【正文】 η — 液壓泵的總效率（取 ） 所以選擇電機型號 [8] 額定功率 轉(zhuǎn)速 電流 效率 功率因數(shù) kw r/min A % 27 1400 79 液壓元件的選擇 序號 名稱 Q 規(guī)格 源引自 1 變量液壓泵 YBX— 16 《機械設(shè)計手冊 （ d） 手臂升降運動采用單出雙作用液壓缸，上升和下降均由單向調(diào)速閥回油進行節(jié)流，由三位四通 O型閥換向。手臂伸出時采用單向調(diào)速閥度要求，由終點行程開關(guān)控制適當提前發(fā)出信號切斷油路，由活塞與缸筒接觸停止。其動作順序的各步動作均由電控系統(tǒng)發(fā)出信號控制相應(yīng)的電磁鐵、（電磁換向閥），按程序依次步進動作而實現(xiàn)。每一部分均用液壓缸驅(qū)動與控制。 25 第六章 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計 A 本次設(shè)計的工業(yè)機械手屬于圓柱坐標式的液壓驅(qū)動機械手，具有手臂回轉(zhuǎn) 、升降、伸縮等三個自由度。 手臂升降 液壓 缸的尺寸設(shè)計與校核 尺寸設(shè)計 液壓 缸運行長度設(shè)計為 l =118mm,氣缸內(nèi)徑為 1D =110mm,半徑 R=55mm,氣缸運行速度，加速度時間 t? =,壓強 p=,則驅(qū)動力 ： ``20 . RpG ?? 26 ???? )(3799 N? 尺寸校核 1．測定手腕質(zhì)量為 80kg,則重力 ： mgG? )(8001080 N? ?? 2．設(shè)計加速度 )/(5 sma? ，則慣性力 ： maG?1 )(400580 N? ?? ，設(shè)定一摩擦系數(shù) ?k ， ? 23 )(40 N? ?? ? 總受力 mq GGGG ??? 1 )(1240 40400800 N? ??? 0GGq ? 所以設(shè)計尺寸符合實際使用要求。 導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設(shè)計中才用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。 22 導向裝置 氣壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，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)計手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導向裝置。在此處估計 封M 為 摩M 的 3倍， 封M ? 3? 摩M ? ? ? ).( mN ? 封摩偏慣驅(qū) MMMMM ???? ? ??? ? ).( mN MM〈驅(qū) ?設(shè)計尺寸符合使用要求，安全。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。 在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖 42所示，定片 1與缸體 2固連，動片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。 f 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 ?f ，對于滑動軸承 ?f 。 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏 ?偏M 11eG + 33eG ( cmN? ) 式中 : 3G 手腕轉(zhuǎn)動件的重量 (N)。 t? 起動過程所需的時間 (s)。 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e 式中 : cJ 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )..( 2scmN : 1G 工件的重量 (N)。 下面以圖 41所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計算 : 手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M悅 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為 ? ，起動過程所用的時間為 t? ，則 : ).(1 cmNtJJM ??? ?）（慣 式中 :J 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )..( 2scmN 。 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 手腕的驅(qū)動力矩的計算 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手腕起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩 .圖 41所示為手腕受力的示意圖。由于本機械手抓取的工件是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設(shè)一繞 x軸轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求目前實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)，應(yīng)用最多的為回轉(zhuǎn)油 (氣 )缸，因此我們選用回轉(zhuǎn)氣缸。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 14 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : ][2/ ?? pDP? 式中 :6 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑， mm pP 實驗壓力，取 PPp ? , Pa 材料為 :ZL3,[? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? )( )1032/(1066565mm? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : )( mmD ???? 第四章 手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計 手腕的自由度 15 手腕是連接手部和手臂的部件，它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨立的自由度，以使機械手適應(yīng)復雜的動作要求。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為 : zt FFPDF ??? 421 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? Gf =nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m 1 彈簧預壓縮量， m s 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 13 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般取 PaG ?? 在設(shè)計中，必須考慮負載率 ? 的影響，則 : tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 ?fG nDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( mN? )1( sGF ft ?? )( 3N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關(guān)手冊圓整，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 圓整后，取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 滿足實際設(shè)計要求。若被抓取工件的最大加速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 1117N。 (五 )考慮被抓取對象的要求 根據(jù)機械手的工作需要，通過比較，我們采用的機械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點 ， 兩指回 轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計成 V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 (二 )手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。移動 型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復雜龐大，當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。同理，當二支點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。 夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式 :按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式 (或內(nèi)漲式 )和外夾式兩種 :按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型 (或稱直進型 )，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。 四 ． 設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重 3. kg5 自由度數(shù) 4個自由度 座標型式 圓柱座標 最大工作半徑 mm1400 手臂最大中心高 mm1250 手臂運動參數(shù) 伸縮行程 mm1200 伸縮速度 300mm 9 升降行程 mm120 升降速度 smm/250 回轉(zhuǎn)范圍 ?? 1800 ? 回轉(zhuǎn)速度 s/90? 手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍 ?? 1800 ? 回轉(zhuǎn)速度 s/90? 手指夾持范圍 棒料 : mmmm 15080 ?? ? 定位方式 行程開關(guān)或可調(diào)機械擋塊等 定位 精度 mm1? 1驅(qū)動方式 液 壓傳動 1控制方式 點位程序控制 (采用 PLC) 圖 23機械手的工作范圍 10 第三章 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計 夾持式手部結(jié)構(gòu) 夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指 (或手爪 )和傳力機構(gòu)所組成。該機械手的定位精度為m