摘要 .................................................................................................................................... I ABSTRACT.........................................................................................................................I I 第1章绪论. (1)
1.1 选题背景及意义 (3)
1.2 砂石泵的概述及发展 (3)
1.2.1砂石泵的工作原理 (3)
1.2.2砂石泵的主要零部件 (4)
第2章砂石泵的总体结构设计 (7)
2.1砂石泵结构设计的总体方案分析 (7)
2.2.1螺旋离心泵叶轮结构特征 (7)
2.2.2砂石泵的主要性能参数 (8)
2.2确定泵的总体结构形式 (8)
2.3泵的进出口直径的确定 ··························································错误！未定义书签。
2.3.1进口直径 ········································································错误！未定义书签。
2.3.2泵的出口直径D d···························································错误！未定义书签。
2.4 泵转速的确定 (9)
2.5确定泵的水利方案 (10)
2.6 本章小结 (11)
第3章砂石泵的水利设计计算 ················································错误！未定义书签。
3.1轴功率和原动机功率 ······························································错误！未定义书签。
3.2 泵轴径和叶轮轮毂直径的初步计算 ·····································错误！未定义书签。
3.3叶轮主要尺寸的确定方法 ······················································错误！未定义书签。
3.3.1基本公式 ········································································错误！未定义书签。
3.3.2用速度系数法计算叶轮主要尺寸的公式 (13)
3.3.3 叶轮磨损分析 (18)
3.4 压水室设计 (20)
v (20)
3.4.1涡形体各断面面积内的平均速度
3
a的计算 (21)
3.4.2、舌角
3
1
3.4.3 基圆直径
D (21)
3
3.5 叶片厚度的确定 (21)
3.6 本章小结 (22)
第4章轴向力及其平衡 (24)
4.1 产生轴向力的主要原因 ·······················································错误！未定义书签。
4.2 轴向力的计算 ·······································································错误！未定义书签。
4.3 轴向力的平衡方法 (24)
第5章砂石泵主要零件的强度计算 (25)
5.1 引言 (25)
5.2 叶轮强度计算 (25)
5.2.1盖板强度计算 (25)
5.2.2叶片厚度计算 (26)
5.3泵轴的强度校核 (27)
5.3.1 泵轴的强度计算 (28)
5.3.2 泵轴的刚度校核 (28)
5.4 键的校核 (28)
5.4.1 键的选择 (28)
5.4.2 键联接强度计算 (29)
5.5 本章小结 (29)
第6章砂石泵主要通用零部件的选择 (31)
6.1 正确选用砂石泵主要通用零件的重要性 (31)
6.2轴封结构的选择 (31)
6.3 轴承部件的选择 (34)
6.4 联轴器的选择 (34)
6.5 电动机的选择 (34)
6.6 本章小结 (35)
结论 (36)
参考文献 (38)
致谢 (39)
2
第1章绪论
1.1 选题背景及意义
近几十年来，砂石泵在国民经济各部门生产中的应用范围日益扩大，如用于抽送污水、粪便、泥浆和各类纤维杂质浆料，杂质泵已成为泵应用中非常重要的领域。目前国内的杂质泵产品主要有污水泵、泥浆泵、纸浆泵和旋流泵，综观应用情况，现有各种杂质泵虽然具有抽送含颗粒、杂质混合液的较好性能，但由于受泵型结构所限，泵在工作中会时常发生绕缠与堵塞故障，而目.对物料破坏严重，更无法用于抽送长纤维、大粒径固体物和要求不损伤的物料，远不能满足多行业的需要。
矿山分离机(简称螺旋泵)是一种新型杂质泵，具有极好的无堵塞、无绕缠与损伤少的性能。该新产品的开发在国外已有近30年历史，60年代由秘鲁率先推出，尔后日本、西德等国亦相继研制成功。据报道，目前国外的螺旋泵技术产品发展很快，现已研制有单头、双头和带有盖板等不同结构的螺旋式叶轮，并且制成普通干式泵、浸没式泵、潜水泵多种系列产品，在许多生产部门得到广泛应用。
我国的矿山分离机新技术产品开发起步较晚，1988年本项目LLB型螺旋式离心泵的研制成功尚属国内首次。新产品已通过专家鉴定，并在多行业进行了几年的生产应用推广，取得了显著的生产效果与经济效益。
1.2 矿山分离机的概述及发展
1.2.1砂石泵的工作原理
泵是把原动机的机械能转换成抽送液体能的机器。原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体作功，使其能量整加，从吸水池经泵的过流部件输送到要求的高处或要求的压力的地方。
图1.1所示是简单的泵装置。原动机带动叶轮旋转，将水从A处吸入泵内，排送到B处。泵中起主导作用的是叶轮，叶轮中的叶片强迫液体旋转，液体在离心力的作用下向四周甩出。这种情况象转动的雨伞，雨伞上的水滴向四周甩出去的道理一样。
3
泵内的液体甩出去后，新的液体在大气压力下进到泵内。如此连续不断地液体在大气压力下进到泵内。如此连续不断地从A处到B处供水。泵在开动前，应先灌满水。如不灌满水，叶轮只能带动空气旋转，因空气的单位体积的质量很小，产生的离心力甚小，无力把泵内和排水管路中的空气排出，再泵内造成真空，水也就吸不上来。泵的底阀是为灌水用的，泵出口侧的调节阀是用来调节阀是用来调节流量的。
