毕业设计（论文）-搬运机械手结构设计.doc

全套图纸加153893706沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文题 目： 搬运机械手结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1102班 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2015 年 6 月 1 日论文答辩日期： 2015 年 6 月 5 日摘要用于再现人手的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序，轨迹和要求实现自动抓取，搬运或操作的自动机械装置。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，捉奸成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学，机械学，电气液压技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计计算过程。首先，本文介绍了机械手的作用，机械手的组成和分类，说明了自由度和机械手整体坐标的形式。同时，本文给出了这台机械手的主要性能规格参量。其次，文章中全面详尽地搬运机械手的手部，腕部，手臂以及机身等主要部件的结构设计。关键词： 机械手， 自由度， 手部， 腕部AbstractUsed to reproduce the functions of staff of the technological device called a mechanical hand. Robot is to imitate some of the staff action, according to the reproduce and requirements for automatic trajectory crawling, handing or operation of the automatic mechanical devices.Industrial robot is in the field of modern automatic control of a new technology and machinery has become a modern production system an important component of this new technology has developed rapidly becoming an emerging disciplinemechanical hand project. Manipulator involves mechanics, mechanics, electrical hydraulic technology, such as science, is an interdisciplinary technology.The applying of the manipulators are more and more important in the industry, with the development of industrial automation. The paper mainly narrated the design and calculation of light and transfer manipulator.The first, the paper introduces the function, composing and classification of the manipulator, tells out the free-degree and the form of coordinate. At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.In this article, the comprehensive exhaustive discussion has transported manipulators hand, the wrist, the arm, the fuselage and so on, which the major structural design computation.Key words: Manipulator, Freedom, Hand, Wrist 目 录 第一章引 言 1 第二章手部结构设计 3 2.1 手抓的结构选定 3 2.2 液压缸的选定 4 2.2.1 液压缸内径的确定 42.2.2 液压缸外径的确定 42.2.3 缸筒壁厚校核 52.2.4 液压缸活塞杆的确定及校核 62.2.5 活塞的最大行程 62.2.6 缸筒底部厚度的确定 72.2.7 缸盖螺钉的计算 72.2.8 缸筒头部法兰厚度的确定 82.2.9 液压缸其它元件的确定 9 第三章摆动缸的选定 11 3.1 联接部分的设计 11 3.2 联接部分材料的选定与联接方法 11 第四章手臂的结构设计 12 4.1 手臂的结构初定 12 4.2 小臂受力分析 12 4.3 