【正文】 自動化，并進一步實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的自動化，已經(jīng)越來越受到人們的重視。由于裝配中的一些工件比較重，而且有些裝配件的位置較高，還有有些裝配是重復(fù)性的動作，如果由工人手動裝配，不僅增加工人的勞動強度，而且降低生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。如果能用裝配線機械手代替人從事這種工作，那么將把工人從繁重且危險的裝配工作環(huán)境中解脫出來，會極大地提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。 自由度數(shù)：6個（1） 腕部回轉(zhuǎn) （2） 小臂伸縮 （3） 小臂俯仰（4） 腰部回轉(zhuǎn) （5）大臂升降 （6）縱向移動 抓取重量：最大為5kg 動作范圍及速度（） 各自由度的動作范圍及速度 運動自由度 動作范圍運動速度腕部回轉(zhuǎn)90176。30176?！?30176。/s腰部回轉(zhuǎn)90176。20176。 傳動方式的選擇傳動方式是將動力源的驅(qū)動力傳遞到實現(xiàn)自由度的運動的過程，在本設(shè)計中，就是將直線油缸的直線運動、回轉(zhuǎn)油缸的回轉(zhuǎn)運動傳遞出去。 各個自由度的實現(xiàn) 腕部回轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)腕部位于手爪和小臂之間，它的作用是在小臂的基礎(chǔ)上，進一步改變和調(diào)整手爪的空間姿態(tài)和方位，擴大機械手的動作空間和應(yīng)用范圍。 小臂伸縮運動的實現(xiàn)小臂的主要作用是連接腕部和大臂承受抓取工件的彎矩，因此應(yīng)加強小臂的剛度和強度，所以采用單作用活塞缸驅(qū)動，并采用雙導向桿導向并加強剛度，這種結(jié)構(gòu)的特點是受力均衡，可用于抓取重量較大，行程較長的情況。 腰部回轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)此處采用單葉片式回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動，其特點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可獲得無級變速的回轉(zhuǎn)運動，但是回轉(zhuǎn)角度小于360176。 大臂升降運動的實現(xiàn)此處設(shè)計采用單作用活塞缸來驅(qū)動，并采用導向鍵導向，這樣的結(jié)構(gòu)能提高大臂的強度，并且裝卸維修方便。本章主要對機械手的總體方案進行設(shè)計，明確了整體設(shè)計參數(shù)，確定了自由度的布置，并對各自由度的工作范圍及運動速度加以確定。3各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸確定及校核在上一章里對裝配線機械手整體進行了方案設(shè)計，確定了各個自由度的位置和基本的工作范圍，并且確定了各個自由度的實現(xiàn)方式。 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計手部是用來夾持工件的部位，具有模仿人手動作的功能。：根據(jù)受力分析得驅(qū)動力P與夾緊力N的關(guān)系為：P=N其中： b=50mm ,c=60mm ,=60176。 夾緊力的計算夾緊力是設(shè)計手部的重要依據(jù)，它必須克服重力以及工件運動狀態(tài)所產(chǎn)生的載荷，以使工件保持可靠的工作狀態(tài)。/=式中： 為V形手指半角，f為摩擦系數(shù)所以N=5=所以驅(qū)動力P==考慮到手在工作過程中有慣性力、震動以及傳動效率的影響，其實驅(qū)動力按下式計算：P(實際)=P/式中： 為手部機械效率，～，在這里取=所以P(實際)= 計算油缸內(nèi)徑設(shè)密封出摩擦力為,它的精確值不容易求得，常用液壓缸的機械效率進行估算。 所以液壓缸內(nèi)徑D計算公式為：D=式中：為液壓缸工作壓力，取=1Mpa為液壓缸回油腔壓力，取=由于活塞桿主要承受壓力，所以d/帶入數(shù)據(jù)，可求得D=，查活塞缸內(nèi)徑系列取40mm.所以d==40=12mm 手指結(jié)構(gòu)簡圖 液壓缸壁厚的確定壁厚應(yīng)滿足要求≥，式中為實驗壓力，～，[]為缸筒材料的許用應(yīng)力，其值為110Mpa.所以== mm,考慮到結(jié)構(gòu)性要求取=12 mm 活塞工作行程的確定當工件被夾緊時=30176。初始狀態(tài)是=45176。計算得活塞工作行程L為：L=50(sin45176。)+60(sin75176。) = mm查液壓缸活塞行程參數(shù)系列取25 mm 重要部分的校核 活塞桿的校核強度校核：=== []=170Mpa故強度滿足又由于活塞桿長度L=9415d=1512=180故不需進行穩(wěn)定性校核。