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购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领 取图纸 车床自动装料机械手的设计 学生姓名 杨宋建 学 号 8011212133 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 16 指导教师 雷福祥 日 期 2016 16 届毕业设计 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领 取图纸 塔里木大学机械电气化工程学院制 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领 取图纸 前 言 机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。机械手能代替人类完成危险、 重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统 柔性制造单元 一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而 目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。 本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。 关键词： 机械手 ;控制器；液压； 传感器 购买设计文档后加 费领 取图纸 目 录 1 机械手的总体设计 . 1 械手总体结构的类型 . 1 计具体采用方案 . 2 2 机械手腰座结构的设计 . 3 械手腰部的结构设计 . 3 械手手臂的结构设计 . 3 械手爪部的结构设计 . 4 的机械传动机构的设计 . 5 械手驱动系统的设计 . 6 3 理论分析和设计计算 . 9 定液压系统基本方案 . 9 定液压系统的主要参数 . 9 算和选择液压元件 . 13 压系统性能的验算 . 14 机选型有关参数计算 . 14 机型号的 选择 . 16 . 17 轮设计 . 17 校正 . 18 总 结 . 20 致 谢 . 21 参考文献 . 22 工程概况 目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人 工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率 ,降低成本 ,并使生产线发展成为柔性制造系统 ,适应现代自动化大生产 ,针对具体生产工艺 ,利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。 本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在迅速发展，越来越多的资金流向制造业，越来越多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的加工过程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻 工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。 在设计之前，必须要有一个指导原则。这次毕业设计的设计原则是：以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原理、液压、气动、电气传动及控制、传感器、可编程控制器（ 电子技术、自动控制 、机械系统仿真等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。 塔里木大学 毕业设计 1 1 机械手的总体设计 械手总体结构的类型 工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图 由于直线运动易于实现全闭 环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（ m 级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。 直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。 圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图 种机器人构造比较简单，精度还可以，常用 于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。 3. 球坐标机器人结构 球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，如图 种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。 4. 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图 节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这种类型的机器人。 塔里木大学 毕业设计 2 计具体采用方案 图 1械手 工作布局图 具体到本设计，因为设计要求搬运的加工工件的质量达 30长度达 500时考虑到数控机床布局的具体形式及对机械手的具体要求，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。