【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)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(dòng)定心。（4）具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(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，應(yīng)當(dāng)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，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)以上提出的問題及參數(shù)對(duì)手部的各零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部示意結(jié)構(gòu)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?yàn)椴捎玫氖怯脙蓚€(gè)獨(dú)立氣缸的雙夾持機(jī)構(gòu)則每個(gè)機(jī)械手夾持的重量為25公斤。對(duì)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(shí)手指的夾持點(diǎn)與軸心線的連線和水平線的夾角為。根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為： （3－1）其中：——驅(qū)動(dòng)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(shè)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(xué)的受力分析可得握力計(jì)算公式： （3－3）由此根據(jù)（3－1）可得驅(qū)動(dòng)力：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： （3－4）因?yàn)閭髁C(jī)構(gòu)為齒輪齒條傳動(dòng)，故取，并取安全系數(shù)為。故由（3－4）得，實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為因此。由于機(jī)械手的能夾持的最大的直徑為，而夾持后的，故直齒的長(zhǎng)度為略大于，因此初步選取氣缸伸長(zhǎng)長(zhǎng)度為60mm。根據(jù)以上得出的驅(qū)動(dòng)力查詢手冊(cè)選取氣壓缸，其型號(hào)為：LGA 3250 GFAYFC；得主要技術(shù)參數(shù)如下表1：表1選取氣缸的相關(guān)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(zhì)給油3260—50—7025—80空氣、干燥空氣無為了實(shí)現(xiàn)用PLC對(duì)氣壓缸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，則需要一個(gè)電磁換向閥對(duì)輸入氣壓缸的氣體進(jìn)出方向進(jìn)行控制。根據(jù)上述的氣壓缸的工作壓強(qiáng)，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(hào)為：XQ 25 08 41—220v/50Hz其主要的技術(shù)參數(shù)如下表2：表2電磁換向閥主要技術(shù)參數(shù)通徑／接口螺紋工作壓力/切換時(shí)間／工作電壓消耗功率環(huán)境溫度／耐久性８Ｇ—15220v/50Hz5—50400萬(wàn)次事實(shí)上在齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)中，真正進(jìn)行嚙合傳動(dòng)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(jì)算過程中，為了計(jì)算的方便將其看作整個(gè)齒輪來做。、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)（1）安圖1所式的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪齒條傳動(dòng)。（2）用7級(jí)精度。（3）材料選擇。由[12]表101選擇齒輪齒條材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS。（4）初步選取齒輪的齒數(shù)為30齒。由[12]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（109a）進(jìn)行試算，即 （3－5）（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)；計(jì)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(qiáng)度極限；齒條的接觸疲勞強(qiáng)度極限。由[12]式1013計(jì)算應(yīng)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(shè)，可以得到齒輪的轉(zhuǎn)速為： （3－7）而且使用壽命為，由此可以得出應(yīng)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(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)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(jì)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(jì)算齒寬 （3－11）計(jì)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(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，７級(jí)精度，由[12]圖108查得動(dòng)載系數(shù)直齒輪，假設(shè)。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(jí)精度、齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)， （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(shí)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(jì)算模數(shù)m由[12]式（105）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （3－17）（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值由[12]圖1020c查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；齒條的彎曲疲勞強(qiáng)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(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)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(jì)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(yīng)力校正系數(shù)由[12]表105可查得齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)；齒條的應(yīng)力校正系數(shù)；計(jì)算齒輪、齒條的并加以比較齒輪：齒條：（2）根據(jù)（3－17）設(shè)計(jì)計(jì)算得對(duì)比計(jì)算結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)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(guān)。由此可以得出齒數(shù)為： （3－21）取35個(gè)齒。（1）中心距：由假設(shè)可知中心距 （2）計(jì)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(jì)算齒輪寬度由式（3－11）得（4）齒高由式（3－13）得 （3－22）結(jié)果合適。由于氣缸的伸長(zhǎng)為，則齒數(shù)為： （3－23）取齒條的齒數(shù)為7個(gè)齒。（1）受力分析根據(jù)機(jī)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?？紤]到這個(gè)問題，可選用軸承相對(duì)較薄的滾針軸承。根據(jù)機(jī)械手手指?jìng)鲃?dòng)方式（如圖1），可以得出軸承的受力情況：（2）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，根據(jù)[12]式（138a） （3－24）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]滾針軸承取 ；根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]對(duì)于滾針軸承 由此可得當(dāng)量動(dòng)載荷P：（3）根據(jù)[12]式（136），求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 （3－25）（4）按照軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)[4]選擇的NA6906軸承。此軸承的基本額定靜載荷。（5）壽命的計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)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(yīng)力最大處，看它是否滿足，若滿足則說明設(shè)計(jì)的軸可以使用反之則說明不能使用需要重新設(shè)計(jì)。（1）初步確定軸的最小直徑選取軸的材料45鋼調(diào)質(zhì)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(yīng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)度；段：根據(jù)選取的軸承長(zhǎng)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(gè)卡環(huán)，因此選用的長(zhǎng)度需大于初步選取。段：23段的設(shè)計(jì)是為了夾持工件的穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的，否則用單獨(dú)的一對(duì)手指來搬運(yùn)工件時(shí)雖然可以實(shí)現(xiàn)但此相當(dāng)不穩(wěn)定，會(huì)造成擺動(dòng)，是整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)不穩(wěn)定。故間的跨距大一些對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定有益，但也不能過大，否則過大使，對(duì)短粗的工件不能夾持。因此初步選擇。段：由于與段是對(duì)稱的關(guān)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(dòng)中產(chǎn)生的力即齒輪所受的徑向力，周向力。首先，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖（圖4）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖5）。其受力情況如圖5所示：圖5 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算出支反力為：根據(jù)軸的受力簡(jiǎn)圖，做出彎矩圖，計(jì)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(yīng)力校核軸的強(qiáng)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(diào)質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，考慮到套筒與手指間會(huì)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(gè)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(rùn)滑油貯存在軸承中材料的孔隙中。工作時(shí)，由于抽吸作用和摩擦生熱后油膨脹作用，潤(rùn)滑油自動(dòng)分泌出來進(jìn)行潤(rùn)滑。不工作時(shí)，油又冷卻而被吸回