1- 调节阀 2 –排出短管 3 –压水室 4 –叶轮 5 –底阀 6 –吸水室
图1.1泵工作的装置简图
需要强调指出的是，若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气缚。吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从壳内流出。空气从吸入管道进到泵壳中都会造成气缚，实际工作中要避免发生这种情况。
1.2.2砂石泵的主要零部件
泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。
泵吸水室位于叶轮前面，其作用是把液体引向叶轮。有直锥形、弯管形和螺旋形三种形式。
4
压水室位于叶轮外围，其作用是收集从叶轮流出的液体，送入排出管。压水室主要有螺旋形压水室（涡壳）、导叶和空间导叶三种形式。
叶轮是泵最重要的工作元件，是过流部件的心脏。叶轮由盖板和中间的叶片组成。根据液体从叶轮流出的方向不同，叶轮分为径流式、混流式和轴流式三种型式。
径流式叶轮—液体流出叶轮的方向垂直于轴线，即沿半径方向流出；
混流式（包括斜流式）叶轮—液体流出叶轮的方式倾斜于轴线；
轴流式叶轮—液体流出叶轮的方向平行于轴线，即沿轴线方向流出。
泵的类型：
泵可以分为叶片式泵（动力式泵）、容积式泵和其它类型泵三大类。所谓叶片式泵，是依靠叶轮在壳体中旋转，通过流体动力参数的变化把能量传给液体的机械。叶片式泵的简单分类如下：
(1)离心式（装径流式叶轮）
1)单吸（叶轮一面进水）
2)双吸（叶轮两面进水）
(2)混流式（装混流式叶轮）
(3)轴流式（装轴流式叶轮）
(4)单级（装一个叶轮）
(5)多级（装多个叶轮）
1.2.3砂石泵的发展
砂石泵具有输送各类杂质、浆料和固体物料无堵塞、不损伤等良好功能，故在一些生产部门拥有广泛的推广应用前景和显著的经济效益。
由于砂石泵具有很多优点,因此,今后我国的需求量将持续增长,并有以下主要发展趋势。
1.发展多功能多用途砂石泵
我国砂石泵的形式和外国著名的砂石泵生产厂的产品相比还不够多,如带有切割装置的泵、多级泵、抽送腐蚀性介质的砂石泵等生产的还很少,然而其市场的需求量又很大,因此,具有很好的发展前途。
2.开发高可靠性机械密封
机械密封是砂石泵的关键部分,采用两道单端面机械密封,这样介质的压力可以作用到端面,泄漏方向为内流型,这些都是有利的,但结构稍复杂。在油室内装双端面机械密封,两侧的端面应采用不同的结构型式,使介质的压力能作用到下侧的端面上,否则只靠弹簧力,密封端面的反推力易使端面打开。因此,还应进一步在结构和材料方
5
面进行研究,提高其可靠性和寿命。
3.新材料新技术新工艺等将逐步应用
普通泵已使用不锈钢、氟塑料(F46)、衬塑、衬胶、喷涂陶瓷等,所有这些材料应当尽快应用到砂石泵上,扩大砂石泵的应用领域。而计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等新技术、新工艺的应用也势在必行。事实证明,新技术、新材料、新工艺的应用,不但解放劳动生产力,而且还可以保证产品质量稳定可靠。
4.注意砂石泵的外观质量并逐步打入国际市场
我国的砂石泵在国际市场上有着明显的价格竞争优势,但是必须要注意提高砂石泵的可靠性和寿命,尤其要改善砂石泵的外观质量,要给用户一种美的感觉,以使国产的砂石泵早日更多地打入国际市场。
1.3研究设想
砂石泵是一种通用机械，应用范围广泛。因此在本次结构设计中最多考虑到的因素就是经济实用性和性能稳定性。只有投入低，效益高的产品才能被市场认同。在设计过程中尽可能采用低成本原材料，同时优化结构设计并保证其性能能够满足工作需求。设计就要有创新、有可行性。本次螺旋式砂石泵的结构是设计就是为了使砂石泵广泛应用于实际生产中，并在保证低成本的同时有更多的效益。本章对砂石泵的经济效益，社会效益，使用寿命以及泵本身的节能底噪性进行试验性分析，表明该泵有实际应用性。本次泵体在设计上更多的考虑的实际生产，使该泵在高效节能，经济效益，社会效益等感方面有更多优势。
6
第2章砂石泵的总体结构设计
2.1砂石泵结构设计的总体方案分析
2.2.1螺旋离心泵叶轮结构特征
螺旋离心泵叶轮的叶片包角大，叶轮流道由单(双)叶片形成，流道较大，加上进口导向和螺旋推进作用，使得这种泵的通过性能很好，可以输送含大颗粒及纤维物质的液体，输送的浓度比其它型式无堵塞泵高。固液两相流体在这种泵中逐渐向前推进，流动方向无突然变化，因而流动平稳，对输送物料的破坏性小。螺旋离心泵叶轮的叶片伸到泵壳吸入口中，大大提高了泵的抗汽蚀性能，泵的吸入性能好，因而能输送教高粘性的液体。
为便于研究和表达，结合螺旋离心泵叶轮的结构特点，在此定义叶轮的几个主要结构参数(见图2.1)。
(1)叶轮进口直径D l
叶片工作面进口边缘处到叶轮轴心线的最大垂直距离称为叶轮进口半径。其值2倍即为D l。
(2)叶轮轮毅直径D h
叶片工作面进口边缘处到汗卜轮轴心线的最小垂直距离称为叶轮轮毅半径。此值2倍即为D h。
(3)叶轮出口直径D Z
叶片出口边缘处到叶轮轴心线的最大垂直距离称为叶轮出口半径。此值2倍即为
D Z。
(4)叶轮出口宽度b
叶一片工作面出口边缘处，前后盖板的轴向距离称为叶轮出口宽度。
(5)叶片长度L
叶片工作面最大进口边缘到叶片底面的轴向距离称为叶片长度。
(6)叶片包角α
叶片工作面从进口边缘到出口边缘绕轴所转过的角度称为叶片包角。
7
(7)出口边倾斜角αZ
叶片出口边与叶轮轴心线的夹角称为出口边倾斜角。
图2.1螺旋离心泵几何结构参数
2.2.2砂石泵的主要性能参数
参数要求：
出口：200mm；入口：200mm；
流量：120m3/h；扬程：H=15m；
转速：1450r/min；轴转速：9.61kW。
介质要求：适用于城市排污、污水处理、矿山作业、造纸、食品等行业。可输送含大颗粒及纤维物质的液体，输送浓度高达12%（体积浓度）。特别适用于输送污水、污浆、纸浆、废液及其他固液、气液两相液体。
螺旋离心泵，以其独特的叶轮设计，使泵具有强制进科、宽流道、无堵塞性能好、效率高、体积小、结构简单、操作容易、流量均匀、故障少、寿命长、购置费和操作费均较低等突出优点，使离心泵在化工生产中应用最为广泛，为使本次设计的泵体能应用在更多的工作场合，该泵的结构采用螺旋离心式。
2.2确定泵的总体结构形式
