【文章內(nèi)容簡介】 ∑Fx=0 得 12FF? 。 ∑Fy=0 得 1 2cosFF ?? 11FF??? 銷軸對手指的作用力為 1F? 。 手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內(nèi)，并設兩力的大小相等，方向相反，以 NF 表示。由手指的力矩平衡條件，即 1( ) 0MF?? 得 1 NFh Fb? ? h=a/cosα 12 ? F= 22 cos Nb F a? ? 式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（ mm）。 α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點連線間的夾角。 由上式可知，當驅(qū)動力 F 一定時， α角增大則握力 NF 也隨之增加，但 α角過大會導致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu)加大，因此，一般取 α=30176。~40176。這里取角 α=30176。 。 這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動作靈活，手指開閉角大等特點。綜合前面驅(qū)動力的計算方法，可求出驅(qū)動力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動以及傳力機構(gòu)效率的影響，其實際的驅(qū)動力 F 實際應按以下公式計算，即： F =F /?計 算實 際 本機械手的工件只做水平和垂直平 移，當它 的移動速度為 250mm/s， 系統(tǒng)達到最高速度的時間根據(jù)設計參數(shù)選取，一般取 ～ ， 移動加速度為 2150 /mm s ， 工件重量 G 為 294N， V 型鉗口的夾角為 120176。， α=30176。時，拉緊油缸的驅(qū)動力 F 和 F實 際 計算如下： (1) 手指對工件的夾緊力計算公式： 1 2 3F K GN KK? ? ? ? 式中 1K —— 安全系數(shù)，通常取 ～ 。 2K —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦浪? 2 1 aK g??=，其中 20 .2 5 0 .5 /0 .5va m st?? ? ? 3K —— 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進行選定按《工業(yè)機械手設計》表 22 選取 3 4K? 。 ? 4 294 N N? ? ? ? ? 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力計算公式 (2) 2= F =2 c o s FNF b a? ?計 算 得 ? 2F = 2 8 0 c o s 3 0 1 4 9 2 / 5 0 = 3 5 5 6 N? ? ?計 算 13 (3) 取 手指傳力效率 η=, 則 = F / = 3 5 5 6 / 0 . 8 5 = 4 1 8 3 . 5 N 5 0 0 0 NF ?實 際 計 算 (四 ) 夾緊缸的設計計算 1. 夾緊缸主要尺寸的計算 由前知，夾緊缸為單作用彈簧復位液 壓缸，設 夾緊工件時的行程為 25mm，時間為 ，則所需夾緊力為： 工作壓力取 1MP，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡單緊湊，取工作壓力為 。 選取 d= 得： 64 4 4 1 8 3 . 5 4 7 . 5p 2 . 5 1 0 0 . 9 5FD m m? ? ? ?? ? ?? ? ? 式中： D—— 液壓缸內(nèi)徑 P—— 液壓缸工作壓力 ? —— 液壓缸工作效率， ?? 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB82666）選取液壓缸 內(nèi)徑 ， D=50mm 同理查得 活塞桿直徑 d=22mm 2. 缸體結(jié)構(gòu)及驗算 缸體采用 45 號無縫鋼管，由 JB106867 查得可取缸筒外徑 75mm，則 ?? 16 ??? 則， 6662 . 5 1 0 5 0 5 . 4 8( 2 . 3 [ ] ) ( 2 . 3 1 1 0 1 0 2 . 5 1 0 ) 1pD mmp? ?? ??? ? ?? ? ? ? ? ?理 14 mm??? ? ? 理 3. 液壓缸額定工作壓力 NP （ MP）應低于一定極限值，以保證工作安全 2212 1()0 . 3 5 3 6 . 3 6sNaDDP M PD? ?? ? ? 式中： D—— 缸筒內(nèi)徑 1D —— 缸筒外徑 s? —— 缸筒材料的屈服點， 45 號鋼為 340MPa 已知工作壓力 2. 5 36 .3 6N a aP M P M P??，故安全。 4. 缸筒兩端部的計算 ① 缸筒底部厚度的計算 此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設有油孔，則底部厚度為 m a x0p0 . 4 3 3 6 . 8[ ] ( d )Dh D m mD???? 考慮結(jié)構(gòu)要求，取 h=10mm 式中： D—— 缸筒內(nèi)徑 maxP —— 液壓缸最大工作壓力，取 m ax 25NP P MP?? []? —— 缸底材料的許用應力，材料為 45 號鋼， 600[ ] 1 2 05b MPn?? ? ? ?， n為安全系數(shù)，取 n=5。 ② 缸筒底部聯(lián)接強度計算 缸筒底部采用 螺釘 聯(lián)接 法蘭式缸頭 ，材料為 35 號鋼，聯(lián)接圖如下： 15 圖 2 外卡環(huán)聯(lián)接圖 卡環(huán)尺寸一般取： 125。h l mmhh h mm?? ? ?? ? ? 外卡環(huán) ab 側(cè)面的擠壓應力 c? 為： 2 62m a x 114 1 0 (0 . 0 6 ) 2 5 . 0 4 3 1 0( 2D ) 0 . 0 5 ( 2 0 . 0 6 0 . 0 5 )c pD M P M Phh? ??? ? ? ?? ? ? ? 缸筒危險截面 AA上的拉應力 ? 2 62m a x 12 2 2 21 4 1 0 (0 . 0 6 ) 2 7 . 4 3 5 2 0( D ) (0 . 0 6 0 . 0 5 ) (0 . 0 5 )pD M P M PhD? ??? ? ? ?? ? ? ? 故知缸筒底部聯(lián)接安全。 ③ 缸筒端部聯(lián)接強度計算 缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下： 圖 3 螺釘聯(lián)接圖 16 螺 紋處的拉應力： 66213 4 7 01 0 1 0 2 6 . 