【正文】 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(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn) 動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 . 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算 : M驅(qū) = M慣 + M偏 + M摩 +M封 cm (41) 式中 : M驅(qū) —— 驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 (Kg﹒ cm)。 M慣 —— 慣性力矩 (Kg﹒ cm)。 M偏 —— 參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片 )對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng) 軸 線 所 產(chǎn)生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒ cm),. M摩 —— 手 腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm)。 M封 —— 手 腕回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與定片、缸徑、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm )。 下面以手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算 : M 若手腕起動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過程所用的 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 時(shí)間為△ t，則 : M= 若手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為 ? ，起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度為△ ? ，則 : M= () 式中 : J—— 參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 J1 —— 工件對(duì)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 若工件中心 與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1 ,為 : Jg —— 工件對(duì)過重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (N178。 cm178。 s2 )。 G1 —— 工件的重量 (N)。 1e —— 工件的重心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm), ? —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度 (弧度 /s)。 t? —— 起動(dòng)過程所需的時(shí)間 (S)。 ?? —— 起動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度 (弧度 )。 M M= 3311 eGeG ? 式中 : G3 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量 (N)。 e3 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心 到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的偏心距 (cm). 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合時(shí)，則 11eG =0 . M M= 式中 : d1 、 d2 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸頸直徑 (cm)。 f—— 軸承摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f= ，對(duì)于滑動(dòng)軸承 f=。 RA 、 RB —— 軸頸處的 支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，根據(jù) ? ?? ? 0FmA 得 : RB l+G3 l3 =G2 l2 + G1 l1 ? ? tJJ ?? ?1? ? ???? 2 21JJ2111 egGJJ g ??? ?122 dRdRf BA ?平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 同理，根據(jù) ? ?? ? 0FmB 得 : RA = 式中 : G2 —— 手部的重量 (N) 11 、 l2 、 l3 —— 如圖 41 所示的長度尺寸 (cm). 、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M4，與選用 的密襯裝置 的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。 回轉(zhuǎn)氣 缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 在機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的二理如圖41所示，定片 1與缸體 2固連，動(dòng)片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。 動(dòng)片密封圈 4把 氣腔分隔成兩個(gè) .當(dāng)壓縮氣體從孔 a進(jìn)入時(shí)，推動(dòng)輸出軸作逆時(shí) 4回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b孔排出。反之，輸出軸作順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。單葉 J氣缸的壓力 p和驅(qū)動(dòng)力矩M的關(guān)系為 : （ 42） 或： 圖 41 回轉(zhuǎn)氣缸簡圖 ? ?222 rRb Mp ??? ?2 22 rRpbM ??l lGlGlG 332211 ??平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 式中 : M 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩 (N﹒ cm)。 P 回 轉(zhuǎn)氣缸的工作壓力 (N﹒ cm)。 R 缸 體 內(nèi)壁 半徑 (cm)。 r 輸 出 軸半 徑 (cm)。 b— 動(dòng) 片 寬度 (cm). 上述驅(qū)動(dòng) 矩和壓力的關(guān)系式是對(duì)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(yīng)代以工作壓力 P1 與背壓 P2之差 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 第 5 章 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫 向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。 手臂伸縮與手腕回轉(zhuǎn)部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂的伸縮是直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞氣缸。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。同時(shí) ， 氣 壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮 (或升降 )運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在本機(jī)械手中 ， 采用的是單導(dǎo)向桿作為導(dǎo)向裝置，它可以增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 現(xiàn)將其工作過程描述如下 : 手臂主要由雙作用式氣缸、導(dǎo)向桿、定位拉桿和兩個(gè)可調(diào)定位塊 等組成。雙作用式氣 的缸體固定，當(dāng)壓縮空氣分別從進(jìn)出氣孔 c, e 進(jìn)入雙作 用式氣缸的兩腔時(shí)，空心活塞套桿帶動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)缸和手部一同往復(fù)移動(dòng)。 在空心活塞套桿中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸 ， 一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。在雙作用式氣缸缸體上方裝置著導(dǎo) 向桿，用它防止 活塞套桿在做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手部的手指按正確 的方向運(yùn)動(dòng)。為了保證手嘴伸縮的快速運(yùn)動(dòng)。在雙作用式氣缸的兩個(gè)接氣管口 c, e 出分別 串聯(lián)了快速排氣閥 .手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的行程大小，通過調(diào)整兩塊可調(diào)定位塊的位置而達(dá)到。手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的緩沖采用液壓緩沖器實(shí)現(xiàn) . 手腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸實(shí)現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖 。 另外活塞套桿做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運(yùn)動(dòng)速度。 置 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮 (或升降 )運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shè)計(jì)手臂結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它應(yīng)根據(jù)手臂的安平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng) 盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 目前常采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿 、四導(dǎo)向桿等，在本機(jī)械手中采用單導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)如附圖所示。手臂升降裝置由轉(zhuǎn)柱 、升降缸活塞軸、升降缸體 , 碰鐵、可調(diào)定位塊、定位拉桿 、緩沖撞鐵 、定位塊聯(lián)接盤和導(dǎo)向桿 等組成 。轉(zhuǎn)柱上鉆有 a, b, c, d, e 和 f六條氣路，在轉(zhuǎn)柱上端用管接頭和氣 管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸 (用 a, b氣路 )，手部夾緊氣缸 (用 d氣路 ) 和手臂伸縮氣缸 (用 c, e氣路 )，轉(zhuǎn)柱下端的 f氣路，將壓縮空氣引到升降缸上 腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動(dòng)升降缸體上升，并由兩個(gè)導(dǎo)向桿進(jìn)行導(dǎo) 向，同時(shí)碰鐵隨升降缸體一同上移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊后，即帶動(dòng) 定位拉桿 ,緩沖撞鐵向上移動(dòng)碰觸升降用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。當(dāng) , 兩 面接觸時(shí)而定位。上升行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊來實(shí)現(xiàn)。最大可調(diào)行程為 170mm,緩 沖行程根據(jù)抓重和手臂移動(dòng)速度的要求亦可調(diào)整，其范圍為 1530mm, 故上升行程最大值為 200mm。手臂下降靠自重實(shí)現(xiàn)。 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體、轉(zhuǎn)軸、定片、回轉(zhuǎn)定位塊、回轉(zhuǎn)中間定位塊和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器等組成。當(dāng)壓縮空氣通過管路分別進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)氣缸的兩腔時(shí)，推動(dòng)動(dòng)片連同轉(zhuǎn)軸一同回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過平鍵而帶動(dòng)升降氣缸活塞軸、定位塊聯(lián)接盤、導(dǎo)向桿、定位拉桿、升降缸體和轉(zhuǎn)柱等同步回轉(zhuǎn)。因轉(zhuǎn)柱和手臂用 螺栓連接，故手胃亦作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸采用矩形密封圈來密封，密封性能較好，對(duì)氣缸孔的機(jī)械加工 精度也易于保證。 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用多點(diǎn)定位緩沖裝置，其工作原理見回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器部分。手臂回轉(zhuǎn)角度的大小，通過調(diào)整兩塊回轉(zhuǎn)定位塊 8 和回轉(zhuǎn)中間定位塊 9 的位置而定。 手臂伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 1． 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 根據(jù)手臂伸縮運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力公式 : 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 F=Ff+ ( 51) 其中，由于手臂運(yùn)動(dòng)從靜止開始，所以 △ v=v, 摩攘系 數(shù) :設(shè)計(jì)氣缸材料為 ZL3，活塞材料為 45鋼，查有關(guān)手冊(cè)可知 f=.質(zhì)量計(jì)算 :手臂伸縮部分主要由手臂伸縮氣缸、手臂回轉(zhuǎn)氣缸、夾緊氣缸、手臂伸縮用液壓緩沖器、手爪及相關(guān)的固定元件組成。氣缸為標(biāo)準(zhǔn)氣缸，根據(jù)中國煙 臺(tái)氣動(dòng)元件廠的《產(chǎn)品樣本》可估其質(zhì)量，同時(shí)測量設(shè)計(jì)的有關(guān)尺寸，得知伸縮部分夾緊物體時(shí)其質(zhì)量為 70kg，放松物件后其質(zhì)量為 :S= 則上料時(shí)： ? ?NF f 3 5 ???? F=Ff + = 3???? =1540（ N） 下料時(shí)： ? ?NF f 2 7 ???? F=Ff + = ???? =935(N) 考慮安全因 素，應(yīng)乘以安全系數(shù) K= 則上料時(shí) : F=1540? =1850 (N) 下料時(shí) : F=935? =1120 (N) 根據(jù)雙作用氣缸的計(jì)算 公式 (52) 其中 : F1 —— 活塞桿伸出時(shí)的推力， N tm???tm???41 ??DpF ?? ?4 222 ?? pdDF ??tm???平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ）