【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(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為：，即工作拉力與殘余預(yù)緊力之和計(jì)算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個(gè)螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=2個(gè) 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(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。螺釘由于油液沖擊產(chǎn)生橫向載荷，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面處產(chǎn)生摩擦力以抵抗工作載荷，預(yù)緊力的大小，以接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定，故有以下等式： 為預(yù)緊力,為接合面摩擦系數(shù)，取（），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?qiáng)度條件為： 帶入有關(guān)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(kāi)槽盤(pán)頭螺釘， ,： 腕部材料選擇HT200，估計(jì)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。現(xiàn)校核較小軸徑處軸承。6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：，當(dāng)量動(dòng)載荷，載荷系數(shù)取1，則，由公式：N為轉(zhuǎn)速，計(jì)算得：，球軸承代入得：，遠(yuǎn)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(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個(gè)。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個(gè)。左缸蓋與缸體及法蘭盤(pán)連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個(gè)。選用墊圈防松，公稱(chēng)尺寸為5。右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋，,需用4個(gè)。為定位作用，軸左側(cè)增加一個(gè)套筒，材料為HT200，尺寸如下：動(dòng)片與輸出軸連接選用六角頭螺栓 全螺紋， ， 需用2個(gè)。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(shè)計(jì)設(shè)計(jì)機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直線(xiàn)伸縮動(dòng)作。（1）功能性的要求機(jī)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(dòng)換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）適應(yīng)性的要求為便于調(diào)整，適應(yīng)工件大小不同的要求，起止位置要方便調(diào)整，要求設(shè)置可調(diào)式定位機(jī)構(gòu)。為了控制慣性力，減少運(yùn)動(dòng)沖擊，動(dòng)力的大小要能與負(fù)載大小相適應(yīng)，如步進(jìn)電機(jī)通過(guò)程序設(shè)計(jì)改變運(yùn)動(dòng)速度，力矩電機(jī)通過(guò)調(diào)整工作電壓，改變堵力矩的大小，達(dá)到工作平穩(wěn)、動(dòng)作快捷、定位準(zhǔn)確的要求。（3）可靠性的要求可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機(jī)械手可自動(dòng)完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行可靠性分析。（4）壽命的要求產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時(shí)因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無(wú)需大修的連續(xù)工作期限。設(shè)計(jì)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(rùn)滑措施、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。因各零部件難以設(shè)計(jì)成相等壽命，所以易磨損的零件要便于更換。（5）經(jīng)濟(jì)的要求機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性和使用的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的制造成本構(gòu)成中材料費(fèi)、加工費(fèi)占有很大的比重，設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分注意。將機(jī)械設(shè)計(jì)課程中學(xué)到的基本設(shè)計(jì)思想貫穿到設(shè)計(jì)中。（6）人機(jī)工程學(xué)的要求人機(jī)工程學(xué)也稱(chēng)為技術(shù)美學(xué)，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，照明適度，顯示清晰，造型美觀，色彩和諧，維護(hù)保養(yǎng)容易等。本設(shè)計(jì)中要充分考慮外形設(shè)計(jì)，各調(diào)整環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要方便人體接近，方便工具的使用。（7）安全保護(hù)和自動(dòng)報(bào)警的要求按規(guī)范要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設(shè)計(jì)都必須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計(jì)中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報(bào)警裝置。設(shè)計(jì)參數(shù)（1）伸縮長(zhǎng)度：300mm； （2）單方向伸縮時(shí)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(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊；液壓驅(qū)動(dòng)方案（1）伸縮原理采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，接近終點(diǎn)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動(dòng)，采用電液換向閥，控制伸縮方向。（）（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿(mǎn)足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿(mǎn)足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考《液壓傳動(dòng)與控制》等相關(guān)教材。