YZBZ—1型圓柱坐標式四自由度機械手設計【圖紙丟失、只有論文】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目次  1  緒論    1 工業(yè)機械手的概述    1 工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用    1 機械手的組成概述    2 工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢    3 2  總體設計方案    4 設計題目    4 初始參數(shù)與設計要求    4 方案擬定    5 3  機械手手部設計計算    6 手部設計基本要求    6 手部力學分析    7 夾緊 力及驅(qū)動力的計算    8 機械手手抓夾持精度的分析計算    9 4  機械手腕部設計計算    11 腕部設計基本要求    11 腕部結(jié)構的選擇    11 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算    12 5  機械手臂部設計計算    16 機械手臂部設計的基本要求    16 手臂的典型機構及結(jié)構的 選擇    16 手臂伸縮驅(qū)動力計算    17 手臂伸縮油缸結(jié)構的確定    19 油缸端蓋的連接方式及強度計算    21買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6  機身設計與計算   23  機身的整體設計    23 機身回轉(zhuǎn)機構的設計計算    25 機身升降機構的設計計算    28 7  液壓驅(qū)動系統(tǒng)的計 算    31 繪制液壓系統(tǒng)的工況圖    31 計算和選擇液壓元件    36 總結(jié)    38 致謝    38 參考資料 39 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1  緒論  1 1  工業(yè)機械手的概述  工業(yè) 機械手在先進制造技術領域中扮演著極其重要的角色，是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備，是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。  工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支 ， 它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn) 了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。  機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。  1 2  工業(yè)機械手在生產(chǎn)中的應用  機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛 廣泛。  在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生 產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。具體應用在 以下幾方面：  (1) 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動線  (2) 在實現(xiàn)單機自動化方面  (3) 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 1 3  機械手的組成  工業(yè)機械手由執(zhí)行機構、驅(qū)動機構和控制機構三部分組成。  執(zhí)行機構  (1) 手部  既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。  傳力機構形式教多，常用的有：滑槽杠 桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。  (2) 腕部  是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結(jié)構，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅(qū)動手部搬運工件。  目前，應用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮? 2700） ,并且 要求嚴格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構。  (3) 臂部   手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。  臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。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)。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運動。  手臂的各種運動通常用驅(qū)動機構（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析 ，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復雜。因此，它的結(jié)構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。  (4) 行走機構  有的工業(yè)機械手帶有行走機構，我國的正處于仿真階段。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 驅(qū)動機構  驅(qū)動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構驅(qū)動機械手 ,結(jié)構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。  控制系統(tǒng)分類  在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方 式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。  1 4  工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢  (1) 工業(yè)機器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 )，而單機價格不斷下降，平均單機價格從 91年的 7年的  (2) 機械結(jié)構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機 ;國外已有模塊化裝配機 器人產(chǎn)品問市。  (3) 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 于標準化、網(wǎng)絡化 ;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構 :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。  (4) 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。  (5) 虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于 過程控制如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。  (6) 當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的 “ 索杰納 ” 機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 2  總體設計方案  2 1  設計題目：  圓柱坐標式四自由度機械手設計   2 2  初始參數(shù)與設計要求  1、抓重： 300N 2、自由度： 4 個  3、臂部運動參數(shù)：  表  2動名稱  符號  行程范圍  速度  伸縮  X 0500出 176mm/s，縮回 233mm/s 升降  Z 0600升 102mm/s，下降 152mm/s 回轉(zhuǎn)   0 200 63 /s 4、腕部運動參數(shù)：  表  2動名稱  符號  行程范圍  速度  回轉(zhuǎn)    0 180 200 /s 5、手指夾持范圍：棒料， 60120度 4501200、定位方式：緩沖，死擋塊定位  7、驅(qū)動方式：液 壓（中、低壓系統(tǒng)）  8、定位精度： 3 3  方案擬定  初步分析  機械手抓重為 300N，按工業(yè)機械手的分類，屬于中型，按用途分為通用機械手，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 其特點是具有獨立的控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣，通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適合于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。由表 2機械手的各規(guī)格參數(shù)可以了解到，設計方案為通用型機械手，其通用性強，應用范圍廣，自身體積和重量適中，成本適中，維修較容易。圓柱坐標式機械手與直角坐標式械手相比，占地面積小而活動范圍大， 結(jié)構較簡單，并能達到很高的定位精度，因此應用廣泛。但由于機械手的結(jié)構關系，沿 Z 軸方向移動的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的對象。  擬定方案  由初始參數(shù)擬定整體設計方案  通用機械手是 36 個自由度，而本次設計為 4 由度圓柱坐標機械手，其大致結(jié)構如圖 2動簡圖如圖 2 圖  2                                        圖  2  執(zhí)行機構  (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，也有吸盤式和電磁式結(jié)構，本次選用結(jié)構簡單的兩支點回轉(zhuǎn)型結(jié)構。手部為二指。  傳力機構常用有滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次選用滑槽杠桿式機構。   (2) 腕部  連接手部與手臂的部件。要求 0180 的回轉(zhuǎn)動作，因此選用具有單自買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 由度的回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動結(jié)構。此結(jié)構特點是結(jié)構緊湊，靈活。  (3) 臂部  臂部是機械手的主要執(zhí)行部件。他的作用是支撐腕部和手部（包括工件與工具）。并帶動他們作空間運動。  臂部設計的基本要求為： a 承載能力大，剛度好，自重 輕  b 運動速度高，慣性小  c 動作靈活手臂動作應靈活  d 位置精度要高  因此，本設計選用雙導向桿手臂伸縮結(jié)構與雙作用液壓缸。其特點為手臂的伸縮缸安裝在兩根導向桿之間，由導向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構緊湊。  驅(qū)動機構   驅(qū)動機構是工業(yè)機械手的重要組成部分，根據(jù)動力源不同大致可分為氣動、液壓、電動和機械傳動。根據(jù)課題 特點，本設計選用液壓驅(qū)動，其特點是速度快，結(jié)構簡單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高。  3  機械手手部設計計算  3 1  手部設計基本要求  (1) 應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力，應考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構所需要的驅(qū)動力大小是不同的。  (2) 手指應具有一定的張開范圍，以便于抓取工件。  (3) 在保證本身剛度，強度的前提下，盡可能使結(jié)構緊湊，重量輕，以利于減輕手臂負載。  (4) 應保證手抓的夾持精度。  3 2  手部力學分析  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 通過綜合考慮，本設計選擇二指雙支點回轉(zhuǎn)型手抓，采用 滑槽杠桿式，夾緊裝置采用常開式夾緊裝置，他在彈簧的作用下手抓閉合  下面對其基本結(jié)構進行力學分析：  滑槽杠桿  圖 3-1(a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構。   (a)                               (b) 圖 3槽杠桿式手部結(jié)構、受力分析  1 手指  2 銷軸  3 杠桿  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，兩手指 1 的滑槽對銷軸的反作用力為  其力的方向垂直于滑槽的中心線 1 2指向  1F 和 2F 的延長線于 A 及 B。  由     得   1F = 2F  0   得    1F = 21F = '1F  由 ) =0   得 '1F =NFh  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 F= 2a 式中    a 手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離 (   工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。  由分析可知，當驅(qū)動力 角增大，則握力 角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構增大，因此最好 = 030 040  3 3  夾緊力及驅(qū)動力的計算  手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(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)。  手指對工件的夾緊力可按公式計算：   1 2 3 K K G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?？山瓢聪率焦?其中 a 是重力方向的最大上升加速度  t響， g=9.8 m/s ；   運載時工件最大上升速度；   系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取  3K 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇；  G 被抓取工件所受重力（ N）。  計算：設 a=40mm,b=120 =35；機械手達到最高響應時間為 夾緊力 和  驅(qū)動液壓缸的尺寸。  (1) 設 1K = 02 mm/s      文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 = K= 根據(jù)公式，將已知條件帶入：    300=據(jù)驅(qū)動力公式得：  (2)  計算F=F=40 35 86N      取   (3)  計算實際 = 1160N (4)  確定液壓缸的直徑 D 224F D d p實 際選取活塞桿直徑 d=擇液壓缸壓力油工作壓力 P=105    D= ）（ 據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列表（ 選取液壓缸內(nèi)徑為： D=32據(jù)裝配關系，外徑為 50 則活塞桿直徑為：  d=32 6取 d=16 4  機械手手抓夾持精度的分析計算  機械手的精度設計要求工件定位準確 ， 抓取精度高 ， 重復定位精度和運動穩(wěn)定性好 ， 并有足夠的抓取能。  機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定要進行機械買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 手的夾持誤差分析。  圖 3抓夾持誤差分析示意圖  該設計以棒料來分析 機械手的夾持誤差精度。  機械手的夾持范圍為 60120 夾持誤差不超過 3析如下：  工件的平均半徑：  6030=45指長 L=120 V 型夾角 02 120  偏轉(zhuǎn)角： = 1 1 605= 按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：  = 計算理論平均半徑     c o =45為   m a x 2222m a a as i ss i n2)s i n(L 222222 4044 . 36s i  3 46co i n 601202)06s i n 60(201               文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 2222m i i as i ss i n2)s i n(L 222222 404 . 3 46s i  36co i n 301202)06s i n 30(201   以 = 夾持誤差滿足設計要求。  4  機械手腕部設計計算  4 1 腕部設計基本要求  (1) 力求結(jié)構緊湊、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。顯然，腕部的結(jié)構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設計時，必須力求結(jié)構緊湊，重量輕。  (2) 結(jié)構考慮，合理布局  腕部作為機械手的執(zhí)行機構， 又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。  (3) 必須考慮工作條件  對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，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，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。  4 2 腕部結(jié)構的選擇  腕部結(jié)構有四種，分別為：  (1) 具有單自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 (2) 用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構  (3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構  (4) 機 液結(jié)合的腕部結(jié)構  本次設計要 求腕部有一個回轉(zhuǎn)自由度，因此，綜合考慮分析，選擇第一種結(jié)構，其特點直接用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運動，具有結(jié)構簡單、靈活等優(yōu)點而被廣泛采用。  4 3 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算  4 3 1  腕部轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩計算  腕部轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按下式計算：  驅(qū)M=慣M+偏M+摩M+封M(N m) (1)  腕部 加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩慣部轉(zhuǎn)動時加速度為 (s)，啟動過程所需的時間為 t (s)，或轉(zhuǎn)過的角度為 (則  慣M=（ J + 1J )t或                            慣M=（ J + 1J )22  式中   J 參與腕部轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ ；  1J 工件對腕部轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 （ 。  (2)  腕部轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩偏以 e 等于 0，即：  偏M=G1  (3)  腕部轉(zhuǎn)動軸載軸頸處的摩擦阻力矩摩般取           摩M=) 回轉(zhuǎn)缸的動片和缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩封M， 與選買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 用的密封裝置類型有關，應根據(jù)具體情況加以分析 。  設夾取棒料直徑 100度 1000量 50手部夾持工件中間位置回轉(zhuǎn) 0180時，將 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體 ，長 h=150徑為 60所受重力為 G=200 N 等速轉(zhuǎn)動角速度  0 0 。  因為                     慣M=（ J +1J )22  J = 22121 =  1J = )3(121 221  = )0121 22 =  代入                    慣M=(47  所以                    驅(qū)M=+47 驅(qū)M= 4 3 2 腕部驅(qū)動力的計算  表 4壓缸的內(nèi)徑系列（              （  20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 設定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 4缸體內(nèi)壁半徑 R=55徑按中等壁厚設計，由表 4取 168 片寬度 b=66出軸 r=25本尺寸如圖 4回轉(zhuǎn)缸工作壓力  P=)( 2 22 =)0 2   6  52 22 =以選擇 P=7 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 圖 4部液壓缸剖截面結(jié)構示意  表 4準液壓缸外徑（      （  油缸內(nèi)徑  40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20 鋼， P 16 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 45 鋼， P 20 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 4 3 3  油缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 圖 4蓋螺釘間距示意  表 4釘間距 t 與壓力 P 之間的關系  工作壓力 P（  螺釘?shù)拈g 距 t (于 150 于 120 于 100 于 80 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 t 為螺釘?shù)拈g距，間距與工作壓強有關，見表 4這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為：     0 '  F式中'計算：  液壓缸工作壓強為 P=7 以螺釘間距 t 小于 80選擇 8 個螺釘；   d/4=110 /80=8，所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8 個  危險截面          4 Q 所 以 ，=8  =(K= 取 K= 0 '  F=16407N 螺釘材料選擇   240 1601 . 