【正文】 4) 確定液壓缸的直徑D 選取活塞桿直徑d=，選擇液壓缸壓力油工作壓力P=則 D=根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列表（JB82666），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=32mm，根據(jù)裝配關(guān)系，外徑為50mm。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機(jī)械手的定位精度（由臂部和腕部等運(yùn)動部件來決定），而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。圖33 手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。夾持誤差不超過177。按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： β=176。176。4 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算4．1 腕部設(shè)計(jì)基本要求(1) 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。(3) 必須考慮工作條件對于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。4．3 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算4．3．1 腕部轉(zhuǎn)動時(shí)所需的驅(qū)動力矩計(jì)算腕部轉(zhuǎn)動時(shí)所需的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算：=+++ (Nm）； —工件對腕部轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kg(2) 腕部轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩因?yàn)槭肿A持在工件中間位置，所以e等于0，即：=Ge+Ge=0(3) 腕部轉(zhuǎn)動軸載軸頸處的摩擦阻力矩為簡化計(jì)算，一般取 =(4) 回轉(zhuǎn)缸的動片和缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩，與選用的密封裝置類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。因?yàn)? =（+)=======代入 =(+) =47所以 =+0+47=4．3．2 腕部驅(qū)動力的計(jì)算 表41 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB82666） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表41設(shè)缸體內(nèi)壁半徑R=55mm，外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，由表42選取168 mm，動片寬度b=66mm，輸出軸r=25mm。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力P===，所以選擇P=7MPa。4．3．4 動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸間的連接螺釘連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。由 得 ——單個螺釘?shù)念A(yù)緊力；D ——動片外徑；f ——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對鋼取f=；d ——輸出軸與動片連接處的直徑，初步計(jì)算可按D=（~）dD=110mm=，則d=44mm；螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 所以 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得===22234N螺釘材料選擇Q235， 則200MPa（n=~）螺釘?shù)闹睆? =螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm。（2） 雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)（3） 采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu)（4） 雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu)（5） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計(jì)算為5．3．1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計(jì)算。 a——導(dǎo)向支撐的長度（m）。對于圓柱面：——摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時(shí)：鋼對青銅：取鋼對鑄鐵：取計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵， ，L=656mm,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為160mm 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算1400=3864N5．3．2 手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計(jì)中，采用O型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于10Mpa。5．3．3 手臂慣性力的計(jì)算=式中 ——參與運(yùn)動的零件的總重力（包括工件）(N)；——從靜止加速到工作速度的變化量(m/s)；——啟動時(shí)間(s)，~；。5．4 手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定表51 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于5000~120000~30000~5000~10000~30000~50000~10000~20000~50000以上~經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動力F=4378N，根據(jù)表51選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa；（1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖52所示圖52 雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔： 液壓缸的有效面積： (mm)所以 （無桿腔） （有桿腔）式中——活塞驅(qū)動力(P)；——油缸的工作壓力(MPa)；——活塞桿直徑；——油缸機(jī)械效率，工程機(jī)械中用耐油橡膠可取=；由上節(jié)求得驅(qū)動力F=4378N，=1MPa，機(jī)械效率=將數(shù)據(jù)代入得：==根據(jù)表41（JB82666），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=80mm.（2） 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)表42（JB106867）取外徑選擇133mm.（3） 活塞桿的計(jì)算校核a，活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度要求。本次取=110則： =所以活塞直徑按下表取d=20mm，滿足強(qiáng)度要求。按中長桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其臨界力=F()式中 F——活塞桿截面面積(mm)； a，b——常數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)，碳鋼a=461，b=； ——柔度系數(shù)，經(jīng)計(jì)算為70。5．5 油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算(1) 缸體材料選擇無縫鋼管，此時(shí)端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點(diǎn)是加工和裝拆方便，缺點(diǎn)是缸體開環(huán)槽削弱了強(qiáng)度(2) 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算為保證連接的緊密性，螺釘間距t應(yīng)適當(dāng)（如圖42），在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和 =+式中 ——工作載荷，=；——螺釘中心所在圓的直徑；P——驅(qū)動力。=+=837+1257=2095N螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算式中 ——計(jì)算載荷，=； ——許用抗拉應(yīng)力，=； ——螺釘材料的屈服點(diǎn)，材料選擇45鋼，則屈服強(qiáng)度為352MPa； n——安全系數(shù)，n=，此處取n=2； ——螺紋內(nèi)徑，=，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動，這些運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運(yùn)動。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮分析。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：（1） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。（3） 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的。花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。驅(qū)動機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進(jìn)油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。圖6 回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖6．2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算6．2．1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計(jì)算公式為： =++ (Nm）； ——回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量，在啟動過程=(rad/s)； ——啟動過程的時(shí)間(s)；若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為(前面計(jì)算得=800mm)，則式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。=== kgm==175=550