-
--
辽
宁
石
油
化
工
大
学
毕
业
< br>设
计
（
论
文
）
Ｇ
ｒ
a
ｄ
uat
i
ｏ
n P
ｒ
ｏ
je
ｃ
ｔ
（
Ｔ
h
ｅ
sis)
ｆ
or
Ｕ
n
ｄ
erg
ra
ｄ
ｕ
a
ｔ
e of
Ｌ
Ｓ
H
Ｕ
题
目
基于
So
lidWo
ｒ
ks
工业机器人设计
Ｂ
a
ｓ
e S
o
ｌ
idW
ｏ
rks I
ｎ
dustrial Equ
ｉ
pm
Ｔ
Ｉ
TLE
ｅ
nt Human
Ｄ
esign
学
院
Ｓ
cho
ｏ
l
专
业
班
级
M
ａ
ｊ
or&Cla
ｓ
s
姓
名
Ｎ
am
ｅ
<
/p>
指
导
教
师
S
ｕ
pervis
or
矿业工程学院
Ｓ
choo
ｌ
ｏ
f
Ｍ
ining
En
ｇｉ
n
ｅ
ering
机制
1341
Mechanis
ｍ
134
１
宋记峰
Ｓ
on
ｇ
Ji
ｆ
eng
浦艳敏
P
ｕ
Yanmin
--
--
2017
年
０
６
月
2
０
日
--
--
论文独创性声明
< br>本人所呈交的论文，
是在指导教师指导下
,
独立进行研究和开发工作所取得
的成果。
除文中已特
别加以注明引用的内容外
,
论文中不包含任何其他个人或集
体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的工作做出重要贡献的个人和集体
< br>,
均已在文中以明确方式标明并致谢。本声明的法律结果由本人承担。
特此声明。
论文作者（签名
)
：
2
０
17
年
６
月
２
0
日
--
--
摘
要
在当代所有全自动高智能的制造区
域
,
工业用的机械人本领是在这几十年里发展而来
的。工业机器手是工业机器人的一类
,
它们是通过自
己的手臂和机械结构性能的双方的结合
来完成任务的
,
各种动作是通过编程来实现的特征，
尤其是机器人的智力和接受性
[1]
。
在保证
精度
情况下，能在多样环境下完成操纵能力
,
多功能自动定位控制和
变化性的控制，能适应
多个自由度
,
不
同环境的作业有不同的机器人工作。
本文作为设计对象选择汽
车生产线轴锻造搬运的机械手设计
,
设计了手和身体的各部分<
/p>
设计，
机械手采用液压气缸臂驱动，
使用
Sol
ｉｄ
Wo
ｒ
ks
软件进行了组装图和零件图的设计，
< br>对机械手进行简单的
3D
造型、爆炸图、动漫。
关键词
：
Soli<
/p>
ｄ
Works
；
机械手
;
液压
--
--
Ab
ｓ
tract
I
ｎ
t
ｈｅ
ｆｉｅ
ld of automatic manu
ｆ
actur
ｉ
ng,
indus
ｔ
r
ｉ
al ro
ｂｏ
t tech
ｎｏ
lo
ｇ
y
ha
ｓ
be
ｅ
n
deve
ｌｏｐｅ
d
ｈ
ere for decades.
Ｉ
ndustrial
robo
ｔ
ｈａ
nd
ｉ
s a
kin
ｄ
of
in
ｄ
ust
ｒｉ
al
ro
ｂｏ
t,
ｗ
hic
ｈ
ｉ
s the comple
ｔ
i
ｏ
n of
their
own
ｈ
uma
ｎ
a
ｎ
d
ｍ<
/p>
e
ｃ
hanica
ｌ
struc
ｔｕ
re and
ｐ
er
ｆ
orman
ce of b
ｏ
th
ｓ
ide
ｓ
o
ｆ
t
ｈ
e
t
ａ
s
ｋ
,
ｆ
or
a
vari
ｅ
ty
o
ｆ
pr<
/p>
ｏ
g
ｒ
ammi
n
ｇ
feature
ｓ
,
ｅ
s
ｐｅ
c
< br>ｉａ
lly human
ｉｎ
t
ｅ
l
ｌ
ig
ence an
ｄ
a
ｄａｐ
ta
ｂ
ili
ｔ
y.
Ｉｎ
the cas
ｅ
ｏｆ
guaranteed
a
ｃ
curacy, the
a
ｂ
ility to
ｐ
erfo
ｒ
m mani
pulat
ｉ
on
，
< br>
au
ｔ
omati
ｏ
n,
posit
ｉ
oning,
ｃｏ
ntrol,
ａ
n
ｄ
change i
ｎ
a
ｖａ
r
ｉ
ety of
ｅｎ
viro
ｎ
ments, the
t
ａ
s
ｋ
ｏ
f de
ｌ
iveri
ｎｇ
j
ｏｂｓ
in a
w
ｉｄ
e
variet
ｙ
of
ｅｎｖ
iro
< br>ｎｍ
ents
wi
ｔ
h v
ａ
ry
ｉｎｇ
ｄｅ
gr
ｅ
es
ｏ
f
f
ｒ
eedom,
ｉ
s
ｓ
om
et
ｈｉ
ng
．
The
mani
ｐｕ
la
ｔ
or
design
ｏｆ
aut
ｏ
mobile
ｐ
roduc
ｔ
io
ｎ
spoo
ｌ
handling
ｔ
hi
ｓ
dr
ａ
ft
forg
ｉ
ng
a
ｓ
ｔ
he
d
ｅ
sign
o
ｂ
j
ｅ
ct,
ｔ
h
ｅ
desig
ｎ
of
e
ａ<
/p>
c
ｈ
part
ｏ
f
t
ｈ
e design of
ｈ
an
ｄ
and bo
ｄ
y,
ｔ
he me
ｃ
hanic
ａ
l
h
ａ
nd
ａ
dopts hydraulic
ｃ
yli
ｎ
der
ａ
ｒ
m
dri
ｖ
e, S
ｏ
< br>lid
Ｗ
orks
i
ｓ
u
ｓｅ
d
t
ｏ
desig
ｎ
th
ｅ
ａ
ssembly
drawi
ｎｇ
and
parts
d
ｒ
awing,
simp
ｌ
e 3D
ｍｏ
delin
ｇ
,
a
ｎ
ima
ｔ
ion of the
ｍ
an
ｉ
pulator,
explosi
ｏ
n
ｄ
ia
ｇ
r
ａ
m.
K
ｅ
yw
ｏ
rds
：
So
ｌｉ
d
Ｗｏｒｋｓ
;
Manipu
ｌ
ator; Hyd
ｒ
ａ
u
ｌ
ic
press
ｕ
re
--
--
目录
引言
…
……………………………………………………………………………………１
１
总
体
方
案
设
计
…
…
…
…
…
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
4
１
.
１
汽车半轴模锻生产线的总体方案
…………………………………………
…
4
1.
2
机
器
人
总
体
方
案
…
…
…
…
…
…
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
6
2
手
臂
的
设
计
计
算
…
…
…
…
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
8
2
．
1
手<
/p>
臂直线运
动
的驱动力计
< br>算
………
……………
…………<
/p>
……………
……
8
2.
1.
1
手
臂
水
平
回
转
运
动
驱
动
力
计
算
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
8
２
.
１
.
２
手臂竖直升降
运动驱动力计算…………………………………………
11
2.
2
手
臂
上
下
驱动
的力
矩
计算
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
…
1
2
2.
3
液
压
缸
的
选
择
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
1
3
2
．３．１
伸缩缸的选择……………………………………………………………
13
2
．
3
．
2
摆动缸的选择……………………………………………………………
15
2.4
手臂的结构及装配……………………
………………………………………１７
2.
4.
1
连
接
摆
动
缸
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
1
8
2.4.
２
安装伸缩缸………………………………………………………………１
9
2.
4.
3
手
臂
连
接
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
< br>…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
2
0
3
机
身
设
计
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…<
/p>
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
２
2
3.
1
机
身材
料
选用
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
…
2
2
3
．
2
机身
结构设计…………………………………………………………………
2
２
3.
3
机
械定
位
挡块
设计
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
……
…
…
2
4
３
.
３
.1
竖直定位挡块……………………………………………………………
2
４
3.
３
.2
水平定位挡块……………………………………………………………
2
５
3
．４
机器
人装配……………………………………………………………………
2
５
--
--
4
机
器
人
Ｓ
o
l
i
ｄ
W
o
r
ｋ
ｓ
建
< br>模
仿
真
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
2
7
4.
