工业机械手液压控制设计(三)

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第二章机械手系统组成
2.1 系统组成
机械手系统由机体，传送机构，动力源和控制装置四部分组成。其中机体由小车及本体等部分组成；传送机构主要由伸缩臂及抓紧机构所组成；动力源由液压驱动和机械驱动两种形式构成控制装置主要由自动控制和手动控制两部分组成。
2.2 机械手的选定
毕业设计的目的就是要把我们所学的比较分散的知识综合起来，并进行灵活运用。现在的发展趋势是机电一体化，因此，我们的毕业设计是要我们将“机”、“电”、“液”三者有机的结合起来。
“机”即是指机械，机械手的动作过程可以分五部分，即机械手的上升下降、机械手的前伸后缩、机械手的加紧放松、机械手的左转右转、小车的前进后退。这五部分中我们靠机械完成机械手的上升下降动作，即本课题所做的机械手采用电动机带动丝杠螺母机构来实现手臂的上升、下降方面。
机械手的上升与下降主要是靠滚珠螺旋传动来完成的。滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杆传动是带动滚珠沿螺纹轨道滚动。滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或者其他直线运动副相比，有以下特点：
1）传动效率高    一般滚珠丝杠副的传动效率达85%-98%，为滑动丝杠副的3-4倍。
2）运动平稳      滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，低速时无爬行。
3）能源预紧      预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。同时增加的摩擦力矩相对不大。
4）工作寿命长    滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杠副的4-10倍以上.
5）定位精度和重复定位精度高    由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸的补偿的膨胀，因此，可以达到较高的定位精度和重复定位精度。
6）同步性好      用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动部件。可以得到较好的同步运动。
7）可靠性高     润滑密封装置结构简单，维修方便。
8）不自锁       用于垂直运动，必须在系统中附加自锁或制动装置。
9）经济性差，成本高    由于结构工艺复杂，故制造成本高价格往往以 mm计。
经过计算，选择如下：
电动机型号： Y802-2
功率： 1.1W
丝杠型号： Tr40×7
2.2.1 动作分析
工业机械手的机械机构是指它的执行系统，是机械手抓持工件、进行操作及各种运动的机械部件。机械部件主要包括手部，手臂前后伸缩部分，手臂上下升降部分腰转部分以及机座和行走机构。
2.2.2 手部
手部：包括杠杆手指，单向作用式握紧油缸等。其工作原理：物体进入手指后，拉杆手油缸作用，通过拉杆带动杠杆手指回转，实现握紧或松开动作。
2.2.3 手臂的前后伸缩部分
手臂的前后伸缩部分由直线油缸带动实现。
当直线油缸工作时通过活塞杆行程的变化，完成手臂的伸缩运动。
2.2.4 手臂的上下升降部分
手臂的上下升降部分是由电动机、丝杆传动副、立柱等部分组成。
当电动机工作时，通过联轴器转动丝杆，由于丝杆螺母周受到立柱的径向转动限制，使得螺母及手臂架只能作上下运动。
2.2.5 腰转部分
腰转部分主要由转盘和回转油缸组成。
当压力油进入回转油缸时，回转油缸的回转轴回转，通过活塞杆的伸缩带动转盘的转动，从而实现机械手的左右转动，

2.2.6 行走机构
行走机构主要是由电动机、齿轮、链轮等组成。
当电动机工作时，通过齿轮、链轮的传动，带动小车的轮子转动，从而实现行走。

第三章机械手的液压部分
3.1 液压部分设计
液压系统相对于机械传动来说，是一门较成熟的技术。虽然人类使用水力机械及液压技术虽然已有很长的历史，但是液压技术在机械领域中得以应用并取得迅速发展则是本世纪。由于液压传动具有许多突出的优点，因而目前已广泛的应用在工、农业机械、机床、交通运输、陆地行走设备、船舶控制、火炮控制、飞机、导弹等各方面。
3.1.1 液压系统的工作原理
所谓液压系统就是以液体为介质，依靠运动者的液体的压力能来传递力的。液压系统工作是，液压泵把电动机传来的回转式机械能转变成油液的压力能：油液被输送到液压缸（或液压马达）后，又由液压缸（或液压马达）把油液的压力能变为直线式（或回转式）的机械能输出。液压系统中的油液在受调节、控制的状态下进行工作的因此液压传动和液压控制在这个意义上来说难以截然分开。液压系统必须满足起执行元件在力和速度方面的要求。
3.1.2 液压传动的工作特性
液压系统工作是，外界负载越大（在有效承压面积一定的前提下）所需要的压力也越大，反之亦然。因此液压系统的由压力（简称系统的压力，下同）大小取决于外界负载。负载大，系统压力大；负载小，系统压力小；负载为零，系统压力为零。另外，活塞或工作台的运动速度（简称系统的速度，下同）取决于单位时间通过节流阀进入液压缸中油液的体积即流量。流量越大（在有效承压面积一定的前提下）系统的速度越快，反之亦然。流量为零，系统的速度亦为零。液压系统的压力和外在负载，，速度和流量的这两个关系称作液压传动的两个工作特性。
3.1.3 液压系统的组成
液压系统由以下五个部分组成：
1）动力元件      它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置。液压泵即为动力元件。
2）执行元件      它是将液体的压力能转换为机械能的装置，以驱动部件。液压缸和液压马达即为执行元件。
3）控制调节元件控制调节元件是指各种阀类元件，它们的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。
4）辅助元件      辅助元件是指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等。
5）工作介质      在液压系统中使用液压油（通常为矿物油）。
3.1.4 液压系统的优、缺点

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