【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速度，?。?7mm/s . ——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，～, ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同按表32進(jìn)行選擇。 G——被抓取工件所受重力（N）。計(jì)算：，求夾緊力、驅(qū)動(dòng)力以及驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。(1) 設(shè) 根據(jù)公式36，將已知條件帶入： = ＝ ＝ 取FN＝80N （2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式以及圖33所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸可得： （3）取 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算[17]圖35 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)由于該結(jié)構(gòu)采用彈簧實(shí)現(xiàn)手指的復(fù)位，這種結(jié)構(gòu)可以選擇夾緊缸為單作用缸，這樣可以少用一根油管。由于夾緊缸的油管需從腕部穿過(guò)，這樣一來(lái)可大大減小手部的結(jié)構(gòu)尺寸，使得整體結(jié)構(gòu)變得更合理。但這樣一來(lái)，單作用夾緊液壓缸在夾緊時(shí)，除了要克服來(lái)自手指的夾緊力之外，還需克服彈簧的彈力。所以在確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸前，需先確定彈簧的性能參數(shù)。根據(jù)前面所確定的部分設(shè)計(jì)參數(shù)，用于常開手爪復(fù)位的彈簧，選擇圓柱壓縮彈簧。其結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖35所示。 彈簧工作條件的確定根據(jù)手爪的結(jié)構(gòu)，再考慮到各零部件之間的摩擦力和回油路和復(fù)雜程度可取彈簧的最小工作載荷為Fmin=100N。根據(jù)手爪的結(jié)構(gòu)尺寸，在夾持半徑為R=20～30mm時(shí)，活塞桿的移動(dòng)行程為s＝10mm。則彈簧的工作行程就為，再根據(jù)最小質(zhì)量設(shè)計(jì)原則 （38）解算出；最大工作載荷F=200N,最大壓縮量。 彈簧性能參數(shù)選擇及計(jì)算根據(jù)彈簧的工作條件，選擇鉻釩彈簧絲50CrVA，冷拉退火處理。初設(shè)簧絲直徑為d＝3mm；則其≤1029MPa；[τ]＝＝1029 MPa＝463 MPa；切變模量G=109Pa。選擇兩端并緊磨平的YⅠ彈簧，支承圈數(shù)為圈。根據(jù)以上參數(shù)，可對(duì)彈簧進(jìn)行表33的設(shè)計(jì)計(jì)算：表33 彈簧參數(shù)計(jì)算參數(shù)名及計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果（括號(hào)內(nèi)為計(jì)算結(jié)果）旋繞比按表34選取56789曲度系數(shù)材料直徑（mm）按表35取系列值3()3()()()()中徑(mm)按表36取系列值16(15)20(18)25()30(28)30()工作圈數(shù)按表37取系列值20()11()10()6()5()總?cè)?shù)22131287試驗(yàn)載荷(N)250250250250250試驗(yàn)載荷下變形(mm)2525252525節(jié)距(mm)取自由高度(mm)按表38取系列值170()105()110()75()70()穩(wěn)定性驗(yàn)算，采用兩端回轉(zhuǎn)安裝不滿足不滿足不滿足滿足滿足外徑(mm)1923內(nèi)徑(mm)1317螺旋角(176。)＝5176?！?176。176。滿足176。滿足176。不滿足176。不滿足176。滿足材料長(zhǎng)度(mm)1112820946757663表34 旋繞比(彈簧指數(shù))C的薦用值～～1～2～67～1618～50C7～145～125～104～94～84～6表35 彈簧材料直徑系列(mm) ——搞自GB/T135892第一系列123456810121620253035404550607080第二系列79141822283238425565表36 圓形截面材料彈簧中徑D系列(mm) ——搞自GB/T135892123456789101214161820222528303238424548505255586065707580859095100表37 壓縮彈簧的有效圈數(shù)n系列——搞自GB/T13589223456789101516182022252830表38 壓縮彈簧自由高度H0薦用尺寸系列（mm）4567891012141618202225283032353840424548505255586065707580859095100105110115120130140150160170180190200220240260280300320340360最終根據(jù)表33所得計(jì)算結(jié)果分析，只有C=9時(shí)，所有參數(shù)均滿足要求。當(dāng)C=9時(shí)，彈簧的實(shí)際性能參數(shù)為：彈簧剛度：F′=對(duì)應(yīng)于最大變形時(shí)，彈簧的彈力 彈簧的試驗(yàn)載荷：根據(jù)以上計(jì)算得出參數(shù)，確定出最終參數(shù)尺寸如圖36所示圖36 手指夾緊復(fù)位彈簧 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸推力計(jì)算在進(jìn)行液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行受力分析，其受力圖如圖37所示：1－活塞；2－彈簧；3－活塞桿；4－液壓缸；5－壓力油；6－手指；7重物圖37 夾持液壓缸受力分析示意圖根據(jù)圖37分析可知，壓力油實(shí)際要入提供的推力 （38）式38中，已知，取彈簧最大壓縮狀態(tài)的彈力，即代入數(shù)據(jù)到式38中可得出： 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算[18]液壓缸的直徑可由式39確定： （39）式39中工作壓力p根據(jù)表39選取p＝表39 液壓缸工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力p（MPa）作用在活塞上外力F(N)液壓缸工作壓力p（MPa）小于5000～ 20000～30000～5000～10000～30000～50000～10000～20000～50000以上～再把數(shù)據(jù)代入式39中可得：解之得： 表310 液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸系列（mm）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）注：摘自（GB/T23481993）括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用者根據(jù)表310和彈簧外徑選擇液壓缸內(nèi)徑為D=40mm表311 液壓缸的活塞桿外徑尺寸系列——摘自（GB/T23481993）2022252832364045505663708090100110125140160180200活塞桿外徑根據(jù)表311選取d＝20mm表312 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（mm）——摘自（JB106867）液壓缸內(nèi)徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P(yáng)5060769510812113316814618019421924545鋼50607695108121133168146180194219245根據(jù)表312選擇液壓缸外徑為D=50mm這樣，最終設(shè)計(jì)出夾持液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸如圖38，具體結(jié)構(gòu)尺寸參見裝配圖。