【正文】 向桿的剛性。圖6 雙導(dǎo)向桿手臂結(jié)構(gòu) 手臂的升降運(yùn)動如圖6所示為手臂的升降運(yùn)動機(jī)構(gòu)。由活塞桿帶動套筒3做升降運(yùn)動。圖中6為位置檢測裝置。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖7所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動由齒條活塞桿8驅(qū)動齒輪，帶動配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動，再通過缸體上的平鍵9帶動外套一起轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。手臂的橫向移動是由活塞缸5來驅(qū)動的，回轉(zhuǎn)缸體與滑臺1用螺釘聯(lián)結(jié)，活塞桿4通過兩塊連接板3用螺釘固定在滑座2上。圖8 手臂橫向移動機(jī)構(gòu) 臂部運(yùn)動驅(qū)動力計(jì)算 計(jì)算臂部運(yùn)動驅(qū)動力(包括力矩)時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。 臂水平伸縮運(yùn)動驅(qū)動力的計(jì)算 手臂做水平伸縮運(yùn)動時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦阻力等，還要克服啟動過程中的慣性力。 a ——啟動過程中的平均加速度(m/s)， 而 a = (m/s) △v ——速度變化量。 當(dāng)Fm=80N,W=1098(N)，△V = 500mm/s時(shí)，Pq = 80+* =80+112=192 (N) 臂垂直升降運(yùn)動驅(qū)動力的計(jì)算 手臂作垂直運(yùn)動時(shí)，除克服摩擦阻力Fm和慣性力Fg之外，還要克服臂部運(yùn)動部件的重力，故其驅(qū)動力Pq可按下式計(jì)算： Pq = Fm + Fg 177。——上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。由于啟動過程一般不是等加速度運(yùn)動，故最大驅(qū)動力矩要比理論平均值大一些。m) 式中 Mm——各支承處的總摩擦力矩； Mg——啟動時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算： Mg = J (Nm)。 △t——回轉(zhuǎn)臂啟動時(shí)間(s) 當(dāng)Mm=84(Nm) Mq = *116=(N對于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡單的零件分別進(jìn)行計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算。第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。 液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： (1) 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。手臂做直線運(yùn)動，液動機(jī)就是手臂伸縮油缸。的液動機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸(或稱擺動油缸)。 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。 壓力控制回路 (1) 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 (4) 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量Q。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動和正反向轉(zhuǎn)動。交流電磁閥的使用電壓一般為220V(也有380V或36V)，直流電磁閥的使用電壓一般為24V(或110V)。交流電磁閥起動性能好，換向時(shí)間短，接線簡單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。 繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號，畫出液壓原理圖。它的動作順序是：待料(即起始位置。 → 拔定位銷 → 手臂回轉(zhuǎn)115176。上述動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動作而實(shí)現(xiàn)的。 自動上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理介紹圖9 機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個(gè)油泵同時(shí)供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指夾緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時(shí)只有小油泵供油，大泵自動卸荷。 手臂升降油缸支路設(shè)置有單向順序閥(XI63B)，可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其所支承的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦?。?dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入升降油缸下腔而不會被順序閥所阻，這樣采用單向順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。當(dāng)反向進(jìn)油時(shí)，油箱通過控制油路將單向閥芯頂開，使回油路接通，油液流回油箱。系統(tǒng)的壓力由溢流閥來調(diào)節(jié)。 下面以上料機(jī)械手的一個(gè)典型動作程序?yàn)槔Y(jié)合圖8來說明其動作循環(huán)。 當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于1150℃的熱料使光電繼電器發(fā)出電信號(或經(jīng)過人工啟動)，經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開始按程序動作。定位后此支油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器40發(fā)出電信號，經(jīng)過步進(jìn)選線器跳步使電磁鐵1DT通電，電液換向閥25從“O”型滑滑機(jī)能狀態(tài)變成通路，壓力油泵從3和8經(jīng)單向閥14和13，經(jīng)過電液換向閥25右邊通道進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動導(dǎo)向桿作前伸運(yùn)動(因活塞缸固定)，手臂前伸到適當(dāng)位置，裝在手臂上的碰鐵碰行程開關(guān)發(fā)出電信號，經(jīng)步進(jìn)選線器和時(shí)間繼電器延時(shí)，是電磁鐵3DT通電，手指張開；手臂靠慣性滑行，手指移到待上料的中心位置。在手臂上升到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，使電磁鐵4DT斷電，電液換向閥33復(fù)位成“O”型滑閥機(jī)能狀態(tài)，發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵2DT通電，電液換向閥25左邊接通油路，壓力油通過電液換向閥25左邊通道，經(jīng)過單向調(diào)速閥26的單向閥進(jìn)入受臂伸縮油缸左腔使受臂縮回。