手臂液压缸设计和实现 机械制造教学设计.docx

目录任务书2一目的和要求2二主要内容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、标准和规范等。4 .进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合素质。二、主要内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）吊线电缆挂钩设计对象之一图1安装电缆挂钩的二艺动作图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,允许偏差不大于土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6T0m,6m杆的埋深为L4-lm,IOln杆的埋深为L4-2.0m。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<126.60.3635I2-I86.60.364518246.60.365524-327.80.3665>329.01.03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IoOOo字。三、进度计划序号设计内容完成时间备注1总体方案设计第3天2绘制部件及总体设计草图第6天3绘制零件图第8天4绘制液压原理图第9天5绘制电器原理图第10天6绘制正式图第15天7编写专业课程设计报告第18天8答辩第19天四、课程设计成果要求1 .机械手总装图1张（0号图纸）、部件图若干张（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张；4 .撰写专业课程设计报告一份，不少于I（M）OO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。学生姓名：指导教师：杨晓红、杨化动、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，随着应用范围的不段扩大，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内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）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<126.60.363512-186.60.364518-246.60.365524-327.80.3665>329.01.03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+5mm3、电缆挂钩安装机械手的动作过程机械手工作流程：启动一手臂伸出一夹紧一腰部上升一手腕旋转90手臂收回一腰部上升一手臂伸出一手腕回转90一腰部下降一松开一手腕旋转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：腕部的回转运动，实现旋转；臂部的水平移动；腰部的上下移动。1、手部主要功能：夹紧、放松驱动方式：液压驱动IK腕部主要功能：旋转(90°)驱动方式：液压IIK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NK1K2K3Gkgf式中，Kl安全系数，通常取1.22,取Kl=L5K2动载系数，K2=l+-,a为机械手在搬运过程中的加速度，取最大加速g度为3g,则K2=4K3方位系数，取K3=5,所以，N30.9N1、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P2bCP=cosaNa7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;a一连杆的倾斜角，=30w一连杆传动机构的效率，取=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）内径D和活塞杆直径d0 = 3.57x10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dcl=eV（P式中0一速度比:表1。和p的关系工作压力p/MPa1012.5-20>20速度比01.331.46；22表2D和d的关系1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.7ID所以，e=1.33,d=0.5D=20mm.表3液压缸内径尺寸系列810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表4活塞杆直径系列4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604003 .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p.D-2同式中：液压缸壁厚(m)D液压缸内径(m)Py试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)g(MPa)一一缸简材料的许用应力。其值为：锻钢：同=110120Ma；铸钢：=10Q-110M;无缝钢管：同=IoOIlOMRz；高强度铸铁：同=60”产；灰铸铁：同=25MRz。因为材料是铸钢，所以取同=108MPa把数据代入上式可一得到20.9mm.根据表5取液压缸合适外径表S工程机械用液压缸外径系列缸径mm液压缸外径mmP16MPa202531.540505050545060606063.5637676838380959510210290108108108114100121121121127110133133133140125146146152152140168168168168160194194194194180219219219219200245245245245所以，液压缸外径。=5Ornm,壁厚3=5mm4 .