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1、天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 背景及及意义1.1.1论文文选题背背景在机械工工业中，应应用机械械手的意意义可以以概括如如下：（1）以以提高生生产过程程中的自自动化程程度应用机机械手有有利于实实现材料料的传送送、工件件的装夹夹、刀具具的更换换以及机机器的装装配等的的自动化化的程度度，从而而可以提提高劳动动生产率率和降低低生产成成本。（2）二二、以改改善劳动动条件，避避免人身身事故在高温温、高压压、低温温、低压压、有灰灰尘、噪噪声、臭臭味、有有放射性性或有其其他毒性性污染以以及工作作空间狭狭窄的场场合中，用用人手直直接操作作是有危危险或根根本不可可能的，而而应
2、用机机械手即即可部分分或全部部代替人人安全的的完成作作业，使使劳动条条件得以以改善。在一些些简单、重重复，特特别是较较笨重的的操作中中，以机机械手代代替人进进行工作作，可以以避免由由于操作作疲劳或或疏忽而而造成的的人身事事故。（3）可可以减轻轻人力，并并便于有有节奏的的生产应用机机械手代代替人进进行工作作，这是是直接减减少人力力的一个个侧面，同同时由于于应用机机械手可可以连续续的工作作，这是是减少人人力的另另一个侧侧面。因因此，在在自动化化机床的的综合加加工自动动线上，目目前几乎乎都没有有机械手手，以减减少人力力和更准准确的控控制生产产的节拍拍，便于于有节奏奏的进行行工作生生产。我国的机机器人
3、研研究始于于二十世世纪 770 年年代。经经过近 30 年努力力，从880年代代“七五”科技攻攻关开始始起步，在在国家的的支持下下，通过过“七五”、“八五”科技攻攻关，目目前已基基本掌握握了机器器人操作作机的设设计制造造技术、控控制系统统硬件和和软件设设计技术术、运动动学和轨轨迹规划划技术，生生产了部部分机器器人关键键元器件件，开发发出喷漆漆、弧焊焊、点焊焊、装配配、搬运运等机器器人；其其中有1130多多台套喷喷漆机器器人在二二十余家家企业的的近300条自动动喷漆生生产线（站站）上获获得规模模应用，弧弧焊机器器人已应应用在汽汽车制造造厂的焊焊装线上上。但总总的来看看，我国国的工业业机器人人技术
4、及及其工程程应用的的水平和和国外比比还有一一定的距距离，如如：可靠靠性低于于国外产产品；机机器人应应用工程程起步较较晚，应应用领域域窄，生生产线系系统技术术与国外外比有差差距；在在应用规规模上，我我国已安安装的国国产工业业机器人人约2000台，约约占全球球已安装装台数的的万分之之四。以以上原因因主要是是没有形形成机器器人产业业，当前前我国的的机器人人生产都都是应用用户的要要求，“一客户户，一次次重新设设计”，品种种规格多多、批量量小、零零部件通通用化程程度低、供供货周期期长、成成本也不不低，而而且质量量、可靠靠性不稳稳定。因因此迫切切需要解解决产业业化前期期的关键键技术，对对产品进进行全面面规
5、划，搞搞好系列列化、通通用化、模模块化设设计，积积极推进进产业化化进程。我国机器器人技术术主题发发展的战战略目标标是:根根据2ll世纪初初我国国国民经济济对先进进制造及及自动化化技术的的需求,瞄准国国际前沿沿高技术术发展方方向创新新性地研研究和开开发工业业机器人人技术领领域的基基础技术术、产品品技术和和系统技技术。未未来工业业机器人人技术发发展的重重点有:第一,危险、恶恶劣环境境作业机机器人:主要有有防暴、高高压带电电清扫、星星球检测测、油汽汽管道等等机器人人;第二二,医用用机器人人:主要要有脑外外科手术术辅助机机器人,遥控操操作辅助助正骨等等;第三三,仿生生机器人人:主要要有移动动机器人人,
