采用邊長為600mm，高為70mm的方鑄鐵，連接板邊長為400mm，高為25mm的圓鑄鐵，立柱為80mm直徑，高為460mm的圓鑄鐵，回轉缸固定在連接板和底板中間，采用螺栓連接。估算底座重量約為650N。4.2底板螺栓的確定受扭轉力矩以及翻轉力矩的螺栓組連接，初步擬定底板用8個螺栓，螺栓中心距翻轉軸距離270mm。公式：（4-1）其中：：防滑系數，；T：扭轉力（N/m）；f：摩檫系數，；r1,r2,r3……：螺栓中心至底板旋轉中心的距離；4.2.1受翻轉力矩的螺栓組連接公式：（4-2）其中：：螺栓所受的最大工作載荷（N）；：對稱軸線左側各螺栓軸線到對稱軸線的距離（mm）；：中最大值（mm）；M：各運動工件的偏重力矩；求得：4.2.2缸蓋螺釘的計算公式：（4-3）其中：Q：工作載荷(N),；P：缸蓋所受的負載液壓力(N)；Z：螺釘數目；D：螺釘中心所在圓的直徑(mm)；P：油缸內油液的工作壓力(Mpa)；：剩余鎖緊力對于要求緊密的連接,,，?。还剑?4-4)：材料的許用應力，，n：安全系數，，；；，；；取標準開槽沉頭螺釘M16QUOTE100。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文第五章計算和選擇液壓元件第五章計算和選擇液壓元件5.1閥的種類和功用5.1.1壓力控制閥其作用主要是控制系統中油液的壓力大小，用來達到機械手運動時所需要的輸出力（或力矩）。這種類型閥主要包括溢流閥、液壓閥、安全閥和壓力繼電器等。溢流閥其主要功用是維持液壓系統中的壓力趨于穩定，也可以作安全閥使用，以防止液壓系統壓力超負荷，還可以作卸荷閥用，以減少液壓系統的功率損耗和發熱量。減壓閥其主要功用是使閥的出口壓力低于進口壓力，并使液壓系統某一部分的壓力低于油泵的穩定壓力。5.1.2流量（速度）控制閥（流量閥）它的作用主要是控制液壓系統中油液流量的大小，用來實現機械手執行機構所要求的運動速度，如節流閥、調速閥。節流閥亦稱簡式節流閥，其主要功用是以節流的形式改變所通過的流量大小，使執行機構得到不同的運動速度。它也可作背壓閥和截止閥使用。調速閥亦稱復式節流閥，它是由減壓閥與節流閥串聯而成，用以保證節流閥進出口壓力差趨于穩定，從而調節流量時不受外界負荷的變化影響。5.1.3方向控制閥其主要功能是控制液壓系統中的油液流動方向，用來達到機械手的執行機構所要求的運動方向，如電磁換向閥等。電磁換向閥是利用其電磁鐵線圈通電后通過電磁鐵帶動閥芯完成換向工作的。按電源的不同。它又分為交流和直流兩類；而按閥芯位置數和油路數又可分為二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通和三位五通等。閥類的選擇原則，是根據通過閥門的流量，工作壓力及要求的通路等因素結合產品的規格型號進行選取。5.2擬定液壓系統5.2.1換向回路所有換向閥選用O型三位四通換向閥。選人控閥便于人工控制，選中位為O型定位準確。5.2.2調速方案該系統功率較小，所以選簡單的進油路節流閥調速，同理可見選用單泵供油，力求獲得較好的經濟性。5.2.3系統的安全性為防止俯仰缸因為自重導致自由下滑，在仰起一定角度后自由下滑，所以都采用液控單向閥來控制其平衡。為樂保證夾緊缸工作的可靠性所以選用液控單向閥保壓和鎖緊。5.2.4合成并完善液壓系統壓力繼電器在夾緊工件后發出訊號，讓微機控制其它缸開始運動。二位二通電磁換向閥用于系統卸荷。5.3油泵的選擇5.3.1確定油泵的工作壓力公式：（5-1）P：油缸的最大工作油壓（Mpa）；：管道和各閥的全部壓力損失之和，。因，估算。取。5.3.2計算液壓泵的流量油泵的流量應該根據各系統回路，按設計其要求在工作時實際所需的最大流量，并考慮系統的總泄露量來確定，即：：是在系統中同時工作的所有并聯油缸，按最大的速度運動時需要的總量()。K:考慮系統油液泄露的系數，一般取K=1.10QUOTE1.25。所選油泵的額定流量，應該大于上述計算的數值，但也不宜過大，避免浪費動力和引起油溫的突然升高。根據手冊選標準的定量單片葉泵YB，,，。5.3.3確定油泵所需要的電動機功率公式：（5-2）N：油泵所需要的電動機功率；：所需油泵的工作壓力（Mpa）：油泵的額定流量（）；：油泵的總效率，一般葉片泵??；選電動機Y801-4,,。5.4液壓系統中的輔助裝置1油箱的主要功用是存儲液壓油使供給液壓系統的工作液壓油不會出現缺失，同時達到散發熱量(在工作環境溫度較低時可以保持液壓油中的熱量)、沉淀液壓油中雜質和溢出混在液壓油中的氣體等作用，因此其容積不宜太小。最小容積應能貯存整個液壓系統都充滿油液還稍有富余。