【文章內容簡介】 手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。（4）具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，應當盡量使結構簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉軸線上，以使手腕的扭轉力矩最小為佳。（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構是一支點兩指回轉型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設計成V型，其結構如圖3所示。根據(jù)以上提出的問題及參數(shù)對手部的各零件進行設計計算。本課題氣動機械手的手部示意結構圖如下圖3所示。圖3 齒輪齒條式手部由于夾持的工件重量小于等于50公斤。根據(jù)以上給出的所夾持工件的直徑范圍為。但又因為采用的是用兩個獨立氣缸的雙夾持機構則每個機械手夾持的重量為25公斤。對于相同重量的工件軸徑越大其所需夾持的力也越大。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，且假定夾持的工件時手指的夾持點與軸心線的連線和水平線的夾角為。根據(jù)手部結構的傳動示意圖，其驅動力為： （3－1）其中：——驅動力——夾緊力——手指軸心到工件軸心的垂直方向的距離（如圖3所示）——齒輪半徑初步假設手指軸心到工件軸心的距離為，取，手指軸心到齒條中心的距離為。則 （3－2）根據(jù)手指夾持工件的方位，根據(jù)力學的受力分析可得握力計算公式： （3－3）由此根據(jù)（3－1）可得驅動力：實際驅動力： （3－4）因為傳力機構為齒輪齒條傳動，故取，并取安全系數(shù)為。故由（3－4）得，實際驅動力為因此。由于機械手的能夾持的最大的直徑為，而夾持后的，故直齒的長度為略大于，因此初步選取氣缸伸長長度為60mm。根據(jù)以上得出的驅動力查詢手冊選取氣壓缸，其型號為：LGA 3250 GFAYFC；得主要技術參數(shù)如下表1：表1選取氣缸的相關數(shù)據(jù)缸徑/行程/工作壓力范圍/耐壓力/使用速度范圍使用溫度范圍/工作介質給油3260—50—7025—80空氣、干燥空氣無為了實現(xiàn)用PLC對氣壓缸的運動進行點位程序控制，則需要一個電磁換向閥對輸入氣壓缸的氣體進出方向進行控制。根據(jù)上述的氣壓缸的工作壓強，采用ＸＱ系列的雙電控兩位五通的電磁換向閥。此電磁換向閥的型號為：XQ 25 08 41—220v/50Hz其主要的技術參數(shù)如下表2：表2電磁換向閥主要技術參數(shù)通徑／接口螺紋工作壓力/切換時間／工作電壓消耗功率環(huán)境溫度／耐久性８Ｇ—15220v/50Hz5—50400萬次事實上在齒輪齒條的嚙合傳動中，真正進行嚙合傳動的只是齒輪的一部分，即可以看成是扇形齒輪，但在下面的計算過程中，為了計算的方便將其看作整個齒輪來做。、精度等級、材料及齒數(shù)（1）安圖1所式的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪齒條傳動。（2）用7級精度。（3）材料選擇。由[12]表101選擇齒輪齒條材料為40Cr（調質），硬度為280HBS。（4）初步選取齒輪的齒數(shù)為30齒。由[12]設計計算公式（109a）進行試算，即 （3－5）（1）確定公式內的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)；計算齒輪傳遞的力矩； （3－6）由[12]表107選取齒寬系數(shù)；由[12]表106查得材料的彈性影響系數(shù)；由[12]圖1021d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限；齒條的接觸疲勞強度極限。由[12]式1013計算應力循環(huán)次數(shù)由氣缸的使用速度范圍，取氣缸的速度為，根據(jù)以上的假設，可以得到齒輪的轉速為： （3－7）而且使用壽命為，由此可以得出應力循環(huán)次數(shù)為： （3－8）由[12]圖1019查得解除疲勞壽命系數(shù)；計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由[12]式（1012）得 （3－9） （3－10）（2）計算試算齒輪分度圓直徑，根據(jù)（3－5）式代入中較小的值圓整取圓周速度由氣缸的使用速度范圍，取氣缸的速度為。計算齒寬 （3－11）計算齒寬于齒高之比模數(shù) （3－12）齒高 （3－13）齒寬于齒高之比 計算載荷系數(shù)根據(jù)，７級精度，由[12]圖108查得動載系數(shù)直齒輪，假設。