6、网络络遥控操操作机器器人等。其其发展趋趋势是智智能化、低低成本、高高可靠性性和易于于集成。机器人市市场竞争争越来越越激烈,中国制制造业面面临着与与国际接接轨、参参与国际际分工的的巨大挑挑战,加加快工业业机器人人技术的的研究开开发与生生产是我我们抓住住这个历历史机遇遇的主要要途径。因因此我国国工业机机器人行行业要认认识到以以下几点点情况:第一,工业机机器人技技术是我我国由制制造大国国向制造造强国转转变的主主要手段段和途径径,政府府要对国国产工业业机器人人有更多多的政策策与经济济支持,参考国国外先进进经验,加大技技术投入入与改造造;第二二,在国国家的科科技发展展计划中中,应该该继续对对智能机机器人
7、研研究开发发与应用用给予大大力支持持,形成成产品和和自动化化制造装装备同步步协调的的新局面面;第三三,部分分国产工工业机器器人已经经与国外外相当,企业采采购工业业机器人人时不要要盲目进进口,应应该综合合评估,立足国国产。国内状况况：在我我国，机机械手技技术起步步较晚，我我国机械械手的研研发和应应用还处处在一个发展展阶段，跟跟美国日日本等一一些发达达国家相相比还有有很大的的差距，很很多产品品还需要要进口，特特别是高高灵活，高高精度的的机械手手。进入入20世世纪900年代后后，我国国机械手手的研究究开始步步入正轨轨，主要要应用于于家用电电器产品品的装配配生产线线以及半半导体芯芯片，印印刷电路路等电
8、子子产品的的装配流流水线。要要是我国国机械工工业更进进一步的的发展壮壮大，就就必须提提高其自自动化程程度和生生产效率率，将人人手操作作变为机机械手操操作。同同时，国国家应加加大对机机械手的的研发投投入，积积极开发发拥有自自主知识识产权的的产品，根根本上解解决对国国外产品品的进口口需求。国外状况况：19985年年美国联联合控制制公司研研制出第第一台机机械手。随随后联邦邦德国机机械制造造业从119700年开始始应用机机械手，主主要用于于起重运运输，焊焊接和设设备的上上下料等等作业。日日本后来来居上，子子19669年从从美国引引进两种种机械手手后大力力从事机机械手的的研究，是是工业机机械手发发展做快
9、快，应用用做多的的国家1。119788年美国国Uniimatte公司司和斯坦坦福大学学，麻省省理工学学院联合合研制出出一种UUnittmatte-VVicaarm型型工业机机械手，装装有小型型电子计计算机进进行控制制，用于于装配作作业，定定位误差差小于11毫米。联联邦德国国KuKKa还生生产一种种点焊机机械手，采采用关节节式结构构和程序序控制。在在我国，机机械手技技术起步步较晚，进进入200世纪990年代代后，我我国机械械手的研研究开始始步入正正轨，主主要应用用于家用用电器产产品的装装配生产产线以及及半导体体芯片，印印刷电路路等电子子产品的的装配流流水线。现代国际际工业中中，各种种生产流流水线
10、以以及物料料管理中中都在多多元化的的使用着着气动机机械手。但但在机械械工业中中，加工工，装配配等生产产是不连连续的，工工业机械械手就是是为实现现这些工工序的自自动化而而生产的的。国外外机械手手工业中中机械手手上下料料，减轻轻工人的的劳动强强度，并并和机床床共同组组成一个个综合的的数据加加工系统统。采用用机械手手进行装装配更是是目前研研究的重重点，国国外已研研究采用用摄像机机和力传传感系统统和微型型计算机机连在一一起，能能确定零零件的方方位达到到镶装的的目的。综上所述述，有效效的应用用机械手手，是发发展机械械工业的的必然趋趋势。1.1.2 毕业业设计的的目的毕业设计计是学生生完成本本专业教教学计
11、划划的最后后一个极极为重要要的实践践性教学学环节，是是使学生生综合运运用所学学过的基基本理论论、基本本知识与与基本技技能去解解决专业业范围内内的工程程技术问问题而进进行的一一次基本本训练。这这对学生生即将从从事的相相关技术术工作和和未来事事业的开开拓都具具有一定定意义。其其主要目目的：培养学生生综合分分析和解解决本专专业的一一般工程程技术问问题的独独立工作作能力，拓拓宽和深深化学生生的知识识。培养养学生树树立正确确的设计计思想，设设计构思思和创新新思维，掌掌握工程程设计的的一般程程序规范范和方法法.培养养学生树树立正确确的设计计思想和和使用技技术资料料、国家家标准等等手册、图图册工具具书进行行
