【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 取 V 型夾鉗的夾角 2θ=120176。 ，取 a=12mm 則 － a） = =176。 計(jì)算 = =60 = = =| =|| = 因?yàn)轭}目要求定位精度為 177。3mm, 所以設(shè)計(jì)滿足要求。 設(shè)計(jì)結(jié)果： a=12mm =60mm 2θ=120176。 = aa 24= 緊缸的計(jì)算 設(shè) =， =，工件垂直方向的移動(dòng)速度為 ，機(jī)械手達(dá)到最高速度的響應(yīng)時(shí)間為 ， α=45176。 ，則 =1+ =1+ = 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 17 =3=4 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 取 η= = 確定液壓缸直徑 D ∵ 選取活塞桿直徑 d=，壓力油工作壓力 p=30 ∴D= 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ JB1086— 67）選取液壓缸內(nèi)徑為： D=40mm 則活塞桿直徑為： d=40=20mm 腕部 手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是再臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 18 手腕部件具有獨(dú)立的自由度。一般手腕設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求。目前，應(yīng)用最廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度較?。ㄒ话阈∮? 270o），并且要求嚴(yán)格密封，否則就很難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此，在要求較大或轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條齒輪傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于臂部的最前端，它連同手部的精、動(dòng)載荷均由臂部承受。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 綜合考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局。如應(yīng)解決好腕部與臂部和手部的連接，腕部各個(gè)自由度的位置檢測(cè)，管線布置，以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題。 必須考慮工條件 對(duì)于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的機(jī)械手，其腕部 在設(shè)計(jì)是應(yīng)充分估計(jì)環(huán)境對(duì)腕部的不良影響（如熱膨脹、壓力油的粘度惡化燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控元件的耐熱性等）。根據(jù)以上幾點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出腕部的結(jié)構(gòu)如圖 32。其為典型腕部結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。直接用回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 19 圖 1—— 回轉(zhuǎn)液壓缸 2—— 手爪驅(qū)動(dòng)液壓缸 3—— 左進(jìn)油管 4—— 手部油管 5—— 右進(jìn)油管 6—— 固定葉片 7— — 回轉(zhuǎn)軸 8—— 回轉(zhuǎn)葉片 9—— 缸體 圖 ，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從 BB剖視圖上可以看出，回轉(zhuǎn)葉片（簡(jiǎn)稱動(dòng)片）用螺釘、銷釘和轉(zhuǎn)軸 7 連接在一起，定片 6則和缸體 9 連接。壓力油分別由油孔 5 進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動(dòng)片、定片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于 270176。 ），圖示液壓缸可以回轉(zhuǎn) 177。90176。 。 圖示手部的開(kāi)閉動(dòng)作采用單作用液壓缸，只需一個(gè)油管。通向手部驅(qū)動(dòng)液壓缸的油管是從回轉(zhuǎn)缸壁通過(guò)，然后通過(guò)一個(gè)環(huán)槽結(jié)構(gòu)包圍 手部夾緊缸，腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，不論在哪個(gè)方位油路仍可保證暢通，這種布置可使油管既不外露，又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來(lái)和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓缸）由手臂內(nèi)通過(guò)并經(jīng)腕部回轉(zhuǎn)缸壁分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動(dòng)液壓缸。 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 腕部回轉(zhuǎn)時(shí)，需要克服以下幾種阻力。 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 一般為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取 = 阻力矩 克服由于工件重心偏置所需的力矩 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 20 = 式中 e—— 工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離（ m）。 克服啟動(dòng)慣性所需的力矩 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 ω 及啟動(dòng)所用時(shí)間 ，按下式計(jì)算 或者根據(jù)腕部角速度 ω 及啟動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)過(guò)的角度 φ 啟按下式： 式中 J工件 —— 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ N m ）； J —— 手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ N m ）； ω —— 手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角速度（ 1/s）； t啟 —— 啟動(dòng)過(guò)程中所需時(shí)間（ s），一般取 ； —— 啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（ rad）。 手腕回轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力矩相當(dāng)于上述三項(xiàng)之和。 