【正文】 1 .5 72?? ? ????? ? ????? ? —— 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 ? ? 鋼對鑄鐵：取 ? ? 計算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 39。 ? ? ? ? ， 1070GN?總 ，L==,導(dǎo)向支撐 a設(shè)計為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計算 39。 2 2 1 . 4 1 0 . 1 61 0 7 0 0 . 3 5 9 7 8 . 60 . 1 6LF G Na? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總摩 手臂慣性力的計算 本設(shè)計要求手臂平動是 V= 5 minm ,在計算慣性力的時候 ,設(shè)置啟動時間?? ，啟動速度 ? V=V= , GvF gt?? ?總慣 () GvF gt?? ?總慣 1 0 7 0 0 .0 8 3 4 5 .59 .8 0 .0 2NS NN K g S???? 密封裝置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O型密封，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。 經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力： 0 .0 3 = 6 2 1 0 NF F F F? ? ?摩 慣 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=6210N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P=2MPa （ 1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 所示 圖 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔， 21 4DF F p ????? 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中， ? ?222 4DdF F p ?????? 液壓缸的有效面積： 1FS p? 故有 114 1 .1 3FFD pp? ? ??? （無桿腔） () 214FDdp???? （有桿腔） () F=6210N， 1p = 62 10 pa? ，選擇機(jī)械效率 ? ? 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： 6114 6 2 1 01 . 1 3 1 . 1 3 0 . 0 6 4 6 00 . 9 5 2 1 0FFDmpp???? ? ? ??? 根據(jù)表 41（ JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=65mm. （ 2） 液壓缸外徑的設(shè)計 根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm. （ 3） 活塞桿的計算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度要求。對于桿長 L 大于直徑 d的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計算： ? ?24Fd????? () 設(shè)計中活塞桿取材料為碳剛，故 ??? 100 120Mpa? ，活塞直徑 d=20mm,L=1360mm,現(xiàn)在進(jìn)行校核。 66226210 19. 8 10 100 10F Mpad? ??? ? ? ? ? ?? 結(jié)論： 活塞桿的強(qiáng)度足夠。 6 機(jī)身的設(shè)計計算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動，這些運(yùn)動的傳動機(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)動越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就 越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動。 機(jī)身的整體設(shè)計 按照設(shè)計要求，機(jī)械手要實現(xiàn)手臂 1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)一般設(shè)計在機(jī)身處。為了設(shè)計出合理的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮，分析。 機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種： （ 1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。 （ 2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊 。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動部件較大。 （ 3） 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。 分析： 經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計機(jī)身包括兩個運(yùn)動，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如上圖所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向?；ㄦI軸與與升 降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見下圖。 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進(jìn)油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對于本設(shè)計就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計要求，設(shè)計中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 1800。 圖 回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 （ 1） 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的 計算 手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩 M驅(qū) ，應(yīng)該與手臂運(yùn)動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M慣 及各密封裝置處的摩擦阻力矩 M阻 相平衡。 M M M M? ? ?驅(qū) 阻 回慣 () 慣性力矩的計算 00M J J t?? ??? ?慣 () 式中 ?? —— 回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量（ rads ），在起動過程中 ? ? =? ； ? t—— 起動過程的時間 (s)。 0J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣 量（ 2Nms?? ）。 若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 ? ，則 20 c GJJg ??? () 式中 cJ —— 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。 ? ?223 12zcJ m l R?? () 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長 1800mm，直徑為 60mm 的圓柱體，質(zhì)量為 置起動角度 ? =180，則起動角速度 ? ? = ，起動時間設(shè)計為 。 ? ?2 2 23 1 2 4 3zcJ m l R N m s? ? ? ? ? 220 1495c GJ J N m sg ?? ? ? ? ? 00 0 .3 1 4=1495 0 .1M J J t?? ?? ? ? ??慣 2Nms?? 密封處的摩擦阻力矩可以粗略估算下 M阻 = ，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計。 經(jīng)過以上的計算 M驅(qū) = 2Nms?? （ 2） 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計回轉(zhuǎn)缸的靜片和動片寬 b=60mm，選擇液壓缸的工作壓強(qiáng)為 8Mpa。 d為輸出軸與動片連接處的直徑，設(shè) d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計算： 28MDd??驅(qū)bp () D=151mm 既設(shè)計液壓缸的內(nèi)徑為 150mm,根據(jù)表 選擇液壓缸的基本外徑尺寸 180mm(不是最終尺寸 )，再經(jīng)過配合等條件的考慮。 （ 3） 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 根據(jù)表 所示，因為回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為 8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,根 據(jù)初步估算， 150 471L D mm?? ? ? ?， 39。t? 471 6L tZ ??,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個面 6個，兩個面是 12 個）。 危險截面 222 2 20 . 1 5 0 . 0 5 0 . 0 1 5 74S R r m? ? ? ?? ? ? ? 所以，QF? 20933PS NZ ? SF KF? ? = 20 93 3 31 40 0SF K F N? ? ? 所以0 =20933+ 31400=52333NQF 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ?? 200MPa?（ ? ） 螺釘?shù)闹睆?? ?0 64 1 .3 4 1 .3 5 2 3 3 3 0 .0 2 03 .1 4 2 0 0 1 0QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M20的開槽盤頭螺釘。 經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來連接，最終確定的液壓缸的截面尺寸如圖 所示，內(nèi)徑為 150mm，外徑為 230mm，輸出軸徑為 50mm 靜片動片連接螺栓液壓缸蓋連接螺釘 圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 （ 4） 動片和輸出軸間的連接螺釘 動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 ? ?2282Qb p dD d M F Z f? ? ?摩 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? 式中 QF —— 每個螺釘預(yù)緊力； D—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f= 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ? ?214QFd??? ?合 或 ? ?14 QFd ??? 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 ? ?224Q bpF D dZfd??= ? ?6 220 . 0 6 8 1 0 0 . 1 5 0 . 0 5 4 0 0 0 04 0 . 1 5 0 . 0 5 NZ ?? ??? ? ? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ? ? ?200MPa（ ? ） 螺釘?shù)闹睆? ? ?0 64 1 .3 4 1 .3 4 0 0 0 0 0 .0 1 3 53 .1 4 2 0 0 1 0QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M14的開槽盤頭螺釘。 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計算 手臂偏重力矩的計算 圖 手臂各部件重心位置圖 （ 1） 零件重量 G工 件 、 G爪 、 G腕 、 G臂 等。 60KgG ?工 件 現(xiàn)在對機(jī)械手手臂做粗略估算： G爪 和 G腕總共 =33Kg Kg?臂 G?總 G工 件 +G爪 +G腕 +G臂 = (2)計算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 ? 。 ?工 件 =1920mm ?手 和 腕 = ?臂 = G G GG? ? ?? ??? 手 腕 手 腕工 件 工 件 臂 臂總 () G G GG? ? ?? ??? 手 腕 手 腕工 件 工 件 臂 臂總1650mm? 所以，回轉(zhuǎn)半徑 ?? 1650mm (3) 計算偏重力矩 MG?? 總偏 () MG?? 總偏 10 9. 2 9. 8 1. 65 0 17 65K g m N m? ? ? ? ? 升降不自鎖條件分析計算 手臂在 G總 的作用下有向下的趨勢，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢。 由力的平衡條件有 1RF = 2RF 1RF h=G總 ? 即 1RF = 2RF =Gh?總 所謂的不自鎖條件為： G總 11 2 122 RF F F F f? ? ? 即 G總 2 Gh?總 f 2hf? 取 ? 則 ? () ? 當(dāng) ? =1650mm 時， ? =528mm 因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導(dǎo)套必須大于 528mm 手臂做升降運(yùn)動的液壓缸驅(qū)動力的計算 F F F F F G? ? ? ? ?回慣 摩 密 () 式中 F摩 — —摩擦阻力，參考圖 12F Ff?摩 取 f= G—— 零件及工件所受的總重。 （ 1） F慣