工業(yè)機械手設(shè)計

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：工業(yè)機械手設(shè)計學(xué)生姓名：所在院系：機電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)：機電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名：完成時間：摘 要在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應(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，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，本設(shè)計通過對機械手各主要組成部分（手部、手腕、手臂和機身等）分析，從而確定各主要組成部分的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對機械手進行設(shè)計計算，從而確定裝配總圖。通過此次機械手設(shè)計，掌握相關(guān)機械手設(shè)計的主要步驟，對于CAD/CAM 軟件應(yīng)用方面有了進一步的提高。關(guān)鍵詞：機械手，設(shè)計，手部，手腕，手臂，機身，結(jié)構(gòu)The Design of Industry Mani

2、pulatorAbstractIn the mechanical manufacturing industry, the manipulator has been widely applied, thus the big improvement worker's work condition, the remarkable enhancement labor productivity, sped up realizes the industrial production mechanization and the automated step, this design through

3、to the manipulator each main constituent (hand, skill, arm and fuselage and so on) analyzes, thus determined each main constituent the structure, carries on the design calculation in this foundation to the manipulator, thus determination assembly assembly drawing.Designs through this manipulator, th

4、e grasping correlation manipulator designs the main step, had the further enhancement regarding the CAD/CAM software application aspect.Keywords: Manipulator, design, hand, skill, arm, fuselage, structure目 錄1 緒論 12 機械手設(shè)計要求 13 機械手總體設(shè)計方案 13.1 機械手的組成 1 執(zhí)行機構(gòu) 1 驅(qū)動機構(gòu) 2 控制機構(gòu) 23.2 機械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 23.3 機械手的主要特點 2

5、3.4 機械手的技術(shù)發(fā)展方向 33.5 機械手坐標(biāo)形式與自由度選擇 4 機械手坐標(biāo)形式選擇 4 機械手自由度選擇 43.6 機械手的規(guī)格參數(shù) 43.7 機械手手部設(shè)計計算 5 手部設(shè)計基本要求 5 手部力學(xué)分析 5 夾緊力與驅(qū)動力的計算 7 手抓夾持范圍計算 9 手抓夾持精度的分析計算 93.8 機械手腕部設(shè)計計算10 腕部設(shè)計基本要求 10 腕部的結(jié)構(gòu)選擇 10 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算 11 腕部工作壓力計算 13 液壓缸蓋螺釘計算 14 動片和輸出軸聯(lián)接螺釘計算 153.9 機械手臂部設(shè)計計算 15 臂部設(shè)計基本要求 15 臂部的結(jié)構(gòu)選擇 16 手臂伸縮驅(qū)動力計算 16 手臂伸縮液壓缸參數(shù)計算

6、183.10 機身升降機構(gòu)計算19 手臂偏重力矩計算19 3.10.2 升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件21 手臂升降驅(qū)動力計算21 手臂升降液壓缸參數(shù)計算223.11 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)計算 23 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算23 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計算24 液壓缸蓋螺釘計算24 動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘計算254 機械手裝配總圖265 結(jié)論27 致謝27 參考文獻28 1 緒論工業(yè)機械手設(shè)計是機械制造、機械設(shè)計等方面的一個重要的教學(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，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

7、，通過設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力，樹立正確的設(shè)計思想，掌握機械產(chǎn)品設(shè)計的基本方法和步驟，為自動機械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。2 機械手設(shè)計要求要求本設(shè)計能鮮明體現(xiàn)設(shè)計構(gòu)思，并在規(guī)定的時間內(nèi)完成以下工作：1） 擬定機械手的整體設(shè)計方案，特別是機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、臂部和機身的結(jié)構(gòu)。3） 各主要部件（手部、腕部、臂部）的設(shè)計計算。4） 工業(yè)機械手裝配圖的繪制。5） 編寫設(shè)計計算說明書。3 機械手總體設(shè)計方案3.1 機械手的組成工業(yè)機械手由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。 執(zhí)行機構(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

8、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，也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。傳力機構(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，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強。目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運動機構(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)定要求將其搬運到給定

