【正文】 反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為: 式中: ——活塞桿上的推力，N——彈簧反作用力，N——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，NP——?dú)飧坠ぷ?壓力，Pa彈簧反作用按下式計(jì)算: 式中: —— 彈簧剛度，N/mL—— 彈簧預(yù)壓縮量，mS——活塞行程，md——彈簧鋼絲直徑，mD——彈簧平均直徑，mD——彈 簧外徑，m n —— 彈 簧 有效 圈數(shù)G—— 彈簧 材料剪切模量，一般取G= 1 護(hù)Pa在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率幾的影響，則: 由以上分析得單向作用氣缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得： 所以： 查有關(guān)手冊(cè)圓整，得D=65 mm由d/D=～， 可得活塞桿直徑:d=(～)D=13～ mm圓整后，取活塞桿直徑d=18 mm校核，按公式有: 其中=120MPa, F=750N則:d (4490/120)= 18滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: 式中: 6—— 缸筒壁厚 mmD——?dú)飧變?nèi) 徑 ，咖P——實(shí)驗(yàn)壓力，取P=材料為 : ZL3,[] =3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為: = = mm取= mm，則缸筒外徑為:D=65+ =80 mm?？紤]到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿(mǎn)足工作的要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)械手適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。由于本機(jī)械手抓取的工件是水平放置，同時(shí)考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿(mǎn)足工作的要求。目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于3600，并且要求嚴(yán)格的密封。 手腕的驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。圖12所示為手腕受力的示意圖。 圖12 手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算:M= M+ M+ M+Mcm (41)式中 : M——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩(Kg﹒cm)。M—— 慣性力矩(Kg﹒cm)。M—— 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片)對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng) 軸 線(xiàn) 所 產(chǎn)生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒cm),.M—— 手 腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg﹒cm)。M—— 手 腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 (Kg﹒cm )。下面以圖12所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算:手腕加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩M若手腕起動(dòng)過(guò)程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所用的時(shí)間為△t，則: M= ()若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為，起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為△，則: M= ()式中: J——參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Ncms)。J——工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Ncms)。若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,為: J——工件對(duì)過(guò)重心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Ncms)。G——工件的重量(N)?！ぜ闹匦牡睫D(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的偏心距(cm),——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)?！饎?dòng)過(guò)程所需的時(shí)間(S)。——起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)。手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)所產(chǎn)生的偏重力矩M M=式中 : G——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量(N)。e——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的偏心距(cm).當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)重合時(shí)，則=0 .手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩M M=式中: d、d——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑(cm)。f——軸承摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承f= ，對(duì)于滑動(dòng)軸承f=。R、R——軸頸處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù)得:Rl+Gl=Gl+ Gl同理，根據(jù)得: R=式中: G——手部的重量(N)l、l——如圖41所示的長(zhǎng)度尺寸(cm).回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M，與選用的密襯裝置的類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的二理如圖42所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。單葉J氣缸的壓力p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為: 或： 圖13回轉(zhuǎn)氣缸簡(jiǎn)圖式中: M 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩(N﹒cm)。P 回 轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力(N﹒cm)。R 缸 體 內(nèi)壁 半徑(cm)。r 輸 出 軸半 徑(cm)。b— 動(dòng) 片 寬度 (cm).上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應(yīng)代以工作壓力P1與背壓P2之差。按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。手臂的伸縮是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時(shí) ， 氣 壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮(或升降)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線(xiàn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在本機(jī)械手中，采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。該機(jī) 械 手 的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過(guò)程描述如下:手臂主要由雙作用式氣缸導(dǎo)向桿定位拉桿3和兩個(gè)可調(diào)定位塊4等組成。雙作用式氣缸1的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔c, e進(jìn)入雙作用式氣缸1的兩腔時(shí)，空心活塞套桿6帶動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)缸5和