离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗形泵壳。具有若干个（通常为4-12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，是离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相
8
9
连接。
当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使预先充灌在叶片间液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。(离心泵结构示意图如图2.2所示
)
图2.2螺旋式离心泵结构示意图
选定泵的总体结构形式和原动机的类型。进而结合下面的计算，经分析比较后做最终确定。
在设计泵时要用泵的效率，但泵尚未设计出来，故只能参考同类产品，或借助经验公式和曲线近似地确定泵的总效率和各种效率值，并设法再设计中达到确定的效率。
d D =
（1—0.7）s D (2.9) 因为设计的是低扬程泵，所以取D d =0.9 D 5。
2.4 泵转速的确定
(1)泵的转速越高，泵的体积越小，重量越轻。据此应选择尽量高的转速；
10
(2)转速和转比数有关，而比转数和效率有关。所以，转速应和比转数结合起来确定；
(3)确定转速应考虑原动机的种类和传动装置；
通常优先选择电动机直接连接传动，异步电动机的同步转速由表查出。电动机带负载后的转速小于同步转速；通常按2%左右的滑差率确定电动机的额定转速。
由文献[1]查得
N =N ｏ（1-S ） (2.10) N =1450r/min
S —滑差率 ，S 取0.967，N ｏ取1500 r/min 。
(4)转速越高，过流部件的磨损加快，机组的震动，噪声变大； (5)提高泵的转速受到汽蚀条件的限制。 由文献[1]查得汽蚀比转速公式：
4
/362.5r
UPSH Q N C
(2.11)
2.5确定泵的水利方案
泵的相似定律建立了泵的几何相似的共性，就是说在相似工作情况下，泵体性能参数之间存在相似的关系。也就是说，如果泵性能参数之间存在着上述关系，泵与泵是几何相似的。但是用相似定律来判别泵是否几何相似和运动相似、即不方便，也不直观。
在相似定律的基础上，可以推出对一系列几何相似的泵，性能之间的综合数据。如果这些泵的数据相等，则这些泵是几何相似和运动相似的，可以用相似定律换算泵体性能之间的关系。这个综合数据就是比转数，也称比转速或简称比速。
由文献[1]查得
33
22
M M Q Q
n D M nD = (2.12) 3
I Q
Q nD
=
=常数 22
22()()
M M M H H
n D nD = (2.13) 2
2()I H
H nD =
=常数
11
Q I 称为折引流量，H I 称为折引扬程。因为Q I 、H I 是从定律中推导的，所以对一系列几何相似的泵，在相似工况下运转时，Q I 、H I 分别等于相同的值。
另外，值得说明的是，Q I 、H I 不是没有因次的（其中H I 就有因次）。虽然有因次 但不影响它们作为相似判断的依据，因为对于几何相似的泵，在相似工作情况下，用同一规定的单位算得的Q I 、H I 都等于常数。
折引流量和折引扬程，虽然可以作为相似判断依据使用，但其中包括叶轮尺寸在内，用起来还不方便。为此，将上边两式分别1/2，3/4次方，并相除，则消掉两式中的尺寸参数。所得的综合数据只包括性能参数，而且仍然是从相似定律推得的，所以，也是泵的相似准则，叫做比转数。在我国为使之与水机的比转数一致，将上面数据乘以常数3.65，并用n 5表示。
由文献[1]查得
4
/365.3H
Q n n s =
(2.14)
式中：Q -m 3/s (对双吸泵取Q/2)；
H -m （对多级泵取单级扬程）； n -r/mm 。
有些国家标准中n 5的表达式中无系数3.65，且流量，扬程的单位也各不相同。这样，对同一相似泵n 5的计算结果也不同。因此，应换算为使用相同单位下的数值。其换算关系如下所示：
s n 中=
65
.312.289.1216.14德日
英
美
s s s s n n n n === 应用在本次设计中，配合相应的参数得：
4
/365.3H
Q n n s =
=126.8
取圆整127s n =。
在确定比转速时应考虑下列因素：
(1)n s =120—210的区间，泵的效率最高，n s <60泵效率显著下降； (1)采用单吸叶轮n s 过大时考虑采用双吸式；取n s =27； (1)泵特性曲线的形状也和n s 大小有关； (1)比转速和泵的级数有关，级数越多，n s 越大。
2.6 本章小结
离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗牛形泵壳。具有若干个（通常为4-12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。通过计算确定了此螺旋离心泵的效率。进出口直径，以及转速等参数。最终确定了此泵的水利方案。并且在本章节中，通过对泵的水利的计算对该泵的总体结构有初步的了解，为以后的结构设计提供有力条件。
12
13
由
3
22H D K n D n
==常数，得 D =n
gh
K 24
因v ∝nD,则gh K v 25=。
系数K 称为速度（尺寸）系数，对相似泵来说这些系数相等，故这些系数分别为比转速n s 的函数。即K =f (n s )利用n s 和速度系数的关系（公式、曲线、数据），求得系数K ，根据上面公式可以计算出各部分尺寸。 3.3.2用速度系数法计算叶轮主要尺寸的公式
由文献[1]查得 1. 叶轮进出口计算
0D K =(3.6)
Dj =
(3.7)
式中：Q —泵的流量（m 3/s ）对双向流Q/2；
n —泵转速（r/min ）；
K 0—系数，根据统计资料选取。 主要考虑效率时取：0K =3.5—4.0 兼顾效率和汽蚀时取：0K =4.0—4.5 主要考虑汽蚀时取：0K =4.5—5.5
小的取大值）
s s D D n n K n Q
K D ()100)(5.115.10(,2123
22--== 小的取大值）
s s b b n n K n Q
K b (100
)(7.064.0(,65
23
22-== 21
2
100
)(6.935.9(--=s D n K
实取==j D D 0200mm ；
14
=2D 200mm ； 2b =180mm 。
2.轮外径2D 或出口角2β的理论计算