该机械手在工作中需要 3 种运动 ,其中手臂的伸缩和立柱升降为两个直线运动 ,另一个为手臂的回转运动 ,综合考虑，机械手自由度数目取为 3，坐标形式选择圆柱坐标形式，即一个转动自由度两个移动自由度，其特点是 :结构比较简单 ,手臂运动范围大 ,且有较高的定位准 确度。机械手工作布局图如图 1示。 塔里木大学 毕业设计 3 2 机械手腰座结构的设计 械手腰部的结构设计 计具体采用方案 腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器人的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大 。因为齿轮传动存在着齿侧间隙，影响传动精度，故采用一级齿轮传动，采用大的传动比（大于 100），同时为了减小机械手的整体结构，齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造，尽量减小因齿轮传动造成的误差。腰座具体结构如图 2示：图 2座结构图 械手手臂的结构设计 械手手臂的设计要求 机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则； 互垂直的轴应尽可能 相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。 作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空塔里木大学 毕业设计 4 间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。 在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常 选用高强度铝合金制造机器人手臂。 计具体采用方案 因为液压系统能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。因此手臂液压缸的设计原则是缸的直径取得大一点（在整体结构允许的情况下），再进行强度的较核。 同时，因为控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的缸径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。因此，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了两个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量增加其刚度；大臂增设 了四个导杆，成正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构、稳定性的问题。 械手爪部的结构设计 器人手爪结构的设计要求 根据作业需要来设计。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的 前提下，应使自由度数尽可能的少。 至 3 个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。 计具体采用方案 通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手爪不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的 ， 3个自由度来实现机床的上下料完全足够。 具体结构见图 2里木大学 毕业设计 5 图 2械手末端执行手爪结构图 的机械传动机构的设计 在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮，圆锥齿轮，谐波齿轮，摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等。 机器人系统中齿轮传动设计的一些问题 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器用于伺服系统的齿轮减速器是一个力矩变换器。齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求，其输入电动机为高转速，低转矩，而输出则为低转速，高转矩。故齿轮传动系统 要有足够的刚度，还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一加速度时所需的转矩小，即在同一驱动功率时，其加速度响应最大。齿轮的啮合间隙会造成传动死区（失动量），若该死区是闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常使系统产生低频振荡，因此要尽量采用齿侧间隙小，精度高的齿轮；为尽量降低制造成本，要采用调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙，从而提高传动精度和系统的稳定性。 塔里木大学 毕业设计 6 械手驱动系统的设计 器人液压驱动系统 液压系统自 1962 年在世界上第一台机器人中应用到现在，已在工业机器人中获得了广泛的应用。目前 ，虽然在中等负荷以下的工业机器人中大量采用电机驱动系统，但是在简易经济型、重型的工业机器人和喷涂机器人中采用液压系统的还仍然占有很大的比例。 