9、的位置，一般手臂需要三個給定自由度才能滿足要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降運動。4）行走機構(gòu) 有的工業(yè)機械手帶有行走機構(gòu)，我國正處于仿真階段。 驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機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、電動和機械式四種。采用液壓機構(gòu)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，臂力大，尺寸緊湊，控制方便。 控制機構(gòu) 在機械手控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種，大多數(shù)用插銷板進行點動控制，也有用PLC進行控制，主要控制的是坐標(biāo)位置。3.2 機械手在生產(chǎn)中的作用機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為廣泛，可以歸納為以下幾個方面：1） 建造旋轉(zhuǎn)體零件（軸類、盤類、環(huán)類）自動線。2） 在實現(xiàn)單機自動化方面：

10、 a各類半自動車床，有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，仍需人工上下料，裝上機械手，可實現(xiàn)自動生產(chǎn)，一人看管多臺機床。 b注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環(huán)，裝上機械手自動裝卸工件，可實現(xiàn)自動生產(chǎn)。c沖床有自動上下料沖壓循環(huán)，裝上機械手上下料，可實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動化。3.3 機械手的主要特點 1）對環(huán)境的適應(yīng)性強，能代替人從事危險、有害的操作，在長時間工作對人類有害的場所，機械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進行合理設(shè)計，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機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、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。 2）機械手能持久、耐勞，可以把人從

11、繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。 3）由于機械手的動作準確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可避免人為的操作錯誤。 4）機械手通用性、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）采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。3.4 機械手的技術(shù)發(fā)展方向 國內(nèi)外使用的實際上是定位控制機械手，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)機械手，使它能對所抓取的工件進行分辨，選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確的在機器中定位、定向。 為使機械手有“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

12、三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，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。 因此這種機械手具有以下幾方面的性能：1） 能準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)機械手稱為智能機械手，它是有發(fā)展前途的?，F(xiàn)在工業(yè)機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、危險的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明顯，至于

13、在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應(yīng)用情況不能說是很好的，其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些工業(yè)部門的要求，適合機械手工作的范圍很狹小，另外經(jīng)濟性問題也很重要，利用機械手節(jié)約人力從經(jīng)濟上看不一定總是合算的。然而利用機械手實現(xiàn)生產(chǎn)合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術(shù)方面和價格方面存在的問題獲得解決，機械手的應(yīng)用必將飛躍發(fā)展。3.5 機械手坐標(biāo)形式與自由度的選擇 機械手坐標(biāo)形式選擇機械手一般包括圓柱坐標(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才考慮用。圓柱坐標(biāo)式機械手，占用空間小，工作范圍大，

14、慣性大，結(jié)構(gòu)簡單。多關(guān)節(jié)式機械手，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圓柱坐標(biāo)式和球坐標(biāo)式比較適合，但由于圓柱坐標(biāo)式比球坐標(biāo)式在結(jié)構(gòu)方面簡單一些，所以最后決定選擇圓柱坐標(biāo)式機械手。圖1 圓柱坐標(biāo)機械手的機構(gòu)運動簡圖 機械手自由度選擇由圓柱坐標(biāo)式機械手結(jié)構(gòu)簡圖選擇四自由度機械手。3.6 機械手的規(guī)格參數(shù)抓重： 自由度：個 坐標(biāo)形式：圓柱坐標(biāo)式手臂運動參數(shù)：伸縮行程（X）： 伸縮速度： 升降行程（Z）： 升降速度： 回轉(zhuǎn)范圍： 回轉(zhuǎn)速度： 手腕運動參數(shù)：回轉(zhuǎn)范

15、圍： 回轉(zhuǎn)速度： 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3.7 機械手手部設(shè)計計算 手部設(shè)計基本要求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，以利于減輕手臂負載。4）應(yīng)保證手抓的夾持精度。 手部力學(xué)分析通過綜合考慮，本設(shè)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，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)進行

16、力學(xué)分析：在杠桿3的作用下，銷軸2向上的拉力為，并通過銷軸中心點，兩手指的滑槽對銷軸的反作用力為和，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點，交和的延長線于和。 由 得 得 由 得 又因為 所以 手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心線的距離（mm）工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角 （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)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好。 夾緊力與驅(qū)動力的計算手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向與作用點進行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所