设计泵时，在保证相同性能情况下，可以选用不同的参考组合，这样就增加了速度系数的近似性。因为D 2是最主要尺寸，按速度系数法算得D 2之后，最好以按此算得的D 2为基础进行理论计算，理论计算是以基本方程式为基础，从理论上讲是比较严格的。但是计算得的D 2为基础进行理论计算。理论计算是以基本方程式为基础，从理论上讲是比较严格的。但计算过程中用到水力效率，有限叶片数修正系数等，也只能用经验公式估算。所以理论计算法，实际上也是近似的。实践证明，理论计算结果，基本上是可靠的。
下面介绍叶轮外径D 2和β2角的精确计算方法。 由基本方程式：
2211
u u t u v u v H g
-=
(3.8) 由速度三角形得
2
222tgb v u v m
-
=∞ (3.9) 则 g v u t g b v u g
u H u m t 112222
-???? ?
?-=∞ (3.10)
经整理得
01122
2
22=---
∞T u m gH v u u tgb v u 解u 2的一元三次方程得
112
2222222u t m m v u gH tgb v tgb v
u ++???
? ??+=∞ 由u 2求得D 2
2
260u D n
p =
用上式求2D 时，必须知道2m v ，计算2m v 要用到2D （2m v =
2
2b D Q
V πηΦ2），故必须
先假定的D 2是建立在不正确的基础上。这种情况下，需要用求得的D 2或假定一个
15
D 2（此D 2值为求得D 2和前次假定D 2之间），按上述步骤、重新进行计算，直到求得的D 2与假定的D 2相同或相近为止。这种方法称为逐次逼近法。如果计算β2，也应该先假定β2进行这次逼近计算。有关参数的计算如下：
(1)计算2m v 得
2
222Q b D Q
v V m πη=
(3.11)
π
22
21D ZS Q u -
= (3.12) 式中：2u S —叶片出口圆周厚度。再计算时可假定2u S =0.8-0.9
2u S =222
22sin /1λβδctg + (3.13)
式中：2λ—叶轮出口轴面截线与流线的夹角，通常取2λ=70—90度；
2δ—叶片出口真实厚度 通常取2δ=2—4mm 。
t H =
h
H
η (3.14)
(2)1u v 和吸水室结构形式有，直锥形吸水室，水沿周壁流入，无旋转，1u v =0。 半螺旋吸水室
1
1
1R K v u =
(3.15) 321n Q m K = (3.16)
式中：R 1—相应进口半径；
m —系数，m =0.055—0.08 ，n 5大者取大值； Q —流量（m 3/s ）； n —转速（r/min ）。
装反导叶时，反导叶出口的圆周分速度
666cos a v v u ?=
式中：α6—反导叶出口安放角，一般α6=60—90度；
v 6—反导叶出口绝对速度，一般v 6=(0.85—1.0)v j ；
16
v 6—叶轮进口速度。
离心泵一般是选择β2角，精确D 2。混流泵因为叶片出口边是倾斜的，各流线的外径不同，为了得到相同的扬程，D 2小的流线应选用大的出口角β2。在这种情况下，可根据速度系数法算得尺寸，画出出口边，然后按下式计算叶片各流线的出口角。
1
12
22
22u t m v u g H u v u tg --=
∞β (3.17)
叶片出口角2β 取40度 叶片数 取Z =2 精算叶轮外径（第一次） 理论扬程
)(55.1897
.015
2.1m H
r
H h
t =?=
=η （3.18) 修正系数
ψ=1.1)60
401(66.0601(2
=+=+o o
o a β (3.19)
取a =0.66
静矩
n
R n iR R n
R R i R h
h h i 2
202
2
2
0)1()(-+=
+-=
(3.20)
∑=?=)(00527.02m R S S i i
精算叶轮外径 有限叶片数休整数
=P ψ348.200527
.0215.01.122
2=?=ZS R (3.21)
无穷叶片数理论扬程
∞t H =
（1+P ）t H =62.1（m ） (3.22) 叶片出口排挤系数
ψ2=1-2
2
22)sin (1λβπδctg D Z +=0.98 (3.23) 出口轴面速度
17
2m v =
V
Q b D Q
ηπ222=1.28(m/s) (3.24)
出口圆周速度
∞++=
t m m gH tg v
tg v u 22
2222)2(2ββ=25.8(m/s) (3.25) 出口直径
n
u D π2
260=
=0.34（m ） (3.26) 精算第二次叶片出口排挤系数
ψ2=1-2
2
22)sin (1λβπδctg D Z +=0.981 (3.27) 出口轴面速度
2m v =
V
Q b D Q
ηπ222=1.31(m/s) (3.28)
出口圆周速度
∞++=
t m m gH tg v
tg v u 22
2222)2(2ββ=25.6(m/s) (3.29) 叶轮外径
n
u D π2
260=
=350m (3.30) 叶片出口排挤系数
ψ2=1-2
2
22)sin (1λβπδctg D Z +=0.981 (3.31) 出口轴面速度
2m v =
V
Q b D Q
ηπ222=1.31(m/s)
出口圆周速度
60
22n
D u π=
=25.8(m/s) (3.32)
出口速度
2
2u gH v t
u =
=7.05(m/s) (3.33)
18
无穷叶片数出口圆周分速度
2
2u gH v t
u =
∞=23.59(m/s) (3.34) 3.3.3 叶轮磨损分析
广泛应用于矿山、冶金、煤炭、电力等部门的渣浆泵在输送固液混合物时砂石泵的过流部件存在不同程度的磨损。严重时会影响生产的正常进行。因此研究砂石泵磨损规律，探讨减轻磨损破坏的途径具有重要意义之由于砂石泵内磨损的因素有很多，研究有一定的难度。目前，对砂石泵的研究主要侧重于外部特性和内部流动。而对泵内磨损问题的研究则较少。磨损机理和规律尚不清楚，尤其对高速旋转的泵轮磨损系统的研究尚未见报道。本文在实验室条件下对离心式砂石泵叶轮的磨损进行了分析，并对固体颗粒在泵轮内的运动进行了数值模拟，对渣浆泵叶轮磨损问题较为系统地进行了研究。
叶轮几何参数决定泵水力性能的优劣，无疑也对泵内叶轮的磨损有重要影响。一设计合理的叶轮不仅使泵在性能上能达到较高的指标，而且使泵的运行寿命也大大延长，因而研究叶轮的几何参数对磨损的影响是合理设计渣浆泵的一大关键。
在较低浓度范围内，泵轮叶片的磨损强度与所输送固体颗粒的浓度成正比浓度愈高单位磨损量愈小时运送浆体更经济。
大粒径磨粒所造成的主要磨损区靠近叶片头部，而小粒径磨粒所造成的主要磨损区靠近叶片压力面出口段。
