球坐标工业机械手设计【全套cad图纸】大学毕设论文.doc

宁XX大学毕业设计(论文)球坐标工业机械手设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 2016年 月 日摘 要工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。所谓工业机械手就是一种能按给定的程序或要求自动完成物件（如材料、工件、零件或工具等）传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。本次设计所确定的机械手的整体结构为球坐标式机械手，手臂动作为摆动或者转动，手爪的动作为伸缩和松夹。由于此机械手的动作要求放置不同的工件，所以实现上下料过程也要求手腕能旋转动作。本文的机械手用于棒料，直径4060，长度4501200mm，介绍它的组成和分类、自由度和座标型式、液压技术的特点、PLC控制的特点及国内外的发展状况，对机械手进行总体方案设计，确定机械手的座标型式和自由度，确定机械手的技术参数，设计机械手的手臂结构，设计出机械手的液压系统，绘制机械手液压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制，选取合适的PLC型号，根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案，画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图，并编制可编程序控制器的控制程序。关键词：机械手, 球坐标工业机械手，抓取，棒料；液压；PLC49AbstractIndustrial machinery hand (hereinafter referred to as the manipulator) is a new technology of modern automatic control in the field, as the edge disciplines multidisciplinary integration, it is one of the fastest growing areas of high technology, and has become an important part of modern machinery manufacturing in the production system. The so-called industrial manipulator is a complete object automatically according to the given procedures or requirements (such as materials, parts, components or tools) mechanical device to transmit or operation, it can partly replace the manual labor. The manipulator of higher level type, can simulate human arm movement, complex operation.The overall structure of the design of manipulator and the spherical coordinate manipulator, arm movements as swing or rotation, the gripper action for expansion and loose clamp. Because the mechanical hand movements placed different workpieces, so the implementation process on the wrist rotation is required.In this paper, the mechanical hand for bar, diameter 40 60, length 4501200mm, introduces its composition and classification, degree of freedom and coordinate type, hydraulic technology characteristics, PLC control characteristics and development at home and abroad, for the overall design of manipulator, to determine the coordinates of the manipulator types and degrees of freedom, to determine the technical parameters of the manipulator, manipulator arm structure design, hydraulic system design of mechanical hand, draw the working principle of the hydraulic system of manipulator diagram. The control of the manipulator programmable controller, select the appropriate PLC model, according to the workflow manipulator developed PLC control program, draw the mechanical