平衡臂机械手的设计之总体设计及基础设计说明书fjoz.docx

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1、目 录录第一章绪绪论41.1国国内外机机械手综综述41.1.1简史史41.1.2应用用简况551.2机机械手的的组成和和分类551.2.1机械械手的组组成51.2.2机械械手的分分类71.3本本课题研研究的主主要内容容及意义义71.3.1课题题平衡臂臂机械手手的设计计之总体体设计及及基础的的内容及及基本要要求71.3.2重点点研究的的问题881.3.3主要要技术指指标81.3.4本次次设计的的意义88第二章平平衡臂机机械手机机械结构构的设计计计算992.1机机械手机机构的分分析与设设计92.1.1机械械手的自自由度992.1.2坐标标形式1102.1.3机械械手的机机构简图图以及部部件尺寸寸1

2、0第三章平平衡臂机机械手总总体设计计方案1123.1机机械手总总体系统统的设计计123.2液液压机械械手液压压系统的的工作原原理1223.3液液压系统统的组成成原理1133.4液液压传动动机械手手的特点点133.5机机械手的的动作顺顺序1443.6液液压系统统工作原原理图1143.7 控制方方式选择择153.8平平衡臂机机械手总总体布局局方案的的确定116第四章平平衡臂机机械手总总体设计计及计算算184.1地地基基础础的设计计计算1184.2主主轴的设设计及强强度校核核194.2.1主轴轴部件的的基本要要求1994.2.2轴的的设计计计算2004.2.2轴的的校核2224.2.3轴上上花键的的

3、校核223第五章大大臂驱动动的设计计计算2245.1大大臂的驱驱动力矩矩的计算算245.2回回转缸的的驱动力力矩计算算255.3缸缸盖的强强度计算算265.4大大手臂做做升降运运动时所所需的驱驱动力2275.5驱驱动油缸缸的计算算28第六章轴轴承的校校核2996.1第第一对轴轴承2996.2第第二对轴轴承2996.3第第三对轴轴承299第七章箱箱体的设设计计算算307.1箱箱体支架架的结构构形式和和材料3307.2铸铸铁箱体体主要结结构尺寸寸和关系系31第八章油油管的布布局322第九章电电机的选选择与安安装3339.1选选择驱动动电机3339.2电电机与泵泵组的安安装方式式33设计总结结34参

4、考文献献35附录一英英文文摘摘翻译336附录二英英文文摘摘原文339平衡臂机机械手的的设计之之总体设设计及基基础摘要：论论文模仿仿平衡臂臂机械手手的基本本功能和和设计思思路，根根据给定定的规定定动作顺顺序，综综合运用用所学的的基本理理论、基基本知识识和相关关的机械械设计专专业知识识，完成成了机械械手的设设计，并并绘制必必要的零零部件图图和装配配图，其其中包括括机器装装置的原原理方案案构思和和拟定；原理方方案的实实现、传传动方案案的设计计；主要要结构的的设计简简图；设设计计算算与说明明；控制制油路系系统的设设计。工业机械械手设计计的主要要技术关关键问题题为：夹夹持机构构的夹紧紧与翻转转；行程程机

5、构的的转向与与伸缩；提升机机构的提提升；控控制油路路系统的的设计。关键词：平衡臂臂 工业业机械手手 手爪爪 伸缩缩油缸 转动油油缸Summmaryy： TThe theesiss deeplooys thee baasicc fuuncttionn annd tthe wayy off deesiggn oof tthe auttomaaticc haand , aaccoordiing to thee giivenn prroviisioon oof aactiion in prooperr orrderr, ccompprehhenssiveely usiing thee baasicc

6、thheorriess, bbasiic kknowwleddge andd thhe rrelaatedd prrofeessiionaal kknowwleddge of mecchannicaal ddesiign, coomplletiing thee deesiggn oof mmechhaniicall haand, annd ddryiing thee diiagrramss off thhe nneceessaary spaare parrts andd thhe aasseemblle ddiaggramm, iinclludiing thee coonsiiderratii

7、on andd thhe eestaabliishmmentt off thhe pprinncipple;Thee reealiizattionn off thhe pprinncipple, poowerrtraainss off tthe proojecct; skeetchh pllan of thee sttruccturre;ccalcculaatioon oof ddesiign andd thhe eeluccidaatioon; dessignn off thhe tthe liqquidd prresss syysteem.The maiinlyy keey prooble

