【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有用鋼制并內(nèi)裝耐磨套或?qū)?向環(huán)，其優(yōu)點(diǎn)是裝拆方便，拆卸時(shí)不用拆端蓋。 對(duì)外泄露要求特別嚴(yán)的場(chǎng)合，在密封圈之間可配泄露回油口，防止泄露油外流。對(duì)要求摩擦力特別小的場(chǎng)合，不用密封圈而用靜壓軸承，利用供液壓缸的壓力油，把活塞桿托起。材料可選用灰鑄鐵，球墨鑄鐵等。 （ 2）導(dǎo)向套受力情況 負(fù)載力矩 mNLFM ??????? )310(10 NLmkF gd 2 6 ??? dF — 導(dǎo)向套承受的載荷； gL — 活塞至導(dǎo)向套間距； 0M — 外力作用下活塞上的力矩； 1F — 作用于活塞桿上的偏心載荷； L— 載荷作用的偏心力矩。 七、緩沖機(jī)構(gòu) 因機(jī)械手要求移動(dòng)速度慢，缸內(nèi)機(jī)構(gòu)可以吸收全部動(dòng)能，故不用考慮緩沖液壓缸，工作壓力 10Mpa,活塞速度 ，應(yīng)該采用緩沖裝置或其他緩沖辦法。 八、液壓缸油口 液壓缸的進(jìn)出油口，可布置在端蓋或缸筒上，此夾緊缸布置在 缸筒上，參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：進(jìn)出油口尺寸 M10? 1mm。 167。 32 機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)說(shuō)明 腕部是用來(lái)在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間方位，以擴(kuò)大機(jī)械手工作機(jī)能的部件。 新疆工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系 21 為了能使手部處于空間任意方向，要求腕部能分別 X Y Z 三個(gè)坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。即腕部應(yīng)具有回轉(zhuǎn)、上下俯仰和左右擺動(dòng)三個(gè)自由度。具體的腕部所具有的自由度多少應(yīng)根據(jù)機(jī)械手的工作性能要求來(lái)確定。多數(shù)情況下腕部具有兩個(gè)自由度回轉(zhuǎn)和上下俯仰或左右擺動(dòng)二者之一有時(shí)為了滿(mǎn)足特殊要求腕部還具有直線(xiàn)移動(dòng)自由度。 設(shè)計(jì)時(shí)注意的問(wèn)題：運(yùn)動(dòng)形式的選擇應(yīng)結(jié)合臂部的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行綜合考慮；在滿(mǎn)足工作情況下盡量減少腕部的自由度；與手部反臂部連接管路配置等應(yīng)根據(jù)條件合理的布局。 二、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的腕部 圖如下具有回轉(zhuǎn)動(dòng)作的腕部?jī)煞N結(jié)構(gòu)形式圖采用擺動(dòng)缸，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小但密封性差，回轉(zhuǎn)角度不大于 360 度，另外齒條傳動(dòng)活塞缸輸出扭矩大回轉(zhuǎn)角度可大于 360 度 密 封 性 好 但 體 積 小 。 三 、回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的腕部 圖下具有回轉(zhuǎn)和左右擺動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，它采用兩個(gè)擺動(dòng)缸 4， AA 部面為腕部左右擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)缸工作時(shí)動(dòng)片 3 帶動(dòng)片 3帶動(dòng)缸間 4使整個(gè)腕部繞固定中心軸8 左右擺動(dòng)， BB 部面為腕部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)桿，工作時(shí)動(dòng)片 1 帶動(dòng)回轉(zhuǎn) 7 使腕部實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。 四、橫向移動(dòng)的腕部 為具有回轉(zhuǎn)和橫向移動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，腕部的回轉(zhuǎn)由齒條活塞驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸 2 實(shí)現(xiàn)。橫向微移由活塞缸 5 驅(qū)動(dòng)滑塊 4 實(shí)現(xiàn)。 