【正文】 載工件時(shí)重力方向的最大上升速度；——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間；根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選取?！轿幌禂?shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定。G——被抓取工件所受的重力（1）根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: N (33)(2)根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: (34)所以 機(jī)械手手部夾緊液壓缸的計(jì)算1）夾緊缸的直徑計(jì)算本液壓缸屬于單向作用液壓缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用液壓缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為: (36)式中: 活塞桿上的推力，N 彈簧反作用力，N 液壓缸工作時(shí)的總阻力，N 液壓缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計(jì)算: (37) = 式中: 彈簧剛度，N/m 彈簧預(yù)壓縮量，m 活塞行程，m 彈簧鋼絲直徑，m 彈簧平均直徑，. 彈簧有效圈數(shù). 彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則:(38)由以上分析得單向作用液壓缸的直徑: 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 (39) 所以: =查有關(guān)手冊圓整，得由,可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式有: (310)其中，[]，則: 滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。(2)缸筒壁厚的計(jì)算缸筒直接承受壓縮空液壓壓力，必須有一定厚度。一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: (311)式中:σ——缸筒壁厚，mm——液壓缸內(nèi)徑，mm——實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa材料為:ZL3,[]=3MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:。(3)實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 (312)因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí)，則: （313）所以： 所以夾持工件時(shí)所需夾緊液壓缸的驅(qū)動(dòng)力為4691N考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)由于被抓取工件的水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才可滿足工作的要求。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)液壓缸。 手腕的自由度及基本要求一、手腕的自由度分析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。手腕的自由度的選用與機(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)才可滿足工作要求。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)液壓缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)液壓缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于360176。，并且要求嚴(yán)格密封。二、手腕設(shè)計(jì)的基本要求 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量要輕；腕部處于臂部的最前端，它連同手部的連接和靜、動(dòng)載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 綜合考慮合理總局；如：應(yīng)解決好腕部和手部的連接，腕部各個(gè)自由度的位置檢測，管線布置，以及沒頭潤滑、維修、調(diào)整等問題。 必須考慮工作條件；對于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，其腕部在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對腕部的不良影響。一、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所用的驅(qū)動(dòng)力矩手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺均為回轉(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)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩，圖五為手腕受力的示意圖。 工件 手部 手腕 圖31 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)受力示意圖手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： (314)式中： ——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)力矩（Kg/cm）——慣性力矩（Kg/cm） ——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件重量對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 所產(chǎn)生的偏重力矩 ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)與支承孔處的摩擦力矩 ——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力矩；下面以31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慣 若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過程所用的時(shí)間為△t,則： (315)若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為ω，起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過 的角度為△ψ，則：式中：J——參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——工件對手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量若工件中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：= (316)——工件對過重心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——工件的重量——工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距（cm）ω——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度——起動(dòng)時(shí)所需要的時(shí)間——起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 (317)式中：——手腕動(dòng)件的重量； ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距（cm） 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線生命時(shí)，=0 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸在軸頸處的摩擦阻力矩M摩 (318)式中： ——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸頸直徑（cm）； f ——軸承摩擦系數(shù)，對于滾動(dòng)軸承f=，對于滑動(dòng)軸承f=。 ——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： (319)同理： 根據(jù)得： (320)式中：——手部的重量（N）L ——如圖五所標(biāo)示長度尺寸（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封，與選用的密封裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。二、回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力。腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 圖32 腕部支承反力計(jì)算示意圖由圖示可知 （321）式中： 、——軸承處支反力，可由靜力平衡方程求得； ——軸承直徑；f——軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動(dòng)軸承f=~；對于滑動(dòng)軸承f=。為簡化計(jì)算，取=圖示32中， 為工件重量（Kg），為手部重量（Kg）為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（Kg）?？朔捎诠ぜ匦钠盟枰牧? =e (322)式中 e——工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（m）?？朔?dòng)慣性所需的力矩啟動(dòng)過程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度ω及啟動(dòng)所用的時(shí)間，按下式計(jì)算： =(J+) (32)或者根據(jù)腕部角速度ω及啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)過的角度按下式： =(J+) (324)式中 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J——手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ω——手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度； ——啟動(dòng)過程中所需時(shí)間，~；——啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度。手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩相當(dāng)于上述三項(xiàng)之和： (325)如果手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不是很大時(shí)，手腕啟動(dòng)過程所產(chǎn)生的慣性力矩也不大，為了簡化計(jì)算可以將計(jì)算力矩、適當(dāng)放大，而省略掉，這時(shí) (326)在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸原理如下圖33所示，定片1與缸體2固連，動(dòng)片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。動(dòng)片封圈4把液壓腔分隔成兩個(gè)。當(dāng)壓縮液壓體從孔a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，則低壓腔的液壓從b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉J液壓缸的壓力p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為： (327) 圖33 回轉(zhuǎn)液壓缸簡圖式中： M —回轉(zhuǎn)液壓的驅(qū)動(dòng)力矩（） P—回轉(zhuǎn)液壓的工作壓力（） Ｒ—缸體內(nèi)壁半徑（cm） r—輸出軸半徑（cm） b—?jiǎng)悠瑢挾龋╟m）上述驅(qū)動(dòng)力矩和壓力關(guān)系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和背壓P2之差。三、手腕回轉(zhuǎn)液壓缸的尺寸計(jì)算及其校核尺寸設(shè)計(jì)液壓缸長度設(shè)計(jì)為,液壓缸內(nèi)徑為=96mm,半徑,軸徑、=26mm,半徑,液壓缸運(yùn)行角速度=，加速度時(shí)間=, 壓強(qiáng),