摘要現(xiàn)在的機(jī)械手使用液壓驅(qū)動(dòng)作為常用的一種驅(qū)動(dòng)方式。液壓技術(shù)的進(jìn)步與成熟使得其應(yīng)用領(lǐng)域也隨之?dāng)U寬，人們將其廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上幫助人們減輕勞動(dòng)力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為燈殼沖壓上下料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)是為燈殼沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線用伺服型下料機(jī)械手配備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，重點(diǎn)在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。具體任務(wù)為：機(jī)械手總體布局圖，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，液壓系統(tǒng)原理圖，液壓泵站裝配圖，集成塊零件圖并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、外文資料翻譯和中英文摘要各一份。本文主要敘述了液壓缸的伸縮和回轉(zhuǎn)方面的設(shè)計(jì)和挑選思路及計(jì)算問題。其中包括了液壓缸的參數(shù)設(shè)計(jì)選擇，完成對各種液壓元件的選擇例如伺服閥，冷卻器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇，集成塊的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的總體安裝和維護(hù)及注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞；機(jī)械手；液壓泵站；液壓系統(tǒng)；四自由度AbstractToday'smanipulatorsusehydraulicdriveasacommondrive.Withthedevelopmentandmaturityofhydraulictechnology,itsapplicationfieldhasbeenwidened,andpeoplearewidelyusedinvariousautomatedproductionlinestohelppeoplereducethelaborforce.Thegraduationdesignforthehydraulicsystemdesignofmaterialmanipulatorshellstamping,themaintaskofthegraduationdesignisequippedwithadrivingsystemofautomaticproductionlineforshellstampingwithservomanipulator,withemphasisonthedesignandcalculationofhydraulicsystem.Thespecifictasksare:masterplanofmechanicalhand,hydraulicsystemdesignandcalculation,theprinciplediagramofhydraulicsystem,hydraulicpumpassemblydrawing,partdrawinganddesigntheintegratedblockcalculationofacopyofthemanual,andintheEnglishforeignlanguagetranslation.Thispaperdescribesthedesignandselectionofhydrauliccylindertelescopicandrotaryandcalculationproblems.Includingtheselectionofdesignparametersofthehydrauliccylinder,completedonthechoiceofhydrauliccomponentssuchasservovalve,cooler,drivemotorselectionandverification,chipdesign,installationandmaintenanceofhydraulicsystemandprecautions.Keywords：Manipulator；Hydraulicdrive；Hydraulicpumpstation；Fourdegreeoffreedom目錄摘要 IAbstract IITOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 51.1機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用. 51.2機(jī)械手的組成 51.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 51.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 61.2.3控制系統(tǒng) 61.2.4位置檢測裝置 7第2章機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 72.1要求設(shè)計(jì)的下料機(jī)械手的規(guī)格參數(shù) 82.2下料機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu) 82.2.1手臂升降、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 82.2.2手臂伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 10第3章下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)工作原理 123.1下料機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式 123.2液壓系統(tǒng)的組成 123.3下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)工作原理 14第4章下料機(jī)械手液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 164.1手臂伸縮油缸的計(jì)算 164.1.1伸縮缸載荷分析 164.1.2伸縮缸的尺寸計(jì)算（外伸） 174.1.3計(jì)算伸縮缸外伸時(shí)的流量 184.1.4計(jì)算伸縮缸回縮時(shí)壓力 184.1.5縮缸長度的確定 194.1.6計(jì)算縮缸回縮時(shí)的流量 194.2手臂回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 194.2.1回轉(zhuǎn)油缸的力矩計(jì)算 194.2.2回轉(zhuǎn)油缸的排量計(jì)算 204.3夾緊油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 204.3.1工作負(fù)載的分析 204.4計(jì)算夾緊油缸壓力 214.4.1夾緊油缸所需泵流量的計(jì)算 22第5章液壓系統(tǒng)的選擇 235.1液壓泵的選擇 235.1.1確定液壓泵的最大工作壓力 235.1.2液壓泵的選擇 235.2選擇電機(jī) 235.2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的確定 235.3液壓元件的選擇與確定 245.3.1液壓閥的選擇 245.3.2管道尺寸的確定 245.3.3確定油箱容積 255.3.4選擇液壓油 25第6章液壓集成塊的設(shè)計(jì) 256.1集成塊的設(shè)計(jì)步驟 25第7章液壓站的設(shè)計(jì) 277.1油箱的設(shè)計(jì) 287.2液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 297.2.1液壓泵裝置 297.2.2液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 297.3液壓泵的安裝與維護(hù) 297.3.1液壓元件的安裝 297.3.2液壓元件的維護(hù) 30第8章產(chǎn)品開發(fā)與經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 308.1價(jià)值分析 308.2產(chǎn)品開發(fā)中的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 318.3可靠性的指標(biāo)包括兩點(diǎn) 318.4新產(chǎn)品的成本估算 31結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄1 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄2 錯(cuò)誤!未定義書簽。 第1章緒論1.1機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.改革開放以后，工業(yè)高速發(fā)展，如何完成工件的自動(dòng)化加工從而降低工人成本提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率成了人們的進(jìn)一步要求。機(jī)械手能夠模仿人手的關(guān)節(jié)來完成部分簡單動(dòng)作如抓、翻轉(zhuǎn)、伸縮，并根據(jù)人們設(shè)定的程序或事先安排好的軌跡來實(shí)現(xiàn)人們要求動(dòng)作的自動(dòng)機(jī)械裝置。應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械手，不論何種驅(qū)動(dòng)方式，我們統(tǒng)稱為“工業(yè)機(jī)械手”，一般外形更龐大，功率要求更高。在工業(yè)生產(chǎn)中，人們?yōu)榱颂岣呱a(chǎn)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量水平大量利用機(jī)械手，人們讓其代替人手的操作，避免了人手暴露在一些低壓、高溫等危險(xiǎn)場合使人們減輕勞動(dòng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，在這一方面機(jī)械手有著不可替代的意義。正是這一不可替代的意義，在機(jī)械加工中如噴漆、焊接、電鍍、鑄、熱處理等存在危險(xiǎn)的場合或是重復(fù)性高精度要求細(xì)的工作環(huán)境。1.2機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。1.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手一般由手部、手腕、手臂和立柱等部件組成，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)含有多個(gè)自由度來模仿人手（7個(gè)自由度）完成動(dòng)作。1.手部與被加持工件直接接觸的部件。因與被加工工件接觸的方式不同，我們可以將手部分為夾持式和吸附式手部。手指（或手爪）與傳動(dòng)力機(jī)構(gòu)一起組成了夾持的手部例如人們的手掌，手指與被夾持工件直接接觸，而傳動(dòng)力機(jī)構(gòu)是借助手指傳遞力或扭矩來完成夾放工件任務(wù)；手部除了夾緊也有吸附式，借助吸盤的吸附力或是電磁力來完成吸附工件后完成后續(xù)動(dòng)作。2.手腕人們利用手腕來連接手臂和手部，并模仿手腕的動(dòng)作來改變或者調(diào)整手部的位置從而改變被加持工件的方位。3.手臂參考人手結(jié)構(gòu)，手臂起到了支承手腕和手部的作用，并以此來改變手腕和手部的空間位置。4.立柱人們利用立柱來支承手臂及以上部位，并完成手臂的回轉(zhuǎn)、升降或俯仰等動(dòng)作，有時(shí)候，立柱也會(huì)設(shè)計(jì)成手臂的一個(gè)部分。通常情況下，機(jī)械手立柱是固定不動(dòng)的，有些時(shí)候因?yàn)楣ぷ鞯男枰鸵?，人們將其設(shè)計(jì)可以作橫向運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)立柱，我們稱之為可移式立柱。