機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1手部設(shè)計(jì)基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)當(dāng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。（2）手指應(yīng)具有一定的張開(kāi)范圍，手指應(yīng)該具有足夠的開(kāi)閉角度（手指從張開(kāi)到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度），以便于抓取工件。（3）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，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，以利于減輕手臂的負(fù)載。（4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。1.2典型的手部結(jié)構(gòu)（1）回轉(zhuǎn)型包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（2）移動(dòng)型移動(dòng)型即兩手指相對(duì)支座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（3）平面平移型。1.3機(jī)械手手抓的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1.1選擇手抓的類(lèi)型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)平動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，考慮到所要達(dá)到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為60Kg。常用的工業(yè)機(jī)械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類(lèi)。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計(jì)機(jī)械手采用夾持式手指,夾持式機(jī)械手按運(yùn)動(dòng)形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開(kāi)閉合靠手指的平行移動(dòng),這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適于夾持平板方料,且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置,其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指,驅(qū)動(dòng)力需加在手指移動(dòng)方向上,這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類(lèi)型。通過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開(kāi)式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機(jī)械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機(jī)械手手指張開(kāi)。1.1.2手抓的力學(xué)分析下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：滑槽杠桿圖1.1（a）為常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a)(b)圖1.1滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析1——手指2——銷(xiāo)軸3——杠桿在杠桿3的作用下，銷(xiāo)軸2向上的拉力為F，并通過(guò)銷(xiāo)軸中心O點(diǎn)，兩手指1的滑槽對(duì)銷(xiāo)軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長(zhǎng)線于A及B。由得得由得h（1.1）式中a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離（mm）。——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。由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過(guò)大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過(guò)大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。1.1.3夾緊力及驅(qū)動(dòng)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(duì)大小、方向和作用點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)：（1.2）式中——安全系數(shù)，通常1.22.0；——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度；——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.030.5s——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（N）。表3-1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 50000以上計(jì)算：設(shè)a=100mm,b=200mm,;機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)液壓缸的尺寸。設(shè)=1+1=2根據(jù)公式，將已知條件帶入：=1.52×0.5×200=300N（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：N（3）?。?）確定液壓缸的直徑D選取活塞桿直徑d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa,根據(jù)表4.1（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=50mm則活塞桿內(nèi)徑為:D=500.5=25mm，選取d=25mm1.1.4手抓夾持范圍計(jì)算為了保證手抓張開(kāi)角為，活塞桿運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度為34mm。手抓夾持范圍，手指長(zhǎng)300mm,當(dāng)手抓沒(méi)有張開(kāi)角的時(shí)候，如圖1.2（a）所示，根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的最小夾持范圍是，當(dāng)張開(kāi)時(shí)，如圖1.2（b）所示，最大夾持范圍是。（a）(b)圖1.2手抓張開(kāi)示意圖1.4彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇彈簧是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖1.4所示，計(jì)算過(guò)程如下。圖1.3圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應(yīng)力(2).選擇旋繞比C=8，則（1.3）(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑D=43mm，估算彈簧絲直徑 (4).試算彈簧絲直徑（1.4）(5).根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （1.5）選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)圈(6).最后確定，，，(7).對(duì)于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗(yàn)算對(duì)于壓縮彈簧如果長(zhǎng)度較大時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長(zhǎng)細(xì)比，本設(shè)計(jì)彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。寒?dāng)兩端固定時(shí)，,當(dāng)一端固定；一端自由時(shí)，；當(dāng)兩端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，。結(jié)論本設(shè)計(jì)彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。(8).疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。對(duì)于循環(huán)次數(shù)多、在變應(yīng)力下工作的彈簧，還應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時(shí)，可只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算）。現(xiàn)在由于本設(shè)計(jì)是在恒定載荷情況下，所以只進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。計(jì)算公式：（1.6）選取1.31.7（力學(xué)性精確能高）