1、aKgK畢業(yè)論文械手夾持器設(shè)計夾持器設(shè)計的基本要求（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力；（2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍；（3）應(yīng)保證工件在手指內(nèi)的夾持精度；（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高；（5）應(yīng)考慮通用性和特殊要求。設(shè)計參數(shù)及要求（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊放松；（2）所要抓緊的工件直徑為80mm 放松時的兩抓的最大距離為110-120mm/s ， 1s抓緊,夾持速度20mm/s；（3）工件的材質(zhì)為5kg，材質(zhì)為45#鋼；（4）夾持器有足夠的夾持力；（5）夾持器靠法蘭聯(lián)接在手臂上。由液壓缸提供動力。2.2夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1夾緊裝置設(shè)計 .2.2.1.1夾緊力計算手指加在工件上

2、的夾緊力是設(shè)計手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點(diǎn)進(jìn) 行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性 力矩）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列公式計算：NFKKKG 123 2-1式中：K 1 安全系數(shù)，由機(jī)械手的工藝及設(shè)計要求確定,通常取1.22.0，取1.5；2 工件情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響， 計算最大加速度，得出工作情況系數(shù)2K , 2，a為機(jī)器人搬運(yùn)工件過程的加速度或減速度的 9.80.02/1111.002F3 f0.5sin絕對值（m/s）；K 3 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定，手指與工件位

3、置：手指水平放置 工件垂直放置；手指與工件形狀： V 型指端夾持圓柱型工件，K ， f為摩擦系數(shù)， 為V 型手指半角，此處粗略計算34K ,如圖2.1圖2.1G 被抓取工件的重量求得夾緊力 NF ，12NK.Kg.002439.8176.752.2.1.2驅(qū)動力力計算，取整為177N。根據(jù)驅(qū)動力和夾緊力之間的關(guān)系式：FcN 2n式中：c滾子至銷軸之間的距離；b爪至銷軸之間的距離；a 楔塊的傾斜角2sin177286sin16可得 c 34NFbaFN195.15 ，得出F 為理論計算值，實(shí)際采取的液壓缸驅(qū)動力' F 要大于理論計算值，考慮手爪的機(jī)械效率 ，一般取0.80.9，此處取0.

4、88，則：' ，取 0.88FFN 195.15221.762 FN'500p25.2312.2.1.3液壓缸驅(qū)動力計算設(shè)計方案中壓縮彈簧使爪牙張開，故為常開式夾緊裝置，液壓缸為單作用缸，提供推力：式中FDp 2=推 4D 活塞直徑d 活塞桿直徑驅(qū)動壓力，F(xiàn),已知液壓缸驅(qū)動力F' ，且 FN'10由于 FK'N10 ，故選工作壓力P=1MPa據(jù)公式計算可得液壓缸內(nèi)徑：FD'40m0mp 3.141根據(jù)液壓設(shè)計手冊,見表2.1，圓整后取D=32mm。表2.1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66）（mm）20 25 32 40 50 55 63 65

5、70 75 80 85 90 95 100 105110 125 130 140 160 180 200 250活塞桿直徑 d=0.5D=0.5×40mm=16mm活塞厚 B=(0.61.0)D 取B=0.8d=0.7×32mm=22.4mm,取23mm.缸筒長度 L(2030)D 取L為123mm活塞行程，當(dāng)抓取80mm工件時，即手爪從張開120mm減小到80mm，楔快向前 移動大約40mm。取液壓缸行程S=40mm。液壓缸流量計算：放松時流量SdDQ224 )(2(3216)2060100.724/min4夾緊時流量SqVAVDL226111322060100.965/

6、min442.2.1.4選用夾持器液壓缸溫州中冶液壓氣動有限公司所生產(chǎn)的輕型拉桿液壓缸型號為： MOB-B-32-83-FB，結(jié)構(gòu)簡圖，外形尺寸及技術(shù)參數(shù)如下：表2.2夾持器液壓缸技術(shù)參數(shù)使用溫壓力 度范圍1MPa 10+ 80允許最 效 傳動介大速度 率 質(zhì)300 m/s 90 常規(guī)礦% 物液壓油缸徑32mm受壓面積( cm 無桿腔 有桿腔12.5 8.6 1.452 ) 工度比圖2.2 結(jié)構(gòu)簡圖圖2.3 外形尺寸2.2.2手爪的夾持誤差及分析機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決與機(jī)械手定位精度 （由臂部和腕部等運(yùn)動部件確定），而且也與手指的夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品 種