12、设计计计算，数数据处理理，编写写技术文文件等方方面的工工作能力力。培养养学生进进行调查查研究，面面向实际际，面向向生产，向向工人和和技术人人员学习习的基本本工作态态度，工工作作风风和工作作方法。熟悉制机机械手组组成和结结构，以以及液压压驱动的的实施方方法。通过课题题的设计计锻炼和和培养自自己的工工艺文件件的编制制能力，熟熟悉常用用材料的的使用性性能，正正确选用用材料；掌握夹夹具设计计的基本本方法和和机械零零部件设设计的基基本程序序和方法法；掌握握机械加加工工艺艺的制定定过程，对对一般的的制造过过程和方方法有初初步的了了解，了了解常用用的零部部件设计计软件，并并能熟练练运用二二维及三三维软件件进
13、行设设计。定定的机械械加工工工艺所加加工的产产品能达达到图纸纸的各项项技术要要求。使使自己在在大学四四年所学学的知识识得到全全面总结结和巩固固，对以以前所学学的知识识得以温温故而知知新，更更好的掌掌握学过过的知识识，为将将来的工工作奠定定一个良良好基础础。研究方法法和手段段：调研收集集整理有有关机械械零件设设计、装装配工艺艺、机械械加工工工艺、制制造技术术等有关关资料，供供设计时时使用；了解零零件的用用途，分分析零件件的工艺艺性、尺尺寸精度度等技术术要求；分析工工艺资料料，了解解所用材材料性能能、零件件特性以以及工艺艺参数；熟悉工厂厂实际情情况，生生产车间间的加工工能力与与水平及及检测手手段等
14、。以以便能密密切联系系工厂实实际，既既方便又又经济地地进行设设计工作作。根据据任务书书的研究究内容查查阅相关关专业资料料，进行行总体和和具体的的分析、设计和计算，完成该制品的工艺分析及造型设计，包括装配图和零件图绘制，完成零件图、装配图的制作。1.2 毕业设设计的内内容和要要求（1）应应具有适适当的夹夹紧力和和驱动力力；（2）手手指应具具有一定定的开闭闭范围；（3）应应保证工工件在手手指内的的夹持精精度；（4）要要求结构构紧凑，重重量轻，效效率高；（5）应应考虑通通用性和和特殊要要求。设计参数数及要求求（1）采采用手指指式夹持持器，执执行动作作为抓紧紧和放松松；（2）所所要抓紧紧的工件件正立于
15、于传送带带上，直直径为880mmm，放松松时的两两抓的最最大距离离为11101120mmm ，11s抓紧紧,夹持持速度220mmm/s；（3）工工件的材材质为445#钢钢，重量量5kgg；（4）夹夹持器有有足够的的夹持力力；（5）夹夹持器靠靠法兰联联接在手手臂上。由由液压缸缸提供动动力；（6）伸伸缩臂行行程3000mmm；（7）机机械手腕腕回转角角度1880。工作要求求要求设计计一只机机械手，用用于给加加工设备备运送棒棒料。主主要设计计机械手手的小臂臂、手腕腕和机械械手指的的结构，均均采用液液压驱动动。完成成整装图图设计，零零件图设设计，完成液液压原理理图设计计与计算算。第二章 机械手手的总体
16、体设计2.1机机械手的的设计参参数（1）采采用手指指式夹持持器，执执行动作作为抓紧紧和放松松；（2）所所要抓紧紧的工件件正立于于传送带带上，直直径为880mmm，放松松时的两两抓的最最大距离离为11101120mmm ，11s抓紧紧,夹持持速度220mmm/s；（3）工工件的材材质为445#钢钢，重量量5kgg；（4）夹夹持器有有足够的的夹持力力；（5）夹夹持器靠靠法兰联联接在手手臂上。由由液压缸缸提供动动力；（6）伸伸缩臂行行程3000mmm；（7）机机械手腕腕回转角角度1880。2.2机机械手夹夹紧装置置设计2.2.1机械械手夹紧紧力计算算夹持器夹夹在工件件上的夹夹紧力是是设计手手部的主主
17、要依据据，所以以必须对对其大小小、方向向和作用用点进行行分析和和计算。一一般来说说，加紧紧力必须须克服工工件本身身重力所所产生的的惯性力力或惯性性力矩来来使工件件保持稳稳定的加加紧状态态。手指对工工件的夹夹紧力可可按下列列公式计计算：式（2-1）式中：安全系系数，由由机械手手的工艺艺及设计计要求确确定,通通常取，本本设计取取1.66；工件情情况系数数，主要要受惯性性力的影影响，可可根据公公式计算算出,公式中中为最大大加速度度可根据据任务书书中给出出的有关关参数可可得，得得到的数数据代人人上述公公式可得得。方位系系数，可可根据手手指与工工件位置置和工件件形状不不同进行行选定。本本设计采采用手指指