叶片进口角对磨损强度影响明显大，出口角对磨损强度影响小。出口角过小时，磨损易在叶片的出口段集中，而出口角过大时，沿叶片压力面易发生严重损。因此合理选择叶片参数不仅有利于提高渣浆泵的水力性能，而且可提高其抗磨损性能之
泵轮叶片的磨损强度与泵转速呈n 次方关系，在渣浆泵的设计中应尽可能优先选较低的转速，在输送高浓度的固体物料时更为如此。
1. 转速与磨损的关系
叶轮转速不仅是决定泵内流动的重要因素，对泵内的磨损也具有很大的影响。随着转速的增大，流场内如果流速增大，粒子获得的动能一也越大，对泵内叶轮造成的磨损越大。根据理沦分析，磨损量与速度成立方关系，但在实际中，由于受实验方法以及其它因素的影响.谏度的乘方指数又是不同的。一般而言，对于坚硬和脆性材料如铸铁、合金钢等，值为2.5-3.3；而对于铝来说，由于是一种软而韧的材料，其又值则大约为5。
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图3.1磨损与转速的关系（磨损时间120分钟）
2、磨粒浓度与磨损的关系
磨损随浓
度的增加而增加，并遵循磨损与浓度的一次方成正比的关系. 输送单位体积浓度固粒产生的磨损称作单位磨损量。单位磨损量越小，泵在它的运转期间传送的固体量越多。一般，单位磨损量随着中、低浓度的增加而减小，当C v =19%时，磨损量达到最小；此后即使浓度增加，单位磨损量仍然为常数。低浓度实验结果与其规律是相适应的。
损失率（%
）
浓度C v （%）
图3.2 磨损与浓度之间的关系图
3、叶片数与磨损的关系
当叶片数增加后，单个叶片的损失减少，说明叶轮的使用寿命将会延长。 从理论上分析，叶片数增加，叶片总的表面积增加，受到颗粒碰撞的机会增多，叶轮总的磨损将有所增加；但另一方面由于流道变窄，水流的流动状态得到更大的制约，也相应地限制了颗粒的运行轨迹，因而可以减缓颗粒对叶轮造成的磨损.综合这
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两方面的因素，至少对单个叶片来说磨损情况不会变坏。根据实验结果，采用多叶片数可减少单个叶片的磨损量，有利于叶轮寿命的提高。
(l)在一定的体积浓度范围内，磨损量与体积浓度成线性关系。
(2)对柔韧性材料，如铝等，叶片的磨损量与叶轮的旋转速度的5次方成正比。 (3)大的叶片进口角可以减少磨损。所以，选择适当的叶片进口角是必要的，而叶片的出口角过大或过小都会产生严重的磨损，但是磨损的位置在这两种情况下是不相同的。
(4)实验中的大多数情况下，叶片的头部是最重的磨损区域。 (5)叶片数增加，一般可延长叶轮的使用寿命。 4．叶片的保养与维护
由于叶片在使用过程中的磨损，以及铸造缺陷等方面的原因，测绘中难免存在偏差，通过对20余种ISO 型单级离心泵叶轮叶片的测绘，并把制造出的叶轮作性能试验检测，从新旧叶轮的性能对比来看，测绘制作的叶轮，有10余种达到了原有叶轮的性能指标，有3种甚至比原有性能指标稍有提高。剩余的几个品种，在经过调整叶片进口角、出口角及前、后盖板的曲率半径后也基本满足了使用要求。用测绘方法制作的叶轮，完全能够代替从澳方进口的叶轮，可以为用户节约大量的开支。我们认为此种测绘方法，在现有技术设备条件下，不需进行任何投资，就能较准确地测绘出叶轮叶片的形状。
3.4 压水室设计
压水室的功能类似于普通离心泵，主要有收集从叶轮中流出的液体并输送到排出口，消除液流的旋转运动、转换旋转能量为液体的压能，降低液流速度以减少压力管路中的水力损失。由于螺旋泵的叶轮出口边是倾斜状且叶片结构是非轴对称，叶轮出口处的流动十分复杂，目前尚缺乏泵的蜗壳性能分析方法，一般增大蜗壳容积能相应提高泵的通过性能。
3.4.1涡形体各断面面积内的平均速度3v
由文献[1]查得
gh k v 233 (3.35)
式中：3k —速度系数，当s n =127时，3k =0.362；
H —泵的扬程，H =15m 。
代入上式3v =6.21(m/s)，取3v =6(m/s)。
缸体机械加工工艺设计 发动机缸体是发动机零件中结构较为复杂的箱体零件，其精度要求高，加工工艺复杂，并且加工加工质量的好坏直接影响发动机整个机构的性能，因此，它成为各个发动机生产厂家所关注的重点零件之一。 1.发动机缸体的工艺特点 缸体为一整体铸造结构，其上部有4个缸套安装孔；缸体的水平隔板将缸体分成上下两部分；缸体的前端面从到后排列有三个同轴线的凸轮轴安装孔和惰轮轴孔。 缸体的工艺特点是：结构、形状复杂；加工的平面和孔比较多；壁厚不均，刚度低；加工精度要求高，属于典型的箱体类加工零件。缸体的主要加工表面有顶面、主轴承侧面、缸孔、主轴承孔及凸轮轴孔等，它们的加工精度将直接影响发动机的装配精度和工作性能，主要依靠设备进度、工夹具的可靠性和加工工艺的合理性来保证。 2. 发动机缸体工艺方案设计原则和依据 设计工艺方案应在保证产品质量的同时，充分考虑生产周期、成本和环境保护；根据本企业能力，积极采用国内外先进的工艺技术和装备，不断提高企业工艺水平。发动机缸体机械加工工艺设计应遵循以下基本原则： （1）加工设备选型原则加工设备选型采用刚柔结合的原则，加工设备以卧式加工中心为主，少量采用立式加工中心，关键工序—曲轴孔、缸孔、平衡轴孔加工采用高精度高速卧式加工中心，非关键工序—上下前后四个平面的粗铣采用高效并有一定调整范围的专用机床加工； （2）集中工序原则关键工序—曲轴孔、缸孔、平衡轴孔的精加工缸盖结合面的精铣，采用在集中在一道工序一次装夹完成全部加工内容方案，以确保产品精度满足缸体关键品质的工艺性能和有关技术要求。 根据汽车发动机缸体的工艺特点和生产任务要求，发动机缸体机械加工自动生产线由卧式加工中心CWK500和CWK500D加工中心、专用铣/镗床、立式加工中心matec-30L等设备组成。 （1）顶底面及瓦盖止口面粗铣组合机床本机床为双面卧式专用铣床，采用移动工作台带动工件，机床采用进口西门子S7-200PLC系统控制，机床设独立电控柜，切削过程自动化完成，有自动和调整两种状态； （2）高速卧式加工中心CWK500 该加工中心可实现最大流量的湿加工，但由于设备自动排屑处理系统是通过位于托盘下的内置宽式排屑器而完成，该加工中心可以进行干加工；机床主轴转速6000r/min，快速进给速度38m/min； （3）前后端面粗铣组合机床机床采用液压传动；控制系统采用进口西门子S7-200PLC系统控制，机床具有一定的柔性； （4）采用机床TXK1500 本机床有立式加工中心改造而成形，具备立式加工中心的特点及性能，该机床具有高精度、高强度、高耐磨度、高稳定性、高配置等优点； （5）高速立式加工中心matec-30L 该加工中心主轴最高转速9000 r/min。控制系统采用西门子公司SINUMERIK840D控制系统 （6）高速卧式加工中心CWK500D 主轴最高转速15000 r/min。 3. 发动机缸体机械加工工艺设计的主要内容 发动机缸体结构复杂，精度要求高，尺寸较大，是薄壁零件，有若干精度要