7、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，避免產(chǎn)生手指夾持的定 位誤差，需要注意選用合理的手部結(jié)構(gòu)參數(shù)，見圖2-4，從而使夾持誤差控制在較小的范圍內(nèi)。在機(jī)械加工中，通常情況使手爪的夾持誤差不超過1決與手部裝置加工精度和控制系統(tǒng)補(bǔ)償能力。m 手部的最終誤差取圖 2.4ABAB sinsinRR工件直徑為80mm，尺寸偏差5 ，mm則max42Rm5m ，min37.5Rmm ，40 epRmm 。本設(shè)計為楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器，屬于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指夾持，如圖2.5。圖2.5若把工件軸心位置C到手爪兩支點(diǎn)連線的垂直距離CD以X表示，根據(jù)幾何關(guān)系有：Xlla 22()2cos1簡化為：

8、sin2該方程為雙曲線方程，如圖2.6：(sincos)(sin) 2222ABABXRlla圖2.6 工件半徑與夾持誤差 關(guān)系曲線RR XRRRR由上圖得，當(dāng)工件半徑為0 時， X取最小值min ，又從上式可以求出：，通常取21200sincoBRlminsin ABXlR R若工件的半徑max 變化到min 時， X值的最大變化量，即為夾持誤差，用 表示。R R在設(shè)計中，希望按給定的max 和min 來確定手爪各部分尺寸，為了減少夾持誤差，一方面可加長手指長度，但手指過長，使其結(jié)構(gòu)增大；另一方面可選取合適的偏轉(zhuǎn)角 ，R使夾持誤差最小，這時的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。只有當(dāng)工件的平均半徑 epR

9、取為0 時，夾持誤差最小。此時最佳偏轉(zhuǎn)角的選擇對于兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪（尤其當(dāng)a值較大時），偏轉(zhuǎn)角 的大小不易按夾持誤差最小的條件確定，主要考慮這樣極易出現(xiàn)在抓取半徑較小時，兩手爪的 BE 和'B'E 邊平行，抓不著工件。為避免上述情況，通常按手爪抓取工件的平均半徑 epR，以90BCD其中29a0mm ,86 ABlmm ,為條件確定兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手爪的偏轉(zhuǎn)角11cos()ep asin lABV 型鉗的夾角2120，即下式：1801cos(45)56.57代入得出： sin6086則 0sincoARsin60cos56.5741.02RRR ，此時定位誤差為1 和2 中的最大值

10、。則min0maxl222maaxmin1()2cossiBnAsBinl222mainmin2()2cossiAnBsAiBnAsBin分別代入得：，20.12 mm10.0256所以， 0.14821，夾mm差滿足設(shè)計要求。1由以上各值可得：(sincos)(sin)55.2254sin2 ABABXRllamm取值為5X6mm 。2.2.3楔塊等尺寸的確定楔塊進(jìn)入杠桿手指時的力分析如下：圖 2.7上圖2.7中斜楔角， 30 時有增力作用；' 滾子與斜楔面間當(dāng)量摩擦角， '22tan()ta，ndD2 為滾子與轉(zhuǎn)軸間的摩擦2角， d 為轉(zhuǎn)軸直徑， D 為滾子外徑， 22ta

11、n f，2 f 為滾子與轉(zhuǎn)軸間摩擦系數(shù);支點(diǎn) O 至斜面垂線與杠桿的夾角；l杠桿驅(qū)動端桿長；l'杠桿夾緊端桿長；杠桿傳動機(jī)械效率2.2.3.1斜楔的傳動效率斜楔的傳動效率 可由下式表示：Dsin=sin() '2杠桿傳動機(jī)械效率 取0.834，2tan' ，取整得 =14 。2902.2.3.2動作范圍分析陰影部分杠桿手指的動作范圍，即'290'22tantand取0.1， dD 取0.5，則可得 =14.036 ,，見圖 2.8圖 2.8如果'2 ，則楔面對杠桿作用力沿桿身方向，夾緊力為零，且為不穩(wěn)定狀態(tài)，所以 必須大于'2 。此外，當(dāng)