18、与工件件位置为为手指水水平放置置 ，工工件垂直直放置；手指与与工件形形状为VV型指端端夹持圆圆柱型工工件。所所以可根根据公式式计算出出。上式中代代表摩擦擦系数，代表型手指半角，此处粗略计算,如图2-1图2-11 机械械手开闭闭示例简简图工作原理理：V型型手指位位于夹持持手指之之上，通通过连接接件将活活塞杆与与夹持手手指连接接。活塞塞杆收缩缩，v型型手指处处于夹紧紧状态，反反之，处处于放松松状态。被抓取取工件的的重量，可可根据任任务书中中的参数数被抓取取的工件件最大为为，本设设计中取取其最大大值。把上述有有关数据据代人上上式（221）的的公式中中可以求求得夹持持器的夹夹紧力，取。2.2.2机械手
19、手驱动力力力计算算根据夹紧紧力和驱驱动力之之间的关关系式可可得：式代人数据据可得得出为理理论计算算值，实实际采取取的液压压缸驱动动力要大大于理论论计算值值，考虑虑手爪的的机械效效率，一一般取00.80.99，此处处取0.88，则则： ，取2.2.3机械手手液压缸缸驱动力力计算设计方案案中夹紧紧装置为为常开式式夹紧装装置，故故采用的的液压缸缸为单作作用缸，提提供推力力：式式中 活塞直直径（液液压缸内内径）活塞杆杆直径驱动压压力，由于,已已知液压压缸驱动动力=，且F=5000N5KNN表2-11荷选择择工作压压力载荷/KKN50工作压力力/MPPa0.8811.522.5334455故选工作作压力
20、PP=1MMPa 可根据公公式计算算出液压压缸内径径（活塞塞直径）：根据液压压设计手手册,见见表2-2。可的的到液压压缸内径径（活塞塞直径）DD，活塞塞杆直径径d,活活塞厚 B,缸缸筒长度度 L。表2-22液压缸缸的内径径系列（JJB8226-666）（mmm） 220 225 332 440 550 555 663 665 770 775 880 885 990 995 1100 1105 1110 1125 1130 1140 1160 1180 2200 2250由表可得得D=332 mmm活塞杆直直径 dd=0.5D=0.5532mmm=116mmm活塞厚 B=(0.661.0)DD
21、取取B=00.8DD=0.832mmm=225.66mm,取266mm.缸筒长度度 L(200300)D 取L为为1233mm活塞行程程，当抓抓取800mm工工件时，即即手爪从从张开1120mmm减小小到800mm，向前移移动大约约40mmm。取液液压缸行行程S=40mmm。液压缸流流量计算算：放松时流流量夹紧时流流量2.2.4机械手手液压缸缸的选用用选择一种种型号为为：MOOB-BB-322-833-FBB的轻型型拉杆液液压缸 其结构简简图，外外形尺寸寸及技术术参数如如下：表2-33夹持器器液压缸缸技术参参数工作压力力使用温度度范围允许最大大速度效率传动介质质缸径受压面积积()速度比无杆腔有
22、杆腔1MPaa+300 m/ss90%常规矿物物液压油油32mm12.558.61.4552.3 机械手手手爪的夹夹持误差差及分析析机械手的的定位精精度（由由臂部和和腕部等等运动部部件确定定）和手手指的夹夹持误差差的大小小决定了了夹持器器能否按按照任务务要求来来夹持工工件和把把工件送送到指定定的位置置。尤其其是在中中、小批批量生产产多品种种产品时时，工件件尺寸会会在一定定范围内内变化，从从而产生生定位误误差，为为了避免免产生这这种误差差，需要要注意选选用合理理的手部部结构参参数，见见图2-4，从从而使夹夹持误差差控制在在较小的的范围内内。在机机械加工工中，一一般情况况下夹持持误差不不会超过过，
