小型物料搬運(yùn)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例為了達(dá)到能夠同時(shí)讓這種新型機(jī)械手的通用性功能變得更強(qiáng)，此次產(chǎn)品設(shè)計(jì)將這種機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)替換成一種結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)進(jìn)行更換的整體結(jié)構(gòu)，除了可以采用夾持式的手爪結(jié)構(gòu)，還有一種結(jié)構(gòu)可以被替換成采用吸盤式的手爪結(jié)構(gòu)。1.1夾持式手部結(jié)構(gòu)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：（1）連桿杠桿式這種夾持器是利用活塞的推力，在推力推動(dòng)的作用下，連桿和手爪發(fā)生夾緊動(dòng)作，通過(guò)杠桿來(lái)放大這種夾緊力，來(lái)夾緊工件或者物料，通常和彈簧一起使用。（2）楔杠桿式利用楔和杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊。（3）小齒輪式使用活塞推進(jìn)，來(lái)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)手部的夾緊和放松。（4）射門式類似于足球射門的一種形式，前面的活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，射門銷的推進(jìn)使得手爪收縮或夾緊，后活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，射門銷縮回，使手爪放松，通過(guò)這兩種活塞運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)手爪的活動(dòng)。這種形式的開(kāi)閉行程比較大，可以適用于各種尺寸不同的物件。（5）平行杠桿式采用平行的平行四邊形機(jī)構(gòu)，利用平行四邊形靈活的四條邊的活動(dòng)來(lái)進(jìn)行夾緊和松開(kāi)。1.2夾持裝置的要求（1）適當(dāng)?shù)膴A緊力夾持式支撐裝置在正常工作時(shí)，應(yīng)保證具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以確保其支撐的穩(wěn)定性和可靠度，且不會(huì)發(fā)生變形，且工作時(shí)會(huì)損壞加工表面。剛度不高的工件在夾緊時(shí)承受力可以通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整，重型工件在使用時(shí)應(yīng)該充分考慮到自鎖安全保護(hù)裝置。（2）適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)范圍在工作時(shí)，夾持裝置所能開(kāi)合的最大范圍就是此夾持裝置的開(kāi)關(guān)范圍，要對(duì)自己需要夾持的東西有一個(gè)明確的數(shù)據(jù)，以此來(lái)確定最適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)范圍。（3）結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單輕巧氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，重量和體積直接地影響到整個(gè)氣動(dòng)機(jī)械手的性能，例如它們所結(jié)構(gòu)的重量，定位精度和運(yùn)動(dòng)速率。在設(shè)計(jì)與追求時(shí)，手的前端是需要具有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕的特征。（4）要有足夠的強(qiáng)度和剛度具有足夠的強(qiáng)度和剛度才能保證夾持裝置足夠的工作壽命和足夠的工作效率。1.3手部驅(qū)動(dòng)氣缸的設(shè)計(jì)1.1.1手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算REF_Ref4649\r\h[8]圖1.1手部結(jié)構(gòu)其工件重10KGV形手指的角度2η=120°，b=120mm＞R=50mm，摩擦系數(shù)f=0.10①根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，其驅(qū)動(dòng)力為：P=2bRN②據(jù)夾持方位的握力公式：N≥K1KN式中：N-----為所需夾持力；k1-----安全系數(shù)，通常取1.2~2k2-----動(dòng)載系數(shù)，要考慮到慣性力的影響，按照k2=1+a/gk3-----方位系數(shù)，查表選取kG-----被抓持工件的重量10Kg；③實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：P實(shí)際≥P傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)，所以η=0.94，取K1=1.5。