１
So
l
ｉｄ
W
ｏｒ
ks
软件介绍
…………………………………………………………２７
４．２
机器人
S
ｏ
lidWo
ｒ
< br>ks
三维建模及装配
…………………………………………
27
4
．
2.1
零件的建模………………………………………………………………２
7
4
．
2
．
2
机器人装配………………………………………………………………
3
０
4.
３
机器
人Ｓｏ
li
ｄＷ
orks
运动仿真
………………………………………………
…
3
１
结论
…………………………………………………………………………………………
34
参考文献……………………………………………………………………
………………
35
致谢………………
…………………………………
……………………………………
3
６
附录…………………………………
…………………………………………………………
37
--
--
引
言
目前在我国民营企业中的汽车行业
名列前茅，
近些年每个家庭都会拥有汽车导致汽车发
展迅速。跟
着社会的不断发展再加上各行业的竞争导致汽车行业不断地生产新型汽车
,
以先
进的系统漂亮的外形经济实惠的车去拓展市场。
汽车的零部件半轴是汽车重要的传力零件之
一，它的零件工艺质量水准会导致车的产品发
生问题。那么问题来了，怎样提高半轴的质量
呢
?
这是个值得研究重要的课题。
调查得知半轴模锻生
产线时遇到的问题
:
生产过程中劳动力大；工作环境中的安全隐
患；
产量问题得不到固定；
要对半轴模锻生产线进行智能化设计
及改善。
自动生产线上的应用近
些年频繁用到工业机器人技术。
工业机器人现已是工业中的扛把子
,
现在频繁的能在车间里看到自动化的设备配合生产
,
工业机器人的出现解决了人的劳动力，起作用搬运、组装、喷漆的操作。它通过编程可以做
重复的作业、多个自由度的操作。工业机器人的工作是模拟人的手臂来工作。其构造及系统
组成分别是由控制器及伺服驱动系统
,
当然还
有检测传感装置这几个重要的核心件组装而成
,
它的行动像人的
工作一样、自动控制、编程可循环、可以完成各操纵的三维机电一体化的高
机械设备的自
动生产
[2
］
。
更加适合与多品种、
高质量、大批量的成产，因为工业机器人的在
工厂的出现不仅仅保证了数量问题，
更重要的是质量得到了无法想象的提高，
所以工人地劳
动力自然也随之改善
,
在工业生产中起到了很重要的地位。在
20
世纪
50
年代末的美国由约
瑟夫·英格伯格
他们的团队一起研发出世界上的第一台工业机器人。
自从有了
它之后我们多半工厂里的搬运工作、喷漆工作、焊接工作等都有它来代替。在
过十年之后
人们开始重点研究它的外部传感器还有控制方面的使用方法。
随着科学的不断进
步和发展机器人得到了更广泛的应用，
慢慢出现在各行各业的机器人给我
们带来了更全面的
服务即使用。
在当
代工业中
,
自动化设备已成为加工中心的不可缺少的地位生。每
个行业的自动化水
平都在不断提高，
当代加工中心都会有工业机
器人的出现，
它出现的目的都是为了高效率的
--
--
生产及代替工人做工作中会高难度的危险工作。
现实中的例子有
:
汽车都是由零件组成
,
它的零件在生产过程中需要搬运，这个时候我们
的
工业机器人就起到了关键的作用，它可代取工人来作业
,
它甚至
能把加工完的工件自动取
出、自动包装、自动堆放以及卸货等。现在中国的汽车生产中的
冲压生产线就采用搬运机器
人，这就实现了自动化生产。在１
9
95
年中国辽宁省沈阳自动化研究所开始对只能生产系统
加以研
究，便开始实现使用工作
,
就在
199
7
年中国长春一汽大众汽车车间的冲压生产线已经
投入了自动化
设备。
焊接机器人的出现提高了生产效率，在汽车制造业起到了至关
重要的地位
,
因为车门的
各个焊点都需
要高难度、高精度、高质量的焊接。弧焊的时候机器人必须拥有多个自由度这
样确保证它
质量。点焊的时候能仔复杂空间作业
,
在焊接的位置数量得到了
准确性的保障，
要是工人难免会有漏洞的时候。在英国的
M
ＯＴ
O
Ｍ
AN
公司研究了两台高性能焊接机器人
的设备。它的出现为了生产新型Ｊ
aguar
Sa
ｌ
< br>oon
汽车制造过程中的需要
,
第１台有六个自由
度以及一个手动地旋转工作台。而第
2
台在它的基础上拥有标准的外形
,
自带报警器
及电力
线地载源
,
它的自由度也达到了
六轴的机器人水平还有
2
个自动地工作台。自从这两台设备
的生产投入后
,
汽车的成产超出了预计。<
/p>
生产零件后的组装是个复杂的工作