液压缸工作行程的确定（参考表6）表6液压缸活塞行程参数系列（mm）I255080100125160200250320400500630800100O125016002000250032004000II406390IlO140180220280360450550700900IlOO14001800220028003900III24026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800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0.433D2有空时t0.433D,；'-?2mo2-dQ）式中t缸盖有效厚度（m）D2缸盖止口内径（m）d（）缸盖孔的直径（m）得t=9.5mm圆整后得t=IOmm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）内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D驱动力作的确定根据公式Pq=FmFg±WKgf试中产,”一一各支承处的摩擦力Fg启动时惯性力W一运动部件的总重量±上升为正，下降为负所以4二48ON2）液压缸内径D和活塞杆直径d的确定因为是单活塞杆，所以由公式D2>=F+（D2-J2）p2+F,.（2-1）试中Pl一液压缸工作压力，初算时可取系统的工作压力P2一一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%一活塞直径与液压缸内径之比，可按表23选取;表7执行元件背压的估计系统类型背压(MPa)中、低压系统08MPa简单的系统和一般的轻载截流调速系统0.20.5回油路带调速阀的调速系统0.50.8回油路带背压阀0.51.5采用带补液压泵的闭式回路0.81.5中等压系统大于816MPa同上比中低压系统高50%-80%高压系统大于1632MPa如锻压机械等初算时背压可忽略不计表8液压缸内径D与活塞杆直径d的关系按机床类型选取d/D按液压缸工作压力选取d/D机床类别d/D工作压力p(MPa)出D磨床.研磨机床0.20.3小于等于20.20.3插床.拉床.刨床0.5大于2-50.50.58钻.镇.车.洗床0.7大于5-70.620.70大于70.7F工作循环中最大的外负载;Ffc一一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ZM进行估算。一般%",=0.90.97,将九,”代入公式(21)可求得D4FPi Pl活塞杆直径可由出D值算出,由计算所得的D与d值分别按表24与表25圆整到,近的标准直径，以便采用标准的密封元件。=124.12mm查表24得,D圆整为125mm所以d=0.3D=37.5mm根据表25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，承受内压力的圆筒，其内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。液压缸的内径D与其壁厚b的比值%10的圆筒称为薄壁圆简。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式中：液压缸壁厚(m)D液压缸内径(m)Py试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍(MPa)一一缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：同=110120MP;铸钢:=IOoIlOMRz；无缝钢管：同=IooIlOMRz；高强度铸铁：同=60"4；灰铸铁：同=25MRz。因为材料是铸钢，所以取6=108MPa把数据代入上式可一得到1.25x48x0.0632x110= O-OlOlw所以圆整壁厚5为Ilmm在低压液压系统中，按上式计算所得液压刚液压缸的壁厚往往很小，使的缸体的刚度往往很不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。对于%<°时，应按材料力学中的壁厚圆筒公式进行壁厚的计算。液压缸的壁厚算出后，即可求出缸体的外径仅为D1D+2所以A120+2x11=142,圆整缸的外径O=I46机，4）液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表26中的系列尺寸来选取标准值。I255080100125160200250320400500630800100O125016002000250032004000II406390IlO140180220280360450550700900IlOO14001800220028003900III24026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800表9液压缸活塞行程参数系列(mm)参照整体工作尺寸，选择缸的工作行程是L=300力机5）缸盖厚度的确定t 0.433。t 0.433DPy D1一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。无空时有空时式中t缸盖有效厚度（m）D2缸盖止口内径（m）%缸盖孔的直径（m）把数据D2=125w代入公式，算得1=14.5圆整后得t=15mm缸端盖如下图:6）最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将会使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应该满足以下要求：式中：L液压缸的最大行程；D液压缸的内径。因为L=300mmD=125mm代入公式八300125rruH+=77.5202所以H圆整到80mm既H=100mm活塞的宽度B=（0.6-l.O）D;缸盖滑动支承面的长度,根据液压缸的内径D而定;当D<80mm时,取=(0.61.0)Z)当D>80mm时,取=(0.61.0)J所以取B=0.6×125=75tw7又因为D<80mm,所以=102mn7）缸体长度的确定液压缸缸体的内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外型长度还要考虑到端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。所以缸体的长度LZ=L+B+f=452+30+15=487根相8）缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关，经过查表决定选用法兰连接。9）活塞杆与活塞的连接结构查表可得，选用整体式结构。11）活塞及活塞杆处密封圈的选用查表得选用O形密封圈。12）液压缸的缓冲装置查表选用环状间隙式节流缓冲装置。13）液压缸的安装连接结构1 .液压缸的安装形式根据安装位置和工作要求不同可有长螺栓安装、脚架安装、法兰安装、轴销和耳环安装等。根据设计的要求我们选用尾部外法兰安装的安装形式。2 .