蜡模制壳机械手液压系统设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

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 毕业设计（论文）任务书 学生姓名： 学号： 学 院： 专业： 任务起止时间： 毕业设计（论文）题目： 蜡模制壳机械手 毕业设计工作内容： 1、实际调研，收集相关资料，完成开题报告； 1 3 周。 2、结合生产实际，设计机械手液压系统； 4 7 周。 3、设计机械手的液压系统泵站结构图； 8 11 周。 4、设计机械手的电气控制原理 12 13 周。 5、撰写毕业设计论文，准备答辩； 14 16 周。 注：要求全部用计算机绘图和打印文稿（交打印件和电子稿 ） 资料： 1、工业机器人设计手册； 2、非标设计手册； 3、液压与气压传动； 4、相关的技术资料。 指导教师意见： 签名： 系主任意见： 签名： 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 毕业设计（论文）评语 学生姓名： 学号： 学 院： 专业： 任务起止时间： 毕业设计（论文）题目： 蜡模制壳机械手 液压系统设计 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 该课题源于生产实践，该同学在毕业设计中，态度端正，毕业设计积极自动，能把所学习相关 知识运用设计中，设计结构基本合理正确，设计论文论述正确、格式规范，能正确运用所学基本知识，较好完成任务要求，可以参加答辩。 指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 该同学论文格式规范，对机械设计有了一定了解，所指定的设计符合任务书要求，所做画纸符合要求，但在图纸的绘制和尺寸的标注需要改进，建议参加答辩。 评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计（论文）的评语： 该同学的设计符合“毕业设计任务书” 的要求，任务量适中，答辩表述清晰，能恰当的回答论文的有关提问，概念清晰，条理性强，设计的内容合理，掌握了一定的基础知识和基本技能。符合学院本科毕业设计的要求。 答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日 教务处制表 购买设计文档后加 费领取图纸 I 蜡模制壳机械手 摘 要 最近，全球内带有夹子或手的机械手系统已经发展起来了，多种方法应用其上，有拟人化和非拟人化的，不仅调查了这些系统的机械结构，而且 还包括其必要的控制系统，如同人手一样，这些机械人系统可以用它们的手去抓不同的物体，而且不用改换夹子，这些机械手具备特殊的运动能力比如小质量和小惯量，这使被抓物体在机械手的工作范围内做更复杂、更精确的操作变得可能。这些复杂的操作被抓物体绕任意角度和轴旋转。 本论文介绍了用于夹持蜡模机械手的设计。它采用液压驱动，点位程序控制，动作平稳，控制方便。本论文主要阐述该机械手的夹紧、伸缩、升降和回转的设计和计算。首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成、分类、臂部设计、液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理 设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案，在对其的结构设计的基础上，对其驱动力和驱动力力矩进行计算。着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。 关键词 液压；机械手；液压缸 购买设计文档后加 费领取图纸 ax or a of on of as to do as in s a to to a It to a of s of in in in of a a to to in as to its of of as to its of in a of to of of is do to 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 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 .械手的设计技 术参数要求 . 1 压系统的控制要求 . 1 压 泵站 的设计 步骤 . 1 压系统的注意事项 . 1 第 2 章 液压元件 的选择与专用件设计 . 3 压泵的选择 . 3 定液压泵的流量 . 3 择液压泵的规格 . 4 定液压泵的驱动功率 . 4 定电动机型号 . 5 压阀的选择 . 5 滤器 的选择 . 6 路设计 . 7 道内径计算 . 7 道壁厚 的计算 . 8 箱容量的确定 . 9 压介质的选择 . 9 第 3 章 液压系统 的总体设计方案 . 11 定基本方案 . 11 定工作方式 . 11 定调速方案 . 11 定压力控制方案 . 11 择液压动力源 . 12 制液压系统图 . 12 第 4 章 液压系统性能 验算 . 14 第 5 章 液压系统的发热温升计算 . 17 况分析 . 17 热量计算 . 18 箱容量的计算 . 19 第 6 章 设计液压装置，编制技术文件 . 20 压装置总体布局 . 20 压阀的配置形式 . 20 箱的设计要点 . 21 第 7 章 机械手的自动控制 . 23 械手的工况分析 . 23 械手电磁阀的动作顺序表 . 23 械手 制程序 . 24 购买设计文档后加 费领取图纸 结论 . 25 致谢 . 26 参考文献 . 27 附录 . 28 购买设计文档后加 费领取图纸 1 第 1章 绪论 近几年随着技术的发展，越来越多的工厂实现了生产线的自动化生产，尤其在模具制造工艺中液压机械手的应用越来越广范，而我所设计的就是蜡模制壳机械手中液压系统的设计。 