四自由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目: YZBZ—1型圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目次</b></p><p>　　1 緒論 …………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 工

2、業(yè)機(jī)械手的概述 ………………………………………………………… 1</p><p>　　1.2 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 ……………………………………………… 1</p><p>　　1.3 機(jī)械手的組成概述 ………………………………………………………… 2</p><p>　　1.4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) …………………………………………………… 3</

3、p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)方案 ………………………………………………………………… 4</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)題目 …………………………………………………………………… 4</p><p>　　2.2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求 ……………………………………………………… 4</p><p>　　2.3 方案擬定 …………………………

4、………………………………………… 5</p><p>　　3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………… 6</p><p>　　3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求 ………………………………………………………… 6</p><p>　　3.2 手部力學(xué)分析 ……………………………………………………………… 7</p><p>

5、;　　3.3 夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 …………………………………………………… 8</p><p>　　3.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 ………………………………………… 9</p><p>　　4 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………… 11</p><p>　　4.1 腕部設(shè)計(jì)基本要求 …………………………………………………

6、………… 11</p><p>　　4.2 腕部結(jié)構(gòu)的選擇 ……………………………………………………………… 11</p><p>　　4.3 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 ………………………………………………………… 12</p><p>　　5 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………… 16</p><p>　　5.1

7、 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)的基本要求 ……………………………………………… 16</p><p>　　5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的選擇 …………………………………………… 16</p><p>　　5.3 手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ……………………………………………………… 17</p><p>　　5.4 手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定 …………………………………………………

8、19</p><p>　　5.5 油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 ………………………………………… 21</p><p>　　6 機(jī)身設(shè)計(jì)與計(jì)算 …………………………………………………………………23 </p><p>　　6.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 23</p><p>　　6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)

9、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………… 25</p><p>　　6.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………… 28</p><p>　　7 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算 ………………………………………………………… 31</p><p>　　7.1 繪制液壓系統(tǒng)的工況圖 ……………………………………………………… 31<

10、/p><p>　　7.2 計(jì)算和選擇液壓元件 ………………………………………………………… 36</p><p>　　總結(jié) ………………………………………………………………………………… 38</p><p>　　致謝 ………………………………………………………………………………… 38</p><p>　　參考資料……………………………………

11、…………………………………………39</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1．1 工業(yè)機(jī)械手的概述</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)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(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在

12、各個(gè)不同環(huán)境中工作。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景?！　C(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。</p>

13、<p>　　1．2 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛廣泛。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。可在機(jī)

14、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(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國機(jī)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(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取

15、高溫熔液等等。具體應(yīng)用在以下幾方面：</p><p>　　(1) 建造旋轉(zhuǎn)零件（轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類）自動(dòng)線</p><p>　　(2) 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面</p><p>　　(3) 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面</p><p>　　1．3 機(jī)械手的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三

16、部分組成。</p><p>　　1.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　(1) 手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fù)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。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)形式教多，常用的有：滑槽杠桿

17、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。</p><p>　　(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(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。&

18、lt;/p><p>　　目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)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(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(3) 臂部 手臂部件是機(jī)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(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。</p>

19、;<p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)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(yùn)動(dòng)。</p><p>　　手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)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(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。因

20、此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。</p><p>　　(4) 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國的正處于仿真階段。</p><p>　　1.3.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同, 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)

21、動(dòng)機(jī)械手,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。</p><p>　　1.3.3 控制系統(tǒng)分類</p><p>　　在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)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(biāo)位置，并注意其加速度特性。</p><p>　　1．4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨

22、勢(shì)</p><p>　　(1) 工業(yè)機(jī)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(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。</p><p>　　(2) 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。</p&

23、gt;<p>　　(3) 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　(4) 機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來

24、進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　(5) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。</p><p>　　(6) 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使

25、智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2．1 設(shè)計(jì)題目：</p><p>　　YZBZ-1型圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì) </p><p>　　2．2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求&l

26、t;/p><p><b>　　1、抓重：300N</b></p><p><b>　　2、自由度：4個(gè)</b></p><p><b>　　3、臂部運(yùn)動(dòng)參數(shù)：</b></p><p><b>　　表 2-1</b></p><p>&l

27、t;b>　　4、腕部運(yùn)動(dòng)參數(shù)：</b></p><p><b>　　表 2-2</b></p><p>　　5、手指夾持范圍：棒料，Φ60mm~Φ120mm，長度450~1200mm</p><p>　　6、定位方式：緩沖，死擋塊定位</p><p>　　7、驅(qū)動(dòng)方式：液壓（中、低壓系統(tǒng)）</p&