12、90 時，杠桿與斜面平行，呈直線接觸，且與回轉(zhuǎn)支點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上干涉，即為手指動作的理論極限位置。2.2.3.3斜楔驅(qū)動行程與手指開閉范圍當(dāng)斜楔從松開位置向下移動至夾緊位置時，沿兩斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程為L，此時對應(yīng)的杠桿手指由1 位置轉(zhuǎn)到2 位置，其驅(qū)動行程可用下式表示：L lclolscos12sinsin杠桿手指夾緊端沿夾緊力方向的位移為：'12os()cos()(coscos)12i30條件可知最大得29076通常狀態(tài)下， 2 在90 左右范圍內(nèi)， 1則由手指需要的開閉范圍來確定。由給定s為55-60mm,最小設(shè)定為30mm.即30(5060) s 。已知14 ，可，有圖關(guān)系：

13、2.2.3. 確定圖2.9可知：楔塊下邊為60mm，支點(diǎn)O距中心線30mm，且有'2.2.3.4l與'l 的確定斜楔傳動比 i可由下式表示：l''lsinLl sin可知 一定時， 'll 愈大， i愈大，且杠桿手指的轉(zhuǎn)角tg ，解得：l120(l)l在90 范圍內(nèi)增大時，傳動比減小，即斜楔等速前進(jìn)，杠桿手指轉(zhuǎn)速逐漸減小，則由'0 l'70 。2.2.3.5 確定 1由前式得：s (6030)30s ，150.623 ，取15013070cos(14)cos(7614)分配距離為： 50 l ，。L 為沿斜面對稱中心線方向的驅(qū)動行程，有下

14、圖中關(guān)系L ，取8350(cos50cos76)82.850sin14圖2.10L ，則楔塊上邊長為18.686，取19mm.2.2.4材料及連接件選擇V型指與夾持器連接選用圓柱銷/11B杠桿手指中間與外殼連接選用圓柱銷/11G9BT1，d=8mm, 需使用2個，d=8mm, 需使用2個滾子與手指連接選用圓柱銷/1T1 ，d=6mm, 需使用2個以上材料均為鋼，無淬火和表面處理楔塊與活塞桿采用螺紋連接，基本尺寸為公稱直徑12mm，螺距p=1，旋合長度為10mm。第三章 腕部3.1腕部設(shè)計的基本要求手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變 或調(diào)整手部在空間的方位，

15、以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕部件具有獨(dú)立的自由度，此設(shè)計中要求有繞中軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。（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(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。（3）必須考慮工作條件對于本設(shè)計，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

16、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。3.2具有一個自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的典型腕部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，采用一個回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)腕部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。從AA剖視圖上可 以看到，回轉(zhuǎn)葉片（簡稱動片）用螺釘，銷釘和轉(zhuǎn)軸10連接在一起，定片8則和缸體9 連接。壓力油分別由油孔5.7進(jìn)出油腔，實(shí)現(xiàn)手部12的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角的極限值由動，靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于270 ），圖中缸可回轉(zhuǎn)90 。腕部旋轉(zhuǎn)位置控制問題，可采用機(jī)械擋塊定位。當(dāng)要求任意點(diǎn)定位時，可采用位置檢測元件（如本例為 電位器，其軸安裝在件1左端面的小孔）對所需位置進(jìn)行檢測并加以反饋控制。摩圖3.1圖示手部的開

17、閉動作采用單作用液壓缸，只需一個油管。通向手部驅(qū)動液壓缸的油 管是從回轉(zhuǎn)中心通過，腕部回轉(zhuǎn)時，油路認(rèn)可保證暢通，這種布置可使油管既不外露， 又不受扭轉(zhuǎn)。腕部用來和臂部連接，三根油管（一根供手部油管，兩根供腕部回轉(zhuǎn)液壓 缸）由手臂內(nèi)通過并經(jīng)腕架分別進(jìn)入回轉(zhuǎn)液壓缸和手部驅(qū)動液壓缸。本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn) 01 綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動，參考上圖典型結(jié)構(gòu)。3.3腕部結(jié)構(gòu)計算3.3.1腕部回轉(zhuǎn)力矩的計算腕部回轉(zhuǎn)時，需要克服的阻力有：（1）腕部回轉(zhuǎn)支承處的摩擦力矩 M 摩fMFDFD1212=()2RR式中 1 RF ，2 RF 軸承處支反力（