由[12]表103查得；由[12]表102查得使用系數(shù)由[12]表104查得7級精度、齒輪相對支承對稱布置時， （3－14）將數(shù)據(jù)代入后得由，查[12]圖1013得；故載荷系數(shù) （3－15）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由[12]式（1010a）得 （3－16）由式（3－12）計算模數(shù)m由[12]式（105）得彎曲強度的設計公式為 （3－17）（1）確定公式內的各計算數(shù)值由[12]圖1020c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限；齒條的彎曲疲勞強度極限；由[12]圖1018查得齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)；齒條的彎曲疲勞壽命系數(shù)；計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=，由[12]式（1012）得齒輪： （3－18）齒條： （3－19）計算載荷系數(shù) （3－20）查取齒形系數(shù)由[12]表105查得齒輪的齒形系數(shù)；齒條的齒形系數(shù)；查取應力校正系數(shù)由[12]表105可查得齒輪的應力校正系數(shù)；齒條的應力校正系數(shù)；計算齒輪、齒條的并加以比較齒輪：齒條：（2）根據(jù)（3－17）設計計算得對比計算結果由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關。由此可以得出齒數(shù)為： （3－21）取35個齒。（1）中心距：由假設可知中心距 （2）計算分度圓直徑齒輪：齒條：根據(jù)中心距可知，齒條中心到分度圓的距離為（3）計算齒輪寬度由式（3－11）得（4）齒高由式（3－13）得 （3－22）結果合適。由于氣缸的伸長為，則齒數(shù)為： （3－23）取齒條的齒數(shù)為7個齒。（1）受力分析根據(jù)機械手手指的受力情況可知：軸承盡受徑向力而不受軸向力，由此可以只考慮只受徑向力的軸承。為了使軸擁有更好的支撐能力即由于軸承選擇的不同，可影響到軸徑的大小。考慮到這個問題，可選用軸承相對較薄的滾針軸承。根據(jù)機械手手指傳動方式（如圖1），可以得出軸承的受力情況：（2）初步計算當量動載荷P，根據(jù)[12]式（138a） （3－24）根據(jù)機械設計手冊[4]滾針軸承取 ；根據(jù)機械設計手冊[4]對于滾針軸承 由此可得當量動載荷P：（3）根據(jù)[12]式（136），求軸承應有的基本額定動載荷值 （3－25）（4）按照軸承樣本或設計手冊[4]選擇的NA6906軸承。此軸承的基本額定靜載荷。（5）壽命的計算 （3－26）所以所選用的軸承合適。由圖4可以看出，此軸是非轉動軸，根據(jù)其用途和安裝位置，可以看出其軸盡受到徑向力，不受軸向力，扭轉力矩等一些其它的力。因此為了能安全使用，只需找到軸的應力最大處，看它是否滿足，若滿足則說明設計的軸可以使用反之則說明不能使用需要重新設計。（1）初步確定軸的最小直徑選取軸的材料45鋼調質處理，軸的最小軸徑顯然是在安裝軸承處軸（如圖4）為了使所選的軸的直徑與軸承的孔徑相適應根據(jù)以上所選的軸承，選取安裝軸承處的軸徑為。圖4 軸的裝配方案（2）軸結構的設計擬訂軸上的裝配方案，如圖4所示；根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度；段：根據(jù)選取的軸承長度為安裝手指的寬度為又由于在軸承的頂端有擋圈及在套筒的端部有一個卡環(huán)，因此選用的長度需大于初步選取。段：23段的設計是為了夾持工件的穩(wěn)定而設計的，否則用單獨的一對手指來搬運工件時雖然可以實現(xiàn)但此相當不穩(wěn)定，會造成擺動，是整個機械手系統(tǒng)不穩(wěn)定。故間的跨距大一些對系統(tǒng)的穩(wěn)定有益，但也不能過大，否則過大使，對短粗的工件不能夾持。因此初步選擇。段：由于與段是對稱的關系，故選取。確定軸上的倒角尺寸軸各處的倒角均取為：。（3）求軸上的載荷如圖3所示，可以看出軸上所受的力為齒輪齒條傳動中產(chǎn)生的力即齒輪所受的徑向力，周向力。首先，根據(jù)結構圖（圖4）作出軸的計算簡圖（圖5）。其受力情況如圖5所示：圖5 軸的計算簡圖根據(jù)軸的計算簡圖得出：水平方向的支反力：由于齒輪受到的周向力為：則可知齒輪所受到的徑向力為：由此可得：垂直方向的支反力：由于；則可得：從而可以計算出支反力為：根據(jù)軸的受力簡圖，做出彎矩圖，計算彎矩水平方向的彎矩圖如圖6所示：圖6 水平方向的彎矩圖水平方向的彎矩為：垂直方向的彎矩圖如圖7 所示：垂直方向的彎矩為：則合成的總彎矩為：圖7 垂直方向的彎矩圖彎應力校核軸的強度由軸的軸徑的大小可得： （3－27） （3－28）前面已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由[12]表151查得，因此。故，安全使用。固定氣缸用的螺栓根據(jù)氣缸上的用來固定的孔大小選用標準件。校核：由氣缸的固定方式可以看出氣缸上的螺栓僅受軸向的拉力。因此， （3－29）由[12]表54可以查得45鋼的螺紋連接件的疲勞極限為：250~340MPa。故，選用的螺釘適用。如圖4所示在與滾針軸承接觸的套筒是套在軸承上的，但又靠在手指上而手指與軸是相對轉動的，考慮到套筒與手指間會有摩擦，故為了減少這種摩擦造成的磨損，在套筒上增加一個耐磨的墊圈，根據(jù)各種耐摩擦的材料的特性，加油的方式等各種因素，選擇粉末冶金做成的墊圈，其材料呈多孔海綿狀，在溫度的油中浸漬后，潤滑油貯存在軸承中材料的孔隙中。工作時，由于抽吸作用和摩擦生熱后油膨脹作用，潤滑油自動分泌出來進行潤滑。不工作時，油又冷卻而被吸回