23、而手手部的最最终误差差取决于于控制系系统补偿偿能力手手部装置置和以及及加工精精度。图2-22设计简简图工件直径径为800mm，尺尺寸偏差差，则 本设设计如图图2-33。图2-33设计简简图若把工件件轴心位位置C到到手爪两两支点连连线的垂垂直距离离CD以以X表示示，根据据几何关关系有：简化为： 该方程为为双曲线线方程，如如图2-4： 图2-4工件半半径与夹夹持误差差关系曲曲线由上图得得，当工工件半径径为时，XX取最小小值，又又从上式式可以求求出：，通常取取若工件的的半径变变化到时时，X值值的最大大变化量量，即为为夹持误误差，用用表示。在设计中中，希望望按给定定的和来确定定手爪各各部分尺尺寸，为为
24、了减少少夹持误误差，一一方面可可加长手手指长度度，但手手指过长长，使其其结构增增大；另另一方面面可选取取合适的的偏转角角，使夹夹持误差差最小，这这时的偏偏转角称称为最佳佳偏转角角。只有有当工件件的平均均半径取取为时，夹夹持误差差最小。此此时最佳佳偏转角角的选择择对于两两支点回回转型手手爪（尤尤其当aa值较大大时），偏偏转角的的大小不不易按夹夹持误差差最小的的条件确确定，主主要考虑虑这样极极易出现现在抓取取半径较较小时，两两手爪的的和边平行行，抓不不着工件件。为避避免上述述情况，通通常按手手爪抓取取工件的的平均半半径，以以为条件件确定两两支点回回转型手手爪的偏偏转角，即即下式：其中,型型钳的夹夹
25、角代入得出出： 则则，此时时定位误误差为和和中的最最大值。分别代入入得：所以，夹夹持误差差满足设设计要求求。由以上各各值可得得：取值为。图2-55 VV型手指指第三章夹夹持器腕腕部的设设计3.1 机械手手腕部设设计的基基本要求求夹持器腕腕部是操操作机的的臂部和和手部（末末端执行行器）之之间的连连接部件件，它的的功用主主要是利利用自身身的活动动度确定定被末端端执行器器加持物物体的空空间姿态态，也可可以说是是在臂部部运动的的基础上上进一步步改变或或调整工工件方位位，所以以手腕部部件具有有独立的的自由度度来扩大大机械手手的动作作范围和和使手部部适应复复杂的动动作要求求。此设设计中要要求有绕绕中轴的的
26、回转运运动。（1）力力求重量量轻、结结构紧凑凑腕部是臂臂部和手手部之间间的部件件，因此此它的动动力载荷荷和手部部的动力力载荷都都由臂部部来承担担。显然然，腕部部的结构构、动力力载荷和和重量，直直接影响响着臂部部的性能能、重量量和结构构。所以以，在设设计腕部部时，必必须要做做到结构构紧凑，重重量轻。（2）考考虑结构构，合理理布局 腕部作作为机械械手的执执行机构构，又承承担连接接和支撑撑作用，除除保证力力和运动动的要求求外，要要有足够够的强度度、刚度度外，还还要考虑虑他的灵灵活性、平平稳性和和定位精精度高等等。因此此合理布布局，解解决好腕腕部与臂臂部和手手部的连连接很重重要。（3）要要适应工工作环
27、境境的要求求对于本设设计，机机械手的的工作条条件是在在工作场场合中搬搬运加工工的棒料料，因此此不太受受环境影影响，没没有处在在高温和和腐蚀性性的工作作介质中中，所以以对机械械手的腕腕部没有有太多不不利因素素。3.2自自由度的的回转缸缸驱动的的典型腕腕部结构构如图3-1所示，采采用一个个回转液液压缸，实实现腕部部的旋转转运动。从从AA剖视视图上可可以看到到，回转转叶片（简简称动片片）用螺螺钉，销销钉和转转轴100连接在在一起，定定片8则则和缸体体9连接接。压力力油分别别由油孔孔5.77进出油油腔，实实现手部部12的的旋转。旋旋转角的的极限值值由动，静静片之间间允许回回转的角角度来决决定（一一般小
28、于于），图图中缸可可回转。腕腕部旋转转位置控控制问题题，可采采用机械械挡块定定位。当当要求任任意点定定位时，可可采用位位置检测测元件（如如本例为为电位器器，其轴轴安装在在件1左左端面的的小孔）对对所需位位置进行行检测并并加以反反馈控制制。图3.11图 3-1 液压回回转缸实实现腕部部回转结结构 图示手部部的开闭闭动作采采用单作作用液压压缸，只只需一个个油管。通通向手部部驱动液液压缸的的油管是是从回转转中心通通过，腕腕部回转转时，油油路认可可保证畅畅通，这这种布置置可使油油管既不外外露，又又不受扭扭转。腕腕部用来来和臂部部连接，三三根油管管（一根根供手部部油管，两两根供腕腕部回转转液压缸缸）由手
