拋光機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u22302拋光機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例綜述 1323131.1執(zhí)行元件的選定與主要參數(shù)的確定 161961.1.1液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1195351.1.2液壓泵的選擇 4230431.1.3選擇電動(dòng)機(jī) 5251611.1.4液壓閥的選擇與專用件的設(shè)計(jì) 5263741.2機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理 8110291.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能和機(jī)械性能 9100531.3.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整 9235641.3.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算 101.1執(zhí)行元件的選定與主要參數(shù)的確定工作壓力是液壓缸的主要參數(shù)之一，也是確定其它參數(shù)的依據(jù)，工作壓力大小直接影響著我們所需要設(shè)計(jì)的各種動(dòng)力系統(tǒng)價(jià)格和質(zhì)量。如果工作壓力選的過低，就意味著液壓元件選擇的尺寸過大，從而導(dǎo)致投入成本上升，如果工作壓力選的太大，那么對于液壓元件的質(zhì)量要求也會(huì)變高。所以確定工作壓力應(yīng)當(dāng)參考外界因素影響。故本次設(shè)計(jì)初選液壓缸的工作壓力為1.2Mpa。1.1.1液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）手指夾緊力計(jì)算由《液壓設(shè)計(jì)手冊》顯示，工作壓力P<10MPa時(shí)，選用單作用液壓缸，材質(zhì)為鑄鋼件。根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊》，可以知道安裝方法用具有通用外觀的活塞。（2）確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊》表31-2選用液壓缸徑D=25mm。由于活塞桿受到壓力，所以取dD=0.5,則根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊》表31-3，取d=12mm，輸油孔的行程直徑應(yīng)為D=4mm，活塞管的行程直徑S=25mm。所以，活塞桿的徑向推力為：當(dāng)向無桿腔提供油時(shí),活塞缸在其內(nèi)部向外延伸的實(shí)際推力為N為了大大提高確定液壓缸的額定負(fù)載動(dòng)力和額定的機(jī)械工作效率,,一般采用取0.95,p為確定液壓缸的額定動(dòng)力和工作時(shí)機(jī)械運(yùn)行的額定壓力,液壓缸的傳動(dòng)系統(tǒng)在其中進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候也應(yīng)對其予以充分確定。液壓缸的壁厚為：（4-1）MPaMPa則取t=6.5mm。設(shè)活塞桿的動(dòng)作時(shí)間為0.1s，行進(jìn)路程為25mm則：動(dòng)作速度流量：液壓缸的輸入功率為：W該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)圓柱：一個(gè)位于機(jī)械臂上，控制機(jī)械臂手腕的旋轉(zhuǎn)；另一個(gè)連接在基座柱上，控制機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)。對控制操縱器旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)油缸執(zhí)行以下計(jì)算。（1）(1)本設(shè)計(jì)所選用手腕式回轉(zhuǎn)油缸為單葉片擺動(dòng)油缸。設(shè)油缸回轉(zhuǎn)180°的時(shí)間為0.5s。則rad/s。取D=85mm,d=45mm。由公式可知回轉(zhuǎn)缸的流量為：（4-2）式中：Z為每個(gè)缸體的內(nèi)部葉片數(shù)量，B為每個(gè)缸體的內(nèi)部葉片寬度，d每個(gè)缸體內(nèi)部葉片孔的直徑，D為每個(gè)缸內(nèi)部葉片傳動(dòng)軸的直徑，Q為每個(gè)氣缸的內(nèi)部輸入和輸出流量，為缸容積效率，參數(shù)取0.95，為缸機(jī)械效率，參數(shù)取0.95。由公式可知回轉(zhuǎn)油缸擺動(dòng)軸輸出的轉(zhuǎn)矩：（4-3）N·mmN·mm缸的背壓力初選為0.2MPa，回轉(zhuǎn)缸的輸入功率為：W該機(jī)械手臂的回轉(zhuǎn)油缸也是選擇了單葉片式的擺動(dòng)缸,根據(jù)需要將其回轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)定為rad/srad/s取D=100mm，d=50mm，由公式可求出回轉(zhuǎn)油缸擺動(dòng)軸輸出的轉(zhuǎn)矩：（4-4）那么回轉(zhuǎn)缸的流量應(yīng)為：（4-5）回轉(zhuǎn)缸的輸入功率為：W轉(zhuǎn)動(dòng)臂時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)扭矩應(yīng)與啟動(dòng)臂時(shí)產(chǎn)生的慣性矩平衡。