17、產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(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算： 式中 安全系數(shù)，通常； 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，可按,其中是重力方向的最大上升加速度，是重力加速度，。 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?。?方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇； 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MPa作用在活塞上外力F(N)液壓缸工作壓力MPa<50000.8120000300002.04.05000100001.52.030000500004.05.01000

18、0200002.53.0 >500005.08.0 設(shè),機械手達到最高響應(yīng)時間為，求夾緊力，驅(qū)動力和驅(qū)動液壓缸的尺寸。（1）設(shè) 設(shè) 因此 所以 設(shè) 根據(jù)以上公式得： （2）根據(jù)驅(qū)動力公式得： 由于實際所采取的液壓缸驅(qū)動力要大于計算，考慮手爪的機械效率，一般取。 （3）取 即 （4）確定液壓缸的直徑 因為 選取活塞桿直徑，選擇液壓缸工作壓力。所以 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB826-66），選取液壓缸的內(nèi)徑為：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F50mm25mm0.8MPa859.06N 手抓夾持范圍計算為了保證手抓張開角為,設(shè)手抓長為

19、，當(dāng)手抓沒有張開角的時候，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑,當(dāng)張開角為時,根據(jù)雙支點回轉(zhuǎn)型手抓的誤差分析，取最大夾持半徑。所以機械手的夾持半徑為。 手抓夾持精度的分析計算機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確，抓取精度高，重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能力。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），而且也與機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，一定要進行機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械手的夾持誤差精度。機械手的夾持半徑為，一般夾持誤差不超

20、過,分析如下：工件的平均半徑： 手抓長， 取V型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：計算得 式中 理論平均半徑因為 所以 夾持誤差滿足設(shè)計要求。3.8 機械手腕部設(shè)計計算 腕部設(shè)計的基本要求 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)、重量和運轉(zhuǎn)性能，因此，在腕部設(shè)計時，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械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)聯(lián)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(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，機械手的工作條件

21、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。 腕部的結(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，實現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運動，因具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣泛使用。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)動的兩個自由度。4）機液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu) 此手腕具有傳動簡單、輕巧等特點，但結(jié)構(gòu)有點復(fù)雜。本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)180°，綜合以上分析考慮，腕

22、部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)。 腕部回轉(zhuǎn)力矩計算腕部在回轉(zhuǎn)時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 為簡化計算，一般取2）克服由于工件重心偏置所需的力矩式中 夾持工件重量。 工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離。3）克服啟動慣性所需的力矩啟動過程近似等加速運動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度及啟動所需時間，按下式計算：或者根據(jù)腕部角速度及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度計算：式中 工件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。 手腕回轉(zhuǎn)部分對腕部回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量。 手腕回轉(zhuǎn)過程的角速度 啟動過程中所需時間，一般取。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)于上述三項之和，即： 設(shè)抓取一根軸，其

23、直徑，長度，當(dāng)手抓夾持在工件中間位置回轉(zhuǎn)，將手抓、手抓驅(qū)動液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，長，半徑為，其所受重力為，啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度，等速轉(zhuǎn)動角速度。圓柱體重力因為手抓夾持在工件中間位置，所以工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離為0，即等于0，所以。 由于 又因為 所以 即 腕部工作壓力計算表2 標(biāo)準液壓缸內(nèi)徑系列（JB826-66）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)上表設(shè)缸體內(nèi)孔半徑，外徑選擇,考慮到實際裝配問題后，其外徑為，動片寬度,輸出軸半徑。表3 標(biāo)準液壓缸外徑系列（JB

24、1068-67）液壓缸內(nèi)徑40 5063809010011012514015016018020020鋼P160MPa5060769510812113316814618019421924545鋼P200MPa50607695108121133168146180194219245由于實際回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩，即：式中 手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩（） 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（） 缸體內(nèi)孔半徑（） 輸出軸半徑（）動片寬度（）所以 ， 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b1MPa110mm22.5mm13.1N·m66mm 液壓缸

