液壓課程設(shè)計(jì)--機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液 壓 與 氣 壓 傳 動(dòng) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 設(shè)計(jì)題目： 機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械電子工程二班 學(xué) 生： 設(shè)計(jì)題目 ：機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目說(shuō)明： 某型機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)裝置采用擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，基本設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 參數(shù)類(lèi)別 參數(shù)值 參數(shù)類(lèi)別 參數(shù)值 回轉(zhuǎn)角度 220 最大回轉(zhuǎn)速度 30 o/s 最大轉(zhuǎn)矩 650Nm 機(jī)械效率 0.95 容積效率 0.88 題目要求： 1、 驅(qū)動(dòng)裝置：?jiǎn)稳~片擺動(dòng)缸； 2、 安裝方式：缸筒頂端法蘭固定，中心軸回轉(zhuǎn)； 3、 調(diào)速方式：雙向回油節(jié)流調(diào)速，背壓 1.5MPa。 設(shè)計(jì)要求： 1、進(jìn)行工 況分析與計(jì)算，繪制工況圖（包括速度圖、負(fù)載圖）。 2、擬定液壓系統(tǒng)原理圖，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，繪制電磁鐵動(dòng)作循環(huán)表。 3、液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制。 上交材料： 1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 2、液壓系統(tǒng)原理圖一張（ A2）。 3、 液壓缸 （ A1）裝配圖及部分零件圖（ A2）。 1 工況分析與計(jì)算 1.1 工況分析 機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)是機(jī)械手完成整個(gè)動(dòng)作的一部分，在工作過(guò)程中所受載荷相對(duì)比較平穩(wěn)，沖擊和振動(dòng)的比較小，驅(qū)動(dòng)它所用的力矩也不大，在工作過(guò)程中要求機(jī)械手腰部所能回轉(zhuǎn)的角度為 220，最小回轉(zhuǎn)速度和最大回轉(zhuǎn)速度分別是 12 o/s 和 30 o/s，其最大轉(zhuǎn)矩為 650Nm，考慮在工作過(guò)程中還受到摩擦力等方面的影響所受摩擦轉(zhuǎn)矩為 50 Nm，液壓系統(tǒng)在工作中還會(huì)受到其他因素的影響，該回路中的機(jī)械效率和容積效率分別是 0.95 和0.88。 1.1.1 工作循環(huán) 機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)的工作循環(huán)為：?jiǎn)?dòng) 快進(jìn) 工進(jìn) 快退。 1.1.2 工作循環(huán)圖 1.2 負(fù)載分析與計(jì)算 工作循環(huán)負(fù)載見(jiàn)表一。 表 1 工作循環(huán)負(fù)載 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 (Nm) 快進(jìn) 啟動(dòng) T=Tfs+Tms 50 加速 T=Tfd2+Tmd 50 恒速 T=Tfd2+Tmd 50 工進(jìn) 工進(jìn) T=Te+Tmd 650 快退 啟動(dòng) T=Tms+Tg 50 加速 T=Tfd2+Tmd+ Tg 50 恒速 t=tfd2+tmd+ Tg 50 1.2.1 負(fù)載分析 工作負(fù)載 Tmd=650Nm-50 Nm=600 Nm 摩擦負(fù)載 Tfs=50 Nm 1.2.2 負(fù)載計(jì)算 負(fù)載流量計(jì)算 b 80mm 3P Mpa 663 1 0 0 . 9 5 1 0 65022vP v n mT 666 5 0 2 1 4 3 2 . 2 8 /3 1 0 0 . 9 5 1 0V m L v 222122 qn b R R 222 1 1 22b R R p pT 2 2 221 5 4 1 6 . 6 7R R m m 22212 qb R R 362221 6 8 0 1 0 5 4 1 6 . 6 7 1 0 1 8 . 1 4 4 /b R Rq L m m 實(shí) 1 8 . 1 4 2 0 . 6 1 3 /0 . 8 8qq L m mv 實(shí)理 1 20R mm221 5 4 1 6 . 6 7 7 6 . 2 6R R m m 3LP P M pa 1 . 1 1 . 3 1 . 2 3 . 6p L LP P P M p a 1 8 . 1 4 / 1 . 0 5 1 9 . 