hand work of the sequential function chart and the ladder diagram, and control program of programmable controlleKeywords: manipulator, spherical coordinate industrial manipulator, grasping, bar; hydraulic; PLC目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV1 绪 论11.1选题背景11.2 机械手发展现状和趋势21.3 机械手的系统工作原理及组成21.3 球坐标工业机械手的组成22 球坐标工业机械手设计要求与方案32.1 球坐标工业机械手技术参数32.2总体方案分析32.3动作原理42.4工业机械手的传动方案设计42.5球坐标工业机械手驱动方式的选择53 球坐标工业机械手各主要组成部分设计73.1手部结构73.1.1手部结构种类73.1.2 夹持器设计计算83.1.3手部校核93.2 升降方向设计计算93.2.1 初步确系统压力103.2.2 升降油缸计算103.3油缸主要部位的计算校核143.3.1缸筒壁厚的计算143.3.2 活塞杆强度和液压缸稳定性计算153.3.3缸筒壁厚的验算173.3.4 缸筒的加工要求183.3.5法兰设计193.3.6 (缸筒端部）法兰连接螺栓的强度计算193.4 活塞的设计213.5 导向套的设计与计算223.6 端盖和缸底的设计与计算243.7 缸体长度的确定253.8 缓冲装置的设计253.9 排气装置263.10 密封件的选用283.11 防尘圈293.12 液压缸的安装连接结构303.13 水平方向设计计算333.13.1 水平方向计算333.13.2 油缸的选型333.14 底座回转机构设计计算333.14.1 回转部位负载计算校核343.14.2 油马达的选型353.15机身结构的设计校核373.15.1 油马达的选择373.15.2螺柱的设计与校核373.15.3机座的机械结构383.6 绘制液压系统图393.6.1 计算和选择液压元件403.6.2液压系统性能的验算414 机械手控制系统设计424.1 机械手的工艺过程424.2 PLC 控制系统434.3 PLC 控制系统程序设计44总结与展望47参考文献48致 谢49 1 绪 论1.1选题背景机械手是工业自动化发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。随着工业自动化程度的提高，工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。目前，我国大多数工厂的生产线上装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。1.2 机械手发展现状和趋势 目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：（1）机械结构向模块化、可重构化发展。（2）工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。（3）机械手中的传感器作用日益重要，使其向智能化方向发展。（4）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； （5）焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器，多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。1.3 机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。 控制系统（PLC）位置检测装置驱动系统执行机构机身手臂手腕手部 图1-1机械手的系统工作原理框图机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。（1）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本设计中采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如气缸、液压缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。（2）驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动。（3）控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（4）位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。1.3 球坐标工业机械手的组成执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。球坐标工业机械手主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。手部是夹紧（或吸附、托持）与松开工件或工具 的部件，由手指（或吸盘），驱动元件和传动元件等组成。时间、速度和加速度等参数。球坐标工业机械手与主机及其它有关装置之间的联系3。 2 球坐标工业机械手设计要求与方案2.1 球坐标工业机械手技术参数坐标形式:球坐标坐标系抓重自由度伸缩X升降Z球坐标200N4350mm，200mm/s横移Y回转俯仰0210，90/s045，90/s回转手指夹持范围0180，90/s棒料，直径4060，长度4501200mm定位方式驱动方式定位精度控制方式电位器(或接近开关等)设定，点位控制液压(中、低压系统)3mmPLC控制2.2总体方案分析由设计内容可知，本次设计所确定的机械手的整体结构为球坐标式机械手，此机械手要实现从传送带到设备的上下料过程。