工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大的改善了工人的勞動條件 ，顯著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐， 本設(shè)計(jì)通過對機(jī)械手各主要組成部分（手部、手腕、手臂和機(jī)身等）分析， 從而確定各主要組成部分的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而確定裝配總圖。通過此次機(jī)械手設(shè)計(jì)，掌握相關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的主要步驟，對于 件應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手，設(shè)計(jì)，手部，手腕，手臂，機(jī)身 ，結(jié)構(gòu) 2 n s up to so on in to AM 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 目 錄 1 緒論 1 2 機(jī)械手設(shè)計(jì)要求 1 3 機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案 1 械手的組成 1 行機(jī)構(gòu) 1 動機(jī)構(gòu) 2 制機(jī)構(gòu) 2 械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 2 械手的主要特點(diǎn) 2 械手的技術(shù)發(fā)展方向 3 械手坐標(biāo)形式與自由度選擇 4 械手坐標(biāo)形式選擇 4 械手自由度選擇 4 械手的規(guī)格參數(shù) 4 械手手部設(shè)計(jì)計(jì)算 5 部設(shè)計(jì)基本要求 5 部力學(xué)分析 5 緊 力與驅(qū)動力的計(jì)算 7 抓夾持范圍計(jì)算 9 抓夾持精度的分析計(jì)算 9 械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 10 部設(shè)計(jì)基本要求 10 部的結(jié)構(gòu)選擇 10 4 部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算 11 部 工作壓力 計(jì)算 13 壓缸蓋螺釘計(jì)算 14 片和輸出軸 聯(lián)接 螺釘計(jì)算 15 械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 15 部設(shè)計(jì)基本要求 15 部的結(jié)構(gòu)選擇 16 臂伸縮驅(qū)動力計(jì)算 16 臂伸縮液壓缸參數(shù) 計(jì)算 18 身升降機(jī)構(gòu)計(jì)算 19 臂偏重力矩計(jì)算 19 降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 21 臂升降驅(qū)動力計(jì)算 21 臂升降液壓缸參數(shù) 計(jì)算 22 身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算 23 臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計(jì)算 23 臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù) 計(jì)算 24 壓缸蓋螺釘計(jì)算 24 片和輸出軸間 聯(lián)接 螺釘計(jì)算 25 4 機(jī)械手裝配總圖 26 5 結(jié)論 27 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 英文文獻(xiàn)名稱（工業(yè)機(jī)械手） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 1 緒論 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)等 方面 的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課以后的一次綜合設(shè)計(jì) ，通過這一環(huán)節(jié) 把有關(guān)課程中所獲得的理論知識在實(shí)際中綜合的加以應(yīng)用， 使這些知識能夠得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來 ，通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，為自動機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 2 機(jī)械手設(shè)計(jì) 要求 要求本設(shè)計(jì)能鮮明體現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成以下工作： 1） 擬定機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案，特別是機(jī)械手各主要組成部分的方案。 2） 根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇合適的手部、腕部、臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。 3） 各主要部件 （手部、腕部、臂部） 的設(shè)計(jì)計(jì)算。 4） 工業(yè)機(jī)械手裝配圖的繪制。 5） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 3 機(jī)械手總體設(shè)計(jì) 方案 械手的組成 工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。 行機(jī)構(gòu) 1） 手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平移型，（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單），手部多為二指（也由多指），根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種，也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。 傳力機(jī)構(gòu)形式也很多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式、重力式。 