8、em oof ddesiign a mmechhaniicall haand is :Cllipppingg thhe oobjeect andd reevollvinng;TThe rouute of traavell orrgannizaatioon;tthe proomottionn off thhe oorgaanizzatiion;thee deesiggn oof tthe liqquidd prresss syysteem.Keywwordd:Arrm bbalaancee IInduustrriall meechaaniccal hannd HHandd cllaw Fleex

9、ibble oill urrn rrecoolciing oill urrn第一章 绪 论工业机械械手是近近代自动动控制领领域中出出现的一一项新技技术，并并已经成成为现代代机械制制造生产产系统中中的一个个重要组组成部分分。这种种新技术术发展很很快，逐逐渐成为为一门新新兴的学学科机械手手工程。机械手的的迅速发发展是由由于它的的积极作作用正日日益为人人们认识识：其一一，它能能部分地地代替人人工操作作；其二二，它能能操作必必要的机机具进行行焊接和和装配。从从而大大大得改善善人工的的劳动条条件，显显著得提提高劳动动生产效效率，加加快实现现工业生生产机械械化和自自动化的的步伐。因因而，受受到各先先进工业

10、业国家的的重视，投投入大量量的人力力物力加加以研究究和应用用。尤其其在高温温，高压压，粉尘尘，噪音音以及带带有放射射性和污污染的场场合，应应用得更更为广泛泛。在我我国，近近几年来来也有较较快的发发展，并并取得一一定的效效果，受受到机械械工业和和铁路工工业部门门的重视视。机械手一一般分为为三类。第第一类是是不需要要人工操操作的通通用机械械手。它它是一种种独立的的不附属属于某一一主机的的装置。它它可以根根据任务务的需要要编制程程序，以以完成各各项规定定操作。它它的特点点是具备备普通机机械的物物理性能能外，还还具备通通用机械械，记忆忆智能的的三元机机械。第第二类是是需要人人工操作作的，称称为操作作机

11、。它它起源于于原子，军军事工业业，先是是通过操操作机来来完成特特顶的作作业，后后来发展展到用无无线电寻寻好操作作机械手手来进行行月球的的探测等等。工业业中采用用的锻造造操作机机也属于于这一范范畴。第第三类是是专用机机械手，主主要负数数于自动动机床或或自动线线上，用用以解决决机床上上下料和和工件传传送。这这种机械械手在国国外称为为Mecchannicaal HHandd，它是是为主机机服务的的，有主主机驱动动；除少少数外，工工作程序序一般是是固定的的，因此此是专用用的。1.1国国内外机机械手综综述1.1.1简史史机械手首首先是从从美国开开始研制制的。119588年美国国联合控控制公司司研制出出第

12、一台台机械手手。她的的结构是是：机体体上安装装一回转转长臂，端端部装有有电磁铁铁的工件件抓放机机构，控控制系统统是示教教型的。19622年，美美国联合合控制公公司在上上述方案案的基础础上又试试制一台台数控示示教再现现型机械械手。商商名为UUnimmatee（即万万能自动动）。同同年，美美国机械械铸造公公司也实实验成功功一种叫叫Verrsattrapp机械手手，原意意是灵活活搬运。19788年美国国Uniimatte公司司和斯坦坦福大学学，麻省省理工大大学联合合研制一一种叫UUnniimattionn-Viiearrm型工工业机械械手，装装有小型型电子计计算机进进行控制制，用于于装配作作业。到目

13、前为为止，日日本是工工业机械械手发展展最快，应应用最多多的国家家。但是，目目前的机机械手大大部分还还属于第第一代，主主要依靠靠人工进进行控制制；控制制方式为为开环式式，没有有识别能能力；改改进的方方向主要要是减低低成本和和提高精精度。第二代机机械手设设有微型型电子计计算机控控制系统统，具有有视觉，触触觉能力力，甚至至听、想想的能力力。研究究安装各各种传感感器，把把感觉到到的信息息反馈，使使机械手手具有感感觉机能能。第三代机机械手（机机器人）则则能独立立地完成成工作过过程中的的任务。它它与电子子计算机机和电视视设备保保持联系系。并逐逐步发展展成为柔柔性制造造系统FFMS（FFlexxiblle

