【正文】 小導(dǎo)向長(zhǎng)度： mm3524020300220 ????? DlH (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。 天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 41 強(qiáng)度和剛度分析圖 機(jī)械手 伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 伸縮臂液壓缸參數(shù)計(jì)算 R 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： i m gR R R R? ? ? 式 （ 41） 式中： iR 工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力； mR 工作機(jī)構(gòu)在滿(mǎn)載啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力； gR 工作機(jī)構(gòu)滿(mǎn)載啟動(dòng)時(shí)的慣性力。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。 d：導(dǎo)向桿可采用直線(xiàn)導(dǎo)軌或直線(xiàn)導(dǎo)軸。 ④ 定位方式和元件：自選。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)上考慮等。例如因故障造成的突然工作中斷，如突然斷電、機(jī)構(gòu)卡死等情況。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須要合理考慮。因此在設(shè)計(jì)中要特別考慮采取怎樣的措施來(lái)減少摩擦和磨損。 （ 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。 天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第四 章 伸縮臂的設(shè)計(jì) 機(jī)械手 伸縮臂設(shè)計(jì)基本要求 機(jī)械手伸縮臂的底板固定在大臂上，前端安裝機(jī)械手，完成直線(xiàn)伸縮動(dòng)作。 右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓， / 5783GB T ， 5 16M? ,需用 4個(gè)。 20 材料及連接件，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， / 5783GB T ， 5 16M? ,需用 4個(gè)。 6005 軸承基本數(shù)據(jù)如下： KNCr 10? ，當(dāng)量動(dòng)載荷 rpFfP? ，載荷系數(shù) pf 取 1， NFr 50? ，則 NP 50? 。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： 22 0( ) 4P b D d M fF Z i? ? ?摩 式 （ 36） 0F 為預(yù)緊力 ,f 為接合面摩擦系數(shù)，取 ? ?~ 范圍中的 ，即鋼和鑄鐵零件， i 為接合面數(shù)，取 i =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，則由（ 36）可得： ? ?220 4bpF D dZfi?? 式 （ 37） 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： ? ?01 4Fd ??? 式 （ 38） 19 把有關(guān)數(shù)據(jù)代入（ 37）得： NdDZ f ibpF )( )(4 226220 ????? ????? 選擇 Q235 為螺釘?shù)牟牧?，則 ? ? M P ans ??? ??（安全系數(shù)~?n ）， 把有關(guān)數(shù)據(jù)帶入（ 38）可得螺釘?shù)闹睆? ? ? 0 ??????? ?? Fd ， d值極小，取 6mmD? 。 可得 NNKFF ???預(yù) 所以 NFFF 6 9 5 8 1 1 0 ????? 預(yù)總 選擇 Q235 為螺栓 的材料， ? ? M P ans 15 0 ??? ??則 ，安全系數(shù) n取 ? ?~ 。 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回 轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為 200mm，直徑 90mm，其重力估算： NKgNmKgG ?????? ? ,取 G=98N. 等效圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 2 21 1 1 9 8 0 . 0 4 5 0 . 0 1 0 12 2 2 9 . 8GJ M R Rg? ? ? ? ? ? 已知圓柱體工件 R=40mm， l =100mm 則工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2 2 2 21= ( 3 ) 3 ( 3 0. 04 0. 1 ) 0. 00 3712 12mJ R l? ? ? ? ? ? ?工 件 要求工件在 內(nèi)旋轉(zhuǎn) 90度 , ? 取平均角速度，即 ? =? ， 代入（ 33）得： 4 3 3 0 3 1 0 ?????? mtJJM ?? ）（）（ 啟工件慣 m?N 則有： ??????? NMMMMM 總阻力矩慣偏摩總阻力矩 16 由上式可得： m0 2 5 ?? NM 總阻力矩 回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩 M總 定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與轉(zhuǎn)軸 5固連，當(dāng) a, b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。 為簡(jiǎn)化計(jì)算，取 總助力矩摩 ?M ，其中， 1G 為工件重量， 2G 為手部重量，3G 為手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量。 工作原理：定片與缸體固定，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固定，其左右側(cè)分別有進(jìn)出油口，由于壓力油作用，受力不平衡，使動(dòng)片產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，通過(guò)改變進(jìn)出油的 方向，達(dá)到腕部回轉(zhuǎn)的目的。 13 圖 圖 31 液壓回轉(zhuǎn)缸實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 圖示手部的開(kāi)閉動(dòng)作采用單作用液壓缸，只需一個(gè)油管。壓力油分別由油孔 ，實(shí)現(xiàn)手部 12 的旋轉(zhuǎn)。因此合理布局，解決 好腕部與臂部和手部的連接很重要。 （ 1）力求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊 腕部是臂部和手部之間的部件，因此它的動(dòng)力載荷和手部的動(dòng)力載荷都由臂部來(lái)承擔(dān)。 2 2 2 2 2 2m a xm i n1 ( ) 2 c o s s i ns i n s i nA B A B A BRRl l a l a????? ? ? ? ? ? ? 2 2 2 2 2 2m i n m i n2 ( ) 2 c o s s i ns i n s i nA B A B A BRRl l a l a????? ? ? ? ? ? ? 