小臂液压缸的确定 13 4.3.1 小臂液压缸的受力分析 134.3.2 液压缸内径的确定 134.3.3 液压缸外径的确定 144.3.4 缸筒壁厚校核 154.3.5 液压缸活塞杆的确定及校核 154.3.6 活塞的最大行程 164.3.7 缸筒底部厚度的确定 164.3.8 缸盖螺钉的计算 174.3.9 缸筒头部法兰厚度的确定 184.3.10 液压缸其它元件的确定 19 4.4 小臂套筒的设计 194.4.1 材料的选定 194.4.2 内套的设计 204.4.3 外套的设计 20 第五章支小臂液压缸的确定 21 5.1 支小臂液压缸的摆动角度确定 21 5.2 支小臂缸的受力分析 21 5.3 液压缸的确定 225.3.1 液压缸内径的确定 225.3.2 液压缸外径及壁厚的确定 225.3.3 缸筒壁厚的校核 235.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 245.3.5 活塞杆的最大允许行程 245.3.6 缸筒底部厚度的确定 255.3.7 缸盖螺钉的计算 255.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定 275.3.9 缸筒与端部焊接 275.3.10 液压缸的其他元件的确定 28 第六章大臂的结构设计 29 6.1 大臂材料的选定 29 6.2 大臂受力分析 29 6.3 支大臂液压缸的确定 306.3.1 液压缸内径的确定 306.3.2 液压缸外径及壁厚的确定 316.3.3 缸筒壁厚的校核 326.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 326.3.5 活塞杆的最大允许行程 336.3.6 缸筒底部厚度的确定 336.3.7 缸盖螺钉的计算 346.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定 356.3.9 缸筒与端部焊接 366.3.10 液压缸的其他元件的确定 36 第七章大臂回转缸的设计 38 7.1 回转缸的确定 387.1.1 回转缸的受力分析及内径的确定 387.1.2 液压缸外径的确定 387.1.3 缸筒壁厚校核 397.1.4 液压缸活塞杆的确定及校核 407.1.5 活塞的最大行程 407.1.6 缸筒底部厚度的确定 417.1.7 缸盖螺钉的计算 417.1.8 缸筒头部法兰厚度的确定 427.1.9 液压缸其它元件的确定 43 第八章底座的设计 44 8.1 底座材料及尺寸的选定 44 8.2 底板螺栓的确定 44 8.2.1 受翻转力矩的螺栓组连接 458.2.2 缸盖螺钉的计算 45 第九章液压系统传动方案的确定 47 9.1 各液压缸的换向回路 47 9.2 调速方案 47 第十章计算和选择液压元件 48 10.1 阀的种类和功用 48 10.2 拟定液压系统 49 10.3 油泵的选择 49 10.4 液压系统中的辅助装置 50 第十一章液压系统原理图 52 结 论 54 致 谢 55 参考文献 56 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言第一章引言1998年ABB公司推出IRB1400系列小机器人，其循环时间只有0.4s，控制器包括软件、高压电、驱动器、用户接口等皆集成于一柜，只有洗衣机变换器那样大小。FANUC公司2000年9月宣称它的控制器为世界最小。工业机器人的应用从单机、单元向系统发展。多达百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能体）。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。机器人技术是涉及机械学、传感器技术、驱动技术、控制技术、通信技术和计算机技术的一门综合性高新技术，既是光机电软一体化的重要基础，又是光机电软一体化技术的典型代表。其产品主要有两大类，即以日本和瑞典为代表的一系列特定应用的机器人，如弧焊、点焊、喷漆装备、刷胶和建筑等，并形成了庞大的机器人产业。另一类是以美国、英国为代表的智能机器人开发，由于人工智能和其它智能技术的发展远落后于人们对它的期望，目前绝大部分研究成果未能走出实验室。机器人系统集成技术也是由几个主要发达国家所垄断。近年来，机器人技术并未出现突破性进展，各国的机器人技术研究机构和制造厂商都继续在技术深化、引进新技术和扩大应用领域等方面进行探索。为了使机器人更好地应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基梅隆机器人研究侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则侧重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配，搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总得来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还是有一定的距离，如：可靠性低于外国产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与外国比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低、而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，以系统集成带动机器人技术的全面发展，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。60 全套图纸加153893706第二章手部结构设计2.1 手抓的结构选定拟定最大抓取重量为60N，根据工作位置和工作环境的需要，决定采用单滑销缸式手部。如下图：图2.1 手抓部分手抓机架拟定材料为HT200，图中有关参数，初步选定如下 =60 （手指的抓取半角 =4570）； f=0.2 （物体与手指接触处的摩擦系数 f=0.10.5）；=0.9 （手部的机械效率 =0.850.9）；k=1.3 （安全系数 k=1.11.5）；k=2.0 （工作情况系数 k=1.12.5）；l=50mm； L=100mm； =30； g=9.8m/s整个手抓部分长度选择300mm。 夹紧时由力学公式： N=sin=sin60=129.9N N=375.3N （2.1） 夹紧时活塞杆的力由公式： F=N =1125.9N （2.2） 初步估算手抓的重量约为30N。2.2 液压缸的选定2.2.1 液压缸内径的确定液压缸的理论输出F可按下式计算： F= （2.3）F：活塞杆的实际作用力（N）；：负载率，一般取0.50.7；：液压缸的总效率，一般取0.90.95； F=2447.6N由表17-6-3查得液压缸的工作压力初选为P=1MPa。由公式： D=10=55.84mm由17-6-26可选用标准液压缸内径D=63mm。2.2.2 液压缸外径的确定按壁厚筒有关公式确定： Dmm P=（1.21.3）P； P=1.5p=1.5MPa； P=1.251.5=1.875；D：油缸内径（mm）；缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选45号钢； 查表20-6-7可知 =610MPa ：缸体材料的需用拉应力（MPa）； n：冲击系数，由表2-3-6可查得n=12； =50.83MPa； D=D=82.6mm初选壁厚 =7mm则/D=0.1111(0.080.3)所以选择下面的壁厚公式计算： =0.84mm初选成立综上所述，从表20-6-9中选择标准液压缸外径76mm，所以液压缸壁厚为=（76-63）/2=6.5mm。2.2.3 缸筒壁厚校核额定压力 P0.35 （2.5）其中：=360MPa （缸筒材料屈服强度。由表20-6-7查得）所以 P0.35=25.23MPa缸筒发生完成塑性变形的压力 P因为P（0.350.42）P=（0.350.42）67.5=（23.62528.35）MPa故选择 P=25Mpa 即工作压力小于25Mpa。本液压缸最大工作压力为1.5Mpa，所以设计选择的壁厚可满足压力的要求。2.2.4 液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表20-6-16查得=1.33， d=D=63=31.38mm根据表20-6-16取标准值d=32mm由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： =1.4Mpa（100110）Mpa；所以满足工作时的强度需要。2.2.5 活塞的最大行程 L= （2.6） F：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 F； F：活塞杆纵向压缩力； n：安全系数； 通常n=3.56； E：材料的弹性模量； 钢材的E=2.1/mm； I：活塞杆横截面惯性矩； mm； L=320由表20-6-2取液压缸标准行程280mm。2.2.6 缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算： （2.7）其中：P：筒内最大工作压力 （P=P=1.5Mpa）； ：筒底材料许用应力 （前面求得=50.83Mpa ）； D：计算厚度外直径 （取D=60mm）； =4.46mm所以，综合上述条件，缸筒底部厚度选择7.5mm。2.2.7 缸盖螺钉的计算由表2-1-8可知活塞v=0.5m/s，则取v=0.0133m/s，活塞杆退回速度v=0.01m/s。由公式： v= （2.8） v：活塞杆的运动速度（m/s）； Q：流入液压缸的流量（m/s）； A：活塞的有效面积（m）； Q=vA=0.01=0.312m/s由公式Q=Q+Q Q：工作载荷（N） Q= （2.9）其中：P：缸盖所受的负载液压力（N）； Z：螺钉数目，Z= Q=0.08Mpa Q：剩余缩紧力对于要求紧密的联接， Q=KQ， K=1.51.8， Q=0.128 Q=0.08+0.128=0.208Mpa螺钉的强度条件：= （2.10） ：材料的许用应力； = n：安全系数，n=3； 查表得=360Mpa； =120Mpa由公式 d 其中Q=1.3Q=1.3=0.27Mpa d=5.35mm选择标准六角螺栓M82.2.8 缸筒头部法兰厚度的确定由公式可得 h （2.11）其中F：法兰在缸筒最大内压力所承受的轴向压力； F=P r：法兰外圆直径；因为选定的螺栓为M8，所以为了方便安装，法兰圆外径选定为135mm。 