液压缸进、出油口形式及大小的确定液压缸的进、出油口，可布置在端盖或缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，进、出油口可设计在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。根据表214选取。表2-14单杆液压缸油口安装尺寸（mm）缸体内径D进、出油口缸体内径进、出油口25M14×1.580M27×232M14×1.5100M27×240M18×1.5125M27×250M22×1.5160M33×26322×1.5200"42x2根据表214选用22xl.5的进、出油口。4.其他主要零件附图1.非标准件2.标准件MlO螺钉M8螺钉四、手臂液压缸设计及校核1、材料的选择D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。2、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）内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。4）需焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊接上法兰盘接头后，不致于产生裂纹或过大的变形。3、液压缸的设计计算1）驱动力作的确定根据公式Ptf=FmFg±WKgf式中Fnt一一各支承处的摩擦力，320NF8启动时惯性力，900NW一运动部件的总重量，140ON±上升为正，下降为负所以=312ON2）液压缸内径D和活塞杆直径d的确定因为是单活塞杆，所以由公式D2Px=F+D2-d1）p2+Ffc（2-1）试中Pi一一液压缸工作压力，初算时可取系统的工作压力，2.7MPaP2一一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22估计%一活塞直径与液压缸内径之比，可按表23选取；表2-2执行元件背压的估计表2-3液压缸内径D与活塞杆直径d的关系F工作循环中最大的外负载；Ffc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/w进行估算。一般%,”=0.90.97,将%,“代入公式(2-1)可求得D卜“Jl-氤I-修)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24与表25圆整到,相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。D=7二136.7zwJr×0.4×().95jl-l-().72l查表得，D圆整为14Omnb所以d=0.5D=70mm3)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，承受内压力的圆筒，其内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。液压缸的内径D与其壁厚K的比值%10的圆简称为薄壁圆筒。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式中：液压缸壁厚(m)D液压缸内径(In)Py试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍(MPa)一一缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：同=110120MP4;铸钢:同=IOoIlOMRz；无缝钢管：同=IOo110M%；高强度铸铁：=60MPai灰铸铁：同=25M&。因为材料是铸钢，所以取引=108MPa把数据代入上式可一得到c1.25×40×140UC0=5.9mm2×120所以圆整壁厚5为IomIn在低压液压系统中，按上式计算所得液压刚液压缸的壁厚往往很小，使的缸体的刚度往往很不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。对于%<10时，应按材料力学中的壁厚圆筒公式进行壁厚的计算。液压缸的壁厚算出后，即可求出缸体的外径R为D1D+2所以R=140+2×10=160mmo4）液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表26中的系列尺寸来选取标准值。根据工作要求，选工作行程为500mm。表2-6液压缸活塞行程参数系列（IDm）2550801001251602002501320400500630800010001250160020002500320040011406390110140180220280360450550700900011001400180022002800390240260300340380420480530TTI600650750850950010501200130015001700190021002400260030003805）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。t 0.433D2有空时无空时式中t缸盖有效厚度（m）D2缸盖止口内径（In）d0缸盖孔的直径（m）把数据D2=160制代入公式，圆整后得t=62mmo6）最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将会使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸，最小导向长度H应该满足以下要求:Hi202式中：L液压缸的最大行程；D液压缸的内径。因为L=500mmD=160mm代入公式、500160r.H>+=105mm202活塞的宽度B=（0.61.0）D;缸盖滑动支承面的长度,根据液压缸的内径D而定;当D<80mm时,取=（0.61.0）D当D>80mm时，取=（0.61.0）d所以取B=LOXl60=160加又因为D>80mm,所以乙=LOx160=160，切7?7）缸体长度的确定液压缸缸体的内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外型长度还要考虑到俩端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。所以缸体的长度LZ=Z,+B+2r=500+160+2×62=784/m?8）缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关，所以选用拉杆连接。9）活塞杆与活塞的连接结构查表可得，选用整体式结构。