上下料机械手课程设计说明书.doc

专业课程设计
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
表1精锻机上料机械手主要技术参数
手臂运动形式
（ 圆柱坐标式
抓取重量
60kgf
自由度
4个
手 手臂运动行程和速度
水平伸缩
500mm 设定点2
升降
600mm 设定点2
左右旋转
200度 设定点3
手腕回转和速度
180度 设定点2
手指夹持范围
四种规格 90-120
定位方式和定位精度

机械挡块 +-1mm
控制方式

点位程控，开关板预选

驱动方式

液压 kgf/cm2

（1）根据以上相关设计参数及要求，完成精锻机上料机械手方案设计、结构设计及控制系统设
（2）撰写专业课程设计报告一份，不少于10000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2天

2
绘制部件及总体设计草图
第5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12天

7
编写专业课程设计报告
第13天

8
答辩
第14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10000字。
五、考核方式
专业课程设计的成绩评定采用四级评分制，即优秀、良好、通过和不通过。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。

一 机械手动作过程和主要设计参数介绍
1.1 任务概述
本次专业课程设计的任务是设计精锻机上料机械手。本机械手是为精锻机服务的，具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，可大大减少工人的劳动强度，并且大大提高上料的效率。
工业机械手是一种新型的自动化装置，它可根据作业的要求，按照预先确定的程序搬运物体，装卸零件以及操持喷枪、焊把等工具区完成一定的任务，因此它可在繁重、高温和多粉尘等劳动条件较差的作业中，部分地代替人工操作。
1.2 精锻机上料机械手的动作过程
当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。
1.3 精锻机上料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：

精锻机上料机械手结构示意图
1.4精锻机上料机械手的结构设计
由结构示意图得，该上料机械手有4个自由度：1、腕部的回转运动。2、臂部的水平移动。3、腰部的上下移动。4、机身的回转运动。
1.5 精锻机上料机械手主要技术参数,见下表
手臂运动形式
（ 圆柱坐标式
抓取重量
60kgf
自由度
4个
手 手臂运动行程和速度
水平伸缩
500mm 设定点2
升降
600mm 设定点2
左右旋转
200度 设定点3
手腕回转和速度
180度 设定点2
手指夹持范围
四种规格 90-120
定位方式和定位精度
机械挡块 +-1,mm
控制方式
点位程控，开关板预选
驱动方式
液压 kgf/cm2

二 整体方案设计
2.1 机械手的设计参数
抓重：60kg；
自由度数：4个；
坐标形式：圆柱坐标；
最大工作半径：1700毫米；
手臂最大中心高：2300毫米；
手臂运动参数；
手臂伸缩范围：0~500毫米
手臂伸缩速度：伸出176毫米每秒；
缩回233毫米每秒；
手臂升降范围：0~600毫米；
手臂升降速度：上升102毫米每秒；
下降152毫米每秒；
手臂回转范围：00 ~2000 (实际使用为950)；
手臂回转速度：630每秒；
手腕运动参数：
手腕回转范围:00~1800；
手腕回转速度：2010每秒；
手指夹持范围： Φ90-Φ120毫米；
缓冲方式及定位方式：
手臂伸缩：伸出时由行程开关适时切断油路，手臂缓冲，缩回时由行程开关控制返回终了位置。
手臂升降：上升时是靠可调碰铁触动行程开关而发信，使电液换向阀变为“o”型滑阀机能，切断油路而实现缓冲定位，下降时靠油缸端部节流缓冲，由行程开关控制终了位置。
手臂回转：采用行程节流阀（双向使用）减速缓冲，用定位油缸驱动定位销而定位。
手腕回转：采用行程开关发信，切断油路滑行缓冲，死挡块定位。
驱动方式：液压
控制方式：点位程序控制
2.2 机械手实现的动作
机械手原位→机械手前伸→机械手上升→机械手抓取并夹紧→机械手后退
机械手左转→机械手前伸→机械手松开→机械手下降→机械手右转→退至原位
2.3 机械手的结构组成
本机械手系统由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统包括手部、手臂、手腕。驱动系统包括动力源、控制调节装置和辅助装置组成。控制系统由程序控制系统和电气系统组成。
2.4 机械手的工作过程
立式精锻机和自动上料机械手等的配置如图2-4-1所示。被加热的坯料由运输车2送到上料位置后，自动上料机械手3将热坯料搬运到立式精锻机1上锻打，其成品锻件由下料机械手4送立式精锻机上取下并送到转换机械手5上，转换机械手先把锻件翻转90°成水平位置，由丙烷切割装置6将两端切齐，切割完毕，转换机械手5的手臂再水平回转87°，将锻件水平放置到下料运输装置7上，运送到车间外面的料仓处进行冷却。自动上料机械手3在此精锻生产线上可以完成取料、喂料和变换工位等动作。