d：螺栓直径， d=8mm； ：法兰材料的许用应力； b：缸筒外径到螺栓中线的距离； h 取法兰厚度为7.5mm。为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入0型密封圈，所以端盖向内凹处厚度选择7.5mm，即整个端盖厚度为15mm。2.2.9 液压缸其它元件的确定 缸盖的材料 缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定HT200。 活塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350），球墨铸铁，初步拟定为HT300。 密封圈的选择 密封件大多采用0型密封圈，参考手册表10-4-4可知，查得0型密封圈标准值，即截面直径d=3.55mm，故端盖厚度符合要求。 管接头的确定 由公式： d Q：液体流量，L/min； v：按推荐值选定，一般v=3m/s。 求得d，取标准值d=4mm。 所以整个液压缸的长度为 280+（7.5+7.5）2=310m 大体估算整个液压缸加上油液的重量约为30N。 所以，此设计的液压缸如下图所示：图2.2 液压缸沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 摆动缸的选定第三章摆动缸的选定手腕的旋转部分由摆动缸来实现。由于手抓部位的活塞杆d=63mm，D=76mm，所以选择标准摆动缸的轴径45mm，外径为120mm。3.1 联接部分的设计由于摆动缸的轴径外凸无法直接连于活塞杆上，设计一连接结构如下图所示：图3.1 开槽沉头螺钉3.2 联接部分材料的选定与联接方法初步选定此连接结构的材料为HT200。摆动缸的轴与连接部分通过键连接，为防止所传递的转矩过大，故选择花键连接。根据实际情况选择标准花键8。初步估计此摆动缸及连接装置重50N，为确保工作需要的供油量，估计长度为300mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 手臂的结构设计第四章手臂的结构设计4.1 手臂的结构初定拟定驱动大臂的液压缸和驱动小臂的液压缸安装在手臂的同侧。4.2 小臂受力分析小臂和大臂之间为铰链接，且推动小臂的液压缸也和小臂铰链接。拟定两铰链接触之间的距离L=500mm。小臂受力示意图如下：图4.1 小臂受力示意图由所以 R=137.6由所以 R剪力和弯矩图如上最大危险截面为B处4.3 小臂液压缸的确定4.3.1 小臂液压缸的受力分析初步拟定大臂俯仰角度为3090，小臂的运动范围为-3060。则对小臂的受力分析如下：当小臂上扬到最大角度，即45时，小臂液压缸所受的推力最大，所以只需计算此时F即可满足设计需求。 F4.3.2 液压缸内径的确定液压缸的理论输出F可按下式计算： F=F：活塞杆的实际作用力（N）；：负载率，一般取0.50.7；：液压缸的总效率，一般取0.90.95； F=由表20-6-3查得液压缸的工作压力初选为P=1.5Mpa。由公式： D=45.46mm由20-6-2可选用标准液压缸内径D=50mm。4.3.3 液压缸外径的确定按壁厚筒有关公式确定： D （4.1） P（1.21.3）； P； P； D：油缸内径（mm）；缸盖的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选45号钢； 查表17-6-7可知 ：缸体材料的需用拉应力（Mpa）； n：冲击系数，由表2-3-6可查得n=12； =； D初选壁厚则/D=0.12(0.080.3)所以选择下面的壁厚公式计算： 初选成立综上所述，从表20-6-9中选择标准液压缸外径60mm，所以液压缸壁厚为=（60-50）/2=5mm。4.3.4 缸筒壁厚校核额定压力 P （4.2）其中：=360Mpa （缸筒材料屈服强度。由表17-6-7查得） 所以 P缸筒发生完成塑性变形的压力 P；因为P（0.350.42）P（0.350.42）（22.9627.55）Mpa故选择 P=25Mpa 即工作压力小于25Mpa。本液压缸最大工作压力为2.25Mpa，所以设计选择的壁厚可满足压力的要求。4.3.5 液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比是由表17-6-16查得=1.33 d=D根据表20-6-2取标准值d=25mm由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： （100110）Mpa；所以满足工作时的强度需要。4.3.6 活塞的最大行程 L （4.3） F：活塞杆弯曲失稳临界压缩力 F； F：活塞杆纵向压缩力； n：安全系数 通常n=3.56； E：材料的弹性模量 钢材的E=2.1； I：活塞杆横截面惯性矩 mm； L综合小臂的设计需求和表17-6-2取液压缸标准行程220mm。