由于伸縮臂做間歇式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有較大的沖擊，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮緩沖措施，可從液壓回路設(shè)計(jì)上考慮，也可從液壓件結(jié)構(gòu)上考慮。設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及要求：① 電磁閥流量：要滿(mǎn)足伸縮速度的要求。② 油缸直徑：推力大小要能克服機(jī)構(gòu)起動(dòng)慣性并有一定的起動(dòng)加速度，要滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求。③ 導(dǎo)向桿剛度：按最長(zhǎng)伸出時(shí)機(jī)械手端部的撓度不超過(guò)規(guī)定要求。④ 定位方式和元件：自選。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算伸縮臂運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖41① 結(jié)構(gòu)方案說(shuō)明a：支座1安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。b：法蘭4用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿同時(shí)伸出300mm，伸出長(zhǎng)度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。 d：導(dǎo)向桿可采用直線(xiàn)導(dǎo)軌或直線(xiàn)導(dǎo)軸。直線(xiàn)導(dǎo)軌可選用外購(gòu)件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢(xún)直線(xiàn)導(dǎo)軌、直線(xiàn)導(dǎo)軸）。采用直線(xiàn)導(dǎo)軸時(shí)可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式參考有關(guān)手冊(cè)設(shè)計(jì)。② 強(qiáng)度及剛度計(jì)算本機(jī)械手夾持工件重量約3Kg左右，夾持器重量約15Kg，夾持器長(zhǎng)度最大約250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機(jī)器作類(lèi)比設(shè)計(jì)即可。夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導(dǎo)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(xué)的知識(shí)計(jì)算它的強(qiáng)度和剛度。液壓缸的工作負(fù)載R是指工作機(jī)構(gòu)在滿(mǎn)負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即： 式中：工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力；工作機(jī)構(gòu)在滿(mǎn)載啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力；工作機(jī)構(gòu)滿(mǎn)載啟動(dòng)時(shí)的慣性力。(1)的確定① 工件的質(zhì)量m= (kg) ②夾持器的質(zhì)量 15kg(已知)③伸縮臂的質(zhì)量 50kg(估計(jì))④其他部件的質(zhì)量 15kg(估計(jì))工作機(jī)構(gòu)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(dòng)時(shí)間，～= , =總負(fù)載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N) 取實(shí)際負(fù)載為 =1200 D= 式中：R=1000 5000 , ～, =取液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。(1)活塞桿材料：選擇45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度=570(2)活塞桿的直徑：查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，當(dāng)壓力小于10Mpa時(shí)，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(dǎo)向長(zhǎng)度：mm (3)活塞桿強(qiáng)度及壓桿穩(wěn)定性的計(jì)算 采用非等截面計(jì)算法 ① 油缸穩(wěn)定性的計(jì)算因?yàn)橛透椎墓ぷ餍谐梯^大，則在油缸活塞桿全部伸出時(shí)，計(jì)算油缸受最大作用力壓縮時(shí)油缸的穩(wěn)定性。假設(shè)油缸的活塞桿的推理為P，油缸穩(wěn)定的極限應(yīng)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(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到； 式中：為活塞桿直徑 為缸體外徑。 D為缸體內(nèi)徑。所以， 所以 、為長(zhǎng)度、上的斷面慣性矩。 查時(shí)極限力的計(jì)算圖，可由且查得（其中，：活塞桿頭部至油缸A點(diǎn)處的距離（cm）:缸體尾部至油缸A點(diǎn)處的距離（cm））。所以：。所油缸的穩(wěn)定性是滿(mǎn)足條件的。② 活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算（E：材料的彈性模量）剛的彈性模量為E＝200Mpa?！兑簤簜鲃?dòng)與控制》查得： 所以活塞桿強(qiáng)度是滿(mǎn)足條件的。 (1)缸筒材料：選擇ZG310570鑄鋼,其抗拉強(qiáng)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(nèi)最高工作壓力；=7材料的許用應(yīng)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(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)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(qiáng)度計(jì)算：螺紋處的拉應(yīng)力： 螺紋處的剪應(yīng)力： 合成應(yīng)力： 許用應(yīng)力： 式中：P:油缸的最大推力[kgf]。 D:油缸內(nèi)徑[cm]。 ：螺紋直徑[cm]；：螺紋內(nèi)徑，當(dāng)采用普通螺紋時(shí)（GB19663）時(shí)，可近似按下式（t螺距[cm]）。K:螺紋預(yù)緊力系數(shù)，去K＝～；：螺紋那摩擦系數(shù)（～），一般?。?；：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(jì)算可得：D=40mm=4cm，則查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T1962003）公稱(chēng)直徑第二系列 ，可得螺距t=。 = .所以。 ，n:。所以：,滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。（2）缸筒與缸底的焊接強(qiáng)度計(jì)算P:油缸推力[kgf]:焊縫效率，可?。剑汉笚l材料得抗拉強(qiáng)度[]n:安全系數(shù)，取n＝～4并查到焊條材料的抗拉強(qiáng)度為900Mpa～1200Mpa(手工焊條)，因此缸體與缸底得焊縫強(qiáng)度是滿(mǎn)足要求得。由于液壓缸的工作負(fù)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：