【正文】 手部夾持器的計算 手部夾持器設(shè)計要求 夾持兩個棒料，每個不大于 5kg 2. 各部分的長度 手腕： 300mm 手臂： 800mm 俯仰小臂： 200mm 大臂： 500mm 3. 手抓機構(gòu)分析 手部夾持器是工業(yè)機械手的關(guān)鍵部位之一，它的主要用途是夾持工件或工具按規(guī)定的動作程序來完成制定的工作，它的加緊和伸開都是自動完成的。抓起范圍： 20 毫米到 50 毫米的圓柱體工件其抓取原理圖如下： 圖 41 手爪工作原理圖 1— 鉸接點 2— 手指 3— 工件 手部夾持器設(shè)計計算 進分析可知，此手抓作單支點運動，由此可知： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 12 12 cosP P a? 1 2cosPP a? （ 41） 力矩平衡： 1 25 50PN? ? ? （ 42） N=100 122PPP?? (43) 夾緊力： 1 2 3N K K K G? （ 44） = 2 100? ? ? = 150 P=2 1P =4N=600（ N） PP??實=560(N) 1K 為安全系數(shù)： 取 1K 為 = 2K =1+a/g (抓取工件的最大加速度為 a=g) 3K 為方位系數(shù) 3K = P實 =56kg 設(shè)液壓缸直徑為 D 、 d 為半徑。 （ 46） 端蓋螺釘校核 彈簧剛度： k= n/m ,行程 ： 15mm 彈簧總長： 30mm，活塞桿總長為 60mm 油的工作壓力 ： 2=13kgf/cmP1 Q ??1 預(yù)緊力： = kgfQ K Q Q?? 總拉長： bbmC= Q P+ C + CQF（ ）= (47) 相對剛度 : bbmCC +C（ ） =, 總拉力需增加 30% 所以： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 ? ?4 1 . 3 Qd 3 .2 m m????π （ 48） ? ? s s 3 sA 24 0 M P aN N .5d 8 m m? ? ? ????1 為 普 通 碳 素 鋼 鋼 ，安 全 系 數(shù) ， 由 于 是 靜 截 面 ， 取 =1 所 以 ： 完 全 符 合 要 求 。 本設(shè)計將運用回轉(zhuǎn)油缸來驅(qū)動，設(shè)計時我將考慮以下幾點： a、 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 b、 動作靈活平穩(wěn) c、 保證有足夠的剛度和強度 =+M M M M?驅(qū) 回偏 封 如下圖所示： 圖 42 腕部驅(qū)動力矩計算圖 除工件以外，將擺動體等效為一直徑 D=70mm， 長為 200mm 的圓柱體。 ()M 2 2 0 . 58p b D d kg f???驅(qū) 則 `MM?驅(qū) 驅(qū) 所以： 所設(shè)計的相關(guān)尺寸滿足，強度要求合理。 俯仰缸設(shè)計 俯仰缸能 使其手臂上仰下俯，使手臂的抓取范圍大大得到提高，設(shè)置一個俯仰缸，還可以使機械手得到重量上的平衡，使本機械手更加的穩(wěn)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 定。 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 大臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手的大范圍的回轉(zhuǎn)，設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾點： 1. 要有足夠的承載力 2. 要有足夠的剛度和強度 3. 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，盡量減少偏心力矩 大臂回轉(zhuǎn)示意圖如下： 如圖 49 大臂回轉(zhuǎn) 示意圖 大臂回轉(zhuǎn)時的力矩： M 驅(qū) = M 慣 + M 封 +M 回 ：、 ` ``=M M M?封 封 封 式中： ` 1M bbRP??封 `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 臂部擺動時受力圖如下： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 410 大臂擺動時受力圖 其中： ? ＝０ .15mm b= 50mm 1b =5mm R= 45mm r = 20 mm p 取 10MPa 3 2 .52CP RrR m m??? 則： ` 1M bbRP??封 = kgfm `` 13 ( ) CPM b R r PR???封 = kgfm ` ``=M M M?封 封 封 = kgfm ： 手臂結(jié)構(gòu)受力圖如下： 圖 411 手臂結(jié)構(gòu)受力圖 設(shè)重心于 `o’處，則有： oM(F)=0? = + + G + G ? ? ?臂 伸 缸 俯 缸（ 4 0 0 ） G （ 124 ） （ 80 ） = + + + ? ? ?? ? ?32 （ 400 ） （ 124 ） （ 80 ） = 9. 2 +3 2 + 2. 2 = 43. 4 kgf總 G 手臂可以近似看成一根桿： L=800mm 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 24 20z=+gGJJ ? =1/12+? +? /10 = 2m 180 / 180 = 0. 36 r a d/s5t = W? ? ??π 所以： 0= = 6 .0 5 ra d /sMJ ????