,<
/p>
通常在装配的时候会遇到工件的误差
,
导
致装配出现
问题，自从工业机器人的出现解决了这难题还保证了自动组装的产量还提高了
质量。
在
1959
< br>年美国弄出世界第一台
Unima
ｔ
e
工业机器人之后，
它在发达的工业国家中得到
极其广泛的应用。
有个非常典型的例子，
在目前的
日本可以算是工业机器人应用较为多的国
家
,
< br>而且所占有的数量达到了全地球的５
0%
左右。
没想到美国还没日本的数量多
,
但其技术水
平还是非常高的。
我国的研发工业机器人
工作在
7
０年代开始的，
当时处于经济
科学落后的状态
,
研究的结
果较为迟钝
,
后来通过了
20
多年得变化世界工业变化
,
得到了国家的重视
,
开展全方面的迅速
对它实行钻研。在“七五”时期
的时候国家在工业机器人方向做了两件特大的工程项目，投
--
--
资在辽宁沈阳成立了“机器人国家研究中心”“智能机器
人中心”，正是有关高校
,
机械工
业和
科学院参加了工业机器人的科技研究
,
取得了的进步。
国产机器人当时的技术是在“七
五”时期调查
取得了非常不错的结果，就在那个时候才开始对机器人的采用，由于当时国内
的技术比较
落后，所以发展相对缓慢，在那个的新中国时期都是以工人为主
,
然而机器人还
没实现工业化。那时候的研发一直在不断地努力
,
当前机器人使用的项目如下
:
现已经
成立了
一批电弧焊生产、组装生产、喷涂生产和焊接生产线都视为工业成产成立的。
在最近的几年来机器人的发展来看
,
其产品都是以高智能化模块化。进展的形式来看：
模块化及可重复结
构
;
控制技术开发
,
智能化还有网络化
;
伺服驱动技术的数字化和分散化<
/p>
[5]
；
多传
感器的融洽技术以及现实的采用
;
工作环境的设计和操作灵活性
，自动化网络系统。目
测在过几十年工业中将全面实行机械智能化。
--
--
1
总体方案设计
1
．
1
汽车半轴模锻生产线的总体方案
至今
所有的汽车半轴模锻的生产线锻压半轴上下料由员工进行作业，
这些会使上下料的
员工有较大的劳动强度，会导致生产中不连续
,
生产流程无序；工作环境中的所隐藏的安全
隐患
;
产品的质量问题得不到确保；生产的数量不是很固定；所以本课题针对汽车半轴模锻
生产线进行设计和改造。
更改后的工业线的工艺路线
跟当前的工艺路线不变
,
它工艺尺寸如表
1.1
。
表
1.1
半轴模锻工艺尺寸
加热长度ｍ
序号
工序
工艺图形
工艺尺寸
mm
m
b
0
L
0
=13
1
毛坯
L
0
５
b
0
＝
1
９
５
0~159
0
１
~24
０
430~1590
品种
有
1
个
1350
只
备注
花键端成
2
型
b
1
L
L
1
１<
/p>
=1
３
０
b
1
＝
４
０
0
～
5
４
0
0~1478
摆碾端预
３
成型
L
2
５
0
L
2<
/p>
＝９５
0~
１
1
4
摆碾
L
3
Ｌ
３
=
９
50~1
１
00
其顺序是
:
取胚料
→
第一次加热
→
锻压花键端
→
喷水冷却
→
第二次加热
→
--
--
预锻法兰盘端
→
第三次加热
(
或不加热）
→
摆碾锻造法兰盘。生产线的生产胚
料为Φ
48
～
5
５ｍｍ，
长１
35
０～１５
90mm
的圆钢棒料
,
重量小于
30kg
。
生产节拍为７
0
秒至
10
秒。<
/p>
本课题生产线改造方案要求重新布置和安装现有的主设备如图１
.1
，在汽车半轴模锻生
产线上采用三
台机器人搬运胚料和上下料
,
使用的是全自动传送链传动送胚料
,
而且应用液压
驱动及可编程控制器来
控制系统，同时完成自动化的生产线。
图
1
．
1
设备平面布置示意图
方案中搬运机器人
1
夹取胚料，胚料一端加热后
,
由水平方向转为垂直方向，并保持垂
直平
推进入锻压机；锻压后，保持垂直平拉出锻压机，再由垂直方向转为水平方向
,
放到传
送链。
然后由
搬运机器人
2
完成同样的动作来完成胚料另一端的锻压预墩粗。
最后由搬运机器
人
3
< br>在胚料一端加热后
,
使胚料保持水平
,
以
3
０°角度方向推进入摆辗机
,
摆辗成法兰盘；摆
辗后，保持水平拉
出摆辗机，放到传送链送入成品料仓
[8]
。
< br>
经过这样改造可以实现半轴模锻的自动化生产，
就可以
缩小人工和劳动强度，
充分发挥
主设备的生产效率
,
保证产品产量和质量。
此次设计的重点任务是完成上下料搬运机器人的机身和手臂零件的设计。然后在
--
--
SolidWork
ｓ中对机身
和手臂三维建模和运动仿真。
1.
