液压驱动机械手装置.doc

题目 四自由度机械手的设计 (第一、二、三阶段)小组成员姓名与学号杨骏威(3100104453)黄 元(3100101605)姚津津(3100103253)马韶君(3100100557)年级与专业 机械电子工程 1002班所在学院 机械工程学系第一部分：机构设计、油缸设计与马达选型，机构设计根据需求，我们小组的总体机构设计原理图(1) 机械臂在0.6米全伸距下提供25kg的举力(2) 基座左右回转、上下摆动90度(3) 腕关节360度回转，转速8~35rpm，最大扭矩50Mm(4) 手爪开合油缸最大抓力为 100kg2、 总体方案为了实现需求的4个功能，我们使用了 4个执行元件，分别是基座的摆动马达 ⑤，大臂的 90度摆动缸③，小臂的360度回转马达⑥以及手爪上的薄型伸缩油缸 ④3、 自由度分配（1） 底盘一个转动自由度，由液压马达⑤驱动；（2） 机械臂垂直水平面上下一个摆动自由度 ①，由液压缸 ①驱动；（3） 手腕一个转动自由度 ②，由液压马达 ⑥驱动；（4） 手爪部分 ⑨由特殊的机械结构构成，可直接通过液压缸的直线运动完成对物体 ⑩ 的夹取与卸载4、手爪部分的实物图（在液压缸配合下，可提供抓力符合要求的100kg）：液压油缸选型1、对液压油缸④进行参数确定：液压油缸④实现手部抓取工作末端要夹取25kg的物体，在末端要有4倍物重的夹紧力。

受力分析得到要使夹具在末端有100kg的夹紧力，油缸需要提供等同于 200kg的力考虑到液压缸的效率，设=°・8，贝,^200kg Q8N / kg =2450N查找液压设计手册，选定工作压强P=7Mpa.由公式：F 2P ,S =二・D /4S得到：带入公式有D14；「4L2450-：［_7 106=0.021m = 21mm以有杆腔作为工作腔时D.4F d2'P ,其中在7Mpa时，取d=0.7D.解得：D=0.0296mm=30mm查找液压设计手册序号缸径(mm )推力(KN)杆径(mm)拉力(KN)压力等级(MPa)压力等级(MPa )71416212531.571416212531.51326111317202518489121417240718202631402071315202430226121418222825511121619242849101316203501427314149622510212431374628919222834423281619242937367131520243046322445065789832163237495873得到：D=40mm , d=28mm.缸筒长度的确定：L=l+B+A+M+C.其中，最大工作行程l=100mm ;活塞宽度B=0.8D=32mm ;活塞杆导向长度 A=0.8D=32mm ；活塞杆密封长度M=5mm ；其他长度C=11mm.缸筒总长度计算为 L=180mm.2、对液压油缸⑥进行参数确定油缸⑥实现机械手的俯仰运动。

全伸距为0.6m，为保证工作角度达到 90度.机械结构及受力分析V50DN250N简化图如上所示，当机械手平举时，油缸要给的力最大0B为最大伸距0.6m ,对O点取 矩，得到：F=2598.1N考虑到液压缸的效率，设=0-8，同油缸④缸径的确定方法，得到：D>=33.7mm 确定油缸④的参数：P=7Mpa ，D=40mm ，d=28mm 油缸长度确定：如图所示,AB为油缸运动最长距离处，A'B为油缸运动最短距离处b为油缸工作角设 油缸两头连接的杆长分别为 a及0.707al=AB-A '，由几何关系得到：AB = .a2+0.5a2-2a9.707a _cos135：求得：l=0.874aL B A M C=0.88 200+32+5+12=225mm3、根据以上计算进行油缸选型油缸④型号：CX-SD-30 40薄型油缸油缸④主要参数：(1) 质量 7kg，(2) 缸内径30mm，(3) 行程 40mm ,(4) 活塞杆直径为10mm(5) 使用压力0.3~14MPa当油缸内压力p=7MPa时，油缸所能输出的拉力F, =5汇106汉1兀汇【30^10, f —（10>d0*f ^470kg ,大于所需要的 200kg ,所以油缸4满足设计需求。

假设：（1） 被夹持物为25kg（2） 手爪薄型油缸为 7kg（3） 手腕回转摆线马达为 5.5kg（4） 取大臂为10kg（5） 取其他连接件与结构件为 10kg根据摆动缸转轴的力矩平衡估算得 ，M°=25 600 7 470 5.5 290 10 100 10 225 =23150kg mm= 232N m摆动缸③型号：BMS-50型双叶片摆动缸摆动缸③主要参数如下：质量 17.8kg ,排量 173ml/r ,使用压力1~6.3MPa经计算，当摆动缸内压力p>4MPa时，输出力矩可以满足需求三，液压马达选型这里主要用到了两个马达 ，分别是底座驱动液压马达 ⑤与手腕旋转驱动马达 ⑥，在该场合下，我们的马达转速较低，需要提高传动效率，降低工作压力，另外，马达 排量越大，工作压力越低，低速稳定性越好，这正是我们需要的假设：整个装置的净重为 20kg，夹取重物后重量为 45kg全伸距0.6m机械爪部分质量为 5kg，重心位置与夹取物重心位置重合 伸展宽度最大为0.2m，收缩夹取重物后宽度为 0.1m，最大夹紧力为1000N，举力为250N，机械手与重物间的平均滑动摩擦系数为 0.1.1、首先对液压马达⑥进行参数确定：根据需求的最大扭矩为 50N m ,（一）转速不可调节时，转速取20rpm。

工作压力取14MPa当抓紧力刚好够夹取物体时 ，转矩为 2.5N • m ,此时排量由计算公式 Dm=T - 2pi/P ,得到 Dm=1.12ml ;由流量公式 Q=n Dm ,得到 Q=0.375ml/s当抓紧力为 1000N 时，转矩为 10N m, Dm=4.48ml , Q=1.5ml/s当达到最大扭矩时，Dm=22.4ml , Q=7.5ml/s 二）转速可调节时①最低转速为 8rpm 时，工作压力取14MPa ,得到三种条件下的排量流量分别为：T=2.5N - m, Dm=1.12ml , Q=0.15ml/s ;T=10N m, Dm=4.48ml , Q=0.6ml/s ;T=50N m, Dm=22.4ml , Q=3ml/s②最高转速为35rpm时，工作压力取14MPa ,同样得到三种条件下的排量流量分 别为：T=2.5N - m, Dm=1.12mL , Q=0.65ml/s ;T=10N m, Dm=4.48mL , Q=2.63ml/s ;T=50N m, Dm=22.4mL , Q=13.13ml/s 综上，手腕旋转马达的排量范围 Dm在1.12ml至22.4ml。

流量Q范围在0.15ml/s至 13.13ml/s 之间2、再对液压马达⑤进行参数确定：设工作压强仍然为 14MPa ,整个装置作用在底盘上的力为载荷的三倍 75kg ,底座采用滚动轴承支撑，与支撑臂的摩擦系数为 0.04 ,底座中心与支撑臂极限工作点间距为0.6m ,则作用在底座马达上的扭矩为 18N m底座转速为10rpm按照同样的方法可以计算得到马达排量 ：Dm=8.07mL , Q=1.35ml/s 综上可采用VICKERS/威格士 BMP型摆线液压马达，数据如下：由参数与数据可得，两液压马达均可选择表中第一列的 BMP-50型液压马达BMPJU参数M HH ** ■■ItEI Mpa苹 HlWISBIX■ AdtlHi宙汕底II魏跚jiillaw“min（连卿V)T(l±ytJ KwkgB 1 LimIMIK10U1150M4 579)1?.5201F5 20 151 231 2M60BUMOQ 9S2 1410710to10 59 13 14?20 2J5 292 畑1附17W审般;旳.如BW髀舲利M胭肌&{]&0二,油路设计以及断路保护设计（一）设计概述在液压系统中，控制阀用来控制和调节工作液体的压力高低 、流量大 小以及改变流量方向，能够控制执行元件的开启、停止和换向，调节其运 动速度和输出扭矩输出力，并对液压系统或液压元件进行安全保护。

这次在上次完成五功能”机械手的执行器设计的基础上，继续对机械 手的控制阀组进行设计由于控制阀组对液压机械手的运行速度以及 液压缸的流量等具有较大的影响，牵扯到机械手的稳定性和实用性的 问题，因此控制阀组的设计需要保证液压机械手不同关节 （不同执行器）在运动中有合适的速度，保证液压缸中进出合适的流量使得系统 安全等等问题二）设计要求1•设计一回路能够使得前述的四个执行器都分别自如运动 ，达到能够需要的位移或者转矩；2. 设计旁路能够使得系统能够停留在原位置，避免出现机械手失效，造成 损失；3. 设计的阀组能够控制执行器具有适合其状态的运动速度 ；4. 此设计只着重于所有阀组的设计（三） 设计原理液压控制阀一般控制执行元件的开停或换向，运动速度或转矩，并对整个 系统进行安全保护压力控制阀用于控制或者调节液压系统或回路压力的 阀，如溢流阀等；方向控制阀用于控制液压系统中液流的方向及通断 ，如单向阀、换向阀等，此类阀一般属于系统中关键阀；流量控制阀用于控制 液压系统中工作液体流量大小的阀，如节流阀、调速阀等四） 每个回路中都采用液控单向阀来锁住回路中的油，达到断路保护的 功能（五） 设计方案1、主油路设计］丄* F溢流阀：采用直动式溢流阀，用于油路过载保护。

对于该系统，由于 选定的泵的输出压力为1500psi （约为10.5Mpa），而在操作中采用单 个元件运动方式，则最大流量约为0.15L/S（ 9L/min），故选用溢流压力：15Mpa ；额定流量：10L/min 2、液压马达⑤回路设计（基座旋转油路设计）1、液压马达⑤主要控制支座的回转，输出速度较小，其内腔不会出现气穴”现象，故不需要与油箱连接的单向阀平衡油压；2、其所包含的控制阀。