【正文】 =65 mm 由 d/D=～ ， 可得活塞桿直徑 :d=(～ )D=13～ mm 圓整后，取活塞桿直徑 d=18 mm 校核，按公式 ? ??? ?24/ dFt 有 : ? ?? ? 2/1/4 ??tFd ? 其中 ??? =120MPa, Ft =750N 則 :d ? (4? 490/? ? 120) 2/1 = ? 18 滿足設(shè)計(jì)要求。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算 : ? ??? 2/pDP? 式中 : 6—— 缸筒壁厚 mm D—— 氣缸內(nèi) 徑 ，咖 Pp —— 實(shí)驗(yàn)壓力，取 Pp = Pa 材料為 : ZL3,[? ] =3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ? ??? 2/pDP? １１ = ? ? 365 101032/10665 ?????? = mm 取 ? = mm，則缸筒外徑為 :D=65+? 2 =80 mm。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。 手腕自由度的選用與機(jī)械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。 目前實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)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。 手腕的驅(qū)動力矩的計(jì)算 手腕的回轉(zhuǎn)、上下和左右擺動均為回轉(zhuǎn)運(yùn)動，驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動力矩必須克服 手腕起動時(shí)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 12 手碗回轉(zhuǎn)時(shí)受力狀態(tài) 手腕轉(zhuǎn)動時(shí)所需的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算 : M驅(qū) = M慣 + M偏 + M摩 +M封 cm (41) 式中 : M驅(qū) —— 驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 (Kg﹒ cm)。 M偏 —— 參與轉(zhuǎn)動的零部件 的重量 (包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸的動 片 )對轉(zhuǎn) 動 軸 線 所 產(chǎn)生 的 偏 重 力 矩 (Kg﹒ cm),. M摩 —— 手 腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩 (Kg﹒ cm)。 下面以圖 12所示的手腕受力情況，分析各阻力矩的計(jì)算 : 手腕加速運(yùn)動時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 M慣 若手腕起 動過程按等加 速運(yùn)動，手腕轉(zhuǎn)動時(shí)的角速度為 ? ，起動過程所用的 時(shí)間為△ t，則 : M慣 =? ? tJJ ?? ?1 () １３ 若手腕轉(zhuǎn)動時(shí)的角速度為 ? ，起動過程所轉(zhuǎn)過的角度為△ ? ，則 : M慣 =? ????? 2 21JJ () 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 (N s2 )。 cm 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量 J1 ,為 : 2111 egGJJ g ?? Jg —— 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 (N s2 )。 1e —— 工件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm), ? —— 手腕轉(zhuǎn)動時(shí)的角速度 (弧度 /s)。 ?? —— 起動過程所轉(zhuǎn)過的角度 (弧度 )。 e3 —— 手腕轉(zhuǎn)動件的重心到轉(zhuǎn)動軸線的偏心距 (cm). 當(dāng)工件的重心與手腕轉(zhuǎn)動軸線重合時(shí)，則 11eG =0 . 手腕轉(zhuǎn)動軸在軸頸處的摩擦阻力矩 M摩 M摩 = ? ?122 dRdRf BA ? 式中 : d1 、 d2 —— 手腕轉(zhuǎn)動軸的軸頸直徑 (cm)。 RA 、 RB —— 軸頸處的支承反力 (N)，可按手腕轉(zhuǎn)動軸的受力分析求解，根據(jù)? ?? ?0FmA 得 : RB l+G3 l3 =G2 l2 + G1 l1 同理，根據(jù) ? ?? ?0FmB 得 : RA = l lGlGlG 332211 ?? 式中 : G2 —— 手部的重量 (N) 11 、 l2 、 l3 —— 如圖 41 所示的長度尺寸 (cm). 回 轉(zhuǎn)缸的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 M封 ，與選用 的密襯裝置的類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。動片封圈 4把氣腔分隔成兩個(gè) .當(dāng)壓縮氣體從孔 a 進(jìn)入時(shí)，推動輸出軸作逆時(shí) 4 回轉(zhuǎn)，則低壓腔的氣從 b 孔排出。單葉 J氣缸的壓力 p 和驅(qū)動力矩 M 的關(guān)系為 : ? ?2 22 rRpbM ?? 或： ? ?222 rRb Mp ?? １５ 圖 13回轉(zhuǎn)氣缸簡圖 式中 : M 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩 (N﹒ cm)。 R 缸 體 內(nèi)壁 半徑 (cm)。 b— 動 片 寬度 (cm). 上述驅(qū)動 力 矩和壓力的關(guān)系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。 