【文章內容簡介】 方位可得握力計算公式 所以 490N 實際驅動力 因為傳力機構為齒輪齒條傳動故取 094 并取 15 若被抓取工件的最大加速度取 a g 時則 所以 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為 1563N 2 氣缸的直徑 本氣缸屬于單向作用氣缸根據力平衡原理單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時 的總阻力其公式為 式中 活塞桿上的推力 N 彈簧反作用力 N 氣缸工作時的總阻力 N P 氣缸工作 壓力 Pa 彈簧反作用按下式計算 式中 彈簧剛度 Nm L 彈簧預壓縮量 m S 活塞行程 m d 彈簧鋼絲直徑 m D 彈簧平均直徑 m D 彈 簧外徑 m n 彈 簧 有效 圈數(shù) G 彈簧 材料剪切模量一般取 G 794X 1 護 Pa 在設計中必須考慮負載率幾的影響則 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 代入有關數(shù)據可得 所以 查有關手冊圓整得 D 65 mm 由 dD O2～ 03 可得活塞桿直徑 d 02～ 03 D 13～ 195 mm 圓整后取活塞桿直徑 d 18 mm 校核按公式 有 其中 120MPa F 750N 則 d 4490120 228 18 滿足設計要求 3 缸筒壁厚的設計 缸筒直接承受壓縮空氣壓力必須有一定厚度一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于 110 其壁厚可按薄壁筒公式計算 式中 6 缸筒壁厚 mm D 氣缸內 徑 咖 P 實驗壓力取 P 15PPa 材料為 ZL3[] 3MPa 代入己知數(shù)據則壁厚為 65 mm 取 75 mm 則缸筒外徑為 D 65752 80 mm 32 氣流負壓式吸盤 氣流負壓式吸盤是利用吸盤 即用橡膠或軟性塑料制成皮腕 內形成負壓將工件吸住它適用于搬運一些薄片形狀的工件如薄鐵片板材紙張以及薄壁易碎的玻璃器皿弧形殼體零件等尤其是玻璃器皿及非金屬薄片吸附效果更 為明顯 氣流負壓式與鉗爪式手部相比較氣流負壓式手部具有結構簡單重量輕 表面吸附力分布均勻但要求所吸附表面平整光滑無孔和無油 按形成負壓 或真空 的方法氣流負壓式手部可分為真空式氣流負壓式和擠壓排氣式吸盤在本機械手中擬采用噴射式氣流負壓吸盤 圖 3 3 噴 射 氣 流 原 理 圖 Fig33 Principium Diagram Of Eject Airflow 噴射式氣流負壓吸盤的工作原理如圖 33 所示根據流體力學氣體在穩(wěn)定流動狀態(tài)下單位時間內氣體經過噴嘴的每一個截面的氣體質量均相等因此在最簡單的情況下低流速 高壓強 截面的噴嘴應當具有大面積而高流速 低壓強 截面的噴嘴應當具有小面積所以壓縮空氣由噴嘴進口處 A 進入后噴嘴開始一段由大到小逐漸收縮而氣流速度逐漸增大當沿氣流流動方向截面收縮到最小處 X 時〔即臨界面積 流速達到臨界速度即音速此時壓力近似為噴嘴進口處的壓力之半即 052 8P 為了使噴 嘴出口處的壓力低于 Pk 必須在噴嘴臨界面以后再加一段漸擴段這樣可以在噴嘴出口處獲得比音速還要大的流速即超音速并在該處建立低壓區(qū)域使 C處的氣體不斷的被高速流體卷帶走如 C處形成密封空腔就可使腔內壓力下降而形成負壓當在 C 處連接橡膠皮腕吸盤即可吸住工件 圖 3 4 所示為可調的噴射式負壓吸盤結構圖為了使噴嘴更有效地工作噴嘴口與噴嘴套之間應當有適當?shù)拈g隙以便將被抽氣體帶走當間隙太小時噴射氣流和被抽氣體將由于與套壁的摩擦而使速度降低因而降低了抽氣速率當間隙太大時離噴射氣體越遠的氣體被帶著向前運動的速度就越低同時間隙過大 從噴嘴套出口處反流回來的氣體就越多這就使抽氣速率大大的降低因此間隙要適宜最好使噴嘴與噴嘴套之間的間隙可以調節(jié) 以便噴嘴有效地工作在圖 34 中噴嘴 5與噴嘴套 6 的相對位置是可以調節(jié)的以便改變間隙的大小 株膠吸盤 2 吸盤芯子 3 通氣壞打 4 吸盤體 5 噴嘴 6 噴嘴套 圖 3 4 可 調噴 射 式 負 壓 吸 盤 結構 Fig34 Structure of Adjustable Ejective Minus Pressure Cupula 下面計算吸盤的直徑 吸盤吸力的計算公式為 P 式中 P 吸盤吸力 N 本機械手的吸盤吸力為 50N 故 P 50N D 吸盤直徑 cm N 分吸盤數(shù)量本機械手吸盤數(shù)量為 1 吸盤吸附工件在起動時的安全系數(shù)可取 K 月 22 在此取 15 工作情況系數(shù)若板料間有油膜存在則要求吸附力大些若裝有分 料器 則 吸附力就可小些另外工件從模具取出時也有摩擦力的作用 同 時 還應考慮吸盤在運動過程中由于加速運動而產生的慣性力影響 因 此 應根據工作條件的不同選取工作情況系數(shù)一般可在 1～ 3 的范圍內選取在此取 2 方位系數(shù)吸盤垂直吸附時則 1ff 為摩擦系數(shù)橡膠吸盤吸附金屬材 料時取戶05～ 08 當吸盤水平吸附時取 l 在此 取 5 代入數(shù)據得 1692 cm 第四章手腕結構設計 考慮到機械手的通用性同時由于被抓取工件是水平放置因此手腕必須設 有回轉運動才可滿足工作的要求因此手腕設計成回轉結構實現(xiàn)手腕回轉運 動的機構為回轉氣缸 41 手腕的自由度 手腕是連接手部和手臂的部件它的作用是調整或改變工件的方位因而它具有獨立的自由度以使機械手適應復雜的動作要求 手腕自由度的選用與機械手的通用性加工工藝要 求工件放置方位和定位 