【文章內(nèi)容簡介】 性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，當應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，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. 考慮被抓取對象的要求根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點 兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計成V型。[16]。 手部夾緊氣缸的設(shè)計 彈簧的設(shè)計計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為彈簧長度，本次設(shè)計彈簧具體尺寸參數(shù)如下： D=20mm；d=7mm ； ；； 對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗算對于壓縮彈簧如果長度較大時，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細比，本設(shè)計彈簧是2端自由，根據(jù)下列選取： 當兩端固定時，,當一端固定；一端自由時，；當兩端自由轉(zhuǎn)動時。本設(shè)計彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 疲勞強度和應(yīng)力強度的驗算。對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應(yīng)力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應(yīng)力強度驗算）?，F(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應(yīng)力強度驗算。計算公式： (41） 式中：（力學(xué)性精確能高） F取1620N 結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 手部驅(qū)動力計算 本次設(shè)計的機械手手部結(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)的傳動示意圖，其驅(qū)動力為: （42）(2) 根據(jù)手指夾持工件的方位，可得握力計算公式: （43） 所以 (3) 實際驅(qū)動力: （44）因為傳力機構(gòu)為齒輪齒條傳動，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取時，則:所以 取280（N)所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為280N。 氣缸直徑的設(shè)計計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的總阻力，其公式為: （45）式中: ——活塞桿上的推力，N。——彈簧反作用力，N?！獨飧坠ぷ鲿r的總阻力，N。—— 氣缸工作壓力，Pa。彈簧反作用按下式計算: （46） = （47）式中:——彈簧剛度，N/m。——彈簧預(yù)壓縮量，m?！钊谐蹋琺。——彈簧鋼絲直徑，m?！獜椈善骄睆剑琺m?！獜椈捎行?shù).——彈簧材料剪切模量，一般取在設(shè)計中，必須考慮負載率的影響，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滿足實際設(shè)計要求。 缸筒壁厚的設(shè)計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算: (411)式中:6——缸筒壁厚，mm?！獨飧變?nèi)徑，mm?！獙嶒瀴毫?，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: 活塞桿運動行程的計算本次設(shè)計機械手手爪夾持半徑為45mm～95mm，手爪手指長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，所以齒輪的轉(zhuǎn)動弧長則為活塞桿運動行程，設(shè)活塞桿運動行程為L，則： ，由于考慮到機械精度和傳動效率的影響，本次設(shè)計設(shè)計活塞桿運動行程為15mm。 第5章 各機械部件的設(shè)計選擇與校核 軸的設(shè)計與校核 大臂旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計轉(zhuǎn)矩和彎矩是軸的主要承受載荷,軸的常見形式有直軸和彎軸,而根據(jù)本次設(shè)計中機構(gòu)的特點,=10r/min，由電機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。屈服強度極限: σs=360MPa。抗拉強度極限σb=650 MPa,彎曲疲勞強度極限σ1=300 MPa.由表查得[σ1]b=55 MPa.初步確定軸的直徑：按照扭轉(zhuǎn)強度估計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)計尺寸參數(shù)如下圖51所示：圖51 大臂旋轉(zhuǎn)軸 大臂軸的強度校核按照扭轉(zhuǎn)強度校核： 本次設(shè)計傳動軸全長193mm，最小軸頸19mm，材料為45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用。 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： （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)計取40 則 取106則本次設(shè)計最小軸徑為19mm，故滿足強度要求。按照彎扭合成強度校核：彎扭合成圖如圖52所示： 圖52 彎扭合成圖 若是軸強度合格，則 （）式中： ——軸的計算應(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)計軸的材料為45號剛，查表得：，軸的危險界面斷面圖如下圖53所示： 圖53 軸的危險截面斷面圖圖中，b=8mm，t=，d=30mm所以：即 所以本次設(shè)計的軸強度合格。 鍵的選擇與強度的校核1大臂旋轉(zhuǎn)軸鍵聯(lián)接處鍵的強度校核 選擇普通圓頭平鍵，GB/T1096 平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。通常按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。由《機械設(shè)計》第七版頁，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?！I的工作長度，；圓頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，；為鍵的寬度?！S的直徑。——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力。從本書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號鋼，大臂與鉆轉(zhuǎn)軸的材料分別為和45號鋼。三者中最弱的材料是鑄鐵，測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，鍵的工作長度，軸的直徑=30。將這些數(shù)據(jù)代入公式（）得： 故鍵的強度滿足要求，鍵聯(lián)接安全。2.