14、MManuufaccturringg Syysteem）和和柔性制制造单元元FMCC(Fllexiiblee Maanuffactturiing Celll)中中重要的的一环。1.1.2应用用简况就国内机机械工业业，铁路路 部门门应用机机械手的的简况，介介绍如下下：（一） 热加工方方面的应应用热加工是是高温、危危险的笨笨重体力力劳动，很很久以来来就要求求实现自自动化。为为了实现现高效率率和工作作安全，尤尤其对于于大件、少少量、低低速和人人力所不不能胜任任的作业业就更加加需要采采用机械械手操作作（二） 冷加工方方面冷加工方方面机械械手主要要采用于于柴油机机配件以以及轴类类、盘类类和箱体体类等零零

15、件单机机加工时时的上下下料和刀刀具安装装等。进进而在程程序控制制、数字字控制等等机床上上应用，成成为设备备的一个个组成部部分。更更在加工工生产线线、自动动线上应应用，成成为机床床、设备备上下工工序联结结和重要要手段。（三） 拆修装方方面 拆修装装是铁路路工业系系统繁重重体力劳劳动较多多的部门门之一，促促进了机机械手的的发展。目目前国内内铁路工工厂、机机务段等等部门，已已采用机机械手拆拆装三通通阀、钩钩舌、分分解制动动缸、装装卸轴箱箱、组装装轮对、清清除石棉棉等，减减轻了劳劳动强度度，提高高了拆修修装的效效率。 采用机机械手进进行装配配更是目目前研制制的重点点，国外外已研究究采用摄摄象机和和里的

16、传传感装置置和微型型计算机机联系在在一起，能能确定零零件的方方位，达达到镶装装的目的的。1.2机机械手的的组成和和分类1.2.1机械械手的组组成 机械械手主要要由执行行机构、驱驱动机构构和控制制系统三三大部分分组成。、 执 行 机 构构（1） 手部 手部安安装在手手臂的前前端，手手臂的内内孔装有有传动轴轴，可把把动作传传给手腕腕，以转转动、伸伸屈手腕腕、开闭闭手指。 机械手手手部的的构造系系模仿人人的手指指，分为为无关节节、固定定关节和和自由关关节三种种。手指指的数量量又分为为二指、三三指、四四指等，其其中以二二指用的的最多。（2） 手臂 手臂有有无关节节臂和有有关节臂臂之分。目目前采用用的手

17、臂臂几乎都都是无关关节臂。 手臂的的作用是是引导手手指准确确得抓住住工件，并并运送到到所需要要的位置置上。为为了使机机械手能能够正确确的工作作，手臂臂的三个个自由读读都需要要精确的的定位。（3） 躯干 躯干是是安装手手臂、动动力源和和各种执执行机构构的支架架。、 驱 动 系 统统驱动机构构主要有有四种：液压驱驱动、气气体驱动动、电气气驱动和和机械驱驱动。其其中以液液压、气气动用的的最多，占占90%以上；电动、机机械驱动动用的较较少。液压驱动动主要是是通过油油缸、阀阀、油泵泵和油箱箱实现传传动。它它的优点点是压力力高、体体积小，出出力大，动动作平缓缓，可无无级变速速，自锁锁方便，并并能在中中间位

18、置置停止。缺缺点是需需配备压压力源，系系统复杂杂，成本本较高。气动驱动动所采用用的元件件为气压压缸、气气马达、气气阀等。它它的优点点是气源源方便，维维护简单单，成本本低。缺缺点是出出力小，体体积大。尤尤其空气气的可压压缩性大大，很难难实现中中间位置置的停止止，只能能用于点点位控制制，而且且润滑性性较差，气气压系统统容易生生锈。为为了减少少停机时时产生的的冲击，气气压系统统的装有有速度控控制机构构或缓冲冲减震机机构。电器驱动动都采用用三相感感应电机机作为动动力，用用大减速速比减速速器来驱驱动执行行机构；直线运运动则用用电机带带动丝杠杠螺母机机构；有有的采用用直线电电动机。电电气驱动动的优点点是动