18、N），可由靜力平衡方程求得;NmsMM =（J+J）軸承的摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 =0.01-0.02；對于滑動軸承 =0.1。MD D1 ,2 軸承的直徑（m）；f f fMM 摩總阻力矩，如圖3.1所示，其中， 1 G G為簡化計算，取0.1 為工件重量， 2 為手G部重量， 3 為手腕轉(zhuǎn)動件重量。圖3.1（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 偏MGe偏 1=式中 e工件重心到手腕回轉(zhuǎn)軸線的垂直距離() m ，已知e=10mm.MGeNmNm 偏則 1=39.80.010.294（3）克服啟動慣性所需的力矩 慣啟動過程近似等加速運(yùn)動，根據(jù)手腕回轉(zhuǎn)的角速度 式計算：慣工件 t啟式中 工件J工

19、件對手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量J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(1) s ；及啟動過程轉(zhuǎn)過的角度 啟按下；2()Nms ；2()st啟啟動過程所需的時間()，一般取0.05-0.3s,此處取0.1s.。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，高為200mm，直 徑90mm，其重力估算：GKgmNKgN 230.0,4取50.297809.897.26等效圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量：GJMRR2229.8 g222111980.0450.0101工件的轉(zhuǎn)動慣量，已知圓柱體工件40Rmm ，100 lmmmJRl22221=(3)3(30.040.1)0.0037工件1

20、212要求工件在0.5s內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度, 取平均角速度，即 = ，代入得：t 0.1MNm.J0）10.0037)0.4335 慣啟 工件MMMMMNm解可得：力矩M總阻力矩=0.8083總阻=.矩10摩.24.Nm3.3.2回轉(zhuǎn)液壓缸所驅(qū)動力矩計算回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大于總的阻力矩M總?cè)鐖D3.3，定片1與缸體2固連，動片3與轉(zhuǎn)軸5固連，當(dāng)a, b口分別進(jìn)出油時， 動片帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)的目的。2 或 b)r22總總手腕回轉(zhuǎn)時的總的阻力矩()圖3.3圖3.4圖3.4為回轉(zhuǎn)液壓缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動片上的合成液壓力矩即驅(qū)動力矩 M 。MpbdMR 總 rpbRr22() p

21、 2M式中 M Nmp回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力（Pa）R 缸體內(nèi)孔半徑（m）由2 pb ，21.52.5Dr輸出軸半徑（m），設(shè)計時按 d 選取b 動片寬度（m）上述動力距與壓力的關(guān)系是設(shè)定為低壓腔背壓力等于零。3.3.3回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 D 計算3.3.4液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎鉓M 總阻力矩，得：MRr22() Rr M 22為減少動片與輸出軸的連接螺釘所受的載荷及動片的懸伸長度，選擇動片寬度時，選用：綜合考慮，取值計算如下：r=16mm，R=40mm，b=50mm，bRrP 取值為1Mpa，即如下圖：圖3.5FN圖3.6缸蓋螺釘間距示意表3.3 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

22、距t(mm)0.51.51.52.52.55.05.010.0小于150小于120小于100小于80上圖中表示的連接中，每個螺釘在危險截面上承受的拉力為：FFF 總預(yù)，即工作拉力與殘余預(yù)緊力之和計算如下：液壓缸工作壓強(qiáng)為P=1Mpa,所以螺釘間距Dmmmmm 0.080.1256125.615042t小于150mm,試選擇2個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=2個SRrm 受力截面PSZ所以，6100.0034361162mmm2222803240.0034361162267.84dmmdFdFKF 預(yù)，此處連接要求有密封性，故k?。?.5-1.8），取K=1.6。FKFNN 1.2267.843

23、628.54FDdN所以FFFNN 總預(yù)螺釘材料選擇Q235，sMPa則n 1.52401602267.843628.54=5896.38，安全系數(shù)n取1.5（1.5-2.2）螺釘?shù)闹睆接上率降贸?1.3 F，F(xiàn)為總拉力即41.34.35896.386 3.1416010螺釘?shù)闹睆竭x擇d=8mm.FF 總7.813.3.5靜片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸之間的連接結(jié)構(gòu)見上圖。連接螺釘一般為偶數(shù)。螺釘由于油液沖擊產(chǎn) 生橫向載荷，由于預(yù)緊力的作用，將在接合面處產(chǎn)生摩擦力以抵抗工作載荷，預(yù)緊力的 大小，以接合面不產(chǎn)生滑移的條件確定，故有以下等式：PbDdM2FZi 摩0()40 為預(yù)緊力, i為

