1、郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计）2009 届 机械设计制造及其自动化 专业 0506061 班级全套图纸，加 153893706题 目 立式精锻机自动上料机械手设计 大臂升降及回转机构设计姓 名 学号 指导教师 职称 教 授 二 九 年 五 月 二十五 日内 容 提 要工业机械手是一种在工业生产中代替人执行危险或者重复工作的自动化装置，按照设定的程序、轨迹和要求执行抓取、搬运工作或操持工具或进行操作。它主要有执行机构、驱动系统、和控制系统组成。本文简 要介绍了机械手与其它设备的配置关系及工作过程，并对机械手的动作进行了分析，详细论述了机械手总体方案的设计，特别是对实现预期要求动作的
2、各种方案进行了比较分析，进而得出最终方案。根据手臂的动作要求，采用圆柱坐标型机械手；机械手的自由度数为四个，它 们是大臂的升降和回转运动，小臂的伸缩运动，手腕的回转运动；机械手手部结构采用两支点回转型；机械手驱动方式采用液压驱动。控制方式为点位程序控制。本次设计主要进行大臂升降及回转机构设计、手臂及伸缩结构设计、手部结构设计，重点进行大臂升降及回转设计并且对液压系统进行理论分析和比较。关 键 词双作用式油缸； 点位控制； 液压系统 ； 结构设计Design of the Automatic Loading Manipulator for the Vertical Precision Forgi
3、ng MachineAuthor : Qierpeng Tutor : LimingAbstractIndustrial manipulator is a kind of automatic devices, which substitutes people to carry out dangerous or duplicate work. It complies crawler tracks、handling work or manage or operate a tool according to set procedures and requirements. It is constit
4、uted with executive body、drive system and control system. In this paper, it has shortly introduced the position connection and work process between manipulator and other equipments. It has also given a relatively minute discussion of the manipulator overall plan, especially have compared the differe
5、nt projects to realize the require action and then given out the final scheme. According to the motion requirements of the manipulators arm, it has adopted cylindrical coordinate manipulator. The number of the manipulators freedom is four: up-down and rotating of the big arm, the straight reciprocat
6、ing motion of the small arm, revolving movement of the wrist. The fingers of the manipulator have adopted the two-points sustain round structure. The power drive of manipulator is to be used is hydraulic system and control program for points for control type. This design is mainly consist of the des
7、ign of large arm take-off and landing and rotating, the structural design of arm and telescopic arm, structural design of hand. What I mainly design is the structural design of large arm take-off and landing and rotation, and I carry out the theoretical analysis and comparison of hydraulic system.Ke
8、y wordsDouble-acting oil cylinder； Point-to-point control； Hydraulic system ； Structural design目 录1 引言（或绪论）11.1 机械手的基本概念2 1.2 机械手的分类及简史2 1.3 机械手的应用简况6 1.4 机械手的发展趋势7 1.5 机械手的组成8 1.6 应用机械手的意义11 2 总体方案及系统组成122.1 原始数据122.2 工作要求142.3 系统组成142.4 总体系统方案143 机械手的液压部分163.1 液压系统的工作原理163.2 液压传动的工作特性173.3 液压系统的组成
9、173.4 液压系统的优缺点184 夹持式手部结构195 大臂升降油缸的设计计算及选择215.1 工作载荷的计算215.2 液压缸的主要尺寸的确定225.3 液压缸主要部件的设计和材料选择235.4 校核24 5.5 关于液压缸的缓冲与排气、密封25致谢参考文献立式精锻机自动上料机械手大臂升降及回转机构设计班级：0506061 学生：齐二鹏 指导老师：李 明 职称：教授1 绪论机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直