2 60 . 0 0 4 1 3 4 444KF MPdZ? ?????? ? ? ? ?? 螺紋處的剪應力： 6610 3310 . 1 2 3 4 7 0 0 . 0 0 51 0 1 0 1 5 . 3 80 . 2 0 . 2 0 . 0 0 4 1 3 4 4K K F d MPdZ? ??? ? ?? ? ? ? ??? 則合成應力： 223 3 7 . 4 M P [ ] 1 2 0n a M P a? ? ? ?? ? ? ? ? 則知螺紋連接處安全可靠。 其中： K—— 擰緊螺紋的系數(shù)，取 K=3 1K —— 螺紋連接處的摩擦系數(shù)， 1 ? 0d —— 螺紋外徑， 0 ? 1d —— 螺紋底徑， 1 ? Z—— 螺釘數(shù)量， Z=4 17 二、 腕部的結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設計腕部時要注意以下幾點： ① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 ② 轉(zhuǎn)動靈活，密封性要好。 ③ 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑 、維修、調(diào)整等問題 ④ 要適應工作環(huán)境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動時管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 (二 ) 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為177。115176。. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進行連接和定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為 手腕的回轉(zhuǎn)運動。 18 圖 3 機械手的腕部結(jié)構(gòu) (三 ) 手腕驅(qū)動力矩的計算 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)動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： = M + M + MM 驅(qū) 慣 摩偏 式中 ： M驅(qū) ——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M慣 ——慣性力矩 M偏 ——參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 19 M摩 ——手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算圖 1. 摩擦阻力矩 M 摩 1 1 2 2M= 2f摩 （N D + N D ） 式中 ： f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動軸承取 f=～ ，滑動軸承取 f=； N1 、 N2 ——軸承支承反力 （ N） ； D1 、 D2 ——軸承直徑 （ m） 由設計知 D1= D2= N1=800N N2=200N G1=294N e= 時 0 . 1M = 8 0 0 0 . 0 3 5 2 0 0 0 . 0 7 52 ??摩 （ + ） 得 M 摩 =（ ） 2. 工件重心引起的偏置力矩 M偏 20 1MeG??偏 式中 G1——工件重量（ N） e——偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時 ， M偏 為零 當 e=， G1=294N 時 M偏 = （ Nm） 3. 腕部啟動時的慣性阻力矩 M 慣 ① 當知道手腕回轉(zhuǎn)角速度 ? 時，可用下式計算 M慣 M ( ) tJJ ???慣 工件 式中 ?——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （ 1/s） t——手腕啟動過程中所用時間（ s），（假定啟動 過程中近為加速運動） 一般取 ～ J——手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ kgm2 ） J工件 ——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （ kgm2 ） 按已知計算 : 2 2 22 2 2 2 211m 6 0 0 . 0 5 0 . 0 7 52211= m ( l + 3 R ) = 3 0 ( 0 . 1 + 3 0 . 0 4 ) = 0 . 0 3 71 2 1 2= 0 . 7 8 1 /s tJ R k g mJ k g m?? ? ? ? ? ?? ? ?工件（ ），= 0 .3 s 故 M慣 = （ Nm） 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將 M 取大一些，可?。? M M + M + M驅(qū) 慣 摩偏= 1 .1 ~ 1 .2 ( ) 因此，得 M = ( +5. 88+) =10 N m??驅(qū) 21 4. 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大干總的阻力矩 M總 。 下圖為機械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸，定片 1 與缸體 2 固定連接，動片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固定連接，當 a、 b 口分別進出油時，動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達到手腕回轉(zhuǎn)目的 。 回轉(zhuǎn)缸簡圖 1定片 2缸體 3動片 4密封圈 5轉(zhuǎn)軸 式中： M總 —— 手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩 p—— 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 R—— 缸體內(nèi)孔半徑 r—— 輸出軸半徑 b—— 動片寬度 22()M= 2pb R r M? ?總 22 三、 臂部的結(jié)構(gòu) (一 ) 概述 臂部是機械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機械手的