4.3.7 缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌进的圆盘强度公式进行计算： （4.4）其中： P：筒内最大工作压力 （P=P=2.25Mpa）； ：筒底材料需用应力 （前面求得=50.83Mpa）； D：计算厚度外直径 取D=45mm 所以，综合上述条件，缸筒底部厚度选择7.5mm。4.3.8 缸盖螺钉的计算由表2-1-8可知活塞v=0.5m/s，则取v=0.02m/s，活塞杆退回速度，v=0.023m/s活塞杆退回速度，由公式： v=v：活塞杆的运动速度（m/s）；Q：流入液压缸的流量（m/s）；A：活塞的有效面积（m）；Q由公式：QQ：工作载荷（N） Q= 其中： P：缸盖所受的负载液压力（N）； Z：螺钉数目，Z= Q= Q：剩余压缩力对于要求紧密的联接； Q=KQ, K=1.51.8， Q=0.112 Q=0.07+0.112=0.182Mpa螺钉的强度条件： （4.5）：材料的许用应力 n：安全系数，n=3； 查表得=360Mpa； 由公式 d 其中：Q d选择标准六角螺栓M8。4.3.9 缸筒头部法兰厚度的确定由公式可得 h (4.6)其中： F：法兰在缸筒最大内压力下所承受的轴向压力； F=P r：法兰外圆直径；因为选定的螺栓为M8，所以为了方便安装，法兰圆外径选定为120mm。 d：螺栓直径， d=8mm； ：法兰材料的许用应力； b：缸筒外径到螺栓中线的距离； h=取法兰厚度为7.5mm。为了防止油液的泄漏，两端盖内部需装入0型密封圈，所以端盖向内凹处厚度选择7.5mm，即整个端盖厚度为15mm。4.3.10 液压缸其它元件的确定 缸盖的材料缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖选用铸铁拟定HT200 活塞的材料 无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350），球墨铸铁，初步拟定为HT300. 密封圈的选择密封件大多采用0型密封圈，参考手册表10-4-4可知，查得0型密封圈标准值，即截面直径d=3.55mm，故端盖厚度符合要求。 管接头的确定由公式 dQ：液体流量，L/min；v：按推荐值选定，一般v=3m/s；求得d3.68mm，取标准值d=4mm。所以整个液压缸的长度为 220+（7.5+7.5）2=250mm大体估算整个液压缸加上油液的重量约为30N。4.4 小臂套筒的设计4.4.1 材料的选定初定小臂材料为Q235B的空心圆管，长度为500mm。4.4.2 内套的设计由于内套与活塞缸之间不能有接触，所以初步选定内套圆管的内径为156mm，外径为177mm，长度为280mm。内套重量约为 G=vg=7.84.4.3 外套的设计由于内套和外套之间必须接触，且内套和外套之间需要留有一定的余量，所以初步选定内套圆管的内径为179mm，外径为200mm，长度为260mm。内套重量约为G=vg=7.8所以整个小臂的长度为500mm整个小臂的重量为30+113.3+124.2=267.5N沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 支小臂液压缸的确定 第五章支小臂液压缸的确定5.1 支小臂液压缸的摆动角度确定初步拟定大臂俯仰角度为6090，小臂俯仰角度的范围为045。5.2 支小臂缸的受力分析由公式M课求出推力P ：油缸输出的推力P对小臂摆动中心O所产生的起动力矩（NgM）； ：手臂偏重对中心O的偏重力矩(NgM)； ：手臂向上摆动的起动惯性力矩（NgM）； ：摩擦力矩（NgM）； =60 =219.325（NgM） ：参与摆动零件（偏重）对摆动中心的转动惯量（） ：手臂向上摆动的切向角加速度，拟定（弧度/秒），（起动时间） = =，0型密封圈的摩擦阻力矩,为安装角度，L=0.1m由公式可求出液压缸的理论输出力F ：活塞杆的实际作用力； ：负载率，一般取0.50.7；：液压缸的总效率，一般取0.90.95；取 ，,5.3 液压缸的确定5.3.1 液压缸内径的确定由表17-6-3查得液压缸的工作压力初选为由公式由表17-6-9可选用标准液压缸内径5.3.2 液压缸外径及壁厚的确定按壁厚筒有关公式确定： （5.1）（1.21.3），；取，D：油缸内径（mm）缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选45号钢；，查表17-6-7可知，：缸体材料的许用拉应力；n：冲击安全系数，由表17-6-8可查得n=12；= 初选壁厚，则(0.080.3)；根据表17-6-8公式进行计算： 初选成立。综合上述条件，可以从表17-6-9中选择标准液压缸外径A型146mm。5.3.3 缸筒壁厚的校核由公式： （5.2）：额定工作压力；：缸筒材料的屈服强度；查表17-6-7，得 缸筒发生完全塑性变形的压力由公式： （0.350.42）（195.4423.453）本液压缸的最大工作压力为3，所以可以满足强度要求。5.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核 设计中根据工作压力的大小，选用速度比机械手册表17-6-16，查得速度比 根据机械手册表17-6-16，取活塞杆的标准值为d=63mm。由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可近似用直杆承受拉压载荷的简单强度公式进行计算：由公式： （100110）所以满足工作时的强度要求。