10、接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。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，在国民经济领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的
11、技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。1.1 机械手的基本概念机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手是一种能模拟人的手臂
12、的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现 抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。我国国家标准(GB/T 12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。1.2 机械手的分类及简史工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。一、按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种：1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自
13、动机床、自动线 的上、下料机械手和“加工中心”。2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动 系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种: 简易型以“ 开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。(二) 按 驱动 方式分1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械
14、手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是: 介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和
15、粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿 条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频 率大，但 结 构较大， 动作程序不可 变。4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。(三) 按控制方式分1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置
16、，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。2、连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但 电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。机械手的简史机械手首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate
17、（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸 缩、用液 压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。1962 年美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽 然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vicarm 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误
18、差小于1 毫米。联邦德国机械制造业是从1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国 KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至 1977 年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触 觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机
19、械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中的重要一 环。1.3 机械手的应用简况现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工。随着机械手技术的发展，应用的对象还会有所改变。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等 劳动条件。
20、国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻 工人的劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。采用机械手进行装配更始目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。1.4 机械手的发展趋势目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械
21、手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同 时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完
22、成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手
23、指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图：1.执行机构(如图 1.2-1 所示)图 1.2-1（1）手部手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动 、伸屈手腕，开 闭手指。本课所指的机械手仅需开闭手指。机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中
24、以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适 应操作需要。本课所做的机械手采用二指形状。（2）手臂手臂有无关节和有关节手臂之分本课所做的机械手的手臂采用无关节臂手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。本课题所做的机械手在手臂的上升、下降、前伸、后退、左转、右转三个方向的定位均采用行程开关控制，以保证定位的精度。总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的
25、支架。2.驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占 90%以上， 电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、 齿轮 或链条、 链轮等实现回 转运动。液压驱动的优点是压力高、体 积小、出力大、运 动平缓，可无 级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6 个大气压，个别的达到 8-10 个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。
26、缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。为了减少停机时产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲机构。电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优 点是动作确实可靠，速度高，
27、成本低；缺点是不易调整。3.控制系统机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。1.6 应用机械手的意义随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、 铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：1.以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化
28、的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。2.以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低 压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动 化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手
29、，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。2 总体方案及系统组成2.1 原始数据抓重：60kg；自由度数：4 个；坐标形式：圆柱坐标；最大工作半径：1700 毫米；手臂最大中心高：2300 毫米；手臂运动参数；手臂伸缩范围：0500 毫米手臂伸缩速度：伸出 176 毫米每秒；缩回 233 毫米每秒；手臂升降范围：0600 毫米；手臂升降速度：上升 102 毫米每秒；下降 152 毫米每秒；手臂回转范围：00 200 0 (实际使用为 950)；手臂回转速度：630 每秒；手腕运动参数：手腕回转范围:0 01800；手腕
30、回转速度：201 0 每秒；手指夹持范围： 30-120 毫米；缓冲方式及定位方式：手臂伸缩：伸出时由行程开关适时切断油路，手臂缓冲，缩回时由行程开关控制返回终了位置。手臂升降：上升时是靠可调碰铁触动行程开关而发信，使电液换向阀变为“o ”型滑阀机能，切断油路而实现缓冲定位，下降时靠油缸端部节流缓冲，由行程开关控制终了位置。手臂回转：采用行程节流阀（双向使用）减速缓冲，用定位油缸驱动定位销而定位。手腕回转：采用行程开关发信，切断油路滑行缓冲，死挡块定位。驱动方式：液压控制方式：点位程序控制2.2 工作要求机械手的工艺流程：机械手原位机械手前伸机械手上升机械手抓取并夹紧机械手后退机械手左转机械手
31、前伸机械手松开机械手下降机械手右转退至原位2.3 系统组成本机械手系统由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统包括手部、手臂、手腕。驱动系统包括动力源、控制调节装置和辅助装置组成。控制系统由程序控制系统和电气系统组成。2.4 总体技术方案毕业设计的目的就是要把我们所学的比较分散的知识综合起来，并进行灵活运用。现在的发展趋势是机电一体化，因此，我们的毕业设计是要我们将“机” 、“电” 、“液”三者合并起来。“机” 即是指机械，机械手的 动作过程可以分四部分，即机械手的上升下降、机械手的前伸后缩、机械手的加紧放松、机械手的左转右转。2.4.1 动作分析工业机械手的机械机构是指它的执行系统，是机