0 4 7 /pq q p L m m L m m 在 恒速 時(shí)， T=50Nm, 根據(jù) T=b(R22 R12)(p1-p2)/2 和 =2q/b(R22 R12)得 q 實(shí) = b(R22 R12)/2=1.39 L/min 表 2 負(fù)載流量 工況 負(fù)載值 (Nm) 流量 (L/min) 快進(jìn) 啟動(dòng) 50 0 加速 50.15 0 恒速 50 18.14 工進(jìn) 工進(jìn) 650 1.39 快退 啟動(dòng) 50 0 加速 50.15 0 恒速 50 18.14 1.2.3 負(fù)載圖與速度圖繪制 快進(jìn)時(shí) w=30 o/s， 工進(jìn)時(shí) w=12 o/s，快退時(shí) w=30 o/s。 負(fù)載圖與速度圖見(jiàn)圖 2。 圖 2 負(fù)載圖與速度圖 2 液壓系統(tǒng)圖的擬定 2.1 系統(tǒng)功能分析 要求此液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：?jiǎn)?dòng) 快進(jìn) 工進(jìn) 快退， 快進(jìn)和快退的速度是 30 o/s，工進(jìn)速度是 10 o/s，快進(jìn)行程 120 o，工進(jìn)行程 100 o，快進(jìn)行程，最大轉(zhuǎn)矩為 650Nm,摩擦轉(zhuǎn)矩為 50 Nm。 對(duì)于此液壓系統(tǒng)，要求加工過(guò)程中定位精確，能夠快速換向。在設(shè)計(jì)閥的時(shí)候，要考慮到工作在最低速度時(shí)節(jié)流閥的最小調(diào) 節(jié)流量能否滿(mǎn)足要求。在行程方面，應(yīng)該比要求的工作行程大點(diǎn)，包括工作行程和最大行程， 主要是考慮到安全方面和實(shí)際運(yùn)用中，在壓力方面也要考慮到滿(mǎn)足最大負(fù)載要求。并且在滿(mǎn)足要求的情況下，盡量使液壓系統(tǒng)的成本降低。 2.2 調(diào)速方式的選擇 考慮到機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中，由于機(jī)械手在來(lái)回的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致系統(tǒng)中溫升比較高，而其要求運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要平穩(wěn)和具有一定承受負(fù)值負(fù)載的能力，所以選擇雙向回油節(jié)流調(diào)速，因?yàn)樵诨赜凸?jié)流調(diào)速回路中有背壓力存在，它可以起到阻尼的作用，同時(shí)空氣也不容易進(jìn)入，而且也能阻止工作部件的前沖。 2.3 執(zhí)行元件的選擇 因系機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)要求實(shí)現(xiàn)來(lái)回的旋轉(zhuǎn)，而且統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)要求正向快進(jìn)和工作，反向快退，且快進(jìn)、快退速度相等，所以選擇單葉片擺動(dòng)缸。 2.4 換向回路的選擇 由于機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)的過(guò)程中要求具有換向精度高，為了便于工作臺(tái)在任意位置停止，方便調(diào)整，所以采用三位四通換向閥“ O”型中位機(jī)能，因?yàn)椤?O”型中位機(jī)能具有鎖定和換向精度高的特點(diǎn)，雖然“ O”型中位機(jī)能在換向的過(guò)程中有沖擊，但是沖擊也是比較小的，對(duì)此系統(tǒng)的影響也不是特別大。 2.5 快速運(yùn)動(dòng)回路和速度換接回路 因?yàn)榭爝M(jìn)、快退和工進(jìn)的速度相 差比較大，通過(guò)改變電磁體的通斷電情況和節(jié)流閥的同流量來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。 2.6 系統(tǒng)圖的繪制 將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充， 即組成如圖三所示的液壓系統(tǒng)圖。 圖 3 液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)中電磁鐵的動(dòng)作順序見(jiàn)表 3。 表 3 電磁鐵的動(dòng)作順序表 動(dòng)作 電磁鐵工作狀態(tài) 1YA 2YA 快進(jìn) + - 工進(jìn) + - 快退 - + 停止 - - 3 液壓元件的計(jì)算與選擇 3.1 液壓泵的選擇 根據(jù)系統(tǒng)要求，選取變量 葉片泵 YBP-E 作為系統(tǒng)液壓泵。該泵額定排量為 20125mL/r，額定壓力為 16MPa，額定轉(zhuǎn)速為 10001500r/min。 3.2 閥類(lèi)元件及輔助元件的選擇 各類(lèi)閥可通過(guò)最大流量和實(shí)際工作壓力選擇，閥的規(guī)格見(jiàn)表 4。 