【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 kgf m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑 / [ ]tT M WT T?驅(qū) 抗拒剖面摸量 33()16TW d mm?? 所需驅(qū)動(dòng)力矩 3 16 30Md mm???? 驅(qū)[ ]T () 取 d=50mm 所以機(jī)械手的擺動(dòng)采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到腕部擺動(dòng)目的。 22 ()2p b R rMM???總 () 又因?yàn)椋?Dd=— , 2b 2Dd?，取 Dd=2， 2bDd?=3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 2222 1 0 .5 8 /()MP kg cmb R r???總 () 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。 選鍵并校核強(qiáng)度 轉(zhuǎn)軸直徑 d=40mm,由 GB109579選鍵為 b? h=12?8 轉(zhuǎn)軸直徑 d=50mm,由 GB109579選鍵為 b? h=20? 10 鍵校核如下公式 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 p? =2T? 310 /kld? [ p? ]， K—— 接觸面的高度 8 32 .24 [ ] 10 413 .20 8 [ ]p a ppph mmmpk h mm????? ? ???? ? ? ??? 取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得 []p? =100aP 所以滿足要求 臂部 計(jì)算與分析 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 手臂部件是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點(diǎn) 。因此，臂部具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求：即手臂，左右回轉(zhuǎn)和 俯 仰 運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由油缸驅(qū)動(dòng)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從背 部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)身是固定的，它直接承受和傳動(dòng)手臂的 部件，實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列 各項(xiàng)基本要求： 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸 梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度愈大，則剛度逾差，而且其剛度隨支 臂桿的伸縮不斷變化，對(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能，位置精度和負(fù)荷能力等影響 很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度，還應(yīng)注意： (1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身既受 彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。所以機(jī)械手常用工字鋼或槽鋼作為支撐板，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及管道，有利于結(jié)構(gòu)的緊湊，外形整齊。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 臂部和機(jī)身的變形量不僅與本身剛度有關(guān)，而且同支撐的剛 度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié) 構(gòu)形狀，底板 的剛度以及支座與底版的連接剛度等方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。 (3)合理布置作用力的位置和方向 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各作用力的變形相互抵消 。 (1)設(shè)計(jì)臂部時(shí)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見(jiàn)的間隙，從而提高剛度 。 (2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時(shí)提高其配合精度和相對(duì)位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重 。 (3)提高活塞和剛體 內(nèi)徑配合精度，以提高手臂 俯 仰 的剛度。 ，慣性要小 機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的 生產(chǎn)水平，一般時(shí)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來(lái)決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn) 俯 仰 均要求均速運(yùn)動(dòng)，（ V和w為常數(shù)），但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動(dòng)。 對(duì)于告訴運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 1000～ 1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在 180 /o s 內(nèi)，在大部 分行程距離上平均移動(dòng)速度為 1000mm/s 內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為 90/o s 內(nèi)。 為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的措施 ： (1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 (2)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的尺寸輪廓。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作 ，并且 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件，導(dǎo)向件和 定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計(jì)算使之滿足不自鎖的條件。 (1)計(jì)算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計(jì)算。 (2)計(jì)算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離 。 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 (3)求重心位置并計(jì)算偏重力臂 ? n21 i= ? + = GG G G G G ?? ? ? ? ? ?總 爪 腕 臂 () 2 2 2 222n11i=nii=GGG G G GG G G GX???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ????爪 腕 臂爪 腕 臂 () (4)計(jì)算偏重力 矩 n11i= GM G X?????總偏 () 一般說(shuō)來(lái)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度教高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，精度差；在手冊(cè)上加設(shè)定位裝置和自檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)，嚙合件的間隙。 除此之外，要求機(jī)械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，在進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，分別 俯 仰 缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)敘述如下： 設(shè)小臂 L=40cm,D=60cm 則 m= 2 2 5 7 10 22R lp k g??? ? ? ? ? ? 則手臂總重 fm m m m??總 回桿 ， L=100mm m?回 2 2 30 .0 5 0 .1 7 1 0R lp??? ? ? ? ?= 22 29 7 9 52. 49m k g? ? ? ?總 . 俯 仰 缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 仰俯缸的設(shè)計(jì)尺寸圖 設(shè) 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當(dāng)手臂處在仰角為 1? 的 位置 1OA 時(shí)，驅(qū)動(dòng)力 P 通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩為 11c os( )M Pb ????驅(qū) 因?yàn)?111 A D B Ctg O D O D? ??， 又因?yàn)?1 1 1117 6 c o s 6 0 7 6 1 5 c o s 6 0 5 1 17 6 7 6 s in 6 0 4 1oooA D B C B O a m mO D C A B m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 1tg? = ， 1? =15o ， 11c os( )M Pb ????驅(qū) 而 P= 24D P P P? ??封 背 P— 油缸的工作壓力（ 2/kgcm ） D— 油缸內(nèi)徑（ cm） P封 — 活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（ kg） P背 — 通油箱， P背 =0 ?? 取 ? =10600kg M?驅(qū) 10600?? cos( 60)? = cm 當(dāng)手臂處在俯角為 2? 的位置 2OA 時(shí)，驅(qū)動(dòng)力 P 通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力 22P b c osM ????驅(qū) （ ） 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 因?yàn)椋?2221A E A EO E O C E C? ?? ?2tg 2 2 2 2c os E B C O B O C b ??? ? ? ? ? ? 1OC c? 2 2 2sinEC A B b ??? 所以 1 22 2c o s 15s in oba tg cb ???? ???? 則 c os( 15 30 ) 95 05 0. 76 ?oM P b k g c m? ? ?驅(qū) 當(dāng)手臂處在水平位置即 OA?? 為驅(qū)動(dòng)力矩時(shí) c os( 15 30 ) 95 05 0. 76 ?oM P b k g c m? ? ?驅(qū) 因?yàn)?M M M M? ? ?驅(qū) 慣 偏 摩 由于手臂與支柱連軸有振動(dòng)軸承，摩擦力矩較小 M摩 =0 所以 M M M??驅(qū) 慣 偏 驗(yàn)證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于 1? 時(shí) 1 si nMpcb?? ??? ??驅(qū)1 1 1bcosb cos(tg + ) () =1 5 c os 60 5 c os ( 60 ) 5 s i n 60o ootg ??????? =1134kgf 選取 dD=， 所以 1 ap MP? 2 2 664 4 1 1 3 4 0 . 4 9 1 010p d p DD p ????? ? ? ? ??? ? () 2 64 10D ??? ? D= 中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 整理得到 D=63mm，則 d=45mm。 液壓缸壁和外徑計(jì)算 2[ ]yPD? ?? () 63 52 60 mm? ???? P MP?? []? 高強(qiáng)度鑄鐵， []? =60 aP 1 26 63 2 5 73D D m m? ? ? ? ? ? 液壓缸為平底缸差，其厚度 t按強(qiáng)度要求計(jì)算 無(wú)孔時(shí) 20 .4 3 3 []1 .50 .4 3 3 6 3 1 .6 760yPtDmm??? ? ? ? () 取 t=3mm 液壓缸工作行程的確定 由 1 1 2 2A B A B S?? 則 S=16mm 則由表 26中的系列尺寸查得（液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)） S=25cm 則活塞桿 L=30cm 活塞桿的穩(wěn)定性校核，活塞桿由 45鋼制成。 桿長(zhǎng) 300mm， d=45mm 最大壓力 P=1134N 設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為 89stSn ?? ， 3 5 0 2 8 0