2） 腕部 是 聯(lián)接 手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 6 目前 ， 應(yīng)用 最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊、靈巧，但回轉(zhuǎn)角度小，并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。 3） 手臂 是支撐被抓物體手部、腕部的重要部件，并帶動它們做空間運(yùn)動，它的主 要作用是帶動手指去抓取工件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到給定的位置，一般手臂需要三個(gè)給定自由度才能滿足要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動。 4） 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國正處于仿真階段。 動機(jī)構(gòu) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，根據(jù)動力源的不同 大致可分為氣動、液壓、電動和機(jī)械式四種。 采用液壓機(jī)構(gòu)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，臂力大，尺寸緊湊，控制方便。 制機(jī)構(gòu) 在機(jī)械手控制上， 有 點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種 ，大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)動控制，也有用 行控制，主要控制的是坐標(biāo)位置。 械手在生 產(chǎn)中的作用 機(jī)械手在 工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下幾個(gè)方面： 1） 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線。 2） 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化方面： a 各類半自動車床，有自動夾緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，仍需人工上下料，裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)自動生產(chǎn)，一人看管多臺機(jī)床。 b 注塑機(jī)有 加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機(jī)械手自動裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)自動生產(chǎn)。 c 沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機(jī)械手上下料，可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。 械手 的 主要特點(diǎn) 1） 對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn) 、有害的操作，在長時(shí)間工作對人類有害的場所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 2） 機(jī)械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并 能擴(kuò)大和延伸人的功能。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 3） 由于機(jī)械手的動作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可避免人為的操作錯(cuò)誤。 4） 機(jī)械手通用性、靈活性好，能較好的適應(yīng)產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 5） 采用機(jī)械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。 械手的技術(shù)發(fā)展方向 國內(nèi)外使用的實(shí)際上是定位控制機(jī)械手 ，沒有“視覺”和“觸角”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸角”的工業(yè)機(jī)械手，使它能對所抓取的工件進(jìn)行分辨，選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進(jìn)而精確的在機(jī)器中定位、 定向。 為使機(jī)械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺傳感器輸入三個(gè)視圖方向的視覺信息，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。 為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法：一種是檢測把握物體手臂的變形，以選擇適當(dāng)?shù)奈樟?，另一種是直接檢測指部與物件的滑落位移，來修正握力。 因此這種機(jī)械手具有以下幾方面的性能： 1） 能準(zhǔn)確的抓住方位變化的物體。 2） 能判斷對象的重量。 3） 能自動避開障礙物。 4） 抓空或抓力不足時(shí)能檢測出來。 這種具有感知能 力并能對感知的信息做出反應(yīng)的工業(yè)機(jī)械手稱為智能機(jī)械手，它是有發(fā)展前途的。 現(xiàn)在工業(yè)機(jī)械手的使用范圍只限于在簡單重復(fù)的操作方面節(jié)省人力，代替人從事繁重、危險(xiǎn)的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費(fèi)工的工業(yè)部門，機(jī)械手的應(yīng)用情況不能說是很好的，其原因之一是，工業(yè)機(jī)械手的性能還不能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機(jī)械手工作的范圍很狹小，另外經(jīng)濟(jì)性問題也很重要，利用機(jī)械手節(jié)約人力從經(jīng)濟(jì)上看不一定總是合算的。然而利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價(jià)格方面存在的問題獲得解 決，機(jī)械手的應(yīng)用必將飛躍發(fā)展。 8 械手坐標(biāo) 形式 與自由度的選擇 械手坐標(biāo) 形式 選擇 機(jī)械手一般包括 球坐標(biāo)式 、 球坐標(biāo)式、直角坐標(biāo)式、多關(guān)節(jié)式。