按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降 (或俯仰 )運(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動由氣缸來實(shí)現(xiàn)。由于活塞氣缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用比較多。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。 該機(jī) 械 手 的手臂結(jié)構(gòu)如附圖所示，現(xiàn)將其工作過程描述如下 : 手臂主要由雙作用式氣缸 導(dǎo)向桿 定位拉桿 3 和兩個(gè)可調(diào)定位塊 4等組成。 在空心活塞套桿 6中通有三根伸縮氣管，其中兩根把壓縮空氣通往手腕回轉(zhuǎn)氣缸 5，一根把壓縮空氣通往手部的夾緊氣缸。為了保證手嘴伸縮的快速運(yùn)動。手臂伸縮運(yùn)動的緩沖采用液壓緩沖器實(shí)現(xiàn) . 手 腕回轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)氣缸 5實(shí)現(xiàn)，并采用氣缸端部節(jié)流緩沖，其結(jié)構(gòu)見 AA 剖面 。d 是接到手部夾緊氣 缸的。另外活塞套桿 6做成筒狀零件 可增大活塞套桿的剛性，并能減少充氣容積，提高氣缸活塞套桿的運(yùn)動速度。它應(yīng)根據(jù)手臂的安裝形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取 １７ 重量等因素加以確定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng) 盡量減少運(yùn)動部件的重量和減少手臂對回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動慣量。 手臂伸縮驅(qū)動力的計(jì)算 手臂作水平伸縮時(shí)所需的驅(qū)動力 : 圖 14 手嘴伸出時(shí)的受力狀態(tài) 圖 14 所示為活塞氣缸驅(qū)動手臂前伸時(shí)的示意圖。當(dāng)壓力油 (或壓縮空氣 )輸入工作腔時(shí)，驅(qū)使手臂前伸 (或縮回 )，其驅(qū)動力應(yīng)克服手臂在前伸 (或縮回 )起動時(shí)所產(chǎn)生的慣性力，手臂運(yùn)動件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力(即背壓 )所造成的阻力，因此，驅(qū)動力計(jì)算公式為 : P 驅(qū) = P 慣 + P 摩 + P 密 + P 背 N 式中 :P 慣 —— 手伶在起動過程中的慣性力 (N)。 P 密 — — 密封裝置處的摩擦阻力 (N)，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦 阻力不同 。 手臂升降和回轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)如附圖所示。轉(zhuǎn)柱 1上鉆有 a, b, c, d, e 和 f六條氣路，在轉(zhuǎn)柱上端用管接頭和氣 管分別將壓縮空氣引到手腕回轉(zhuǎn)氣缸 (用 a, b 氣路 )，手部夾緊氣缸 (用 d氣路 ) 和手臂伸縮氣缸 (用 c, e 氣路 )，轉(zhuǎn)柱下端的 f氣路，將壓縮空氣引到升降缸上 腔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入上腔后，推動升降缸體 3 上升，并由兩個(gè)導(dǎo)向桿 14進(jìn)行導(dǎo) 向，同時(shí)碰鐵 4隨升降缸體 3一同上移，當(dāng)碰觸上邊的可調(diào)定位塊 5后，即帶動 定位拉桿 6,緩沖撞鐵 7向上移動碰觸升降用液壓緩沖器進(jìn)行緩沖。上升行程大小通過調(diào)整可調(diào)定位塊 5 來實(shí)現(xiàn)。手臂下降靠自重實(shí)現(xiàn)。在本機(jī)械手中，手臂回轉(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)缸體 轉(zhuǎn)軸 11(它與動片焊接成一體，見 EE 剖面 )、定片 1回轉(zhuǎn)定位塊 回轉(zhuǎn)中間定位塊 9和回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器 (此部件位置參見附圖 )等組成。因轉(zhuǎn)柱和手臂用螺栓連接，故手胃亦作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用多點(diǎn)定位緩沖裝置，其工作原理見回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器部分。 手臂 升降 氣缸的設(shè)計(jì) １９ 1． 驅(qū)動力計(jì)算 根據(jù)手臂伸縮運(yùn)動的驅(qū)動力公式 :F=Ff + tm??? 其中，由于手臂運(yùn)動從靜止開始，所以△ v=v, 摩攘系數(shù) :設(shè)計(jì)氣缸材料為 ZL3，活塞材料為 45 鋼，查有關(guān)手冊可知 f= :手臂伸縮部分主要由手臂伸縮氣 缸、手臂回轉(zhuǎn)氣缸、夾緊氣缸、手臂伸縮用液壓緩沖器、手爪及相關(guān)的固定元件組成。因此，活塞桿內(nèi)徑要盡可能大，假設(shè)取 d=70mm, d0 =56mm. 校核如下 :(按縱向彎曲極限力計(jì)算 ) 氣缸承受縱向推力達(dá)到極限力 Fk 以后，活塞桿會產(chǎn)生軸向彎曲，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。 該極限力與氣缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。設(shè)計(jì)符合要求。它的 氣源是由空氣壓縮機(jī) (排氣壓力大于 ～ Pa) 通過快換接頭進(jìn)入儲氣罐，經(jīng)分水過濾器、調(diào)壓閥、油霧器，進(jìn)入各并聯(lián)氣路上的電磁閥，以控制氣缸和手部