29、手臂内通通过并经经腕架分分别进入入回转液液压缸和和手部驱驱动液压压缸。本本设计要要求手腕腕回转，综综合以上上的分析析考虑到到各种因因素，腕腕部结构构选择具具有一个个自由度度的回转转驱动腕腕部结构构，采用用液压驱驱动，参参考上图图典型结结构。工作原理理：定片片与缸体体固定，动动片与转转轴固定定，其左左右侧分分别有进进出油口口，由于于压力油油作用，受受力不平平衡，使使动片产产生转矩矩，动片片带动转转轴回转转，通过过改变进进出油的的方向，达达到腕部部回转的的目的。图 3-2手部抓抓取缸液液压原理理图3.3 腕部结结构计算算3.3.1腕部部回转力力矩的计计算腕部回转转时，需需要克服服的阻力力有：（1）
30、腕腕部回转转支承处处的摩擦擦力矩。式（3-1）式中 ，轴承处处支反力力（N），可可由静力力平衡方方程求得得;,轴承承的直径径（m）；轴承的的摩擦系系数，对对于滚动动轴承=（0.010.002）；对于滑滑动轴承承=0.1。为简化计计算，取取，其中中，为工工件重量量，为手手部重量量，为手手腕转动动件重量量。 （22）克服服由于工工件重心心偏置所所需的力力矩。式（3-2）式中 ee工件重重心到手手腕回转转轴线的的垂直距距离，已已知e=10mmm，把把数据代代入（33-2）得得：（3）克克服启动动惯性所所需的力力矩。启动过程程近似等等加速运运动，根根据手腕腕回转的的角速度度及启动动过程转转过的角角度按
31、下下式计算算：式（3-3）式中 工件对对手腕回回转轴线线的转动动惯量；手腕回回转部分分对腕部部回转轴轴线的转转动惯量量；手腕回回转过程程的角速速度；启动过过程所需需的时间间，一般般取0.05-0.33s,此此处取00.1ss.。手抓、手手抓驱动动液压缸缸及回转转液压缸缸转动件件等效为为一个圆圆柱体，高高为2000mmm，直径径90mmm，其其重力估估算：,取G=98NN.等效圆柱柱体的转转动惯量量：已知圆柱柱体工件件R=440mmm，=1000mmm则工件件的转动动惯量为为：要求工件件在0.5s内内旋转990度, 取平平均角速速度，即即=，代入（33-3）得得：则有： 由上式可可得： 3.3.
32、2回转液液压缸所所驱动力力矩计算算回转液压压缸所产产生的驱驱动力矩矩必须大大于总的的阻力矩矩定片1与与缸体22固连，动动片3与与转轴55固连，当当a, b口分分别进出出油时，动动片带动动转轴回回转，达达到手腕腕回转的的目的。回转液压压缸的进进油腔压压力油液液，作用用在动片片上的合合成液压压力矩即即驱动力力矩。 或 式（33-4）式中 手腕回回转时的的总的阻阻力矩回转液液压缸的的工作压压力（PPa）缸体内内孔半径径（m）输出轴轴半径（mm），设设计时按按选取动片宽宽度（mm）上述动力力距与压压力的关关系是设设定为低低压腔背背压力等等于零。3.3.3回转缸缸内径DD计算由 ，得得：， 式（33-5
33、）为减少动动片与输输出轴的的连接螺螺钉所受受的载荷荷及动片片的悬伸伸长度，选选择动片片宽度时时，选用用：综合考虑虑，取值值计算如如下：r=122.5mmm，R=40mmm，b=422mm，取值为为1Mpp3.3.4液压压缸盖螺螺钉的计计算图3-33缸盖螺螺钉间距距示意表3-11螺钉间间距t与与压力PP之间的的关系工作压力力P（MMpa）螺钉的间间距t(mm)0.51.55小于15501.52.55小于12202.55.00小于10005.010.0小于800上图中表表示的连连接中，每每个螺钉钉在危险险截面上上承受的的拉力为为：，即工作作拉力与与残余预预紧力之之和计算如下下：液压缸工工作压强强为
34、P=1Mppa,所所以螺钉钉间距小小于1550mmm,试选选择2个个螺钉，所以选择螺钉数目合适Z=2个 则受力截截面由以上数数据可得得，此处连连接要求求有密封封性，故故k取，取取K=11.7。 可得所以 选择Q2235为为螺栓的的材料，安全系系数n取取1.66。螺栓的直直径由下下式得出出 ，F为总总拉力即即根据实际际螺栓的的直径dd应选择择8mmm。3.3.5静片片和输出出轴间的的连接螺螺钉动片和输输出轴之之间的连连接结构构见上图图。连接接螺钉一一般为偶偶数。螺螺钉由于于油液冲冲击产生生横向载载荷，由由于预紧紧力的作作用，将将在接合合面处产产生摩擦擦力以抵抵抗工作作载荷，预预紧力的的大小，以以