25、蓋螺釘計算表4 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系工作壓力P(MPa)螺釘?shù)拈g距t(mm)0.51.5<1501.52.5<1202.55.0<1005.010.0<80為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力有關(guān)，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為： 為工作載荷，為預(yù)緊力液壓缸工作壓力為,所以螺釘間距小于,試選擇個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適個,危險截面面積 取 則所以 螺釘?shù)膹姸葪l件為： 式中缸體內(nèi)孔半徑螺釘材料的許用拉應(yīng)力螺釘螺紋內(nèi)徑螺釘材料選擇，取，則 即 回轉(zhuǎn)液壓缸蓋螺釘?shù)闹睆竭x擇 動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘計算動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位，聯(lián)接螺釘?shù)?/p>

26、作用是使動片和輸出軸之間的配合緊密，當(dāng)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 得 式中 被聯(lián)接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對銅取 缸體內(nèi)徑 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 動片寬度 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（）螺釘?shù)膹姸葪l件為： 螺釘材料選擇，取，則 即 動片和輸出軸間聯(lián)接螺釘?shù)闹睆竭x擇，選擇的開槽盤頭螺釘。式中 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 螺釘?shù)闹睆?.9 機械手臂部設(shè)計計算 臂部設(shè)計的基本要求1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 2）臂部運動速度要高，慣性要小 3）手臂動作應(yīng)該靈活 4）位置精度要高 臂部的結(jié)構(gòu)選擇常見的手臂伸縮機構(gòu)由以

27、下五種：1）雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機構(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)向機構(gòu)其特點是工作液壓缸容積小、運動速度快、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，是用短液壓缸實現(xiàn)大行程的結(jié)構(gòu)。5）活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)手臂的回轉(zhuǎn)運動是通過齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)的，齒條的往復(fù)運動帶動與手臂聯(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，

28、本設(shè)計選擇雙導(dǎo)向桿手臂伸縮機構(gòu)，使用液壓驅(qū)動,液壓缸選取雙作用液壓缸。 手臂伸縮驅(qū)動力計算伸縮液壓缸活塞驅(qū)動力的計算公式為：式中 手臂運動時，為運動件表面間的摩擦阻力。 密封裝置處的摩擦阻力。液壓缸回油腔低壓油液所造成的摩擦阻力。啟動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。（1）的計算經(jīng)計算 式中 參與運動的零部件所受的總重量。手臂參與運動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐前端的距離導(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：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(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵，,導(dǎo)向支撐，帶入數(shù)據(jù)得：（2）的計算經(jīng)計算 式中 由靜

29、止加速到常速的變化量。 啟動過程時間，一般取。手臂啟動速度，啟動時間，帶入數(shù)據(jù)得：（3）的計算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中，采用型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為： （4）的計算一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。經(jīng)過以上分析計算，液壓缸的驅(qū)動力為：所以手臂伸縮驅(qū)動力 手臂伸縮液壓缸參數(shù)計算經(jīng)過上面計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力，因此選擇液壓缸的工作壓力。（1） 液壓缸內(nèi)徑計算 圖4 雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進入無桿腔： 當(dāng)油進入油桿腔： 所以 （無桿腔） (有桿腔)式中 手臂伸縮液壓缸驅(qū)動力 液壓缸內(nèi)徑 活塞桿直徑 液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡

30、膠可取 液壓缸的工作壓力帶入數(shù)據(jù)得： 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB826-66），選取液壓缸的內(nèi)徑為：（2）活塞桿直徑計算活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求，對于桿長大于直徑15倍的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。按強度條件決定活塞桿直徑 按拉壓強度計算： 設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼，取即 表5 活塞桿直徑系列（JB826-66）456810121416182022252830323540455055606365707580859095根據(jù)活塞桿直徑系列（JB826-66）選取活塞桿直徑。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F80mm1MPa8

31、mm4720N3.10 機身升降機構(gòu)計算 手臂偏重力矩的計算 圖5 手臂各部件重心位置圖設(shè) 所以 設(shè) 所以偏轉(zhuǎn)力矩 式中 重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離(mm)3.10.2 升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件手臂在的作用下有向下的趨勢，而立柱導(dǎo)套則防止這種趨勢。由力平衡條件得： 所謂不自鎖的條件為： 取即 也即因此在設(shè)計中必須考慮到立柱導(dǎo)套長度大于。式中 摩擦系數(shù)立柱導(dǎo)套的長度 手臂升降驅(qū)動力的計算由手臂升降驅(qū)動力的公式得：（1）的計算 取 又因為所以 （2）的計算經(jīng)計算 式中 由靜止加速到常速的變化量。 啟動過程時間，一般取。手臂啟動速度，啟動時間，帶入數(shù)據(jù)得：（3）的計算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設(shè)計中