２
机器人总体方案
根据生产的要求
,
此次设计中的搬运机器人的机座是可移动的
,
同时预防锻压机中心及胚
料中心产生位移，把地面安装台做
成可滑动的导轨。机身上安装着扭动缸
,
同时输出轴相联
手臂
,
即可完成手臂的俯仰运动。手臂上安伸
缩液压缸，来带动手臂的关节伸缩运动。为了
使夹取的胚料运动平稳受力均衡
,
机器人设有两个手抓
,
两手抓对称分布在手臂两侧。手臂手
抓之间用一块横板支架来连接，横板支架要既能连接
手臂和手抓
,
又要能够连接支撑手抓的
驱动液压缸。
由此可知机器人用两个手抓抓起工件
,
小臂的自由度分为两个
,
没别是回转副、移动副如
图
1.2,
根据小臂回转副旋转
90
°来导致工件竖直方向和水平方向的演
变，
再通过小臂的移动
副的移动来完成胚料水平和竖直方向上的
移动。
因此这次设计中体现了机器人构造是手部和
臂部及机身组
合行来的。具体生产需求以下设计内容
,
机器人应该有的数据如
下表
1.
２。
图１
.2
机器人
1
运
动机过符号图
表
1.
２
机器人
1
技
术要求
自由
最大负载
运动范围及运动方式
--
控制
驱动
--
度
重量（
kg)
机座
机身
手臂
伸缩
4
50m
ｍ，２
25
ｍ
< br>２
３
0
固定
固定
m/s
俯仰±９
0
< br>°，
45
°
/
< br>ｓ
PL
Ｃ
液压驱
动
方式
方式
--
--
2
手臂的设计计算
工业机器人最为主要
零件是手臂
,
其用处是维持腕部和抓钩，它的存在主要带动它们
工
作。本设计机器人手臂为双导杆伸缩机构
,
< br>其中有两个动作伸缩、俯仰
[9
］
。这章主要说明手
臂的来回运转，手臂的上下移动及其安置在机身上。
2
．１
手臂直线运动的驱动力计算
２．
1.1
手臂回转运动驱动力计算
当手臂做回
转动作时
,
不仅要控制摩擦阻力
,
还要考虑油缸与活塞产生的摩擦阻力
,
然后
导向杆和支撑滑套所产生的阻碍
,
而且
克服启动时的过程所出现的惯性力。
其驱动力
P
q
计算：
P
q
?
F
m
?
F
g
(
Ｎ
)
(
２．１
)
式中：
F
m
—
—各支撑处的摩擦阻力
F
g
——启动过程中的惯性力
（１）
F
m
的计算
当有不匹配配置和导向截面时
,
它的摩擦阻力不一样，所以要看具体情况数据进行分析。
本设计是双导向杆导向
,
它导向杆的表面是
圆柱面
,
它的配置两边一样
,
位置在伸缩缸的两边。
因两导向杆是对称配置，所以受力相等
,
计算时导向杆能用同一个公式。
其受力示意图如图２．
1
。
--
--
图２．
1
臂部受力示意图
其计算如下
:
?
M
A
?
