【文章內(nèi)容簡介】 度變化量 2 5 5 4 .2 39 .8 0 .0 5 6 0aFN? ? ?? 啟動(dòng)： 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(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來初步確定。參閱機(jī)械設(shè) 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 計(jì)手冊(cè)表 1 aMP 。 計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d，由負(fù)載可知最大負(fù)載 F為 275N。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2－ 2可取 2P 為 aMP ， cm? 為 ， d/D為 。 又因?yàn)? 21124 0 .0 2 2 3 m11cmFDP dPPD?????????????? ? ? ? ????????????? () 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2－ 4，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(yīng)大于復(fù)位彈簧的彈力。 又因?yàn)檫M(jìn)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(jì)算 ? ?2yPD? ?? ， yP 為最大工作壓力 1P 的 ， yP ＝ aMP 。 ??? 高強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度要求計(jì)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(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 最小筒直徑 min 25D mm? 彈簧剛度 0 .7 6 9F Nk mmf?? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jì)算與分析 腕部設(shè)計(jì)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(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，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計(jì)手腕有繞 X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿 X軸左右擺動(dòng)兩個(gè)自由度。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。他的結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，自由度符合設(shè)計(jì)要求，它要求嚴(yán)格密封才能保證穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩。 ，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。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)動(dòng)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。 ，又承擔(dān)聯(lián)接和支承作用，除了保證力和運(yùn)動(dòng)的要求以及具有足夠的強(qiáng)度和剛度外還應(yīng)綜合考慮合理布局腕部和手部的連接、腕部自由度的檢測(cè)和位置檢測(cè)、管線布置以及潤滑、維修調(diào)整等問題。 （如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問題）。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 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： 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(xué)平衡方程求得。 f軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f= 為簡化計(jì)算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 圖 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖1G 工件重量（ kgf）， 2G 手部重量（ kgf）， 3G －手腕轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)軸線的垂直距離（ m） ，所需的力矩 M慣 啟動(dòng)過程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 ? 及啟動(dòng)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(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉(zhuǎn)過程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度（度） 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。 MMMM ? ? ?總 偏 摩 慣 () 因?yàn)槭滞蠡剞D(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?J+J工 件不是很大，手腕起動(dòng)過程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也不大，為了簡化計(jì)算，可以將計(jì)算 M偏， M摩適當(dāng)放大，而省 略掉 M慣，這時(shí)? ?M M M??總 偏 摩 (1)設(shè)手指，手指驅(qū)動(dòng)油缸及回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動(dòng)件為一個(gè)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(shè)起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度 ?起 ＝ 20 ,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 100 s? ?? 計(jì)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(zhuǎn)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(qū) ， 15d mm? ，取轉(zhuǎn)軸直徑 d=40mm。 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩 M總 ，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片 1 與缸體 2 固連，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固連，當(dāng) a,b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 M= 22 R r )2pb（ ? M總 () 式中： M總 — 手腕回轉(zhuǎn)總的阻力矩（ N m） P— 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 r— 缸體內(nèi)徑半徑（ cm） R— 輸出軸半徑（ cm） b— 動(dòng)片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定 b,R,r 中兩個(gè)： Dd =— , 2b 2Dd? ,取 Dd =2， 2bDd =3 又因?yàn)?d=40mm，則 D=80mm， b=60mm 去頂回轉(zhuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 腕 部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì) M M M M? ? ?摩 偏 慣 偏離重心 e的計(jì)算及 M偏 腕部擺動(dòng)油缸設(shè)計(jì)尺寸圖 估計(jì) L=45cm， 1216 , 45 , 5e c m e c m R c m? ? ?， ?桿 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(yùn)動(dòng)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(shè) w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgf m) 則擺動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩 M M M M? ? ?摩 偏 慣 =(kgf m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑 / [ ]tT M WT T?驅(qū) 抗拒剖面摸量 33()16TW d mm?? 所需驅(qū) 動(dòng)力矩 3 16 30Md m m???? 驅(qū)[ ]T () 取 d=50mm 所以機(jī)械手的擺動(dòng)采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到腕部擺動(dòng)目的。 22 ()2p b R rMM???總 () 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 又因?yàn)椋?Dd=— , 2b 2Dd?，取 Dd=2， 2bDd?=3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉(zhuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)度 轉(zhuǎn)軸直徑 d=40mm,由 GB109579選鍵為 b? h=12? 8 轉(zhuǎn)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(jì)算與分析 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 手臂部件是機(jī)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(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。因此，臂部具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求：即 手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由油缸驅(qū)動(dòng)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)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(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力復(fù)雜。因而，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都直接影響機(jī)械手的工作性能。 機(jī)身是固定的，它直接承受和傳動(dòng)手臂的部件，實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿足下列各項(xiàng)基本要求： 長 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)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(duì)于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能，位置精度和負(fù)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(yīng)注意： (1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身既受彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用