28、gt;<p>　　8、定位精度：±3mm</p><p><b>　　2．3 方案擬定</b></p><p>　　2.3.1 初步分析</p><p>　　機(jī)械手抓重為300N，按工業(yè)機(jī)械手的分類，屬于中型，按用途分為通用機(jī)械手，其特點(diǎn)是具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣，通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高

29、、通用性強(qiáng)，適合于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。由表2-1和表2-2、及機(jī)械手的各規(guī)格參數(shù)可以了解到，設(shè)計(jì)方案為通用型機(jī)械手，其通用性強(qiáng)，應(yīng)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(biāo)式機(jī)械手與直角坐標(biāo)式械手相比，占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并能達(dá)到很高的定位精度，因此應(yīng)用廣泛。但由于機(jī)械手的結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的對(duì)象。</p><p>　　

30、2.3.2 擬定方案</p><p>　　由初始參數(shù)擬定整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　通用機(jī)械手是3~6個(gè)自由度，而本次設(shè)計(jì)為4由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手，其大致結(jié)構(gòu)如圖2-1，運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2-2：</p><p>　　圖 2-1 圖 2-2</p><p>　　

31、2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　(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(gòu)，本次選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)。手部為二指。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)。 </p><p>　　腕部 連接手部與手臂的部件。要求0~180&

32、#176;的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，因此選用具有單自由度的回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，靈活。</p><p>　　臂部 臂部是機(jī)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(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　臂部設(shè)計(jì)的基本要求為：a 承載能力大，剛度好，自重輕</p><p>　　b 運(yùn)動(dòng)速度高，慣性小</p><p&

33、gt;　　c 動(dòng)作靈活手臂動(dòng)作應(yīng)靈活</p><p><b>　　d 位置精度要高</b></p><p>　　因此，本設(shè)計(jì)選用雙導(dǎo)向桿手臂伸縮結(jié)構(gòu)與雙作用液壓缸。其特點(diǎn)為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，活塞桿只受拉壓作用，受力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。</p><p>　　2.3.4 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) <

34、/p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，根據(jù)動(dòng)力源不同大致可分為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)課題特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，傳遞力矩大，并且控制精度高。</p><p>　　3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3．1 手部設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　　(1) 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和

35、驅(qū)動(dòng)力，應(yīng)考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需要的驅(qū)動(dòng)力大小是不同的。</p><p>　　(2) 手指應(yīng)具有一定的張開范圍，以便于抓取工件。</p><p>　　(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。</p><p>　　(4) 應(yīng)保證手抓的夾持精度。</p><p>　　3．2 手部力

36、學(xué)分析</p><p>　　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，他在彈簧的作用下手抓閉合</p><p>　　下面對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析：</p><p>　　滑槽杠桿 圖3-1(a)為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(a)

37、 (b)</p><p>　　圖3-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析</p><p>　　1——手指 2——銷軸 3——杠桿</p><p>　　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1的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為F1和F2，其力的方向垂直于滑槽的中心線和并指向點(diǎn)，交和的延長線于A及B。</p><p>　

38、　由 =0 得 =</p><p><b>　　=0 得 </b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　由=0 得=·h</p><p><b>　　F

39、=</b></p><p>　　式中 a——手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心的距離(mm)。</p><p>　　——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。</p><p>　　由分析可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力F一定時(shí)，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=~</p><p>　　3．3

40、夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　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。一般來說，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)。</p><p>　　手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算： </p><p>　　式中 ——安全系數(shù)，通常1.2~2.0；<

41、;/p><p>　　——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋是重力方向的最大上升加速度 ，g=9.8 m/s ；</p><p>　　——運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度；；</p><p>　　——系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般選取0.03~0.5s；</p><p>　　——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇；</p>

42、;<p>　　G——被抓取工件所受重力（N）。</p><p>　　計(jì)算：設(shè)a=40mm,b=120mm,=35°；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。</p><p>　　設(shè)=1.6 =102 mm/s =0.5s</p><p><b>　　==1.02</b><

43、;/p><p><b>　　=0.5 </b></p><p>　　根據(jù)公式，將已知條件帶入：</p><p>　　=1.6×1.02×0.5×300=244.8N</p><p><b>　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：</b></p><p>　　==2