忽略每個(gè)密封裝置上的摩擦阻力扭矩和軸承上的摩擦扭矩。則=。由式：（4-6）式中為手臂回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的旋轉(zhuǎn)角速度和轉(zhuǎn)矩變化量，在起動(dòng)運(yùn)行過程，其中=，為起動(dòng)過程的時(shí)間，為一個(gè)手臂回轉(zhuǎn)零件對回轉(zhuǎn)線的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩慣量由《液壓設(shè)計(jì)手冊》表4-1查得圓柱體繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：（4-7）式中：I=472mm。R=50mm。m為拋光機(jī)械手手臂的質(zhì)量，一般為100Kg則：（4-8），即結(jié)果表明，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)所需的扭矩小于旋轉(zhuǎn)油缸的額定扭矩，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)能夠正常工作。1.1.2液壓泵的選擇(1)液壓泵的最大工作壓力，由公式可知，式中是壓泵的最大最高工作傳動(dòng)壓力,，是液壓泵在系統(tǒng)中從執(zhí)行端到元件的最高最大工作傳動(dòng)壓力，對于本系統(tǒng)為1.2MPa，為作為液壓管路，泵的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的總管路損耗相對簡單，因此可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇=0.4MPa，又因整個(gè)工藝流程有4組相同的液壓系統(tǒng)，因此：MPa因此泵的額定壓力可取MPa。（2）校驗(yàn)液壓泵的最大流量，由機(jī)械手運(yùn)作流程可知，一個(gè)泵站同時(shí)給四個(gè)液壓系統(tǒng)供油，所以液壓泵的流量為：式中為油缸泄漏系數(shù)，一般取=1.1～1.3。是液壓缸中所要泵流量的最大值。從上面的計(jì)算可以清楚地看出，機(jī)械手夾緊時(shí)所需的流量最大，所以對泵流量的要求如下：（3）選擇液壓泵的規(guī)格型號(hào)。根據(jù)溢流閥的性能特點(diǎn)對節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)的影響，需加上溢流閥穩(wěn)定工作的最小流量，一般取為，所以泵的工作流量為。選用新型cb-b50低壓壓力傳動(dòng)機(jī)械齒輪泵,該產(chǎn)品系列低壓機(jī)械齒輪泵的額定流量壓力系數(shù)范圍一般為2.5MPa，流量為，轉(zhuǎn)速為，容積效率，此泵是由廣州機(jī)床研究所研制的。1.1.3選擇電動(dòng)機(jī)由根據(jù)齒輪泵的轉(zhuǎn)速選擇Y90L-4電動(dòng)機(jī)，其額定功率為15kw，額定轉(zhuǎn)速。1.1.4液壓閥的選擇與專用件的設(shè)計(jì)（1）根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖中需要提供的各種類型液壓傳動(dòng)原理流程圖,對其樣品進(jìn)行了液壓數(shù)值的合理計(jì)算和測量分析,通過各種類型液壓傳動(dòng)元件的最高液壓流量和它的工作最低壓力,然后按照各種類型液壓傳動(dòng)元件的需要樣品規(guī)格數(shù)目進(jìn)行確定并給出其需要選用的各種液壓傳動(dòng)元件樣品規(guī)格,其中主要包括i6p-b63b網(wǎng)式溢流閥、i63-b網(wǎng)式單向閥、wu-63180j網(wǎng)式液壓濾油器、34d-25b二位三通直流電磁閥、24d-25b二位四通直流電磁閥、zu-a4010bs-a紙質(zhì)板式精液壓濾油器、單向閥和可自動(dòng)液壓調(diào)節(jié)的雙直流行程電磁閥與34y-60壓力計(jì)量表。（2）管件的計(jì)算與選擇管件的選用是否合理,直接能夠影響到整個(gè)系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行以及其中的能源損失程度,一般可以從強(qiáng)度與允許的流速兩個(gè)因素來考慮。當(dāng)我們選擇使用管接頭時(shí),除了首先要充分地考慮它的特點(diǎn)是管接頭本身是否具備良好的氣動(dòng)流通性、抗壓耐腐蝕性,還要充分地仔細(xì)考慮它的特點(diǎn),以及它是否有一個(gè)便于安裝、維修和使用維護(hù)維修方便,連接牢固,密封可靠。另外也很有可能是需要我們通過一些綜合分析來思考如何進(jìn)行設(shè)計(jì)才能使它們真正地具有某種結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕。根據(jù)所有的需要求將選定的各個(gè)油口液壓閥相互連接后得到各個(gè)油口的流量尺寸即可確定各個(gè)液壓管道的油口尺寸,液壓缸從油口進(jìn)、出由液壓管按照閥門輸入和油口排出的最高液壓流量進(jìn)行計(jì)算。選擇膠管Ⅲ型，公稱直徑為，工作壓力為1.2MPa。泵站的溢流管路一般都要選用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管,公稱最大直徑溢流范圍一般為,，工作時(shí)最大溢流壓力一般控制在2.5MPa。（3）油箱容積的確定由在低壓系統(tǒng)中（MPa）可取[19]～4）～4）L（4）液壓油的選擇根據(jù)所選擇的齒輪泵，可選用8號(hào)液力傳動(dòng)油。（5）單向可調(diào)節(jié)流行程閥工作原理單向直流可變空調(diào)控制直流行程式排氣閥的閥體結(jié)構(gòu)及閥位符號(hào)設(shè)置如下表圖4-1所示。當(dāng)整個(gè)手臂回轉(zhuǎn)壓力泵的油液從油泵進(jìn)出口進(jìn)入a,經(jīng)過壓力單向閥、孔道b、通油閥和螺釘上的大型回轉(zhuǎn)壓力油泵氣孔c,通過壓力集成塊和驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)塊的油管輸送到整個(gè)手臂式大型回轉(zhuǎn)壓力油泵氣缸的一個(gè)工作腔中,既需要能夠有效地控制推動(dòng)整個(gè)手臂式大型回轉(zhuǎn)壓力油泵氣缸的壓力傳感器和壓力驅(qū)動(dòng)片。而處于低壓腔內(nèi)的單向油液則主要是通過高壓插座環(huán)槽中的單向油管和高壓集成塊從另外一只單向的油管可以自動(dòng)控制調(diào)節(jié)單向流行進(jìn)油過程的帶控制閥的高壓插座和雙向通油的帶螺釘?shù)膬蓚€(gè)氣孔環(huán)槽c,經(jīng)過兩個(gè)環(huán)槽中的孔道b和環(huán)口d、節(jié)流槽e、環(huán)槽f和g的氣孔環(huán)槽g,出入進(jìn)油口b和a等均勻地單向流動(dòng)后回到高壓油箱。 1.閥體2.通油螺釘3.捏手1.節(jié)流閥芯5.蓋板6.節(jié)流閥套7.行程節(jié)流閥套8.閥套圖4-1單向可調(diào)節(jié)流行程閥1.2機(jī)械手液壓系統(tǒng)工作原理機(jī)械手式液壓系統(tǒng)的主要工作原理圖如下文所示。縫紉機(jī)針的拋光動(dòng)作由四臺(tái)液壓機(jī)械手共同完成,其液壓系統(tǒng)的回路結(jié)構(gòu)與工作原理相同,為了縮短篇幅,液壓原理圖中只畫一臺(tái)機(jī)械手的液壓回路,其它回路只用SYⅡ、SYⅢ、SYⅣ來表示其的工液壓原理。圖4-2液壓系統(tǒng)工作原理圖四臺(tái)液壓拋光手和機(jī)械手共用一臺(tái)cb-b50齒輪泵,液壓泵的額定傳動(dòng)輸出輸入流量系數(shù)分別為,額定輸入壓力功率系數(shù)分別為,油泵和發(fā)電機(jī)的額定輸入輸出功率系數(shù)分別為1.5kw。油路由p-b63b型液壓溢流閥驅(qū)動(dòng)控制器用來自動(dòng)調(diào)節(jié)油路液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)的溢流壓力,該設(shè)計(jì)的壓力為：。當(dāng)油泵向液壓裝置供油時(shí)，液壓油流經(jīng)I-63B單向閥，經(jīng)濾油器分配到每臺(tái)機(jī)械手的油路上分別流向四只不同的電磁閥上，還有一條流向添加拋光膏的回路上。通過電氣控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的信號(hào)發(fā)信，控制各個(gè)電磁閥的動(dòng)作。具體動(dòng)作過程如下表4-2所示。 表4-2拋光機(jī)械手的動(dòng)作過程及其控制序號(hào)動(dòng)作名稱電磁閥1DT2DT3DT4DT5DT6DT1夾緊手指√×××××2右轉(zhuǎn)手臂90°√√××××3下放手臂√×√×××4上抬手臂√√××××5翻轉(zhuǎn)手腕180°√××√××6下放手臂√×√√××7上抬手臂√××√××8右轉(zhuǎn)手臂90°，加拋光膏√√×√×√9松開手指×××√××10左轉(zhuǎn)手臂90°×××√√×11左轉(zhuǎn)手臂90°，反轉(zhuǎn)手腕180°××××√×1.3驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能和機(jī)械性能1.3.1壓力損失的驗(yàn)算及泵壓力的調(diào)整管路中的流量為，流動(dòng)速度為，非常小，所以對于一個(gè)局部的管路壓力利用損失和對于全部的管路壓力利用損失都可說是非常小,可以忽略不計(jì)。僅用于考慮液壓回路上的液壓節(jié)流控制閥在連續(xù)調(diào)整節(jié)流壓力下的節(jié)流損失,查表得調(diào)整壓力為：調(diào)節(jié)溢流閥應(yīng)按計(jì)算出的壓力調(diào)整工作壓力。1.3.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗(yàn)算當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)正常工作的時(shí)候,會(huì)出現(xiàn)一定程度的壓力損失和一定程度的機(jī)械性損失,，特別是在液壓系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作時(shí)機(jī)械能損耗以熱能的形式傳導(dǎo)至液壓油中導(dǎo)致油溫升高，使液壓油的質(zhì)量發(fā)生改變，油的粘稠度下降，影響正常工作。因此，將溫度