0
G
总
L<
/p>
?
aF
b
G
总
L
得
< br>F
b
?
a
?
Y
?
0
G
总
?
F
b
?
F
a
F
G
?
L
?
a
?
得
a
?
总
?
?
a
?
?
F
'
摩
?
F
a
摩
?
F
'
b
摩
?
?
F
< br>a
?
?
F
b
?
F
'
?
2
L
?
a
?
摩
?
?
G
?
总
?
a
?
?
(
２
.2
)
式中
:
G
总
——
全部运动的零件受到的总重力
（
N
）
；
L
——<
/p>
手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离
(m
）
,
上一节的计算；
--
参考
--
a
——
导向支撑的长度
(
ｍ）
;
'
?
——
当量摩擦系数
,
其值与导向支撑的截面有关。
对于圆柱面：
?
,
?
(
（
2
．
3
)
?
——摩
擦系数
,
对于静摩擦且无润滑时：
钢对青铜
:
取
?
?
0
.
1
~
0<
/p>
.
15
钢对铸铁
:
取
?
?
0
.
18
~
0
.
3
计算
:
选取钢为导向杆的材料，它的支撑为青铜
?
'
?
1
.
5
< br>?
0
.
15
?
0
.
225
,
手臂运转部件的质量估
算约
70
ｋｇ
,
则
G<
/p>
总
?
686
N,
L
?
0
.
15
ｍ
,
其支撑<
/p>
a
设计为
0
．<
/p>
1
ｍ。
将有关数据代入进行计算：
2
L
?
a
2
?
150
?
100
F
m
?
G
总
?
，
(
)
?
686
?
0
.
225
?
(
)
?
686
?
0
.
9
?
617
.
4
N
a
100
（
2
)
F
g
的计算
F
g
大小可按下式估算
F
g
?
(
2.4
）
式中：
W
—
—
手臂伸缩部件的总重量
(
Ｎ
)
；
g
——
重力
加速度（
9
．
8
m/s
2
）
;
a
——<
/p>
启动过程中的平均加速度（
m/s
2
）。
而：
a=
(<
/p>
２
.5
)
?
V
——
速度变化量（ｍ
/
ｓ）。如果手臂从静止状态加速到工作速度Ｖ
时，则这个过
--
4
?
~
?
2
）
< br>?
?
?
(
1
.
27
~
1
.
57
）
?
W
a
(
Ｎ
)
g
?
v
(
m/s
2
）
?
t
--
程的速度变化量就等于手臂的工作速度；
?
t
——启
动过程所用的时间（
s
),
一般为
0.0
１
~
０
.5
(
s
）。
计算
:
本设计中手部运动部件故为
686
N,
启动时间为０
.
２
s
,
速度为
225
ｍ
m/s
将有关数据带入下式计算
:
F
g
?
W
?
v
686
N
0
.
225
m
/
s
?
?
?
?
78
.
75
Ｎ
g
?
t
9
.
8
0
.
2
s
根据以
上计算的
P
q
?
F
m
?
F
g
(
N
)
=6<
/p>
１７
.
４
N+7
8.7
５Ｎ
=696.1
５
N
，圆整为
700N
。<
/p>
2.
１
.
２
手臂竖直升降运动驱动力计算
当手臂
竖直运动时，除了克服摩擦时产生的力
F
m
和运动的惯性力
F
g
之外，还要克
服臂
部运动部件的重力，它的驱动力
:
P
q
?
F
m
?
F
g
?
W
(
Ｎ）
(
2.6
)
式中
F
m
——
各支撑处的摩擦力（
N);
F
g
——启动时惯性力（
N)
可按臂摆动时的情况计算
;
W
——臂部运动部件的总重量（
N
）；
?
——上升时为正，下降时为负
;
其中
F
m
的计算公式为
:
F
m
=
２
Wf
取
< br>f
=
0.
１６
< br>
（２
.7
)
计算：
手臂的运动零件总重量
W
约
686N
,
带进
数值后得
:
F
m
=
2
Wf
＝
2
?
686
N
?
0
.
16
?
219
.
52
N
根据以上计算
F
g
=
７
8.75
Ｎ，则手臂上升最大
驱动力为：
--
--
P
q
?
F
m
?
F
g
?
W
?
219
.
52
N
?
686
N
?
78
.
75
N
?
984
.