44、44.8=986N </p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　==1160N</b></p><p><b>　　確定液壓缸的直徑D</b></p><p>　　選取活塞桿直徑d=0.5D，選擇液壓缸壓力油工作壓力P=39.210Pa<

45、/p><p>　　則 D=0.0224m</p><p>　　根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列表（JB826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：D=32mm，根據(jù)裝配關(guān)系，外徑為50mm。</p><p><b>　　則活塞桿直徑為：</b></p><p>　　d=320.5=16mm，選取d=16mm</p><p>

46、;　　3．4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算</p><p>　　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(dòng)穩(wěn)定性好，并有足夠的抓取能。</p><p>　　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(dòng)部件來決定），而且也于機(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)變化，一定要進(jìn)

47、行機(jī)械手的夾持誤差分析。</p><p>　　圖3-3 手抓夾持誤差分析示意圖</p><p>　　該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。</p><p>　　機(jī)械手的夾持范圍為Φ60~Φ120mm。</p><p>　　夾持誤差不超過±3mm，分析如下：</p><p>　　工件的平均半徑： ==45mm

48、</p><p>　　手指長L=120mm，取V型夾角</p><p>　　偏轉(zhuǎn)角：β ===64.34°</p><p>　　按最佳偏轉(zhuǎn)角確定： β=64.34°</p><p>　　計(jì)算理論平均半徑 120×sin60°cos64.34°=45mm</p><p&g

49、t;<b>　　因?yàn)?</b></p><p><b>　　1.484</b></p><p><b>　　0.166</b></p><p>　　所以=1.484<3</p><p>　　夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4 機(jī)

50、械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　腕部設(shè)計(jì)基本要求</b></p><p>　　(1) 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕</p><p>　　腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)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。</p>&l

51、t;p>　　(2) 結(jié)構(gòu)考慮，合理布局</p><p>　　腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)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連接。</p><p>　　(3) 必須考慮工作條件</p><p>　　對(duì)于本設(shè)計(jì)，機(jī)械手的工作條件是在工作場(chǎng)合中搬運(yùn)加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處

52、在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)機(jī)械手的腕部沒有太多不利因素。</p><p><b>　　腕部結(jié)構(gòu)的選擇</b></p><p>　　腕部結(jié)構(gòu)有四種，分別為：</p><p>　　(1) 具有單自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(2) 用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>

53、　　(3) 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　(4) 機(jī)——液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)要求腕部有一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，因此，綜合考慮分析，選擇第一種結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)直接用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。</p><p><b>　　腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算</b></p>

54、;<p>　　4．3．1 腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：</p><p>　　=+++ (N·m)</p><p>　　腕部加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩</p><p>　　若腕部啟動(dòng)過程按等加速運(yùn)動(dòng)，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)加速度為(rad/s)，啟動(dòng)過程所需的時(shí)間為(

55、s)，或轉(zhuǎn)過的角度為(rad)，則</p><p><b>　　=（+)</b></p><p>　　或 =（+)</p><p>　　式中 —參與腕部轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）；</p><p>　　—工件對(duì)腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg&#

56、183;m）。</p><p>　　腕部轉(zhuǎn)動(dòng)件和工件的偏重對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩</p><p>　　因?yàn)槭肿A持在工件中間位置，所以e等于0，即：</p><p><b>　　=Ge+Ge=0</b></p><p>　　腕部轉(zhuǎn)動(dòng)軸載軸頸處的摩擦阻力矩</p><p>　　為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般取

57、 =0.1</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片和缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩，與選用的密封裝置類型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。</p><p>　　設(shè)夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量50Kg，當(dāng)手部夾持工件中間位置回轉(zhuǎn)時(shí)，將手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，長h=150mm，半徑為60mm，其所受重力為G=200 N<

58、/p><p><b>　　等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。</b></p><p>　　因?yàn)?=（+)</p><p>　　====0.0367</p><p><b>　　===4.1979</b></p><p>　　代入

59、 =(0.0367+4.1979) =47</p><p>　　所以 =0.1+0+47</p><p><b>　　=52.22</b></p><p><b>　　腕部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</b></p><p>　　表4-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）

60、 （mm）</p><p>　　設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表4-1設(shè)缸體內(nèi)壁半徑R=55mm，外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，由表4-2選取168 mm，動(dòng)片寬度b=66mm，輸出軸r=25mm。基本尺寸如圖4-1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力</p><p>　　P===6.59MPa，所以選擇P=7MPa。</p><p>　　圖4-1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示