24、接合面數(shù)，取 可得：f為接合面摩擦系數(shù)，?。?.10-0.16）范圍的0.15，即鋼和鑄鐵零件， i=2，Z為螺釘數(shù)目，取Z=2，D為靜片的外徑， d為輸出軸直徑，則bpFDd 220螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為：帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：bp 0.041100 4.i15224Zfi4F010.080.03296.2562222（安全系數(shù)1n22.5 ），球軸承3rcc，載荷系數(shù) prpfFpf取1，50rFN。螺釘材料選擇Q235，則dmm螺釘?shù)闹睆?40160sMpan 1.5F041.30.998，d值極小，取6 dmm 。螺釘選擇M6的開槽盤頭螺釘， /67 GBT 5M46 ,如圖3.7：3.3.6腕

25、部軸承選擇腕部材料選擇HT200，圖3.7，估g軸37承.9所受徑向載荷為50N,軸向載荷較小，忽略。兩處均選用深溝球軸承。現(xiàn)校核較小軸徑處軸承。6005軸承基本數(shù)據(jù)如下：1，0 當(dāng)量動載荷rcKN式：L ()h 60np610 cN為轉(zhuǎn)速，由0.5s完成90，則50 pN ，由公回轉(zhuǎn)，計算得： 6in，代入得：()2.4106339101010hLh 60605，0遠(yuǎn)大于軸承額定壽命610 h選用軸承為深溝球軸承6005，6008。3.3.7材料及連接件，密封件選擇右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋， /578BT需用4個。 右缸蓋與缸體連接選用六角頭螺栓，全螺紋， /57T

26、 ，5M16，5M16 ,需用4個。左缸蓋與缸體及法蘭盤連接選用六角頭螺栓，全螺紋， /578G3BT4個。選用墊圈防松， /8T ，公稱尺寸為5。右端軸承端蓋與腕部回轉(zhuǎn)缸連接選用六角頭螺栓，全螺紋， /578BT需用4個。為定位作用，軸左側(cè)增加一個套筒，材料為HT200，尺寸如下：圖3.8動片與輸出軸連接選用六角頭螺栓 全螺紋， /57T ，5M16密封件選擇：全部選用氈圈油環(huán)密封，材料為半粗羊毛氈。右端蓋 d=40mm, 左右缸蓋 d=25mm。，5M31 ,需用，5M16 ,需用2個。第四章 伸縮臂設(shè)計4.1伸縮臂設(shè)計基本要求設(shè)計機(jī)械手伸縮臂，底板固定在大臂上，前端法蘭安裝機(jī)械手，完成直

27、線伸縮動作。（1）功能性的要求機(jī)械手伸縮臂安裝在升降大臂上，前端安裝夾持器，按控制系統(tǒng)的指令，完成工件的自動換位工作。伸縮要平穩(wěn)靈活，動作快捷，定位準(zhǔn)確，工作協(xié)調(diào)。（2）適應(yīng)性的要求為便于調(diào)整，適應(yīng)工件大小不同的要求，起止位置要方便調(diào)整，要求設(shè)置可調(diào)式定 位機(jī)構(gòu)。為了控制慣性力，減少運(yùn)動沖擊，動力的大小要能與負(fù)載大小相適應(yīng)，如步進(jìn) 電機(jī)通過程序設(shè)計改變運(yùn)動速度，力矩電機(jī)通過調(diào)整工作電壓，改變堵力矩的大小，達(dá) 到工作平穩(wěn)、動作快捷、定位準(zhǔn)確的要求。（3）可靠性的要求可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在預(yù)定使用壽命期內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率。工業(yè)機(jī)械手可自動完成預(yù)定工作，廣泛應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線上，因