19、力力源简单单；维护护、使用用方便。一一般只用用于动作作固定的的场合。一一般用凸凸轮连杆杆机构实实现规定定的动作作。它的的优点是是动作确确实可开开，工作作速度高高，成本本低；缺缺点是不不易于调调整。、 控 制 系 统统机械手控控制的要要素，包包括工作作顺序、到到达位置置、动作作时间、运运动速度度和加减减速度等等。机械手的的控制分分为点位位控制和和连续诡诡计控制制两种。控控制系统统可根据据动作的的要求，设设计采用用数字顺顺序控制制。它首首先要编编制程序序加以存存储，然然后再根根据规定定的程序序，控制制机械手手进行工工作。程序的存存储方式式分为分分离存储储和集中中存储两两种。对对于动作作复杂的的机械

20、手手（机械械人），采采用示教教再现型型控制系系统。更更复杂的的机械手手（机械械人）则则采用数数字控制制系统、小小型计算算器或微微处理机机控制的的系统。1.2.2机械械手的分分类一、 按 用 途 分分 类1. 专用机械械手专用机械械手是专专为一定定设备服服务的，简简单、使使用，目目前在生生产中运运用的比比较广泛泛。它一一般只能能完成一一、二种种特定的的作业。如如用来抓抓取和传传送工件件。它的的工作程程序是固固定的，也也可根据据需要编编制程序序控制，以以获得多多种工作作程序，适适应多种种作业的的需要。2. 通用机械械手通用机械械手是在在专用机机械手的的基础上上发展起起来的。它它能对不不同物件件完成

21、多多种动作作，具有有相当的的通用性性。它是是一种能能独立工工作的自自动话装装置。它它的动作作程序可可以按照照工作需需要来改改变，大大概是采采用顺序序控制系系统。通用机械械手又分分简易型型、示教教再现型型和只能能机械手手、草中中式机械械手等几几种。二、 按控制型型式分类类1. 点位控制制型机械械手点位控制制型机械械手的运运动诡计计是空间间二个点点之间的的连接。控控制点书书越多，性性能越好好。它基基本能满满足于各各种要求求，结构构简单。绝绝大部分分机械手手是点位位控制型型。2. 连续轨迹迹控制型型机械手手这种机械械手的运运动轨迹迹是空间间的任意意连续曲曲线，它它能在三三维空间间中作极极其复杂杂的动

22、作作。工作作性能完完善，但但控制部部分比较较复杂。控制方式式分为开开关式和和伺服式式两种。1.3本本课题研研究的主主要内容容及意义义1.3.1课题题 平衡衡臂机械械手的设设计之总总体设计计及基础础的内容容及基本本要求试设计一一个用于于数控车车床旁自自动上料料的机械械手，机机械手的的活动范范围为工工作半径径2m，回回转范围围03660，工作作高度22m，抓抓起的最最大重量量为400kg；对于轴轴类零件件，最大大直径1120mmm,对对于饼类类零件，最最大直径径为3000mmm。在活活动范围围内，机机械手能能够抓起起地面上上任何位位置的工工件送入入到卧式式车床的的卡盘处处。动作作的连贯贯和逻辑辑顺

23、序有有PLCC控制。 设设计工作作量：总总装图纸纸,地基基基础图图，零部部件一览览表，标标准件汇汇总表，外外购件汇汇总表； 设计说说明书； 英文翻翻译成汉汉语(550000字)。1.3.2重点点研究的的问题 机械，机机构，机机械手，夹夹具，弱弱电控制制，PLLC，液液压驱动动或者执执行电机机的控制制，地基基基础。1.3.3主要要技术指指标最大活动动半径 22m 最大活动动高度22m回转活动动范围 003660最大抓取取重量 40kkg 抓取规格格 棒料料1200mm，盘盘类3000mm1.3.4本次次设计的的意义本次设计计主要是是对此机机械手进进行实体体改造。我们这次次设计主主要是针针对此机机

24、械手，而而且还要要对机械械手的整整体布局局及工作作原理和和过程做做一些介介绍。在在外型上上，我们们要解决决的问题题主要是是我们设设计出来来的实体体要和实实物相同同或相近近。在大大的方面面，一个个机械手手可以分分为大臂臂、小臂臂和手爪爪手腕等等部分。而而手腕部部分是我我们所重重点要求求的，对对其中的的每一个个零件、部部件及组组合体的的尺寸和和形体都都有严格格的要求求，因为为大部分分的机械械手是有有人力动动作部分分的，而而且没有有手腕，取取而代之之的是一一个吊钩钩，为了了将其改改造成为为可自动动抓取的的机械手手，每个个零件的的配合都都要很考考究。而而油路的的布置也也要合理理。整体体要整齐齐美观。机