五、動(dòng)力計(jì)算 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： ? ? mgfgpm ?????????? 式中： M─腕部轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩。 Kgfm K─考慮裝置密封摩擦損失的系數(shù)。一般取 K=1； 1～ Mm─腕部轉(zhuǎn)動(dòng)支撐出的摩擦力矩。 kgf﹒ m Mp─轉(zhuǎn)動(dòng)部件 C2 腕部、轉(zhuǎn)動(dòng)部分重心對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的偏置力矩。Kgf﹒ m Mg— 轉(zhuǎn)動(dòng)部件起動(dòng)慣性力矩 kgf﹒ m 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 22 公式中 Mm、 Mp和 Mg的大小是根據(jù)腕部的運(yùn)動(dòng)形式及結(jié)構(gòu)配置的不同而異。因此，在分析計(jì)算時(shí)應(yīng)按時(shí)所選定的運(yùn)動(dòng)形式及具體各部件配置情況來(lái)進(jìn)行。如腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。部件配置圖見(jiàn) 56， 222其計(jì)算如下： （ 1） 部 支承處的摩擦力矩 Mm ? ? ? ? mgfDNDNfm ?????????? 2211 式中： f— 軸承的摩擦系數(shù)； N N2— 軸承外支反力 kgf； D D2— 軸頸直 徑 m （ 2） 動(dòng)部件重心腕部回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的偏置力矩 Mp ? ? mmmgfeGp ?????????? 式中： G— 2件重量 kgf； E— 偏心矩 m （ 3） 轉(zhuǎn)動(dòng)部件起動(dòng)慣性力矩 Mg。 ? ? mg fmtwJg ???????? 5001500 式中： J— 轉(zhuǎn)動(dòng)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kgf﹒ m﹒ j。腕部回轉(zhuǎn)角速度 1/S T— 起動(dòng)過(guò)程所需時(shí)間 S （ 4）則手腕部驅(qū)動(dòng)力矩為： ? ? ? ? mgpm ?????????????? 167。 33 手臂伸縮部分 一、缸筒 主要技術(shù)要求 （ 1） 有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力及短期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形。 （ 2） 有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 （ 3） 內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能夠長(zhǎng)期工作而磨損少，有較高的幾何精度，足一保證活塞密封性。 （ 4） 有幾何機(jī)構(gòu)的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊上法蘭或管接頭后不致于產(chǎn)生裂紋或過(guò)大的變形。 缸筒的結(jié)構(gòu) 新疆工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系 23 夾緊缸缸筒與端蓋的連接型式為外螺紋連接，如圖： 螺紋連接部分強(qiáng)度計(jì)算 缸筒與端部用螺紋連接時(shí)，缸筒螺紋外的強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉應(yīng)力： M P aM P aDd kf ])()[( )(46226221???? ?????? ???? F— 缸筒端部承受的最大推力（ N）； D— 缸筒內(nèi)徑（ m） 。 d— 螺紋底徑（ m） 。 k— 擰緊螺紋的系數(shù)， k=~。 缸筒的直徑 D R= mft RRR ?? =1400N+400N+ma =1800N+11 10? =1910N R— 液壓缸工作載荷； tR — 液壓缸軸向方向的外力； tR — 運(yùn)動(dòng)部件的摩擦力； mR — 運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 24 D=)()( 4 21 2221 pppdPP Rm ??? ?? = )( 1 9 1 04 26 ???? ? d? = 所以 D 取 40mm。 1P — 系統(tǒng)的工作壓力； 2P — 回油腔的壓力； m? — 機(jī)械效率，（一般取 m? =） d— 活塞桿直徑。 桿徑 d==20mm 臂厚 ? 的確定 mmDP P 1602 ][2 ?? ???? ?? 取 ? =5mm P — 試驗(yàn)壓力； D— 液壓缸直徑； [? ]— 缸體材料的許用應(yīng)力。 