校核按拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的合成應(yīng)力來進行，即= =≈=≈式中： F為液壓缸負載 K為螺紋擰緊系數(shù)，K=～ 為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取= d為螺紋直徑 為螺紋內(nèi)徑 Z為螺栓個數(shù)帶入數(shù)據(jù)計算= [] = ==150Mpa故螺栓滿足強度要求 活塞桿與推動連桿處銷的剪切強度校核=== []許=80Mpa故該銷能夠滿足強度要求 腕部回轉(zhuǎn)油缸設(shè)計 驅(qū)動力矩的計算腕部回轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩可按下式計算: M=K(M摩+M偏+M慣)其中： K為密封處摩擦損失系數(shù)，一般取K=～，這里取K=M摩為轉(zhuǎn)動支承處摩擦力矩 ，單位為Nm M偏為轉(zhuǎn)動部件重心對腕部回轉(zhuǎn)軸線的偏心力矩, 單位為Nm M慣為轉(zhuǎn)動部件啟動慣性力矩, 單位為Nm轉(zhuǎn)動部件啟動慣性力矩的計算為了計算方便此處將手爪、手爪驅(qū)動油缸和回轉(zhuǎn)油缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，其直徑為d=80 mm, 高度為L=500 mm，則其質(zhì)量=l=7800= kg 假設(shè)啟動加速時間為t啟=，穩(wěn)定時轉(zhuǎn)動角速度=50176。 快速置換式手部連接處校核剪切面的面積 S=DL==則==== []=80Mpa所以此處滿足強度要求 端蓋螺釘?shù)男：? 因為每個螺釘在危險截面上承受的拉力為工作載荷Q和預(yù)緊力之和：式中： P—驅(qū)動力，Z—螺釘數(shù)目，Z=6；其中： 為預(yù)緊力， ，K=～，這里取K=又 3480=而螺釘?shù)膹姸葪l件為：= []=150Mpa所以螺釘強度符合條件 小臂伸縮油缸設(shè)計小臂是機械手的主要執(zhí)行部件，它的主要作用是支承手部和腕部，也包括工件，并帶動它們做空間運動。 小臂設(shè)計的基本要求A. 臂部應(yīng)支撐能力大，剛度好，重量輕B. 臂部運動速度要穩(wěn)定，慣性要小C. 手臂動作應(yīng)靈活D. 位置精度要求高 驅(qū)動力計算 臂部伸縮運動需要克服摩擦力和慣性力，其驅(qū)動力按下式計算：=++其中： 為導軌支承間的摩擦阻力為密封圈處的摩擦阻力為啟動過程的慣性力矩 的計算由于兩個導向桿是對稱的配置，所以兩向?qū)U受力均衡，可按一個導向桿計算?；钊麠U既承受壓力又承受拉力，所以d/帶入數(shù)據(jù)，可求得D=，查活塞缸內(nèi)徑系列取50mm.所以d==50=25mm 因為工作壓力較小，缸壁選用鑄鐵，壁厚取t=10mm 重要部分的校核 活塞桿的校核(1) 按強度條件校核 === []許=170Mpa所以強度條件滿足(2) 按剛度條件校核由于桿長L=442mm ,桿直徑d=25mm，而L15d,所以要進行穩(wěn)定性校核，取安全系數(shù)為6截面最小慣性半徑為 i===故壓桿柔度：====60 柔度的壓桿稱為短桿會活小柔度桿，短桿的破壞可以認為是由于強度不足引起的。 驅(qū)動力矩的計算=++式中： 為摩擦阻力矩為偏心力矩為啟動過程的慣性力矩 的計算由于小臂和大臂連接處有滾動軸承，摩擦力矩較小，故M摩較小，可忽略不計，所以M摩=0 的計算其計算公式為 =式中： 為俯仰缸驅(qū)動所有總重量 為等效重心到回轉(zhuǎn)中心距離計算支撐板的重量：G支=7800=活塞缸、導向套及支撐板上的固定裝置和附件的重量估計約為G附≈10=98所以G=++98= 當計算時，應(yīng)在活塞桿完全伸出的情況下計算，此時參與伸縮運動的零部件的總重量的重心距俯仰缸回轉(zhuǎn)中心的距離為832mm，則等效重心距回轉(zhuǎn)中心距離==㎜所以 == 的計算(1) 工件的轉(zhuǎn)動慣量：=+ =㎏㎡(2) 手部夾緊液壓缸等效體的轉(zhuǎn)動慣量：==㎏㎡(3) 腕部回轉(zhuǎn)油缸等效圓筒的轉(zhuǎn)動慣量：==㎏㎡(4) 導向桿和活塞桿的轉(zhuǎn)動慣量：==㎏㎡(5) 支承板、導向套、活塞缸及固定裝置的總轉(zhuǎn)動慣量：=+=㎏㎡由于等速轉(zhuǎn)動角速度=30176。)L= 當俯仰缸驅(qū)動小臂使=45176。又 L=200 mm, =帶入數(shù)據(jù)計算得，P= 俯仰缸受力簡圖 油缸內(nèi)徑的計算由以前計算液壓缸內(nèi)徑D計算公式為：D=式中： 為液壓缸工作壓力，取p1=4Mpa為液壓缸回油腔壓力，取p2=為液壓缸機械效率， 這里取=。校核按拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力的合成應(yīng)力來進行，即= =≈=≈式中： P為液壓缸負載 K為螺紋擰緊系數(shù)，K=～ 為螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)，一般取= d為螺紋直徑 為螺紋內(nèi)徑 Z為螺栓個數(shù)帶入數(shù)據(jù)計算得=[