【文章內(nèi)容簡介】 考慮到運動過程中的能量損失，取 ? =，則手指夾緊液壓缸的實際驅(qū)動力為： ?/PP ?實 =本設(shè)計中取 實P =500N； 由式 ()可得： )21s in2/(5001 ??P = 由式 ()可得 ： ?1P = ?51sin = ?1P = ?51cos = 對手指夾緊力的校核過程如下： 在手架旋轉(zhuǎn)過程中手指所受的慣性力為： 2?mRF ?慣 () 式中： m —— 工件質(zhì)量； R —— 工件到旋轉(zhuǎn)軸線的距離，這里取 300?R mm； ? —— 手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，初取 ?? 2? rad/s； 則由式 ()可得： 2)2( ????慣F = N 因 實慣 PF ? ， 所以手指夾緊液壓缸的實際驅(qū)動力取 實P =500N，安全。 手指部分的相關(guān)校核 根據(jù)文獻 [8， 7294]， 對手指部分重要部位的校核過程如下： 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 9 頁 軸和手指的材料都選用 45 號鋼，它們的許用剪應(yīng)力 ??? =70MPa、許用擠壓應(yīng)力 ][ij? =140MPa、 許用拉應(yīng)力 ][? =300MPa； 軸Ⅰ校核 ?? ?? AP /1? )1010/( 62 ????? = MPa )101013/(?? ?????? APij? = MPa ∵ ][?? ?? ， ][ ijij ?? ? ∴軸Ⅰ安全。 軸Ⅱ校核 ?? ? AP /1? )108/( 62 ????? = MPa )10813/(?? ????? APij? = MPa ∵ ][?? ?? ， ][ ijij ?? ? ∴軸Ⅱ安全。 手指強度校核 A 截面的抗彎截面模量公式如下： zIW y /? () 式中： yI —— 形心軸慣性矩； z —— 截面圖形的形心位置； )](3/[)2(101 babahz ???? () 式中： h =， b =20mm， a =10mm， 將各值代入式 ()可得 2z = 其截面面積為： 1A =[20 － 10 (－ )]/2=(－ )/2=2 2z =5mm 其截面面積為： cHA ?2 =26 = A 處截面的形心位置為： )/()( 212211 AAzAzAz ??? 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 10頁 =( + 5)/(+) =(+)/= )](36/[)4( 22222222321211 babbaahAaI ????? = (102+4 10 20+202)/[36 (20+10)]+(－ 5)2 =+= 12/3112222 hbAaI ?? = 26/12+(－ 5)2 =+= mm4 21 IIIy ?? =+= mm4 將各值代入式 ()得： ?AW A 截面處的彎矩： AM = 故危險截面 A 處的拉應(yīng)力為： 1 2 6/???? WM AA? MPa ∵ ][?? ?A ∴安全。 危險截面 C 處的彎矩 CM =，其截面圖形形狀如圖 所示，抗 彎截面模量為： 3222C )(6/6/ ????? bBHbHBHW 故危險截面 C 處的拉應(yīng)力為： CCCC APWM // 1????? )() 1 1 2/( 69 ?? ???? =+ =； ∵ ][?? ?C ∴安全。 手指夾緊液壓缸設(shè)計 手指夾緊液壓缸各部分尺寸的確定 根據(jù) 文獻 [9， 512]，由： 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 11頁 4/)(4/ 22212 ?? dDPFFPD f ???? () 得： 12221 /)()/()(4 PPdDPFFD f ???? ? () 式中： 1P —— 液壓缸的工作壓力，本設(shè)計中初取 1P =； 2P —— 液 壓缸 回油 腔背 壓 力， 對于 簡單 系統(tǒng) 和一 般 輕載 的節(jié) 流調(diào) 速 系統(tǒng) , 2P =~，在本設(shè)計中初取估算值 2P =； Dd/ —— 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，因在工作壓力 1P 2MPa 時， Dd/ =~，本設(shè)計中取 Dd/ =； F —— 工作循環(huán)中的最大外負(fù)載，本設(shè)計中 F =500N； fF —— 液壓缸密封處的摩擦力， fF =F (1/ C? 1)； C? —— 密封處的機械效率，一般 C? =~，本設(shè)計中取 C? =； 將各值代入式 ()，可得： D =； 為便于采取標(biāo)準(zhǔn)的密封件，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，將內(nèi)徑 D 進行圓整，取D =32mm。 