35、接合面面不产生生滑移的的条件确确定，故故有以下下等式： 式（33-6）为预紧力力,为接接合面摩摩擦系数数，取范范围中的的0.115，即即钢和铸铸铁零件件，为接接合面数数，取=2，ZZ为螺钉钉数目，取取Z=22，D为为静片的的外径，dd为输出出轴直径径，则由由（3-6）可可得： 式（33-7） 螺钉的强强度条件件为： 式（33-8） 把有关数数据代入入（3-7）得得：选择Q2235为为螺钉的的材料，则则（安全全系数），把有有关数据据带入（33-8）可可得螺钉钉的直径径，d值极极小，取取。螺钉选择择M6的的开槽盘盘头螺钉钉，如图图3.44：图3-44开槽盘盘头螺钉钉3.3.6腕部部轴承选选择腕部材
36、料料选择HHT2000，估估计轴承承所受径径向载荷荷为500N,轴轴向载荷荷较小，忽忽略。两两处均选选用深沟沟球轴承承。现校校核较小小轴径处处轴承。60055轴承基基本数据据如下：，当量动动载荷，载载荷系数数取1，则则。N为为转速，由由0.55s完成成回转，计计算得：，球轴轴承。根据以上上数据可可计算轴轴承寿命命，轴承承寿命公公式如下下：式（3-9）把数据代代入（33-9）可可得：，远远大于轴轴承额定定寿命。所以可选选用轴承承为深沟沟球轴承承60005和660088。3.3.7材料料及连接接件，密密封件选选择右端轴承承端盖与与腕部回回转缸连连接选用用六角头头螺栓，,需用4个。右缸盖与与缸体连连
37、接选用用六角头头螺栓，,需用4个。左缸盖与与缸体及及法兰盘盘连接选选用六角角头螺栓栓，,需用用4个。选用垫圈圈防松，公称尺寸为5。右端轴承承端盖与与腕部回回转缸连连接选用用六角头头螺栓，,需用4个。为定位作作用，轴轴左侧增增加一个个套筒，材材料为HHT2000，尺尺寸如下下：图3-55套筒动片与输输出轴连连接选用用六角头头螺栓， ， 需需用2个个。密封件选选择：全部选用用毡圈油油环密封封，材料料为半粗粗羊毛毡毡。右端端盖 d=440mmm, 左左右缸盖盖 d=25mmm。 27天津大学仁爱学院2013届本科生毕业设计（论文）第四章 伸缩臂臂的设计计4.1机机械手伸伸缩臂设设计基本本要求机械手伸
38、伸缩臂的的底板固固定在大大臂上，前前端安装装机械手手，完成成直线伸伸缩动作作。（1）功功能性的的要求伸缩要平平稳灵活活，动作作快捷，定定位准确确，工作作协调。（2）适适应性的的要求为了因工工件大小小不同而而随时做做出调整整，所以以要设置置成为可可调式定定位机构构。为了了减少运运动产生生的冲击击和惯性性力，因因此要求求动力和和负载大大小相适适应。（3）可可靠性的的要求可靠性是是指产品品在规定定的工作作条件下下，在预预定使用用寿命期期内能完完成规定定功能的的概率。工业机械械手可自自动完成成预定工工作，广广泛应用用在自动动化生产产线上，因因此要求求机械手手工作必必须可靠靠。设计计时要进进行可靠靠性分
39、析析。（4）寿寿命的要要求产品寿命命是产品品正常使使用时因因磨损而而使性能能下降在在允许范范围内而而且无需需大修的的工作期期限里。因因此在设设计中要要特别考考虑采取取怎样的的措施来来减少摩摩擦和磨磨损。如如：采取取润滑措措施、选选择耐磨磨材料、合合理设计计零件的的形面等等。（5）经经济的要要求机械产品品的经济济性包括括设计、制制造、和和使用的的经济性性。在制制造机械械产品的的成本中中材料费费、加工工费占了了很大的的比例。因因此设计计时必须须要合理理考虑。（6）人人机工程程学的要要求人机工程程学也称称为技术术美学，它它包括调调节有效效省力、操操作简单单、照明明适度、显显示清晰晰、色彩彩和谐、造造