外徑 0D 及長(zhǎng)度 L 的確定 0D =D+2? =50mm L=330mm 筒螺紋連接部分強(qiáng)度的計(jì)算。 缸筒與端部用螺紋連接時(shí)，缸筒螺紋外強(qiáng)度計(jì)算如下： 螺紋處的拉應(yīng)力， 622110)(4???? DdKF?? = 62210])()[(4 ????? =12Mpa 缸筒的材料 缸筒材料，一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒，還要求有良好的焊接性能，根據(jù)液壓缸參數(shù)，用途等，可 用以下各種材料： 新疆工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系 25 碳素鋼： 30， 35， 45 號(hào)等； 鑄鋼： ZG35， ZG45； 不銹鋼： Gr18Ni9. 缸筒毛坯：普遍采用冷拔或熱扎無(wú)縫鋼管，國(guó)際市場(chǎng)上已有內(nèi)圓經(jīng)研磨，外圓精度加工，只要按所要求的長(zhǎng)度切割的無(wú)縫鋼管供應(yīng)，此外，較厚壁毛坯仍用鑄件和鍛件，或用厚鋼板卷成筒形，焊接后退火，焊縫須用 X 光或磁力探傷。 二、活塞 活塞根據(jù)密封裝置來(lái)選用其結(jié)構(gòu)用其結(jié)構(gòu)型式，此夾緊缸采用整體活塞。整體活塞可以采用活塞環(huán)，“ O”形密封圈。材料的選用：有導(dǎo)向環(huán)活塞，用碳素鋼20 號(hào)， 30 號(hào)及 45 號(hào)?；钊叽?d=40mm. 三、活塞桿 （ 1）桿體 采用實(shí)心桿，制造工藝較簡(jiǎn)單。 （ 2）桿外端 與手部連桿連接采用圓耳頭結(jié)構(gòu)。如圖： （ 3）桿內(nèi)端 活塞桿內(nèi)端與活塞連接有多種型式，采用卡環(huán)連接，并要有鎖緊措施，以防在工作時(shí)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而松開(kāi)，同時(shí)還須安裝與活塞桿之間的靜密封。 （ 4)活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 26 此夾緊缸為短行程型，主要須驗(yàn)算活塞桿壓縮或拉伸強(qiáng)度： d6102 ?? s sFn?? =2 21910 ?? ? = F— 液壓缸的最大推力（ N）； ? — 材料的屈服極限（ Mpa） 。 sn — 屈服安全系數(shù)，一般 sn =2~4。 （ 5）桿的材料 液壓缸用的活塞桿材料通常要求淬火深度一般為 ~1mm，可選用碳素鋼45 號(hào)，如果是底負(fù)載液壓缸的話(huà)，就可以不作表面處理。 （ 6）導(dǎo)向環(huán) 導(dǎo)向環(huán)安裝在活塞外圓的溝槽內(nèi)或活塞桿導(dǎo)向套內(nèi)圈的溝槽內(nèi)，以保證活塞與缸筒或活塞桿與其導(dǎo)向套同軸度。并用以承受活塞或活塞桿的側(cè)向力。 導(dǎo)向環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)： 低泄露。由于密封副同軸度好，圓周間隙均勻，所以泄露少。 導(dǎo)向環(huán)可采用耐磨損材料，磨損后更換比較方便。 低摩擦系數(shù)，根據(jù)導(dǎo)向環(huán)材料的不同，摩擦系數(shù)為：聚四氟乙烯 f 半干）(? 能夠刮掉雜質(zhì)，防止雜質(zhì)嵌入密封圈。 有良好的承受能力。 導(dǎo)向環(huán)采用嵌入型導(dǎo)向環(huán)： 嵌入型導(dǎo)向環(huán)在活塞外圓加工出燕尾型截面溝槽，用青銅 QHL94 或紫銅制銅帶，表面加工成略帶模形，用木縋柳入溝槽內(nèi)，最后加工導(dǎo)向環(huán)外圓。 導(dǎo)向環(huán)厚度可為 1mm，寬可為 2mm. 四、導(dǎo)向套 活塞桿導(dǎo)向套在液 壓裝在液壓缸有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿側(cè)腔的密封性，外側(cè)裝有防空網(wǎng)以防止活塞桿在內(nèi)縮時(shí)把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置區(qū)，以致?lián)p壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套不是用耐磨材料制成時(shí)，其內(nèi)圓還可裝導(dǎo)向環(huán)，用以對(duì)活塞桿導(dǎo)向。 （ 1）結(jié)構(gòu)型式 典型結(jié)構(gòu)型式有端蓋式和插件式兩類(lèi)。目前采用多的插件式兩類(lèi)。目前采用新疆工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系 27 較多的插件式導(dǎo)向套是用耐磨材料制成的，也有用鋼制并內(nèi)裝耐磨套或?qū)颦h(huán)，其優(yōu)點(diǎn)是裝拆方便，拆卸時(shí)不用拆端蓋。 