【正文】 （ 3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 φ 啟 = 180 =，等速轉(zhuǎn)動角速度 ω = 。 則回轉(zhuǎn)缸 作壓力 P≥2M/b(R2r2)=2()= ，選擇 8Mpa。 計算： 液壓缸工作壓強為 P=8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 8 個螺釘， 8Dπ = = ≤ 80， 所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個 危險截面 S = πR2 π r2 = π()/4= 所以 ， FQ = ZPS = FQs= KFQ K = FQs = KFQ = = N 所以 FQo = FQ + FQs 39。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩 個定位銷定位。 8bp ( D2 d2 ) = M摩 = FQZfd/2 于是得 FQ =Zfdbp4( D2 d2 ) D—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f= 螺釘?shù)膹姸葪l件為 σ 合421dFQπ≤ [σ ] 或 d1≥πσQF4 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 FQ =Zfdbp4( D2 d2 )= 6??? ??Z ( )= 24627 N 螺釘材料選擇 Q235，則 [σ ] = σs/ n = 240 /= 200MPa （ n = ） 螺釘?shù)闹睆? d≥πσQF4= ?? ??= 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M12 的開槽盤頭螺釘。 并進行的腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算，同時也計算了回轉(zhuǎn)缸連接螺釘?shù)闹睆?。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件或工具），并帶動它們作空間運動。本章敘述手臂的伸縮運動，手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)置在機身處，將在下一章敘述。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構(gòu)和各種傳動機構(gòu)來 實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。 臂部 設(shè)計的基本要求 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 。 （ 2） 提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離。 （ 4） 注意簡化結(jié)構(gòu)。 臂部運動速度要高，慣性要小 。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在 1000 mm/ s ,最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在 1800/ s 內(nèi) ， 大部分平均移動速度為 1000mm/ s ， 平均回轉(zhuǎn)角速度在 90/ s 。減少慣量具體有 3 途徑： （ 1） 減少手臂運動件的重量，采用鋁合金材料。 （ 3） 減少回轉(zhuǎn)半徑 ρ ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮） ，盡 可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作。 手臂動作應(yīng)該靈活 為減少手臂運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩 擦。 為此，必須計算使之滿足不自鎖的條件。 手臂的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 手臂的典型運動機構(gòu) 常見的手臂伸縮機構(gòu)有以下幾種： （ 1） 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)。 （ 3） 雙活塞桿液壓崗結(jié)構(gòu)。 手臂運動機構(gòu)的選擇 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計選擇 單 導(dǎo)桿伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動 ,液壓缸選取雙作用液壓缸。 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉(zhuǎn)動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計手臂結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該采用導(dǎo)向裝置。 導(dǎo)向桿目 前常采用的裝置有單導(dǎo)向桿，雙導(dǎo)向桿，四導(dǎo)向桿等，在本設(shè)計中才用 雙 導(dǎo)向桿來增加手臂的剛性和導(dǎo)向性。 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。 F = F 摩 + F 密 + F 回 + F 慣 手臂摩擦力的分析與計算 分析： 摩擦力的計算 不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。 機械手臂部受力示意 計算如下： 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)向桿計算。 Fa + μ 39。G 總 (2L + a)/ a 式中 G 總 —— 參與運動的零部件所受的總重力（含工件） （ N） ； L—— 手臂與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（ m） ,參 考上一節(jié)的計算 。 μ 39。 對于圓柱面： μ 39。= = ， G 總 = 1070 N ， L==,導(dǎo)向支撐 a 設(shè)計為 。(2L/a) = 1070 (2 + )/ = N 手臂慣性力的計算 本 設(shè)計要求手臂平動是 V= 5m/min , 在計算慣性力的時候 , 設(shè)置啟動時間 t = s，啟動速度 Δ V=V= /S , F 慣 =G 總 Δ v/gΔ t F 慣 =G 總 Δ v/gΔ t=1070 N S= N 密封裝置的摩擦阻力 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用 O 型密封，當液壓缸工作壓力小于 10Mpa。 經(jīng)過以上分析計算最后計算出液壓缸的驅(qū)動力： F = + F 摩 + F 慣 =6210N 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=6210N，根據(jù)表 選擇液壓缸的工作壓力 P=2MPa （ 1） 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸： 液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 所示 雙作用液壓缸示意圖 當油進入無桿腔， F = F1η = pπ D2η/4 當油進入有桿腔中， F = F2η = pπ ( D2 d 2 ) η/4 液壓缸的有效面積： S= F /p1 D=ηπ 14pF=1pFη （無桿腔） D= ηπ 14pF （有桿腔） F=6210N， p1 = 2 106 pa ，選擇機械效率 η = 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： D= 根據(jù) 上 表，選擇標準液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=65mm. （ 2）液壓缸外徑的設(shè)計 根據(jù)裝配等因素，考慮到液壓缸的臂厚在 7mm，所以該液壓缸的外徑為 79mm. （ 3）活塞桿的計算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度要求。 