28、此要求機(jī)械手工作必須可靠。設(shè)計時要進(jìn)行可靠性分析。（4）壽命的要求產(chǎn)品壽命是產(chǎn)品正常使用時因磨損而使性能下降在允許范圍內(nèi)而且無需大修的連 續(xù)工作期限。設(shè)計中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施，如：選擇耐磨材料、采取潤滑 措施、合理設(shè)計零件的形面等。因各零部件難以設(shè)計成相等壽命，所以易磨損的零件要 便于更換。（5）經(jīng)濟(jì)的要求機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)計制造的經(jīng)濟(jì)性和使用的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的制造成 本構(gòu)成中材料費(fèi)、加工費(fèi)占有很大的比重，設(shè)計時必須給予充分注意。將機(jī)械設(shè)計課程 中學(xué)到的基本設(shè)計思想貫穿到設(shè)計中。（6）人機(jī)工程學(xué)的要求人機(jī)工程學(xué)也稱為技術(shù)美學(xué)，包括操作方便宜人，調(diào)節(jié)省力有效，照明適度，顯示

29、 清晰，造型美觀，色彩和諧，維護(hù)保養(yǎng)容易等。本設(shè)計中要充分考慮外形設(shè)計，各調(diào)整 環(huán)節(jié)的設(shè)計要方便人體接近，方便工具的使用。（7）安全保護(hù)和自動報警的要求按規(guī)范要求，采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，確保操作人員的人身安全，這是任何設(shè)計都必須考慮的，是必不可少的。在程序設(shè)計中要考慮因故障造成的突然工作中斷，如機(jī)構(gòu)卡死、工件不到位、突然斷電等情況，要設(shè)置報警裝置。設(shè)計參數(shù)（1）伸縮長度： 300mm；（2）單方向伸縮時間： 1.52.5S；（3）定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于2mm；（4）前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊；4.2方案設(shè)計液壓驅(qū)動方案（1）伸縮原理采用單出桿雙作用液壓油缸，手臂伸出時采用單

30、向調(diào)速閥進(jìn)行回油節(jié)流調(diào)速，接近 終點(diǎn)時，發(fā)出信號，進(jìn)行調(diào)速緩沖（也可采用緩沖油缸），靠油缸行程極限定位，采用 導(dǎo)向桿導(dǎo)向防止轉(zhuǎn)動，采用電液換向閥，控制伸縮方向。 （圖4.1）圖4.1（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算液壓控制系統(tǒng)設(shè)計要滿足伸縮臂動作邏輯要求，液壓缸及其控制元件的選擇要滿足 伸縮臂動力要求和運(yùn)動時間要求，具體設(shè)計計算參考液壓傳動與控制等相關(guān)教材。 由于伸縮臂做間歇式往復(fù)運(yùn)動，有較大的沖擊，設(shè)計時要考慮緩沖措施，可從液壓回路 設(shè)計上考慮，也可從液壓件結(jié)構(gòu)上考慮。設(shè)計計算參數(shù)及要求： 電磁閥流量：要滿足伸縮速度的要求。 油缸直徑：推力大小要能克服機(jī)構(gòu)起動慣性并有一定的起動加速度，要滿足運(yùn) 動時

31、間要求。 導(dǎo)向桿剛度：按最長伸出時機(jī)械手端部的撓度不超過規(guī)定要求。 定位方式和元件：自選。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計及強(qiáng)度和剛度計算 伸縮臂運(yùn)動簡圖見圖4-1結(jié)構(gòu)方案說明a：支座1安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝伸縮臂油缸和導(dǎo)向桿等零部件。 b：法蘭4用于安裝機(jī)械手，其形式和尺寸要與機(jī)械手相協(xié)調(diào)。c：液壓缸伸出桿帶動導(dǎo)向桿同時伸出300mm，伸出長度較大，設(shè)計、制造和安裝 時要考慮液壓缸與導(dǎo)向桿的平行度要求。d：導(dǎo)向桿可采用直線導(dǎo)軌或直線導(dǎo)軸。直線導(dǎo)軌可選用外購件，直接從生產(chǎn)廠家 的有關(guān)資料中獲得所需參數(shù)（網(wǎng)上查詢直線導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軸）。采用直線導(dǎo)軸時可自行 設(shè)計，并且要考慮導(dǎo)向桿的潤滑，潤滑方式參考有關(guān)手

