【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 算： 式（33）式中 —工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； —手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； —手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角速度； —啟動(dòng)過(guò)程所需的時(shí)間，,.。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： ,取G=98N.等效圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 已知圓柱體工件R=40mm，=100mm則工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： , 取平均角速度，即=，代入（33）得：則有： 由上式可得： 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?；剞D(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩。 或 式（34）式中 —手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩 —回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa） —缸體內(nèi)孔半徑（m） —輸出軸半徑（m），設(shè)計(jì)時(shí)按選取 —?jiǎng)悠瑢挾龋╩）上述動(dòng)力距與壓力的關(guān)系是設(shè)定為低壓腔背壓力等于零。 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑D計(jì)算由 ，得：， 式（35）為減少動(dòng)片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動(dòng)片的懸伸長(zhǎng)度，選擇動(dòng)片寬度時(shí)，選用：綜合考慮，取值計(jì)算如下：r=，R=40mm，b=42mm，取值為1Mp 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算圖33 缸蓋螺釘間距示意表31 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P（Mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)~小于150~小于120~小于100~小于80上圖中表示的連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)截面上承受的拉力為：，即工作拉力與殘余預(yù)緊力之和計(jì)算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=1Mpa,所以螺釘間距小于150mm,試選擇2個(gè)螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=2個(gè) 則受力截面由以上數(shù)據(jù)可得 ，此處連接要求有密封性，故k取，取K=。 可得所以 選擇Q235為螺栓的材料。螺栓的直徑由下式得出 ，F(xiàn)為總拉力即 根據(jù)實(shí)際螺栓的直徑d應(yīng)選擇8mm。 靜片和輸出軸間的連接螺釘動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。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： 式（36）為預(yù)緊力,為接合面摩擦系數(shù)，即鋼和鑄鐵零件，為接合面數(shù)，取=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： 式（37） 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： 式（38） 把有關(guān)數(shù)據(jù)代入（37）得：選擇Q235為螺釘?shù)牟牧?，則（安全系數(shù)），把有關(guān)數(shù)據(jù)帶入（38）可得螺釘?shù)闹睆?，d值極小，取。螺釘選擇M6的開(kāi)槽盤頭螺釘，：圖34 開(kāi)槽盤頭螺釘 腕部軸承選擇腕部材料選擇HT200，估計(jì)軸承所受徑向載荷為50N,軸向載荷較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承?，F(xiàn)校核較小軸徑處軸承。6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：，當(dāng)量動(dòng)載荷，載荷系數(shù)取1，則。N為轉(zhuǎn)速，計(jì)算得：，球軸承。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算軸承壽命，軸承壽命公式如下： 式（39）把數(shù)據(jù)代入（39）可得：，遠(yuǎn)大于軸承額定壽命。所以可選用軸承為深溝球軸承6005和6008。 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， ，,需用4個(gè)。右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓， ，,需用4個(gè)。左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓， ，,需用4個(gè)。選用墊圈防松，公稱尺寸為5。右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓， ，,需用4個(gè)。為定位作用，軸左側(cè)增加一個(gè)套筒，材料為HT200，尺寸如下：圖35 套筒 動(dòng)片與輸出軸連接選用六角頭螺栓， ， 需用2個(gè)。密封件選擇：全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。右端蓋 d=40mm, 左右缸蓋 d=25mm。40 / 40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，完成直線伸縮動(dòng)作。（1）功能性的要求伸縮要平穩(wěn)靈活，動(dòng)作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）適應(yīng)性的要求為了因工件大小不同而隨時(shí)做出調(diào)整，所以要設(shè)置成為可調(diào)式定位機(jī)構(gòu)。為了減少運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊和慣性力，因此要求動(dòng)力和負(fù)載大小相適應(yīng)。（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。工業(yè)機(jī)械手可自動(dòng)完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，因此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行可靠性分析。（4）壽命的要求產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時(shí)因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無(wú)需大修的工作期限里。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。如：采取潤(rùn)滑措施、選擇耐磨材料、合理設(shè)計(jì)零件的形面等。（5）經(jīng)濟(jì)的要求機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計(jì)、制造、和使用的經(jīng)濟(jì)性。在制造機(jī)械產(chǎn)品的成本中材料費(fèi)、加工費(fèi)占了很大的比例。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須要合理考慮。（6）人機(jī)工程學(xué)的要求人機(jī)工程學(xué)也稱為技術(shù)美學(xué)，它包括調(diào)節(jié)有效省力、操作簡(jiǎn)單、照明適度、顯示清晰、色彩和諧、造型美觀、容易保養(yǎng)維護(hù)等。因此在本設(shè)計(jì)中充分考慮了人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)。（7）自動(dòng)報(bào)警和安全保護(hù)的要求按照規(guī)范要求，為了確保操作人員的人身安全，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，這是任何設(shè)計(jì)的前提。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。如果不安裝報(bào)警裝置可能會(huì)造成人身安全，所以報(bào)警裝置和安全保護(hù)措施必須要有。設(shè)計(jì)參數(shù)（1）伸縮長(zhǎng)度：300mm； （2）單方向伸縮時(shí)間：～；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊； 方案設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)方案（1）伸縮原理這里選擇的液壓油缸為單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時(shí)采用單向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速；當(dāng)接近終點(diǎn)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動(dòng)；采用電液換向閥，控制伸縮方向。（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足伸縮臂動(dòng)作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足伸縮臂動(dòng)力要求和運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求，具體設(shè)計(jì)計(jì)算參考《液壓傳動(dòng)與控制》等相關(guān)教材。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。設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及要求：① 電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。② 油缸直徑：推力大小要能克服機(jī)構(gòu)起動(dòng)慣性并有一定的起動(dòng)加速度，要滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)間要求。③ 導(dǎo)向桿剛度：按最長(zhǎng)伸出時(shí)機(jī)械手端部的撓度不超過(guò)規(guī)定要求。④ 定位方式和元件：自選。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及強(qiáng)度和剛度計(jì)算① 結(jié)構(gòu)方案說(shuō)明a：支座1安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。b：法蘭4用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿同時(shí)伸出300mm，伸出長(zhǎng)度較大，設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。 d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購(gòu)件，直接從生產(chǎn)廠家的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。采用直線導(dǎo)軸時(shí)可自行設(shè)計(jì)，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式參考有關(guān)手冊(cè)設(shè)計(jì)。② 強(qiáng)度及剛度計(jì)算根據(jù)任務(wù)書機(jī)械手夾持工件最大重量為5Kg，本設(shè)計(jì)中取5Kg，根據(jù)設(shè)計(jì)需要夾持器重量取10Kg，夾持器長(zhǎng)度最大約250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機(jī)器作類比設(shè)計(jì)即可。夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導(dǎo)桿受力最大的狀態(tài),也是變形最大的位置。在此情況下，用材料力學(xué)的知識(shí)計(jì)算它的強(qiáng)度和剛度。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)算液壓缸的工作負(fù)載R是指工作