【文章內(nèi)容簡介】 繞x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油(氣)缸，我們選用的是回轉(zhuǎn)油缸。它的結(jié)構(gòu)緊湊，回轉(zhuǎn)角度為0—200186。，手腕回轉(zhuǎn)速度360186。/s，并且要求嚴(yán)格的密封。 手腕的驅(qū)動力矩的計算手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，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，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、。圖42手碗回轉(zhuǎn)時受力狀態(tài)手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算: 式中: 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩()。 慣性力矩()。 參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動片)對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩()., 手腕回轉(zhuǎn)缸的動片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩()。下面以圖42所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算:手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為，起動過程所用的時間為，則: 式中: 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 工件對手腕轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量。若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量為:式中: 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量； 工件的重量(N)； 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm), 手腕轉(zhuǎn)動時的角速度(弧度/s)； 起動過程所需的時間(s)；— 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度(弧度)。手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩M偏 + ()式中: 手腕轉(zhuǎn)動件的重量(N)； 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距(cm)當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時，則。手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 ()式中: ， 轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑(cm)； 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承，對于滑動軸承；, 處的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù),得:同理，根據(jù)(F),得:式中: 手部的重量(N),— 如圖42所示的長度尺寸(cm).回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖43所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉(zhuǎn)軸5固連。，推動輸出軸作逆時針方向回轉(zhuǎn)，則低壓腔的油從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。單葉片回轉(zhuǎn)油缸的壓力P和驅(qū)動力矩M的關(guān)系為:, 或 手腕回轉(zhuǎn)缸的尺寸及其校核設(shè)計油缸內(nèi)徑為=90mm,半徑,軸徑,半徑,油缸運行角速度=，加速度時間=，回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力為，動片寬度為50mm。則力矩： 1．測定參與手腕轉(zhuǎn)動的部件的質(zhì)量,分析部件的質(zhì)量分布情況， 43 回轉(zhuǎn)油缸簡圖質(zhì)量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： （）工件的質(zhì)量為5,質(zhì)量分布于長的棒料上，那么轉(zhuǎn)動慣量假如工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距，其轉(zhuǎn)動慣量為:則： 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉(zhuǎn)動件重心與轉(zhuǎn)動軸線重合，夾持工件一端時工件重心偏離轉(zhuǎn)動軸線,則 + 其中為手腕回轉(zhuǎn)部件的重量，為工件的重量手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為由于是液壓傳動，潤滑比較好，根據(jù)經(jīng)驗得知摩擦力矩很小，故忽略不計。4．回轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 ① ：輸出軸與缸蓋密封裝置處的摩擦阻力矩其中d 輸出軸與缸蓋密封處直徑；l 密封的有效長度（或密封寬度）；“O”形密封圈的截面直徑；k “O”形圈在裝配時的壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運動，k=； 摩擦系數(shù)P – 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力由設(shè)計得：d=20mm，=3mm，k=，=，p= m則： ②：動片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力矩其中 mD — 回轉(zhuǎn)油缸直徑d — 回轉(zhuǎn)油缸與動片連接處直徑由設(shè)計得：D=90mm，d=20mm則 ③：動片外徑與油缸密封裝置處的摩擦阻力矩其中b為動片的寬度，b=50mm，D，p和同上述。 則： 回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背壓反力矩 其中為回油腔的油液壓力，在這里初步估算為則： 則手腕回轉(zhuǎn)油缸所需的驅(qū)動力矩為： 所以設(shè)計尺寸符合使用要求，安全。五、手臂伸縮，升降，回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計與校核 手臂伸縮油缸的尺寸設(shè)計手臂伸縮油缸運行長度設(shè)計為=500mm,油缸內(nèi)徑為=40mm,半徑R=20mm。 尺寸校核設(shè)計油缸運行長度設(shè)計為=500mm,油缸內(nèi)徑為=40mm,半徑R=20mm, 油缸運行速度為，加速度時間=，進(jìn)油壓力為。 當(dāng)壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度而運動是所需輸入油缸的流量為：式中：D — 油缸（或活塞）直徑： — 輸入無桿腔的流量 — 活塞的移動速度則流量為： 油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力即油缸的驅(qū)動力為： 式中： — 進(jìn)油壓力 — 油缸驅(qū)動力 當(dāng)壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度而運動是所需輸入油缸的流量為： 式中： d — 活塞桿直徑— 輸入無桿腔的流量 — 活塞的移動速度 ，=1500mm/s則流量為： 油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力即油缸的驅(qū)動力為： 所謂油缸的驅(qū)動力是指油缸的高壓油腔的壓力油所產(chǎn)生的合成液壓力。在機械手工作時，各油缸的驅(qū)動力要分別克服作用在各自油缸活塞上的總機械載荷，以保證機械手正常運動。計算作用在活塞上的總機械載荷機械手手臂移動油缸的受力簡圖如圖51所示。作用在活塞上的總機械載荷P為：①工作阻力：工作阻力的數(shù)值要根據(jù)油缸工作的具體情況確定有無，并進(jìn)行計算或估算。在此為完成搬運工件的伸縮油缸，故不受工作阻力，即為0。②導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力：不同配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。51 手臂伸縮油缸受力簡圖本設(shè)計如圖51所示的是雙向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀是圓柱面。導(dǎo)向桿對稱配置在油缸的兩側(cè)，并布置在過油缸活塞桿的平面內(nèi)。圖51所示的油缸在啟動時，導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力較大，估計如下：由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均勻，可按一只導(dǎo)向桿估算，忽略導(dǎo)向桿直徑的影響，根據(jù)它手里的平衡條件推得： 式中 — 參與運動的零部件的總重量（包括被抓物件重量） L — 手臂縮回時參與運動的零部件的總重量的重心C到導(dǎo)向支承前端的距離 a — 導(dǎo)向支承的長度 — 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。 對于圓柱面 — 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時，估算為80kg，L=50mm，a=160mm，=，=則： ③密封裝置處的摩擦阻力在壓力油驅(qū)動活塞運動時，各密封裝置處摩擦阻力之和為，即 分別為活塞桿和缸蓋處、活塞與缸壁處、伸縮油管處等密封裝置處的摩擦阻力，其值隨密封圈結(jié)構(gòu)的不同而異。當(dāng)油缸的工作壓力不大于時，活塞桿直徑為油缸直徑的一半，活塞和活塞桿處走采用O型密封圈時，油缸密封處的總摩擦力為： 伸縮油管處的摩擦阻力為： 式中 — 密封圈與配合面的摩擦系數(shù)，主要與密封圈形式、材料與配合接觸的零件材料和油液壓力有關(guān)。對于O型橡膠密封圈，當(dāng)油液壓力時。油液壓力高時取小值，壓力低時取大值，在本次設(shè)計中取。 P — 密封處的工作壓力 — 伸縮油管直徑l — 密封的有效長度密封的有效長度l近似估算為： k為壓縮率一般為，在這里取k=，為O型密封圈截面直徑則： 由設(shè)計得：d=， ④慣性力機械手的手臂在起動時，活塞桿上所受到的平均慣性力，可近似計算如下： 式中： — 參與運動的零部件的總重量（包括被抓物件重量） g — 重力加速度 — 速度變化量 — 啟動過程的時間由設(shè)計得，=80kg則： ⑤背壓阻力 背壓阻力為油缸低壓油液所造成的阻力。一般被壓阻力較小，可按計算。由于，故。 所以： 因為：，故該油缸的尺寸符合使用要求。液壓驅(qū)動的機械手臂在進(jìn)行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作