40、型美观观、容易易保养维维护等。因因此在本本设计中中充分考考虑了人人机工程程学的特特点。（7）自自动报警警和安全全保护的的要求按照规范范要求，为为了确保保操作人人员的人人身安全全，设计计时必须须采取适适当的防防护措施施，这是是任何设设计的前前提。例例如因故故障造成成的突然然工作中中断，如如突然断断电、机机构卡死死等情况况。如果果不安装装报警装装置可能能会造成成人身安安全，所所以报警警装置和和安全保保护措施施必须要要有。设计参数数（1）伸伸缩长度度：3000mmm；（2）单单方向伸伸缩时间间：1.522.5SS；（3）定定位误差差：要有有定位措措施，定定位误差差小于22mm；（4）前前端安装装机械
41、手手，伸缩缩终点无无刚性冲冲击；4.2方方案设计计液压驱动动方案（1）伸伸缩原理理这里选择择的液压压油缸为为单出杆杆双作用用液压油油缸，手手臂伸出出时采用用单向调调速阀进进行回油油节流调调速；当当接近终终点时，发发出信号号，进行行调速缓缓冲（也也可采用用缓冲油油缸），靠靠油缸行行程极限限定位，采采用导向向杆导向向防止转转动；采采用电液液换向阀阀，控制制伸缩方方向。（2）液液压系统统的设计计计算液压控制制系统设设计要满满足伸缩缩臂动作作逻辑要要求，液液压缸及及其控制制元件的的选择要要满足伸伸缩臂动动力要求求和运动动时间要要求，具具体设计计计算参参考液液压传动动与控制制等相相关教材材。由于于伸缩臂
42、臂做间歇歇式往复复运动，有有较大的的冲击，设设计时要要考虑缓缓冲措施施，可从从液压回回路设计计上考虑虑，也可可从液压压件结构构上考虑虑等。设计计算算参数及及要求： 电磁磁阀流量量：要满满足伸缩缩速度的的要求。 油缸缸直径：推力大大小要能能克服机机构起动动惯性并并有一定定的起动动加速度度，要满满足运动动时间要要求。 导向向杆刚度度：按最最长伸出出时机械械手端部部的挠度度不超过过规定要要求。 定位位方式和和元件：自选。（3）结结构方案案设计及及强度和和刚度计计算 结构构方案说说明a：支座座1安装装在机器器人床身身上，用用于安装装伸缩臂臂油缸和和导向杆杆等零部部件。b：法兰兰4用于于安装机机械手，其
43、其形式和和尺寸要要与机械械手相协协调。c：液压压缸伸出出杆带动动导向杆杆同时伸伸出3000mmm，伸出出长度较较大，设设计、制制造和安安装时要要考虑液液压缸与与导向杆杆的平行行度要求求。 d：导导向杆可可采用直直线导轨轨或直线线导轴。直直线导轨轨可选用用外购件件，直接接从生产产厂家的的有关资资料中获获得所需需参数（网网上查询询直线导导轨、直直线导轴轴）。采采用直线线导轴时时可自行行设计，并并且要考考虑导向向杆的润润滑，润润滑方式式参考有有关手册册设计。 强度度及刚度度计算根据任务务书机械械手夹持持工件最最大重量量为5KKg，本本设计中中取5KKg，根根据设计计需要夹夹持器重重量取110Kgg，
44、夹持持器长度度最大约约2500mm。从从受力角角度分析析，载荷荷不大，可可参考其其它机器器作类比比设计即即可。伸伸缩臂的的机构力力学模型型如图44.2所所示。夹持器夹夹着工件件，伸缩缩臂全部部伸出，是是导杆受受力最大大的状态态,也是是变形最最大的位位置。在在此情况况下，用用材料力力学的知知识计算算它的强强度和刚刚度。图4-11 强强度和刚刚度分析析图4.3机机械手伸伸缩臂机机构结构构设计4.3.1伸缩缩臂液压压缸参数数计算1.工作作负载RR液压缸的的工作负负载R是是指工作作机构在在满负荷荷情况下下，以一一定加速速度启动动时对液液压缸产产生的总总阻力，即即： 式式（4-1）式中：-工作机机构的荷荷重及自自重对液液压缸产产生的作作用力；-工作机机构在满满载启动动时的静静摩擦力力；-工作机机构满载载启动时时的惯性性力。(1)的的确定 工件件的质量量m5.9 (kgg) 夹持器器的质量量 100kg(估计)伸缩臂臂的质量量 500kg(估计)其他部部件的质质量 115kgg(估计计)工作机构构荷重： 取=8110N(2) 的确定定 (3) 的确定定 ) 式中：为为启动时时间，其其加速时时间约为为0.110.5s=0.11s , =00.2ss把数据代代入（44-1）可可得： 取实际负负载为 ： =110002.液压压缸缸筒筒内径DD的确