32、冊設(shè)計。 強(qiáng)度及剛度計算本機(jī)械手夾持工件重量約3Kg左右，夾持器重量約15Kg，夾持器長度最大約 250mm。從受力角度分析，載荷不大，可參考其它機(jī)器作類比設(shè)計即可。伸縮臂的機(jī)構(gòu) 力學(xué)模型如圖4.2所示。夾持器夾著工件，伸縮臂全部伸出，是導(dǎo)桿受力最大的狀態(tài),也是變形最大的位置。 在此情況下，用材料力學(xué)的知識計算它的強(qiáng)度和剛度。圖4.22.08601721.010 (N)Rm=1722.0860Ri4.3伸縮臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1伸縮臂液壓缸參數(shù)計算4.3.1.1工作負(fù)載 R液壓缸的工作負(fù)載R是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，以一定加速度啟動時對液壓缸 產(chǎn)生的總阻力，即：imgRRRR式中： iR-

33、工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對液壓缸產(chǎn)生的作用力；mR-工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動時的靜摩擦力；gR-工作機(jī)構(gòu)滿載啟動時的慣性力。(1) iR的確定 工件的質(zhì)量mmvrh 2夾持器的質(zhì)量伸縮臂的質(zhì)量20.87.853.141.52 =5.9 (kg)15kg(已知)50kg(估計)其他部件的質(zhì)量工作機(jī)構(gòu)荷重： 取Ri=860N(2) mR的確定(3) gR的確定15kg(估計)Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N)(N)Rg=VGtg式中： t為啟動時間，其加速時間約為0.10.5st=0.1s , =0.2s總負(fù)載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N)取實(shí)際負(fù)載為 R

34、 =1200 N4.3.1.2液壓缸缸筒內(nèi)徑 D 的確定20264pkk kgf)J()(1239mmD=pR 1200441a.式中： R=1000 N <5000 N , p可取0.81 aM,p =1 aMp取液壓缸缸筒內(nèi)徑為40mm。4.3.1.3活塞桿設(shè)計參數(shù)及校核(1)活塞桿材料：選擇45號調(diào)質(zhì)鋼，其抗拉強(qiáng)度 b =570 aMp(2)活塞桿的直徑：查液壓傳動設(shè)計手冊得，當(dāng)壓力小于10Mpa時，速比 =1.33。則可選取活塞桿直徑為20mm系列，且缸筒的厚度為5mm。lDH 3004035最小導(dǎo)向長度： 202202 mm(3)活塞桿強(qiáng)度及壓桿穩(wěn)定性的計算 采用非等截面計算法

35、 油缸穩(wěn)定性的計算因?yàn)橛透椎墓ぷ餍谐梯^大，則在油缸活塞桿全部伸出時，計算油缸受最大作用力壓縮時油缸的穩(wěn)定性。假設(shè)油缸的活塞桿的推理為P，油缸穩(wěn)定的極限應(yīng)力為Pk，則油缸穩(wěn)定性的條件為P<Pk。pPk按下式得到： J11 J式中： 1pkJ 可按液壓傳動設(shè)計手冊得到J d 41 64 ；642d式中： 1 為活塞桿直徑D1 為缸體外徑。 D為缸體內(nèi)徑。J所以， 1DD )(441625.19max查 J l 300ml查得 J2 6.1 1 1 90pab 114MlR 12004460014.3Sl62N10k6.g12.k19902 5.12 64 22J 15625.44)4050(

36、J 15625.44所以 J 625.191J 1J 為長度2l 1l 上的斷面慣性矩。2J l pk1 時極限力的計算圖，可由 2 且 1（其中， 1 ：活塞桿頭部至油缸A點(diǎn)處的距離（cm）2 :缸體尾部至油缸A點(diǎn)處的距離（cm）。所以： 。所油缸的穩(wěn)定性是滿足條件的。kpp 活塞桿強(qiáng)度的計算（E：材料的彈性模量）剛的彈性模量為E200Mpa。d 2057.3液壓傳動與控制查得： 4.1所以活塞桿強(qiáng)度是滿足條件的。4.3.1.4缸筒設(shè)計參數(shù)及校核(1)缸筒材料：選擇ZG310-570鑄鋼,其抗拉強(qiáng)度 b =570 aMp(2)缸筒壁厚 及校核：取壁厚 =5mm508.0D 40缸筒壁厚的校核

37、3.0125.0因此屬于普通壁厚pDps max2.33p p式中： max -缸筒內(nèi)最高工作壓力； max =7 paM570Ms -材料的許用應(yīng)力 spa 5-材料的安全系數(shù) =5Dd22)(4/max70.50.5404.28cm2fn5021PDmmmax2.332.31437 s max7401.16校核 符合要求(3)缸筒外徑：4.3.1.5缸底設(shè)計參數(shù)及校核(1)缸底材料：選擇Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗拉強(qiáng)度 b 375460 aMpD P(2)缸底厚度 s 4603 mm 取缸底厚度為5mm4.3.1.6油缸零件的連接計算首先確定油缸缸筒與缸蓋采用螺紋連接;缸筒與缸底的連接此處選