5.行走機(jī)構(gòu)可以增加機(jī)械手的使用范圍來完成遠(yuǎn)距離的控制及操作，我們增加能夠讓裝置行走的機(jī)構(gòu)。一般情況下，常見的滾輪行走機(jī)構(gòu)可以大致分為有軌滾輪行走機(jī)構(gòu)和無軌滾輪性行走機(jī)構(gòu)兩種，并需要增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。6.機(jī)座機(jī)座作為機(jī)械手的底座部分，我們將手部、手腕、手臂、立柱按照要求安裝在機(jī)座上，機(jī)座在此時(shí)能夠起到一個(gè)支撐和聯(lián)接各個(gè)部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用。1.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用液壓、氣壓、電力和機(jī)械四種傳動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，而這種傳動(dòng)裝置我們通常稱之為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（1）液壓傳動(dòng)機(jī)械手：驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)是油液，借助油液的壓力，可以執(zhí)行幾百公斤以上的動(dòng)作，并且油液有著傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作執(zhí)行迅速、整體結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。作為介質(zhì)，油液也有著很多限制要求，良好的密封性，高溫和低溫的工作環(huán)境會(huì)影響油液自身的粘度，從而影響裝置整體的工作性能。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制并擴(kuò)大機(jī)械手手的通用程度，可以采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來達(dá)到控制要求，但可靠的電液伺服閥因?yàn)橹圃炀纫蟾?，并對通過的油液有著一系列嚴(yán)格要求，其成本也隨之提升。（2）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手：驅(qū)動(dòng)氣壓傳動(dòng)機(jī)械手憑借的是壓縮空氣，其性能并與壓縮空氣的特性息息相關(guān)。壓縮空氣獲得簡便、傳輸速度快相對整體結(jié)構(gòu)也較簡單從而減低了氣壓機(jī)械手整體的成本。但是空氣的壓縮性能，在傳輸時(shí)易發(fā)生躁動(dòng)和不平穩(wěn)現(xiàn)象，會(huì)降低控制精度，并限制了驅(qū)動(dòng)壓力一般在小公斤級別的驅(qū)動(dòng)，總體而言適用于要求高速，輕載的工作環(huán)境。（3）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：使用一些機(jī)械零件的配合來完成驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手人們稱之為機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手借助齒輪嚙合或蝸輪蝸桿傳動(dòng)等方式來傳遞動(dòng)力，一般附屬于工作主機(jī)。由于是機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械手有著運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠但不易更改動(dòng)作程序，重復(fù)頻率相對較高但整體機(jī)構(gòu)會(huì)明顯更大龐大，一般作單獨(dú)一個(gè)程序的機(jī)械手如工作機(jī)的上下料機(jī)械手。（4）電力傳動(dòng)機(jī)械手：電力傳動(dòng)機(jī)械手有著良好的發(fā)展前景，因?yàn)椴恍枰惭b轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)而是由有著特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或是步進(jìn)電機(jī)直接來驅(qū)動(dòng)，因?yàn)橹苯域?qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，維修維護(hù)方便。1.2.3控制系統(tǒng)通常采用電氣控制的方式來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)偶爾也會(huì)采用射流控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)承擔(dān)著控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照人們設(shè)定好的要求及路線來完成一系列相關(guān)運(yùn)動(dòng)，并且對運(yùn)動(dòng)的迅速動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的分配及到達(dá)相應(yīng)位置的速度均有著嚴(yán)格要求，每一個(gè)動(dòng)作會(huì)有一個(gè)相對應(yīng)的語言（指令信息）來進(jìn)行控制，如果有需要也會(huì)增加監(jiān)督裝置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)指令信息與實(shí)際動(dòng)作存在誤差或是發(fā)生裝置故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，減少事故及后續(xù)動(dòng)作的連鎖錯(cuò)誤。1.2.4位置檢測裝置位置檢測裝置可以起到控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的作用，并將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置及時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)，與設(shè)定好的位置信息作一個(gè)比較，當(dāng)存在誤差時(shí)，控制系統(tǒng)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，直到執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到控制系統(tǒng)設(shè)定好的位置，位置檢測裝置保障了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確度與精度，是重要的組成部分。第2章機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)燈殼沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線是為沖制汽車、拖拉機(jī)外裝式大燈和防霧燈的燈殼而設(shè)計(jì)的。從圓片料沖制成燈殼成品，需要經(jīng)過九道工序，就是沖壓成形、切邊、滾邊、扳口、沖耳環(huán)孔、沖凹形、沖鉚釘孔、沖電線孔和翻電線孔等。燈殼沖壓下料機(jī)械手的作用是將已經(jīng)壓制成形的燈殼從其模腔中取出，然后將燈殼運(yùn)送到傳送帶上以便完成后續(xù)加工動(dòng)作。在裝置上壓制一個(gè)燈殼的時(shí)間統(tǒng)計(jì)下一般為8至10秒，那么要求下料機(jī)械手完成的動(dòng)作時(shí)間也在8至10秒，完成一個(gè)下料的工作可以分成13個(gè)動(dòng)作工步，每個(gè)工步時(shí)間消耗不同，長的約為2秒，時(shí)間的約為0.3秒因?yàn)槊總€(gè)工步的時(shí)間都很短動(dòng)作速度都比較快，那么機(jī)械手要同時(shí)滿足于動(dòng)作精確并且重復(fù)動(dòng)作是精度不變，我們采用響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)性能好的電液伺服閥，放棄采用傳統(tǒng)的開關(guān)閥控制或是活絡(luò)擋塊，整體成本就隨之上升。2.1要求設(shè)計(jì)的下料機(jī)械手的規(guī)格參數(shù)抓重：1公斤坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)自由度數(shù)：4個(gè)手臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程：500毫米，最大速度：750毫米/秒回轉(zhuǎn)角度：220，最大角速度：110/秒升降行程：100毫米，最大速度：220毫米/秒手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)角度：210，最大角速度：360毫米/秒定位精度：1毫米驅(qū)動(dòng)方式：液壓控制方式：手臂和手腕運(yùn)動(dòng)：點(diǎn)位控制伺服型程序存儲：插銷板位置存儲：數(shù)碼開光存儲容量：16環(huán)境溫度：-10℃-40℃消耗功率：4千瓦2.2下料機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及液壓機(jī)械手的總體外形結(jié)構(gòu)圖、手腕部結(jié)構(gòu)圖、手臂的外形結(jié)構(gòu)圖、油箱和底座。主要涉及工作平臺的升降和回轉(zhuǎn)、手臂的伸縮、手腕的回轉(zhuǎn)四個(gè)動(dòng)作來完成下料動(dòng)作。2.2.1手臂升降、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參考天津大學(xué)的工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)如圖2-1為手臂升降、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。進(jìn)入升降油缸2腔的壓力油液通過伺服閥11進(jìn)行分配，當(dāng)油液進(jìn)入下腔并推動(dòng)活塞桿3時(shí)，活塞桿上升并帶動(dòng)活塞桿端面的球面鉸鏈。球面鉸鏈與結(jié)構(gòu)中的框形導(dǎo)套4及上面所有部件相連。當(dāng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，手臂整體也會(huì)隨之進(jìn)行運(yùn)動(dòng)即是手臂的升降運(yùn)動(dòng)。為了保證手臂運(yùn)動(dòng)的方向和平穩(wěn)，采用了框形滾珠導(dǎo)套，利用其良好的導(dǎo)向性和較大的剛度及較小的摩擦阻力能夠良好的完成導(dǎo)向任務(wù)。并通過調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)在導(dǎo)軌間隙處的滾珠使升降運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。當(dāng)與框形導(dǎo)套固聯(lián)的齒條與手臂一起升降時(shí)，齒輪機(jī)構(gòu)將齒條的直線位移變換成角位移并輸送給我們的比較裝置（電位器）。當(dāng)電位器得到的數(shù)值與步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)器動(dòng)觸頭設(shè)定的設(shè)定位置存在誤差及差值時(shí)，電位器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“誤差”電壓信號，但此時(shí)電壓信號還很小，經(jīng)過放大器放大后才足以控制電液伺服閥的滑閥以便于控制進(jìn)入油量，直到數(shù)位器與設(shè)置值之間不存在誤差時(shí)，機(jī)械手的手臂就停在了設(shè)定位置上。為了能夠準(zhǔn)確停止在設(shè)定位置上，使其不會(huì)因?yàn)橥Ｖ箷r(shí)依舊因?yàn)閼T性而產(chǎn)生偏移，我們設(shè)定晶體管接近開關(guān)，當(dāng)升降運(yùn)動(dòng)到達(dá)一個(gè)一定位置時(shí)，開關(guān)發(fā)出信號。