直角坐標(biāo)式機(jī)械手，占用空間大，工作范圍小，慣性大，一般不多用，只有在自由度較少時(shí)才考慮用。 球坐標(biāo)式 機(jī)械手，占用空間小，工作范圍大，慣性大，結(jié)構(gòu)簡單。 多關(guān)節(jié)式機(jī)械手 ， 占用空間小，工作范圍大，慣性小， 能抓取底面物體，但多關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以也不多用 。球坐標(biāo)式機(jī)械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體 。 由 以上敘述可以看出 球坐標(biāo)式 和球 坐標(biāo)式比較適合，但由于 球坐標(biāo)式 比球坐標(biāo)式在結(jié)構(gòu)方面簡單一些，所以最后決定選擇 球坐標(biāo)式 機(jī)械手。 圖 1 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 械手自由度選擇 由 球坐標(biāo)式 機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡圖選擇四自由度機(jī)械手。 械手的規(guī)格參數(shù) 抓重： 自由度： 4 個(gè) 坐標(biāo)形式： 球 坐標(biāo)式 手臂運(yùn)動參數(shù)： 伸縮行程 （ X）： 伸縮速度： 250 升降行程（ Z）： 升降速度： 0 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 回轉(zhuǎn)范圍： 2100 回轉(zhuǎn)速度： s/)(90 棒料規(guī)格：直徑 40腕運(yùn)動參數(shù)： 回轉(zhuǎn)范圍： 1800 回轉(zhuǎn)速度： s/)(90 位置檢測： 用電位器反饋式 重復(fù)定位精度： 驅(qū)動方式： 液壓驅(qū)動（中、低壓系統(tǒng)） 控制方式： 可編程控制 械手 手部設(shè)計(jì)計(jì)算 部設(shè)計(jì)基本要求 1） 應(yīng)具有 適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力，應(yīng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。 2）手指應(yīng)具有一定的張開范圍 ，以便于抓取工件。 3）在保證本身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂負(fù)載。 4）應(yīng)保證 手抓 的夾持精度。 部 力學(xué)分析 通過綜合考慮 ，本設(shè)計(jì)選擇二指 雙支點(diǎn) 回轉(zhuǎn)型手抓， 采用滑槽杠桿式，夾緊裝置采用常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而手抓張開。 下面對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析 ： 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F ，并通過銷軸中心 O 點(diǎn)，兩手指的滑槽對銷軸的反作用力為 1F 和 2F ， 其力的方向垂直于滑槽的中心線 1 2 點(diǎn)，交 1F 和 2F 的延長線于 A 和 B 。 由 01 10 0F 11 由 0)( 得 1又因?yàn)?以 2 a 手指的回轉(zhuǎn) 支 點(diǎn)到 對稱中心線的距離（ 工件被夾緊時(shí)手指的 滑 槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角 （ a） （ b） 圖 2 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)原理圖 1 手指 2 銷軸 3 杠桿 由分析可知，當(dāng)驅(qū)動力 F 一定時(shí)， 角增大，則握力 角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好 4030 。 緊力與驅(qū)動力的計(jì)算 手指 加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向與買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 作用點(diǎn)進(jìn)行分析、計(jì)算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化所產(chǎn)生 動 的載荷，以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按下式計(jì)算： 21式中 1K 安全系數(shù)，通常 2K 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按12,其中 a 是重力方向的 最大 上升加速度，響， g 是重力加速度， 2/8.9 。 運(yùn)載 時(shí)工件最大上升速度； 響t 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取 3K 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇； G 被抓取工件所受重力； 表 1 驅(qū)動力與液壓缸工作壓力關(guān)系圖 作用在活塞上外力F(N) 液壓缸工作壓力 用在活塞上外力F(N) 液壓缸工作壓力 0000 30,80,40 機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 求夾緊力動力 F 和驅(qū)動液壓缸的尺寸 。 （ 1） 設(shè) K 12設(shè) 70m 因此 2m a x /7.0 響所以 K 12 設(shè) 33 0 4 （ 2）根據(jù)驅(qū)動力公式得： 340 30c o o 計(jì)算由于實(shí)際所采取的液壓缸驅(qū)動力要大于計(jì)算 ，考慮手爪的機(jī)械效率 ， 。 （ 3）取 計(jì)算實(shí)際即 （ 4）確定液壓缸 的 直徑 D 因?yàn)?4 )(22 實(shí)際選取活塞桿直徑 ，選擇液壓缸工作壓力 。 所以 4 2 262 實(shí)際根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ 選取液壓缸的內(nèi)徑為： 0 則活塞桿直徑為： . 所以手部夾緊 液壓缸的主要參數(shù)為： 液壓缸內(nèi)徑 D 活塞桿直徑 d 工作壓力 P 驅(qū)動力 F 505 手抓夾持范圍計(jì)算 為了保證手抓張開角為 120 ,設(shè)手抓 長為 當(dāng)手抓沒有張開角的時(shí)候，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持半徑 0 ,當(dāng)張開角為 120 時(shí) ,根據(jù)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手抓的誤差分析，取 最大夾持半徑 0。