分別代入得： ， ?? ?? 所以， mm1mm1 4 8 ??? ，夾持誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。此時(shí)最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對(duì)于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng) a值較大時(shí)），偏轉(zhuǎn)角 ? 的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時(shí)，兩手爪的 BE 和 39。 圖 22 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 工件直徑為 80mm，尺寸偏差 5mm? ，則 , 4 2 . 5 m mR m i nm a x ?? 本設(shè)計(jì)如圖 23。取液壓缸行程 S=40mm。F = N500 ， 且 F’ =500N5KN 表 21 荷選擇工作壓力 故選工作壓力 P=1MPa 可根據(jù)公式 )32( ? 計(jì)算出液壓缸內(nèi)徑（活塞直徑）： 5004p4 39。 機(jī)械手 驅(qū)動(dòng)力力計(jì)算 根據(jù)夾緊力和驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系式可得： 2 sinN FcF ba? 式 )22( ? 代人數(shù)據(jù)可得 Nc abFF N 16s in862315s in2 0 ?????? 7 得出 F 為理論計(jì)算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動(dòng)力 39。 上式中 f 代表摩擦系數(shù)， ? 代表 V 型手指半角，此處粗略計(jì)算 3 4K? ,如圖 21 6 圖 21 機(jī)械手開(kāi)閉示例簡(jiǎn)圖 工作原理： V型手指位于夾持手指之上，通過(guò)連接件將活塞桿與夾持手指連接。 手指對(duì)工件的夾緊力可按下列公式計(jì)算： GKKKFN 321? 式 （ 21） 式中： 1K — 安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計(jì)要求確定 ,通常取 )~( ，本設(shè)計(jì)取 ； 2K — 工件情況系數(shù)，主要受慣性力的影響，可根據(jù)公式gaK ??12計(jì)算出 2K ,公式中 a 為最大加速度可 根據(jù)任務(wù)書(shū) 中給出的有 關(guān)參數(shù)可得2s/ ??a ，得到的數(shù)據(jù)代人上述公式可得 0 0 ????? gak 。 5 第 二 章 機(jī)械手 的總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手 的設(shè)計(jì)參數(shù) （ 1）采用手指式夾 持器，執(zhí)行動(dòng)作為抓緊和放松； （ 2）所要抓緊的工件 正立于傳送帶上， 直徑為 80mm，放松時(shí)的兩抓的最大距離為 110～ 120mm ， 1s 抓緊 ,夾持速度 20mm/s； （ 3）工件的材質(zhì)為 45鋼，重量 5kg； （ 4）夾持器有足夠的夾持力； （ 5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動(dòng)力； （ 6）伸縮臂行程 300mm； （ 7）機(jī)械手腕回轉(zhuǎn)角度 180176。以便能密切 4 聯(lián)系工廠(chǎng)實(shí)際，既方便又經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行設(shè)計(jì) 工作。 通過(guò)課題的設(shè)計(jì)鍛煉和培養(yǎng)自己的工藝文件的編制能力，熟悉常用材料的使用性能，正確選用材料；掌握夾具設(shè)計(jì)的基本方法和機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的基本程序和方法；掌握機(jī)械加工工藝的制定過(guò)程，對(duì)一般的制造過(guò)程和方法有初步的了解，了解常用的零部件設(shè)計(jì)軟件，并能熟練運(yùn)用二維及三維軟件進(jìn)行 設(shè)計(jì)。其主要目的： 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專(zhuān)業(yè)的一般工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更是目前研究的重點(diǎn)，國(guó)外已研究采用攝像機(jī)和力傳感系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。在我國(guó)，機(jī)械手技術(shù)起步較晚，進(jìn)入 20世紀(jì) 90 年代后，我國(guó)機(jī)械手的研究開(kāi)始步入正軌，主要應(yīng)用于家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線(xiàn)以及半導(dǎo)體芯片， 印刷電路等電子產(chǎn)品的裝配流水線(xiàn)。隨后聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)從 1970 年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸，焊 接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90年代后，我國(guó)機(jī)械手的研究開(kāi)始步入正軌，主要應(yīng)用于家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線(xiàn)以及半導(dǎo)體芯片，印刷電路等電子產(chǎn)品的裝配流水線(xiàn)。因此我國(guó)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)要認(rèn)識(shí) 到以下幾點(diǎn)情況 :第一 ,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑 ,政府要對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng)濟(jì)支持 ,參考國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn) ,加大技術(shù)投入與改造 。第二 ,醫(yī)用機(jī)器人 :主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人 ,遙控操作輔助正骨等 。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶(hù)的要求，“一客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線(xiàn)上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 1 第 一 章 緒論 背景及意義 論文選題背景 在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下： （ 1） 以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝夾、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 （ 3） 可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)