5.3.5 活塞杆的最大允许行程由公式： （5.3）：活塞杆弯曲失稳临界压缩力：；F：活塞杆纵向压缩力；（N）：安全常数，通常=（3.56） 取=5；E：材料的弹性模数，钢材的E=I：活塞杆横截面积惯性矩；（mm）圆截面： 拟定大臂和小臂铰接时的角度为135；液压缸安装时铰链焊接处为小臂200mm，与大臂焊接处为300mm；根据余弦定理可得，最大行程为350mm。5.3.6 缸筒底部厚度的确定缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周嵌住的圆盘强度公式进行计算： （5.4）其中： P：缸筒内最大工作压力； ：筒底材料许用应力 ：计算厚度外直径，取=90mm =取缸筒底部厚度为12mm。5.3.7 缸盖螺钉的计算由表2-1-8可查得活塞杆的最大速度=0.5m/s，则取活塞退回速度=0.033m/s，活塞杆伸出速度为=0.043m/s。由公式： 其中： V：活塞杆的运动速度；（m/s） Q：流入液压缸的流量；（m/s） A：活塞的有效面积；（m） Q=由公式： Q：工作载荷（N）； （5.5）P：缸盖所受的负载液压力；（N）Z：螺钉数目；Z=；：螺钉中心所在圆的直径（mm）；：油缸内油液的工作压力：剩余锁紧力对于要求紧密的连接=,=1.51.8。取=1.6 螺钉的强度条件为： （5.6） ：材料的许用应力； =，n：安全系数，n=5； = ，； 取标准的开槽沉头螺钉。5.3.8 缸盖头部法兰厚度的确定有公式： （5.7） =36797N 其中： F：法兰在缸筒最大压力下所承受的轴向力； ：法兰外圆直径； ：螺栓直径；=8mm b：缸筒外径到螺栓中线的距离；b=8mm选定螺栓为,为了安装方便，法兰外圆直径选定为180 取法兰厚度为12mm。5.3.9 缸筒与端部焊接焊缝应力计算有公式： （5.8）其中： ：缸盖最大推力；（N） ：缸筒外径；（mm） ：焊缝底径；（mm） ：焊缝材料的抗拉强度； n：安全系数；n=12 ：焊接效率；=0.7取焊缝底径为50mm。5.3.10 液压缸的其他元件的确定 缸盖的材料缸盖本身又是活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁拟定HT200。 活塞的材料无导向环的活塞可用耐磨铸铁，灰铸铁（HT300，HT350），球墨铸铁，初拟定为HT300。 密封件均采用0型密封圈，由机械设计手册（第三版、第二卷）选择双三角密封圈宽度为5mm。活塞杆的密封圈选择活塞杆的专用密封圈V型夹织物橡胶密封圈。 管接头的确定由公式： Q：液体流量，L/min；v：按推荐值选定，一般v=4m/s；求得，取标准值d=10mm。 估算整个液压缸和油液的重量约为70（N）。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 大臂的结构设计 第六章大臂的结构设计6.1 大臂材料的选定初步拟定大臂材料为Q235B的空心方钢，长度L=1000mm，外边长a=100mm，内边长b=80mm。估算大臂的重量 6.2 大臂受力分析 图6.1 大臂受力分析图由公式：油缸输出的推力对小臂摆动中心所产生的起动力矩；：手臂偏重对中心的偏重力矩；：手臂向上摆动的起动惯性力矩；：摩擦力矩，油腔的阻力矩。 = ：参与摆动零件（偏重）对摆动中心的转动惯量：手臂向上摆动的切向角加速度，（起动时间） =23.9，0型密封圈的摩擦阻力矩,为安装角度，=67.3，由公式可求出液压缸的理论输出力F，F=52356N6.3 支大臂液压缸的确定6.3.1 液压缸内径的确定由表2-3-2查得液压缸的工作压力初选为由公式 由表43-6-26可选用标准液压缸内径D=180mm。6.3.2 液压缸外径及壁厚的确定按壁厚筒有关公式确定： （6.1） （1.21.3），=1.5；取=3.75， D：油缸内径（mm）；缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，初选45号钢； ，查表17-6-7可知， ：缸体材料的许用拉应力； n：冲击安全系数，由表17-6-8可查得n=12； =194.7mm初选壁厚，则（0.080.3）；根据表17-6-8公式进行计算： 综合上述条件，可以从表17-6-9中选择标准液压缸外径A型219mm。6.3.3 缸筒壁厚的校核由公式： （6.2）：额定工作压力；：缸筒材料的屈服强度；查表17-6-7，得= ，缸筒发生完全塑性变形的压力由公式： （0.350.42）=（24.6829.61） 本液压缸的最大工作压力为4.5，所以可以满足强度要求。6.3.4 液压缸活塞杆的确定及校核设计中根据工作压力的大小，选用速度比机械手册表17-6-16，查得速度比，由公式： 根据机械手册表17-6-16，取活塞杆的标准值为d=90mm。由于活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力或拉力，所以可近似用直杆承受拉压载荷的简单强度公式进行计算：由公式： （100110）所以满足工作时的强度要求。6.3.5 活塞杆的最大允许行程由公式： （6.3）：活塞杆弯曲失稳临界压缩力；F：活塞杆纵