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 所以機(jī)械手的夾持半徑為 0 。 抓夾持精度的分析計(jì)算 機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運(yùn)動穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力 。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），而且也與機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)，特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)的變化，一定要進(jìn)行機(jī)械手的夾持誤差分析。 圖 3 手抓夾持誤差分析示意圖 以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持半徑為 0 ，一般夾持誤差不超過 分析如下： 工件的平均半徑 ： 02 6040 平均手抓 長 00 ， 取 V 型夾角 1202 偏轉(zhuǎn)角 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： i 0c o ss i nc o s 11 L R 平均 計(jì)算 得 o i o ss i 式中 0R 理論平均半徑 因?yàn)?m 2222m a a s i ss i i n ）（ 14 222222 i i n 601 0 02)60s i n 60(1 0 0 2222m i i s i ss i i n ）（ 222222 i i 02)60s i 0 0 所以 夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。 械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 部設(shè)計(jì)的基本要求 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)， 顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能， 因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2） 結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān) 聯(lián)接 和支撐作用，除保證力和運(yùn)動的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合 考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的 聯(lián)接 。 3） 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。 部的結(jié)構(gòu)選擇 腕部的結(jié)構(gòu)有四種，分別為： 1） 具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu) 直接用回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 2） 用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu) 在要求回轉(zhuǎn)角大于 270的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)。 3） 具有兩 個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu) 它使腕部具有繞垂直和水平軸轉(zhuǎn)動的兩個(gè)自由度 。 4） 機(jī) 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu) 此手腕具有傳動簡單、 輕巧等特點(diǎn) ，但結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜 。 本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn) 180， 綜合以上分析考慮，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)。 部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算 腕部在回轉(zhuǎn)時(shí)一般需要克服以下三種阻力： 1） 腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩摩般取總力矩摩 ） 克服由于工件重心偏置所需的力矩偏偏 式中 1G 夾持工件重量 )(N 。 e 工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離 )(m 。 3） 克服啟動慣性所需的力矩慣據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 及啟動所需時(shí)間啟t，按下式計(jì)算： 啟工件慣 )(M 或者根據(jù)腕部角速度 及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度啟計(jì)算： 啟工件慣 2)( 式中 工件J 工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )( 2 。 J 手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )( 2 。 16 手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度 )/( 啟t 啟動過程中所需時(shí)間，一般取 啟 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 )( 手腕回轉(zhuǎn)所需的總的阻 力矩相當(dāng)于上述三項(xiàng)之和，即： 慣偏摩總力矩 設(shè)抓取一根軸，其直徑 00 ，長度 00 ， 01 ，當(dāng)手抓夾持在工件中間位置回轉(zhuǎn) 180 ，將手抓、手抓驅(qū)動液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個(gè)圓柱體， 長 50 ， 半徑為 其所受重力為 G ， 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度 ，等速轉(zhuǎn)動角速度 。 