32、械手抓持工件、进行操作及各种运动的机械部件。机械部件主要包括手部，手臂前后伸缩部分，手臂上下升降部分腰转部分以及机座。机械手的动作主要包括手部的夹紧、手臂的伸缩及回转和大臂的升降和回转。2.4.2 手部手部：包括杠杆手指，单向作用式握紧油缸等。其工作原理：物体进入手指后，拉杆手油缸作用，通过拉杆带动杠杆手指回转，实现握紧或松开动作。（1）手臂的前后伸缩部分手臂的前后伸缩部分由直线油缸带动实现。当直线油缸工作时通过活塞杆行程的变化，完成手臂的伸缩运动。（2）手臂的上下升降部分手臂的上下升降部分是由双作用式油缸实现垂直升降运动，其行程最大为 600 毫米。升降机构中，升降缸体与缸体支撑座用螺钉联结
33、，活塞杆的上端通过球形铰链上球形铰座、连接盘和导向套等组成升降机构的升降部分。当压力油经油管进到升降缸上下两腔后，推动活塞杆并带动导向套一起作升降运动。在导向套上装有导向键，它能在缸体支撑座上的键槽内滑动，用此键防止导向套升降机时可能产生的转动。用导向套作导向装置，其导向性能好， 刚 度大，工作平稳。活塞杆与连接盘间用球形铰链联结，可自动弥补导向套倾斜所引起的偏差。手臂下降运动的缓冲，由油缸底部的缓冲调节阀来实现。手臂升降行程是通过安装在侧板上的可调撞块和行程开关来控制。（3）手臂回转部分手臂回转部分主要由转盘和回转油缸组成。手臂回转油缸的转轴与一齿轮固定联接，而回转油缸的壳体又固定在手臂深锁
34、机构的中间架体上，而该齿轮又与一固定在支架上的齿圈相连。当回 转油缸的转轴带动齿轮转动时，因齿圈固定，齿轮除自转外还要绕齿圈公转，使手臂伸缩机构为一整体回转，即是手臂回转运动。回转 油缸壳体上装有行程减速阀，齿轮上装有挡块，当手臂回转时，行程减速阀与挡块相连接触动阀芯徐徐关断油路，实现手臂回转终点位置的缓冲。在支架上装有连接座，在开关座上装有组合式行程开关，在手臂回转过程中靠碰块触动组合式行程开关发出信号，控制手臂回转运动的位置。为使其精确定位，控制系统发出信号，使安装在手臂中间架上的定位油缸动作，实现插销定位。3 机械手的液压部分“机、 电、液” 中的“液”即指液压系统。液压系统相对于机械传
35、动来说，是一门新兴的技术。人类使用水力机械及液压技术虽然已有很长的历史，但是液压技术在机械领域中得以应用并取得迅速发展则是本世纪，特别是第二次世界大战以来的事。由于液压传动具有许多突出的优点，因而目前已广泛的应用在工、农业机械、机床、交通运 输、路地行走 设备、船舶控制、火炮控制、飞机、导弹等各方面。3.1 液压系统的工作原理所谓液压系统就是以液体为介质，依靠运动者的液体的压力能来传递力的。液 压系统工作是，液压泵把电动机传来的回转式机械能转变成油液的压力能：油液被输送到液压缸（或液压马达）后，又由液压缸（或液压马达）把油液的压力能变为直线式（或回转式）的机械能输出。液压系 统中的油液在受调节
36、、控制的状态下进行工作的因此液压传动和液压控制在这个意义上来说难以截然分开。液压系统必须满足其执行元件在力和速度方面的要求。3.2 液压传动的工作特性液压系统工作是外界负载越大（在有效承压面积一定的前提下）所需要的压力也越大，反之亦然。因此液压系统的由压力（简称系统的压力，下同）大小取决于外界负载。负载大，系统压力大；负载小，系统压力小；负载为零，系统压力为零。另外，活塞或工作台的运动速度（简称系统的速度，下同）取决于单位时间通过节流阀进入液压缸中油液的体积即流量。流量越大（在有效承压面积一定的前提下）系统的速度越快，反之亦然。流量为零，系 统的速度亦 为零。液压系统的压力和外在负载， ，速度
37、和流量的这两个关系称作液压传动的两个工作特性。3.3 液压系统的组成液压系统由以下五个部分组成：（1）动力元件 它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。液压泵即为动力元件。（2）执行元件 它是将液体的压力能转换为机械能的装置，以驱动部件。液 压缸和液压马达即为执行元件。（3）控制调节元件 控制调节元件是指各种阀类元件，它们的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。（4）辅助元件 辅助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等。（5）工作介质 在液压系统中使用液压油（通常为矿物油）。3.4 液压系统的优、缺点液压系统与机械、电力等传动相比。有以
38、下特点：（1）能方便的进行无级调速，调速范围大。（2）体积小， 、重量 轻、功率大。一方面，在相同 输出功率的前提下，其体积小、重量轻、 惯 性小、 动作灵敏，这对 于液压自动控制系统有重要的意义。另一方面，在体积或重量相近的情况下，其输出功率大，能传递较大的扭矩或推力（如万吨水压力等）。（3）控制和调节简单、方便、省力，易 实现自动化控制和过载保护。（4）可实现无间隙传动，运动平稳。（5）因为传动介质为油液，故液体元件有自我润滑作用，使用寿命长。6）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和推广使用。（7）可以采用大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载，从而失去了中间的减速
39、装置，使传动简化。液压传动的主要缺点：（1）漏 由于作为传动介质的液体是在一定的压力下，有时是在较高的压力下工作的，因此在有相对运动的表面间不可避免要产生泄漏。同时，由于油液并不是不可以压缩的，油管等也回产生弹性变形，所以液压传动不宜用在传动比要求较严格的场合。（2）震 液压传动中的 “液压冲击和空穴现象”会产生很大的震动和噪声。（3）热 在能量转换和传递过程中，由于存在机械摩擦、压力损失、泄漏损 失，因而易使油液发热， 总效率降低，故液压传动不宜远距离转动。（4）液压传动性能对温度比较敏感，故不宜在高温及低温下工作。液压传动装置对油液的污染也较敏感，故要求有良好的过滤设施。（5）液压元件加工