25、机构实用用且经济济。第二章 平衡臂臂机械手手机械结结构的设设计计算算第三章 平衡衡臂机械械手总体体设计方方案3.1机机械手总总体系统统的设计计综合考虑虑了几种种驱动方方式的优优缺点，由由于要求求的抓取取重量较较大（440公斤斤），生生产节拍拍较长，为为了得到到较大的的输出力力和握力力，还要要求传动动平稳，所所以我们们决定采采用液压压驱动的的方式。3.2液液压机械械手液压压系统的的工作原原理3.3液液压系统统的组成成原理 由上图图可知，液液压系统统由以下下几个主主要部分分组成：1.油泵泵 它供给给液压系系统压力力油，将将电动机机输出的的机械能能转换为为油液的的压力能能，用这这压力油油驱动整整个液

26、压压系统工工作。2. 液液动机 压力力油驱动动运动部部分对外外工作的的部分。如如：做回回转运动动的液压压马达，做做回转角角度为3360度度的回转转油缸，控控制手臂臂伸缩的的伸缩油油缸。 3.控控制调节节装置 如单向向阀、溢溢流阀、换换向阀、节节流阀、调调速阀、减减压阀、顺顺序阀等等。各起起一定的的作用，使使机械手手的手臂臂、手腕腕、手指指等能够够完成所所需要的的运动。 4 辅助装装置 如如油箱、滤滤油器、蓄蓄能器、管管路和管管接头以以及压力力表等。3.4液液压传动动机械手手的特点点 机械手手采用液液压传动动比较采采用气压压传动有有如下特特点： 1. 能得到到较大的的输出力力或力矩矩 一般般要得

27、到到2070公公斤/厘厘米的油油液压力力是比较较方便的的，而通通常工厂厂的压缩缩空气均均为46公斤斤/厘米米。因此此，在活活塞面积积相同的的条件下下，液压压机械手手可比气气动机械械手负荷荷大得多多。目前前，液压压机械好好艘搬运运重量（即即抓重）已已达8000公斤斤，而气气动机械械手一般般搬运重重量小于于30公公斤。2. 液液压传动动滞后现现象小，反反应较灵灵敏，传传动平稳稳 与空气气相比，油油液的压压缩性极极小，所所以传动动的滞后后现象小小，传动动平稳。气气压传动动虽易于于得到较较高速度度（如11米/秒秒以上），但但空气粘粘性比油油低、传传动中冲冲击较大大，不利利于精确确定位。3.输出出力和运

28、运动速度度控制较较容易 输输出力和和运动速速度在一一定的油油缸结构构尺寸下下，主要要决定于于油液的的压力和和流量，通通过调节节相应的的压力和和流量控控制阀，能能比较方方便地控控制输出出功率。4 可可达到较较高的定定位精度度 目前一一般液压压机械手手，在速速度低于于4000毫米/秒、抓抓重较轻轻时，采采用适宜宜的缓冲冲措施和和定位方方式，定定位精度度可达到到10.02毫毫米。若若采用电电液伺服服系统控控制，不不仅定位位精度高高，而且且可连续续任意定定位，适适用于高高速、重重负荷的的通用机机械手。但是，液液压传动动也有其其缺点：（1）系系统的泄泄漏难以以避免，影影响工作作效率和和系统的的工作性性能

29、。工工作要求求越高，对对密封装装置和配配合件制制造精度度的要求求就越高高。（2）油油液的黏黏度对温温度的变变化很敏敏感，当当温度升升高时，油油的黏度度即显著著降低，油油液黏度度的变化化直接影影响液压压系统的的性能和和泄漏量量。另外外在高温温田间下下工作时时，必须须注意油油液着火火等危险险。3.5机机械手的的动作顺顺序 我们设设计的机机械手是是一个上上下料的的机械手手，它的的工作流流程简图图如下：图五 工作流流程简图图上述动作作均由电电控系统统发信号号控制相相应的电电磁换向向阀，按按程序依依次步进进动作而而实现的的。该电电控系统统的步进进控制环环节采用用步进选选线器，其其步进动动作是在在每一步步