5s M P   則（ n= 螺釘?shù)闹睆?            04 1 . 3   04 1 =釘?shù)闹睆竭x擇 d=14 4 3 4 動片和輸出軸間的連接螺釘  動片和輸出軸間的連接螺釘  連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密，當油腔通高壓油時，動片受油壓作用產(chǎn)生一個合成液壓力矩，克服輸出軸上所受的外載荷力矩。  由                   2282Qb p dD d M F Z f 摩 得                   224Q  dZ f d                            買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16  單個螺釘?shù)念A緊力；  D 動片外徑；  f 被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對鋼取 f= d 輸 出軸與動片連接處的直徑，初步計算可按 D=（ d D=110 d=44 螺釘?shù)膹姸葪l件為       211 合所以                     04 1 . 3   帶入有關數(shù)據(jù)，得  )(4 22 = )0 4  4 070 6 26 =22234N 螺釘材料選擇  則 200n= 螺釘?shù)闹睆?    04 1 . 3 =釘?shù)闹睆竭x擇 d=14 5 機械手臂部設計計算  5 1 機械手臂部設計的基本要求  （ 1）臂部應承載能力大、剛度好、自重輕  （ 2）臂部運動速度要高，慣性要小  （ 3）手臂動作應該靈活  （ 4）位置精度要高  5 2 手臂的典型機構以及結(jié)構的選擇  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 常見的手臂伸縮機構有以下幾種：  （ 1）  雙導桿手臂伸縮機構。  （ 2）  雙層油缸空心活塞桿單桿導向 結(jié)構  （ 3）  采用花鍵套導向的手臂升降結(jié)構  （ 4）  雙活塞伸縮油缸結(jié)構  （ 5）  活塞桿和齒輪齒條機構。  綜合考慮，本設計選擇雙導桿伸縮機構，其手臂的伸縮油缸安裝在兩根導向桿之間，由導向桿承擔彎曲作用，活塞桿受拉壓作用，受力簡單，傳動平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構緊湊。使用液壓驅(qū)動 ,液壓缸選取雙作用液壓缸。  5 3 手臂伸縮驅(qū)動力計算  先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關機構的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。如此反復，繪出最終的結(jié)構。  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。液壓缸活塞的驅(qū)動力的計算為  F F F F F 回摩 密 慣 5 3 1 手臂摩擦力的分析與計算  由于導向桿對稱配置，兩導向桿受力均衡，可按一個導向桿計算。  0     得                                b a 總  0Y   F總  得                              a a 總  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 ''a b a  F F F 摩 摩摩  ' 2 a 總摩式中     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向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一節(jié)的計算 ; a 導向支撐的長度（ m） ; ' 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關。  對于圓柱面：   摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：  鋼對青銅：取   鋼對鑄鐵：取   計算：導向桿 的材料選擇鋼，導向支撐選擇鑄鐵 ，  G，L=656向支撐 a 設計為 160有關數(shù)據(jù)代入進行計算   a 總摩 1400 160 3864N 5 3 2 手臂密封處的摩擦阻力的計算  不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用 O 型密封圈，當液壓缸工作壓力小于 10壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為：  封F= 5 3 3 手臂慣性力的計算  慣F=總式中   總G 參與運動的零件的總重力（包括工件） (N)；  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 v 從靜止加速到工作速度的變化量 (m/s)；  t 啟動時間 (s)，一般取  設啟動時間為 v 最大為 s。  則：  慣F=163N 由于背壓阻力較小，可取回F=所以     F =摩F+慣F+封F+回F=3864+163+ =4378N 所以手臂伸縮驅(qū)動力為 F =4378N。  5 4 手臂伸縮油缸結(jié)構的確定  表 5壓缸的工作壓力  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 于 5000  2000030000 00010000 000050000 000020000 0000 以上  過上面的計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=4378N，根據(jù)表 5擇液壓缸的工作壓力 P=1 （ 1）  確定液壓缸的結(jié)構尺寸：  液壓缸內(nèi)徑的計算，如圖 5示  圖 5作用液壓缸示意圖  當油進入無桿腔：  4211  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 當油進入有桿腔：  4 )(2212  液壓缸的有效面積：  1( 所以         11  （無桿腔）  214 （有桿腔）  式中 P 活塞驅(qū)動力 (P)；  1p 油缸的工作壓力 (  d 活塞桿直徑；   油缸機械效率， 工程機械中用耐油橡膠可 取 = 由上節(jié)求得驅(qū)動力 F=4378N， 1p =1械效率 =數(shù)據(jù)代入得：   11 =據(jù)表 4選擇標準液壓缸內(nèi)徑系列，選擇 D=80（ 2）  液壓缸外徑的設計  外徑按中等壁厚設計，根據(jù)表 4取外徑選擇 133（ 3）  活塞桿的計算校核  a，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。對于桿長 d 的 15 倍以上，按拉、壓強度計算：   (設計中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應力的 =100120次取 =110 則：             d =以活塞直徑按下表取 d=20足強度要求。