【正文】 ） 實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力必須克服腕部啟動(dòng)時(shí)所需的慣性力矩、腕部回轉(zhuǎn)軸與支承處的摩擦力矩、動(dòng)片與缸壁和端 蓋等處密封裝置的摩擦力矩，以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件重心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩，圖（ 12）所示為腕部受力分析。 若工件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2111 egGJcJ ?? 式中， Jc —— 工件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 1G —— 工件的重量； 1e —— 工件重心到回轉(zhuǎn)軸的偏心距； g—— 重力加速度。 按腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解 RA和 RB。 故 ? ? ? ? mNdRdRfMBA ?????????? 12摩 3）工件重心偏置引起的偏重力矩 M 偏 M 偏 =G1e 式中， G1—— 工件重量（ N）； e—— 偏心距。 因此腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩為： ? ? ? ? ）（慣偏摩 mNMMM～M ????????? 又腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩 M與回轉(zhuǎn)缸的壓力 p的關(guān)系為： ? ?2 22 rRpbM ?? 式中， M—— 回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩； P—— 回轉(zhuǎn)缸的工作壓力； 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 共 50 頁(yè) R—— 缸體內(nèi)壁半徑； r—— 輸出軸半徑； b—— 動(dòng)片寬度。 1）液壓缸內(nèi)徑的確定 由上式腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩 M 與回轉(zhuǎn)缸的壓力 p 的關(guān)系推導(dǎo)得缸體內(nèi)壁半徑為； mmrPbM 232 ??? ????? 其中輸出軸半徑 r由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定為 。 2）液壓缸壁厚δ的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算： ? ??? 2 Dpp? 式中， δ —— 液壓缸缸筒厚度（ mm）； p —— 試驗(yàn)壓力（ MPa） ，工作壓力 p≤ 16MPa 時(shí)， p =；工作壓力 p≥ 16MPa時(shí)， p =，由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)壓力為 ，故 p = =； D—— 液壓缸內(nèi)徑（ mm）； ??? —— 缸材料體的許用應(yīng)力（ MPa）： ? ? nb?? ? b? —— 缸體材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa）； 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 50 頁(yè) n—— 安全系數(shù)， n=～ 5，一般取 n=5。 將以知數(shù)據(jù)代入上式得 ????? 因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，取 ? =。 4）回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定 由方案設(shè)計(jì)可知，腕部回轉(zhuǎn)行程 0～ 180○ ，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖（ 10）。 若工件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2111 egGJcJ ?? 式中， Jc —— 工件對(duì)重心軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 1G —— 工件的重量； 1e — — 工件重心到回轉(zhuǎn)軸的偏心距； g—— 重力加速度。 工件對(duì)腕部回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 50 頁(yè) ? ? ? ? ? ?2222222 15012 mkgcbagGJc ????????? 由于擺動(dòng)液壓缸工作時(shí)，工件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，則由以上分析得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ? ?222111 mkgegGJcJ ??????? 由以上計(jì)算得腕部加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩為： ? ?mN ???? ?慣 2）腕部轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)在軸頸處的摩擦力矩 M 摩 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在軸頸處的摩擦力矩公式為 ? ?1221 dRdRfM BA ??摩 由 由腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算可知，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在軸頸處的摩擦力矩相對(duì)與其他力矩要小的多，故此不在計(jì)算。 由于腕部擺動(dòng)時(shí)，工件的重心與回轉(zhuǎn)軸不重合，故存在偏心力矩 ? ?mNeG ????? 