【正文】 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時(shí)， F=3575(8002)=1975N 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=3575N，根據(jù)表 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 211 所示 。起動或制動的時(shí)間差 ? t=。 手臂做升降運(yùn)動的液壓缸驅(qū)動力的計(jì)算 F F F F G? ? ? ?慣 摩 密 式中 F摩 — —摩擦阻力 12F Ff?摩 取 f= G—— 零件及工件所受的總重。 ?工 件 =600mm ?手 和 腕 =500mm ?臂 =200mm G G GG? ? ?? ??? 手 腕 手 腕工 件 工 件 臂 臂總 （ 214） G G GG? ? ?? ??? 手 腕 手 腕工 件 工 件 臂 臂總=492mm 所以，回轉(zhuǎn)半徑 ?? 492mm 3) 計(jì)算偏重力矩 MG?? 總偏 MG?? 總偏 =12kg10=59NM[7] 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，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢。 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 210 機(jī)身的結(jié)構(gòu) Fig. 210 the structure of the fuselage 手臂偏重力矩的計(jì)算 圖 62 手臂各部件中心位置圖 Fig. 62 arm parts center locations 1）零件重量 G工 件、 G爪、 G腕、 G臂等。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。花鍵軸與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下端蓋與小車的外殼 固定。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動 ，如圖所示， 。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)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。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動部件較大。 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)身的整體設(shè)計(jì) 機(jī)身承載著手臂， 升降運(yùn)動，是機(jī)械手的重要組成部分。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)身的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。預(yù)緊力的大小可由下式來確定。 重力作用在每個(gè)螺栓上的力的力 1F =2F = 1202 =60N 翻轉(zhuǎn)力矩 ： M=GL=120? =48NM? 由力矩產(chǎn)生的力 ： 2F =2ML = 482 ?? =800NM ? maxF = 1F + 2F =60+800=860N 螺栓和鑄鐵之間加油橡膠墊圈以增加摩擦力，取 ? = 預(yù)緊力 ： Q= maxF /? =860N/ =1229N 螺釘材料選擇 Q235，取 級， 240s mpa? ? 取安全系數(shù) n= 240[ ] 1 6 01 .5s m pan?? ? ? ? 緊螺栓 連接在裝配時(shí)必須將螺母擰緊，所以螺栓螺紋部分不僅受預(yù)緊力 PQ 所產(chǎn)生的拉應(yīng)力的作用，同時(shí)還收螺紋副間的摩擦力矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。連接螺栓的中心線之間的距離是 60mm。機(jī)械手臂通過螺栓組與機(jī)身連接，手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進(jìn)行螺栓組的校核。手臂結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。 臂部的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)本運(yùn)輸機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，機(jī)械手臂只需要上下移動，并不需要伸縮。對于懸臂式的機(jī)械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使手臂運(yùn)動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 減少臂部運(yùn)動件的輪廓尺寸。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械手臂部要盡可能的輕。 2）臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小 機(jī)械手手部的運(yùn)動速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水平。注意簡化結(jié)構(gòu)。提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離。螺栓危險(xiǎn)刨面的強(qiáng)度條件為 [ ]ca? ? ??? 即 21 []4PQd ?? ? （ 212） 或 1 4 []PQd ???? （ 213） 1 4 1 .3 8 3 3 2 .9 33 .1 4 1 6 0d m m????? 取 d=5mm為公稱直徑的普通螺栓。 由于螺栓材料是塑性材料，且受拉伸與扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力，故可按第四強(qiáng)度理論來確定螺栓螺紋部分的應(yīng)力計(jì)算，即 2 2 2 23 3 ( 0 .5 ) 1 .3c a T? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 211） 本設(shè)計(jì)螺栓為只受預(yù)緊力的緊螺栓連接，這種螺栓連接不受軸向工作載荷，只受預(yù)緊力的作用。對螺栓組進(jìn)行受力分析，機(jī)械手手抓、工件、手 腕的等效重力可以等效為作用在螺栓組中心的一個(gè)豎直向下的力和一個(gè)逆 時(shí)針方向的等效力矩。連接螺栓的中心線之間的距離是 30mm，如圖 27 所示。 手腕螺栓組的設(shè)計(jì)及校核 手腕通過螺栓組與手臂連接，因此要進(jìn)行螺栓組的校核 [6]。 圖 26 手爪、手腕示意圖 Fig. 26 paws, wrist schemes 如圖 26 所示，機(jī)械手的腕部主要包含一個(gè)直線型液壓缸，當(dāng)液壓缸沖入壓力油時(shí) ，液壓缸右腔壓力上升，彈簧壓縮、液壓桿左移，機(jī)械手抓打開夾取物體，當(dāng)液壓缸卸載時(shí)，遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 壓力消失，彈簧壓力推動液壓桿右移，此時(shí)手爪夾有物體，所以液壓桿不能右移，此時(shí)靠彈簧壓力夾緊工件。 腕部的結(jié)構(gòu) 根據(jù)本設(shè)計(jì)的方案，機(jī)械手無需轉(zhuǎn)動，因此無需轉(zhuǎn)動液壓缸，腕部只包含驅(qū)動手爪的直線型液壓缸，因此腕部的結(jié)構(gòu)較簡單。 2） 結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有 足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。計(jì)算公式： maxcaSSS???? （ 27） sS選取 （力學(xué)性精確能高） max 38KD Fd? ?? （ 28） max 38KD Fd? ??=228 8 1 .2 5 3 2 5 6= = 3 8 8d 3 .1 4 4K F C m p a? ? ? ?? 66m a x 8 0 0 1 0 2 .0 63 8 8 1 0ca sSS ?? ?? ? ?? 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應(yīng)。 對于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù) 310N? ，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。 結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧 b=3? ，因此彈簧穩(wěn)定性合適。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細(xì)比 0 72b= 324HD ??，本設(shè)計(jì)彈簧是 2 端自由，但中間有活塞桿作為導(dǎo)桿，可作為兩端固定考慮。 因此取 z=7，彈簧總?cè)?shù) 1z =z+= 圈 7）彈簧剛度 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 C= 38F GdCz??= 63800 10 6 ???? =27N/mm 8）彈簧尺寸的確定 彈簧的中經(jīng) D=24mm,彈簧絲直徑 d=4mm，彈簧小徑 1 d= 24 4 = 20 m mDD?? ，彈簧大徑 2 = 24 + 4 = 28m mD D d?? 彈簧長度： 0H 。 MAXF KCd ??= 1 .2 5 3 2 5 61 .6 2 .7 9 m m[]??? ? 為方便計(jì)算和制造 取 d=4mm 6)根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算液壓缸液壓桿的行程為 12mm即 ? =12m 對于壓縮彈簧 Z=38GdFC? (26) G彈簧材料的剪切彈性模量，查表得 G=80000 610? Z彈簧的工作圈數(shù) Z=38GdFC?= 638 0 0 0 0 1 0 0 .0 1 2 0 .0 0 48 3 2 5 6? ? ??? = 彈簧的工作圈數(shù) z 應(yīng)大于 圈，否則應(yīng)重選彈簧指數(shù) C，并計(jì)算 d 和 z。 圖 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù) cylindrical helical spring the geometric parameters 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 1)選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力 ? ? 800MPa? ? 2)選擇旋繞比，常用初選范圍為 5— 8，初選 C=6 4 1 0 .6 1 54 4 6CK C ???? (24) 4 1 154 4 6CK C ???? = 4 6 1 0 .6 1 5 1 .2 54 6 4 6?? ???? 3)選擇 彈簧中徑 D=24mm，估算彈簧絲直徑 24 46DdmC? ? ? 4)切應(yīng)力 max 38KD Fd? ??=228 8 1 .2 5 3 2 5 6= = 3 8 8d 3 .1 4 4K F C m p a? ? ? ?? max []??? 強(qiáng)度滿足要求 5)彈簧絲直徑 d的設(shè)計(jì)計(jì)算是為 ? ?39。選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。 1） 設(shè)1 ? 王林 ： 車間運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 2 1 bK a?? ==1 ? = 根據(jù)公式，將已知條件帶入： ? NF= 1/15=92N 2）根據(jù)驅(qū)動力公式得： ? ? 22 4 0= 3 0 9 2 2 7 620F C O S N? ? ? ?計(jì) 算 3）取 ?? 276= = = 3 2 50 .8 5FFN?計(jì) 算實(shí) 際 4）確定液壓缸的直徑 D ? ?224F D d p???實(shí) 際 （ 23） 選取活塞桿直徑 d=,根據(jù)表 21選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=, 224 4 3 2 5 26( 1 0 . 5 ) 0 . 8 ( 1 0 . 5 )FD m mp?? ?? ? ???實(shí) 際 根據(jù)表 22（ JB82666） ，選取液壓缸內(nèi)徑為： D=32mm 則活塞桿內(nèi)徑為 : d=32? =16mm 表 22 液壓缸的內(nèi)徑系列 [4]（ JB82666） （ mm） Table .22 the inner diameter of the hydraulic cylinder series (JB82666) 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 手抓夾持范圍計(jì)算 為了保證手抓張開角為 060 ，活塞桿運(yùn)動長度為 12mm。 表 21 液壓缸的工作壓力 Table .21 hydraulic cylinder pressure of work 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 2021030000 500010000 3000050000 1000020210 50000 以上 計(jì)算 [3]：設(shè) a=40mm,b=20mm, 010 ? 040 。 手指對工件的夾緊力可按公式計(jì)算：121NF K K G?? （ 22） 式中 ? 機(jī)械手橡膠與工件的摩擦系數(shù)； 1K—— 安全系數(shù)，通常 ； 2k —— 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。必須對大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力 F