【正文】 反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為: 式中: ——活塞桿上的推力，N——彈簧反作用力，N——氣缸工作時的總阻力，NP——氣缸工作 壓力，Pa彈簧反作用按下式計算: 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Pa在設(shè)計中，必須考慮負載率幾的影響，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滿足設(shè)計要求。缸筒壁厚的設(shè)計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算: 式中: 6—— 缸筒壁厚 mmD——氣缸內(nèi) 徑 ，咖P——實驗壓力，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]到機械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(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，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。手腕自由度的選用與機械手的通用性、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)。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(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)動力矩的計算手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(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)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算:M= M+ M+ M+Mcm (41)式中 : M——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(Kg﹒cm)。M—— 慣性力矩(Kg﹒cm)。M—— 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn) 動 軸 線 所 產(chǎn)生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒cm),.M—— 手 腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩(Kg﹒cm)。M—— 手 腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、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，分析各阻力矩的計算:手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩M若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所用的時間為△t，則: M= ()若手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所轉(zhuǎn)過的角度為△，則: M= ()式中: J——參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ncms)。J——工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ncms)。若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量J,為: J——工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量(Ncms)。G——工件的重量(N)?！ぜ闹匦牡睫D(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm),——手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s)?！饎舆^程所需的時間(S)?！饎舆^程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M M=式中 : G——手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N)。e——手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm).當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則=0 .手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩M M=式中: d、d——手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm)。f——軸承摩擦系數(shù)，對于滾動軸承f= ，對于滑動軸承f=。R、R——軸頸處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，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所示的長度尺寸(cm).回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、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型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(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，動片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。，推動輸出軸作逆時4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。單葉J氣缸的壓力p和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為: 或： 圖13回轉(zhuǎn)氣缸簡圖式中: M 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩(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 片 寬度 (cm).上述驅(qū)動力矩和壓力的關(guān)系式是對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，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。手臂的伸縮是直線運動，實現(xiàn)直線往復(fù)運動采用的是氣壓驅(qū)動的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時 ， 氣 壓驅(qū)動的機械手手臂在進行伸縮(或升降)運動時，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動，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)計手臂結(jié)構(gòu)時，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，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)盡量減少運動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。在本機械手中，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 械 手 的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過程描述如下: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)壓縮空氣分別從進出氣孔c, e進入雙作用式氣缸1的兩腔時，空心活塞套桿6帶動手腕回轉(zhuǎn)缸5和