機(jī)械手的速度隨著信號的輸入頻率線性降低而呈線性遞減，來完成平穩(wěn)定位的要求。手臂的回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)缸，當(dāng)壓力油液經(jīng)過伺服閥10進(jìn)入回轉(zhuǎn)缸時(shí)，工作腔內(nèi)的壓力油液會(huì)推動(dòng)動(dòng)片進(jìn)行回轉(zhuǎn)。動(dòng)片連同回轉(zhuǎn)軸9一起回轉(zhuǎn)時(shí)，連接在軸上的各個(gè)手臂伸縮部件也隨之進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)軸的位置檢測利用下端與電位器直接聯(lián)接，當(dāng)角位移數(shù)值反饋給電位器與設(shè)定位置進(jìn)行比較，區(qū)別于上訴步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電位器動(dòng)觸頭設(shè)定位置，回轉(zhuǎn)缸設(shè)定位置采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過蝸輪蝸桿帶動(dòng)電位器動(dòng)觸頭來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)存在誤差時(shí)，經(jīng)過放大器的合理放大后再輸送給電液伺服閥控制滑閥間接控制流量從而使回轉(zhuǎn)能到達(dá)設(shè)定位置。我們設(shè)定晶體管接近開關(guān)，當(dāng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到達(dá)一個(gè)一定位置時(shí)，開關(guān)發(fā)出信號。借助線性降低信號輸入頻率的方式使機(jī)械手速度也呈現(xiàn)線性遞減，從而平穩(wěn)定位增加精度。圖2-1手臂升降、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)[1]2.2.2手臂伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參考機(jī)械手外形結(jié)構(gòu)圖2-2所示包含手臂伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由手臂伸縮油缸1、伸縮運(yùn)動(dòng)伺服閥2、手臂3（亦為導(dǎo)向桿）、位置檢測裝置5等組成。圖2-2機(jī)械手外形結(jié)構(gòu)圖[1]在手臂升降回轉(zhuǎn)裝置的壓力油，經(jīng)過轉(zhuǎn)軸內(nèi)的油孔通到分配板上進(jìn)行分配，在分配板上有4個(gè)油管分別連接后續(xù)的動(dòng)作控制閥，分別是手部伸縮運(yùn)動(dòng)控制閥，手指夾緊機(jī)構(gòu)的減壓閥和控制手腕回轉(zhuǎn)的電液伺服閥。油路采用差動(dòng)聯(lián)接，加快手臂前伸的速度，當(dāng)壓力油液經(jīng)過伺服閥進(jìn)入伸縮油缸的工作腔時(shí)，回油腔的油再次進(jìn)入工作腔從而達(dá)到差動(dòng)聯(lián)接的作用。當(dāng)右腔進(jìn)入油液時(shí)，回油腔變?yōu)樽笄?，手臂回縮。手臂伸縮裝置的位置檢測器通過將直線位移裝換為角位移，靠手臂外圓柱面上的齒條來帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)與電位器聯(lián)接的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)將信號反饋并和設(shè)定值進(jìn)行比較，并在差值不為零的情況下，通過放大器的放大控制伺服閥的滑閥來控制手臂的伸縮直至誤差為零手臂停止運(yùn)動(dòng)。為了平穩(wěn)與精確，由導(dǎo)向鍵與手臂上銑的寬10mm、長為650mm的鍵槽相互配合來給手臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。伸縮油缸整體采用差動(dòng)聯(lián)接，右腔與伺服閥采取差動(dòng)聯(lián)接方式使其伸出更加迅速，左腔則與伺服閥輸油孔相聯(lián)接，防止油缸的泄露則設(shè)置泄油孔來方便油缸端蓋處泄露油液流回油箱。本章小結(jié)初步確定了手臂升降回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和夾緊裝置。了解各個(gè)缸的工作原理及動(dòng)作變化，有利于后續(xù)的液壓系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，并根據(jù)動(dòng)作先后順序合理安排其安裝位置。燈殼沖壓下料機(jī)械手的作用是將已經(jīng)壓制成形的燈殼從其模腔中取出，然后將燈殼運(yùn)送到傳送帶上以便完成后續(xù)加工動(dòng)作。我們采用響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)性能好的電液伺服閥，放棄采用傳統(tǒng)的開關(guān)閥控制或是活絡(luò)擋塊，整體成本就隨之上升。第3章下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)工作原理3.1下料機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式該下料機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)方式。3.2液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)大體有以下五個(gè)部分組成(1)動(dòng)力裝置：作為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，動(dòng)力裝置能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。簡單來說液壓泵就是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置起到了人們心臟的作用，向人體各個(gè)四肢輸送壓力油液。