本设计是为了完成蜡模制壳机的自动生产，完成蜡模机的取件、灌浆、喷砂、灌浆等三次循环的工作。通过液压系统的 5 个液压缸来完成机械手臂的回转、伸长、升降等工作过程，实现蜡模制壳的自动化生产。 械手的设计技术参数要求 夹持式手部 ) 0. 942L/、锁紧停止 压 泵站 的设计 步骤 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 定系统的主要参数 定液 压系统原理图 压系统的注意事项 途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等 作顺序及彼此联锁关系如何 动速度 购买设计文档后加 费领取图纸 2 动平稳性、转换精度等性能方面的要求 作控制方式的要求 爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求 购买设计文档后加 费领取图纸 3 第 2章 液压元件的选择与专用件设计 压泵的选择 力 p 1 +pp p p式中1p 液压缸或液压马达最大工作压力 为 2p 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失 。 p 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取： (1)管路简单、流速不大的，取 ( 0 p (2)管路复杂，进口有调 速 阀的，取 ( 0 p 预取 p =可得液压泵的最大工作压力： 确定液压泵的流量 (1) 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为 p m a q（ ）式中 K 系统泄漏系数，一般取 K= 同时动作的液压缸或液压马达的最 大总流量，可从（ 上查得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取 430 0 m / s 。 由题知系统的最大工作流量为 p m a x = 1 . 3 1 8 . 8 4= 2 4 . 4 9 2 L / m i q 则查表可预选液压泵的流量大概为 q =30L/ 购买设计文档后加 费领取图纸 4 择液压泵的规格 根据以上求得的系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25% 60%。 液压泵参数见表 2 2压泵的参数规格 排量， ml/s 32 额定压力， 号 定转速， r/60 驱动功率， 定液压泵的驱动功率 在工作循环中，如果液 压泵的压力和流量比较恒定，即（ （ 变化较平缓 。 式中 p 液压泵的最大工作压力（ q 液压泵的流量（ 3m/s ）； p 液压泵的总效率，参考表 2择 。 表 2压泵的总效率 液压泵类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 压式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。 一般情况下，则 63 . 5 0 . 0 3 0 . 8 1 0 1 4 0 0 6P 购买设计文档后加 费领取图纸 5 定电动机型号 按平均功率选出电动机功率后，还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否都在允许范围内 ，根据经验可知 电动机允许的短时间超载量一般为25%。 电动机型号见表 2 表 2动机型号 型号 定功率， 步转速， r/60 满载电流， A 载功率因数， 转电流 /额定电流， A 7 转动惯量 2m 重， 0 压阀的选择 1. 阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量， 一般选择有 国家标准 定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求 。 2. 控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也 允许有 20%以内的短时间过流量。 表 表 2导溢流阀的型号（参数如下）： 名称 先导溢流阀 公称通径， *压范围， 大流量， L/00 重量， 2向阀型号 名称 单向阀 通径， 压力， 2 流量， L/0 开启压力， a： b： 制压力， p 购买设计文档后加 费领取图纸 6 表 2向阀型号（参数如下） 名称 3 位 4 通换向阀 型号 径， 0 最大流量， L/3 公称压力， 5 允许背压， 16 表 2压阀型号 名称 减压阀 型号 入压力（油口 P）， 出压力（油口 P）， 带单向阀 压（油口 Y）， 大流量， L/ 15 液压油 矿物油（ 磷酸酯液 粘度范围 滤精度 级 表 2向节流阀型号 名称 单向节流阀 型号 径， 0 流量， L/0 最大压力， 启压力， 质 矿物液压油、磷酸酯油液 介质温度 质粘度 滤器 的选择 根据题目要求和系统性能的考虑，选择将过滤器置于压油路上， 并选择纸质过滤器型号（见表 2 表 2滤器型号 型号 80 流量， L/0 压力损失， 滤精度 ， m 180 通径， 0 连接形式 螺纹连接 购买设计文档后加 费领取图纸 7 路设 计 管、胶管、尼龙管和塑料管等 。 格低廉，但安装时弯曲半径不能太小，多用在装配比较方便的地方。厂用电钢管是无缝钢管，也可以用焊接钢管。 般只在低压系统使用。紫铜管在装配时可按需要来弯曲，但价格较贵且抗振能力较弱，也可使用氮化，要尽量少用。 料管一般只用在回油管或卸油管。 相对运动部件之间的管道。胶管分为高低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架。 胶管，可用在压力回路。