1－缸體 2－夾持活塞；4－彈簧；5－活塞桿；6－夾持支承體；7－“O”型密封圈圖38 夾持液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 本章小結(jié)本章通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，首先根據(jù)夾持精度選擇了機(jī)械手手部的結(jié)構(gòu)為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型的滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)；然后對(duì)其進(jìn)行夾持誤差分析。在夾持誤差滿足要求手對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析，求出其夾緊力。接著對(duì)夾緊用的彈簧進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。最后跟據(jù)所需驅(qū)動(dòng)力計(jì)算設(shè)計(jì)出夾持液壓缸的具體結(jié)構(gòu)，完成手部的設(shè)計(jì)計(jì)算工作。根據(jù)設(shè)計(jì)流程，接下來(lái)應(yīng)該進(jìn)行腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算工作。第4章 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臀部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 腕部設(shè)計(jì)的基本要求（1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2） 結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3） 必須考慮工作條件對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇（1）具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力矩：克服啟動(dòng)慣性所產(chǎn)生的、摩擦產(chǎn)生的、工件重心偏移產(chǎn)生的?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于）。（2）齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。（3）具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。（4）機(jī)液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，只有一個(gè)自由度。綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。 腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部的設(shè)計(jì)應(yīng)該先從腕部所需克服的阻力矩開始，然后據(jù)阻力矩確定驅(qū)動(dòng)力矩，最后才能確定出擺動(dòng)缸的結(jié)構(gòu)尺寸及腕部的具體結(jié)構(gòu)尺寸。手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動(dòng)均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩；手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩；動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合產(chǎn)生的偏重力矩。腕部回轉(zhuǎn)所需克服的阻力矩根據(jù)圖41可知： （41）式中：—驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩（NM）；—手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩（NM）；—參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線產(chǎn)生的偏重力矩（NM）；—慣性力矩（NM）；—手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩（NM）；圖41 腕部支承受力分析圖1． 腕部回轉(zhuǎn)支承處產(chǎn)生的摩擦力矩的計(jì)算： 由圖41可以得出： （42）式42中，－支承軸承處的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承取＝～，滑動(dòng)軸承?。?，此處?。?； FRFR2為軸承支反力； DD2為安裝軸承處的直徑； 在設(shè)計(jì)時(shí)，可初選D1=12mm，D2=30mm，D1D2間的距離l＝73mm。把夾持部件等效為一直徑50mm，長(zhǎng)300mm的圓柱體，估算其重力可取G2=40N。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，因?yàn)樗阶ト」ぜ闹行?，?dòng)片的重量輕且離轉(zhuǎn)動(dòng)軸線很近，偏重力矩可忽略不計(jì)故有。G3按直徑為30mm，長(zhǎng)度為73mm的圓柱體來(lái)估算為G3=4N。這樣一來(lái)，由圖41再根據(jù)得出： （43） 得出： （44）代入數(shù)據(jù)得： （45） 由式43，45解出：FR1=。FR2=從而＝2． 克服工件重心偏置所需克服的偏轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算：＝03． 克服啟動(dòng)慣性所需的力矩的計(jì)算：?jiǎn)?dòng)過(guò)程可近似為一等加速運(yùn)動(dòng)，那么有＝ （46） 式46中 J－夾持部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 工件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝＝－回轉(zhuǎn)角速度，令其為90176。/s，－啟動(dòng)時(shí)間，則： ＝＝ 4． 的計(jì)算： ＝+0+（）＝ 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算回轉(zhuǎn)液