2.5 机械手的座标型式与自由度选择
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。
2.6 机械手的手部结构方案设计
为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部。
2.7 机械手的手腕结构方案设计
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转液压缸。
2.8 机械手的手臂结构方案设计
按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由液压缸来实现。
2.9 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。
2.10 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。

三 机械手具体结构设计各机构设计
3.1手部抓紧机构设计计算
3.1.1对手部设计的要求
1、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。
2、有足够的开闭范围
夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。对于回转型手部手指开闭范围，可用开闭角和手指夹紧端长度表示。手指开闭范围的要求与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，手指的形状和尺寸，一般来说，如工作环境许可，开闭范围大一些较好，如图2.1所示。

图2.1 机械手开闭示例简图

3、力求结构简单，重量轻，体积小
手部处于腕部的最前端，工作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。
4、手指应有一定的强度和刚度
5、其它要求
因此送料，夹紧机械手，根据工件的形状，采用最常用的外卡式两指钳爪，夹紧方式用常闭史弹簧夹紧，松开时，用单作用式液压缸。此种结构较为简单，制造方便。
3.1.2拉紧装置原理
油缸右腔停止进油时，液压力夹紧工件，油缸右腔进油时松开
1、右腔推力为
FP=（π／4）D²P （2.1）
=（π／4）0.5²2510³
=4908.7N
2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：
F1=（2b／a）（cosα′）²N′ （2.2）
其中 N′=498N=392N，带入公式2.2得：
F1=（2b／a）（cosα′）²N′
=(2150/50)（cos30º）²392
=1764N
则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/η （2.3）
=17641.51.1/0.85=3424N

经圆整F1=3500N
3、计算手部活塞杆行程长L,即
L=（D/2）tgψ （2.4）
=25×tg30º
=23.1mm
经圆整取l=25mm
4、确定“V”型钳爪的L、β。
取L/Rcp=3 （2.5）
式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）
由公式（2.5）（2.6）得：L=3×Rcp=150
取“V”型钳口的夹角2α=120º，则偏转角β按最佳偏转角来确定，
查表得：
β=22º39′

5、机械运动范围（速度）【1】
（1）伸缩运动 Vmax=500mm/s
Vmin=50mm/s
（2）上升运动 Vmax=500mm/s
Vmin=40mm/s
（3）下降Vmax=800mm/s
Vmin=80mm/s
（4）回转Wmax=90º/s
Wmin=30º/s
所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s
6、手部右腔流量
Q=sv （2.7）
=60πr²
=60×3.14×25²
=1177.5mm³/s
7、手部工作压强
P= F1/S （2.8）
=3500/1962.5=1.78Mpa
3.1.3手部液压缸尺寸计算
手部受力计算
手臂的行程为100mm.速度为400mm/s,起动和制动的时间为0.2s
水平伸缩直线运动油缸驱动力P的计算
根据受力平衡有：

G参与运动的零部件的总重量（包括工件）200N
当量摩擦系数0.18
导向杆的摩擦阻力
分别为a,b杆的摩擦阻力
Ra，Rb 分别为导向套左右端的受力
a 导向套的长度200mm
L工件重心距离导向套的长度100mm