30、动作完完成后，使使行程开开关的触触点闭合合或依据据每一步步动作的的预设停停留时间间，使时时间继电电器动作作而发信信，使步步进器顺顺序“跳步”控制电电磁阀的的电磁铁铁线圈断断通电，使使电磁铁铁按程序序动作实实现液压压系统的的自动控控制。3.6液液压系统统工作原原理图图六 液压系系统工作作原理图图3.7 控制方方式选择择在现代工工业控制制中，常常用的控控制方式式有继电电器控制制、PLLC控制制和计算算机控制制。现将将它们各各自的优优缺点比比较如表表2和33所示。项目继电器控控制PLC控制功能能多个继电电器接线线完成编程适应性重新设计计、改变变继电器器和接线线修改程序序控制速度度低，机械械动作快，微

31、处处理器处处理安装施工工连线多、复复杂容易、方方便可靠性差，触点点多，故故障多高寿命短长扩展性困难容易维护工作量大大有自诊断断能力项目继电器控控制PLC控制功能能多个继电电器接线线完成编程表二继继电器控控制与PPLC控控制比较较项目计算机控控制PLC工作目的的计算、数数据管理理工业自动动控制环境要求高低控制方式式中断处理理方式循环扫描描特殊措施施掉电保护护（一般般）多种抗干干扰措施施，自诊诊断、断断电保护护编程语言言汇编语言言、高级级语言梯形图、助助记符、SFC等内存容量大小操作要求求专门培训训一般技术术人员其他用于控制制需自行行设计模块化、单单元化，易易于集成成表三计计算机控控制与PPLC控

32、控制在的的比较从以上比比较可以以看出，传传统的继继电器控控制系统统可靠性性差，响响应速度度慢，触触点多，需需要进行行复杂大大量的布布线，故故障多，维维修困难难；计算算机控制制系统虽虽然控速速度和精精度都很很高，但但是适应应性差，对对环境要要求高，成成本高，不不适合大大规模推推广；而而可编程程控制器器则具有有方便可可靠，易易学易用用，控制制精度和和速度高高，适应应性强，成成本不是是很高，非非常适用用现代大大规模自自动化工工业控制制。综合考虑虑继电器器控制、计计算机控控制和PPLC控控制的各各自的特特点，现现决定选选用PLLC控制制。3.8平平衡臂机机械手总总体布局局方案的的确定图七 总体方方案图

33、上图所看看到的方方案是本本人了解解了各种种资料和和参考了了机械实实物所设设计的初初步方案案。平衡衡臂机械械手工作作时要一一个稳定定的基础础且不需需移动，所所以该地地基设计计为嵌入入水泥地地里，这这样的平平衡性和和稳定性性好。本本次设计计我们没没将伸缩缩油缸和和回转油油缸放置置在同一一个立柱柱中，因因为如果果这样放放置，一一个是装装配时十十分不方方便，二二个是在在机械手手夹持工工件进行行回转时时，回转转中心将将更加远远离回转转油缸的的中心，那那样对支支撑轴的的扭矩将将增大，且且对立柱柱的弯曲曲应力更更大，机机械手的的寿命将将缩短。所所以，我我们设计计的是将将伸缩油油缸和液液压站用用支撑板板固定在

34、在远离工工件的立立柱的另另侧，这这样，当当机械手手回转时时，回转转中心将将比较靠靠近回转转油缸的的回转中中心，这这样，即即减少了了支撑轴轴的弯曲曲应力，又又可以使使的机械械手在装装配和设设置油管管路线时时更加方方便。横横向扩展展一下，本本人联想想到深圳圳沙田海海港的集集装箱的的起吊手手臂，它它在空间间运行的的时候，保保证了集集装箱的的水平放放置，那那样手臂臂的设计计将更加加复杂。本本人设计计的机械械手，在在空间的的运动位位置是不不定的，则则在横向向伸缩的的导杆中中加入一一个伸缩缩油缸，用用来精确确控制工工件被夹夹取后在在空间中中的运动动位置。第四章 平衡衡臂机械械手总体体设计及及计算4.1地地

