【文章內容簡介】 大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好 。 夾緊力及驅動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據。 必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： （ ） 式中 ――安全系數，； ――工作情況系數，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度； ――運載時工件最大上升速度 ――系統(tǒng)達到最高速度的時間，一 ―― 方位系數，根據手指與 工件位置不同進行選擇。 G――被抓取工件所受重力（ N）。 表 31 液壓缸的工作壓力 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 作用在活塞上外力 F（ N） 液壓缸工作壓力 Mpa 小于 5000 50000 以上 計算：設 a 100mm,b 50mm, 。機械手達到最高響應時間為 ，求夾緊力和驅動力和 驅動液壓缸的尺寸。 設 根據公式，將已知條件帶入： （ 2）根 據驅動力公式得： 1378N （ 3）取 （ 4）確定液壓缸的直徑 D 選取活塞桿直徑 d ,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P , 根據表 （ JB82666），選取液壓缸內徑為： D 63mm 則活塞桿內徑為 : d ，選取 d 32mm 手抓夾持范圍計算 為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為 34mm。 手抓夾持范圍，手指長 100mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖 （ a）所示，根據機構設計 ，它的最小夾持半徑，當張開時，如圖 （ b）所示，最 大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持半徑從 （ a） b 圖 手抓張開示意圖 機械手手抓夾持精度的分析計算 機械手的精度設計要求工件定位準確 ,抓取精度高 ,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好 ,并有足夠的抓取能。 機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、 小批量生 產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內變化，一定進行機械手的夾持誤差。 圖 手抓夾持誤差分析示意圖 該設計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。 機械手的夾持范圍為 80mm180mm。 一般夾持誤差不超過 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 手指長 ,取 V 型夾角 偏轉角按最佳偏轉角確定： 計算 當 S 時帶入有： 夾持誤差滿足設計要求。 彈簧的設計計算 選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖 所示，計算如下。 圖 圓柱螺旋彈簧的幾何參數 1 .選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應力 2 .選擇 旋繞比 C 8，則 （ ） 3 .根據安裝空間選擇彈簧中徑 D 42mm，估算彈簧絲直徑 4 .試算彈簧絲直徑 （ ） 5 . 根據變形情況確定彈簧圈的有效圈數： （ ） 選擇標準為，彈簧的總圈數圈 6 .最后確定，， 7 .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。為了避免這種現象壓縮彈簧的長細比，本設計彈簧是 2 端自由，根據下列選?。? 當兩端固定時， ,當一端固定；一端自由時，；當兩端自由轉動時。 結論本設計彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。 8 .疲勞強度和應力強度的驗算。 對于循環(huán)次數多、在變應力下工作的彈簧，還應該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應力強度驗算）。 現在由于本設計是在恒定 載荷情況下，所以只進行靜應力強度驗算。計算公式： （ ） （力學性精確能高） （ ） 結論：經過校核，彈簧適應。 4 腕部的設計計算 腕部設計的基本要求 （ 1） 力求結構緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的 結構、重量和運轉性能。因此，在腕部設計時，必須力求結構緊湊，重量輕。 （ 2）結構考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。 （ 3） 必須考慮工作條件 對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。 腕部的結構以及選擇 腕部結構 1 具有一個自由度的回轉驅動的腕部結構。 它具有結構緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用?；剞D角由動片和靜片之間允許回轉的角度來決定（一般小于）。 2 齒條活塞驅動的腕部結構。在要求回轉角大于的情況下，可采用齒條活塞驅動的腕部結構。這種結構外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 3 具有兩個自由度的回轉驅動的腕部結構。它使腕部具有水平和垂直轉動的兩個自由度。 4 機 液結合的腕部結構。 腕部結構和驅動機構的選擇 本設計要求手腕回轉，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結構選擇具有一個自由 度的回轉驅動腕部結構，采用液壓驅動。 腕部的設計計算 腕部設計考慮的參數 夾取工件重量 60Kg，回轉。 腕部的驅動力矩計算 腕部的驅動力矩需要的力矩。 腕部回轉支撐處的摩擦力矩。 夾取棒料直徑 100mm，長度 1000mm，重量 60Kg，當手部回轉時，計算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅動液壓缸及回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑 120mm，其重力估算 G 擦力矩。 啟動過程所轉過的角度 ，等速轉動角速度。 （ ） 查取轉動慣量公式有： 代入： 腕部驅動力的計算 表 41 液壓缸的內徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設定腕部的部分尺寸：根據表 41 設缸體內空半徑 R 110mm，外徑根據表 32 選擇 121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題 后，其外徑為 226mm；動片寬度 b 66mm,輸出軸 r 示如圖 所示。則回轉缸工作壓力，選擇 8Mpa 圖 腕部液壓缸剖截面結構示意 表 標準液壓缸外徑（ JB106867） （ mm） 液壓缸內徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20鋼 P 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 鋼 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 液壓缸蓋螺釘的計算 圖 缸蓋螺釘間距示意 表 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關系 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘的間距 t mm 小于 150 小于120 小于 100 小 于 80 缸蓋螺釘的計算，如圖 所示， t 為螺釘的間距，間距跟工作壓強有關，見表 ，在這種聯(lián)結中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 （ ） 計算： 液壓缸工作壓強為 P 8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個螺釘，所以選擇螺釘數目合適 Z 8 個 危險截面 所以 +10545 19772N 螺釘材料選擇 Q235，（） 螺釘的直徑 （ ） 螺釘的直徑選擇 d 16mm. 輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結構見上圖。連接螺釘一般為偶數，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘的作用：使動片和輸出軸之間的配合緊密。 于是得 D――動片的外徑； f――被連接件 配合面間的摩擦系數，剛對銅取 f 螺釘的強度條件為 或 帶入有關數據，得 螺釘材料選擇 Q235，則（） 螺釘的直徑 螺釘的直徑選擇 d M12 的開槽盤頭螺釘。 5 臂部的設計及有關計算 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、回轉和升降。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉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。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、和升降運動。手臂的各種運動通常用驅動機構和各種傳動機構來實現，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，它的結構、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 根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 合理布置作用力的位置和方向。 注意簡化結構。 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之一，它反映機械手的生產水平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設計在 ,最大回轉角速度設計在內，大部分平均移動速度為，平均回轉角速度在。在速度和回轉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： 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。 減少臂部運動件的輪廓尺寸。 減少回轉半徑，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉（或先回轉后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉動作。 驅動系統(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)生機構卡死（自鎖現象）。為此，必須計算使之滿足 不自鎖的條件。 手臂的典型機構以及結構的選擇 手臂的典型運動機構 常見的手臂伸縮機構有以下幾種： 雙導桿手臂伸縮機構。 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，如直線運動和回轉運動組合，兩直線運動的雙層液壓缸空心結構。 雙活塞桿液壓崗結構。 活塞桿和齒輪齒條機構。 手臂運動機構的選擇 通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，使用液壓驅動 ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 手臂直線運動的驅動力計算 先進行粗略的估算，或類比 同類結構，根據運動參數初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結構。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅動力根據液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅動力。液