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 表 5塞桿直徑系列（ 2348 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 現(xiàn)在進行穩(wěn)定性校核，其穩(wěn)定性條件為  中    臨界力 (N)；   安全系數(shù)，4。  按中長桿進行穩(wěn)定性校核，其臨界力( ) 式中  F 活塞桿截面面積 (；  a， b 常數(shù)，與材料性質(zhì)有關，碳鋼 a=461， b= 柔度系數(shù)，經(jīng)計算為 70。  代入數(shù)據(jù)，臨界力     ( )=（ 110 2 =             4378=以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。  5 5 油缸端蓋的連接方式及強度計算  (1) 缸體材料選擇無縫鋼管，此時端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點是加工和裝拆方便，缺點是缸體開環(huán)槽削弱了強度  (2) 缸蓋螺釘?shù)挠嬎? 為保證連接的緊密性，螺釘間距 適當（如圖 4，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力0 和剩余預緊力和  0Q=Q +文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 式中    Q 工作載荷， Q =2 ；  0D 螺釘中心所在圓的直徑；  P 驅(qū)動力。  Z 螺釘數(shù)目， Z=10   剩余預緊力，K= 計算：           D=800D=88P=1距與工作壓強有關，見表 距應小于 150選螺釘數(shù)為 6 個：  則   Z=10代入數(shù)據(jù) 1t =46<150，滿足要求；  Q =2 =838N；  選擇 K=Q=1255N; 0Q=Q +837+1257=2095N 螺釘直徑按強度條件計算  1d 4  式中     計算載荷， l 許用抗拉應力， l =  s 螺釘材料的屈服點，材料選擇 45 鋼，則屈服強度為 352 n 安全系數(shù)， n=處取 n=2；  1d 螺紋內(nèi)徑， 1d =d 為螺釘公稱直徑， S 為螺距。  計算：  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 2095=入數(shù)據(jù)：   1d 4= =  機身設計與計算  機身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳動機構都安在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構和受力情況就越復雜。機身是可以固定的，也可以是行走的，既可以沿地面或架空軌道運動。  6 1  機身的整體設計  按照設 計要求，機械手要實現(xiàn)手臂 2000 的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動機構一般設計在機身處。為了設計出合理的運動機構，就要綜合考慮分析。  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。常用的機身結(jié)構有以下幾種：  （ 1）  回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構。這種結(jié)構優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。  （ 2）  回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構。這種結(jié)構采用單缸活塞桿，內(nèi)部導向，結(jié)構緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運動部件較大。  （ 3）  活塞缸和齒條齒輪機構。手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構來實現(xiàn)： 齒條的往復運動帶動與手臂連接的齒輪作往復回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動。  綜合考慮，本設計選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構。本設計機身包括兩個運動，機身的回轉(zhuǎn)和升降。如圖 6 所示，回轉(zhuǎn)機構置于升降缸之上的機身結(jié)構。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。回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；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向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定，下短蓋與連接地面的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸，也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構是導向 桿在內(nèi)部，結(jié)構緊湊。具體結(jié)構見下圖。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 24 驅(qū)動機構是液壓驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)角度一般靠機械擋塊來決定，對于本設計就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設計要求，設計中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 2000。  圖 6 回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機身結(jié)構示意圖  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 25 6 2  機身回轉(zhuǎn)機構的設計計算  6 2 1  回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計算   手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩驅(qū) 驅(qū)M=慣M+回M+封M(N m) 慣性力矩           慣M=0J t式中   0J 臂部回轉(zhuǎn)部件 (包括工件 )對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（ ；   回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量，在啟動過程 = (s)；  t 啟動過程的時間 (s)；  若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 (前面計算得 =800則  2式中     回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動慣量。   )3(121 22 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個長 1500徑為 100圓柱體，質(zhì)量為  =180，則起動角速度 =s ，起動時間設計為  )3(121 22 = )1(12160 22 = 30.4 2=175  慣M=0J t=550                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         &nb