传送带移动方向与设备上所夹持的工件方向垂直。因此手臂动作为摆动或者转动，手爪的动作为伸缩和松夹。由于此机械手的动作要求放置不同的工件，所以实现上下料过程也要求手腕能旋转动作。通过以上分析，这里初选三个方案，各方案如下：方案一：机身的旋转，采用电动机驱动实现，大手臂的俯仰也采用电动机驱动实现，小手臂的伸缩用伸缩缸实现，手腕的回转用电动机实现。方案二：机身的旋转，采用电动机驱动实现，大手臂的俯仰也采用电动机驱动实现，小手臂的伸缩用齿轮齿条实现，手腕的回转用电动机实现。方案三：机身的旋转，采用摆动液压缸驱动实现，大手臂的俯仰采用摆动液压缸驱动实现，小手臂的伸缩用伸缩缸实现，手腕的回转用摆动液压缸。通过方案一，方案二和方案三的比较分析可知，方案一从功能上讲可以满足条件，但电动机的造价太高，不太经济。方案二中也存在上述的问题。同时齿轮齿条的驱动精度太低，在抓取工件时定位精度不够准确，且结构大而复杂。方案三中，由液压缸来完成的部分，不仅驱动力大且结构也相对简单，虽然摆动缸结构尺寸大但输出转矩大，进行优化设计，从而得出方案三最佳，并最终确定此次的设计方案方案三，方案如下：机身旋转、手腕转动，均采用摆动缸来控制，手臂的伸缩用伸缩缸控制，手爪的松夹用夹紧缸来控制。2.3动作原理本次设计是液压驱动，电气控制。机械手的各个动作是由液压缸来驱动的，其动作过程是由液压缸的各个动作运动至终点时压合行程开关，将行程开关的机械运动通过PLC转化为电磁阀得电和失电，后由电磁阀控制各油路的通断，以实现各液压缸的相应运动，从而控制机械手的各个动作。2.4工业机械手的传动方案设计2.4.1传动方案设计按工业机械手的不同形式及其组合情况，其活动范围的图形也是不同的，基本上可分为四种运动形式；直角坐标式机械手、圆柱坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手。根据设计要求，选用球坐标型式。由于液压传动具有以下几个优点：(1)压力高，可实现较大的驱动力，机构可做的较小，紧凑。(2) 无级变速，定位精度高，可实现任意中间位置的停止。系统固有震动频率小，压力、容量调节容易。(3) 重量小，惯性小，可做到经常快速且无冲击的变速和换向，容易控制，动作平稳，迟滞小。2.4.2 总体设计框图图2 总体设计框图如图2为总设计框图，说明如下：(1) 控制系统：任务是根据机械手的作业指令程序和传感器反馈回来的信号，控制机械手的执行机构，使其完成规定的运动和功能。主要设计目标为CPU的选择，CPU程序的编写调试等。(2) 驱动系统：驱动系统工作的驱动装置。(3) 机械系统：包括机身、机械臂、手腕、手爪。需要确定其自由度、坐标形式，并计算得出具体结构。(4) 感知系统：即传感器的选择及具体作用。2.5球坐标工业机械手驱动方式的选择机械手常用的驱动方式主要有液压驱动、液压驱动和油马达驱动四种基本形式。但与液压驱动相比，功率较小，液压驱动的能源、结构都比较简单速度不易控制，精度不高。油马达传动能源简单，速度和位置精度都很高，使用方便，噪声低，机构速度变化范围大，效率高，控制灵活。液压驱动的特点是功率大、结构简单，可省去减速装置，响应快，精度较高。但是需要有液压源，而且容易发生液体泄漏。起初，我先选择电动机的传动结构，但是考虑到机械手的升降运动运用纯机械结构并不能达到理想传动效果。而机械手臂旋转如若使用液压或者液压传动，就必须带有旋转液压或者旋转液压缸，相对来说结构较为复杂，不利于设计。故改良方案，将驱动方式分成两个部分。其中，机械臂的回转采用传动的驱动方式，通过油马达带动齿轮链进行旋转传动；而机械臂的伸缩、升降和机械手抓的抓取，都采用液压驱动方式。3 球坐标工业机械手各主要组成部分设计3.1手部结构3.1.1手部结构种类1.连杆杠杆式手爪这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。2.楔块杠杆式手爪利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。3.齿轮齿条式手爪这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。4.滑槽式手爪 当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。5.平行杠杆式手爪不 需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动采用平行四边形机构，因此，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多结合具体的工作情况，采用连杆杠杆式手爪。驱动活塞 往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条 使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工 工件的直径来调定。本设计按照所要捆绑的重物最大使用 的钢丝绳直径为50mm来设计。a有适当的夹紧力手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。b有足够的开闭范围工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。可用开闭角和手指夹紧端长度表示。于回转型手部手指开闭范围，手指开闭范围的要求与许多因素有关c力求结构简单，重量轻，体积小作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个球坐标工业机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。