將被抓取物料的最大加速度設(shè)置為a=3g所以P所以?shī)A持工件所需的氣缸驅(qū)動(dòng)力是1523N1.1.2氣缸的直徑該小型氣缸為一種同時(shí)具有單向或自動(dòng)控制作用的小型氣缸。根據(jù)空氣動(dòng)力系統(tǒng)平衡工程學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)傳動(dòng)原理，在單向力的動(dòng)力平衡作用下經(jīng)由氣缸對(duì)在活塞桿上的傳動(dòng)輸入單向推力必須與需要同時(shí)克服諸如氣缸對(duì)活塞彈簧的逆?zhèn)鲃?dòng)作用力及其在氣缸工作運(yùn)動(dòng)過(guò)程下其中的總傳動(dòng)阻力:F1=(πPD其中：F1FtFzP-----氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用力計(jì)算：Ft=GGG其中：GfL-----彈簧預(yù)壓縮量，m；s-----活塞行程，m；d1D1n-----彈簧有效圈數(shù)；G-----彈簧材料剪切模量，G=79.4×10考慮到負(fù)載率η的影響F1=(πpηD氣缸直徑：D=4（F1帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得GF=3677.46×60×=220.3N所以：D=查閱相關(guān)手冊(cè)，得D=65mm，由d/D=0.2?0.3，可得活塞桿直徑：d=（0.2?0.3）=13?19.5mm取活塞桿直徑d=18mm校核，F(xiàn)1/（π/4d2d≥(4F1/π[σ])0.5其中，[σ]=120MPa，F(xiàn)則：d=2.28≤18符合要求。缸壁厚計(jì)算一般氣缸壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚計(jì)算公式δ=DPp/2[σ]δ-缸壁厚，mm；D-氣缸內(nèi)徑，mm；Pp-實(shí)驗(yàn)壓力，P材料為：ZL3,[σ]=3MPa；則δ=(65×6×10=6.5mm取δ=7.5mm，則缸筒外徑：D1.4Solidworks手爪有限元靜力分析為了確定所設(shè)計(jì)的手爪是否合理，本章對(duì)手爪受載荷情況進(jìn)行分析，通過(guò)分析得到手爪的最大應(yīng)力和位移，最后通過(guò)分析驗(yàn)證了手爪的設(shè)計(jì)合理性。此次分析主要是使用Solidworks軟件進(jìn)行分析，其流程包括：模型、材料設(shè)置、添加邊界條件（包括夾具設(shè)置和載荷設(shè)置）、劃分網(wǎng)格、結(jié)果分析。模型如圖所示為要進(jìn)行有限元分析的模型-手爪。圖1.2手爪a靜力分析進(jìn)入simulation，打開(kāi)算例。圖1.3算例b材料設(shè)置這里使用鋁合金6061作為手爪的材料，靜力分析主要用到材料的密度、彈性模量、泊松比、屈服極限，具體參數(shù)如下。表1.1具體材料屬性及取值屬性數(shù)值質(zhì)量密度(kg/m3)2700泊松比0.33彈性模量(N/m2)6.9×1010屈服強(qiáng)度(N/m2)55100000設(shè)置如圖圖1.4屬性設(shè)置c添加邊界條件夾具設(shè)置和載荷設(shè)置由于手爪兩端軸受到載荷作用，這里將手爪右端位置進(jìn)行約束，手爪上下爪內(nèi)側(cè)面各加載100N載荷，設(shè)置如圖所示。圖1.5手爪受力情況d劃分網(wǎng)格這里使用默認(rèn)的網(wǎng)格設(shè)置對(duì)手爪進(jìn)行劃分，得到網(wǎng)格參數(shù)圖如下，節(jié)點(diǎn)數(shù)18612，單元總數(shù)10917。圖1.6網(wǎng)格參數(shù)手爪網(wǎng)格如下圖所示。圖1.7手爪網(wǎng)格e結(jié)果分析位移云圖如圖所示將手爪右端位置進(jìn)行約束，手爪上下爪內(nèi)側(cè)面各加載100N載荷的位移分布圖，從圖中可以看出最大位移位于手爪的底部位置，大小為0.0146mm。圖1.8位移云圖應(yīng)力云圖如圖所示將手爪右端位置進(jìn)行約束，手爪上下爪內(nèi)側(cè)面各加載100N載荷的應(yīng)力分布圖，從圖中可以看出最大應(yīng)力為4.504Mpa小于材料鋁合金6061的屈服極限55.1Mpa，符合設(shè)計(jì)要求。圖1.9應(yīng)力云圖總結(jié)通過(guò)Solidworks對(duì)手爪進(jìn)行靜力分析，手爪使用鋁合金6