32、，采用型密封圈，當(dāng)液壓缸工作壓力小于時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為： （4）的計算一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。經(jīng)過以上分析計算，液壓缸的驅(qū)動力為：所以 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時 手臂升降液壓缸參數(shù)計算經(jīng)過上面計算，確定了液壓缸的驅(qū)動力，因此選擇液壓缸的工作壓力，為了滿足要求，此時取進行計算。（1）液壓缸內(nèi)徑計算：當(dāng)油進入無桿腔： 當(dāng)油進入油桿腔： 液壓缸的有效面積： 所以 （無桿腔） (有桿腔)式中 手臂升降液壓缸驅(qū)動力 液壓缸內(nèi)徑 活塞桿直徑 液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取 液壓缸的工作壓力帶入數(shù)據(jù)得： 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（JB826-66），選取液

33、壓缸的內(nèi)徑為：（2）活塞桿直徑計算活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求，對于桿長大于直徑15倍的活塞桿，還必須具有足夠的穩(wěn)定性。按強度條件決定活塞桿直徑 按拉壓強度計算： 設(shè)活塞桿材料為碳鋼，碳鋼，取即 根據(jù)活塞桿直徑系列（JB826-66）選取活塞桿直徑所以手臂升降液壓缸主要參數(shù)為：工作壓力P液壓缸內(nèi)徑D活塞桿直徑d驅(qū)動力F1MPa55mm6mm1999.2N3.11 機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的計算 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩計算手臂回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動力矩 （1）的計算 而回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個高，半徑為的圓柱體，圓柱體重量為，設(shè)啟動角速度，啟動時間。所以 （2）與的計算為了計算方便，密封處

34、的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計，即。因此 即 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸參數(shù)計算設(shè)，液壓缸工作壓力， ，則由 得 所以取液壓缸內(nèi)徑為式中 液壓缸內(nèi)徑回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力 動片寬度輸出軸與動片聯(lián)接處的直徑所以手臂回轉(zhuǎn)液壓缸主要參數(shù)為：工作壓力P液壓缸內(nèi)徑D動片寬度b輸出軸直徑d驅(qū)動力矩M4MPa140mm60mm50mm476N·m 液壓缸蓋螺釘計算由表4可以看出螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系：為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓力有關(guān)，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為： 為工作載荷，為預(yù)緊力液壓缸工作壓力為,所以螺釘間距小于,試選擇個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適個,危險截面面積 取 則

35、所以 螺釘?shù)膹姸葪l件為： 式中動片外徑螺釘材料的許用拉應(yīng)力螺釘螺紋內(nèi)徑螺釘材料選擇，取，則 即 螺釘?shù)闹睆竭x擇經(jīng)過以上的計算，需要螺釘來聯(lián)接，最終確定液壓缸的截面尺寸，內(nèi)徑為，外徑為，輸出軸直徑為。 動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘由 得 式中 被聯(lián)接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對銅取 動片外徑 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 動片寬度 回轉(zhuǎn)液壓缸工作壓力（）螺釘?shù)膹姸葪l件為： 螺釘材料選擇，取，則 即 螺釘?shù)闹睆竭x擇，選擇的開槽盤頭螺釘。式中 螺釘材料的許用拉應(yīng)力 螺釘?shù)闹睆? 機械手裝配總圖5 結(jié)論通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了機械手的很多相關(guān)知識，使我也了解了當(dāng)前國內(nèi)外在此方

36、面的一些先進生產(chǎn)和制造技術(shù)，了解了機械手設(shè)計的一般過程，通過對機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了系統(tǒng)的分析，掌握了一定的機械設(shè)計方面的知識，為以后的工作學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計只是對機械手的手部、腕部、臂部以及機身做了系統(tǒng)的設(shè)計計算，設(shè)計中沒有涉及到機械手的控制問題，對這方面有點模糊，需要在以后的工作學(xué)習(xí)中了解和掌握，由于經(jīng)驗知識水平的局限，設(shè)計難免有不到之處，望老師見量、指正。致謝非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機會和寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但使我將大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識再次回顧學(xué)習(xí)，而且也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設(shè)計中曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)

