机械臂设计毕设计说明书 - 图文(4)

来源：网络收集时间：2026-08-07

导读：中南林业科技大学本科毕业设计基于Solidworks集材机机械臂的设计本文采用液压驱动的工作臂，机械臂采用液压驱动有如下特点： 1．反应比较灵敏，传动相对平稳，传动滞后现象� � 2．可以得到较大的输出力或力矩。一

中南林业科技大学本科毕业设计基于Solidworks集材机机械臂的设计

本文采用液压驱动的工作臂，机械臂采用液压驱动有如下特点： 1．反应比较灵敏，传动相对平稳，传动滞后现象小。

2．可以得到较大的输出力或力矩。一般要得到20～70 kg/cm2的油液压力是比较方便的。

3．定位精度可以达到很高。现在一般的液压机械臂在低于400 mm/s的速度且抓取重量比较轻的时候，采用一定的缓冲措施和定位方式，可以达到±1～±0.02mm的定位精度。如果采用电液伺服控制系统，不仅有较高的定位精度，而且可以任意定位，适用于高速、重载的通用机械臂。

4．比较容易控制输出力和运动速度。输出力和运动速度在一定的油缸结构尺寸下，主要由油液的压力和流量决定，通过调节相应的压力和流量控制阀，可方便地控制输出功率。

就国内而言，液压传动机械臂占机械臂总数的52%以上。根据国内外资料，液压工作臂有三种基本型式：铰接式，只有主臂和副臂；伸缩式，只有主臂和伸缩臂；混合式，既有主臂、副臂，还有伸缩臂。

通过对比分析，根据设计要求和采伐工艺要求，本文决定采用混合式。这种型式兼顾前两种型式的优点，动作灵活，工作范围广，采伐自装自卸性能好。

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3 集材机机械臂的总体设计

3.1 机械臂的设计参数

参考Cranab FC106型的集材机的各项技术参数，设计机械臂。主要的技术参数如表3-1所示。

表3-1 集材机机械臂系统的主要参数

名称参数单位外展 6700 mm 主臂 3100 mm 副臂 2200 mm 臂延伸臂 1400 mm 回转角度 360 0

回转力矩 28.7 KN·m 工作压力 23.5 MPa 液压油流速 120—200 l / min

3.2 机械臂的结构形式

机械臂的结构形式基本都采用箱型结构，从垂直于机械臂长度方向的截面来看，大致有如下几种，查阅相关的资料，认为下图3-1（a）的截面形式较好，整个机械臂应力流畅，无明显力流阻滞和应力集中，而且重量较轻。

(a) (b) (c) (d)

图3-1 臂架的截面结构形式

3.3 机械臂典型部件特点

1．臂架

臂架可以简化成一个细长的悬臂梁。它要求臂架强度大、刚性好、重量轻。

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因此，臂架的结构一般设计成四块钢板焊接而成的箱型梁，材料选用16Mn钢。其参数如表3-2所示。

表3-2 16Mn材料参数

材料弹性模量/MPa 泊松比密度/kg/m3 屈服极限/MPa

16 Mn 2.1 0.30 7.85 355

为充分利用高强度钢的力学性能，借助现代化的有限元分析计算，按梁上各处应力趋于一致的原则，忽略焊接的残余应力，将梁设计成渐变梁。

2．连杆

连杆一般为直杆或者弓形的二力杆，也有三角结构的连杆即角杆。 3．油缸

各节臂之间用液压缸支撑，油缸为臂架的升降、伸缩提供动力，它由压力油推动活塞前后运动，从而驱动臂架运动。缸体的进油口应设有液压锁，以防止液压软管破裂时发生臂架坠落事故。

3.4 机械臂的工作范围

集材机要在一定的空间范围内进行木材的采集作业，如图3-2所示。

图3-2 机械臂工作范围示意图

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作业范围由高度H、水平工作半径R及工作深度D等参数确定。工作高度H是指各级臂全部垂直于地面时，从地面至臂端的液压抓具的距离。水平工作半径R是指当各级臂全部水平放置时，从旋转基座的回转中心至臂端的液压抓具的距离。工作深度D是指机械臂在水平位置以下工作时，地面至臂端的液压抓具的距离。

H、R、D等参数均与臂架长度有关。臂架长度是指各级臂在同一轴线上时，臂架与旋转基座铰接中心至臂端液压抓具中心的距离。

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4 集材机工作装置的受力分析

4.1 集材机机械臂的工况分析

工作装置由旋转基座、主臂、副臂、伸缩臂以及连杆机构和各种工作液压缸组成。对这些结构件的分析计算，首先应确定各结构件的不利工况，即在这种工况下对某一结构件可能出现最大的应力，以这种工况作为设计该结构件的依据。比较各个工况后，当各级臂处于水平状态，并且伸缩臂伸出时的工况是机械臂受力最不利的情况。

4.2 集材机机械臂的受力分析

当各级臂全部处于水平外伸状态时，由于各个油缸支撑着各级机械臂，可以把机械臂看做一个变截面的悬臂梁，这时其所受的载荷如图4-1所示。

图 4-1 臂架受力示意图

4.2.1 空载时各级臂架所受的弯矩

M1?G1?0.5L1?G2?L1?0.5L2??G3?L1?L2?0.5L3??G4?L1?L2?L3?

? = 10124.9?0.5?3100?7484.04??3100?0.5?2200.59??3100?2200?0.5?1400??2500??3100?2200?1400? ?1760?74440.103N?m （4-1）

M2?G2?0.5L2?G3?L2?0.5L3??G4?L2?L3?

??2500??2200?1400? .04?0.5?2200?1760.59??2200?0.5?1400=7484?22338.155N?m （4-2）

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