1偏 因此腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩為： ? ? ? ? ? ? ）（慣偏慣偏摩 mNMM～MMM～M ?????????? 擺動(dòng)液壓缸尺寸的確定 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 共 50 頁(yè) 1）液壓缸內(nèi)徑的確定 由上式腕部回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩 M與回轉(zhuǎn)缸的壓力 p的關(guān)系推導(dǎo)得缸體內(nèi)壁半徑為； mmrPbM 232 ??? ????? 其中輸出軸半徑 r由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定為 15mm。 2）液壓缸壁厚δ的計(jì)算 對(duì)于低壓系統(tǒng)，液壓缸缸筒厚度一般按薄壁筒計(jì)算： ? ??? 2 Dpp? 式中， δ —— 液壓缸缸筒厚度（ mm）； p —— 試驗(yàn)壓力（ MPa） ，工作壓力 p≤ 16MPa 時(shí)， p =；工作壓力 p≥ 16MPa時(shí)， p =，由于本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)壓力為 ，故 p = =； D—— 液壓缸內(nèi)徑（ mm）； ??? —— 缸材料體的許用應(yīng)力（ MPa）： ? ? nb?? ? b? —— 缸體 材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa）； n—— 安全系數(shù)， n=～ 5，一般取 n=5。 將以 知數(shù)據(jù)代入上式得 ????? 因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，取 ? =30mm。 4）回轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)行程的確定 由方案設(shè)計(jì)可知，腕部擺動(dòng)行程 0～ 90○ ，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖（ 11）。機(jī)身則直接支承和帶動(dòng)手臂部件，并實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)、升降、俯仰等運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)手臂和機(jī)身時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 1）剛度 剛體是指手臂和機(jī)身在外力作用下抵抗變形的能力。手臂的懸伸量越大，剛度越差，而且剛度歲懸伸距離的變化而不斷變化，因而懸伸量對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)荷能力都有很 大的影響。 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 共 50 頁(yè) 2）精度 機(jī)械手的精度最終反映在手部的位置精度上，在很大程度上取決與手臂和機(jī)身的精度。 3）平穩(wěn)性 手臂和機(jī)身的質(zhì)量較大，其運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)荷也較大，因而產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)也較大。在設(shè)計(jì)時(shí)除了力求結(jié)構(gòu)合理、緊湊、重量輕、慣性小以外，還應(yīng)采取有效的緩沖措施，以便吸收沖擊能量，提高機(jī)械手的工作平穩(wěn)性。例如：在高溫環(huán)境工作時(shí)，應(yīng)考慮熱輻射的影響；在腐蝕性介質(zhì)環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)考慮防腐蝕措施；在多用途作業(yè)環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)考慮控制、檢測(cè)、維修方便等等。這種配置形式的手臂可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小、工作范圍的特點(diǎn)。立柱式配置形式的機(jī)械手可以做成單臂的，也可以作成雙臂的。 2）機(jī)座式 機(jī)座式配置形式的機(jī)身設(shè)計(jì)成機(jī)座的形式，獨(dú)立自成系統(tǒng)，便于安裝和搬動(dòng)。這種配置形式的手臂裝在機(jī)座的頂端，適合于回轉(zhuǎn)型或俯仰型機(jī)械手。 3）屈伸式 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 共 50 頁(yè) 屈伸式配置形式的小臂相對(duì)于大臂可以作屈伸運(yùn)動(dòng)，大臂又可相對(duì)于機(jī)身作回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。這種配置形式能有效地利用空間，并能繞過(guò)障礙物夾持和送放工件，但使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。橫梁可設(shè)計(jì)成固定的，也可以設(shè)計(jì)成移動(dòng)的。 本機(jī)械手機(jī)身采用機(jī)座式，手臂運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向裝置為雙導(dǎo)向桿式，兩導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在驅(qū)動(dòng)油缸的兩側(cè)。機(jī)器人工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 圖（ 13） 當(dāng)壓力油輸入工作腔時(shí)，活塞驅(qū)動(dòng)手臂前伸。因此，驅(qū)動(dòng)力為 背封摩慣 PPPPP ???? 式中， 慣P—— 手臂啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力； 摩P —— 摩擦阻力（包括導(dǎo)向裝置和活塞與缸體之間的摩擦阻力）； 封P —— 密封裝置處的摩擦阻力，用不同形式的密封裝置，其摩擦阻力不同； 背P —— 油缸非工作腔的壓力（即背壓 ）所造成的阻力，若非工作腔與油箱或大氣相通，則 背P =0。 一般， 慣M 按下式計(jì)算： tJJM ???? ?? 00慣 式中， ?? —— 回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片的角速度增量，在啟動(dòng)過(guò)程中， ???? ； t? —— 啟動(dòng)過(guò)程的時(shí)間； 0J —— 手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 當(dāng)手臂部件尺寸不大，而且其重心位置距回轉(zhuǎn)軸線又較遠(yuǎn)時(shí)，可認(rèn)為手臂部件機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè) 共 50 頁(yè) 為“質(zhì)點(diǎn)”，則按下式計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 20 pgGJ ? 另外，在初算驅(qū)動(dòng)力矩時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，也可以用效率參數(shù)來(lái)考慮各密封裝置的摩擦阻力的影響，則可按下式計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩： ?慣MM? 式中， ? —— 回轉(zhuǎn)缸的效率，取 ? =～ 。 3）手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 下圖（ 14）所示為手臂作俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力分析圖。而作用在活塞上的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩與手臂的俯仰角β有關(guān)，當(dāng)手臂處在仰角為β 1 的位置 OA1 時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩為 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè) 共 50 頁(yè) )co s( 11 ?? ?? PbM 因?yàn)? ? ?CBDADO CBDO DAtg 1111111 ???? 而 ?? ?? 11 cosbCB 11 sin ?bcDO ?? 所以 111 s i nc o s ???? bcba r c tg ? ?? ???????? ?? ?? 111s i nc osc os ????bcbar c tgPbM 而 背封 PPPDP ??? 42? 式中， a,b,c—— 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸（參見(jiàn)圖 14）； P—— 作用于活塞上的驅(qū)動(dòng)力； P—— 液壓缸的工作壓力； D—— 活塞缸的內(nèi)徑； 封P —— 密封裝置的摩擦阻力； 背P —— 非工作腔的油壓（背壓），當(dāng)非工作腔通油箱或大 氣時(shí)， 背P =0。 因在手臂與立柱連接處一般都用滾動(dòng)軸承，摩擦阻力較小，故摩擦力矩可忽略不計(jì)，則上式可簡(jiǎn)化為 慣偏 MMM ?? 各缸主要尺寸的計(jì)算結(jié)果如下表所示。 （七）液壓系統(tǒng)回路的分析 本機(jī)械手的送放機(jī)構(gòu)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由一些液壓基本回路組成的，主要有以下一些回路。本機(jī)械手采用雙聯(lián)定量泵供油，用溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)壓力，使系統(tǒng)在恒定的壓力下工作，下圖（ 15）所示的為調(diào)壓回路圖。 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁(yè) 共 50 頁(yè) 手臂伸縮液壓缸 圖（ 16） 本機(jī)械手是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用回油路節(jié)流調(diào)速，如下圖（ 17）所示。 機(jī)械 電子工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁(yè) 共 50 頁(yè) 圖（ 17） 本機(jī)械手的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三位四通換向閥實(shí)現(xiàn)換向功能。由于液壓缸內(nèi)充滿液壓油，故從靜止到啟動(dòng)較平穩(wěn)，換向沖擊小，換向復(fù)位位置較準(zhǔn)確。當(dāng) 12DT 斷電時(shí)，手爪放松，油泵給蓄能器充油。當(dāng)因停電等原因油泵停止供油時(shí)，蓄能器通過(guò) 12DT 給油缸供油，使工件不會(huì)因停電等原因而脫 落。本次設(shè)計(jì)是我 們機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在學(xué)完四年工科課程后進(jìn)行的一次綜合性的、系統(tǒng)性的、理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)活動(dòng)，我認(rèn)為自己從中獲益匪淺。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我的專業(yè)知識(shí)得以鞏固，設(shè)計(jì)能力得以提高。這將為我以后的工程技術(shù)人員道路打下良好的基礎(chǔ)。在此，我向 他們致以深深的謝意。由于本次設(shè)計(jì)的時(shí)間比較急迫，資料欠缺，加之本人的水平有限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足等，難免在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤與不妥之