手部处于腕部的最前端，工因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。d手指应有一定的强度和刚度因此送料，采用最常用的外卡式两指钳爪，根据工件的形状，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。液压缸右腔停止进油时，液压缸右腔进油时松开工件。3.1.2 夹持器设计计算手爪要能抓起工件必须满足： （3-6）式中，-为所需夹持力；-安全系数，通常取1.22；-为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按估算，为机械手在搬运工件过程的加速度，为重力加速度；-方位系数，查表选取；-被抓持工件的重量 200N；带入数据，计算得： ；理论驱动力的计算： （3-7）式中，-为柱塞缸所需理论驱动力；-为夹紧力至回转支点的垂直距离；-为扇形齿轮分度圆半径；-为手指夹紧力；-齿轮传动机构的效率，此处选为0.92；其他同上。带入数据，计算得 计算驱动力计算公式为： （3-8）式中，-为计算驱动力；-安全系数，此处选1.2；-工作条件系数，此处选1.1； 而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，故有 （3-9）式中，-为柱塞缸工作油压；-为柱塞截面积；选取缸内径为50mm3.1.3手部校核活塞杆直径查液压传动与控制手册根据杆径比d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取d/D=0.5-0.7。本设计选择d/D=0.7，d=35 mm=961625N37700N计算所得的力远远大于实际所需要的力，所以满足要求。经计算，所需的油压约为： (后续章节进行介绍)3.2 升降方向设计计算3.2.1 初步确系统压力表3-1 按负载选择工作压力1负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455表3-2 各种机械常用的系统工作压力1机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032液压系统的最大负载约为2000N（其中重物200N，其它零部件重量加上摩擦超载等因素），初选液压缸的设计压力P1=10MPa3.2.2 升降油缸计算手臂作垂直运动时，除克服摩擦阻力F摩和惯性力F惯之外，还要克服臂部运动部件的重力，故其驱动力F驱可按下式计算：F驱 = F摩 + F惯 W(N)（4-2）式中F摩各支承处的摩擦力（N）；F惯启动时惯性力（N）可按臂伸缩运动时的情况计算；W臂部运动部件的总重量（N）；上升时为正，下降时为负。F惯其大小可按下式估算：F惯= a (N)式中W手臂伸缩部件的总重量（N）；g重力加速度（g =9.8m/s）；a启动过程中的平均加速度（m/s），a = (m/s)；v速度变化量。手臂从静止状态加速到工作速度V时，则这个过程的速度变化量就等于手臂的工作速度；t启动过程中所用的时间，一般为0.010.5s。当F摩=100N，F惯=130N，W =1000N(估算重物和臂部结构重量)时，V = 250mm/s (题目条件)F驱=100+1000=1151（N），取液压缸的机械效率cm=0.9。（2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d 知最大负载工进F为1151.02N，取d/D=0.7=1.27D=0.124m=124mm查得油缸的液压缸的内径为125mm,活塞杆直径为90mm,有效行程为200 mm 表4.1 液压缸内径系列 mm810121620253240506380100125160200200320400500(1) 液压缸缸体厚度计算 缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为20、25、35、45号钢的无缝钢管。在这几种材料中45号钢的性能最为优良，所以这里选用45号钢作为缸体的材料。式中，实验压力，MPa。当液压缸额定压力Pn5.1MPa时，Py=1.5Pn，当Pn16MPa时，Py=1.25Pn。缸筒材料许用应力，N/mm。=，为材料的抗拉强度。注：1.额定压力Pn额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=10MPa2.最高允许压力PmaxPmax1.5Pn=1.2510=12.5MPa液压缸缸筒材料采用45钢，则抗拉强度：b=600MPa安全系数n按液压传动与控制手册P243表210，取n=5。则许用应力=120MPa取液压缸厚度12.5mm。取液压缸缸体外径为150mm。4.液压缸长度的确定液压缸长度L根据工作部件的行程长度确定。 L=350mm (题目要求)5. 活塞杆直径的设计查液压传动与控制手册根据杆径比d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取d/D=0.5-0.7。本设计我选择d/D=0.7，即d=0.7D=0.7125=87.5mm。表4.2 活塞杆直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220200280320360400故取d=90mm。2.活塞杆强度计算：式中 许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375-500MPa，取400MPa，为位安全系数取5，即活塞杆的强度适中）3活塞杆的结构设计 活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应液压缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。