低压胶管是麻线或棉线编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的回油路。 道内径计算 4 式中 q 通过管道内的流量（ 3/ 管内允许流速（ m/s） 计算出内径 d 后，按标准系列选取相应的管子 及流速的选取见表 2 表 2道允许流速推荐值 管道 推荐流速（ m/s） 液压泵吸油管道 般常取 1 以下 液压系统压油管道 3 6，压力高，管道短，粘度小取大值 液压系统回油管道 知伸缩缸 q =转缸 q =降缸q =算出油路管径 假设吸油速度 为 2m/s 1 8 . 8 4 / m i 5 m m2 m /伸 缩 缸 购买设计文档后加 费领取图纸 8 1 1 . 3 / m i 0 m m2 m /升 降 缸0 . 4 9 2 / m i . 6 m m2 m /回 转 缸假设取压油速度为 4m/s 1 8 . 8 4 / m i . 9 m m4 m /伸 缩 缸1 1 . 3 / m i . 7 m m4 m /升 降 缸0 . 4 9 2 / m i . 2 m m4 m /回 转 缸 假设取回油速度为 2m/s 1 8 . 8 4 / m i 5 m 伸 缩 缸1 1 . 3 / m i 0 m m2 m /Ld s升 降 缸0 . 4 9 2 / m i . 6 m m2 m /回 转 道壁厚 的计算 根据系统压力和流量以及钢管的系列标准选择相应满足要求的钢管壁厚 2式中 q 管道内最高工作压力 ( d 管道内径 ( b 管道材料的抗拉强度 ( 许用应力 ( 对于钢管 = （ b 抗拉强度 S 安全系数，当 p 7S=8；当 p ， S=6；当 p ， S=4）。对于铜管 25 在液压泵站中宜采用钢管连接 1 M p a 2 5 m m= = 0 . 6 2 5 m 2 0 M p 伸 缩 缸 购买设计文档后加 费领取图纸 9 1 M p a 1 0 m m= = 0 . 2 5 m 2 0 M p 升 降 缸 1 M p a 5 . 6 m m= = 0 . 1 4 m 2 0 M p 回 转 缸 箱容量的确定 初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核 。 油箱容量的经验公式为 q式中 液压泵每分钟排出压力油的容积（ 3m ）； 经验系数 （见表 2 表 2压系统经验系数 系统类型 行走机械 低压系统 中压系统 锻压机械 冶金机械 1 2 2 4 5 7 6 12 10 经计算得出油箱大致体积为 3V = 4 3 0 L / M i n = 0 . 1 2 m 油箱容量见表 2 2箱容量 7938 0 25 40 63 100 250 315 400 500 630 800 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300 在 确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出， 液压油在油箱中的容量一般为 75%，最低容量不得低于 50%，同时在油箱的设计中加入清洗油口，以及拆件口的安装。 压介质的选择 液压介质应具有适宜的粘度和良好的粘 表 2性；油膜强度要高；具有良好的润滑性能；抗氧化稳定性好；腐蚀作用小，对涂料、密度材料（见表 2具有良好的适应性；同时液压介质还应具有一定的消泡能力。 购买设计文档后加 费领取图纸 10 2压介质的密度 介质种类 矿物型 液压油 水包油 乳化液 水 磷酸酯 液化液 高水基 液化液 密度 85090030120 1000 表 2压泵用油粘度推荐值 温度 5 40轮泵 17 60片泵 P 7 17157片泵 P 7向柱塞泵 径向柱塞泵 25707据该机构的使用条件等因素，其工作温度在 60 C ，且载荷较轻，所以选用机械油，根据该系统的工作状况以及运动情况选用矿物型液压油，粘度为 25mm/s。 在使用过程中，由 于液压介质自身特性及工作环境的影响，高温、高压、氧化等物理、化学作用下，液压介质的性能指标会发生改变，当变化后的指标不能保证系统正常高效运行时，需要对工作介质进变换换油指标见表 3 3压油换油指标 项目 换油指标 换油方法 40 运动粘度变化率（）超过 +15 或 10 265 经计算 水分 大于 260 色度增加（比新油 大于 2 6540 酸值降低（）或增（） 35 264， 正戊烷不容物（） 8926A 法 铜片腐蚀（ 100， 3h） 2a 5096 注：允许采用 511 方法，使用 60石油醚作溶剂，测定式样机械杂质。 购买设计文档后加 费领取图纸 11 第 3章 液压系统 的总体设计方案 定基本方案 定工作方式 根据其工作状况确定其运动方案及其控制顺序，因为蜡模制壳的工艺顺序为先取件放置水玻璃蘸料，再放置于沙桶内喷砂，再回转 至水玻璃料筒，再回装置沙桶喷砂，再回转至水玻璃料筒，最后完成喷砂工艺，放置工件即可完成整个工艺过程。 定调速方案 该液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现 。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合 容积节流 调速。 容 积调速是靠改变液压泵排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 故选择采用柱塞式变量泵实现液压回路的调速 。 定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调 节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用 。 购买设计文档后加 费领取图纸 12 择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵 ，容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助 油源 。 