σ= 24dFπ = 106 Mpa ≤ 100 106 結(jié)論： 活塞桿的強度足夠。 機身的設(shè)計計算 機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。因此，臂部的運動越多，機 身的機構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。 機身的整體設(shè)計 按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)手臂 90 度 的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè)計在機身處。 機身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。 （ 2） 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。但 回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部件較大。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復(fù) 運動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。本設(shè)計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn) 和升降。手臂部件與回轉(zhuǎn) 缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運動?；钊麠U采用空心，內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合，活塞升降由花 鍵軸導(dǎo)向。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。具體結(jié)構(gòu)見下圖。 回轉(zhuǎn)角度一般靠機械擋塊 來決定，對于本設(shè)計就是考慮兩 個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計要求，設(shè)計中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 90 度 。 M 驅(qū) = M 慣 + M 阻 + M 回 慣性力矩的計算 M 慣 = J0ε = J0Δ ω /Δ t 式中 Δ ω —— 回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量（ rad/ s ） ，在起動過程中 Δ ω = ω ； Δ t—— 起動過程的時間 (s)。 J cz = m ( l 2 + 3R 2 )/ 12 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長 1800mm，直徑為 60mm 的圓柱體，質(zhì)量為 置起動角度 ω =180，則起動角速度 ω = rad /s ，起動時間設(shè)計為 。 經(jīng)過以上的計算 M 驅(qū) = N m s2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的初步確定 設(shè)計回轉(zhuǎn)缸的靜片和動片寬 b=60mm，選擇液 壓缸的工作壓強為 8Mpa。 （ 1） 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 根據(jù)表 所示，因為回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為 8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,根 據(jù)初步估算， L = π D = 150 = 471mm ， t 39。 危險截面 S = π R 2 π r 2 = π( )/4= m 2 所以， FQ = PS/Z = 20933 N FQS = KFQ = 20933 = 31400 N 所以 FQ0 =20933+31400=52333N 螺釘材料選擇 Q235，則 [σ ] =σs/ n = 240/ = 200 MPa （ n =） 螺釘?shù)?直徑 d ≥4 /π [σ ] = 4 52333/ 200 106= 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M20 的開槽盤頭螺釘。連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝， 并用兩個定位銷定位。 bp ( D2 d 2 ) /8= M 摩 = FQ Zf d/ 2 于是得 FQ = bp ( D2 d 2 )/ 4 Zfd 式中 FQ—— 每個螺釘預(yù)緊力； D—— 動片的外徑； f—— 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取 f= 螺釘?shù)膹姸葪l件為 σ 合421dFQπ≤ [σ ] 帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 FQ=Zfdbp4(D2 d 2 )= 6??? ??Z ( )= 40000 N 螺釘材料選擇 Q235，則 [σ ] =nsσ = = 200MPa （ n = ） 螺釘?shù)闹睆? d ≥?= ?? ??= 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d= M14 的開槽盤頭螺釘。 G 工件 = 60Kg 現(xiàn)在對機械手手臂做粗略估算： G 爪 和 G 腕 總共 =33Kg G 臂 = Kg G 總 = G 工件 + G 爪 + G 腕 + G 臂 = (2)計算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 ρ ρ 工件 =1920mm ρ 手和腕 = ρ 臂 = ρ= 總臂臂手腕手腕工件工件 σσσ G GGG ?? = 1650mm 所以，回轉(zhuǎn)半徑 ρ = 1650mm (3) 計算偏重力矩 M 偏 = G 總 ρ M 偏 = G 總 ρ = Kg = 1765 N m 升降不自鎖條件分析計算 手臂在 G 總 的作用下有向下的趨勢，而里柱導(dǎo)套有防止這種趨勢。 G 式中 F 摩 — — 摩擦阻力 。 （ 1） F 慣 的計算 F 慣 = gtvG總 設(shè)定速度為 V=4 m /min 。 G 總 近似估算 為 。對于本設(shè)計，采用一支點，雙固定，另一支點游動的支撐結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)參看本章開始的本設(shè)計采用兩個角接觸球軸承，面對面或者背對背的組合結(jié)構(gòu)。 本章小結(jié)本章對機械手的機身進行了設(shè)計，分別對機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)和升降機構(gòu)進行設(shè)計計算。 設(shè)計液壓系統(tǒng) 圖 （ 1）換向回路 液壓缸全部選用 O 型三位四通電磁換向閥。同時，為防止手臂升降缸在工作中因自重而下滑，可采用單向順序閥來平衡，如圖所示。 液壓缸輸出直線往復(fù)式運動 液壓缸式液動執(zhí)行元件之一。單活塞桿雙作用液壓缸一般由缸桶、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。對于升降油缸，當當下側(cè)無桿腔進油，上側(cè)有桿腔排油時，活塞桿上升，反之活塞桿下降。 單片式擺動油缸：壓縮油由進油口輸入，作用在葉片上，帶動軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，另一腔的油從排油口排出。這樣雙葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍。 . 控制元件 控制 元件是用來調(diào)節(jié)油液的壓力、流量和控制其流動方向，使液動執(zhí)行機構(gòu)獲得必要的力、動作速度、和改變運動方向，并按規(guī)定的程序工作。 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的液壓元件稱為壓