水平移动油缸受力状态
手部油缸驱动力计算
活塞杆，缸盖，缸壁，伸缩油管之间的摩擦阻力0.05P

密封装置处的摩擦阻力0.05P
油缸回油腔低压油造成的阻力，取为0.05P
手臂起动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力

从静止加速到工作速度的速度变化量
起动的时间取为0.2s
油缸驱动力844N
油缸的尺寸：
当油进入无杆腔有：
（工作压力），取
根据标准油缸外径(JB1068-67)取80mm,所以壁厚为10mm
活塞杆的计算

计算得d=44mm
手臂的伸缩行程为200mm,根据其它零部件的安装所需间隙，总长取活塞杆l=240mm。
材料选择
缸筒
工程机械、锻压机械等工作压力较高的场合，常用20、35、45号钢的无缝钢管。其中，20号钢用的较少，因为其较软，机械强度也低，加工粗糙度不宜保证。须与缸盖、管接头、耳轴等零件焊接的缸筒用35号钢，并在粗加工后调质。不与其它零件焊接的缸筒，常用45号钢调质，调制处理的目的是保证强度高、加工性好，一般调质到HB241～HB285。这里液压缸筒选用45号钢调质.缸筒内径采用H7配合。内孔表面的粗糙度，当活塞采用橡胶密封圈时，取R0.4～R0.1。
活塞
活塞材料常用耐磨铸铁、铝合金或钢外面覆盖一层青铜、黄铜和尼龙等耐磨套。本方案活塞材料选用45号钢。
缸盖及活塞杆导向套
缸盖采用35号钢或45号钢锻件，或ZG35、ZG45及HT250、HT300、HT350等铸铁材料。活塞杆导向套可以是缸盖本身，但最好在内表面堆焊黄铜、青铜或其它耐磨材料。活塞杆导向套也可另外压入，采用铸铁、黄铜、青铜、或尼龙。这里材料选取45号钢。
活塞杆
活塞杆有实心和空心两种。实心的用35或45号钢，要求高的可用40Gr钢。空心的用35号、45号无缝钢管、并要求活塞杆的一端留出焊接和热处理的通气孔d。缸的活塞杆也选45号钢。
液压缸的缓冲、排气与密封
以上设计液压缸负载不是很大，而且运行速度慢，所以不设置制动机构。这两个液压缸直径和行程不是很大，不再专门设置排气装置，安装时一次将气排空。关于密封，活塞与缸筒间、缸筒与活塞杆导套间采用O型密封圈,活塞杆与活塞杆导套间采取Y型密封圈，Y型密封圈的唇边面向高压区。为防止大臂安装后会出现偏心，在安装现场调配平衡重。
手部活塞杆的稳定性校核
因为l>15d，所以活塞杆需要稳定性校核
油缸安装属于两端固定，长度折算系数
弹性模量
特定柔度值
活塞杆横截面的惯性半径 i=d/4=44/4=11mm
安全系数
活塞杆的面积F=3.14*d*d/4=2160mm
活塞杆的计算柔度属于大柔度杆其临界力

,活塞杆稳定性符合要求
手部缸体的螺栓链接计算
确定油缸缸筒与缸盖采用螺栓连接，此种方式能够使液压缸紧凑牢固。在这种链接中，每个螺栓在危险剖面上承受的拉力为工作载荷Q和剩余预紧力之和，即：

Q：工作载荷（N）
P：缸盖受到的合成液压力，即驱动力（N）
Z：螺栓数目
：剩余预紧力，
则螺栓

取螺栓公称直径为6 数目4 安全系数2 k=1.8

所以，满足强度条件。
3.2腕部回转机构设计计算
腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。
要求：回转±90º
角速度W=45º/s
以最大负荷计算：
当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。
3.2.1计算扭矩M1
设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：
M1=F×S （3.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）