61、意</p><p>　　表4-2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）</p><p><b>　　油缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</b></p><p>　　圖4-2 缸蓋螺釘間距示意</p><p>　　表4-3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系</p><p>　　t為螺釘?shù)拈g距，間距與工作

62、壓強(qiáng)有關(guān)，見表4-3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為： </p><p>　　式中為工作載荷，為預(yù)緊力</p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p>　　液壓缸工作壓強(qiáng)為P=7 Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個(gè)螺釘；</p><p>　　πd/4=110π/80=4.3＜

63、8，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=8個(gè)</p><p>　　危險(xiǎn)截面 =0.0075m</p><p><b>　　==6562.5N</b></p><p>　　(K=1.5~1.8) 取K=1.5，則1.5×6562.5=9843.75 N</p><p><b>　　=16407N&

64、lt;/b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235， （n=1.2~2.5）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?</p><p><b>　　=0.0131m</b></p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm。</p><p>　　動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘<

65、;/p><p>　　動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘</p><p>　　連接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘?dòng)片和輸出軸之間的配合緊密，當(dāng)油腔通高壓油時(shí)，動(dòng)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。</p><p>　　由 </p><p>　　得

66、 </p><p>　　——單個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力；</p><p><b>　　D ——?jiǎng)悠鈴剑?lt;/b></p><p>　　f ——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取f=0.15；</p><p>　　d ——輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，初步計(jì)算可按D=

67、（1.5~2.5）d</p><p>　　D=110mm=2.5d，則d=44mm；</p><p>　　螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 </p><p>　　所以 </p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</b></p><p><b>　　===

68、22234N</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235， 則200MPa（n=1.2~2.5）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?=0.01356m</p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm。</p><p><b>　　機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　

69、　機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　（1）臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕</p><p>　?。?）臂部運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小</p><p>　　（3）手臂動(dòng)作應(yīng)該靈活</p><p><b>　?。?）位置精度要高</b></p><p>　　手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇<

70、/p><p>　　常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：</p><p>　　雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。</p><p>　　雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　活塞桿和

71、齒輪齒條機(jī)構(gòu)。</p><p>　　綜合考慮，本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)，其手臂的伸縮油缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承擔(dān)彎曲作用，活塞桿受拉壓作用，受力簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊。使用液壓驅(qū)動(dòng),液壓缸選取雙作用液壓缸。</p><p><b>　　手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算</b></p><p>　　先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根

72、據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　做水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的摩擦、慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算為</p><p>　　手臂摩擦力的分析與計(jì)算</p><p>　　由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一

73、個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。</p><p>　　得 </p><p>　　得 </p><p>　　式中 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（N）；</p><p>　　L——手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（m

74、）,參考上一節(jié)的計(jì)算;</p><p>　　a——導(dǎo)向支撐的長度（m）;</p><p>　　——當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。</p><p><b>　　對(duì)于圓柱面：</b></p><p>　　——摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無潤滑時(shí)：</p><p><b>　　鋼對(duì)青銅：取

75、</b></p><p><b>　　鋼對(duì)鑄鐵：取</b></p><p>　　計(jì)算：導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵， ，L=656mm,導(dǎo)向支撐a設(shè)計(jì)為160mm</p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　1400=3864N</p><p>　　手臂密

76、封處的摩擦阻力的計(jì)算</p><p>　　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)液壓缸工作壓力小于10Mpa。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為： =0.03F。</p><p><b>　　手臂慣性力的計(jì)算</b></p><p><b>　　=0.1</b></p><p>

77、;　　式中 ——參與運(yùn)動(dòng)的零件的總重力（包括工件）(N)；</p><p>　　——從靜止加速到工作速度的變化量(m/s)；</p><p>　　——啟動(dòng)時(shí)間(s)，一般取0.01~0.5；</p><p>　　設(shè)啟動(dòng)時(shí)間為0.2s，最大為0.233m/s。 則：</p><p><b>　　=0.1=163N</b>

78、</p><p>　　由于背壓阻力較小，可取=0.05</p><p>　　所以 =+++=3864+163+0.03F+0.05F</p><p><b>　　=4378N</b></p><p>　　所以手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力為=4378N。</p><p>　　手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定</

