【文章內(nèi)容簡介】 圖 42 缸蓋螺釘間距示意 表 43 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 工作壓力 P（ Mpa） 螺釘?shù)拈g距 t (mm) ~ 小于 150 ~ 小于 120 ~ 小于 100 ~ 小于 80 15 t 為螺釘?shù)拈g距，間距與工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表 43，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為： 0 39。sQ Q QF F F?? 式中 QF 為工作載荷， 39。FQs 為預(yù)緊力 計(jì)算： 液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=7 Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個(gè)螺釘； π d/4=110π /80=＜ 8，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個(gè) 危險(xiǎn)截面 4 2222 ???? ??? rR = Q PSF Z?所 以 ，= 8 6?? = s KFF ?‘ (K=~) 取 K=，則 ?QsF = N 0 39。sQ Q QF F F??=16407N 螺釘材料選擇 Q235， ? ? 240 1601 .5s M P an?? ? ? ?則（ n=~） 螺釘?shù)闹睆? ? ? 04 ???? ? ? 04 QFd ???? ?? ???= 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=14mm。 4． 3． 4 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密，當(dāng)油腔通高壓油時(shí)，動(dòng)片受油壓作用產(chǎn)生一個(gè)合成液壓力矩，克服輸出軸上所受的外載荷力矩。 由 ? ?2282Qb p dD d M F Z f? ? ?摩 得 ? ?224Q bpF D dZfd?? 16 QF —— 單個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力； D —— 動(dòng)片外徑； f —— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取 f=； d —— 輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，初步計(jì)算可按 D=（ ~） d D=110mm=，則 d=44mm； 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ? ?214QFd??? ?合 所以 ? ? 04 ???? 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 QF = )(4 22 dDZfdbp ? = )( 226 ???? ?? =22234N 螺釘材料選擇 Q235， 則 ? ? ??? 0sn?? 200MPa（ n=~） 螺釘?shù)闹睆? ? ? 04 ???? ?? ???= 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=14mm。 5 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 5． 1 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自 重輕 （ 2）臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小 （ 3）手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活 （ 4）位置精度要高 5． 2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 17 常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。 （ 2） 雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu) （ 3） 采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu) （ 4） 雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu) （ 5） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，其手臂的伸縮油缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承擔(dān)彎曲作用，活塞桿受拉壓作用，受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。使用液壓驅(qū)動(dòng) ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 5． 3 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算 ，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。 做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為 F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 5． 3． 1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 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。 0AM ?? bG L aF?總 得 b GLF a? 總 0Y?? baG F F??總 得 a LaFG a???? ????總 18 39。39。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。 2 LaFG a? ????? ????總摩 式中 G總 —— 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； L—— 手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一節(jié)的計(jì)算 。 a—— 導(dǎo)向支撐的長度（ m） 。 39。? —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對(duì)于圓柱面： ? ?????? ~~4 ?????????‘ ? —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取 ~?? 鋼對(duì)鑄鐵：取 ~?? 計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 . ????? ， N1400?總G ，L=656mm,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計(jì)為 160mm 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 ??????? ??? a aLGF 2?總摩 1400 ?????? ???? 160 =3864N 5． 3． 2 手 臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用 O 型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于 10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： 封F =。 5． 3． 3 手臂慣性力的計(jì)算 慣F = tvG ???總 式中 總G —— 參與運(yùn)動(dòng)的零件的總重力（包括工件） (N)； 19 v? —— 從靜止加速到工作速度的 變化量 (m/s)； t? —— 啟動(dòng)時(shí)間 (s)，一般取 ~； 設(shè)啟動(dòng)時(shí)間為 ， v? 最大為 。 則： 慣F = .20 ?? =163N 由于背壓阻力較小，可取 回F = 所以 F = 摩F + 慣F + 封F + 回F =3864+163++ F =4378N 所以手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力為 F =4378N。 5． 4 手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定 表 51 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 ~1 20210~30000 ~ 5000~10000 ~ 30000~50000 ~ 10000~20210 ~ 50000 以上 ~ 經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力 F=4378N，根據(jù)表 51 選擇液壓缸的工作壓力 P=1MPa； （ 1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖 52 所示 圖 52 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： ??? 4 211 DPPF ?? 20 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔： ???4 )( 2212 dDPPF ??? 液壓缸的有效面積： 1PPS? (mm2 ) 所以 ??? ???? 11 P PP PD （無桿腔） 214 dP PD ??? ?? （有桿腔） 式中 P —— 活塞驅(qū)動(dòng)力 (P)； 1p —— 油缸的工作壓力 (MPa)； d —— 活塞桿直徑； ? —— 油缸機(jī)械效率， 工程機(jī)械中用耐油橡膠可 取 ? =； 由上節(jié)求得驅(qū)動(dòng)力 F=4378N， 1p =1MPa，機(jī)械效率 ? = 將數(shù)據(jù)代入得： ??? ???? 11 P PP PD= ??= 根據(jù)表 41（ JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=80mm. （ 2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì) 外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)表 42（ JB106867） 取外徑選擇 133mm. （ 3） 活塞桿的計(jì)算校核 a，活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長 L大于直徑 d 的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： ? ??? pd 4? (mm) 設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的 ??? =100~120Mpa。本次取 ??? =110 則： 437 84 ????d= 所以活塞直徑按下表取 d=20mm，滿足強(qiáng)度要求。 21 表 52 活塞桿直徑系列（ GB/T234893） 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 現(xiàn)在進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其穩(wěn)定性條件為 kknpp? 式中 kp —— 臨界力 (N)； kn —— 安全系數(shù)， kn =2~4。 按中長桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其臨界力 kp =F( ?ba? ) 式中 F—— 活塞桿截面面積 (mm2 )； a， b—— 常數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)，碳鋼 a=461， b=； ?— — 柔度系數(shù)，經(jīng)計(jì)算為 70。 代入數(shù)據(jù)，臨界力 kp =F( ?ba? )= ）（ 2 ???? = 取 kn =3 kknpp ?? 4378 = MPa 所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。 5． 5 油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 (1) 缸體材料選擇無縫鋼管，此時(shí)端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點(diǎn)是 加工和裝拆方便，缺點(diǎn)是缸體開環(huán)槽削弱了強(qiáng)度 (2) 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 為保證連接的緊密性，螺釘間距 t1 應(yīng)適當(dāng)（如圖 42） ，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 0Q 為工作載荷 Q 和剩余預(yù)緊力 SQ? 之和 0Q =Q + SQ? 22 式中 Q—— 工作載荷， Q = Z pDZP 42?? ； 0D —— 螺釘中心所在圓的直徑； P—— 驅(qū)動(dòng)力。 Z—— 螺釘數(shù)目， Z=10tD? ； SQ? —— 剩余預(yù)緊力， SQ? =KQ， K=~； 計(jì)算： D=80mm，取 0D =88mm， P=1MPa，間距與工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表 ，間距應(yīng)小于 150mm，試選螺釘數(shù)為 6 個(gè)： 則 Z=10tD? ，代入數(shù)據(jù) 1t =46150，滿足要求； Q = Z pDZP 42?? =838N； 選擇 K=， SQ? = =1255N。 0Q =Q + SQ? =837+1257=2095N 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算 1d ? ?lJQ??4? 式中 JQ —— 計(jì)算載荷， JQ = 0Q ； ??l? —— 許用抗拉應(yīng)力， ??l? = ns? ； s? —— 螺釘材料的屈服點(diǎn)，材料選擇 45 鋼，則屈服強(qiáng)度為 352MPa； n—— 安全系數(shù)， n=，此處取 n=2； 1d —— 螺紋內(nèi)徑， 1d =， d 為螺釘公稱直徑， S 為螺距。 計(jì)算： 23 JQ = 0Q = 2095= 代入數(shù)據(jù)： 1d ??lJQ??4? =sn4??JQ = ?? ?? = 6 機(jī)身設(shè)計(jì)與計(jì)算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)， 這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)