【導(dǎo)讀】件、操持工具或檢測裝置，完成各種作業(yè)。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用于鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動。環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視。操作人員頻繁取料，降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率。料設(shè)備和生產(chǎn)線上的自動抓取設(shè)備。幾年來,逐步開發(fā)了相關(guān)實驗、實訓(xùn)教學(xué)項目,合素質(zhì)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。

　　

【正文】 構(gòu)形狀，底板的剛度以及支座與底版的連接剛度等 方面考慮外，特別注意提高配合面間的接觸剛度。 (3)合理布置作用力的位置和方向 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合具體受力情況，設(shè)法使各作用力的變形相互抵消。 (1)設(shè)計臂部時，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡單，要全面分析各尺寸鏈，在要求高的部位合理，確定調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以及減少重要不見的間隙，從而提高剛度。 (2)水平放置的手臂，要增加導(dǎo)向桿的剛度，同時提高其配合精度和相對位置精度，使導(dǎo)向桿承受部分或者大部分自重。 (3)提高活塞和剛體內(nèi)徑配合精度，以提高手臂俯仰的剛度。 ，慣性 要小 機(jī)械手臂的運(yùn)動速度是機(jī)械手主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平，一般時根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求來決定。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動，（ V和 w 為常數(shù)），但在手臂的啟動和終止瞬間，運(yùn)動是變化的，為了減少沖擊，要求啟動時間的加速度和終止前的加速度不能太大，否則引起沖擊和振動。 第四章 手部計算與分析 31 對于告訴運(yùn)動的機(jī)械手，其最大移動速度設(shè)計在 1000～ 1500mm/s，最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在 180/o s 內(nèi)，在大部分行程距離上平均移動速度為 1000mm/s 內(nèi)，平均回轉(zhuǎn)角速度為 90/o s 內(nèi)。 為減少轉(zhuǎn)動慣量的措施： (1)減少手臂運(yùn)動件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。 (2)減少手臂運(yùn)動件的尺寸輪廓。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作，并且驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 為減少手臂運(yùn)動件之間的摩擦阻力，盡可能用滑動摩擦代替滑動摩擦。 對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動過程盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“ 卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 (1)計算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計算。 (2)計算零件重心位置，求出重心至回轉(zhuǎn)軸線的距離。 (3)求重心位置并計算偏重力臂 ? n21 i= ? + = GG G G G G ?? ? ? ? ? ?總 爪 腕 臂 () 2 2 2 222n11i=nii=GGG G G GG G G GX???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ????爪 腕 臂爪 腕 臂 () (4)計算偏重力矩 第四章 手部計算與分析 32 n11i= GM G X?????總偏 () 一般說來，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度教高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位置最難控制，精度差；在手冊上加設(shè)定位裝置和自檢測機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運(yùn)動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動，嚙合件的間隙。 除此之外，要求機(jī)械手同用性要好，能適合做種作業(yè)的要求；工藝性要好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱，冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手，還要設(shè)置防塵裝置等。 手臂的設(shè)計計算 通常先進(jìn)行粗略的估算，根據(jù)運(yùn)動參數(shù)初步 確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，在進(jìn)行校核計算，修正設(shè)計。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計計算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計敘述如下： 設(shè)小臂 L=40cm,D=60cm 則 m= 2 2 30 .0 5 0 .4 7 1 0 2 2R lp k g??? ? ? ? ? ? 則手臂總重 fm m m m??總 回桿 ， L=100mm m?回 2 2 30 .0 5 0 .1 7 1 0R lp??? ? ? ? ?= 22 29 7 9 52. 49m k g? ? ? ?總 . 俯仰缸的設(shè)計計算 第四章 手部計算與分析 33 圖 仰俯缸的設(shè)計尺寸圖 設(shè) 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當(dāng)手臂處在仰角為 1? 的位置 1OA 時，驅(qū)動力 P通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩為 11co s( )M Pb ????驅(qū) 因為 111 A D B Ctg O D O D? ??， 又因為 1 1 1117 6 c o s 6 0 7 6 1 5 c o s 6 0 5 1 17 6 7 6 s in 6 0 4 1oooA D B C B O a m mO D C A B m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 1tg? = ， 1? =15o ， 11co s( )M Pb ????驅(qū) 而 P= 24D P P P? ??封 背 P— 油缸的工作壓力（ 2/kg cm ） D— 油缸內(nèi)徑（ cm） P封 — 活塞缸與缸徑，活塞桿與端差的密封裝置處的摩擦阻力（ kg） P背 — 通油箱， P背 =0 ?? 取 ? =10600kg M?驅(qū) 10600? ? cos( 60)? = cm 當(dāng)手臂處在俯角為 2? 的位置 2OA 時，驅(qū)動力 P通過連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動力 第四章 手部計算與分析 34 22P b c o sM ????驅(qū) （ ） 因為： 2221A E A EO E O C E C? ?? ?2tg 2 2 2 2c os E B C O B O C b ??? ? ? ? ? ? 1OC c? 2 2 2sinEC A B b ??? 所以 1 22 2c o s 15s in oba tg cb ???? ???? 則 c os( 15 30 ) 95 05 0. 76 ?oM P b k g c m? ? ?驅(qū) 當(dāng)手臂處在水平位置即 OA?? 為驅(qū)動力矩時 c os( 15 30 ) 95 05 0. 76 ?oM P b k g c m? ? ?驅(qū) 因為 M M M M? ? ?驅(qū) 慣 偏 摩 由于手臂與支柱連軸有振動軸承，摩擦力矩較小 M摩 =0 所以 M M M??驅(qū) 慣 偏 驗證油缸是否滿足要求，滿足上仰條件，出于 1? 時 1 si nMpcb?? ??? ??驅(qū)1 1 1bcosb cos(tg + ) () =1 5 c os 60 5 c os ( 60 ) 5 s i n 60o ootg ??????? =1134kgf 選取 dD =，所以 1 ap MP? 2 2 664 4 1 1 3 4 0 . 4 9 1 010p d p DD p ????? ? ? ? ??? ? () 第四章 手部計算與分析 35 2 64 10D ??? ? D= 整理得到 D=63mm，則 d=45mm。 液壓缸壁和外徑計算 2[ ]yPD? ?? () 63 52 60 mm? ???? P MP?? []? 高強(qiáng)度鑄鐵， []? =60aP 1 26 63 2 5 73D D m m? ? ? ? ? ? 液壓缸為平底缸差，其厚度 t按強(qiáng)度要求計算 無孔時 20 .4 3 3 []1 .50 .4 3 3 6 3 1 .6 760yPtDmm??? ? ? ? () 取 t=3mm 液壓缸工作行程的確定 由 1 1 2 2A B A B S?? 則 S=16mm 則由表 26中的系列尺寸查得（液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊） S=25cm 則活塞桿 L=30cm 活塞桿的穩(wěn)定性 校核，活塞桿由 45鋼制成。 第四章 手部計算與分析 36 桿長 300mm， d=45mm 最大壓力 P=1134N 設(shè)穩(wěn)定安全系數(shù)為 89stSn ?? ， 3 5 0 2 8 0 2 1 0s a p a aM P M P E G P??? ? ? 由式（ ）求出 2 2 91 62 1 0 1 0 862 8 1 0pE??? ? ??? ? ?? () 活塞桿兩端可簡化為鉸支座，故 1?? ，活塞桿橫截面為圓形 i=4d 故為 334 3 0 0 1 0 2 6 .74 5 1 0li??????? ? ??，因為 1??? ，故不能用歐拉公式計算 使用直線公式，由表 查得，優(yōu)化碳鋼的 461 68aaa M P b M P?? 由公式（ ）可得 662 64 6 1 1 0 3 5 0 1 0 4 3 . 22 . 5 6 8 1 0sa b ?? ? ? ? ?? ? ?? 可見活塞桿是小柔度變壓桿，由直線公式求出 32393( 45 10 ) k4wawwa b M PP A N???? ?? ? ?? ? ? ? ? 而 P=1134N，活塞桿的工作安全系數(shù)為 n= 551m axCNstP nP ?? 所以滿足要求。 端蓋的連接方式及強(qiáng)度計算 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 1t ，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目。 缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連接。 (1)缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 1t ，進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目 在這種連接中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 0Q 為工作載荷 Q 和預(yù)進(jìn)力`OQ 之和。 第四章 手部計算與分析 37 `0ss? ? ??? 式中：20 4 D PPk gfZZ?? ? ? ? P— 驅(qū)動力 kgf P— 工作壓力 kgf/ 2cm Z— 螺釘數(shù)目，取 8 `s? — 預(yù)緊力 kgf `s? =K? ， K= 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： 2 12 21 1 4169 0 / [ ]4o Qk gf c md d???? ?? ? ? ?合 11 4[]Qd ??? 式中： 1Q =? —— 計算載荷（ kgf） 表 41 螺釘間距 1t 與壓力 p 的關(guān)系 工作壓力 1p （ 2/kgf cm ） 螺釘間距 1t （ mm） 5— 15 150 15— 25 120 25— 50 100 50— 100 80 第四章 手部計算與分析 38 []sn?? ? ( 2/kgf cm )抗拉許用應(yīng)力 ??， 1d —— 螺紋內(nèi)徑（ cm） 表 42 常用螺釘材料的流動極限 2/kgf cm 鋼號 10 A2 A3 35 45 40cr s? 2100 2200 2400 3200 3600 65009000 (2)缸體螺紋計算 10222101[]()44 [ ] ()[]KQdDK Q Dd cm????????????合 () 式中 `0ss? ? ???， 24DPp?? ， ` (1 .5 1 .8 )s KP P? ? ? ? ? D— 油缸內(nèi)徑 1K — 考慮螺紋拉應(yīng)力和扭應(yīng)力合成作用系數(shù)取 1K = 驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)的力矩 212M M M MM M MM LMP?? ? ????驅(qū) 回慣 封封 封 1 封 2封 1 20 2L d k k?? D— 輸出軸與缸差密封處的直徑（ cm） L— 密封的有效長度（ cm） 0d — “ O”形密封圈的截面直徑（ cm） k — “ O”形圈在裝配時壓縮率，對于回轉(zhuǎn)運(yùn)動， k= ? — 摩擦系數(shù) 第四章 手部計算與分析 39 P— 回轉(zhuǎn)軸缸的工作壓力（ kg/ 2cm ） 選取 ? =， b=10cm,p=80kg/ 2cm ,設(shè) 1b =6mm 若 d ??，則取 2, 2D Ddd ?? 2 2bDd?? ，取 2 3bDd?? ，則 2 1 0 3 , 6 .7 72 d d cm cmdd? ? ? ?? ， D=14cm 選用 O型橡膠密封圈 S58 型， 0d = 則 20 .4 7 2 0 .0 5 0 .0 5 0 .1 5l c m? ? ? ? ? 211 7 0 . 1 5 0 . 5 8 0 6 5 . 9 822M d l k g c m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?封 1 () M封 側(cè) — 動片側(cè)面與缸蓋密封處的摩擦阻力距 22211 ()48DdM F l D d p ??? ? ?封 側(cè) 2211 2 0 .6 2 0 .0 5 0 .0 5 0 .1 9l d k k c m? ? ? ? ? ? ? M封 側(cè) 2 2 2 2111( ) 0 . 1 9 ( 1 4 7 ) 8 0 0 . 5 1 3 9 . 6 588l D d p k g c m?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 532M kg?封 徑 0 ()wM