油液的净化装 置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。 制液压系统图 整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。 如图 3示 图 3 购买设计文档后加 费领取图纸 13 液压系统工 况分析伸缩缸伸长至工件处 加紧缸取件 伸缩缸收缩至原位处 定位缸电磁阀通电收缩 回转缸回转 60 度 定位刚电磁阀断电复位，回转缸被定位 电磁阀 3 通电伸缩缸伸长 电磁阀 6 通电，升降缸下降 下降到位后， 5 通电升降缸上升 电磁阀 4 通电伸缩缸收缩到位 电磁阀 9 通电，定位缸得电松开 电磁阀 1 通电转动 60 度 定位刚电磁阀断电复位，回转缸被定位 电磁阀 3 通电伸缩缸伸长 电磁阀 6 通电，升降缸下降 下降到位后， 5 通电升降缸上升 电磁阀 4 通电伸缩缸收缩到位 电磁阀 9 通电，定位缸得电松开 电磁阀 2 通电转动60 度 如此循环 3 次后完成工艺过程 回转缸转动 120 度放置工件工作循环完毕。 购买设计文档后加 费领取图纸 14 第 4章 液压系统性能验算 液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升 、各种液压阀的压力损失（ 见 表 4等 。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施 。 表 4种液压阀的压力损失 溢流阀， 向节流阀， 正向 反向 单向阀， 压阀， 位 2 通电磁换向阀， 3 位 4 通电磁换向阀， 液压系统压力损失的计算如下： 压力损失包括管路的沿程损失1p，阀 类元件的局部损失2p，总的压力损失为 12p p p2264=l v d d 式中 l 管道的长度（ m）； d 管道内径（ m）； 液流平均速度（ / 液压油密度（ 3/kg m ）； 沿程阻力系数； 局部阻力系数。 伸缩缸在工作时，其管路沿程压力损失为 221 8 . 8 4 / 0 . 6 3 9 /2544q L M i n m m 20 . 6 3 9 0 . 0 2 5R e = = 6 3 9 2 3 0 02 5 m m / 购买设计文档后加 费领取图纸 15 根据液压手册规定液体的流态油临界雷诺数 定。当 位紊流。 根据计算公式 7 5 7 5= = = 0 . 1 1 7R e 6 3 9 2 2 26 4 0 . 1 1 7 9 6 0 2 . 5 0 . 6 3 9= = = = 2 2 9 3 . 1 3 P 0 . 0 2 5 2l v lP d d d 根据伸缩缸的液压系统图其工作时候要经过单向阀、 3 位 4 通电磁换向阀、单向节流阀等其液压阀的压力损失为 = 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 2 = 0 . 8 M p 所以其工作时总的压力损失为 0 回转缸在工作时，其管路沿程压力损失为 12p p p2264P = =l v ld d d 220 . 9 4 2 / 0 . 5 5 5 /5 . 644q L M i n m m 20 . 5 5 5 0 . 0 0 6R e = = 1 3 3 2 3 0 02 5 m m / 根据计算公式 7 5 7 5= = = 0 . 5 6 3R e 1 3 3 220 . 5 6 3 9 6 0 2 . 5 0 . 5 5 5= = = 3 4 7 0 0 P . 0 0 6 2lp d 回转缸在工进时经过单向阀、 3 位 4 换向阀、单向节流阀，所以其流量阀的总压 力损失 = 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 0 3 0 . 8 0 3p 以快退时其总的压力损失为： 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 2 1 . 0p 降缸在工作时，其管路沿程压力损失为： 12p p p 购买设计文档后加 费领取图纸 16 2264=l v d d 式中 l 管道的长度（ m）； d 管道内径（ m）； 液流平均速度（ m/s）； 液压油密度（ 3kg/m ）； 沿程阻力系数； 局部阻力系数。 伸缩缸在工作时，其管路沿程压力损失为： 221 1 . 3 L / M i n 2 . 3 9 91 0 m m/s 22 . 3 9 9 0 . 0 1 0R e = = 9 5 9 . 6 2 3 0 02 5 m m / 根据液压手册规定液体的流态油临界雷诺数 定。当 位紊流。 根据计算公式 7 5 7 5= = = 0 . 7 8R e 9 5 9 . 6 2 2 26 4 0 . 7 8 9 6 0 2 . 5 2 . 3 9 9= = = = 0 . 5 3 8 M P 0 . 0 1 2l v lp d d d 回转缸在工进时经过单向阀、 3 位 4 换向阀、单向节流阀，所以其流量阀的总压力损失 = 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 2 0 . 5 3 8 = 1 . 3 3 8 M p 经 过计算得给液压系统在工作时其总的额外压力损失为 于其所选用的 压力余量，该系统合格。 购买设计文档后加 费领取图纸 17 第 5章 液压系统的发热温升计算 液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。 油箱容量于系统的流量有关，一般容量可取最大流量的 3。另外，油箱容量大小可从散热角度去设计。计算出系统发热量于散热量，在考虑冷却器散热后，从热平衡角度计算出油箱容量 。 5