机械手设计说明书

课程设计报告

(20010--2011年度第二学期)

名称：专业课程设计

题目：潜水泵试压机械手设计院系：机械工程及自动化

班级：机械0803班

学号： 200804000819 学生姓名：吴海龙

指导教师：杨晓红、杨化动、花广如设计周数：两周

成绩：

日期：2012年 1月12日

目录

一、主要内容 (1)

二、机械手总体方案设计 (1)

1、主要技术参数 (1)

2、机械手动作过程 (2)

3、机械手原理设计简图 (2)

4、机械手各部方案设计 (3)

三、机械手结构设计 (3)

1、手部结构设计 (3)

2、腕部结构设计 (6)

3、臂部结构设计 (9)

4、立柱结构设计 (14)

四、机械手整体装配及其零件二维图生成 (17)

五、液压回路原理图 (22)

六、电气控制原理图 (22)

七、心得体会 (23)

八、参考文献 (23)

一、主要内容

潜水泵试压机械手设计。本机械手是为潜水泵试压服务的。潜水泵生产过程中，需要进行试压测漏检验，其具体过程是：（参看图1）

二、机械手总体方案设计

1、 主要技术参数

图2 潜水泵外形图

2、机械手的动作过程

机械手将潜水泵拿起，在空中沿运输线方向旋转90º，由人工将高压空气管接头与潜水泵连接好，并通入高压空气，然后机械手将潜水泵按图1所示方向放入水槽中，观察两分钟，确认有无漏气现象后，在将潜水泵拿出水槽，拆去高压空气管接头，并按原位置将潜水泵放回到运输线上。管接头的装拆应在运输线上方进行，

装拆过程各需20秒之内完成，运输线每隔5分钟向前运送一个潜水泵。

设计动作过程：启动——下降——夹紧——上升——水平旋转90——臂收缩——竖直旋转90——下降——上升——竖直逆转90——臂伸出——水平逆转90——下降——松开——上升 3、机械手原理设计简图

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示意图如下：

系统工作原理图

3、机械手各部方案设计

由结构简图可看出，该机械手有4个自由度：①腕部的回转运动，实现两旋转；②臂部、手部的水平移动；③机身的上下移动。

（1）、手部

主要功能：夹紧、放松

驱动方式：液压驱动

为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，

使用夹持式手部。

（2）、腕部

主要功能：水平、竖直两个方向各旋转（90°） 驱动方式：液压

考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。另外，为使立柱减少高度，竖直方向也旋转。因此，手腕设计成两回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转液压缸。 （3）、臂部

主要功能：水平移动（伸长、缩短）、旋转 驱动方式：液压 （4）、机身

主要功能：上下移动 驱动方式：液压

（5）、机械手的驱动方案设计

由于液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传动方式。

（6）、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。

三、机械手结构设计

1、手部结构设计

因为夹取的潜水泵较重，选用齿轮齿条方式传力；手指处考虑到损坏因素，选用V 形块夹紧； 2、尺寸设计及校核

V 形手指的角度 1202=ϑ，mm R mm b 70200=>=,摩擦系数为10.0=f (1) 根据手部结构的传动采用齿条传动，

其驱动力为:

R

b p 2=

N

(2)根据手指夹持工件的方位，可

:

N=fG=0.1*700=70N 所以

R

b p 2=

N

=420N

(3)实际驱动力:

η

2

1K K p

p ≥实际

因为传力机构为齿轮齿条传动，故取94.0=η，并取5.11=K 。若被抓取工件的最大加速度取g a 3=时，则:412=+=g

a K

所以)

(268194

.045.1420N p =⨯⨯

=实际

所以夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为2681N 。

根据《液压原件产品样本》选择型号为HSG*01-40/d*Ed 的液压缸 （4）尺寸校核

液压缸内径1D =40mm,半径R=20mm 的液压缸的尺寸满足使用要求即可,压强P ’=2.84MPa,设计使用压强MPa P 3=, 则驱动力： 2R P F π⋅=

)

(376802.014.31032

6

N =⨯⨯⨯=

P 实际

所以液压缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。

活塞杆直径mm d 20=校核，按公式][)4//(21σπ≤d F 有:5.0])[/14(σπF d ≥

其中，[σ]MPa 120=，N F 26811= 则:5.0)120/26814(⨯⨯≥πd

20

75.16≤=

满足实际设计要求。

（5）缸筒壁厚的设计

缸筒直接承受压缩空液压力，必须有一定厚度。一般液压缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:

][2/σδp DP =

式中:6- 缸筒壁厚，mm

D

- 液压缸内径，mm

p

P - 实验压力，取P P p 5.1=Pa

材料为:4钢,[σ]=120MPa 代入己知数据，则壁厚为:

][2/σδp DP =

)

(4)101202/(10165.1406

6

mm =⨯⨯⨯⨯⨯=

取mm 4=δ，则缸筒外径为:)(4824401mm D =⨯+=

根据液压缸活塞行程系列参数系列（GB2349—80）选择液压缸行程L=80mm 。 最小导向长度H 应满足条件： H>L/20+D/20=25/2+40/2=32.5mm 取H=35mm

缸盖滑动支承面的长度l 1=0.8D=0.8*40=32mm 采用端盖直接导向方式

2、 腕部结构设计

（1）腕部旋转采用单叶片式摆动液压缸来实现 （2）设计计算及校核

要求：回转±90º 角速度W=45º/s 以最大负荷计算：

当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重70kg ，长度l=350mm 。

①计算扭矩M1

设重力集中于离手指中心100mm 处，即扭矩M1为：

M1=F³S （3.9） =70³9.8³0.1=68.6（N²m ）

②油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M 2

F=5kg S=10cm