【正文】 D= 整理得到 D=63mm，則 d=45mm。 為了便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算，分別俯仰缸回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計(jì)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??? ? ? ? ? ? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 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(jì)計(jì)算 圖 設(shè) 76a mm? ， 76b mm? ， 176c mm? 當(dāng)手臂處在仰角為 1? 的位置 1OA 時(shí)，驅(qū)動(dòng) 力 P通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩為 11c os( )M Pb ????驅(qū) 因?yàn)?111 A D B Ctg O D O D? ??， 又因?yàn)?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 ， 11c os( )M Pb ????驅(qū) 而 P= 24D P P P? ??封 背 P— 油缸的工作壓力（ 2/kgcm ） 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 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 M?驅(qū) 10600?? cos( 60)? = 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。 (3)求重心位置并計(jì)算偏重力臂 ? n21 i= (1)計(jì)算零件重量，可分解為規(guī)則的體形進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件，導(dǎo)向件和定位件布置應(yīng)合理，使手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線(xiàn)的偏心力矩，特別要防止發(fā)生“卡死”的現(xiàn)象（自鎖現(xiàn)象）。 (3)減少回轉(zhuǎn)半徑，在安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸）， 盡可能在前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作，并且驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置。 為減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的措施： (1)減少手臂運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金等輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。在一般情況，手臂回轉(zhuǎn)俯仰均要求均速運(yùn)動(dòng)，（ V和 w為常數(shù)），但在手臂的啟動(dòng)和終止瞬間，運(yùn)動(dòng)是變化的，為了減少?zèng)_擊，要求啟動(dòng)時(shí)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(dòng)。 (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。 (1)設(shè)計(jì)臂部時(shí)，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(jiǎn)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(jiàn)的間隙，從而提高剛度。 (2)高支承剛度和選擇支承間的距離 臂部和機(jī)身的變形量不僅與本身 剛度有關(guān)，而且同支撐的剛度和支撐件間距離有很大關(guān)系，要提高剛度，除從支座的結(jié)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。為可提高剛度，盡量縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度，還應(yīng)注意： (1)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸 臂部和機(jī)身既受彎曲（而且不僅是一個(gè)方向的彎曲）也受扭轉(zhuǎn)，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較高的截面形狀。臂部要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，需滿(mǎn)足下列各項(xiàng)基本要求： 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 機(jī)械手臂式機(jī)身的承載能力，取決于其剛度，結(jié)構(gòu)上采用水平懸伸梁形式。因而，它的結(jié)構(gòu)，工作范圍，靈活性以及抓重大小和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能。因此，臂部具有兩個(gè)自由度才能滿(mǎn)足基本要求：即 手臂，左右回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并帶動(dòng)它們作空間轉(zhuǎn)動(dòng)。 ()2p b R rMM???總 () 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 又因?yàn)椋?Dd=— , 2b 2Dd?，取 Dd=2， 2bDd?=3 所以： d=50mm，所以 D=100mm， b=75mm 確定回轉(zhuǎn)油缸工作壓力 2222 1 0 .5 8 /()MP kg cmb R r???總 () 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此該缸的工作壓力足以克服摩擦力。 m) 確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑 / [ ]tT M WT T?驅(qū) 抗拒剖面摸量 33()16TW d mm?? 所需驅(qū) 動(dòng)力矩 3 16 30Md m m???? 驅(qū)[ ]T () 取 d=50mm 所以機(jī)械手的擺動(dòng)采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片與缸體固連，動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固連，當(dāng)兩油口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到腕部擺動(dòng)目的。 16 .41 ( )M G e kgf m? ? ?偏 克服摩擦所需力矩 M摩 M摩 = 克服運(yùn)動(dòng)慣性所需的力矩 M慣 J桿= 2 2 21( 3 ) / 12m L R m e? ? ?(kgm2s ) J件 = 22me =25? =(kgm2s ) J總 =(kgm2s ) M慣 =JW/t 設(shè) w= 050/s , 20o??起 M慣 = 2w /?起 =(kgf m） P— 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力 r— 缸體內(nèi)徑半徑（ cm） R— 輸出軸半徑（ cm） b— 動(dòng)片寬度 注：可按外形要求或安裝空間大小，先設(shè)定 b,R,r 中兩個(gè)： Dd =— , 2b 2Dd? ,取 Dd =2， 2bDd =3 又因?yàn)?d=40mm，則 D=80mm， b=60mm 去頂回轉(zhuǎn)油缸工作壓力： 222()Mp b R r???