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析
第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢
第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： ： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
机械类毕业设计外文翻译
外文原文 Options for micro-holemaking As in the macroscale-machining world, holemaking is one of the most— if not the most—frequently performed operations for micromachining. Many options exist for how those holes are created. Each has its advantages and limitations, depending on the required hole diameter and depth, workpiece material and equipment requirements. This article covers holemaking with through-coolant drills and those without coolant holes, plunge milling, microdrilling using sinker EDMs and laser drilling. Helpful Holes Getting coolant to the drill tip while the tool is cutting helps reduce the amount of heat at the tool/workpiece interface and evacuate chips regardless of hole diameter. But through-coolant capability is especially helpful when deep-hole microdrilling because the tools are delicate and prone to failure when experiencing recutting of chips, chip packing and too much exposure to carbide’s worst enemy—heat. When applying flood coolant, the drill itself blocks access to the cutting action. “Somewhere about 3 to 5 diam eters deep, the coolant has trouble getting down to the tip,” said Jeff Davis, vice president of engineering for Harvey Tool Co., Rowley, Mass. “It becomes wise to use a coolant-fed drill at that point.” In addition, flood coolant can cause more harm than good when microholemaking. “The pressure from the flood coolant can sometimes snap fragile drills as they enter the part,” Davis said. The toolmaker offers a line of through-coolant drills with diameters from 0.039" to 0.125" that are able to produce holes up to 12 diameters deep, as well as microdrills without coolant holes from 0.002" to 0.020". Having through-coolant capacity isn’t enough, though. Coolant needs to flow at a rate that enables it to clear the chips out of the hole. Davis recommends, at a minimum, 600 to 800 psi of coolant pressure. “It works much better if you have higher pressure than that,” he added. To prevent those tiny coolant holes from becoming clogged with debris, Davis also recommends a 5μm or finer coolant filter. Another recommendation is to machine a pilot, or guide, hole to prevent the tool from wandering on top of the workpiece and aid in producing a straight hole. When applying a pilot drill, it’s important to select one with an included angle on its point that’s equal t o or larger than the included angle on the through-coolant drill that follows.
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
方案管理 机械设计部部门管理制度 编制 审核 批准 2013/7/22
一．机械设计部组织架构图 注： 1.设计组组长由主任工程师担任； 2.助理工程师通常为没有工作经验的应届毕业生或经验不足的设计人员，由各设 计组组长对其进行导师制培带； 3.根据部门人员规划，可设若干设计组；针对各设计组人员配备情况每个设计组 负责一个或多个项目；设计组组长即为改组所有项目负责人。
二、机械设计部职能及权利 机械设计部职能 1.组织实施公司产品研发规划 2.部门的团队建设、岗位定义、岗位职责要求、员工考核、资源调度； 3.监控每个研发项目的执行过程 4.编制部门各项管理制度及员工绩效考核细则 5.建立并完善产品设计、新产品试制、标准化技术规程、技术信息管理制度 6.组织编制新产品研发任务书、新产品开发计划并组织实施 7.按计划开展新产品设计、试验和研究、样品试制及测试工作，负责产品的试 验、鉴定工作，参与产品的认证和质量监督任务 8.组织编制工艺管理制度，检查工艺的贯彻执行情况 9.组织设计人员参与不良品处理工作，解决产品在生产过程中出现的技术问题 10.组织对技术工艺文件和资料进行管理和控制，建立产品技术档案、工艺文件 档案 11.组织部门所有新产品知识产权、技术成果及专利申报工作 为更有效地实现上述职能，机械设计部被赋予下列权力： 1.负责组建产品项目组。 2.对产品开发、技术改造、技术引进、年度技术措施等计划有参与权 及建议权 3.对研发任务书、设计方案书、设计图纸和工艺标准有审批权 4.对生产过程中的结构设计及工艺技术问题有决策权 5.对内部员工的录用、调动、晋升、调薪、考核、奖励有决定权 6.对生产部门的班组长、车间技术工人的考核有参与权与建议权 三：机械设计部岗位职责 机械设计部部长职责 1.全面主持设计部工作，参与制定和实施重大技术决策和技术方案， 协助SMT总经理完成相关工作
附录一英文科技文献翻译 英文原文： Experimental investigation of laser surface textured parallel thrust bearings Performance enhancements by laser surface texturing (LST) of parallel-thrust bearings is experimentally investigated. Test results are compared with a theoretical model and good correlation is found over the relevant operating conditions. A compari- son of the performance of unidirectional and bi-directional partial-LST bearings with that of a baseline, untextured bearing is presented showing the bene?ts of LST in terms of increased clearance and reduced friction. KEY WORDS: ?uid ?lm bearings, slider bearings, surface texturing 1. Introduction The classical theory of hydrodynamic lubrication yields linear (Couette) velocity distribution with zero pressure gradients between smooth parallel surfaces under steady-state sliding. This results in an unstable hydrodynamic ?lm that would collapse under any external force acting normal to the surfaces. However, experience shows that stable lubricating ?lms can develop between parallel sliding surfaces, generally because of some mechanism that relaxes one or more of the assumptions of the classical theory. A stable ?uid ?lm with su?cient load-carrying capacity in parallel sliding surfaces can be obtained, for example, with macro or micro surface structure of di?erent types. These include waviness [1] and protruding microasperities [2–4]. A good literature review on the subject can be found in Ref. [5]. More recently, laser surface texturing (LST) [6–8], as well as inlet roughening by longitudinal or transverse grooves [9] were suggested to provide load capacity in parallel sliding. The inlet roughness concept of Tonder [9] is based on ??e?ective clearance‘‘ reduction in the sliding direction and in this respect it is identical to the par- tial-LST concept described in ref. [10] for generating hydrostatic e?ect in high-pressure mechanical seals. Very recently Wang et al. [11] demonstrated experimentally a doubling of the load-carrying capacity for the surface- texture design by reactive ion etching of SiC
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
Equation Chapter 1 Section 1(1.1) 本科毕业设计说明书 题目抓件液压机械手设计 姓名Design of hydraulic manipulator for grasping 谢百松学号20051103006 专业机械设计制造及其自动化 指导教师肖新棉职称副教授 中国·武汉 二○○九年五月
分类号密级华中农业大学本科毕业设计说明书 抓件液压机械手设计 Design of hydraulic manipulator for grasping 学生姓名：谢百松 学生学号：20051103006 学生专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：肖新棉副教授 华中农业大学工程技术学院 二○○九年五月
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 前言 (2) 1.总体方案设计 (2) 2.手部设计 (3) 2.1 确定手部结构 (4) 2.2 手部受力分析 (4) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 手抓夹持误差分析与计算 (6) 2.5 手部夹紧缸的设计计算 (6) 2.5.1 夹紧缸主要尺寸的计算 (6) 2.5.2 缸体结构及验算 (7) 2.5.3 缸筒两端部的计算 (8) 2.5.4 缸筒加工工艺要求 (10) 2.5.5 活塞与活塞杆的设计计算 (10) 3.臂部设计 (12) 3.1 臂部设计基本要求 (12) 3.2 臂部结构的确定 (12) 3.3 臂部设计计算 (12) 3.3.1 水平伸缩缸的设计计算 (12) 3.3.2 升降缸的设计计算 (14) 3.3.3 手臂回转液压缸的设计计算 (15) 4.液压系统设计 (16) 4.1 系统参数的计算 (16) 4.1.1 确定系统工作压力 (16) 4.1.2 各个液压缸流量的计算 (16) 4.2设计液压系统图 (17) 4.3 选择液压元件 (19) 4.3.1泵和电机的选择 (19) 4.3.2 选择液压控制阀和辅助元件 (19) 4.4根据动作要求编制电磁铁动作顺序表 (20) 5.控制系统设计 (21) 5.1 确定输入、输出点数，画出接口端子分配图 (21) 5.2 画出梯形图 (21) 5.3 按梯形图编写指令语句 (23) 6. 总结 (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)
机械设计图纸管理办法 1 目的 为了规范机械设计图纸在公司生产活动中各个环节的使用，明确设计图纸的发送、使用、更改、作废及借阅等管理程序，防止设计图纸的错用和误用，使外协加工单位和其他使用部门能及时得到设计图纸的有效版本，特制定本管理办法。 2 范围 本管理办法中涉及的机械设计图纸包括公司设计开发的所有机械设计类图纸。 3 职责 3.1 技术部资料室是机械设计图纸的存档管理部门。 3.2 设计部是机械设计图纸的主要使用部门，负责及时向各单位提供最新发放的图纸及设计更改的图纸。 3.3 相关部门负责本管理办法在本部门的执行，并对所有机械设计图纸具有保密的义务。 4 工作程序 4.1 总则 未经样机评审、验证和确认，设计不定型的机械设计图纸，资料室不得归档、保管、发送和使用等。 4.2 机械设计图纸发送管理 4.2.1设计部是使用机械设计图纸的主要部门，要严格按照本管理办法执行领用机械设计图纸。
4.2.2 根据项目立项会决议的生产计划，设计部拟订所需投产产品的目录清单，明确所需的机械图纸的图号、名称、份数及时间，提前4～5天书面通知资料室，以便提前准备。 4.2.3例外采购或特需的机械设计图纸，必须由申领人书面申请并经分管领导批准后，方可向资料室领取。 4.2.4资料室资料员负责将所需的机械图纸原件备齐，按照申领人提供的需求图纸目录清单及所需的机械图纸份数进行复印。 4.2.5复印的机械图纸由资料室资料员负责将其整理好，认真核对，并按照图号从小到大的顺序在《设计图纸使用记录单》上登记，记录的内容包括图号、名称、图幅、份数、张数、发送部门、发送日期、发送人等。 4.2.6复印整理好的图纸由资料室资料员负责在其每页的右下角盖上资料室的红色印章,蓝色日期章及资料员本人签章。每次发放的图纸盖当日的发送日期。 4.2.7由申领人向资料室按规定时间索取图纸，并在索取图纸前，由领用人按照资料目录清单认真核对所需的图纸图号、份数等。核对无误后在《设计图纸使用记录单》上签属领用人姓名及领用日期后领出。 4.2.8设计部负责及时向外协加工单位投放资料室最新发放的机械图纸，作为外协加工的依据。零件加工完，由设计部负责将加工单位投放的图纸在加工单位集中销毁。如下批再投产加工，则由采购部向资料室重新申请领取图纸向外协加工单位投放加工。 4.3 机械设计图纸更改管理 4.3.1设计定型的机械图纸经采购部加工成产品后，在装配过程中如发现装配问题时，可以书面形式向相关技术部门提出更改申请，由相关设计人员到现场核查。如确需更改，则在申请单上注明更改方法交至主管设计人员审核，并经分管副总批
Automobile Brake System汽车制动系统 The braking system is the most important system in cars. If the brakes fail, the result can be disastrous. Brakes are actually energy conversion devices, which convert the kinetic energy (momentum) of the vehicle into thermal energy (heat).When stepping on the brakes, the driver commands a stopping force ten times as powerful as the force that puts the car in motion. The braking system can exert thousands of pounds of pressure on each of the four brakes. Two complete independent braking systems are used on the car. They are the service brake and the parking brake. The service brake acts to slow, stop, or hold the vehicle during normal driving. They are foot-operated by the driver depressing and releasing the brake pedal. The primary purpose of the brake is to hold the vehicle stationary while it is unattended. The parking brake is mechanically operated by when a separate parking brake foot pedal or hand lever is set. The brake system is composed of the following basic components: the “master cylinder” which is located under the hood, and is directly connected to the brake pedal, converts driver foot’s mechanical pressure into hydraulic pressure. Steel “brake lines” and flexible “brake hoses” connect the master cylinder to the “slave cylinders” located at each wheel. Brake fluid, specially designed to work in extreme conditions, fills the system. “Shoes” and “pads” are pushed by the slave cylinders to contact the “drums” and “rotors” thus causing drag, which (hopefully) slows the c ar. The typical brake system consists of disk brakes in front and either disk or drum brakes in the rear connected by a system of tubes and hoses that link the brake at each wheel to the master cylinder (Figure). Basically, all car brakes are friction brakes. When the driver applies the brake, the control device forces brake shoes, or pads, against the rotating brake drum or disks at wheel. Friction between the shoes or pads and the drums or disks then slows or stops the wheel so that the car is braked.
毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日
第1章前言 1.1工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.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。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很