79、p><p>　　表5-1 液壓缸的工作壓力</p><p>　　經(jīng)過上面的計(jì)算，確定了液壓缸的驅(qū)動(dòng)力F=4378N，根據(jù)表5-1選擇液壓缸的工作壓力P=1MPa；</p><p>　　確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸：</p><p>　　液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算，如圖5-2所示</p><p>　　圖5-2 雙作用液壓缸示意圖</p&

80、gt;<p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入無桿腔： </b></p><p><b>　　當(dāng)油進(jìn)入有桿腔： </b></p><p>　　液壓缸的有效面積： (mm)</p><p>　　所以 （無桿腔）</p><p><b>　?。ㄓ袟U腔）</b>&

81、lt;/p><p>　　式中——活塞驅(qū)動(dòng)力(P)；</p><p>　　——油缸的工作壓力(MPa)；</p><p><b>　　——活塞桿直徑；</b></p><p>　　——油缸機(jī)械效率，工程機(jī)械中用耐油橡膠可取=0.96；</p><p>　　由上節(jié)求得驅(qū)動(dòng)力F=4378N，=1MPa，機(jī)械

82、效率=0.96</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p><b>　　==0.0766</b></p><p>　　根據(jù)表4-1（JB826-66），選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列，選擇D=80mm.</p><p><b>　　液壓缸外徑的設(shè)計(jì)</b><

83、;/p><p>　　外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)表4-2（JB1068-67）取外徑選擇133mm.</p><p><b>　　活塞桿的計(jì)算校核</b></p><p>　　a，活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度要求。對(duì)于桿長L大于直徑d的15倍以上，按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　　(

84、mm)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的=100~120Mpa。本次取=110</p><p>　　則： =0.0072m</p><p>　　所以活塞直徑按下表取d=20mm，滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　表5-2 活塞桿直徑系列（GB/T2348-93）</

85、p><p>　　現(xiàn)在進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其穩(wěn)定性條件為</p><p>　　式中 ——臨界力(N)；</p><p>　　——安全系數(shù)，=2~4。</p><p>　　按中長桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核，其臨界力=F()</p><p>　　式中 F——活塞桿截面面積(mm)；</p><p>　　a，b——常數(shù)

86、，與材料性質(zhì)有關(guān)，碳鋼a=461，b=2.47；</p><p>　　——柔度系數(shù)，經(jīng)計(jì)算為70。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，臨界力 =F()=3.14=90463.4MPa</p><p>　　取=3 =30154.47 MPa</p><p>　　所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。</p><

87、p>　　油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　(1) 缸體材料選擇無縫鋼管，此時(shí)端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點(diǎn)是加工和裝拆方便，缺點(diǎn)是缸體開環(huán)槽削弱了強(qiáng)度</p><p>　　(2) 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</p><p>　　為保證連接的緊密性，螺釘間距t應(yīng)適當(dāng)（如圖4-2），在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和剩余預(yù)緊力之和<

88、;/p><p><b>　　=+</b></p><p>　　式中 ——工作載荷，=；</p><p>　　——螺釘中心所在圓的直徑；</p><p><b>　　P——驅(qū)動(dòng)力。</b></p><p>　　Z——螺釘數(shù)目，Z=；</p><p>　　

89、——剩余預(yù)緊力，=KQ，K=1.5~1.8；</p><p>　　計(jì)算： </p><p>　　D=80mm，取=88mm，P=1MPa，間距與工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表4.3，間距應(yīng)小于150mm，試選螺釘數(shù)為6個(gè)：</p><p>　　則 Z=，代入數(shù)據(jù)=46<150，滿足要求；</p><p><b>　　==

90、838N；</b></p><p>　　選擇K=1.5，=1.5=1255N;</p><p>　　=+=837+1257=2095N</p><p>　　螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算</p><p>　　式中 ——計(jì)算載荷，=1.3；</p><p>　　——許用抗拉應(yīng)力，=；</p><

91、;p>　　——螺釘材料的屈服點(diǎn)，材料選擇45鋼，則屈服強(qiáng)度為352MPa；</p><p>　　n——安全系數(shù)，n=1.2-2.5，此處取n=2；</p><p>　　——螺紋內(nèi)徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。</p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p>　　=1.3=1.3&#

92、215;2095=2723.5N</p><p>　　代入數(shù)據(jù)： ===0.0045m</p><p><b>　　機(jī)身設(shè)計(jì)與計(jì)算</b></p><p>　　機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身