27
N
从以上计算得垂直升降驱动力大于水平运动驱动力，所以手臂伸缩的驱动力圆整为
10
00N
。
2.
２
手臂上下驱动的力矩计算
驱动手臂上
下的力矩，要控制手臂零件的总量跟回转轴线会生成的偏重力矩和启动的
时候手臂会有惯
性力矩
,
回转副处也会有摩擦力矩
,<
/p>
即
:
M
q
?
M
m
?
M
g
?
M
p
(
2.8
)
式中：
M
m
—
—各回转副摩擦力矩
,
被设计中摩擦力矩较小故
M
m
?
0
M
g
——启动时惯性力矩
(N
?
m)
;
M
p
——手臂零件的重量跟回转轴线的偏重力矩
(N
?
m)
;
?
——上仰为正，下俯为负。
其中
M
g<
/p>
按下式
:
M
g
=
(
J
?
J
工件
）
(N
?
m)
?
?
t
(
2.9
）
式中：
J
——手臂的零件跟回转轴线的转动惯量（
kg
?
m
2
）
< br>;
J
工件
——工件对回转轴线的转动惯量
(
kg
?
m
2<
/p>
)
；
?
< br>——回转臂的工作角速度（
rad/s
);
?
t
——回转臂启动时间
(
ｓ
)
。
本设计
中估算工件
d
为
4
８
~
5
５
mm
，
m
工件
=
３
0kg
,
m
臂部
?
手部
=
70kg
，
?
?
45
?
/s
?
0.785
ra
ｄ／ｓ
,
?
t
＝
0.1s
，下面进行计算
:
1
1
J
?
m
臂部<
/p>
?
手部
l
2
?
?
70
kg
?
(
0
.
7
m
)
2
?
11
.
4
kg
?
m
2
< br>
3
3
--
--
J
工件
?
m
工件
l
2
?
3
0
kg
?
(
0
.
8
m
)
2
?
19
.
2
kg
?
m
2
0
.
785
rad
/
s
所以：
M
g<
/p>
?
(
11
.
4
kg
?
m
2
?
19
.
2
kg
?
m
2
)
?
240
.
21
N
?
m
0
.
< br>1
s
< br>M
p
按下式计算
:
M
p
=
G
工
< br>X
工
?
G
手
X
手
?
G
臂
X
臂
(
2
．
10
)
式中
:
G
工
、
G
手
、
G
臂
——工件、手部、臂部的重量
X
工
、
X
手
、
X
臂
——工件、手部、臂部的重心位置到回转轴线的距离
< br>
本设计估算
G
总
=
9
８
0N
,
G
工
=
< br>294N
，
G
手
=
39
２
N
< br>，
G
臂
=
294
Ｎ，
X
工
=
0.8m
，
< br>X
手
＝
0
．
7
ｍ
,
X
臂
=
0.3m
,
则：
M
p
?
294
?
0
.
8
?
39
2
?
0
.
7<
/p>
?
294
?
0<
/p>
.
3
?
597<
/p>
.
8
N
?
m
所以根据以上计算
M
q
?
597
.
8
N
?
m
?
2
40
.
21
N
?
m
?
838
N
?
m
,
圆整
为
85
０
N
?
m
。
2.
３
液压缸的选择
因为在
2.1
和
2.
２的计算
,
概述的手臂运动的主要参数在表
2.
１。
表２
.1
手臂运动技术参数
手臂运动方
运动范围
式
水平伸缩
垂直升降
俯仰运动
45
０
mm
150mm
90
< br>?
启动时间
?
t
0.
２
s
0.2s
０．
1s
运动速度
ｖ
22
５
m/s
22
５
m
／ｓ
45
/
ｓ
?
驱动力（矩）
70
０
N
10
００
N
850N
?
m
２
.3.1
伸缩缸的选择
选择适当的液压缸工作
压力很重要。选高了
,
可以减小液压缸内径和它执行时机构用的
尺寸，会导致机械的手臂结构严密
,
如
果是用价格昂贵地高压油泵及阀
,
然后让它密封较为复
杂化
[13
］
。
弄底了，
就可以用廉价的泵和阀
,
当使其构造要庞大
,
自重增加。
< br>一般取
2~
８
Mp
ａ。
表
3.2
推荐了几组数
据，可供参考
[14]
。
本设计首选液压缸的工作压力是
P
?