總 2222 2 9 4 .4 8 .0 1 ( k g / )6 ( 8 4 ) cm? ??? () 由于系統(tǒng)工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此壓力，因此回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力足以克服摩擦力。 回轉(zhuǎn)油缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大于總的阻力矩 M總 ，機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 所采用的單葉片回轉(zhuǎn)油缸，定片 1 與缸體 2 固連，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固連，當(dāng) a,b口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。M摩 ＝ 阻 力 矩 。 (2)摩擦阻力矩 M摩＝ 總 阻 力 矩 (3)設(shè)起動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ?起 ＝ 20 ,等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 100 s? ?? 計(jì)算：求 M偏 ＝ ? ? 20 .0 1 7 52JJ ? ?? ? ? ?工 件 查型鋼表有： ? ?221 0 . 0 3 42J m R k g f m s? ? ? ? ? ? ? ?2 2 21 3 6 . 0 2 812J m L R k g f m s? ? ? ? ?工 件 代入 M慣 ＝ 256（ N f軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承 f= 為簡(jiǎn)化計(jì)算取 M摩 ? 總 阻 力 矩 圖 腕部回轉(zhuǎn)支承處的受力圖1G 工件重量（ kgf）， 2G 手部重量（ kgf）， 3G －手腕轉(zhuǎn)動(dòng)件重量（ kgf） 1G 重心偏置所引起的力矩 M偏 M偏 ＝ 1G e? （ kgf） 式中 e－工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的垂直距離（ m） ，所需的力矩 M慣 啟動(dòng)過(guò)程近似等加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角加速度 ? 及啟動(dòng)所用的角速度 ?起 ： M慣 ＝ ? ? 20 .0 1 7 5 2JJ ? ?? ? ? ?工 件 () 式中： J工 件 －工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? J－手腕回轉(zhuǎn)部分對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? ?2kgf m s?? ? －手腕回轉(zhuǎn)過(guò)程的角加速 ? ?度 秒 ? －啟動(dòng)過(guò)程所轉(zhuǎn)過(guò)的角度（度） 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 手腕回轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜鋈?xiàng)之和。 （如熱膨脹，壓力油的粘度和燃點(diǎn)，有關(guān)材料及電控電測(cè)元件的耐熱性等問(wèn)題）。因此在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu) 緊湊，重量輕。 ，它連同手部的動(dòng)靜載荷均由臂部承受。手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)油缸，擺動(dòng)也采用回轉(zhuǎn)油缸。 腕部 計(jì)算與分析 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 手腕部件置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，適應(yīng)性更強(qiáng)。 彈簧工作載荷 F=50N 最大軸直徑 max 18D mm? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 最小筒直徑 min 25D mm? 彈簧剛度 0 .7 6 9F Nk mmf?? 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 － 8圓柱螺旋壓縮彈簧的尺寸及參數(shù)得 材料直徑 d=,彈簧中徑 D=25mm,節(jié)距 P= . 單圈彈簧工作極限載荷下變形量為 ，單圈彈簧剛度 Nk mm? ? 。 活塞的寬度 B一般取 B=( )D==15mm。 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸為平底缸蓋，其有效厚度 t按強(qiáng)度要求計(jì)算。 又因?yàn)檫M(jìn)油缸在有桿腔，則其有效工作面積 ? ?2 2 20 .1 8 84A D d cm?? ? ? () 液壓缸壁厚和外徑計(jì)算 ? ?2yPD? ?? ， yP 為最大工作壓力 1P 的 ， yP ＝ aMP 。 按工作要求夾緊力為一個(gè)夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定性。 根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2－ 2可取 2P 為 aMP ， cm? 為 ， d/D為 。參閱機(jī)械設(shè) 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 計(jì)手冊(cè)表 1 aMP 。 f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取靜摩擦系數(shù)為 ，動(dòng)摩擦系數(shù)為 。 12 78L atg atg m m??? ? ? 機(jī)構(gòu)效率 考慮到機(jī)構(gòu)效率，傳力比 N/P的公式應(yīng)力 2 12 cosNaPb ??? ? ＝ 又 因?yàn)?G=250N,夾緊力 F=500N, 2 60?? WF 工作負(fù)載即為重物重力 WF ＝ 250N。 又因?yàn)?a=50mm C=150 7 7 . 8 7 8c o s c o s 5 0 oa mm? ? ? ? 則 Nb=1 12cospcPc ?? 05 0 7 81 2 .5 2 co s 5 0b ??? ? 3 8 .9 7 8 2431 2 .5b m m??? 當(dāng)夾緊半徑為 25mm的工件時(shí)， 1? ＝ 70 150 1 4 6 . 2 1 4 7c o s c o s 7 0ac m m?? ? ? ? 則 Nb=1 2 12cospcpc ?? 2 12 cosNapb ?? 21 2 .5 5 05 0 2 c o s 5 0b? ?? 243b mm? (4)動(dòng)作特性和傳動(dòng)特點(diǎn) 定位到最大行程時(shí)， 50?? max maxcos aL? ? 則m a x m a x 80c o saL m m???取 max 130L mm? 長(zhǎng) 春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 又因?yàn)閙ax 1cos 2? ?， max 60? ? 滑槽杠桿手指最大開(kāi)閉角為 m ax m ax 120r ??? 滑槽傾斜角的變化范圍可以為 60 60?? ? ? 可見(jiàn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比將在下列范圍內(nèi)變化 22a N ab P b?? ， ?? 所以開(kāi) 始所初步取的 a， b與 ? 均符合要求。1 ABPh NL? coshc?? **p b tg N?? 又由工件的平均半徑 5 0 2 5 3 7 .52cpR ???mm 初取 V型手