如果手腕回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ J+ ）不是很大時(shí)，手腕啟動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的慣性力矩也不大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算可以將計(jì)算力矩 、 適當(dāng)放大，而省略掉 ，這時(shí) ) 具體計(jì)算過(guò)程如下 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 21 設(shè)：（ 1）手爪、手爪驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件為一個(gè)等效圓柱體，高為 30cm,直徑為 20cm,其所受重力為 G=400N。 （ 2）摩擦阻力矩 = （ 3）啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 =15 =, 等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 ω=90 = 求 = = N m = = N m 代入 m = = N m 手腕回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力距，為了使該機(jī)械手具有更好的通用性，以及與相應(yīng)的機(jī)構(gòu)尺寸相吻合，設(shè)回轉(zhuǎn)的基本尺寸如下： 回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D=40mm 輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑 d=10mm 動(dòng)片寬度 b=45mm 回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 p=3M 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 22 ∴ 因?yàn)?，所以是符合要求的。 臂部 手臂部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部（包括 工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。 臂部的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī)械手的工作性能。 由本機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)可知該臂部分三部分：回轉(zhuǎn)缸、伸縮缸和俯仰擺動(dòng)液壓缸?；剞D(zhuǎn)缸實(shí)現(xiàn)的是手臂旋轉(zhuǎn)，伸縮缸 實(shí)現(xiàn)的是手臂升降，俯仰缸實(shí)現(xiàn)的是手臂的俯仰。 手臂伸縮液壓缸 伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)整體考慮，手臂作直線運(yùn)動(dòng)的部分設(shè)計(jì)為雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)，其圖 如 下： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 23 圖 雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu) 1—— 缸蓋 2—— 導(dǎo)向桿 3—— 活塞 4—— 缸體 5—— 活塞桿 6—— 導(dǎo)向套 從圖中可較清楚地看到手臂伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)；導(dǎo)向桿 2 在導(dǎo)向套內(nèi)移動(dòng)，以防手臂伸縮時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（小臂回轉(zhuǎn)，手腕回轉(zhuǎn)和手爪夾緊液壓缸用的輸油管道安裝在其內(nèi)）。 由于手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向管承受彎曲作 用，活塞桿只受軸向的拉力和壓力，故大大減少了活塞桿的受力，使傳動(dòng)平穩(wěn)。 手臂伸縮液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 式中 —— 摩擦阻力。手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)件表面的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 —— 密封裝置處的摩擦阻力。 —— 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力。 —— 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受平均慣性力 。 1） 的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。 圖 水平移動(dòng)液壓缸受力圖 圖 為雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀為圓柱面，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮缸的兩側(cè)，啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向裝置的摩擦阻力較大，計(jì)算如下： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 得 =0 得 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 25 = ∴ 式中 —— 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工作重力）（ N）； L—— 手臂參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支承前端的距離（ m） 。 a—— 導(dǎo)向支承的長(zhǎng)度（ m）； —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。 對(duì)于圓柱面： =（ ~） —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)； 鋼對(duì)青銅：取 =~ 鋼對(duì)鑄鐵：取 =~ 取 =，設(shè) 手爪、手爪驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸所受重力為 G=400N，手臂伸縮液壓缸所受重力為 G=150N，則 =400+150+300=850N， L=50mm， a=100mm，則 =850( =442N 2） 的計(jì)算 不斷密封圈其摩擦阻力不同，此處選用 “Y” 形密封圈。 = pπdl 式中 —— 摩擦系數(shù)， =~ P—— 密封處的工作壓力（ ）； d—— 密封處的直徑（ m） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 26 l—— 沿軸向的密封長(zhǎng)度，相當(dāng)于唇部的寬度（ m）。 根據(jù)活塞桿的直徑選 “Y” 形密封圈型號(hào)為 B16407ACM，內(nèi)徑為 16mm，唇部寬度為7mm，設(shè)密封處工作壓力為 ， 則 = pπdl= π= 3） 的計(jì)算 一般背壓阻力較小，可按 =,此處忽略不計(jì)。 4） 的計(jì)算 式中 —— 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（包括工件重量）（ N）； g—— 重力加速度，取 。 —— 由靜止加速到常速的變化量（