【文章內(nèi)容簡介】 P推=D2Pπ／4 其中D——活塞直徑，選取直徑28mm的液壓缸 P——驅(qū)動流體壓力，選取P=1MPa計算可得： P推=2821π／4=（N） P推＞P實際 故夾緊缸的選擇滿足題目要求 兩支點回轉(zhuǎn)式鉗爪的定位誤差的分析 圖2 帶浮動鉗口的鉗爪 鉗口與鉗爪的連接點E為鉸鏈聯(lián)結(jié),如圖示幾何關系,若設鉗爪對稱中心O到工件中心O′的距離為x,則 x=當工件直徑變化時,x的變化量即為定位誤差△,設工件半徑R由Rmax變化到Rmin時,其最大定位誤差為△=∣∣ 其中l(wèi)=50mm ,b=10mm ,a=45mm ,2=120176。 ,Rmin=25mm ,Rmax=35mm代入公式計算得 最大定位誤差△=∣—∣=＜ 故符合要求.第三章 腕部結(jié)構(gòu)腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設計腕部時要注意以下幾點：① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。② 轉(zhuǎn)動靈活，密封性要好。③ 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題 ④ 要適應工作環(huán)境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動時管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為180176。.如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進行連接和定位，動片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。夾緊缸體也指座固連成一體。當回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時，驅(qū)動動片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動，即為手腕的回轉(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、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。手腕轉(zhuǎn)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算： M驅(qū)=M慣+M偏+M摩 +M封 （Nm） 式中 M驅(qū)——驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M慣——慣性力矩 （Nm） M偏——參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 （Nm） M摩——手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦力矩 （Nm） M封——腕部回轉(zhuǎn)缸的東片與定片、缸內(nèi)壁、端蓋、等處密封裝置的摩擦阻力距（Nm） 工件重心偏置力矩引起的偏置力矩M偏 M偏 =G1 e （） 式中 G1——工件重量（N） e——偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時，M偏為零 當e=，G1=300N時 M偏 =6（Nm） ⑶ 腕部啟動時的慣性阻力矩M慣 ① 當知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時，可用下式計算M慣 M慣 =（J+J工件） （Nm） 式中 ——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （1/s） T——手腕啟動過程中所用時間（s），（假定啟動過程中近為加速運動） J——手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kgm） J工件——工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （kgm） 按已知計算得J=，J工件 =，=,t=2 故 M慣 = （Nm） ② 當知道啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度時，也可以用下面的公式計算M慣： M慣=（J+J工件） （Nm） 式中 ——啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度（rad）。 ——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （1/s）。 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將M取大一些，可取 M =∽ （M慣+M偏+M摩 ） （） M = *（++） = （） 第四章 臂部的結(jié)構(gòu)手臂部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。手臂運動應該包括3個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設置在機身處，將在下一章敘述。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，一般來說臂部應該具備3個自由度才能滿足基本要求，既手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。 臂部設計的基本要求一、 臂部應承載能力大、剛度好、自重輕（1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。（2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。（3） 合理布置作用力的位置和方向。（4） 注意簡化結(jié)構(gòu)。（5） 提高配合精度。二、 臂部運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在,最大回轉(zhuǎn)角速度設計在內(nèi)，大部分平均移動速度為，平均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械手臂部要盡可能的輕。減少慣量具體有3個途徑：（1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。（2） 減少臂部運動件的輪廓尺寸。（3） 減少回轉(zhuǎn)半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。（4） 驅(qū)動系統(tǒng)中設有緩沖裝置。三、手臂動作應該靈活為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。23 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運動機構(gòu)常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種：（1） 雙導桿手臂伸縮機構(gòu)。