目前液壓驅動機械手的油壓一般多為中壓（）范圍內，油管容積一般是油泵每分鐘流量的倍以上。5.4.1油箱容積的確定從油箱的散熱和沉淀雜質等方面考慮，油箱的體積越大就越好，但也因油箱的體積過大導致占空間，難移動，操作不方便等。油箱的有效容積是指油位高度大約是槽體積高度的80%。因此，油箱的有效容積應根據加熱的原理的液壓系統設計計算和熱平衡。一般條件下，油箱的有效容積可以根據油泵的額定流量計算公式：；v：油箱的有效容積,(QUOTE)；QUOTE：與系統壓力有關的經驗數字；低壓系統中，中壓系統中，高壓系統中，取。：液壓泵的額定流量，（）；擬定長、寬、高分別為640mm,500mm,438mm,底座高為38mm。5.4.2油箱的結構圖4.2油箱的結構簡圖5.5液壓系統中的輔助裝置2油管：有紫銅管、塑料管、尼龍管和軟管等，應根據油管的壓力，流量、裝置條件和工作部位等不同進行選取。紫銅管彎曲較方便，容易裝配，承受壓力65QUOTE100公斤/厘米以下，對機械手來說一般還是夠用的，故采用較多。橡皮管多用于高壓和有相對運動的部件上較為方便。尼龍和塑料管已逐漸廣泛采用。尼龍管可用于低壓或中壓系統中，而塑料管則可用于回油管系統中。管接頭：在管路中應采用管接頭進行連成管路時，必須注意緊湊、美觀、整齊等。在手部和腕部所用的油缸，如果在外部有很多較長的軟管輸油，就有可能會影響機械手的運動，甚至損壞油管。因此，常將從液壓操作板來的油管在遠離手部處集中輸入，然后根據結構的特點在油缸壁或活塞桿、導向桿等內部鉆孔輸油，采用回轉接頭或伸縮油管將油液輸往手部或腕部動作的油缸內。濾油器：它的主要作用是濾油，以保證油液的清潔，防止油泵和液壓系統中其它元件的擦傷，咬死或堵塞節流閥和管路小孔而影響機械手工作。網式過濾器結構簡單，清洗方便，通用性好。但濾油強度強度較大，抗腐蝕性能較好，制造較簡單，過濾精度較高，可是一旦本身的顆粒有脫落，則會影響過濾精度。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文結論結論機械手主要優點是：1.工作環境工作時間長，可重復的流程，維護生產線的正常工作。2.運動精度，靈活，尤其是在計算機的控制下，可達到很高的精度。3.對環境的要求簡單，可用于粉塵，易燃，易爆糟糕的工作環境。4.工作效率高，提高勞動生產率的同時也降低了生產成本。5.良好的通用性，除了特定的目的，簡單的改變手部，就能完成噴涂，焊接的要求。本文所設計的機械手綜合運用了機械設計，材料力學，金屬工藝學，熱處理，技術測量配合與公差，機械制圖，機械原理，理論力學等知識，主要是運用在那些簡單，頻繁的操作中來代替人的勞動進行工作。就本次設計而言，我在所掌握的資料的基礎上，增加了對液壓缸設計過程以及機械手手部和手腕結構的分析和液壓控制系統的原理，這使我加深了對液壓系統和有關機械手知識的認識和理解，鞏固了以前書本上的理論知識。最重要的是，在這次設計中，我學會了液壓設計的步驟以及分析和解決問題的方法。開闊了視野，增加了自己的知識面，同時也鍛煉了自己獨立思考和實際動手的能力。但是，在這次設計中也存在著一些不可避免的欠缺和不足。主要是因為缺少設計經驗，對許多的細節問題考慮不周，希望老師給予批評和指導，我會在以后的學習和設計工作中不斷的完善和糾正自己，努力的提高自己的專業素質。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文參考文獻參考文獻[1]董林福,趙艷春.液壓與氣壓傳動[M].沈陽：化學工業出版社,2006：15-36.[2]章宏甲,黃誼.液壓傳動[M].上海：機械工業出版社,2007：27-59.[3]成大先.機械設計手冊[M].沈陽：化學工業出版社,2008:12-31.[4]孫志禮,冷興聚,魏延剛等.機械設計[M].沈陽：東北大學出版社,2000：19-25.[5]王承義.機械手及其應用[M].北京：機械工業出版社,1981：13-78.[6]加藤一郎.機械手圖冊[M].上海：上?？茖W技術出版社,1979：27-42.[7]劉朝儒,彭福蔭,高政一.機械制圖[M].北京：高等教育出版社,2002：25-30.[8]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社,2012:11-15.[9]張玉，劉平．幾何量公差與測量技術（第3版）[M]．沈陽：東北大學出版社，2006：17-97[10]濮良貴，紀名剛.機械零件[M].北京：高等教育出版社，1995:47-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