(2)控制調(diào)節(jié)裝置：控制調(diào)節(jié)裝置由各類閥類元件組成，通過改變閥口的大小來控制油液的流量，改變閥的位置來改變油液的流動(dòng)方向，改變閥設(shè)定的壓力來改變油液的壓力。起到保證執(zhí)行元件和工作機(jī)構(gòu)按照我們設(shè)定的方向、流量和壓力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。(3)執(zhí)行元件：執(zhí)行元件在人體上就是手指，在液壓系統(tǒng)上一般為直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的油缸或是馬達(dá)。他們都能夠?qū)⒔?jīng)壓液泵和控制調(diào)節(jié)裝置到達(dá)的液壓油重新轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)換成輸出力和速度或是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速后，模仿人體運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行做功。(4)輔助裝置：排除上訴動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和執(zhí)行裝置以外的其他元器件我們都可以稱之為輔助裝置。例如存放油液的油箱、過濾油液的過濾器、起到蓄能作用的蓄能器還有冷卻器、消聲器、管件等等。輔助裝置涉及很多零部件，也承擔(dān)著很重要的輔助工作，在一個(gè)良好的液壓體統(tǒng)中，輔助裝置必不可少。(5)工作介質(zhì)：在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，就是各種型號的液壓油。液壓傳動(dòng)主要的特點(diǎn)（1）液壓裝置一般機(jī)構(gòu)體積小，但能夠產(chǎn)生很大的動(dòng)力，也就是相同的體積狀況下，液壓傳動(dòng)具備更大的功率或力密度也可以說是工作壓力。（2）液壓傳動(dòng)對速度的可調(diào)范圍大，容易達(dá)到無極調(diào)速，在系統(tǒng)工作時(shí)也可以達(dá)到快速穩(wěn)定的調(diào)速（3）因?yàn)榻橘|(zhì)是壓力油，液壓傳動(dòng)裝置工作時(shí)柔性大較平穩(wěn)，利用各種換向閥換向的沖擊小，頻繁換向方便。（4）液壓傳動(dòng)發(fā)生過載時(shí)容易利用溢流閥或卸荷閥等裝置實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，并且壓力油介質(zhì)自帶潤滑效果，相對其他裝置液壓傳動(dòng)裝置使用壽命更加長。（5）液壓裝置利用控制調(diào)節(jié)裝置方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，利用各種對應(yīng)的液壓閥來調(diào)節(jié)控制液壓油在管路或進(jìn)入執(zhí)行元件的油液方向、壓力和流量。也是液壓閥能夠容易與電氣、電子控制或氣壓控制結(jié)合起來，如電液伺服閥、電磁換向閥等等。（6）為了方便液壓裝置的維護(hù)和維修，液壓元件開始向通用化、系列化發(fā)展，在液壓元件的設(shè)計(jì)、推廣和使用上提供了很大便利。（7）液壓油傳動(dòng)介質(zhì)為油液，即是粘度較大但依舊在高壓情況下容易發(fā)生泄漏，并且對密封要求很高，且油液可以壓縮的特性在傳動(dòng)時(shí)，無法保證一個(gè)準(zhǔn)確無誤差的傳動(dòng)比。（8）液壓傳動(dòng)效率較低，較多的能量在傳動(dòng)中以泄漏、油液的發(fā)熱升溫、摩擦等方式損失。（9）液壓油的粘度對傳動(dòng)比影響很大，高溫與低溫會(huì)使粘度改變粘度，過低易發(fā)生泄漏、粘度過大驅(qū)動(dòng)困難，選擇工作環(huán)境時(shí)要充分考慮液壓油的適宜工作范圍。（10）液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易診斷。3.3下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)工作原理如圖3-1液壓原理圖所示，這個(gè)系統(tǒng)配備了3個(gè)伸縮油缸分別為手臂的升降、手臂的伸縮和手指的夾緊回路，還有兩個(gè)回轉(zhuǎn)油路分別為手臂的回轉(zhuǎn)和手腕的回轉(zhuǎn)，其中手臂伸縮油缸為差動(dòng)聯(lián)接。系統(tǒng)的工作壓力由溢流閥調(diào)整在50公斤/厘米，為了在系統(tǒng)過載時(shí)充分保護(hù)系統(tǒng)，在回油路設(shè)置了溢流閥保證過大的壓力油能及時(shí)流回油箱，來保證系統(tǒng)的安全。在油液從油箱經(jīng)過葉片泵吸入液壓系統(tǒng)前，經(jīng)過網(wǎng)式濾油器并經(jīng)過錫青銅燒結(jié)濾油器二次過濾，滿足電液伺服閥對油液清潔度的要求。在核算系統(tǒng)溫升時(shí)，極限溫升較高，且在機(jī)械手不工作時(shí)，為了減少功率消耗采用卸荷閥來另外控制溢流閥來控制發(fā)熱遙控口進(jìn)行卸荷。并且另外增設(shè)冷卻器對回油進(jìn)行冷卻防止溫升過高使油液粘度降低，使其工作在允許范圍之內(nèi)。為了系統(tǒng)的安全，在停機(jī)時(shí)以免空氣進(jìn)入系統(tǒng)證啟動(dòng)的平穩(wěn)性并且在停機(jī)瞬間保護(hù)油泵,及時(shí)中斷油路中高壓油液與油泵的聯(lián)系，保護(hù)油泵不會(huì)因?yàn)橛鸵旱母邏菏褂捅梅崔D(zhuǎn)從而加速磨損產(chǎn)生噪聲，故在油泵的出口處設(shè)置了一個(gè)單向閥。本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制裝置為電液伺服閥，利用預(yù)先設(shè)定好的位置，當(dāng)電液伺服閥的線圈依次得到電信號時(shí)，滑閥的位移能夠控制伺服閥相對應(yīng)的油缸流量。伺服閥接受信號的大小控制了滑閥的開啟速度，從而控制油缸的運(yùn)動(dòng)速度。