圓柱體重力 0/ 8 0 2 因?yàn)槭肿A持在工件中間位置，所以工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離為 0，即 e 等于 0，所以 01 。 由于 啟工件慣 2)( 2222 0 1 222221 012 1)3(12 1 工件 )(M 22啟工件慣 又因?yàn)?總力矩摩 以 總力矩慣偏摩總力矩 部工作壓力 計(jì)算 表 2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸 內(nèi)徑系列（ 20 25 32 40 50 55 63 65 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù) 上 表 設(shè)缸體內(nèi) 孔半徑 5 ，外徑選擇 考慮到實(shí)際裝配問題后，其外徑為 動片寬度 6 ,輸出軸 半徑。 表 3 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 系列 （ 液壓缸內(nèi)徑 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 鋼 P 1600 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 鋼 P 2000 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 由于實(shí)際 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩總力矩M， 即： 總力矩 2 )( 22 式中 總力矩M 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻力矩（ ） P 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（ R 缸體內(nèi) 孔半 徑（ r 輸出軸半徑（ b 動片寬度（ 所以 M p P 2 2222 總力矩 ， 取 所以 腕部回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為： 工作壓力 P 缸體內(nèi)徑 R 輸出軸半徑 r 回轉(zhuǎn) 力矩 M 動片寬度 b 110m 66 液壓缸蓋螺釘計(jì)算 表 4 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關(guān)系 18 t 為 螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力 有關(guān) ， 每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 為： 工作載荷， 預(yù)緊力 液壓缸工作壓力 為 ,所以螺釘間距 t 小于 試選擇 8 個(gè)螺釘 ，所以選擇螺釘數(shù)目合適 8Z 個(gè) ,危險(xiǎn)截面面積 22222 0 0 7 9 0 8 8 7 88 1010 0 7 9 0 8 8 7 ）（ 取 則 所以 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為： d F 式中 R 缸體內(nèi)孔半徑 )( 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(1d 螺釘螺紋內(nèi)徑 )(螺釘材料選擇 235Q ， 取 40，則 ) an s即 s 回轉(zhuǎn)液壓缸蓋 螺釘?shù)闹睆竭x擇 1 工作壓力 P(螺釘?shù)拈g距 t(150 120 100 80 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 片和輸出軸間 聯(lián)接 螺釘 計(jì)算 動片和輸出軸間 聯(lián)接 螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位， 聯(lián)接 螺釘?shù)淖饔檬鞘箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密 ，當(dāng)油腔通高壓油時(shí)，動片受油壓作用產(chǎn)生一個(gè)合成液壓力矩，克服輸出軸上所受的外載荷力矩。 由 2)(8 22 s 得 7 8)0 4 4 4 22622 式中 f 被 聯(lián)接 件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對銅取 15.0f D 缸體內(nèi)徑 )(d 動片與輸出軸配合處直徑 )( 動片和輸出軸間 聯(lián)接 螺釘?shù)念A(yù)緊力 )(N b 動片寬度 )(P 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（ 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 ： d F 螺釘材料選 擇 235Q ，取 40，則 ) an s即 s 動片和輸出軸間聯(lián)接 螺釘?shù)闹睆竭x擇 1 ，選擇 6M 的開槽盤頭螺釘。 式中 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 )(1d 螺釘?shù)闹睆?)(械手 臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 部設(shè)計(jì)的基本要求 1） 臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 2） 臂部運(yùn)動速度要高，慣性要小 3） 手臂動作應(yīng)該靈活 20 4） 位置精度要高 部的結(jié)構(gòu)選擇 常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)由以下五種： 1） 雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu) 手臂的伸縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿均受拉壓，故受力簡單傳動平穩(wěn)。 2） 雙層液壓缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是工 作液壓缸容積小、運(yùn)動速度快、外形整齊、活塞桿直徑大、增 加手臂剛性。 3） 采用花鍵套導(dǎo)向的手臂 升降 機(jī)構(gòu) 內(nèi)部導(dǎo)向，活塞桿直徑大、剛度大、傳動平穩(wěn)，花鍵軸端部 的 定位 裝置值 得注意，必須保證手臂安裝在正確的初始設(shè)計(jì)位置上。 