10）活塞杆导向部分的结构机身主要完成上下移动的动作，由于工作行程较长,故选用导向套和花键轴做导向装置。11）活塞及活塞杆处密封圈的选用查表得选用。形密封圈。12）液压缸的缓冲装置查表选用环状间隙式节流缓冲装置。13）液压缸的安装连接结构14）液压缸的安装形式根据设计的要求采用长螺栓安装形式。15）液压缸进、出油口形式及大小的确定液压缸的进、出油口，可布置在端盖或缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，进、出油口可设计在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。根据表214选取。表214单杆液压缸油口安装尺寸（n）缸体内径D进、出油口缸体内径进、出油口25M14×L580M27×232M14×L5100M27×240M18×1.5125M27X250M22×1.5160M33×263/22×1.5200M42×2五、机身液压缸设计1、缸筒的设计（1）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。（2）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）内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。4）需焊接的缸筒还要求有良好的可焊性，以便在焊接上法兰盘接头后，不致于产生裂纹或过大的变形。（3）液压缸的设计计算1）驱动力作的确定根据公式=工,+4±WKgf算得K=500ON2）液压缸内径D和活塞杆直径d的确定因为是单活塞杆，所以由公式D2Pi=F+（D2-d2）p2+Ffe（2-1）式中Pi液压缸工作压力，初算时可取系统的工作压力3.6MPa活塞杆直径可由d/D值算出,由计算所得的D与d值分别按表圆整到，相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。八4x50001.)=1-×0.4×0.951-1-0.720.4L查表得，D圆整为200mm,所以d=0.5D=100mm3）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，承受内压力的圆筒，其内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。液压缸的内径D与其壁厚S的比值%10的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，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p.D2同因为材料是铸钢，所以取f=108UPa把数据代入上式可一得到c1.25×48×0.2a=0.0147？2x120所以圆整壁厚5为15mm在低压液压系统中，按上式计算所得液压刚液压缸的壁厚往往很小，使的缸体的刚度往往很不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。对于%<°时，应按材料力学中的壁厚圆筒公式进行壁厚的计算。液压缸的壁厚算出后，即可求出缸体的外径R为D1D+2所以A=200+2x15=230mm<,4）液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表26中的系列尺寸来选取标准值。根据工作要求，选工作行程为500mm。5）缸盖厚度的确定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。有空时t0.433D,r-7-伯他-“。）把数据。2=200加代入公式，圆整后得t=50mmo6）最小导向长度的确定对般的液压缸，最小导向长度H应该满足以下要求：因为L=500mmD=200mm代入公式H21=350mm202活塞的宽度B=（0.61.0）D;缸盖滑动支承面的长度;根据液压缸的内径D而定;当D>80mm时，B1=（0.61.0）4所以取8=LOx200=200吹加又因为D>80mm,所以乙=LOx200=200w机7）缸体长度的确定液压缸缸体的内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外型长度还要考虑到俩端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。所以缸体的长度LZ=L+B+2f=500+200+2x25=800m帆8）缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关，所以选用拉杆连接。9）活塞杆与活塞的连接结构查表可得，选用整体式结构。10）活塞杆导向部分的结构机身主要完成上下移动的动作，由于工作行程较长,故选用导向套和花键轴做导向装置。11）活塞及活塞杆处密封圈的选用查表得选用0形密封圈。12）液压缸的缓冲装置查表选用环状间隙式节流缓冲装置。13）液压缸的安装连接结构14）液压缸的安装形式根据设计的要求采用LB轴向地角型安装形式。15）液压缸进、出油口形式及大小的确定液压缸的进、出油口，可布置在端盖或缸体上。对于活塞杆固定的液压缸，进、出油口可设计在活塞杆端部。如果液压缸无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。根据表214选取M42x2.六、电缆挂钩机械手的整体装配及其二维工程图的生成1、电缆挂钩机械手的整体装配机械手装配图如下：2、各个部分的三维图七、液压控制原理图及PLC控制原理图SQ4<=clCCCl_I行程开关SQ21LJSQ1t=O减压健液压源过滤器油箱1、液压源回路：主回路由油箱，过滤器，液压源和溢流阀组成。溢流阀保证液压源输出压力为定值。过滤器过渡油箱中的杂质，使进到系统中区的油液的污染度降低，保证系统正常工作。2、腰部活塞缸回路:在该回路中，腰部活塞缸提供上下移动自由度。一个三位四通阀控制油路。3、摆动缸回路：一个三位四通阀控制油路。行程开关控制转动的角度，改变行程开关的位置，可以改变转动的角度。4、手部夹紧缸回路：一个三位四通阀控制油路。下面为PLC控制原理图：Ul 一21211 一二二二 X 9 9 7053 - 3 -I 4 Q 5 5八、心得体会这次专业课程设计综合运用了材料力学，机械设计，PLC,液压传动，机电一体化等诸多专业学科的知识，密切结合生产实践，解决一个具体的设计问题，对理论知识和综合能力提出了较高的要求。设计过程中首先要运用机械设计学和机械系统设计，结合实际工作环境和实际操作功能情况，确定总体设计方案。同时，还要运用液压传动和机电传动控制等