【文章內容簡介】 度變化量 2 5 5 4 .2 39 .8 0 .0 5 6 0aFN? ? ?? 啟動： aF F F N? ? ? 穩(wěn)態(tài)： 275fa WF F F N? ? ? 工作壓力 P的確定，工作壓力根據負載大小及機器的類型來初步確定。參閱機械設 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 12 計手冊表 1 aMP 。 計算液壓缸內徑 D和活塞桿直徑 d，由負載可知最大負載 F為 275N。 根據液壓系統(tǒng)設計手冊表 2－ 2可取 2P 為 aMP ， cm? 為 ， d/D為 。 又因為 21124 0 .0 2 2 3 m11cmFDP dPPD?????????????? ? ? ? ????????????? () 根據液壓系統(tǒng)設計手冊表 2－ 4，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑 D=25mm,活塞桿直徑按 d/D＝ 2－ 5活塞直徑系列取 d=18mm。 按工作要求夾緊力為一個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。夾緊缸的工作壓力應大于復位彈簧的彈力。 又因為進油缸在有桿腔，則其有效工作面積 ? ?2 2 20 .1 8 84A D d cm?? ? ? () 液壓缸壁厚和外徑計算 ? ?2yPD? ?? ， yP 為最大工作壓力 1P 的 ， yP ＝ aMP 。 ??? 高強度鑄鐵， ??? ＝ 60 aMP ? ? 1 2 25 2 4 33D D m m?? ? ? ? ? ? 液壓缸工作行程的確定，并參照表 2－ 6中的系列尺寸選取標準值 S=100mm。 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度 t按強度要求計算。 ? ? yPtD?? () mm? 現(xiàn)取 t=20mm。 活塞的寬度 B一般取 B=( )D==15mm。 夾緊缸彈簧的確定。 彈簧工作載荷 F=50N 最大軸直徑 max 18D mm? 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 13 最小筒直徑 min 25D mm? 彈簧剛度 0 .7 6 9F Nk mmf?? 查機械設計手冊表 － 8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得 材料直徑 d=,彈簧中徑 D=25mm,節(jié)距 P= . 單圈彈簧工作極限載荷下變形量為 ，單圈彈簧剛度 Nk mm? ? 。 max 100PN? max 3max8GdZ PC?? () 10DC d?? 曲度系數(shù) 1k ＝ ， G－彈簧材料的剪切彈性模量，鋼材 G= ? ?258 10 kgcm? Z=110mm,則活塞缸總長 L=120mm。 腕部 計算與分析 腕部設計的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的方位，以擴大機械手的動作范圍，適應性更強。手腕具有獨立的自由度，此設計手腕有繞 X軸轉動和沿 X軸左右擺動兩個自由度。手腕回轉運動機構為回轉油缸，擺動也采用回轉油缸。他的結構緊湊，靈活，自由度符合設計要求，它要求嚴格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉矩。 ，它連同手部的動靜載荷均由臂部承受。腕部的結構、重量和動力載荷直接影響著臂部的結構、重量和運動性能。因此在腕部設計時，必須力求結構 緊湊，重量輕。 ，又承擔聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運動的要求以及具有足夠的強度和剛度外還應綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測和位置檢測、管線布置以及潤滑、維修調整等問題。 （如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點，有關材料及電控電測元件的耐熱性等問題）。 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 14 腕部回轉力矩的計算 腕部回轉時，需要克服以下幾種阻力： M摩 從圖 ： M摩＝ ? ?1 1 2 22f R D R D? ? ?kgf m? 12DD 軸承直徑（ m） 式中： 12RR －軸承處支反力 ? ?kgf m? ；可靜力學平衡方程求得。 f軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 f= 為簡化計算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 圖 腕部回轉支承處的受力圖1G 工件重量（ kgf）， 2G 手部重量（ kgf）， 3G －手腕轉動件重量（ kgf） 1G 重心偏置所引起的力矩 M偏 M偏 ＝ 1G e? （ kgf） 式中 e－工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離（ m） ，所需的力矩 M慣 啟動過程近似等加速運動，根據手腕回轉的角加速度 ? 及啟動所用的角速度 ?起 ： M慣 ＝ ? ? 20 .0 1 7 5 2JJ ? ?? ? ? ?工 件 () 式中： J工 件 －工件對手腕回轉軸線的轉動慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉部分對手腕回轉軸線的轉動慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉過程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動過程所轉過的角度（度） 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 15 手腕回轉所需要的驅動力矩應當?shù)扔谏鲜鋈椫汀? MMMM ? ? ?總 偏 摩 慣 () 因為手腕回轉部分的轉動慣量 ? ?J+J工 件不是很大，手腕起動過程所產生的轉動力矩也不大，為了簡化計算，可以將計算 M偏， M摩適當放大，而省 略掉 M慣，這時? ?M M M??總 偏 摩 (1)設手指，手指驅動油缸及回轉油缸轉動件為一個等效圓柱體， L=50cm，直徑D=10cm，則 m=。 (2)摩擦阻力矩 M摩＝ 總 阻 力 矩 (3)設起動過程所轉過的角度 ?起 ＝ 20 ,等速轉動角速度 100 s? ?? 計算：求 M偏 ＝ ? ? 20 .0 1 7 52JJ ? ?? ? ? ?工 件 查型鋼表有： ? ?221 0 . 0 3 42J m R k g f m s? ? ? ? ? ? ? ?2 2 21 3 6 . 0 2 812J m L R k g f m s? ? ? ? ?工 件 代入 M慣 ＝ 256（ N m） M偏 ＝ 0。M摩 ＝ 阻 力 矩 。M摩 ＝ 阻 力 矩 +265 M= ? ?265 2 9 4 .4 k g0 .9 m?? 確定轉軸的最小尺寸 ? ， TW －抗扭剖面模量 ? ?3 32 9 4 .4 1 0 0 .2T Td?????，查得 ? ? 60 aT MP? ? ? ?3 ?? ?驅 ， 15d mm? ，取轉軸直徑 d=40mm。 回轉油缸所產生的驅動力矩必須大于總的阻力矩 M總 ，機械手的手腕回轉運動 所采用的單葉片回轉油缸，定片 1 與缸體 2 固連，動片 3 與轉軸 5 固連，當 a,b口分別進出油時，動片帶動轉軸回轉達到手腕回轉目的。 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 16 M= 22 R r )2pb（ ? M總 () 式中： M總 — 手腕回轉總的阻力矩（ N m） P— 回轉油缸的工作壓力 r— 缸體內徑半徑（ cm） R— 輸出軸半徑（ cm） b— 動片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設定 b,R,r 中兩個： Dd =— , 2b 2Dd? ,取 Dd =2， 2bDd =3 又因為 d=40mm，則 D=80mm， b=60mm 去頂回轉油缸工作壓力： 222()Mp b R r???總 2222 2 9 4 .4 8 .0 1 ( k g / )6 ( 8 4 ) cm? ??? () 由于系統(tǒng)工作壓力遠遠大于此壓力，因此回轉油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 腕 部擺動油缸設計 M M M M? ? ?摩 偏 慣 偏離重心 e的計算及 M偏 腕部擺動油缸設計尺寸圖 估計 L=45cm， 1216 , 45 , 5e c m e c m R c m? ? ?， ?桿 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 17 12( ) /e m e m e m m? ? ? ? ?桿 件 桿 件 =30cm 克服重心偏置所需的力矩 16 .41 ( )M G e kgf m? ? ?偏 克服摩擦所需力矩 M摩 M摩 = 克服運動慣性所需的力矩 M慣 J桿= 2 2 21( 3 ) / 12m L R m e? ? ?(kgm2s ) J件 = 22me =25? =(kgm2s ) J總 =(kgm2s ) M慣 =JW/t 設 w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgf m) 則擺動所需的驅動力矩 M M M M? ? ?摩 偏 慣 =(kgf m) 確定轉軸的最小直徑 / [ ]tT M WT T?驅 抗拒剖面摸量 33()16TW d mm?? 所需驅 動力矩 3 16 30Md m m???? 驅[ ]T () 取 d=50mm 所以機械手的擺動采用單葉片回轉油缸，定片與缸體固連，動片與轉軸固連，當兩油口分別進出油時，動片帶動轉軸轉動達到腕部擺動目的。 22 ()2p b R rMM???總 () 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 18 又因為： Dd=— , 2b 2Dd?，取 Dd=2， 2bDd?=3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉油缸工作壓力 2222 1 0 .5 8 /()MP kg cmb R r???總 () 由于系統(tǒng)工作壓力遠遠大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。 選鍵并校核強度 轉軸直徑 d=40mm,由 GB109579選鍵為 b? h=12? 8 轉軸直徑 d=50mm,由 GB109579選鍵為 b? h=20? 10 鍵校核如下公式 p? =2T? 310 /kld? [ p? ]， K—— 接觸面的高度 8 32 .24 [ ] 10 413 .20 8 [ ]p a ppph mmmpk h mm????? ? ???? ? ? ??? 取接方式：靜連接，輕微沖擊，查得 []p? =100aP 所以滿足要求 臂部計算與分析 臂部設計的基本要求 手臂部件是機械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動它們作空間轉動。 臂部運動的目的：把手部送到空間范圍內的任意一點。因此，臂部具有兩個自由度才能滿足基本要求：即 手臂，左右回轉和俯仰運動。手臂的各種運動由油缸驅動和各種傳動機構來實現(xiàn)，從背部的受力情況分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的靜動載荷，而且自身運動又較多，故受力復雜。因而，它的結構，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機械手的工作性能。 機身是固定的，它直接承受和傳動手臂的部件，實現(xiàn)臂部的回轉等運動。臂部要實現(xiàn)所要求的運動，需滿足下列各項基本要求： 長 春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 19 機械手臂式機身的承載能力，取決于其剛度，結構上采用水平懸伸梁形式。顯然，伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度逾差，而且 其剛度隨支臂桿的伸縮不斷變化，對于機械手的運動性能，位置精度和負荷能力等影響很大。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長度，還應注意： (1)根據受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機身既受彎曲（而且不僅是一個方向的彎曲）也受扭轉，應選用