工件

F

S
F S F
图3-3 腕部受力简图

油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2
F=5kg S=10cm
带入公式3.9得
M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）
摆动缸的摩擦力矩M摩
F摩=300（N）（估算值）
S=20mm （估算值）
M摩= F摩×S=6（N·M）
4、摆动缸的总摩擦力矩M
M=M1+M2+ M摩=30.5（N·M） （3.10）
5.由公式（4.2）
T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8 （3.11）
其中： b—叶片密度，这里取b=3cm；
ΦA1———摆动缸内径, 这里取ΦA1=10cm；
Φmm———转轴直径, 这里取Φmm=3cm。
所以代入（3.11）公式
P=8T/b（ΦA1²-Φmm ²）×106
=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106=0.89Mpa
又因为
W=8Q/（ΦA1²-Φmm ²）b
所以
Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8φA1
=（π/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8
=0.27×10-4m³/s
=27ml/s
3.2.2螺旋摆动液压缸尺寸设计计算
1来复螺旋牙形的设计
1、梯形牙形
梯形牙形的来复副是国内应用较多一种牙形, 在此所用来复油缸的牙形中, 取平均半r=20-40mm，取半径r=20mm，取牙形高h=4mm, 来复母和来复杆的内外径之差均为h，根据运动副的特点,，其牙形为齿侧定心，如图，端面牙宽 B=2r*sin(3.14/Z) (Z为来复螺旋的头数，通常Z=6)

图8 端面牙型
端面牙隙Z1=0.5-1(mm)
根据端面牙型各参数，利用螺旋角可算出法面牙型各参数。
2、油缸活塞的设计
从来复螺旋运动副的讨论，可得到计算压力和流量的关系式：

当油缸的来复螺旋副结构和所需转动的负载确定后，K1和K是定值，因此从二式可得，这样, 可根据整个液压回路要求, 合理选用升角和活塞面积。一般的来复油缸把升角选得小一些, (约50度左右)，而活塞面积大一些，如为细长油缸，则升角选为60度左右，塞面积则小一些。计算得，
螺旋杆直径R1=20mm 长度L1=110mm
螺旋套筒内径R2=25mm 外径R3=30mm 长度L2=140mm
缸体内径R4=30mm 外径R5=40mm 长度L3=120mm
外法兰直径R5=50mm
材料选择
来复油缸的活塞上总有来复螺旋和花键或双来复螺旋二个运动副, 故需用较高强度的材料, 而对活塞与缸体的运动副, 则要求活塞耐磨而不咬死, 故活塞常常采用二种材料组合起来，而对活塞主体45钢或40铬，而活塞部分采用HT或ZQAL9-4.。为了便于加工, 活塞可采用同一材料, 但在活塞上需用鼓形密封圈和尼龙环的组合结构与缸体配合。
轴承的选用
活塞在单来复油缸缸体中作旋转运动又作直线运动, 在双来复油缸缸体中则处于二个升角不同的旋转运动副中, 因此主轴不但承受径向力且又承受轴向力, 油缸结构中既有能承受轴向推力的滚动轴承, 还有滑动轴承。按静载荷选用滚动轴承：
C>1.5W
式中 C-----轴承额定静载荷（kgf）
W-----载荷引起的轴向载荷（kgf）
经计算，选用轴承型号为3014

3.3臂部伸缩机构设计计算
手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。
臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。
机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。所以在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。
手臂的伸缩速度为200m/s
行程L=500mm
1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】
Q=sv
=200×π×40²
=1004800mm³/s
=0.1/10²m³/s=1000ml/s
2、手臂右腔工作压力，公式（2.8） 得：〖4〗
P=F/S （2.12）
式中：F——取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。
所以代入公式（2.12）得：
P=（F+ F摩）/S
=（30×9.8+1000）/π×40²
=0.26Mpa
3、绘制机构工作参数表如图2.4所示：