對(duì)外泄露要求特別嚴(yán)的場(chǎng)合，在密 封圈之間可配泄露回油口，防止泄露油外流。對(duì)要求摩擦力特別小的場(chǎng)合，不用密封圈而用靜壓軸承，利用供液壓缸的壓力油，把活塞桿托起。材料可選用灰鑄鐵，球墨鑄鐵等。 （ 2）導(dǎo)向套受力情況 負(fù)載力矩 mNLFM ??????? )310(10 NLmkF gd 2 6 ??? dF — 導(dǎo)向套承受的載荷； gL — 活塞至導(dǎo)向套間距； 0M — 外力作用下活塞上的力矩； 1F — 作用于活塞桿上的偏心載荷； L— 載荷作用的偏心力矩。 五、緩沖機(jī)構(gòu) 因機(jī)械手要求移動(dòng)速度慢，缸內(nèi)機(jī)構(gòu)可以吸收全部動(dòng)能，故不用考慮緩沖液壓缸，工作壓力 10Mpa,活塞速度 ，應(yīng)該采用緩沖裝置或其他緩沖辦法。 六、液壓缸的進(jìn)出油口，可布置在端蓋或缸筒上，此夾緊缸布置在缸筒上，參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： 進(jìn)出油口尺寸 M10? 1mm。 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 28 七、液壓缸剖視圖 缸底 2 彈簧擋圈 3 套環(huán) 4 卡環(huán) 5 活塞 6 O形密封 圈 7 支承環(huán)8 擋圈 9 Y 形密封圈10 缸筒 1 1 管接 口 1 2 導(dǎo)向套 1 3 缸蓋 14 密封圈 1 5 防塵圈 1 6 活塞桿 17 定位螺 釘 18 耳環(huán)圖4 1 單 活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu) 新疆工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系 29 167。 34 液壓擺動(dòng)部分 一、擺動(dòng)液壓馬達(dá)是一種輸出軸擺動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)液壓執(zhí)行元件。 擺動(dòng)液壓馬達(dá)突出的優(yōu)點(diǎn)是能使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，無(wú)需任何變速機(jī)構(gòu)。因此，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如艦用雷達(dá)天線(xiàn)穩(wěn)定平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)、聲納基體的擺動(dòng)、魚(yú)雷發(fā)射架的開(kāi)啟、液壓機(jī)械手、裝載機(jī)上鏟斗的回轉(zhuǎn)、機(jī)床上回轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)等等。 二、液壓馬達(dá)的選擇原理： 在設(shè)計(jì)或選用擺動(dòng)液壓馬達(dá)時(shí)，首先要知道被 驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的轉(zhuǎn)角、鈕矩和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。又因擺動(dòng)液壓馬達(dá)在整個(gè)液壓系統(tǒng)中只是一個(gè)執(zhí)行元件，所以在決定采用何種形式的擺動(dòng)馬達(dá)之前，還應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的工作壓力、可供流量和功能情況有所了解。在此基礎(chǔ)上，可按以下原則選擇其機(jī)構(gòu)形式或產(chǎn)品型號(hào)： （ 1）所需轉(zhuǎn)角在 0310 以上時(shí)，目前只能選用活塞式。但設(shè)計(jì)時(shí)，如果葉片軸外徑和缸體內(nèi)徑足夠大，止擋和葉片厚度所占角度又盡可能地小，則葉片式做成略大于 0310 也是可能的。若把葉片或串聯(lián)使用，也能得到更大的轉(zhuǎn)角。 但那樣做軸向尺寸會(huì)增大，安裝復(fù)雜，費(fèi)用也多。 （ 2）應(yīng)注意擺動(dòng)液壓馬達(dá)的輸出鈕矩要略大于驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的鈕矩及讓負(fù)載獲得最大角速度所需要鈕矩之和。否則，負(fù)載有可能不轉(zhuǎn)或雖然轉(zhuǎn)但是達(dá)不到應(yīng)有的速度。 （ 3）安裝空間小，所需鈕矩又大，可把工作壓力選的高一些。但是也要考慮到工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) 30 系統(tǒng)是否許可。、 （ 4）若系統(tǒng)可供的流量較少，所虛鈕矩又較大時(shí)，可考慮采用泄露很少的活塞式擺動(dòng)馬達(dá)。、 （ 5