35、基基础础的设计计计算1. 查表得水水泥地密密度为33，水泥泥的承载载压强为为40MMPa，铸铸铁的密密度为77.333。其安装图图如下所所示：图八 地基基基础2. 初步取地地基的直直径为6660mmm，高高为600mm。半半圆的中中心为44r/33p。当前端吊吊臂满载载时，其其重心距距主轴的的距离SS1=11.5mm，质量量m1=1000kg，力力矩M11=S11m1g=115000Nm。在主轴另另一侧电电动机、液液压缸等等器件的的总重心心距离主主轴S22=0.4m，质质量m22=2000kgg，力矩矩M2=S2m2g=8800NNm。地基一侧侧的重心心位置dd=4rr/3pp=0.27mm，

36、能产产生的最最大力矩矩M3= =5595NNm。水泥地厚厚度H=0.0199m，考考虑到其其安全性性，设其其安全系系数为22，则HH=400mm。底部压强强为=00.2MMPa40MMPa。4.2主主轴的设设计及强强度校核核4.2.1主轴轴部件的的基本要要求主轴部件件是机床床的重要要部件之之一。主主轴部件件通常是是由主轴轴、主轴轴轴承和和安装在在主轴上上的传动动件组成成。机床床工作时时，由主主轴带动动工件或或刀具直直接参加加表面成成形运动动，所以以主轴部部件的工工作性能能对加工工质量和和机床生生产率有有着重要要的影响响。对主轴的的基本要要求有：旋转精精度 主轴轴部件的的旋转精精度是指指机床在在

37、装配后后，主轴轴前端机机械手部部分的径径向和轴轴向跳动动的大小小。主轴轴部件的的旋转精精度决定定于主轴轴部件的的主要零零件，如如主轴、轴轴承等的的制造和和装配精精度。刚度对主轴部部件的刚刚度要求求是指在在外力的的作用下下，主轴轴部件应应具有一一定的抵抵抗变形形的能力力。也就就是在外外力作用用下，主主轴应仍仍能保持持一定的的工作精精度。主主轴部件件的刚度度大小通通常以使使主轴前前端产生生单位位位移时，在在位移方方向上所所需施加加的作用用力来表表示。它它综合地地反映了了主轴和和轴承的的变形。如如果主轴轴部件的的刚度不不足，将将使主轴轴在切削削力和传传动力的的作用下下，产生生较大的的弹性变变形，并并

38、且还容容易引起起振动。这这样不仅仅会降低低加工精精度和表表面粗糙糙度，还还会使齿齿轮等传传动件和和轴承等等因不能能均匀受受力而恶恶化工作作条件。影响主轴轴部件刚刚度的因因素较多多，有主主轴的结结构尺寸寸、轴承承的类型型和配置置方式，轴轴承间隙隙的大小小，传动动件的布布置方式式，主轴轴部件的的制造和和装配质质量等。抗振性性主轴部件件的振动动会影响响工作的的质量和和主轴轴轴承的寿寿命，还还会发生生噪声影影响工作作环境。主主轴部件件在运转转时应尽尽量减少少振动，这这对高速速和高精精度的机机床更为为重要。温升 主轴部部件在运运转中温温升过高高会引起起两方面面的不良良后果：一是主主轴部件件和箱体体因热膨

39、膨胀而变变形，主主轴的旋旋转中心心线和机机床其他他部件的的相对位位置发生生变化，直直接影响响定位精精度；其其次是轴轴承等元元件会因因温升过过高而改改变已调调好的间间隙和破破坏政正正常的润润滑条件件，影响响轴承的的正常工工作，严严重的会会发生“抱轴”。机标JBB22778-778规定定，主轴轴在最高高转速达达到稳定定温度（温温升上升升不超过过每小时时5C）时时，滑动动轴承温温度不得得超过660C，温温升不得得超过330C；滚滚动轴承承温度不不得超过过70C，温温升不得得超过440C。耐磨性性 主轴部部件必须须有足够够的耐磨磨性，以以便能长长期地保保持精度度。为了了提高耐耐磨性，一一般机床床主轴的

40、的易磨损损部件应应淬硬或或经氮化化处理。4.2.2轴的的设计计计算1输入入轴的功功率、转转速、弯弯矩和转转矩。初步设定定器回转转速度为为v=55r/mmin，从从启动到到加速至至工作速速度的时时间为TT=1ss，平衡衡臂吊起起最大重重物时，其其重心距距主轴=1.55m，其其总质量量大约为为=2000kgg。在吊吊臂的另另一侧包包括活塞塞、电机机、油泵泵、油箱箱等零部部件的总总质量大大约为=2000kg，其其重心距距主轴=0.44m。则，最大大扭矩为为=511.4NNm其最大弯弯矩为1150NNm根据第三三强度理理论，其其相当弯弯矩为1159NNm其功率为为0.008kww2初步步确定轴轴的最小