因為本設(shè)計中 Dd/ =，所以 d = 32=，同樣為便于采取 標(biāo)準(zhǔn)密封件，根據(jù)活塞桿直徑系列，將活塞桿直徑 d 進行圓整，取 d =8mm。 手指夾緊液壓缸的最大儲油量為： 4/2 ?LDV? () 式中 L 為活塞桿的最大行程，這里取 L =10mm，則有：4/1032 2 ???V = 3mm = 活塞的寬度 DB )~(? =~32mm，為減少手指夾緊液壓缸的整體重量，取B =20mm。 活塞桿的導(dǎo)向長度 DH )~(? =~12mm。 由于本設(shè)計中手指夾緊液壓缸的缸體內(nèi)徑較小，并且活塞的行程也不大，為方便它的加工制造，在這里將活塞和活塞桿設(shè)計成一體的形式。對于手指夾緊液壓缸，因其為低壓系統(tǒng)，而在中、低壓系統(tǒng)中，液壓缸缸筒的壁厚常由結(jié)構(gòu)工藝上的要求決定，強度問題是次要的，一般不需要進行驗算，所以， 此手指夾緊液壓缸的缸筒壁厚由結(jié)構(gòu)需要決定。 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 12頁 材料的選擇 根據(jù)文獻 [5， 8792]，對手指夾緊液壓缸各元件的材料選取如下： 活塞桿材料采用實心的 45 號鋼，并進行表面淬火處理，以提高活塞桿硬度；由于活塞與活塞桿是一體的，所以活塞的材料也為 45 號鋼，但為了增加它的耐磨性，需在活塞的表面覆蓋一層耐磨材料，常用耐磨材料有青銅、黃銅、尼龍等等。 一般情況下，壓力較低的液壓缸的缸筒材料多采用鑄鐵，但在本設(shè)計中，為了減輕結(jié)構(gòu)的整體重量，將選用鋁合金作為手指夾緊液壓缸缸筒的材料。 缸蓋的材料選用 HT200 鑄件 。 手臂旋轉(zhuǎn)液壓缸設(shè)計 手臂伸縮液壓缸各尺寸數(shù)據(jù)的確定 由于受到刀庫刀具和主軸刀具之間距離的限制，為保證兩側(cè)手臂的伸縮范圍都能達(dá)到 60mm，本設(shè)計中采用了伸縮式液壓缸，即用手指夾緊液壓缸來代替手臂伸縮液壓缸的活塞和活塞桿部分。 為方便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件，結(jié)合手指夾緊液壓缸的相關(guān)計算，并根據(jù)文獻 [9， 512]，中的活塞桿直徑系列和液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，取手指夾緊液壓缸的缸體外徑為 0D =45mm,手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑 D =63mm。 手臂伸縮液壓缸活塞桿的最大行程 L 取 60mm, 由式 ()可得手臂伸縮液壓缸 的最大儲油量為： 4/6463 2 ???V == 估算手臂伸縮液壓缸負(fù)載： 兩機械手手指的質(zhì)量： 1m = 2= kg； 上擋板的質(zhì)量： 2m = kg； 下?lián)醢宓馁|(zhì)量： 3m = kg； 后擋板的質(zhì)量： 4m =； 側(cè)擋板的質(zhì)量： 5m = 2=； 手指與活塞桿之間連接件的質(zhì)量： 6m =； 夾持工件的質(zhì)量： 7m =8kg； 取 654321 mmmmmmm ?????? =+++++= 取鋼與鋁合金之間的滑動摩擦力 ? =， 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 13頁 則： mgF ??1 = = 設(shè)活塞達(dá)到穩(wěn)定速度過程中的加速度為： ? =20m/s2， 則： ?mF ?慣 = 20= 手臂伸縮液壓缸負(fù)載： 慣FFF ?? 1 =+= 考慮到手臂在伸縮運動過程中的能量損失，取 ? =，則手臂伸縮液壓缸的實際驅(qū)動力為： ?/FF ?? =在手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時， 手臂伸縮液壓缸受到的慣性力較大，為保證手臂伸縮液壓缸的安全，這里取 F? =200N； 根據(jù)： 4/4/)( 212022 ?? DPDDPF ???? 得： )4//(]4/)([ 220221 ?? DDDPFP ???? () 式中： F? —— 手臂伸縮液壓缸的實際驅(qū)動力； 1P —— 液壓缸的工作壓力，由計算結(jié)果確定； 2P —— 液壓缸回油腔背壓力，根據(jù)文獻 [9，表 2— 2]，對于簡單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)， 2P =~，在本設(shè)計中初取估算值 2P =； D —— 手臂伸縮液壓缸內(nèi)徑； 0D —— 手指夾緊液壓缸外徑； 將各值代入式 ()，可得： 1P =[200+ （ 632－ 452） π /4]/（ 632 π /4） =（ 200+） /= 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 14頁 主架旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 主架架旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計 估算手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載 兩機械手手指的質(zhì)量： 1m = 2=； 上擋板的質(zhì)量： 2m =； 下?lián)醢宓馁|(zhì)量： 3m =； 后擋板的質(zhì)量： 4m =； 側(cè)擋板的質(zhì)量： 5m = 2=； 手指與活塞桿之間連接間的質(zhì)量： 6m =； 夾持工件的質(zhì)量： 7m =7kg； 手指夾緊液壓缸前端蓋質(zhì)量： 8m =； 手指夾緊液壓缸后端蓋質(zhì)量： 9m =； 手指夾緊液壓缸缸筒質(zhì)量： 10m =； 手臂伸縮液壓缸前端蓋質(zhì)量： 11m =； 手臂伸縮液壓缸缸筒質(zhì)量： 12m =； 上套件質(zhì)量： 13m =； 上套件質(zhì)量： 14m =； 當(dāng)儲油量最大時油液的質(zhì)量： 3 5 k ) 7 (mm/kg9 0 0 315 ?????? Vm ? 主架旋轉(zhuǎn)軸所承受的總質(zhì)量為： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 01 1 1 2 1 3 1 4 1 5( )2m m m m m m m m m m mm m m m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? =(++++++8+++ +) 2++++=； 手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為： mgF? = = 主架架旋轉(zhuǎn)軸強度的校核 西安文 理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 15頁 初取手架旋轉(zhuǎn)軸的軸徑 d =30mm； 手架旋轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載為： m =； 手架旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量為： m? =； 取手架旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動力距等于手架旋轉(zhuǎn)時受到的慣性力距，則根據(jù)文獻 [11， 78106]有： ?? )( 020xx JJJM ???慣 () 式中： 01J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量； 02J —— 手架旋轉(zhuǎn)軸 對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量； ? —— 手架旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時的角加速度， 這里初 取手架旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n =1m/s,則其角速度 ? =2π rad/s，設(shè)手架旋轉(zhuǎn)軸從靜止開始到達(dá)到穩(wěn)定速度所需的時間為 Δ t =,則： ? =Δ ? /Δ t =(2π rad/s)/()=20π rad/s2； 機械手夾緊力的校核： 2?MRF ?慣 () 取手架回轉(zhuǎn)的角速度 ?? 2? ， R =300mm， 則由式 ()得： 慣F =8kg 300mm 2)2(? = 因 慣F 小于機械手 手指的夾緊力 ，所以機械手的手架旋轉(zhuǎn)軸工作正