【文章內(nèi)容簡介】 33 手指夾緊缸頂塊圖 活塞寬度一般為活塞外徑的 ~，故活塞寬度取 10mm。 活塞外徑的配合采用 f9，外徑對內(nèi)孔的同軸度為 ，端面與軸線的垂直度公差為，外表面的圓度 和圓柱度一般不大于外徑公差之半。 3．活塞桿 選用 45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，活塞桿與活塞之間的配合一般采用 H8/h7的配合。 活塞桿的外圓粗糙度 aR 一股選用 m? 。 初步選擇活塞桿直徑 d mmDd 331 ?? 2．活塞尺寸及加工公差 活塞寬度一般為活塞外徑的 ~，故活塞寬度取 10mm。 活塞外徑的配合采用 f9，外徑對內(nèi)孔的同軸度為 ，端面與軸線的垂直度公差為，外表面的圓度和圓柱度一般不大于外徑公差之半。 3．活塞桿 選用 45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，活塞桿與活塞之間的配合一般采用 H8/h7的配合。 活塞桿的外圓粗糙度 aR 一股選用 m? 。 初步選擇活塞桿直徑 d， mmDd 431 ?? 為保證其剛度，應(yīng)對活塞桿直徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大，取 d = 8 mm。 手臂及手臂擺動缸的設(shè)計 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 手臂的設(shè)計與計算 機(jī)械手手臂的具體設(shè)計尺寸如下 ： 圖 33 機(jī)械手手臂圖 擺動液壓缸的設(shè)計與計算 在手指設(shè)計中，計算出需克服的摩擦力矩 mNM ?? 初選葉片安裝軸直徑為 35 mm，葉片外徑 D = 70 mm，葉片軸向?qū)挾?b = 60 mm 輸出轉(zhuǎn)矩為： ? ? pdDbT ??? 220 8 （公式 33） ? ?mN ??????27100 3 622 由 于 摩TT?0 ，輸出轉(zhuǎn)矩足夠，可以帶動工件旋轉(zhuǎn)。 壓力頭和傳動軸的設(shè)計和計算 壓力頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 有題目要求可知，壓力頭用來實現(xiàn)對工件的預(yù)夾緊，及最終夾緊。根據(jù)工件的形狀將壓頭設(shè)計成圓柱形，再根據(jù)手臂的長度、安裝在軸上的各零部件， 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 1. 為了實現(xiàn)對工件的預(yù)夾緊，需要在壓力頭上設(shè)計上四個彈性銷，在最終夾緊之前有彈性銷來實現(xiàn)預(yù)夾緊。 根據(jù)零件外形及尺寸，將彈性銷形狀及尺寸設(shè)計如下： 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 14 圖 34 彈性銷形狀圖 2．確定彈性銷位置時，主要應(yīng)考慮工件上Ф 的三個孔和外邊緣上的三個異形孔，如果彈性銷在壓力頭上的位置不對，在預(yù)夾緊時就會與他們接觸或落入三個異形孔之中使預(yù)夾緊失敗，考慮到上述這種情況，設(shè)定彈性銷的位置為在Ф 44的圓上。 3．彈性銷安裝在壓力頭下端，我們需要在壓力頭上鉆兩個孔，兩個孔的尺寸根據(jù)彈性銷的尺寸而定，直徑為 15? 。 4．壓力頭要安裝在擺動缸的輸出軸上才能實現(xiàn)它的動作，考慮到壓力頭在軸上的定位與配合，壓力頭上還需要有三個孔， 70? ， 50? ， 46? ， 70? 的孔是為了和上端蓋相配合， 50? 的孔是為了和深溝球軸承相配合， 46? 的孔是為了和推力球軸承相配合，根據(jù)所選的軸承型號可知各孔的深度， 70? 的孔深為 10mm, 50? 的孔深為 30mm， 45? 的孔深為 4mm。 上端蓋的外形尺寸如下圖： 圖 35 上端蓋外形圖 5．在壓力頭的下端還需要車出螺紋孔與下端蓋相配合，尺寸為 45M 。 壓力頭的外形及尺寸如下： 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 圖 36 壓力頭外形圖 傳動軸的設(shè)計 1．軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了又游動或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進(jìn)行周向和軸向定位，以保證其正確的工作位置。 （ 1）零件的軸向定位 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸承端蓋和圓螺母來保證的，軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會使軸的直徑加大，而且軸肩處將因突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過多時也不利于加工，因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場合。