慣 ： D 222d p2= b p d = b /2 ( R r ) pM ??回 回 回 其中： p回 =1MPa b=80mm R=50mm r=20mm 則： 22=b/2 ( R r ) pM 回 回= kgfm `=MM驅(qū) 驅(qū) `2=pb d /8M 2驅(qū) （ D ） 其中 d=4mm 28 d 9 5 m mpbMD ? ? ?驅(qū) ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? = P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)膹姸葪l件為 ： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 大臂升降結(jié)構(gòu)設(shè)計 大臂是整個機械手的支撐部件，能實現(xiàn)機械手大范圍的升降，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 1） 要有足夠的承載力 （ 2） 要有足夠的剛度和強度 （ 3） 要結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 ： 圖 412 大臂受力圖 G— 升降油缸個部件的重力 f— 摩擦力 P上 — 上升驅(qū)動力 G = G + G + G + G + 臂 俯 伸 空 桿Ｇ G臂 = kgf 桿Ｇ = kgf G + G + G俯 伸 空 = kgf G = + + = kgf 根據(jù)力矩平衡方程： G + f = P上 P上 = / () = kgf =kPP驅(qū) 上 k為安全系數(shù) k= P驅(qū) = ? = ： 由式子： 424 p dpdPD ?? ππ （ 421） = 所以取 D 為 110mm ， d 為 60mm ： 0? = s+?? 式子中： ? — 工作載荷 s? — 預(yù)緊力 ? =P驅(qū) / Z = kgf 螺釘?shù)?強度條件為： ? ?214j= dQ???合 π ?合 = kgf / 3cm 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 26 ? ? 3s 2400= = = 1 2 0 0 k g f /c mn2?? 所以： ? ????合 , 即是取 M8 合格 s? — 材料的屈服極限 n— 安全系數(shù) 直到現(xiàn)在，本設(shè)計的機械手的機構(gòu)尺寸基本確定，其移動 將根據(jù)實際應(yīng)用要求適當(dāng)調(diào)整。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 第 5章 各油缸活塞桿校核 手部驅(qū)動油缸活塞桿校核 ： 22500d /4 /4P? ??π π （ 51） = 碳鋼 ??? 取 100 ~120 MPa 所以： ?? ??? 強度條件滿足。 所以： 1 = 133G G G N?? 工 件 腕部活塞桿受力圖如下： 圖 51 腕部活塞桿受力圖 F=G=133N ,相應(yīng)產(chǎn)生的彎矩為 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 30 M=GL= 則應(yīng)力強度校核： 先求支反力 由 0AM?? , 0BM ?? 得 ： 80 70APF? ? ? 80 70APF? ? ? F= 123 N 所以 ： AP =116N 同理可求得： BP = 249 N CMM? = 所以按第三強度理論校核： 2d /32CW ?π = 10 m?? c= CCMW?= 而 : ??? = 0n? =294MPa c? 所以軸強度條件符合。 2. 穩(wěn)定性校核 ： 桿長 l 為 300mm ，桿徑 d 為 40mm 因為 300 15 ? 40 = 600 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格。 ： 桿長 l 為 200mm ， 桿徑 d 為 30mm 因為 200 15 ? 30 = 450 即 ： l 15d 所以： 不必校核 ，穩(wěn)定性合格 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 32 第 6章 總體三維圖 總體三維圖 經(jīng)過以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計，總體外觀圖的規(guī)劃，液壓系統(tǒng)的設(shè)計及其調(diào)試， 現(xiàn)繪制出五自由度液壓搬運機械手的總體外觀三維圖如下： 圖 61 總體主視圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 圖 62 一定角度總體視圖 圖 63 手爪放大圖 本章小結(jié) 經(jīng)過以上幾章的方案確定、設(shè)計分析、校核計算，本章最終對總體效果圖進行了三維圖的繪制，其效果如上。本文以搬運機械手為例論述了有關(guān)機械手設(shè)計方面的一些問題，得出以下結(jié)論： 首先，理論分析方面，注重理論與實際相結(jié)合，考慮到各種驅(qū)動的優(yōu)缺點，最后選擇了液壓系統(tǒng)驅(qū)動，因為液壓系統(tǒng)驅(qū)動具有以下幾個優(yōu)點： （ 1） 能方便的進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。 （ 3） 控制和調(diào)節(jié)簡單、方便、省力；容易實現(xiàn)自動化控制和過載保護。 （ 5） 因為傳動介質(zhì)為油液，故液壓元件有自我潤滑的作用，使用壽命