4） 雙活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu) 活塞桿速度先慢后快，是用短液壓缸實(shí)現(xiàn) 大行程的結(jié)構(gòu)。 5） 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu) 手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，齒條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂 聯(lián)接 的齒輪做往復(fù)回轉(zhuǎn)而使手臂左右擺動。 通過以上，綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇 雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機(jī)構(gòu) ，使用液壓驅(qū)動 ,液壓缸選取雙作用 液壓缸。 臂 伸縮 驅(qū)動力計(jì)算 伸縮 液壓缸活塞驅(qū)動力的計(jì)算公式為： 慣回密摩驅(qū) 式中 摩F 手臂運(yùn)動時(shí)，為運(yùn)動件表面間的摩擦阻力。 密F 密封裝置處的摩擦阻力。 回F 液壓缸回油腔低壓油液所造成的摩擦阻力。 慣F 啟動或制動時(shí)，活塞桿所受平均慣性力。 （ 1）摩買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 經(jīng)計(jì)算 ）（總摩 a 2式中 總G 參與運(yùn)動的零部件所受的總重量 )(N 。 L 手臂參與運(yùn)動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向 支撐 前端的距離 )(a 導(dǎo)向 支撐 的長度 )( 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向 支撐 的截面形狀有關(guān)。 對于圓柱面： )24( 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， 00總， 00 ,導(dǎo)向支撐 20 ，帶入數(shù)據(jù)得： Na 640)120 4207002( ）（總摩 （ 2）慣經(jīng)計(jì)算 總慣式中 v 由靜止加速到常速的變化量 )/( t 啟動過程時(shí)間 )(t ，一般取 手臂啟動速度 83 ，啟動時(shí)間 ， ，帶入數(shù)據(jù)得： 8 0 總慣 （ 3）密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 22 壓力小于 ，液壓缸密封處的總的摩擦 阻力 為： 驅(qū)密 4）回一般背壓阻力較小，為了計(jì)算方便，將其省略。 經(jīng)過以上分析計(jì)算，液壓缸的驅(qū)動力為： 4 0 驅(qū)慣回密摩驅(qū) 所以 手臂伸縮驅(qū)動力 102臂 伸縮 液壓缸參數(shù) 計(jì)算 經(jīng)過上面計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū) 動力 102驅(qū)， 因此選擇液壓缸的工作壓力 。 （ 1） 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 圖 4 雙作用液壓缸示意圖 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： 4211驅(qū)當(dāng)油進(jìn)入油桿腔： 4 )(2222驅(qū)所以 11 （無桿腔） 224 (有桿腔 ) 式中 驅(qū)F 手臂 伸縮 液壓缸驅(qū)動力 )(N D 液壓缸內(nèi)徑 )(d 活塞桿直徑 )(買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 1P 液壓缸的工作壓力 )(帶入數(shù)據(jù)得： 7 驅(qū)驅(qū) 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（ 選取液壓缸的內(nèi)徑為： 0 （ 2） 活塞桿直徑計(jì)算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動的要求和強(qiáng)度的要求，對于桿長 l 大于直徑 15 倍 )15( 的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定 性 。 按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強(qiáng)度計(jì)算： 42 設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼 M 00 ，取 即 46 驅(qū)表 5 活塞桿直徑系列（ 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 35 40 45 50 55 60 63 65 70 75 80 85 90 95 根據(jù)活塞桿直徑系列（ 取活塞桿直徑 。 所以 手臂伸縮 液壓缸主要參數(shù)為： 液壓缸內(nèi)徑 D 工作壓力 P 活塞桿直徑 d 驅(qū)動力 F 80720N 身升降機(jī)構(gòu) 計(jì)算 臂偏重力矩的計(jì)算 24 圖 5 手臂各部件重心位置圖 設(shè) 00工件0手抓10手腕00手臂所以 0 03 0 01 1 0903 0 0 總設(shè) 件抓腕臂78000 手臂手腕手抓工件手臂手臂手腕手腕手抓手抓工件工件 所以偏轉(zhuǎn)力矩 2 2800總偏式中 重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 (降導(dǎo)向立柱不自鎖條件 手臂在總立柱導(dǎo)套則防止這種趨勢。 由力平衡條件得 ： 總2總2所謂不自鎖的條件為： 221 22 總?cè)?16.0f 即 總總 2也即 0 1391 2 28002 總 因此在設(shè)計(jì)中必須考慮到立柱導(dǎo)套 長度 大于 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 25 式中 f 摩擦系數(shù) h 立柱導(dǎo)套的長度 臂升降驅(qū)動力的計(jì)算 由手臂升降驅(qū)動力的公式得： 總密回慣摩驅(qū) （ 1）摩 22摩 取 16.0f 又因?yàn)?所以 0 122 2 摩（ 2）慣經(jīng)計(jì)算 總慣式中 v 由靜止加速到常速的變化量 )/( t 啟動過程時(shí)間 )(t ，一般取 手臂啟動速度 83 ，啟動時(shí)間 ， ，帶入數(shù)據(jù)得： 8 0 總慣 （ 3）密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