图2.4机构工作参数表
4、由初步计算选液压泵〖4〗
所需液压最高压力
P=1.78Mpa
所需液压最大流量
Q=1000ml/s
选取CB-D型液压泵（齿轮泵）
此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在32—70ml/r之间，可以满足需要。
5、验算腕部摆动缸：
T=PD（ΦA1²-Φmm²）ηm×106/8 （2.13）
W=8θηv/（ΦA1²-Φmm²）b （2.14）
式中：Ηm—机械效率取： 0.85～0.9
Ηv—容积效率取： 0.7～0.95
所以代入公式（2.13）得：
T=0.89×0.03×（0.1²-0.03²）×0.85×106/8
=25.8（N·M）
T<M=30.5（N·M）
代入公式（2.14）得：
W=（8×27×10-6）×0.85/（0.1²-0.03²）×0.03
=0.673rad/s
W<π/4≈0.785rad/s
因此，取腕部回转油缸工作压力 P=1Mpa
流量 Q=35ml/s
圆整其他缸的数值：
手部抓取缸工作压力PⅠ=2Mpa
流量QⅠ=120ml/s
小臂伸缩缸工作压力PⅠ=0.25Mpa
流量QⅠ=1000ml/s
臂部液压缸尺寸设计计算
臂部的伸缩油缸采用单作用式直线油缸
工作载荷的计算
油缸提升的工作载荷为F,则F＝K(G+Fa)/η
其中K——安全系数，取K＝1.5
G——运动部件所受的重力，若取m＝200kg，则G＝mg＝200×9.8＝1920N
Fa——惯性载荷，Fa＝G·a/g,取起动时油缸活塞加速度a＝14m/s,
则Fa＝G·a/g＝980×14/9.8＝4200N
η——液压缸的机械效率，取η＝0.9
∴F＝K(G+Fa)/η
＝1.5×(1920+4200)/0.9 ＝8700N
主要尺寸的确定
D＝
其中，φ——活塞杆直径d与D的比值，即φ＝d/D,这里取φ＝0.52。
F——工作载荷，前已计算过，为8700N.
——工件提升时有杆腔的压强，取＝2MPa
——工件提升时无杆腔的压强，取＝0MPa
最后得液压缸内径也即活塞直径
D＝＝＝55.31mm
若按标准取D＝60mm,则取d＝D＝60×0.52＝31mm
∴取D＝60mm,d＝31mm。
(3)液压缸行程的制定
升降液压缸的行程在总体方案中根据工艺要求已给出，这里为500mm.