40、要求高一般情况下又要求有独立的能源（如液压泵站），这 些可能使产品成本提高。（6）液压系统出现鼓故障时不宜追查原因，不宜迅速排除。综上所述，液压传动由于其优点比较突出，故在工、农业各个部门获得广泛的应用。它的某些缺点随着生产技术的不断发展、提高，正在逐步得到克服。由于液压传动相对于机械传动有以上几个突出的优点，所以确定机械手的前伸后退、左转右转、夹紧放松三部分动作用液压传动来实现。4 手部结构机械手是一种通用性较强的自动化作业设备，手部则是直接执行作业任务的装置。大多数手部的结构和尺寸是根据不同作业任务要求来设计的。根据其用途和结构的不同，可以分为夹持式和吸附式。本设计中选用的是夹持式。5 大
41、臂升降油缸的设计计算及选择大臂部的升降油缸采用双作用式直线油缸。5.1 工作载荷的计算油缸提升的工作载荷为 F,则 FK(G+Fa)/其中 K安全系数，取 K1.5G运动部件所受的重力，若取 m300kg，则Gmg3009.82940N Fa惯性载荷，FaGa/g,取起动时油缸活塞加速度a 14m/s ,则 FaGa/g98014/9.84200N2液压缸的机械效率，取 0.9FK(G+Fa)/1.5(2940+4200)/0.911900N5.2 液压缸的主要尺寸的确定D 12214ppF其中，活塞杆直径 d 与 D 的比值，即 d/D,这里取 0.52。F工作载荷，前已 计算过， 为 11
42、900N.工件提升时有杆腔的压强，取 2MPa2p 2p工件提升时无杆腔的压强，取 0MPa1 1最后得液压缸内径也即活塞直径D 105.13mm124pF25.039674若按标准取 D115mm,则取 dD 1150.5260mm取 D115mm,d60mm。(3)液压 缸行程的制定升降液压缸的行程在总体方案中根据工艺要求已给出，这里为600mm.5.3 液压缸主要部件的设计和材料选择缸筒工程机械、锻压机械等工作压力较高的场合，常用 20、35、45 号钢的无缝钢管。其中， 20 号钢用的较少，因 为 其较软，机械强度也低，加工粗糙度不宜保证。须与缸盖、管接头、耳轴等零件焊接的缸筒用35
43、号钢，并在粗加工后调质。不与其它零件焊接的缸筒，常用 45 号钢调质，调 制处理的目的是保证强度高、加工性好，一般调质到HB241HB285。这里液 压缸筒选用 45 号钢调质.缸筒内径采用 H7配合。内孔表面的粗糙度，当活塞采用橡胶密封圈时，取R0.4 R0.1。活塞活塞材料常用耐磨铸铁、铝合金或钢外面覆盖一层青铜、黄铜和尼龙等耐磨套。本方案活塞材料选用 45 号钢。缸盖及活塞杆导向套缸盖采用 35 号钢或 45 号钢锻件，或 ZG35、ZG45 及HT250、HT300、HT350 等铸铁材料。活塞杆 导向套可以是缸盖本身，但最好在内表面堆焊黄铜、青铜或其它耐磨材料。活塞杆导向套也可另外压
44、入，采用铸铁、黄铜、青 铜、或尼龙。 这里材料选取 45 号钢。活塞杆活塞杆有实心和空心两种。实心的用 35 或 45 号钢，要求高的可用40Gr 钢。空心的用 35 号、45 号无缝钢管、并要求活塞杆的一端留出焊接和热处理的通气孔 。缸的活塞杆也选 45 号钢。0d5.4 校核（1）刚筒壁厚在中低压液压系统中，刚筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要校核。（2）活塞杆直径的校核d F4式中 F活塞杆上的作用力 活塞杆材料的许用应力， b/1.4b598MP ad 50.35mmF45981.30所以活塞杆符合要求。（3）缸盖固定螺栓的校核ds zkF2.5式中 F液压缸负载 ；K螺纹拧紧系数
45、，k1.121.5；Z固定螺栓个数；螺栓材料的许用应力； s/(1.222.5), s为材料屈服点s225 MP ads 3.6mmzkF2.525814.390故联接螺栓符合要求。5.5 关于液压缸的缓冲与排气、密封以上设计液压缸负载不是很大，而且运行速度慢，所以不设置制动机构。这 两个液压缸直径和行程不是很大，不再专门设置排气装置，安装时一次将气排空。关于密封，活塞与缸筒间、缸筒与活塞杆导套间采用 O 型密封圈,活塞杆与活塞杆导套间 采取 Y 型密封圈，Y 型密封圈的唇边面向高压区。为防止大臂安装后会出现偏心，在安装现场调配平衡重。致 谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，
46、作为一个本科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在论文写作过程中，得到了李明老师的亲切关怀和耐心的指导。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上给我以无微不至的关怀，除了敬佩李明老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在
47、论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后我还要感谢我的母校四年来对我的栽培！参 考 文 献1、杨黎明.机械零件设计手册.第一版.国防工业出版社,1986,122、吴宗泽.机械设计. 第一版.中央广播电视大学出版社,1998,23、卢颂峰.机械设计课程设计手册. 第一版.中央广播电视大学出版社,1998,44、非标准零件手册.第三版.国防工业出版社5、液压与气动传动.机械工业出版社6、机械手及其应用.机械工业出版社7、液压元件样本.机械工业出版社8、杨长能, 张兴毅.可编程序控制器基础及应用. 第一版.重庆大学出版社,1992,19、左建民.液压与气压传动.第二版.北京:机械工业出版社,1999,510、孙燕华.AutoCAD2000 机械制图.北京:机械工业出版社,2002,911、顾京.数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2003,912、陈立德.机械设计基础课程设计指导书.第二版.北京:高等教育出版社,2004,613、金大鹰.机械制图.北京:机械工业出版社,2001,714、柴鹏飞.机械设计基础.北京:机械工业出版社，2004,8