根據(jù)此機(jī)械手的工作情況，深溝 球軸承的外圈采用軸承端蓋定位，內(nèi)圈采用軸肩定位。軸肩的高度 h一般取為 h=（ ～ ） d=20? =2mm， d為與零件相配處的軸的直徑 d=20mm，滾動軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，為了使零件能靠近軸肩而得到準(zhǔn)確可靠的定位，軸肩處的過渡圓角半徑 r必須小于與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑 R或倒角尺寸 c，軸和零件上的倒角和圓角尺寸的常用范圍見表 152《機(jī)械設(shè)計》，取 R=1。 （ 2）套筒定位結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需開槽，鉆孔 和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。 在此設(shè)計中深溝球軸承與推力球軸承之間采用套筒定位，要實現(xiàn)推力球軸承完全的定位，還需要將其外圈嵌入壓力頭的殼體當(dāng)中，套筒的末端在軸端，要實現(xiàn)套筒的定位，我們采用雙圓螺母定位，雙圓螺母定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會降低軸的疲勞強(qiáng)度，但用在固定軸端的零件可以減少這種不利影響。在此軸端采用圓螺母還青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 16 可以通過套筒來調(diào)節(jié)深溝球軸承的軸向間隙。 2．各軸段直徑和長度的確定 (1） 以上我們以把零件在軸上的定位和裝配方案確定后，軸的形 狀及大小就大體確定了。各軸段所需要的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。 因為擺動缸為標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)對扭矩的計算，求得他的輸出軸直徑為 mm30? ， mm30? 軸以外的部分是用來安裝機(jī)械手的手臂，壓力頭，端蓋，軸承等零件。根據(jù)手臂的長度以及壓力頭的長度，初定伸出部分總長度為 236mm，再根據(jù)壓力頭的直徑大小，初定直徑為 mm24? ，此處直徑不能太細(xì)，因為，一方面此處如果直徑過小，就會導(dǎo)致截面有突變，從而引起應(yīng)力集中，削 弱軸的強(qiáng)度，另一方面，此處軸段我們需要在軸上鉆孔，以用來安裝手臂支架，單作用液壓缸，彈簧，這也將削弱軸的強(qiáng)度。 （ 2） 在軸的下端部分要安裝壓力頭，此處的軸段需要與軸承，套筒和端蓋相配合，為了使軸承，套筒等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑，并且有配合要求的軸段應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑，在此確定與軸承配合的軸段直徑為 mm20? 軸段的長度為 39mm。有設(shè)計可知，軸端還需要安裝兩個圓螺母，根據(jù)表 ，選圓螺母，一個是 16M? ,m=7，另一個 16M ,m=8。最終確定此處軸端上應(yīng)車螺紋為??M ，軸段長度為 22mm。 至此，軸上各段直徑和長度已經(jīng)確定好了。 軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖 37軸的結(jié)構(gòu)圖 滑臺、支架與導(dǎo)軌及手臂伸縮液壓缸的設(shè)計 滑臺的設(shè)計 應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。具 體的安裝形式應(yīng)該根據(jù)本設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和抓取物體重量等因素來確定，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局上應(yīng)該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉(zhuǎn)中心的慣量。 1． 設(shè)計方案 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 方案 1 與導(dǎo)軌配合采用矩形，三角形導(dǎo)軌，此滑臺（動導(dǎo)軌）的底面為弧形，兩側(cè)有凹槽，目的是為了在鑄造過程中遵守等壁厚原則，此方案有較強(qiáng)的承載能力，但因為在滑臺下面要安裝支架，要在滑臺上鉆孔，下面的弧形即不利于鉆孔，也不利于安裝螺母，故此方案不能采用。 