伸縮油缸滑桿的運(yùn)動(dòng)方向或是回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)方向則由電氣信號的電流方向決定。綜上所述，用四個(gè)電液伺服系統(tǒng)來控制手臂的升降、回轉(zhuǎn)、伸縮和手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的順序、方向和速度。手指部位設(shè)計(jì)為依靠二位三通電磁閥來控制，并回油后靠彈簧的彈力進(jìn)行復(fù)位。圖3-1液壓原理圖[1]燈殼沖壓下料機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作工步和實(shí)際動(dòng)作性能參數(shù)設(shè)計(jì)如表3-1：表3-1指令信號及其實(shí)際動(dòng)作性能參數(shù)表工步序號工步名稱指令行程指令平均數(shù)動(dòng)作時(shí)間實(shí)際行程0整序1臂升2臂伸3指夾4臂縮5臂降續(xù)表3-16臂左轉(zhuǎn)7腕正轉(zhuǎn)8臂伸9指松10臂縮11腕反轉(zhuǎn)12臂左轉(zhuǎn)本章小結(jié)本章分析了液壓傳動(dòng)的組成及液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)。本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制裝置為電液伺服閥，利用預(yù)先設(shè)定好的位置，當(dāng)電液伺服閥的線圈依次得到電信號時(shí)，滑閥的位移能夠控制伺服閥相對應(yīng)的油缸流量。伺服閥接受信號的大小控制了滑閥的開啟速度，從而控制油缸的運(yùn)動(dòng)速度。燈殼沖壓下料機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作工步和實(shí)際動(dòng)作性能參數(shù)設(shè)計(jì)。利用之前的機(jī)構(gòu)分析，合理設(shè)置了三個(gè)伸縮油缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)油缸，組成了一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。能夠合理完成工步要求。第4章下料機(jī)械手液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算本文具體給出了伸縮油缸和回轉(zhuǎn)油缸的載荷分析、尺寸計(jì)算、壓力計(jì)算及流量及計(jì)算，并給出了元件的選擇其他元件的選擇則依靠參考資料及經(jīng)驗(yàn)選擇。4.1手臂伸縮油缸的計(jì)算4.1.1伸縮缸載荷分析在伸縮缸外伸時(shí)工作負(fù)載即還沒有夾持工件，加速和減速過程的加速度由速度-時(shí)間圖4-1可得出，運(yùn)動(dòng)部件的重量。(手臂伸縮部位總質(zhì)量為35KG)圖4-1速度-時(shí)間圖工況分析：外伸液壓缸克服摩擦力啟動(dòng)后，當(dāng)速度達(dá)到0.833m/s時(shí)保持勻速并停止到500mm處工作負(fù)載=0N運(yùn)動(dòng)部件因速度產(chǎn)生的慣性負(fù)載。摩擦力為，其中根據(jù)則有則有啟動(dòng)加速階段：（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行階段：（3）減速制動(dòng)階段：加速和減速階段和大小相同，但兩者的方向相反。綜上所述伸縮缸外伸時(shí)所受的最大載荷為。4.1.2伸縮缸的尺寸計(jì)算（外伸）按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的壓力。如表4-1所示：表4-1按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/1~55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/根據(jù)負(fù)載選擇工作壓力為=0.3MPa——背壓，根據(jù)表4-2背壓阻力表來選擇：表4-2背壓阻力系統(tǒng)類型背壓阻力/系統(tǒng)類型背壓阻力/中低壓系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用輔助泵補(bǔ)油的閉式油路系統(tǒng)回油路帶調(diào)速閥或背壓閥的系統(tǒng)采用多路閥的復(fù)雜的中高壓系統(tǒng)在這里選擇=0.25MPa——機(jī)械效率=0.92該油缸為差動(dòng)油缸，d=0.707D(4-1)則有則可以得出：查手冊發(fā)現(xiàn)沒有很適合的，決定增大輸入壓力采用，的液壓缸。此時(shí)計(jì)算得。4.1.3計(jì)算伸縮缸外伸時(shí)的流量伸縮缸的入口流量：(4-2)出口流量：(4-3)所以經(jīng)伺服閥的流量為需要泵供應(yīng)的流量：4.1.4計(jì)算伸縮缸回縮時(shí)壓力回縮時(shí)抓重1公斤則載荷，則有(4-4)式中——背壓0.25MPa——機(jī)械效率0.92則有：4.1.5縮缸長度的確定伸縮缸的外伸距離為，而活塞的長度為，所以伸縮缸長度為。4.1.6計(jì)算縮缸回縮時(shí)的流量入口流量：（4-5）所以閥的流量需要泵流量4.2手臂回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1回轉(zhuǎn)油缸的力矩計(jì)算（4-6）（4-7）式中——軸的半徑——進(jìn)油的壓力——葉片寬度——缸體的半徑——回油的壓力單葉片的擺動(dòng)角度為左右，雙葉片的擺動(dòng)角度為左右慣性力矩有：（4-8）——0.5MPa，——0.4Mpa則：求得取整=954.2.2回轉(zhuǎn)油缸的排量計(jì)算回轉(zhuǎn)油缸進(jìn)口壓力取p=0.5Mpa,出口壓力p=0.4Mpa則=0.1Mpa排量流量而所以4.3夾緊油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1工作負(fù)載的分析典型手部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)力計(jì)算回轉(zhuǎn)型常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。