电缆挂钩机械手课程设计说明书

目录任务书 (2)一目的和要求 (2)二主要容 (2)三进度计划 (3)四课程设计成果要求 (3)五考核方式 (3)一、机械手总体设计 (4)二、手部的设计计算 (6)三、手腕部分的设计 (9)四、手臂液压缸设计及校核 (19)五、机身液压缸设计 (23)六、电缆挂钩机械手的整体装配及其二维工程图的生成 (26)七、液压控制原理图及PLC控制原理图 (28)八、心得体会……………………………………………………………………………………30九、参考文献……………………………………………………………………………………30任务书一、目的与要求《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。

拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。

在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。

《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。

学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼：1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。

2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。

3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标准和规等。

4．进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合素质。

二、主要容电缆挂钩安装机械手设计。

本机械手是为安装架空电缆挂钩服务的。

设计安装电缆挂钩的机械手，实现图1所示的工艺动作。

人在地面上操作。

小车的行走（不一定在地面上），可采用手动。

（参看图1）图1该电缆挂钩的有关参数见表1.挂钩在电缆上的卡挂间距应为50cm，允许偏差不大于±3cm。

电缆的杆距为35-45m，电缆到地面的距离为3-5.5m。

水泥杆长为6-10m，6m 杆的埋深为1.4-1m，10m杆的埋深为1.4-2.0m。

表1 电缆挂钩的有关参数挂钩形式使用电缆外径（mm）吊线外径（mm）挂钩重量（N/只）25 ＜12 6.6 0.3635 12~18 6.6 0.3645 18~24 6.6 0.3655 24~32 7.8 0.3665 ＞32 9.0 1.03表2电缆挂钩安装机械手主要技术参数控制方式自定驱动方式液压、气动、机械均可运动简图自定手腕运动参数自定手臂运动参数自定自由度自定定位精度±5mm（1）根据以上相关设计参数及要求，完成电缆挂钩安装机械手方案设计、结构设计及控制系统设计。

（2）撰写专业课程设计报告一份，不少于10000字。

三、进度计划四、课程设计成果要求1．机械手总装图1（0号图纸）、部件图若干（0号图纸）；2．全部非标零件图（图纸类型是零件类型及复杂程度而定）；3．液压原理图和电器控制原理图各一；4．撰写专业课程设计报告一份，不少于10000字。

五、考核方式专业课程设计的成绩评定采用五级评分制，即优秀、良好、中等、及格和不及格。

成绩的评定主要考虑学生的独立工作能力、设计质量、答辩情况和平时表现等几个方面，特别要注意学生独立进行工程技术工作的能力和创新精神，全面衡量学生的真实质量。

学生：指导教师：晓红、化动、花广如2013年1月13日报告正文一、机械手总体设计1、序言工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的一种新型自动化装置。

它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用围的不段扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

实践证明它可以代替代替人类完成危险、重复枯燥的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。

电缆挂钩安装机械手设计。

本机械手是为安装架空电缆挂钩服务的。

设计安装电缆挂钩的机械手，实现图1所示的工艺动作。

人在地面上操作。

小车的行走（不一定在地面上），可采用手动2、主要技术参数（见表1，2）3、电缆挂钩安装机械手的动作过程机械手工作流程：启动—手臂伸出—夹紧—腰部上升—手腕旋转90—手臂收回—腰部上升—手臂伸出—手腕回转90—腰部下降—松开—手腕旋转90-手臂收回-腰部下降-回归原位4、电缆挂钩安装机械手的总体设计简图由动作要求和实际生产检验的综合考虑，初步拟定机械手结构简图如下：5、电缆挂钩安装机械手的结构设计由结构简图可看出，该机械手有3个自由度：①腕部的回转运动，实现旋转；②臂部的水平移动；③腰部的上下移动。

I、手部主要功能：夹紧、放松驱动方式：液压驱动II、腕部主要功能：旋转（90°）驱动方式：液压III、臂部主要功能：上下移动（伸长、缩短）驱动方式：液压IV、腰部(机身)主要功能：水平移动驱动方式：液压6、机械手的驱动方案设计由于液压压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用液压压传动方式。

7、机械手的控制方案设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。

当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。

二、手部的设计计算1.夹紧力的计算N ≥K1K2K3G kgf式中，K1——安全系数，通常取1.2~2，取K1=1.5 K2——动载系数，K2=1+ga，a 为机械手在搬运过程中的加速度，取最大加速度为3g ，则K2=4K3——方位系数，取K3 =5， 所以，N ≥30.9 N1、手指手部的传动结构形式及驱动力根据工作条件选用连杆传动的手部结构，驱动力公式ηα1cos 22N a b P =式中，b ——夹紧力至回转支点的垂直距离，取b=200mm ；a ——连杆缴销至回转支点的垂直距离，取a=50mm ； α —连杆的倾斜角，α=o30η—连杆传动机构的效率，取η=0.9则P=206N所以夹持挂钩所需的液压缸的驱动力为206N.2.液压缸尺寸的计算1）径D 和活塞杆直径d PF D 21057.3-⨯= 式中F ——液压缸推力 P ——选定的工作压力所以，D=36.8mm,圆整为D=40mm2)活塞杆直径d d=ϕϕ1-D式中ϕ——速度比；表1 ϕ和p 的关系所以，ϕ=1.33，d=0.5D=20mm.3.液压缸壁厚和外径计算起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算[]δδ2D p y ≥式中：δ——液压缸壁厚（m ） D ——液压缸径 （m ）y p ——试验压力，一般取最大工作压力的（1.25——1.5）倍(MPa)[]δ——缸筒材料的许用应力。

其值为：锻钢：[]MPa 120~110=δ；铸钢：[]MPa 110~100=δ；无缝钢管：[]MPa 110~100=δ；高强度铸铁：[]MPa 60=δ；灰铸铁：[]MPa 25=δ。

因为材料是铸钢，所以取[]δ=108MPa把数据代入上式可一得到 δ≥0.9mm.根据表5取液压缸合适外径表5 工程机械用液压缸外径系列所以，液压缸外径D=50mm，壁厚 =5mm14.液压缸工作行程的确定（参考表6）根据工作条件，取工作行程S=50mm5.缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t 按强度要求可用下面俩式进行近似计算。

无空时 []δyp D t 2433.0≥有空时 []()0222433.0d D D p D t y -≥δ式中 t ——缸盖有效厚度（m ） 2D ——缸盖止口径（m ） 0d ——缸盖孔的直径（m ） 得t=9.5mm 圆整后得t=10mm三、手腕部分的设计1. 任务目标作为机械手的旋转缸，其主要的功能是实现手部在水平方向上的选装，以达到手部触及水平位置的变化要求。

2 .液压缸主要零部件设计1．缸体的结构本机身采用了摆动油缸驱动机构。

如下图：2．材料的选择1）要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的抗热性能，取铸钢为材料。

2）缸筒毛坯，普通采用退火的冷拔或热处理。

3．对缸筒的要求1）有足够的的刚度，能长期承受最高工作压力及短期动态，试验压力不至于导致永久的变形。

2）有足够的的刚度，能承受活塞的侧向力和安装的的反作用力而不致产生弯曲。

3）表面的一活塞的密封件的摩擦力的作用下，能长期工作而磨损少于公差等级及形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。

3. 液压缸主要技术性能参考的计算1）驱动力作的确定根据公式W F F P g m q ±+=Kgf 试中 m F ——各支承处的摩擦力 g F ——启动时惯性力 W ——运动部件的总重量 ±——上升为正，下降为负 所以N P q 480=2）液压缸径D 和活塞杆直径d 的确定 因为是单活塞杆，所以由公式fc F p d D F P D +-+=22212)(44ππ（2—1）试中 1p ——液压缸工作压力，初算时可取系统的工作压力2p ——液压缸回油腔的背压力，初算时无法准确酸楚算出，可根据表2—2估计Dd——活塞直径与液压缸径之比，可按表2—3选取；F ——工作循环中最大的外负载；fc F ——液压缸密封处摩擦力，它的精确值不易求得，常用液压缸的机械效率cm η进行估算。

一般cm η=0.9—0.97,将cm η代入公式（2—1）可求得D ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=2121114D d p p p FD cm ηπ活塞杆直径可由d/D 值算出,由计算所得的D 与d 值分别按表2—4与表2—5圆整到，相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。

124.12D mm ==查表2—4得，D 圆整为125mm 所以d=0.3D=37.5 mm根据表2—5圆整为36mm 。

活塞杆如下图：3）液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。

液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度，从材料力学可知，承受压力的圆筒，其应力分布规律因壁厚的不同而各异。

一般计算时可氛围薄壁圆筒和臂厚圆筒。

液压缸的径D 与其壁厚δ的比值10≥δD的圆筒称为薄壁圆筒。