材料选择
缸筒
工程机械、锻压机械等工作压力较高的场合，常用20、35、45号钢的无缝钢管。其中，20号钢用的较少，因为其较软，机械强度也低，加工粗糙度不宜保证。须与缸盖、管接头、耳轴等零件焊接的缸筒用35号钢，并在粗加工后调质。不与其它零件焊接的缸筒，常用45号钢调质，调制处理的目的是保证强度高、加工性好，一般调质到HB241～HB285。这里液压缸筒选用45号钢调质.缸筒内径采用H7配合。内孔表面的粗糙度，当活塞采用橡胶密封圈时，取R0.4～R0.1。
活塞
活塞材料常用耐磨铸铁、铝合金或钢外面覆盖一层青铜、黄铜和尼龙等耐磨套。本方案活塞材料选用45号钢。
缸盖及活塞杆导向套
缸盖采用35号钢或45号钢锻件，或ZG35、ZG45及HT250、HT300、HT350等铸铁材料。活塞杆导向套可以是缸盖本身，但最好在内表面堆焊黄铜、青铜或其它耐磨材料。活塞杆导向套也可另外压入，采用铸铁、黄铜、青铜、或尼龙。这里材料选取45号钢。
活塞杆
活塞杆有实心和空心两种。实心的用35或45号钢，要求高的可用40Gr钢。空心的用35号、45号无缝钢管、并要求活塞杆的一端留出焊接和热处理的通气孔d。缸的活塞杆也选45号钢。
液压缸的缓冲、排气与密封
以上设计液压缸负载不是很大，而且运行速度慢，所以不设置制动机构。这两个液压缸直径和行程不是很大，不再专门设置排气装置，安装时一次将气排空。关于密封，活塞与缸筒间、缸筒与活塞杆导套间采用O型密封圈,活塞杆与活塞杆导套间采取Y型密封圈，Y型密封圈的唇边面向高压区。为防止大臂安装后会出现偏心，在安装现场调配平衡重。
校核
（1）刚筒壁厚
在中低压液压系统中，刚筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要校核。
（2）活塞杆直径的校核
d
式中 F——活塞杆上的作用力
[]——活塞杆材料的许用应力，[]＝b/1.4
b＝598MPa
d＝＝20.35mm
所以活塞杆符合要求。
（3）缸盖固定螺栓的校核
ds
式中F——液压缸负载；
K——螺纹拧紧系数，k＝1.12～1.5；
Z——固定螺栓个数；
——螺栓材料的许用应力；[]＝s/(1.22～2.5),s为材料屈服点
s＝225 MPa
ds＝＝3.4mm
故联接螺栓符合要求。
3.4机身升降装置的设计计算
机身的直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者就直接构成机身的躯干与底座相连。如图4.4-1所示
臂部和机身的配置形式基本上反映了机械手的总体布局。本课题机械手的机身设计成机座式，这样机械手可以是独立的，自成系统的完整装置，便于随意安放和搬动，也可具有行走机构。臂部配置于机座立柱中间，多见于回转型机械手。臂部可沿机座立柱作升降运动，获得较大的升降行程。升降过程由电动机带动螺柱旋转。由螺柱配合导致了手臂的上下运动。手臂的回转由电动机带动减速器轴上的齿轮旋转带动了机身的旋转，从而达到了自由度的要求。
机身升降油缸尺寸设计计算
机身部的升降油缸采用单作用式直线油缸。
工作载荷的计算
油缸提升的工作载荷为F,则F＝K(G+Fa)/η
其中K——安全系数，取K＝1.5
G——运动部件所受的重力，若取m＝300kg，则G＝mg＝400×9.8＝3740N
Fa——惯性载荷，Fa＝G·a/g,取起动时油缸活塞加速度a＝14m/s,则Fa＝G·a/g＝980×14/9.8＝4200N
η——液压缸的机械效率，取η＝0.9
∴F＝K(G+Fa)/η
＝1.5×(3740+4200)/0.9
＝16333N
主要尺寸的确定
D＝
其中，φ——活塞杆直径d与D的比值，即φ＝d/D,这里取φ＝0.52。
F——工作载荷，前已计算过，为16333N.
——工件提升时有杆腔的压强，取＝2MPa
——工件提升时无杆腔的压强，取＝0MPa
最后得液压缸内径也即活塞直径
D＝＝＝95.13mm
若按标准取D＝100mm,则取d＝D＝115×0.52＝60mm
∴取D＝100mm,d＝60mm。
(3)液压缸行程的制定
升降液压缸的行程在总体方案中根据工艺要求已给出，这里为600mm.

材料选择
缸筒
工程机械、锻压机械等工作压力较高的场合，常用20、35、45号钢的无缝钢管。其中，20号钢用的较少，因为其较软，机械强度也低，加工粗糙度不宜保证。须与缸盖、管接头、耳轴等零件焊接的缸筒用35号钢，并在粗加工后调质。不与其它零件焊接的缸筒，常用45号钢调质，调制处理的目的是保证强度高、加工性好，一般调质到HB241～HB285。这里液压缸筒选用45号钢调质.缸筒内径采用H7配合。内孔表面的粗糙度，当活塞采用橡胶密封圈时，取R0.4～R0.1。
活塞
活塞材料常用耐磨铸铁、铝合金或钢外面覆盖一层青铜、黄铜和尼龙等耐磨套。本方案活塞材料选用45号钢。
缸盖及活塞杆导向套
缸盖采用35号钢或45号钢锻件，或ZG35、ZG45及HT250、HT300、HT350等铸铁材料。活塞杆导向套可以是缸盖本身，但最好在内表面堆焊黄铜、青铜或其它耐磨材料。活塞杆导向套也可另外压入，采用铸铁、黄铜、青铜、或尼龙。这里材料选取45号钢。
活塞杆
活塞杆有实心和空心两种。实心的用35或45号钢，要求高的可用40Gr钢。空心的用35号、45号无缝钢管、并要求活塞杆的一端留出焊接和热处理的通气孔d。缸的活塞杆也选45号钢。
液压缸的缓冲、排气与密封
以上设计液压缸负载不是很大，而且运行速度慢，所以不设置制动机构。这两个液压缸直径和行程不是很大，不再专门设置排气装置，安装时一次将气排空。关于密封，活塞与缸筒间、缸筒与活塞杆导套间采用O型密封圈,活塞杆与活塞杆导套间采取Y型密封圈，Y型密封圈的唇边面向高压区。为防止大臂安装后会出现偏心，在安装现场调配平衡重。
校核
（1）刚筒壁厚
在中低压液压系统中，刚筒壁厚往往由结构工艺要求决定，一般不要校核。
（2）活塞杆直径的校核
d
式中 F——活塞杆上的作用力
[]——活塞杆材料的许用应力，[]＝b/1.4
b＝598MPa
d＝＝50.35mm
所以活塞杆符合要求。
（3）缸盖固定螺栓的校核
ds
式中F——液压缸负载；
K——螺纹拧紧系数，k＝1.12～1.5；
Z——固定螺栓个数；
——螺栓材料的许用应力；[]＝s/(1.22～2.5),s为材料屈服点
s＝225 MPa
ds＝＝3.6mm
故联接螺栓符合要求。
3.5机身回转机构设计计算
3.5.1腕部设计计算
腕部是联结手部和臂部的部件，腕部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题腕部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的腕部结构。
要求：回转±90º
角速度W=45º/s
以最大负荷计算：
当工件处于水平位置时，摆动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。
计算扭矩M1
设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：
M1=F×S （3.9）
=10×9.8×0.2=19.6（N·M）
油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩M2
F=5kg S=10cm
带入公式3.9得
M2=F×S=5×9.8×0.1 =4.9（N·M）

摆动缸的摩擦力矩M摩
F摩=300（N）（估算值）
S=20mm （估算值）
M摩= F摩×S=6（N·M）
4、摆动缸的总摩擦力矩M
M=M1+M2+ M摩=30.5（N·M） （3.10）
5.由公式（4.2）
T=P×b（ΦA1²-Φmm²）×106/8 （3.11）
其中： b—叶片密度，这里取b=3cm；
ΦA1———摆动缸内径, 这里取ΦA1=10cm；
Φmm———转轴直径, 这里取Φmm=3cm。
所以代入（3.11）公式
P=8T/b（ΦA1²-Φmm ²）×106
=8×30.5/0.03×（0.1²-0.03²）×106
=0.89Mpa
又因为
W=8Q/（ΦA1²-Φmm ²）b
所以
Q=W（ΦA1²-Φmm²）b/8φA1
=（π/4）（0.1²-0.03²）×0.03/8
=0.27×10-4m³/s
=27ml/s
3.5.2螺旋摆动液压缸尺寸设计计算
来复螺旋牙形的设计
1、梯形牙形
梯形牙形的来复副是国内应用较多一种牙形, 在此所用来复油缸的牙形中, 取平均半r=20-40mm，取半径r=30mm，取牙形高h=6mm, 来复母和来复杆的内外径之差均为h，根据运动副的特点,，其牙形为齿侧定心，如图，端面牙宽 B=2r*sin(3.14/Z) (Z为来复螺旋的头数，通常Z=6)