當(dāng)橫向移動機(jī)構(gòu)上的碰鐵碰到行程開關(guān)，使13DT斷電，并發(fā)出電信號經(jīng)步進(jìn)選線器跳步使6DT通電，則換向閥18右邊接通油路，壓力油通過單向調(diào)速閥19的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸一腔，使手腕回轉(zhuǎn)115176。經(jīng)步進(jìn)選線器跳步，使電磁鐵9DT通電，換向閥28右邊通道接通油路，壓力油經(jīng)QI(31)的單向閥進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)油缸一腔使手臂回轉(zhuǎn)115176。步進(jìn)選線器跳步，使8DT通電，定位油缸17動作，插定位銷，壓力繼電器40發(fā)出電信號經(jīng)發(fā)出電信號。當(dāng)手筆碰鐵碰到行程開關(guān)時(shí)，2DT斷電(手臂縮回停)；并發(fā)出電信號和跳步，使5DT通電，電液換向閥33的左邊通道接通油路，壓力油經(jīng)QI(36)的單向閥進(jìn)到升降缸的上腔，使手臂下降，當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰行程開關(guān)時(shí)，5DT斷電(手臂下降停)；并發(fā)出電信號和跳步，使7DT通電，換向罰18的左邊通道接通油路，壓力油QI(20)的單向閥進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸的另一腔，使手腕反轉(zhuǎn)115176。(機(jī)械手復(fù)位)。 計(jì)算的主要內(nèi)容是，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的輸出力和運(yùn)動速度，確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸和所需流量、確定液壓系統(tǒng)所需的油壓與總的流量，以選擇油泵的規(guī)格和選擇油泵電動機(jī)的功率。 在本機(jī)械手中，用到的油缸有活塞式油缸(往復(fù)直線運(yùn)動)和回轉(zhuǎn)式油缸(可以使輸出軸得到小于360176。 雙作用單桿活塞油缸圖10 雙作用單桿活塞桿油缸計(jì)算簡圖(1) 流量、驅(qū)動力的計(jì)算 當(dāng)壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度V1運(yùn)動時(shí)所需輸入油缸的流量Q1為 Q1 = DV1 對于手臂伸縮油缸：Q1=， 對于手指夾緊油缸：Q1= cm/s ,對于手臂升降油缸：Q1= cm/s 油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P1即油缸的驅(qū)動力為： P1 = Dp1 對于手臂伸縮油缸：p1=196N， 對于手指夾緊油缸：p1=126N ，對于手臂升降油缸：p1=320N當(dāng)壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度V2運(yùn)動時(shí)所需輸入油缸的流量Q2為： Q2 = (Dd)V2 對于手臂伸縮油缸：Q1=， 對于手指夾緊油缸：Q1= cm/s ,對于手臂升降油缸：Q1= cm/s 油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P2即油缸的驅(qū)動力為： P2 = (Dd)p1 對于手臂伸縮油缸：p1=172N， 對于手指夾緊油缸：p1=108N ，對于手臂升降油缸：p1=305N(2) 計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷 機(jī)械手手臂移動時(shí)，作用在機(jī)械手活塞上的總機(jī)械載荷P為 P = P工 + P導(dǎo) + P封 + P慣 + P回 其中 P工 為工作阻力 P導(dǎo) 導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力 P封 密封裝置處的摩擦阻力 P慣 慣性阻力 P回 背壓阻力 P = 83+125+66+80+208=562(N)(3) 確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸㈠ 油缸內(nèi)徑的計(jì)算 油缸工作時(shí)，作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與活塞桿上所受的總機(jī)械載荷平衡，即 P = P1(無桿腔) = P2 (有桿腔) 油缸(即活塞)的直徑可由下式計(jì)算 D = = 厘米 (無桿腔) 對于手臂伸縮油缸：D=50mm， 對于手指夾緊油缸：D=30mm ，對于手臂升降油缸：D=80mm ，對于立柱橫移油缸：D = 40mm 或D = 厘米 (有桿腔) ㈡油缸壁厚的計(jì)算： 依據(jù)材料力學(xué)薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計(jì)算： = 厘米 P 計(jì)為計(jì)算壓力 油缸材料的許用應(yīng)力?；钊麠U工作時(shí)主要承受拉力或壓力，因此活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算可近似的視為直桿拉、壓強(qiáng)度計(jì)算問題，即 = ≦ 即 d ≧ 厘米 對于手臂伸縮油缸：d =30mm， 對于手指夾緊油缸：d =15mm ，對于手臂升降油缸：d=50mm , 對于立柱橫移油缸:d=16mm 無桿活塞油缸(亦稱齒條活塞油缸)圖11 齒條活塞缸計(jì)算簡圖(1) 流量、驅(qū)動力的計(jì)算 Q = 當(dāng)D=103mm,d=40mm,= rad/s時(shí) Q = 952N(2) 作用在活塞上的總機(jī)械載荷P P = P工 + P封 + P慣 + P回 其中 P工 為工作阻力 P封 密封裝置處的摩擦阻力 P慣 慣性阻力 P回 背壓阻力 P = 66+108+208=382(N)(3)油缸內(nèi)徑的計(jì)算 根據(jù)作用在齒條活塞上的合成液壓力即驅(qū)動力與總機(jī)械載荷的平衡條件，求得 D = (厘米) D = 45mm 單葉片回轉(zhuǎn)油缸 在液壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手腕、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動的另一種常用機(jī)構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡稱回轉(zhuǎn)油缸，其計(jì)算簡圖如下：圖12 回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算簡圖(1) 流量、驅(qū)動力矩的計(jì)算 當(dāng)壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動片以角速度運(yùn)動時(shí)，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q為： Q = 當(dāng)D=100mm,d=35mm,b=35mm, = rad/s時(shí) Q= 回轉(zhuǎn)油缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩M： M = 得M = (Nm) (3) 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算 回轉(zhuǎn)油缸的動片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得： D = (厘米) D = 30mm