液压系统在机器人中所起的作用是通过电 液压动力机构进行方向、位置、和速度的控制，进而控制机器人手臂按给定的运动规律动作。液压动力机构多数情况下采用直线液压缸或摆动马达，连续回转的液压马达用得很少。在工业机器人中，中、小功率的液压驱动系统用节流调速的为多，大功率的用容积调速系统。节流调速系统，动态特性好，但是效率低。容积调速系统，动态 特性不如前者，但效率高。机器人液压驱动系统包括程序控制和伺服控制两类。 这类机器人属非伺服控制的机器人，在只有简单搬运作业功能的机器人中，常常采用简易的逻辑控制装置或可编程控制器对机器人实现有限点位的控制。这类机器人的液压系统设计要重视以下方面： （ 1）液压缸设计：在确保密封性的前提下，尽量选用橡胶与氟化塑料组合的密封件，以减小摩擦阻力，提高液压缸的寿命。 （ 2）定位点的缓冲与制动：因为机器人手臂的运动惯量比较大，在定位点前要加缓冲与制动机构或锁定装置。 （ 3）对惯量比较大的运 动轴的液压缸两侧最好加设安全保护回路，防止因碰撞过载而损坏机械结构。 具有点位控制和连续轨迹控制功能的工业机器人，需要采用电 电 液伺服阀，电 以上各类阀件与液压动力机构可组成电 压回转伺服执行器（ 各种电 据结构设计的需要，电 液伺服液压缸可以是分离式，也 可以是组合成为一体。如果是分离式的连接方式，要尽量缩短连接管路，这样可以减少伺服阀到液压机构间的管道容积，以增大液压固有频率。 在机器人的驱动系统中，常用的电 液伺服液压缸和电 可以用电 压回转执行器是一种由伺服电机，步进电机或比例电磁铁带动的一个安放在摆动马达或连续回转马达转子内的一个回转滑阀，通过机械反馈，驱动转子运动的一种电 可安装在机器人手臂和手腕的关节上，实现直接驱动。它既是关节机构，又是动力元件。 塔里木大学 毕业设计 7 器人电动驱动系统 这 些年来，针对机器人，数控机床等自动机械而开发的各种类型的伺服电动机及伺服驱动器的大量出现，为机器人驱动系统的更新创造了条件。由于高起动力矩、大转矩低惯量的交、直流电机在机器人中的应用，因此一般情况下，负重在 100下的工业机器人大多数采用电动驱动系统。 机器人的驱动系统电机的选择要根据机器人的用途、功能、结构特点，结合各类电机自身的特点、性能、结构特点以及性能价格比等综合考虑进行。根据机器人各运动轴所计算的、要求电机的转速、负载额定力矩、加减速特性、额定功率、加速功率等参数 选择电机型号。有关各类驱动电动机主要特点及性能、结构特点、用途及使用范围、适用的驱动器见 表 2 表 2机 的性能 名 称 主要特点及性能 结构特点 用途及使用范围 驱动器 小惯量直流永磁伺服电动机 电机的惯量小，理论加速度大，快速反应性好，低速性好，调速比可达 1： 10围，但低速输出力矩不大， 转子直径小，惯量小 适用于对快速性要求严格而负载力矩不大的场合 直流 服驱动器 压驱动器 有刷绕组永磁直流伺服电动机 转动惯量小，快速响应性能好；转子无铁损，效率高；换向性能好，寿命长； 负载波动对转速影响小，输出力矩平稳。 无铁心，具有轴向平面间隙 可频繁起制动、正反转工作，响应迅速，适用于机器人，数控等 直流 服驱动器， 压驱动器 大惯量永磁直流伺服电动机 输出力矩大，转矩波动小，机械特性硬度大，可以长时间工作在堵转条件下 又称力矩电机，其转子较粗 适用于驱动力矩较大的场合，因可不用齿轮传动，消除了齿轮间隙 直流 服驱动器， 压驱动器 反应步进电机 将电脉冲信号直接转换成转角，转角与脉冲数成正比，输出力矩也较大 电机转子无转租，由永磁体构成转子磁极 用于数字系 统中作为执行元件，如数控机床、机器人；开环控制 直流 服驱动器 压驱动器 同步交流伺服电动机 转速与定子绕组所建立的旋转磁场严格同步；从低度到高速，定子绕组可通过大电流，故起、制动转矩不降低，可频繁起、制动 转子由永久磁铁做成，定子有三相，转子比较细 主要用于中小容量的伺服驱动系统中，如数控、机器人等系统中 交流 频调速器 异步交流伺服电动机 转速永远低于定子绕组所建立的旋转磁场，机构简单，容量大，价格低 定子由对称三相绕组组成， 用于数控机床主轴等容量大的场合 交流 频调速器 （ 1）直流电机伺服驱动器 直流伺服电机驱动器目前多采用脉冲宽度调制（ 服驱动器。其电源电压为固定不变值，由大功率三极管作为开关元件，以固定的开关频率动作，但其脉冲宽度可以随电路控制而改变，改变了脉冲宽度也就可以改变加在电机电枢两端的平均电压，从而改变了电机的转速。塔里木大学 毕业设计 8 这种伺服驱动器一般由电流内环和速度外环组成。末级采用大功率三极管构成桥式开关电路。 服驱动器具有调速范围宽、低速特性好，响应快、效率高、过载能力强等特点。目前已广泛应用于各类数控机床、工业机器 人及其它机电一体化产品中用做直流伺服电机的驱动。 （ 2）步进电机驱动器 步进电机的控制装置主要包括脉冲发生器，环行分配器和功率放大器等几部分组成。 脉冲发生器可以按照起、制动及调速要求改变频率、以控制步进电机。环行分配器是控制步进电机各绕组按一定的次序通过的环节。它的作用是把脉冲发生器送来的一系列脉冲信号按照一定的循环规律依次分配给各绕组，以使步进电机按着一定的规律运动。 功率放大器的作用是将环行分配器输出的毫安级电流放大成安培级电流以驱动步进电机。目前功率放大器多采用高低压驱动电路。这种电路有高、低压二 组电源。当绕组刚通电瞬间让绕组接通高电压，从而使各相电流迅速建立。而当达到步进电机额定电流时仅以低电压给各相绕组供电。高电压加入的时间长短由控制电路来实现。塔里木大学 毕业设计 9 3 理论分析和设计计算 定液压系统基本方案 液压执行元件大体分为液压缸和液压马达，前者实现直线运动，后者实现回转运动。二者的特点及适用场合见表 3 表 3压缸 和液压马达的特点 名 称 特 点 适 用 场 合 双活塞杆液压缸 双向对称 双向工作的往复场合 单活塞杆液压缸 有效工作面积大、 双向不对称 往返不对称的直线运动，差动 连接可实现快进 柱塞缸 结构简单 单向工作，靠重力或其它外力返回 摆动缸 单叶片式小于 360 双叶片式小于 180 小于 360 的摆动； 小于 180 的摆动 齿轮马达 结构简单、价格便宜 高转速、低转矩的回转运动 叶片马达 体积小、转动惯量小 高速低转矩、动作灵敏的回转运动 摆线齿轮马达 体积小、输出转局大 低速、小功率大转矩的回转运动 轴向柱塞马达 运动平稳、转矩大、转速范围宽 大转矩的回转运动 径向柱塞马达 转速低，结构复杂，输出转矩大 低速大转矩回转运动 定液压系统的主要参数 液压系 统的主要参数是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 根据机构的工作情况液压缸所受的总机械载荷为 （ 3 式中， 为水平方无外载荷，故为 0； （ 1） 计算 （ 3 式中， G 为 100 g 2/81.9 塔里木大学 毕业设计 10 v t 般为 取 各值带入上式，得： =（ 2） 计算 1 （ 3 式中， 该液压缸工作压力 16 查相关手册取 =0.2 1A 启动时： 565N 运动时： 83N （ 3） 计算 机械手水平方向上有两个导杆，内导杆和外导套之间的摩擦力为 f （ 3 式中， G 为 100 f f= 带入数据计算得： =98N （ 4） 计算 回油背压形成的阻力按下式计算 2 （ 3 式中， 般为 0.3 0.5 取 =0.3 2A 虑两边差动比为 2； 将各值带入上式有， NF b 424 分析液压缸各工作阶段受力情况，作用在活塞上的总机械载荷为 088 。 2 腰部执行液压 缸工作压力计算 腰部要能顶起工件必须满足： 21 （ 3 式中， N 塔里木大学 毕业设计 11 1k 常取 ； 2k 要考虑惯性力的影响可按 12 估算，a 为液压缸在顶起工件过程的加速度 2/ 2/8.9 ， g 为重力加速度； 3k 表选取 13 k ； G 30 带入数据，计算得： 20 ； 理论驱动力的计算： 12 3 式中， p b R N 处选为 其他同上。带入数据，计算得 77 计算驱动力计算公式为： 1 （ 3 式中， 1k 处选 4k 处选 其他同上。带入数据，计算得： 20 而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，故有 （ 3 式中， P A 经计算，所需的油压约为： 塔里木大学 毕业设计 12 针对本设计是一个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性、安全性。至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路、采用合适的调速回路和元件来实现。经过仔细分析，综合考虑各方面的因素，初步确定各液压缸的基本参数如下； 表 3平伸缩液压缸参数 缸内径 壁厚 杆直径 行程 工作压力 60 10 25 400 1 因为伸缩缸的作用主要是实现伸缩直线运动这个运动形式，在其轴向上并不承受显性的工作载荷（因为手爪夹持工件，受力方向为垂直方向），轴向主要是克服摩擦力矩，其所受的载荷主要是径向载荷，载荷性质为弯矩，使其产生弯曲 变形。而且因为机械手要求具有一定的柔性，水平液压缸活塞杆要求具有比较大的工作行程。同时具有比较大的弯矩和比较长的行程，这对液压缸的稳定性和刚度问题有较高的要求。 因此，在水平伸缩缸的设计上，一是增大其抗弯能力，二是通过合理的结构布局设计，使其具有尽量大的刚度。为了达到这个目的，设计中采用了两个导向杆，以满足长行程活塞杆的稳定性和导向问题。另一方面，为增大结构的刚度和稳定性，将两个导向杆与活塞杆布局成等边三角形的截面形式，以增大抗弯截面模量，也大大增加了液压缸的工作刚度。 表 3垂直液压缸参数 缸内径 壁厚杆直径行程 工作压力 60 10 25 100 1 因为垂直液压缸所承受的载荷方式既有一定的轴向载荷，又存在着比较大的倾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作为液压执行元件，满足此处的驱动力要求是轻而易举的，要解决的关键问题仍然是它的结构设计能否有足够的刚度来抗倾 覆。这里同样采用了导向杆机构，围绕垂直升降缸设置四根导杆，较好的解决了这一问题。 （ 1）缸筒壁厚的较核 当 D/ 10 时，液压缸壁厚的较核公式如下： ) (2 （ 3 式中， D 缸的额定压力 6 时，取为 ny ； 塔里木大学 毕业设计 13 ， b 为材料抗拉强度，经查相关资料取为650 n 为安全系数，此处取 5n ； 带入数据计算，上式成立。因此液压缸壁厚 强度满足要求。 （ 2）活塞杆直径的较核 活塞杆直径的较核公式为 4（ 3 式中， F 处 b ； 带入数据，进行计算较核得上式成立，因此活塞杆的强度能满足工作要求。 算和选择液压元件 （ 1）确定液压泵的实际工作压力 11 p （ 3 式中， 1p 以定为 1p 估为（ 这里取为 1 因此，可以确定液压泵的实际工作压力为 p 514 （ 3 （ 2）确定液压泵的流量 p （ 3 式中， K （ 3 经计算得 带入上式得 m 5 q p （ 3）确定液压泵电机的功率 602 m a （ 3 式中， 前，取为 ； 塔里木大学 毕业设计 14 5 为 带入数据计算得： 工P= 根 据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取各控制元件。这部分在考虑具体的作业时根据详细的要求再结合具体情况进行详细，这里暂从略。 （ 1）查阅设计手册，选择油管公称通径、外径、壁厚参数 液压泵出口流量以 ，选取 6 ；液压泵吸油管稍微粗些，选择 8 ；其余都选为 5 ； （ 2）确定油箱的容量 一般取泵流量的 35 倍，这 里取为 5 倍，有效容积为 p （ 3 压系统性能的验算 绘制液压系统图后，进行压力损失验算。因为该液压系统比较简单，该项验算从略。本系统采用液压回路简单，效率比较高，功率小，发热少，油箱容量取得较大，因此，不再进行温升验算。 机选型有关参数计算 若传动负载作直线运动（通过滚珠丝杠）则有 负载额定功率： 40 106 （ 3 负载加速功率： 322103577（ 3 负载力矩（折算到电机轴）： （ 3 负载 2折算到电机轴）： 22 ）（ （ 3 起动时间： )(375)( 22T （ 3 塔里木大学 毕业设计 15 制动时间： )(375)( 22T （ 3 负载额定功率： 955010 （ 3 负载加速功率： 322103577（ 3 负 载力矩（折算到电机轴）： L （ 3 负载 算到电机轴）： 222 )( （ 3 起动时间： )(375)( 22T （ 3 制动时间： )(375)( 22T （ 3 式中， 0P r/ r/ m/ 载轴）， ； ； 算到电机轴上）， ； 2 2； 塔里木大学 毕业设计 16 2折算到电机轴上）， 2 ； 2 2 ； 具体到本设计，因为步进电机是驱动 腰部的回转，传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。 因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，在回转圆周方向上不存在其他的转矩，则在回转轴上有； （ 3 式中， f G 100 分度圆半径， R=350 带入数据，计算得 ； 同时，腰部回转速度定为 1r/动比定为 1/70； 且， 2l 带入数据得： 。 将其带入上（ 3（ 3 ，得： ； ； 启动时间 a ； 制动时间 ； 折算到电机轴上的负载转矩为： T 。 机型号的选择 根据以上结果，综合考虑各种因素，选择国产北京和利时电机技术有限公司（原北京四通电机公司）的减速机，具体型号 为： 时因为腰部齿轮传动比为 1： 70，步进电机经过减速后传递到回转轴，回转轴实际的步距角将为电机实际步距角的 1/70（理论上），虽然实际上存在着间隙和齿轮传动非线性误差，实际回转轴的最小步距角也仍然是很小的，故其精度是相当高的，完全能满足机械手上下料的定位精度要求。 塔里木大学 毕业设计 17 轮设计 选两个齿轮均用 35制造。 采用软齿面： 350;（标准齿形 a=20） 小齿轮调质处理： 17 取 260； 大齿轮调制处理： 17 取 220； ;52031 ;48042 ;62031 8042 速级齿轮大，对外部影响大，所以先设计低速级 初选 非对称布置，软齿面， 钢 21E 直齿的 =20， 计算 H N=N 91 4 060 N 8932 884 109 9 1 1 取 1 3H =K 3= 71 6 2 4H =K 3= M P 将 H的较小值代入 ,计算 d 3 23233 )()1( 22 塔里木大学 毕业设计 18 算中心距 0am 和齿数 Z 及圆周速度 V (2 230 取 t m= 取 md t i V si 4 01 0 0 060 42 313 计算宽度 :b= td d取 6 ; 05(343 取 算 k 值 A ,8 级精度，由图 10得动载系数 v 非对称布置，软齿面 8 级精度 低速级直齿齿轮 取 2 5 1 1 . 2 8 5 1 . 0 5 1 . 7 5A H H V （ 5 校正 333 3 31 . 7 56 6 . 1 6 7 3 . 0 5 6 6 . 1 61 . 3d d m m （ 5 337 3 . 0 5 2 . 9 2 225 取 3m （ 5 计算实际传动比 250100342 i（ 5 计算实际中心距 15022 100502 43 （ 5 计算分度圆直径 塔里木大学 毕业设计 19 0 221 0 066250计汇总 1005043 b 002m 速级齿轮弯曲疲劳强度校核 查图 10200 得齿形系数 Y 0得应力修正系数 1 55 9YS a 4S a 3 ， 5 02 5 取弯曲疲劳安全系数为 S=由图 10得弯曲疲劳寿命系数 KM p 5 33F （ 5 M p 44F （ 5 3F= M p F l i 3 （ 5 = M p i （ 5 所以 ，所以低速级齿轮齿根弯曲疲劳强度安全。 塔里木大学 毕业设计 20 总 结 本课题所设计的机械手的操作过程是由电动机和液压缸组成执行机构作为驱动，系统采用可编程控制器控制，运用步进顺序控制编程，程序简单且便于调试。通过 身 通讯接口和计算机联网，对现场操作的各项参数进行监测、修改、调整，是系统处于最佳工作状态。利用制机械手相对于其他控制方式，具有很高的可靠性，较好的性价比，较强的可操作性和实用性。就本课题设计的目的，实际应用运行良好，大大方便了工作和生活。 通过这次的毕业设计，我学到了很多东西，在做设计的过程中对工作的细心得到了提高，认识到自己对这方面的不足。并且对本设计的内容有了更好的了解，比如加深了解了可编程控制器的功能，还有机械手的工作原理等等。通过做这次
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