93、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(yùn)動(dòng)。</p><p>　　6．1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂2000的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就要綜合考慮分析。</p><p>　　機(jī)身承載著手臂，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有以下幾種：&

94、lt;/p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大。</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。</p><p>　　活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)

95、動(dòng)帶動(dòng)與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使手臂左右擺動(dòng)。</p><p>　　綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降。如圖6所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(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(dǎo)向?；ㄦI軸與與升降缸的下端蓋

96、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(gòu)是導(dǎo)向桿在內(nèi)部，結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見下圖。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)2000。</p>

97、<p>　　圖6 回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　6．2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　6．2．1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 </p><p>　　手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算公式為：</p><p>　　=++ (N·m)</p><p>　　慣性力矩

98、 =</p><p>　　式中 ——臂部回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）；</p><p>　　——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量，在啟動(dòng)過程=(rad/s)；</p><p>　　——啟動(dòng)過程的時(shí)間(s)；</p><p>　　若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為(前面計(jì)算得=800mm)，則</

99、p><p>　　式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 </p><p><b>　　=</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長1500mm，直徑為100mm的圓柱體，質(zhì)量為180Kg.設(shè)置起動(dòng)角度=180，則起動(dòng)角速度=0.314，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s。</p><p>　　=== 30.4 kg

100、3;m</p><p>　　=30.4+=175 kg·m</p><p>　　==175=550

101、

102、 </p><p>　　為了簡(jiǎn)便計(jì)算，密封處的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)，=0</p><p>　　所以

103、 =550+0+0.03</p><p><b>　　=567</b></p><p>　　6．2．2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的確定</p><p>　　回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑D計(jì)算公式為：</p><p>　　式中 P——回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力；</p><p>　　d——輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，

104、初步設(shè)計(jì)按D/d=1.5~2.5；</p><p>　　b——?jiǎng)悠瑢挾龋砂?b/(D-d)≥2選取。</p><p>　　設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片寬b=60mm，工作壓力為6MPa，d=50mm</p><p><b>　　=123mm</b></p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)油缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為125mm。</p>&

105、lt;p><b>　　油缸缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)缸的工作壓力為6Mpa,所以螺釘間距t應(yīng)小于80mm。螺釘數(shù)目Z==×3.14=4.9</p><p>　　所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目選擇6個(gè)。</p><p>　　危險(xiǎn)截面 ==0.0104</p><p>　　所以

106、 =10400N</p><p>　　=14800×1.5=15600N (K=1.5)</p><p>　　所以 10400+15600=26000N</p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆?d=0.0147

107、mm</p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.選擇M16的開槽盤頭螺釘。</p><p>　　經(jīng)過以上的計(jì)算，最終確定的液壓缸的尺寸，內(nèi)徑為125mm，外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)表4-2（JB1068-67）取外徑選擇194mm，輸出軸徑為50mm。</p><p><b>　　動(dòng)片聯(lián)接螺釘?shù)挠?jì)算</b></p><p

108、>　　動(dòng)片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔檬鞘箘?dòng)片和輸出軸之間的配合面緊密接觸不留間隙。根據(jù)動(dòng)片所受力矩的平衡條件有</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　即 </b></p><p>　　式中 ——每個(gè)螺釘預(yù)緊力；</p&

109、gt;<p><b>　　D——?jiǎng)悠耐鈴剑?lt;/b></p><p>　　f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取f=0.15</p><p>　　螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 </p><p>　　或 </p><p><b>　　帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得</

110、b></p><p><b>　　===26200N</b></p><p>　　螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5）</p><p>　　螺釘?shù)闹睆絛=0.0140mm</p><p>　　螺釘?shù)闹睆竭x擇d=14mm.選擇M14的開槽盤頭螺釘。</p><p>　　6．3 機(jī)身

111、升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　6．3．1 手臂片重力矩的計(jì)算</p><p>　　圖 6-3 手臂各部件重心位置圖</p><p>　　(1) 估算重量：=300N，=200N，=400N，=800N</p><p>　　(2) 計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離:</p><p>　　=1100

112、mm，=960mm，=790mm ，=430mm。</p><p>　　由于 = </p><p>　　所以 =0.695m</p><p>　　(3) 計(jì)算偏重力矩</p><p><b>　　=1182</b></p><p>　　升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件</p&g

113、t;<p>　　手臂在的作用下有向下的趨勢(shì)，而里立柱導(dǎo)套卻阻止這種趨勢(shì)。所謂不自鎖條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑，即</p><p><b>　　＞=</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　若取摩擦系數(shù) f=0.16，則導(dǎo)套長度h＞0.32</p><