5
Mpa
。选用保险的系数为
1.
５
,
而伸缩缸的动力
--
--
P
q
?
1
.
5
?
1000
?
1500<
/p>
N
。
表２
.
２
液压缸的工作压力表
作用在活塞上外力
F(N
）
小于
50
０
0
1
０
000~20000
液压缸工作压强Ｍ
Pa
0.8~1
2.
５～
3.0
作用在活塞上外力
F(N)
20000~
３０
0
０
0
50
０
00
以上
液压缸工作压强
MPa
2.0
～
4.0
5
．
0
～８
.0
(1
）液
压缸内径的计算，如图２．
2
所示
,<
/p>
该油流进无杆腔时
图２
.
２
作用相同的两个液压缸示意图
p
?
D
2
?
F
?
F
1
?
?<
/p>
4
(
２．１
1
）
当油进入有杆腔时：
p
?
(
D
< br>2
?
d
2
)
?
F
?
F
2
?
?
4
已知
F
=
１
280N
，
P
=5
Ｍｐ
a,<
/p>
选择机械效率
η
=
0.9
５，以无杆腔的
D
为准得
D
?
4
F
?
P
?
=
4
< br>?
1500
6
3
.
14
?
< br>0
.
95
?
5
?
10
=20.05
m
ｍ
圆整为
D
=
２０
m
ｍ。
--
--
(
２）活塞杆直径的确定
按
G
Ｂ２
348
－
8
０差动连接得
:<
/p>
d
?
2
D
2
(
２．
12
)
d
?
0
.
707
?
20
＝<
/p>
14.14
mm
圆整为
14m
ｍ。
本设计选用优瑞纳斯液压机械有限公司的液压缸。依照材料的需求
,
此设计采用的伸缩
液压缸是后法兰安装形式。当满足材料的
同时，而且液压系统的需求也得到满足的状况下，
可以查
UG<
/p>
系列的工程机械液压缸采用标准表。本设计选用
UG
１６Ｈ４
0
／
28
的杆端外螺
纹式伸缩液压缸。而事实工作的压力为：
4
?
1500
< br>P
?
?
1
.
3
ＭＰ
a
?
5
M
Ｐａ
,
3
.
14
?<
/p>
0
.
95
?
0
.
04
2
应满意其需求。其液压缸外形尺寸如图
2.3
。
图
2.3
U
Ｇ１
6H
４
0/
２
8
液压缸外形尺寸
2.3.2
摆动缸的选择
此次设计采用保险的系数为
1.5
，
而摆动缸轴输出产生的力矩是
1275
N
?
m
，
整个圆是
< br>130
０
N
?
< br>m
。本设计中根据机器人的结构需要选择轴输出；为了摆动缸和其安装稳定容易<
/p>
,
采用
脚架式装置方法。通过查表Ｕ
B
系列此轮此条摆动液压缸基本参数表
(<
/p>
ＪＢ
/Z
Ｑ
47
13
－
98),
选
--
--
择了脚架式轴输出双齿条摆动液压缸的
UB
Ｊ
ZS63
。当
工作压力为
6MP
ａ时
,
其输出扭矩为
１５３９
N
?
m
远远大于实际需要扭矩
1
３
0
０
N
?
m
。
1300
这液压缸的事实工作压强为
P
?
其结构如下
?
1
.
5
?
5
.
3
Ｍ
Pa
?
6
MPa,
能够达到需求。
342
图
2.
４。<
/p>
图２
.4
摆动缸结构
由图２
.
４得知
,
< br>输出轴
?
1
?
< br>90
mm
，输出轴和轴套之间通过键连接。通过查表
2
．
5
选择
25
?
14
?
125
的普通平键。
表２．５
普通平键主要尺寸
轴的直径
键宽
b
?
键高
h
键的长度系列
L
（
1
）
键连接强度校核
5
< br>０
～
58
16
?
10
5
８
~65
６
5
～７
5<
/p>
７
5
～
85
2
０
?
12
22
?
14
85
~95
25
?
１４
1
８
?
11
7
０，８
0,9
０
,100,
１１０，
125
，………
假设载荷上的工作表面分布较为平
均
,
正常的平键连接强度要求为
: <
/p>
2
T
?
10
3
?
[
?
p
]
?
p
?
kld
--
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：中等职业学校英语教材(基础模块)
下一篇：英语培训宣传方案范文