在拉桿作用下銷軸受到拉力為方向向上，并通過銷軸中心O點(diǎn)，兩手指1對滑槽的反作用力為、，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向O點(diǎn)，和的延長線交于A及B，由于和均為直角三角形，故根據(jù)銷軸的力平衡條件（4-9）（4-10）銷軸對于手指的作用力為，且（表示向量關(guān)系）。手指握緊工件時(shí)所需要的力稱為握力（即夾緊力）。進(jìn)行如圖4-2的受力分析：圖4-2受力分析圖對C點(diǎn)力矩平衡有得：（4-11）而所以：綜合以上各式得：（4-12）由手部與手腕結(jié)構(gòu)圖可得：而所以驅(qū)動(dòng)力：工作載荷的計(jì)算用彈簧復(fù)位，所取彈簧剛度為,行程為30，則彈簧的彈力：綜上所述，可得油缸夾緊時(shí)的工作載荷：4.4計(jì)算夾緊油缸壓力對夾緊油缸的活塞有，油缸活塞的大小設(shè)為，則所以有。4.4.1夾緊油缸所需泵流量的計(jì)算夾緊時(shí)的速度設(shè)為則流量則需泵的流量可得表4-3油缸工作壓力流量表表4-3油缸工作壓力流量表所需泵壓力所需泵流量伸縮油缸外伸3回縮回轉(zhuǎn)油缸夾緊油缸本章小結(jié)本章對手臂伸縮油缸、手臂回轉(zhuǎn)油缸和夾緊油缸進(jìn)行了大致的分析與設(shè)計(jì)，為后續(xù)的選擇與設(shè)計(jì)提供了理論參數(shù)。具體給出了伸縮油缸和回轉(zhuǎn)油缸的載荷分析、尺寸計(jì)算、壓力計(jì)算及流量及計(jì)算，并給出了元件的選擇其他元件的選擇則依靠參考資料及經(jīng)驗(yàn)選擇。第5章液壓系統(tǒng)的選擇5.1液壓泵的選擇5.1.1確定液壓泵的最大工作壓力（5-1）式中——系統(tǒng)的最大工作壓力，;——壓力允許范圍內(nèi)的誤差，。根據(jù)壓力流量表可知，最大發(fā)生在夾緊油缸，所以有。參考經(jīng)驗(yàn)公式加上所選管路結(jié)構(gòu)簡單，選取，所以得：5.1.液壓泵的選擇考慮到液壓泵的壓力需求，流量，存在泄漏情況下，綜合考慮選擇單機(jī)葉片泵。5.2選擇電機(jī)5.2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的確定由葉片泵的轉(zhuǎn)速（5-2）式中——系統(tǒng)的最大壓力，；——泵的額定流量，；——機(jī)械工作效率。最大壓力,即液壓泵的額定流量液壓泵的總機(jī)械效率所以5.3液壓元件的選擇與確定5.3.1液壓閥的選擇為了滿足位置精度的要求，放棄使用行程開關(guān)而是采用力矩馬達(dá)式的電液伺服閥。并根據(jù)要求與參考資料選擇液壓元件明細(xì)表如表5-1：表5-1液壓元件明細(xì)表序號名稱型號1冷卻器2二位二通卸荷閥3溢流閥4升降缸用伺服閥5回轉(zhuǎn)缸用伺服閥6伸縮缸用伺服閥7腕轉(zhuǎn)缸用伺服閥8外控減壓閥9二位三通換向閥10單向閥11精濾油器12葉片泵13電機(jī)14粗濾油泵5.3.2管道尺寸的確定按照最大流量，設(shè)為,壓油管允許的流速可以為，則取圓整值則選擇膠管，。5.3.3確定油箱容積根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算取值（5-3）式中——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)——泵每分鐘排出的流量容積大小依照參考資料取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)=8；泵每分鐘排出的容積；所以。5.3.4選擇液壓油滿足葉片泵和電液伺服閥對油液的要求，根據(jù)參考數(shù)據(jù)選用礦物油型液壓油。本章小結(jié)本章對液壓系統(tǒng)的葉片泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行了確定，并進(jìn)行了其他液控元件及輔件的選擇，完善了液壓系統(tǒng)的零件。通過對油管的確定和油箱的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行了發(fā)熱溫升的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)溫度超過允許范圍，為了不影響系統(tǒng)精度安裝了冷卻器，有效降低功率損失。第6章液壓集成塊的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中液壓集成塊上安裝有一個(gè)單向閥、溢流閥和遠(yuǎn)程控制卸荷閥是非標(biāo)準(zhǔn)件，需要自行進(jìn)行設(shè)計(jì)與安裝。6.1集成塊的設(shè)計(jì)步驟1.本次液壓系統(tǒng)有5個(gè)壓力回路，每個(gè)壓力回路涉及到1個(gè)或多個(gè)液壓元件。而設(shè)計(jì)原則，為了讓單元回路安排比較緊湊，盡可能減少塊數(shù)降低安裝難度并且優(yōu)先選擇通用液壓單元集成回路。2.底板的設(shè)計(jì)底板的作用是將集成塊與油箱面板相連接，底板上設(shè)有壓力油口為系統(tǒng)供油，回油口和泄油口將油液引回油箱。3.頂蓋的設(shè)計(jì)頂蓋能達(dá)到封閉主油路，連接固定集成塊組的作用。一幫情況下我們要合理布局，將測壓回路、卸荷回路和定位夾緊回路各部位的測壓點(diǎn)有序布置在頂蓋上。頂蓋的右側(cè)面通常被用來安裝壓力表開關(guān)，方便系統(tǒng)及觀測人員及時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)回路中各部位及液壓泵的實(shí)時(shí)工作壓力。集成塊的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的每一個(gè)集成塊為一個(gè)系統(tǒng)中的單元回路，為了方便在液壓回路液壓元件較多情況下的安裝方便，可以采用過渡板的方法將各類調(diào)節(jié)控制閥與集成塊連接在一起，不過需要在過渡板相對應(yīng)集成塊油孔位置鉆取相對應(yīng)的油口。過渡板的大小要求一般與集成塊大小相聯(lián)系，在高度上應(yīng)小2mm以上，厚度一般設(shè)計(jì)在35mm在40mm之間。寬度的大小根據(jù)安裝情況而定，滿足不妨礙兩側(cè)的液壓元件為要求。