38、用焊接方式，此種 方式能夠使液壓缸緊湊牢固。（1）缸筒螺紋處的強(qiáng)度計算：kp螺紋處的拉應(yīng)力： 1螺紋處的剪應(yīng)力：1 )(4.0dkpkDd4401d1cmg cmg 合成應(yīng)力： /3許用應(yīng)力： ns cmkgf/2式中： P:油缸的最大推力kgf;D:油缸內(nèi)徑cm;d0 ：螺紋直徑cm；d1 ：螺紋內(nèi)徑，當(dāng)采用普通螺紋時（GB196-63）時，可近似按下式 224.t0d1（t螺距cm） ;K:螺紋預(yù)緊力系數(shù)，去K 1.251.5；4 1 2 41 )(4.0=4.8cm .dk k1 ：螺紋那摩擦系數(shù)（0.070.2），一般取1 0.12；s ：缸筒材料的屈服極限。n: 安全系數(shù)，取n=1.

39、2-2.5,一般取n=1.75.由前面計算可得： D=40mm=4cm，則查機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊，采用普通螺紋基本尺寸（GB/T196-2003）公稱直徑第二系列 4.8，可得螺距t=0.4cm; 0所以，K取1.5，k 12.01，n:取1.75。 所以：kp131c.0224.18.41 。cmkgf/Mp2a3023521005.1Dd )(4/ 22)22431.4(4/cmg 138.74dpkkDd4401d1nMpa 5.2323522n 75.1,滿足強(qiáng)度條件。（2）缸筒與缸底的焊接強(qiáng)度計算 p 1002 dD)( 222P:油缸推力kgfcm 45.1031.48.41005

40、.112.044)431.4(4.0cmkg32.7645.10314.74322222cmkgf/cm9k.g142/cmg 3.1207.0)5.45(:焊縫效率，可取 0.7b ：焊條材料得抗拉強(qiáng)度cmk2fn:安全系數(shù)，取n3.34并查到焊條材料的抗拉強(qiáng)度為900Mpa1200Mpa(手工焊條)，因此缸體與缸底得焊縫強(qiáng)度是滿足要求得。4.3.1.7液壓油缸其他零件結(jié)構(gòu)尺寸得確定由于液壓缸的工作負(fù)載較小，所以選定液壓缸的工作壓力為低壓。取額定工作壓力為2.0 aM液壓缸的基本形式如下圖所示：圖 4.3整個油缸安裝在下部伸縮臂基座上。（1）活塞與活塞桿得連接結(jié)構(gòu)：油缸在一般工作條件下，活塞

41、與活塞桿采用螺紋連接。其形式如圖所示圖4.4（2）活塞桿導(dǎo)向套：做成一個套筒，壓入缸筒，靠缸蓋與缸筒得連接壓緊固定， 材料選用鑄鐵材料?；窘Y(jié)構(gòu)為：圖4.5圖中： 1為缸蓋， 2為橡膠防塵圈， 3為活塞桿， 4為活塞桿導(dǎo)向套。（3）活塞與缸體得密封。采用O型密封圈密封。選用36.5內(nèi)徑，截面直徑為3.5510.0 mm.其基本形式如下：圖 4.6圖中： 1即為O型密封圈， 2則為活塞。活塞與缸體之間靠O型密封圈密封。（4）活塞桿端部結(jié)構(gòu)形式及尺寸d 取5M 116 .端部結(jié)構(gòu)形式有：外螺紋的，內(nèi)螺紋的，光滑的，球形，耳環(huán)等等。此處因活塞桿 固定，選用外螺紋連接形式。其基本結(jié)構(gòu)如下：圖4.7圖中各尺寸可查液壓傳動設(shè)計手冊得，當(dāng)d20mm時， 1d L d 245.1L=(1.21.5)1 , )5.12.1( 14.3.2導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)設(shè)計4.3.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保證液壓缸活塞桿伸出時的方向性，提供機(jī)構(gòu)剛度，保證伸縮量 的準(zhǔn)確性。4.3.2