表 4 閥的規(guī)格 序號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 額定壓力（ MPa） 額定流量（ L/min） 1 過(guò)濾器 SU1 型燒結(jié)式過(guò)濾器 2.520 4125 2 齒輪葉片泵 BBXQ 型 6 16mL/r（排量） 3 壓力表開(kāi)關(guān) KF-L8/M14 35 4 壓力表 Y-60 060 5 直動(dòng)式溢流閥 DBD 31.5 250 6 三位四通電磁 G66/01 31.5 100 換向閥 7 單向閥 S10 31.5 1815000 8 調(diào)速閥 2FRM10 31.5 10 9 先導(dǎo)式順序閥 G460/1 31.5 150 4 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 液壓缸的結(jié)構(gòu)計(jì)算 （ 1） 缸筒壁厚和外套的計(jì)算 選 80b mm 3p Mpa 663 1 0 0 . 9 5 1 0 65022P V n m VT 666 5 0 2 1 4 3 2 . 2 8 /3 0 . 9 5 1 0 1 0V m L r 222122 qn b R R 222 1 1 22bT R R P P 3 2 2 6 6218 0 1 06 5 0 1 0 1 0 32 RR 2 2 221 5 4 1 6 . 6 7R R m m 選1 20R mm221 5 4 1 6 . 6 7 7 6 . 2 6R R m m 所以2 77R mm液壓缸的壁厚 一般是指鋼筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度 其值由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)確定 對(duì)于高壓系統(tǒng)或當(dāng) 10D 時(shí) 缸筒的厚度一般按厚壁筒來(lái)計(jì)算 2 ypD 式中 :D 為液缸直徑 py 為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓 力 16nP Mpa時(shí) 1.5ynpP 為缸筒材料的許用應(yīng)力 bn b 為材料的抗拉強(qiáng)度， n 為安全系數(shù) 一般取 n=5 選材料為： 45 570b Mpa 2570 1 1 4 /5b Nmn 因?yàn)?16nP Mpa所以 1 . 5 4 . 5ynp P M p a7 7 2 1 5 4D m m 663 1 0 1 5 4 2 . 0 2 6 32 2 1 1 4 1 0ypD 選 16mm （ 2） 液壓卸蓋固定螺栓的計(jì)算 液壓缸缸蓋固定螺栓在工作過(guò)程中 同時(shí)承受拉應(yīng)力和扭應(yīng)力 5 .2 KFds z F 為液壓缸負(fù)載 z 為固定螺栓個(gè)數(shù) K 為螺栓擰緊系數(shù) 2 2 2 221 3 3 . 1 4 7 7 2 0 5 2 0 8 3 . 1 8F P S P R R N 選材料： 45 1.5K 475 選 6z 5 . 2 5 . 2 1 . 1 5 5 2 0 8 3 . 1 85 . 83 . 1 4 8 4 7 5KFds z 所以 選 d=8mm （ 3） 葉片強(qiáng)度校核 選葉片厚度 20 葉片承受均布載有 663 1 0 7 7 2 0 1 0 8 0 1 3 6 8 0F P S N 3117 7 2 0 1 3 6 8 0 5 5 1 0 3 0 7 . 822M F N m 32 2 63 0 7 . 8 1 0 1 3 . 95 5 2 0 1 0M M p abn 選材料： 45 335 2 7 9 . 1 61 . 2s M p an = 所以安全 （ 4） 進(jìn)油口徑的計(jì)算 對(duì)于高壓管路，通常流速在 3-4mm/s 對(duì)于吸油管路 考慮泵的吸口和防止氣學(xué)現(xiàn)象 應(yīng)降低流速通常在 0.6-1.5m/s 左右 選 N=1m/s 242qd 1 8 . 1 4 /q L m m 所以 4 4 .8qd m mv所以選 5d mm (5)液壓缸的主要零件材料和技術(shù)要求 液壓缸材料選擇 45，表面粗糙度為14.02.0 aR葉片材料選擇 ZQSn6-6-3，內(nèi)外表面粗糙度為 mRa 6.18.0 軸材料選擇 45，配合表面粗糙度為 mRa 6.18.0 缸蓋材料選擇 45 鋼，配合表面粗糙度為 mRa 6.18.0 4.2 液壓缸結(jié)構(gòu)圖 結(jié)合以上計(jì)算，液壓缸結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖四。 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了 理論聯(lián)系實(shí)際 ，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合 設(shè)計(jì)產(chǎn)品 的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，于是 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 和 INTERNET 成了 我們很好 的助手 ,不僅對(duì)制圖有了更進(jìn)一步的掌握， MathType、 Auto CAD 和 WORD 這些軟件的掌握也是很有必要的。 通過(guò) 制定設(shè)計(jì)方案，合理選擇各液壓零件類(lèi)型，正確計(jì)算零件的工作能力，以及針對(duì)課程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的內(nèi)容查閱資 料，大大擴(kuò)展了我們