机械手小臂回转液压系统设计(DOC)

液压与气压传动
课程设计任务书
设计题目：机械手小臂回转液压系统设计
年级：机械设计制造及其自动化
姓名：
2012年12月4日
目录
1工况分析与计算 (1)
1.1工况分析 (1)
1.1.1工作循环 (1)
1.1.2工作循环图绘制 (2)
1.2负载分析与计算 (2)
1.21负载图与速度绘制 (2)
2液压系统图的拟定 (4)
2.1系统功能分析 (4)
2.2系统图的拟定 (4)
2.3系统图的绘制 (5)
2.4系统功能说明 (6)
3液压元件的计算与选择 (6)
3.1确定液压泵的型号及电动机功率 (6)
3.2阀类元件及辅助元件的选择 (7)
4液压缸设计 (8)
4.1液压缸结构的拟定 (8)
4.2液压缸的结构的计算 (10)
4.3液压缸结构图 (11)
5设计总结 (12)
6参考文献 (13)
设计某型机械手腰部回转装置采用摆动缸，实现“快进-1 工进-2工进-快退”工作循环。

基本设计参数如下：
1.1工况分析
对液压传动系统的工况分析就是明确各执行元件在工作过程中的速度和负载的变化规律，也就是进行运动分析和负载分析。

1.1.1 工作循环
通过该液压系统，可以使机器人手臂实现快进120°-工进100°-快退220°的工作状态。

1.1.2 工作循环图绘制
1.2 负载分析与计算
负载分析就是研究各执行元件在一个工作循环各阶段的受力情况。

工作负载 T L = 150Nm;
根据题目给定条件，初步计算得： 快进 ︒=1201θ s rad s /3
601π
ω=
︒= s t 21
1==
ωθ
工进 ︒=1002θ s rad s /36
5252π
ω=︒= s t 422==ωθ 快退 ︒=2203θ s rad s /3
603π
ω=︒= s t 3
11
33==
ωθ 1.2.1 负载图与速度图绘制
ω
π
π
π
θ°
°°
图1 速度图
图2 工况图
2液压系统图的拟定
2.1系统功能分析
通过该液压系统，可以使机器人手臂实现回转快进120°-工进100°-快退220 °的工作过程。

2.2系统图的拟定
在制定各液压回路方案的基础上，经整理所得的液压系统原理图如图所示。

由电磁铁动作顺序表容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。

压系统图的拟定，主要是考虑一下几个方面问题：
1）供油方式
从工况图分析可知，该系统在正转和反转时所需流量较大，且比较接近，因此从提高小效率节省能量的角度考虑采用单个定量泵供油方式显然是不合适的，故宜选用电动机驱动的叶片泵作为油泵。

2）调速回路
由工况图可知，该系统的在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，工作负载变化小，所以采用双回油节流调速。

3）速度换接回路
由于正转和反转之间速度需要换接，但对缓冲的位置要求不高，所以采用三位四通电磁换向阀实现速度换接。

4）平衡及锁紧
泵口用一个溢流阀来对整个液压系统定压并进行安全保护。

5) 背压回路
在出油口设置一个溢流阀使整个回路有个有背压，正常工作。

6）辅助回路
在液压泵口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁：出口设置一液压表及其开关，以便液压阀调压和观测。

在制定各液压回路方案的基础上，经整理所得的液压系统原理图如图所示。

由电磁铁动作顺序表容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。

2.3系统图的绘制
图3 机械手小臂回转液压系统原理图
1-过滤器；2-电动机；3-单向定量泵；4-压力表开关；5-压力表；6-溢
流阀；7-三位四通电磁换向阀；8-调速阀；9-二位二通电磁换向阀；10-调速阀；11-二位二通电磁换向阀；12-单叶片摆动缸 2.4系统功能说明
3 液压元件的计算与选择
3.1 确定液压泵的型号及电动机功率
1.液压泵的最高工作压力出现在快进阶段，即MPa P 5.21= MPa P 2=∆ 则液压泵的最高压力MPa P P P P 35.05.21=+=∑∆+= 2．液压泵的流量计算
泵的供油量p q 按液压缸的快进阶段的流量min /2.1L q =进行计算，由于系统较小，取泄漏系数 1.3K =，则液压泵供油量p q 应为
()()m in /46.532.13.1max L q K q v =+⨯=∑=
3.确定液压泵的规格
根据系统所需流量，拟初选液压泵的转速为n 1=1200r/min 泵的容积效率0.88v η=，泵的排量参考值为
r mL n n q V v v g /46.688
.096046
.5100010001=⨯⨯==
根据以上结果查阅产品样本，选用规格相近的B A YB 6-型叶片泵 泵的额定压力为MPa 7，泵的额定转速为min /1200r n =，容积效率
0.80v η=倒推算得泵的额定流量为min /76.580.012006L v q v n p =⨯⨯==η
比系统流量稍大
4.确定泵的驱动功率，最大功率出现在快进阶段80.0=p η，液压泵快进
所
需
驱动功率为
()()KW q P P q p p P
p
p
p
p p 372.01000
6088.0120046.55.05.211=⨯⨯⨯⨯+=
∆+=
=
ηη
电动机的选定
选择1006Y L -型卧式三项异步电动机，其额定功率为1.5KW 。