4.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封形式有Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等6。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/f9选取。薄钢片厚度为0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择O型密封圈。 液压缸工作行程长度可以根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照表4-4选取标准值。液压缸活塞行程参数优先次序按表4-4中的a、b、c选用。表4-4（a）液压缸行程系列（GB 2349-80）62550801001251602002003204005006308001000120016002000200032004000表4-4（b） 液压缸行程系列（GB 2349-80）6 40 6390110140180220280360450550700900110014001800220028003600表4-4（c） 液压缸形成系列（GB 2349-80）62402603003403804204805306006507508509501050120013001500170019002100240026003000340038003.3油缸主要部位的计算校核3.3.1缸筒壁厚的计算在中、低压系统中，液压缸的壁厚基本上由结构和工艺上的要求确定，壁厚通常都能满足强度要求，一般不需要计算。但是，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。当时，称为薄壁缸筒，按材料力学薄壁圆筒公式计算，计算公式为 式（3-2） 式中，缸筒内最高压力； 缸筒材料的许用压力。=, 为材料的抗拉强度，n为安全系数，当时，一般取。当时,按式（3-3）计算 (该设计采用无缝钢管) 式（3-3）根据缸径查手册预取=30此时最高允许压力一般是额定压力的1.5倍，根据给定参数，所以： =71.5=10.5MP=100110（无缝钢管），取=100，其壁厚按公式（3-3）计算为 满足要求，就取壁厚为6mm。3.3.2 活塞杆强度和液压缸稳定性计算A.活塞杆强度计算活塞杆的直径按下式进行校核式中，为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力，=,n一般取1.40。满足要求B.液压缸稳定性计算活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的力不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。若活塞杆的长径比且杆件承受压负载时，则必须进行液压缸稳定性校核。活塞杆稳定性的校核依下式进行式中，为安全系数，一般取=24。 a.当活塞杆的细长比时 b.当活塞杆的细长比时式中，为安装长度，其值与安装方式有关，见表1；为活塞杆横截面最小回转半径，；为柔性系数，其值见表3-2； 为由液压缸支撑方式决定的末端系数，其值见表1；为活塞杆材料的弹性模量，对钢取；为活塞杆横截面惯性矩；为活塞杆横截面积；为由材料强度决定的实验值，为系数，具体数值见表3-3。表3-2液压缸支承方式和末端系数的值支承方式支承说明末端系数一端自由一端固定1/4两端铰接1一端铰接一端固定2两端固定4表3-3 、的值材料铸铁5.61/160080锻铁2.51/9000110钢4.91/500085c.当时,缸已经足够稳定，不需要进行校核。此设计安装方式中间固定的方式，此缸已经足够稳定，不需要进行稳定性校核。3.3.3缸筒壁厚的验算下面从以下三个方面进行缸筒壁厚的验算： A液压缸的额定压力值应低于一定的极限值，保证工作安全： 式（3-4）根据式（3-4）得到：显然，额定油压=7MP，满足条件；B为了避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力值应与塑性变形压力有一定的比例范围： 式（3-5） 式（3-6）先根据式（3-6）得到：=41.21再将得到结果带入（3-5）得到：显然，满足条件；C耐压试验压力，是液压缸在检查质量时需承受的试验压力。在规定的时间内，液压缸在此压力 下，全部零件不得有破坏或永久变形等异常现象。各国规范多数规定: 当额定压力时（MPa）D为了确保液压缸安全的使用，缸筒的爆裂压力应大于耐压试验压力： (MPa） 式（3-7）因为查表已知=596MPa，根据式（3-7）得到：至于耐压试验压力应为：因为爆裂压力远大于耐压试验压力，所以完全满足条件。以上所用公式中各量的意义解释如下：式中: 缸筒内径（）； 缸筒外径（）； 液压缸的额定压力（） 液压缸发生完全塑形变形的压力（）； 液压缸耐压试验压力（）； 缸筒发生爆破时压力（）； 缸筒材料抗拉强度（）； 缸筒材料的屈服强度（； 缸筒材料的弹性模量（）； 缸筒材料的泊桑系数 钢材：=0.33.3.4 缸筒的加工要求缸筒内径采用H7级配合，表面粗糙度为0.16，需要进行研磨；热处理：调制，HB240；缸筒内径的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差之半；刚通直线度不大于0.03mm；油口的孔口及排气口必须有倒角，不能有飞边、毛刺；在缸内表面镀铬，外表面刷防腐油漆。3.3.5法兰设计液压缸的端盖形式有很多，较为常见的是法兰式端盖。本次设计选择法兰式端盖（缸筒端部）法兰厚度根据下式进行计算： 式（3-8）式中， -法兰厚度（m）；密封环内经