37、懷的老師以及幫助過我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識和為人也深深地影響著我，在此，請允許我再次向曾經(jīng)給予我多次指導(dǎo)的導(dǎo)師表示最忠誠的敬意！參考文獻1陸祥生.機械手-理論與應(yīng)用.北京：中國鐵道出版社，19854張建民.工業(yè)機器人.北京：北京理工大學(xué)出版社，19885蔡自興.機器人原理及其應(yīng)用.長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，19886馮香峰.機器人機構(gòu)學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，19917工業(yè)機械手圖冊編寫組.工業(yè)機械手圖冊 .北京：機械工業(yè)出版社，19788天津大學(xué)編.工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ). 天津：天津人民出版社，198012龔振幫.

38、機械人機械設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，199513：機械工業(yè)出版社，2007 09/20 11:46 102機體齒飛面孔雙臥多軸組合機床及CAD設(shè)計09/08 20:02 3kN微型裝載機設(shè)計09/20 15:09 45T旋挖鉆機變幅機構(gòu)液壓缸設(shè)計08/30 15:32 5噸卷揚機設(shè)計10/30 17:12 C620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-16孔的鉆床夾具設(shè)計09/21 13:39 CA6140車床撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計83100308/30 15:37 CPU風(fēng)扇后蓋的注塑模具設(shè)計09/20 16:19 GDC956160工業(yè)對輥成型機設(shè)計08/30 15:45 LS型螺旋輸送

39、機的設(shè)計10/07 23:43 LS型螺旋輸送機設(shè)計09/20 16:23 P-90B型耙斗式裝載機設(shè)計09/08 20:17 PE10自行車無級變速器設(shè)計10/07 09:23 話機機座下殼模具的設(shè)計與制造09/08 20:20 T108噸自卸車拐軸的斷裂原因分析及優(yōu)化設(shè)計09/21 13:39 X-Y型數(shù)控銑床工作臺的設(shè)計09/08 20:25 YD5141SYZ后壓縮式垃圾車的上裝箱體設(shè)計10/07 09:20 ZH1115W柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左主軸箱設(shè)計09/21 15:34 ZXT-06型多臂機凸輪軸加工工藝及工裝設(shè)計10/30 16:04 三孔連桿零件的工藝規(guī)程及鉆

40、35H6孔的夾具設(shè)計08/30 17:57 三層貨運電梯曳引機及傳動系統(tǒng)設(shè)計10/29 14:08 上蓋的工工藝規(guī)程及鉆6-4.5孔的夾具設(shè)計10/04 13:45 五噸單頭液壓放料機的設(shè)計10/04 13:44 五噸單頭液壓放料機設(shè)計09/09 23:40 儀表外殼塑料模設(shè)計09/08 20:57 傳動蓋沖壓工藝制定及沖孔模具設(shè)計09/08 21:00 傳動系統(tǒng)測繪與分析設(shè)計10/07 23:46 保護罩模具結(jié)構(gòu)設(shè)計09/20 15:30 保鮮膜機設(shè)計10/04 14:35 減速箱體數(shù)控加工工藝設(shè)計10/04 13:20 鑿巖釬具釬尾的熱處理工藝探索設(shè)計09/08 21:33 分離爪工藝規(guī)程和工藝裝備設(shè)計10/30 15:26 制定左擺動杠桿的工工藝規(guī)程及鉆12孔的夾具設(shè)計10/29 14:03 前蓋板零件的工藝規(guī)程及鉆8-M16深29孔的工裝夾具設(shè)計10/07 08:44 加油機油槍手柄護套模具設(shè)計09/20 15:17 加熱缸體注塑模設(shè)計10/07 09:17 動模底板零件的工藝規(guī)程及鉆52孔的工裝夾具設(shè)計10/08 20:23 包縫機機體鉆孔組合機床總體及夾具設(shè)計09/21 15:19 升板機前后輔機的設(shè)計09/09 22:17 升降式止回閥的設(shè)計09/22 18: