【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。5. 考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn) 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型。[16]。 手部夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖41所示：圖41 圓柱壓縮彈簧 圖41中，D為彈簧中心線到彈簧絲中心的距離；D1為彈簧中心線到彈簧絲內(nèi)圈的距離；D2為彈簧中心線到彈簧絲外圈的距離；d為彈簧絲直徑；H0為彈簧長(zhǎng)度，本次設(shè)計(jì)彈簧具體尺寸參數(shù)如下： D=20mm；d=7mm ； ；； 對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象本次使用的壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選取： 當(dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式： (41） 式中：（力學(xué)性精確能高） F取1620N 結(jié)論：經(jīng)過(guò)校核，彈簧適應(yīng)。 手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)示意圖如下圖42所示:圖42 齒輪齒條式手部其工件重量G=1公斤，V形手指的角度，,摩擦系數(shù)為 (1) 根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為: （42）(2) 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計(jì)算公式: （43） 所以 (3) 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力: （44）因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時(shí)，則:所以 取280（N)所以?shī)A持工件時(shí)所需夾緊氣缸的驅(qū)動(dòng)力為280N。 氣缸直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算本氣缸屬于單向作用氣缸。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時(shí)的總阻力，其公式為: （45）式中: ——活塞桿上的推力，N?！獜椈煞醋饔昧Γ琋。——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力，N?！?氣缸工作壓力，Pa。彈簧反作用按下式計(jì)算: （46） = （47）式中:——彈簧剛度，N/m?！獜椈深A(yù)壓縮量，m?！钊谐?，m。——彈簧鋼絲直徑，m?！獜椈善骄睆?，mm。——彈簧有效圈數(shù).——彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計(jì)中，必須考慮負(fù)載率的影響，則: （48）由以上分析得單向作用氣缸的直徑: （49）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 所以: 查有關(guān)手冊(cè)圓整，得,可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式有: (410)其中，[]，則: d滿(mǎn)足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。 缸筒壁厚的設(shè)計(jì)缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: (411)式中:6——缸筒壁厚，mm?！?dú)飧變?nèi)徑，mm?！獙?shí)驗(yàn)壓力，取, Pa。材料為:ZL3,[]=3MPa。代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:取，則缸筒外徑為: 活塞桿運(yùn)動(dòng)行程的計(jì)算本次設(shè)計(jì)機(jī)械手手爪夾持半徑為45mm～95mm，手爪手指長(zhǎng)100mm，設(shè)手爪夾持最小半徑工件與夾持最大半徑工件之間手爪的旋轉(zhuǎn)角度為，則有 (412)式中：R1——夾持最小半徑，mm。 R2——夾持最大半徑，mm。由于活塞桿與手爪間用齒輪齒條傳動(dòng)，所以齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)則為活塞桿運(yùn)動(dòng)行程，設(shè)活塞桿運(yùn)動(dòng)行程為L(zhǎng)，則： ，由于考慮到機(jī)械精度和傳動(dòng)效率的影響，本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)活塞桿運(yùn)動(dòng)行程為15mm。 第5章 各機(jī)械部件的設(shè)計(jì)選擇與校核 軸的設(shè)計(jì)與校核 大臂旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩和彎矩是軸的主要承受載荷,軸的常見(jiàn)形式有直軸和彎軸,而根據(jù)本次設(shè)計(jì)中機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),=10r/min，由電機(jī)傳遞到軸上的功率選擇軸的材料為45鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)后,再使用.由參考資料表查得:硬度:HBS217～255。屈服強(qiáng)度極限: σs=360MPa?？估瓘?qiáng)度極限σb=650 MPa,彎曲疲勞強(qiáng)度極限σ1=300 MPa.由表查得[σ1]b=55 MPa.初步確定軸的直徑：按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸輸出端直徑由表查得C=～126 取C=120由式,得d=120 = 取d=19mm 軸的設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)如下圖51所示：圖51 大臂旋轉(zhuǎn)軸 大臂軸的強(qiáng)度校核按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核： 本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸全長(zhǎng)193mm，最小軸頸19mm，材料為45號(hào)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用。 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： （51） 式中： ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。 T——軸所受的扭矩。 ——軸的抗扭截面系數(shù)。 N——軸的轉(zhuǎn)速；r/min。 P——軸的傳遞功率，Kw。 D——計(jì)算界面處軸的直徑，mm?！S用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa。由上式得： （52）查表得的范圍為25 MPa～45MPa；的范圍為103～126。本次設(shè)計(jì)取40 則 取106則本次設(shè)計(jì)最小軸徑為19mm，故滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。按照彎扭合成強(qiáng)度校核：彎扭合成圖如圖52所示： 圖52 彎扭合成圖 若是軸強(qiáng)度合格，則 （）式中： ——軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa。 M——軸所受的彎矩。 T——軸所受的扭矩。 W——軸的抗彎截面系數(shù)。 ——截面系數(shù)。本次設(shè)計(jì)軸的材料為45號(hào)剛，查表得：，軸的危險(xiǎn)界面斷面圖如下圖53所示： 圖53 軸的危險(xiǎn)截面斷面圖圖中，b=8mm，t=，d=30mm所以：即 所以本次設(shè)計(jì)的軸強(qiáng)度合格。 鍵的選擇與強(qiáng)度的校核1大臂旋轉(zhuǎn)軸鍵聯(lián)接處鍵的強(qiáng)度校核 選擇普通圓頭平鍵，GB/T1096 平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過(guò)載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。通常按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度校核計(jì)算。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版頁(yè)，查得載荷在鍵的工作表面上均勻分布，普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件： （54） 式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩。K——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，；k=,此處h為鍵的高度。——鍵的工作長(zhǎng)度，；圓頭平鍵，這里為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度，；為鍵的寬度。——軸的直徑?！I、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力。從本書(shū)表查得材料為鋼和鑄鐵在輕微沖擊載荷作用下的許用擠壓應(yīng)力分別為和。 鍵的材料為45號(hào)鋼，大臂與鉆轉(zhuǎn)軸的材料分別為和45號(hào)鋼。三者中最弱的材料是鑄鐵，測(cè)試中存在輕微沖擊載荷，故為，取其平均值，=55。此處鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩T=40，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=4，鍵的工作長(zhǎng)度，軸的直徑=30。將這些數(shù)據(jù)代入公式（）得： 故鍵的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，鍵聯(lián)接安全。2.