【正文】 工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險截面上承受的拉力為：，即工作拉力與殘余預緊力之和計算如下：液壓缸工作壓強為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=2個 受力截面 ，此處連接要求有密封性，故k取（），取K=。 所以 螺釘材料選擇Q235，（）螺釘?shù)闹睆接上率降贸? ，F(xiàn)為總拉力即 螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.動片和輸出軸之間的連接結構見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。螺釘由于油液沖擊產生橫向載荷，由于預緊力的作用，將在接合面處產生摩擦力以抵抗工作載荷，預緊力的大小，以接合面不產生滑移的條件確定，故有以下等式： 為預緊力,為接合面摩擦系數(shù)，?。ǎ?，即鋼和鑄鐵零件，為接合面數(shù)，取=2，Z為螺釘數(shù)目，取Z=2，D為靜片的外徑，d為輸出軸直徑，則可得： 螺釘?shù)膹姸葪l件為： 帶入有關數(shù)據(jù)，得：螺釘材料選擇Q235，則（安全系數(shù)）螺釘?shù)闹睆? ，d值極小，取。螺釘選擇M6的開槽盤頭螺釘， ,： 腕部材料選擇HT200，估計軸承所受徑向載荷為50N,軸向載荷較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：，當量動載荷，載荷系數(shù)取1，則，由公式：N為轉速，計算得：，球軸承代入得：，遠大于軸承額定壽命。選用軸承為深溝球軸承6005，6008。，密封件選擇右端軸承端蓋與腕部回轉缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個。左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個。選用墊圈防松，公稱尺寸為5。右端軸承端蓋與腕部回轉缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個。為定位作用，軸左側增加一個套筒，材料為HT200，尺寸如下：動片與輸出軸連接選用六角頭螺栓 全螺紋， ， 需用2個。密封件選擇：全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。右端蓋 d=40mm, 左右缸蓋 d=25mm。第四章 伸縮臂設計設計機械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機械手，完成直線伸縮動作。（1）功能性的要求機械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準確，工作協(xié)調。（2）適應性的要求為便于調整，適應工件大小不同的要求，起止位置要方便調整，要求設置可調式定位機構。為了控制慣性力，減少運動沖擊，動力的大小要能與負載大小相適應，如步進電機通過程序設計改變運動速度，力矩電機通過調整工作電壓，改變堵力矩的大小，達到工作平穩(wěn)、動作快捷、定位準確的要求。（3）可靠性的要求可靠性是指產品在規(guī)定的工作條件下，在預定使用壽命期內能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機械手可自動完成預定工作，廣泛應用在自動化生產線上，因此要求機械手工作必須可靠。設計時要進行可靠性分析。（4）壽命的要求產品壽命是產品正常使用時因磨損而使性能下降在允許范圍內而且無需大修的連續(xù)工作期限。設計中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤滑措施、合理設計零件的形面等。因各零部件難以設計成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。（5）經濟的要求機械產品設備的經濟性包括設計制造的經濟性和使用的經濟性。機械產品的制造成本構成中材料費、加工費占有很大的比重，設計時必須給予充分注意。將機械設計課程中學到的基本設計思想貫穿到設計中。（6）人機工程學的要求人機工程學也稱為技術美學，包括操作方便宜人，調節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護保養(yǎng)容易等。本設計中要充分考慮外形設計，各調整環(huán)節(jié)的設計要方便人體接近，方便工具的使用。（7）安全保護和自動報警的要求按規(guī)范要求，采取適當?shù)姆雷o措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設計都必須考慮的，是必不可少的。在程序設計中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機構卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設置報警裝置。設計參數(shù)（1）伸縮長度：300mm； （2）單方向伸縮時間：～；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）前端安裝機械手，伸縮終點無剛性沖擊；液壓驅動方案（1）伸縮原理采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時采用單向調速閥進行回油節(jié)流調速，接近終點時，發(fā)出信號，進行調速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導向桿導向防止轉動，采用電液換向閥，控制伸縮方向。