方案 1 方案 2 圖 38導(dǎo)軌方案圖 方案 2 如圖所示，為了便于安裝支架和擺動液壓缸底座，滑臺下面采用水平的，此方案結(jié)構(gòu)簡單，鑄造方便，雖承載能力不如方案 1，但因?qū)嶋H情況滑臺主要承受水平力，對承載能力要求不要，故足以滿足要求 。 1．滑臺尺寸： 根據(jù)導(dǎo)軌已查出矩形導(dǎo)軌與三角形導(dǎo)軌，中心矩為 160mm，矩形三角形導(dǎo)軌寬為 20mm。 查表得與支承導(dǎo)軌配 合的滑動導(dǎo)軌的三角形，矩形的高度 mmh 101 ? ， mmh 162 ? ，并取mmh 43 ? 。 根據(jù)滑臺的工作行程為 100mm ，支架長為 60mm，擺動缸支座 100mm ，取滑 臺長為 300mm 。 擺動缸底座的尺寸： 擺動缸底座螺栓取為 M8，則螺栓孔直徑 mmdd ?? ，取孔距滑臺邊為? ? mmmmde 156~3 ??? ，滑臺底座的螺栓沉孔為 4 16? ，取兩螺栓之間的橫向距離為116mm ,縱向為 85mm 。 導(dǎo)向桿目前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中才用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 ： 在本設(shè)計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態(tài)，減少手抓一側(cè)重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮氣缸一側(cè)加裝平衡裝置，裝置內(nèi)加放砝碼，砝碼塊的質(zhì)量根據(jù)抓取物體的重量和氣缸的運行參數(shù)視具體情況加以調(diào)節(jié)，務(wù)求使兩端盡量接近平衡。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 4016020 202 14604 456510AA 剖面 AA6,34,3212O9O16O723001168520015441816 圖 39 滑臺外形圖 支架設(shè)計 支架方案： 滑臺在導(dǎo)軌上的運動是靠放在導(dǎo)軌內(nèi)的液壓缸通過支架帶動的，支架一端通過與液壓缸活塞桿連接，一端于滑臺用螺栓連接。 方案一：如右圖所示，上端通過四個 M6 螺栓與滑臺連接，并加上連接鍵用來傳遞運動 和力，減小螺栓所受的剪力作用下端與活塞桿連接，活塞桿的右端用軸肩定位，可以承受較大的軸向力，右端加一墊片，并擰緊雙螺母，使旋合螺紋間使終受到附加的壓力和摩擦力作用，工作載荷有變動時，該摩擦力仍然存在，用來防止螺紋連接松動?？紤]到使用彈簧墊圈 和螺母組合防松時，螺母擰緊后， 圖 310 支架方案 靠墊圈壓平產(chǎn)生彈性反力使旋合螺紋間壓緊，但由于墊圈的彈力不均， 滑臺和機(jī)床的導(dǎo)軌相配合可以在導(dǎo)軌上運動，液壓缸安裝在機(jī)床導(dǎo)軌的凹處，支架將滑臺和液壓缸的活塞桿連接青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 19 起來，這樣當(dāng)液壓缸動作時，通過支架就可以把運動傳遞給滑臺，再有滑臺帶動其上面的擺動缸運動 。 此 外，此方案的支架通過螺栓安放在滑臺下面，加大了滑臺的長度，但運動過程中的力主要由連接平鍵來承受，使螺栓主要承受軸向力，保證了螺栓壽命，且加工過程中的連接螺栓孔為通孔，加工方便。支架右端通過 M6螺栓與滑臺端面連接，左大端與活塞桿連接，右端靠活塞桿軸肩定位，左端靠自鎖螺母防松。當(dāng)螺母擰緊后，收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊 圖 311 支架方案 2 此防松結(jié)構(gòu)簡單，防松可靠，可多次拆裝而不降低防松性。此支架方案在滑臺端面與滑臺連接，減小了滑臺的長度，但滑臺上的連接孔為盲孔，加工麻煩，且傳遞的活塞桿 的力都由端面螺栓傳遞，螺栓受軸向力和傾覆力矩作用，且有輕微的多次沖擊，降低了 M6螺栓的壽 。 支架尺寸 活塞桿的直徑 15? ，軸肩的高度 h 一般取為 h=（ ~） d， d 為與零件相配處的軸的直徑，故取 h=? 20=2mm h 圖 312支架尺寸圖 544418F青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 20 圖 313 支架連接圖 所以支架的孔徑取為 1622201 ????d mm,且 16? 的孔在批量生產(chǎn)時可以一次鑄出，減少加工量。 根據(jù)滑臺與支架的大體尺寸，連接支架與滑臺的螺栓直徑不宜過大，否則造成支架、滑臺尺寸過大。初選連接支架的螺栓為 M6，連接擺動缸底座的螺栓直徑為 M8，并各取 4個，故螺栓孔分別為 7? 、 9? 校核 4M6螺栓 1）螺栓受力分析 在橫向力 F作用下，螺栓受橫向力和傾覆力矩的作用。 橫向力 F=1255N,傾覆力矩 M=F? 54=1256? 54= 在橫向力作用下，假設(shè)各螺栓所受的預(yù)緊力均為 0F ,