（2） 手臂的典型運動形式有：直線運動，如手臂的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如手臂的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。（3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。（4） 活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。 手臂運動機構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。 手臂直線運動的驅(qū)動力計算先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性、密封等幾個方面的阻力，來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算。 摩擦阻力(N)。臂部運動時，運動件表面間的摩擦力，如導向裝置、活塞和缸壁等處的阻力。密封裝置處的摩擦阻力(N)。油缸回油腔低壓油造成的阻力(N)，一般背壓阻力較小，可取=。臂部起動或制動時活塞桿上受到的平均慣性力(N)。 手臂摩擦力的分析與計算分析：摩擦力的計算 不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。下圖是機械手的手臂示意圖。圖 機械手臂部受力示意計算如下：不同的配置和不同的導向截面形狀，是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算，本案為圓柱面雙導向桿導向，導向桿對稱配置在油缸兩側(cè)的水平伸縮缸，起動時，導向裝置處的摩擦阻力較大，由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。得 得 式中 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（N）； L——手臂與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐的前端的距離（m） a——導向支撐的長度（m）。 ——當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關。對于圓柱面：——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取鋼對鑄鐵：取計算：導向桿的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 估算：，L=,將有關數(shù)據(jù)代入進行計算 手臂慣性力的計算本設計要求手臂平動是V=,在計算慣性力的時候,設置啟動時間，啟動速度V=V=, 密封裝置的摩擦阻力不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用O型密封，當液壓缸工作壓力小于10Mpa，活塞桿直徑為油缸直徑的一半，活塞與活塞桿處都采用O形圈密封時，液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：(因手部軸線與臂部伸縮軸線垂直，手部油管不會經(jīng)過臂部，故油管密封不考慮)。經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力： 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力P=，=1MPa（1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計算， 雙作用液壓缸示意圖當油進入無桿腔，當油進入有桿腔中， 液壓缸的有效面積：故有 （無桿腔） （有桿腔） 式中 P活塞的驅(qū)動力(N) P1油缸的工作壓力(MPa) d活塞桿直徑(mm),本案初設d=D/3 D油缸內(nèi)徑(mm) η油缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η=據(jù)上述計算，P= P1=1MPa，按有桿腔進行計算，其結(jié)果必然滿足無桿腔的力學要求。將有關數(shù)據(jù)代入： 根據(jù)表32油缸內(nèi)徑系列（GB/T234893），選擇標準液壓缸內(nèi)徑， D=50mm.活塞桿直徑d=50/3=，圓整為d=18mm。（2） 液壓缸外徑的設計本案液壓缸考慮鑄造結(jié)構(gòu)，考慮到鑄造的最小壁厚要求，故最小不小于3mm，而驅(qū)動壓力又較低，故厚度不超過10mm。按中等壁厚進行計算(16D/δ)：式中 強度系數(shù)(當為無縫鋼管時取值為1，本案為鑄造式，) C計入管壁公差及侵蝕的附加厚度 油缸材料的許用應力(MPa)；，其中為油缸材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般n=3～5 一般常用缸體材料的許用應力 為： 鍛鋼 =110～120MPa鑄鋼 =60MPa無縫管 =100～110MPa代入數(shù)據(jù)： 圓整為3mm，即缸體外徑56mm。（3） 活塞桿的計算校核①強度校核活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。對于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強度計算： 設計中活塞桿取材料為碳剛，故，活塞直徑d=18mm,L=1000mm,現(xiàn)在進行校核。結(jié)論： 活塞桿的強度足夠。②穩(wěn)定性校核 本案L15d，應進行穩(wěn)定性校核。穩(wěn)定性條件可表示為。 式中 臨界力(N) 安全系數(shù)，一般取2～4本案中，故按大柔度桿計算 式中 活塞桿計算柔度 活塞桿長度(mm)，本案取值1000mm 活塞桿橫截面的慣性半徑，取值為d/4 F活塞桿截面積 E彈性模量(MPa) E=210000 長度折算系數(shù)， 特定柔度值，本案取105將值代入：故穩(wěn)定性符合要求。第五章 機身的設計計算機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構(gòu)都安在機身上，或者直接構(gòu)成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。 機身的整體設計按照設計要求，機械手要實現(xiàn)手臂2100的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構(gòu)，就要綜合考慮，分析。機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機身結(jié)構(gòu)有以下幾種：（1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。（2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部件較大。（3） 活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉(zhuǎn)，從