（）（2）液壓系統(tǒng)的設計計算液壓控制系統(tǒng)設計要滿足伸縮臂動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動力要求和運動時間要求，具體設計計算參考《液壓傳動與控制》等相關教材。由于伸縮臂做間歇式往復運動，有較大的沖擊，設計時要考慮緩沖措施，可從液壓回路設計上考慮，也可從液壓件結構上考慮。設計計算參數(shù)及要求：① 電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。② 油缸直徑：推力大小要能克服機構起動慣性并有一定的起動加速度，要滿足運動時間要求。③ 導向桿剛度：按最長伸出時機械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。④ 定位方式和元件：自選。（3）結構方案設計及強度和剛度計算伸縮臂運動簡圖見圖41① 結構方案說明a：支座1安裝在機器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導向桿等零部件。b：法蘭4用于安裝機械手，其形式和尺寸要與機械手相協(xié)調。c：液壓缸伸出桿帶動導向桿同時伸出300mm，伸出長度較大，設計、制造和安裝時要考慮液壓缸與導向桿的平行度要求。 d：導向桿可采用直線導軌或直線導軸。直線導軌可選用外購件，直接從生產廠家的有關資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導軌、直線導軸）。采用直線導軸時可自行設計，并且要考慮導向桿的潤滑，潤滑方式參考有關手冊設計。② 強度及剛度計算本機械手夾持工件重量約3Kg左右，夾持器重量約15Kg，夾持器長度最大約250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機器作類比設計即可。夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導桿受力最大的狀態(tài),也是變形最大的位置。在此情況下，用材料力學的知識計算它的強度和剛度。液壓缸的工作負載R是指工作機構在滿負荷情況下，以一定加速度啟動時對液壓缸產生的總阻力，即： 式中：工作機構的荷重及自重對液壓缸產生的作用力；工作機構在滿載啟動時的靜摩擦力；工作機構滿載啟動時的慣性力。(1)的確定① 工件的質量m= (kg) ②夾持器的質量 15kg(已知)③伸縮臂的質量 50kg(估計)④其他部件的質量 15kg(估計)工作機構荷重： Ri=(+15+50+15)*10=859(N) 取Ri=860N(2) 的確定 Rm= (N) (3) 的確定 Rg=(N) 式中：為啟動時間，～= , =總負載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N) 取實際負載為 =1200 D= 式中：R=1000 5000 , ～, =取液壓缸缸筒內徑為40mm。(1)活塞桿材料：選擇45號調質鋼，其抗拉強度=570(2)活塞桿的直徑：查《液壓傳動設計手冊》得，當壓力小于10Mpa時，速比=。則可選取活塞桿直徑為20mm系列，且缸筒的厚度為5mm。 最小導向長度：mm (3)活塞桿強度及壓桿穩(wěn)定性的計算 采用非等截面計算法 ① 油缸穩(wěn)定性的計算因為油缸的工作行程較大，則在油缸活塞桿全部伸出時，計算油缸受最大作用力壓縮時油缸的穩(wěn)定性。假設油缸的活塞桿的推理為P，油缸穩(wěn)定的極限應力為Pk，則油缸穩(wěn)定性的條件為PPk。Pk按下式得到： 式中：可按《液壓傳動設計手冊》得到； 式中：為活塞桿直徑 為缸體外徑。 D為缸體內徑。所以， 所以 、為長度、上的斷面慣性矩。 查時極限力的計算圖，可由且查得（其中，：活塞桿頭部至油缸A點處的距離（cm）:缸體尾部至油缸A點處的距離（cm））。所以：。所油缸的穩(wěn)定性是滿足條件的。② 活塞桿強度的計算（E：材料的彈性模量）剛的彈性模量為E＝200Mpa?！兑簤簜鲃优c控制》查得： 所以活塞桿強度是滿足條件的。 (1)缸筒材料：選擇ZG310570鑄鋼,其抗拉強度=570(2)缸筒壁厚及校核：取壁厚=5mm 因此屬于普通壁厚缸筒壁厚的校核 式中：缸筒內最高工作壓力；=7材料的許用應力 材料的安全系數(shù)=5校核符合要求(3)缸筒外徑： (1)缸底材料：選擇Q235碳素結構鋼，其抗拉強度375～460(2)缸底厚度 mm 取缸底厚度為5mm首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接。缸筒與缸底的連接此處選用焊接方式，此種方式能夠使液壓缸緊湊牢固。（1）缸筒螺紋處的強度計算：螺紋處的拉應力： 螺紋處的剪應力： 合成應力： 許用應力： 式中：P:油缸的最大推力[kgf]。 D:油缸內徑[cm]。 ：螺紋直徑[cm]；：螺紋內徑，當采用普通螺紋時（GB19663）時，可近似按下式（t螺距[cm]）。K:螺紋預緊力系數(shù)，去K＝～；：螺紋那摩擦系數(shù)（～），一般取＝；：缸筒材料的屈服極限。n: 安全系數(shù)，取n=,一般取n=.由前面計算可得：D=40mm=4cm，則查《機械設計課程設計手冊》，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T1962003）公稱直徑第二系列 ，可得螺距t=。 = .所以。 ，n:。所以：,滿足強度條件。（2）缸筒與缸底的焊接強度計算P:油缸推力[kgf]:焊縫效率，可?。剑汉笚l材料得抗拉強度[]n:安全系數(shù)，取n＝～4并查到焊條材料的抗拉強度為900Mpa～1200Mpa(手工焊條)，因此缸體與缸底得焊縫強度是滿足要求得。由于液壓缸的工作負載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。液壓缸的基本形式如下圖所示：