41、小直径选取轴的的材料为为35号号钢，调调质处理理。根据据表155-3，取11125（中中间值），抗抗弯截面面系数，许许用应力力于是得得=80mmm3轴的的结构设设计（1） 拟定轴上上零件的的装配方方案 其方方案如图图所示图九 主轴（2） 根据轴向向定位的的要求确确定轴的的各段直直径和长长度1） 在1-22轴段右右端为了了减少摩摩擦，选选择滚动动轴承，故故取1-2段的的直径=90mmm；左左端用定定位螺钉钉定位，其其距左端端的距离离=277mm。33-4段段的长度度根据箱箱体的大大小确定定，其长长度=2232mmm。2） 因轴承即即受有径径向力的的作用还还受轴向向力的作作用，故故选用滚滚动轴承承

42、和推力力球轴承承一起用用。参照照工作要要求并根根据=770mmm，有轴轴承产品品目录中中初步选选取0基基本游隙隙组、标标准精度度等级的的深沟球球轴承662188，其尺尺寸为ddDB=990mmm1355mm25mmm，推推力球轴轴承为00基本游游隙组、标标准精度度等级的的滚动轴轴承5112244，其尺尺寸为ddDB=990mmm1400mm35mmm 。左左端采用用轴肩定定位，故故=1220mmm，=110.轴轴承之间间采用轴轴套定位位。3） 该轴与回回转缸的的连接为为花键连连接，其其花键的的大小为为dDl=882mmm88mmm1000mm。即即=1000mmm，=888mmm。花键键距左端

43、端的距离离为=221mmm。4） 由于该轴轴所受的的弯矩比比较大，故故轴=7700mmm，其其直径为为花键的的内径，=82mm。至此，已已初步却却低昂了了轴的各各段直径径和长度度。（3） 轴上零件件的周向向定位 回转缸缸与轴的的周向定定位均采采用花键键连接。键键槽用键键槽铣刀刀加工，长长为1000mmm，回转转缸与轴轴的配合合为。滚滚动轴承承与轴的的周向定定位由过过渡配合合来保证证的，此此处选轴轴的直径径尺寸公公差为mm6。（4） 确定轴上上圆角和和倒角尺尺寸参考装配配图，取取轴端倒倒角为2245，各轴轴肩处的的圆角半半径4.2.2轴的的校核按弯扭合合成应力力校核轴轴的强度度作轴的弯弯扭矩图图

44、图十 弯扭矩矩图由上图可可以看出出截面CC是轴的的危险截截面。现现将算出出的截面面C处的的各值列列于下表表。载荷水平面HH垂直面VV支反力FF=13443N，=139N=4888.6NN，=550.44N弯矩M=698856NNmm=254406NNmm总弯矩M=7443322 Nmm扭矩TT=4774600 Nmm表四 截截面C受受力根据上表表的数据据，以及及轴单向向旋转，扭扭转切应应力为脉脉动循环环应力，取取=0.6，轴轴的计算算应力23.558MPPa前已选定定轴的材材料为335钢，调调质处理理，由表表查得【】=80MPa。因此【】，故安全。4.2.3轴上上花键的的校核按工作面面上的挤挤

45、压应力力进行强强度校核核，载荷荷分配不不均系数数=0.7，花花键的齿齿数z=6，齿齿的工作作长度LL1000mm，花花键齿侧侧面的工工作高度度h=22mm，dd=300mm，许许用应力力【P】=10MMPa，转转矩T=87.53NNm，其其强度为为=1.552MPPa【P】故花键符符合要求求。第五章 大臂臂驱动的的设计计计算5.1大大臂的驱驱动力矩矩的计算算驱动平衡衡臂回转转时的驱驱动例句句必须克克服平衡衡臂起动动时所产产生的惯惯性力矩矩，平衡衡臂的转转动轴与与支承孔孔处的摩摩擦阻力力矩，动动片与缸缸径、定定片、端端面等处处密封装装置的摩摩擦阻力力矩，动动片与缸缸体、定定片、端端盖等处处密封装装置阻力力以及由由于转动动件的中中心与转转动轴线线不重合合所产生生的偏重重力