转速为
940/min r 。

用此转速驱动液压泵时，泵的实际流量为495.8mL/r ，仍
能满足系统各工况对流量的要求，同步转速1000/min r
3.2 阀类元件及辅助元件的选择
表1 元件列表
油管： 油管径一般可参考所接元件口尺寸进行确定，也可按管中允许速度计算，在本设计中，出油口采用径为4mm ，外径为14mm 的钢管
油箱 ：本系统属于中低压系统，取经验系数5α=，得油箱容量为：
L ap V b 283.2746.55≈=⨯==
4 液压缸设计
4.1液压缸结构的拟定
液压缸的分类及组成
液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸、和摆动缸三类。

活塞缸和柱塞刚实现往复运动，输出推力和速度。

摆动缸则能实现小于360°的往复摆动，输出转矩和角速度。

液压缸除单个使用外，还可以几个组合起来和其他机构组合起来，在特殊场合使用，已实现特殊的功能。

摆动液压缸的结构基本上可分成缸筒和缸盖、密封装置、缓冲装置，以及排气装置等。

液压缸的主要参数设计二、液压缸主要参数的确定
液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑一下因素：
考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重，压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高。

缸体与缸盖的连接形式常用的连接方式法兰连接、螺纹连接、外半环连接和半环连接，其形式与工作压力、缸体材料、工作条件有关。

该液压缸采用螺纹连接。

密封圈的选用应根据密封部位、使用部位、使用的压力、温度、运动速度的围不同而选择不同类型的密封圈。

常见的密封圈类型：O型圈，O型圈加挡圈，高底唇Y型圈，Y型圈，奥米加型，该液压缸采用O型密封圈. 液压缸的缓冲装置液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量大，运动速度较高，则在达到行程终点时，会产生液压冲击，甚至使缸体与缸筒端
盖产生机械碰撞。

为防止此现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。

常见的缓冲装置有环状间隙节流缓冲装置，三角槽式节流缓冲装置，可调缓冲装置。

液压缸排气装置对于速度稳定性要求的机床液压缸，则需要设置排气装置。

液压缸设计需要注意的事项
1）尽量使液压缸有不同情况下有不同情况，摆动缸在摆动状态下承受最大负载。

2）考虑到液压缸有不同行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题，缸如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应措施。

3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装、固定方式，但液压缸只能一端定位。

4）液压缸各部分的结构需根据推荐结构形式和设计标准比较，尽可能做到简单、紧凑、加工、装配和维修方便。

液压缸主要零件的材料和技术要求
1）缸体
材料---灰铸铁: HT200
粗糙度---液压缸圆柱表面粗糙度为m
Rμ4.0~2.0
a=
技术要求：a径用H7-h6的配合
b缸体与端盖采用螺纹连接，采用6H精度
2）缸盖
材料---灰铸铁：HT200
粗糙度---导向表面粗糙度为m
Rμ6.1~8.0
a=
技术要求：同轴度不大于m 03.0μ
3)叶片 材料---45钢：
粗糙度---导向表面粗糙度为m R μ6.1~8.0a =
技术要求：垂度不大于0.05m μ
4.2 液压缸结构的计算
1．初选液压缸的工作压力
根据分析此设备的负载不大，初选此设备的工作压力为1 2.5p MPa =，出口压力MPa p 5.02=; 2. 计算液压缸的尺寸
题目中给定液压缸为双叶片式摆动缸，根据双叶片式摆动缸输出转矩以及角速度公式： 取b=60mm 得 ()()()
()1505.05.22
602212
2212122=--=--=
R R P P R R b T 2500212
2=-R R 取mm R mm R 50,1521==
最大工作转矩Nm T 150= 确定液压缸的尺寸数据：
1 2.5p MPa =，MPa p 5.02=，b=60mm ，mm R mm R 50,1521==
4.3液压缸结构图
见装配图
5设计总结
刚开始接触这门课的课程设计时，才发现它比我想象中难得多。

第一天刚开始，老师就布置了每个人的任务。

当然每个人的任务是不同的，这对同学的互相学习起了重要作用。

任务一下后，我脑子里一片混沌，不明白要从哪里入手，只好回去好好地把《液压传动设计指南》看完一遍又一遍，并在老师和同学的指导下，弄清楚了这次设计的大致方向。

就凭看懂的这么一点点大致方向，慢慢摸索前进。

前进的过程真的是困难重重，比如液压系统原理图的绘制，改了又改，实在解决不了就请教老师，老师不在时，就和同学一起讨论，有时候讨论很久仍然得不到一个明确的结果。

所以在设计初期，我们的设计结果总是漏洞百出。

我不敢说我的设计最为合理经济可靠，但是我从中学会了很多知识，对液压系统有了更深一步的认识了解。

将在课堂中学习的知识运用到实践中去，加深对理论的理解，并且重新学习了CAD制图的知识。

在经过一周多的课程设计，让我明白一个道理，有些事情，只能依靠自己，哪里不会学哪里，一边动手一边学习。

在摸索中前进，在摸索中成长。

非常感这次课程设计，也感老师的耐心指导。

6参考资料
1、左建明·《液压与气压传动》：机械工业
2、力平·《液压传动设计指南》：化学工业
3、《机械零件设计手册》（液压与气动部分）：冶金
4、《机械设计手册》·第四卷：机械工业，2004 ISBN 7-111-14736-7
5、《液压工程手册》·第二卷：机械工业，2004 ISBN 7-111-14734-0
课程设计成绩评定表。