精度等許多因素有關由于本機械手抓取的工件是水平放置同時考慮到通用性 因此給手腕設一繞 x 軸轉動回轉運動才可滿足工作的要求 目前實現(xiàn)手腕回轉運動的機構應用最多的為回轉油 氣 缸因此我們選用回轉氣缸它的結構緊湊但回轉角度小于 3600 并且要求嚴格的密封 42 手腕的驅動力矩的計算 421 手腕轉動時所愉的驅動力矩 手腕的回轉上下和左右擺動均為回轉運動驅動手腕回轉時的驅動力矩必 須克服手腕起動時所產生的慣性力矩手腕的轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩 動片與缸徑定片端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉 動件的中心與轉 動軸線不重合所產生的偏重力矩圖 41 所示為手腕受力的示意圖 1 工件 2 手部 3 手腕 圖 41 手碗回轉時受力狀態(tài) Fig41 Bear Force Condition of Wrist When Rotating 手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算 M M M MMcm 41 式中 M 驅動手腕轉動的驅動力矩 Kg178。 cm M 慣性力矩 Kg178。 cm M 參與轉動的零部件的重量 包括工件手部手腕回轉缸的動片 對轉 動 軸 線 所 產生 的 偏 重 力 矩 Kg178。 cm M 手 腕轉動軸與支承孔處的摩擦阻力矩 Kg178。 cm M 手 腕回轉缸的動片與定片缸徑端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 Kg178。 cm 下面以圖 41 所示的手腕受力情況分析各阻力矩的計算 1 手腕加速運動時所產生的慣性力矩 M 若手腕起動過程按等加速運動手腕轉動時的角速度為起動過程所用的 時間為△ t 則 M Ncm 若手腕轉動時的角速度為起動過程所轉過的角度為△則 M Ncm 式中 J 參與手腕轉動的部件對 轉動軸線的轉動慣量 N178。 cm178。 s J 工件對手腕轉動軸線的轉動慣量 N178。 cm178。 s 若工件中心與轉動軸線不重合其轉動慣量 J 為 J 工件對過重心軸線的轉動慣量 N178。 cm178。 s G 工件的重量 N 工件的重心到轉動軸線的偏心距 cm 手腕轉動時的角速度 弧度 s 起動過程所需的時間 S 起動過程所轉過的角度 弧度 2 手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力矩 M M 式中 G 手腕轉動件的重量 N e 手腕轉動件的重心到轉動 軸線的偏心距 cm 當工件的重心與手腕轉動軸線重合時則 0 3 手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M M 式中 dd 手腕轉動軸的軸頸直徑 cm f 軸承摩擦系數(shù)對于滾動軸承 f 001 對于滑動軸承 f 01 RR 軸頸處的支承反力 N 可按手腕轉動軸的受力分析求解根據得 RlGl Gl Gl 同理根據得 R 式中 G 手部的重量 N 11ll 如圖 41 所示的長度尺寸 cm 4 回轉缸的動片與缸徑定片端蓋等處密封裝置的摩 擦阻力矩 M 與選用 的密襯裝置的類型有關應根據具體情況加以分析 422 回轉氣缸的驅動力矩計算 在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸它的二理如圖 42所示定片 1與缸體 2固連動片 3與回轉軸 5固連動片封圈 4把氣腔分隔成兩個當壓縮氣體從孔 a進入時推動輸出軸作逆時 4回轉則低壓腔的氣從 b孔排出反之輸出軸作順時針方向回轉單葉 J 氣缸的壓力 p 和驅動力矩 M 的關系為 49 或 圖 42 回轉氣缸簡圖 Fig42 Sketch of Rotating Gas Vat 式中 M 回轉氣缸的驅動力矩 N178。 cm P 回 轉氣缸的工作壓力 N178。 cm R 缸 體 內壁 半徑 cm r 輸 出 軸半 徑 cm b 動 片 寬度 cm 上述驅動 矩和壓力的關系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的若低壓腔有一定的背壓則上式中的 P 應代以工作壓力 P1 與背壓 P2 之差 第五章手臂結構設計 按照抓取工件的要求本機械手的手臂有三個自由度即手臂的伸縮左右回轉和升降 或俯仰 運動手臂的回轉和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的立柱的橫向移動即為手臂的橫移手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn) 51 手臂伸縮與手腕回轉部分 511 結構設計 手臂的伸縮是直線運動實現(xiàn)直線往復運動采用的是氣壓驅動的活塞氣缸由于活塞氣缸的體積小重量輕因而在機械手的手臂結構中應用比較多同時 氣 壓驅動的機械手手臂在進行伸縮 或升降 運動時為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉動以保證手指的正確方向并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用以增加手臂的剛性在設計手臂結構時必須采用適當?shù)膶蜓b置它應根據手臂的安裝形式具體的結構和抓取重量等因素加以確定同時在結構設計和布局上應盡量減少運動部件的重量和減少手臂對 回轉中心的轉動慣量在本機械手中采用的是單導向