114、;p>　　即 h＞0.32×0.695=0.223m</p><p>　　升降油缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算</p><p>　　式中 摩擦阻力，，取f=0.16。</p><p>　　G——零件及工件所受的總重。</p><p><b>　　(1) 的計(jì)算</b></p><p>　　

115、設(shè)定速度為V=0.152m/s;起動(dòng)或制動(dòng)的時(shí)間差t=0.02s; 近似估算為2800N。</p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入上面公式有：</p><p><b>　　2172N</b></p><p><b>　　(2) 的計(jì)算 </b></p><p><b>　　=3538.2N<

116、;/b></p><p>　　所以 =2×3538.2×0.16=1132.2N</p><p>　　(3) 液壓缸在這里選擇O型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算 </p><p>　　(4) 由于背壓阻力較小，為簡(jiǎn)便計(jì)算，可將其忽略，=0</p><p>　　所以 F=2172+1132.2+0.

117、03F</p><p>　　當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=6293N</p><p>　　當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=521N</p><p>　　6．3．4 油缸尺寸參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　(1) 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算 </p><p>　　液壓缸驅(qū)動(dòng)力按上升時(shí)計(jì)算，F(xiàn)=6293N，由表(5-1)選擇油缸工作壓力為1.5

118、MPa，計(jì)算如5.4節(jié)公式，代入數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　==0.0747</b></p><p>　　根據(jù)表(4-1)可選取液壓缸內(nèi)徑D=100mm。</p><p>　　(2) 液壓缸外徑的計(jì)算 </p><p>　　按厚壁計(jì)算(3.2)：</p><p>　　式中 ——缸體材料的

119、許用應(yīng)力，無縫鋼管時(shí)=100~110MPa</p><p>　　根據(jù)表4-2（JB1068-67）取外徑選擇168mm.</p><p>　　(3) 活塞桿的計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼，碳鋼許用應(yīng)力的=100~120Mpa。本次取=110</p><p>　　則： =0.0085m</p&g

120、t;<p>　　活塞桿直徑應(yīng)大于8.5mm。</p><p>　　(4) 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算</p><p>　　D=100mm，取=160mm，P=1.5MPa，間距與工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表4-3，間距應(yīng)小于120mm，試選螺釘數(shù)為6個(gè)：</p><p>　　則 Z=，代入數(shù)據(jù)=84<120，滿足要求；</p><

121、p>　　==1962.5N；</p><p>　　選擇K=1.5，=1.5=2943.75N;</p><p>　　=+=1962.5+2943.75=4907N</p><p>　　螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算</p><p>　　式中 ——計(jì)算載荷，=1.3；</p><p>　　——許用抗拉應(yīng)力，=；<

122、/p><p>　　——螺釘材料的屈服點(diǎn)，材料選擇45鋼，則屈服強(qiáng)度為352MPa；</p><p>　　n——安全系數(shù)，n=1.2-2.5，此處取n=2；</p><p>　　——螺紋內(nèi)徑，=d-1.224S，d為螺釘公稱直徑，S為螺距。</p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p>　

123、　=1.3=1.3×4907=6379.1N</p><p>　　代入數(shù)據(jù)： ===0.0068m</p><p><b>　　液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算</b></p><p>　　7.1 繪制液壓系統(tǒng)的工況圖</p><p>　　根據(jù)前面幾部分設(shè)計(jì)好的各液壓執(zhí)行元件的參數(shù)，以及設(shè)計(jì)要求等對(duì)液壓系統(tǒng)作進(jìn)一步的工況

124、分析，確定每個(gè)執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段中的速度、載荷變化規(guī)律，繪制出液壓系統(tǒng)有關(guān)工況圖即液壓缸的P-t圖、Q-t圖、N-t圖。</p><p>　　手部夾緊缸(圖7-1)</p><p>　　已知參數(shù)： D=32mm，d=16mm， ，</p><p><b>　　計(jì)算工況圖：</b></p><p><b&

125、gt;　　圖7-1</b></p><p>　　腕部回轉(zhuǎn)缸(圖7-2)</p><p>　　已知參數(shù)： D=110mm，d=50mm，b=66mm，M=，3.49rad/s</p><p><b>　　計(jì)算工況圖：</b></p><p><b>　　圖7-2</b></p>