【正文】 （ 1） F慣
。 ?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(jì)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(jì)算 手臂在 G總 的作用下有向下的趨勢(shì)，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢(shì)。 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 手臂偏重力矩的計(jì)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。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密。 經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算，需要螺釘來(lái)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(dòng)片連接螺栓液壓缸蓋連接螺釘 圖 回轉(zhuǎn)缸的截面圖 （ 4） 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 動(dòng)片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)如圖 。t? 471 6L tZ ??,所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目為（一個(gè)面 6個(gè)，兩個(gè)面是 12 個(gè)）。 d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè) d=50mm,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算： 28MDd??驅(qū)bp () D=151mm 既設(shè)計(jì)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(guò)配合等條件的考慮。 ? ?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(jì)。 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(dòng)慣量。 M M M M? ? ?驅(qū) 阻 回慣 () 慣性力矩的計(jì)算 00M J J t?? ??? ?慣 () 式中 ?? —— 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量（ rads ），在起動(dòng)過(guò)程中 ? ? =? ； ? t—— 起動(dòng)過(guò)程的時(shí)間 (s)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 1800。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。這樣就固定了花鍵軸，也就通過(guò)花鍵軸固定了活塞桿?；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。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。 （ 2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。 機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂 1800的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就 越復(fù)雜。 6 機(jī)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。對(duì)于桿長(zhǎng) L 大于直徑 d的 15 倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算： ? ?24Fd????? () 設(shè)計(jì)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。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： ?封。 ? ? ? ? ， 1070GN?總 ，L==,導(dǎo)向支撐 a設(shè)計(jì)為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 39。 對(duì)于圓柱面： ? ?39。 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 。39。 圖 機(jī)械手 臂部受力示意 計(jì)算如下： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱(chēng)配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 () 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 分析： 摩擦力的計(jì)算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。 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(lái)確定來(lái)確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 先進(jìn)行粗略的估算，或類(lèi)比同類(lèi)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)。 （ 4） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。 （ 2） 手臂的 典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如手臂的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如手臂的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層液壓缸空心結(jié)構(gòu)。為此，必須計(jì)算使之滿(mǎn)足不自鎖的條件。 三、手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活 為減少手臂運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。 （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ? ，再 安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。減少慣量具體有 3個(gè)途徑： （ 1） 減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在 100 0 150 0mm s,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在 0180s 內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為 1000mms ，平均回轉(zhuǎn)角速度在 090s 。 （ 5） 提高配合精度。 （ 3） 合理布置作用力的位置和方向。 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 一、 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 （ 1） 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直 接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。本章敘述手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)， 手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)身處，將在下一章敘述。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。 ? ?2282Qb p dD d M F Z f? ? ?摩 于是得 ? ?224Q bpF D dZfd?? () D—— 動(dòng)片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對(duì)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 ? ? ? ?62 2 2 20 . 0 6 6 8 1 0 0 . 1 1 0 . 0 4 5 2 4 6 2 74 4 0 . 1 5 0 . 0 3 2Q bpF D d NZf d Z ??? ? ? ? ?? ? ? 螺釘材料選擇 Q235，則 ? ? 240?? ?? 200MPa?（ ? ） 螺釘?shù)闹睆? ? ?0 64 1 .3 4 1 .3 2 4 6 2 7 0 .0 1 23 .1 4 2 0 0 1 0QFdm??? ??? ? ??? 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12的開(kāi)槽盤(pán)頭螺釘。連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱(chēng)安裝，并用兩個(gè)定位銷(xiāo)定位。sQ Q QF F F?? （ ） 計(jì)算： 液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個(gè)螺釘，3 . 1 4 0 . 1 1 4 3 . 1 7 8 088D? ?? ? ?，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個(gè) 危險(xiǎn)截面 222 2 20 . 1 1 0 . 0 4 5 0 . 0 0 7 9 0 8 8 7 54S R r m? ? ? ?? ? ? ? Q PSF Z?所 以 ， () 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 Q PSF Z?? SF KF? ? 1 .5 7 9 0 8 .8 1 1 8 6 3 .3SF KF N? ? ? ? 所以 0 39。 ? ?22M J J ????慣 工 件 啟 （ ） 查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有： 2 2 2 21 1 1 9 0 0 . 0 6 0 . 0 3 4 22 2 9 . 8 NJ M R N m s N m sN K g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 2 2 21 1 6 0 9 . 83 1 3 0 . 0 5 5 . 0 1 2 51 2 1 2 9 . 8GJ l R N m sg ?? ? ? ? ? ? ? ?工 件 代入： ? ? 22 . 6 1 60 . 0 3 4 2 5 . 0 1 2 5 5 52 0 . 3 1 4M N m? ? ? ??慣 0 .1M M M M M? ? ? ?慣 摩 慣 55 6 1 .1 10 .9M N m? ? ? 腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 表 41 液壓缸的內(nèi)徑系列（ JB82666） （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 41 設(shè)缸體內(nèi)空半徑 R=110mm，外徑根據(jù)表 32選擇 121mm,這個(gè)是液壓缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為 226mm；動(dòng)片寬度 b=66mm,輸出軸 r= 所示。 夾取棒料直徑 100mm，長(zhǎng)度 1000mm，重量 60Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn) 0180 時(shí)，計(jì)算 力矩： （ 1） 手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為 220mm，直徑 120mm，其重力估算 G= 6 2 780 0 190G Kg m N Kg N?? ? ? ? ? ? （ 2） 擦力矩 ?摩。 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 （ 1） 腕部的驅(qū)動(dòng)力矩 需要的力矩 M慣 。 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) 0180 ，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。 (2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用。 （ 3） 必須考慮工作條件 對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒(méi)有太多不利因素。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。