某六自由度工業(yè)機(jī)械手小臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28244某六自由度工業(yè)機(jī)械手小臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算過程案例 1275061.1小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和伸縮油缸的計(jì)算 188451.2活塞桿強(qiáng)度和剛度的校核 4142171.3導(dǎo)向桿的強(qiáng)度校核 51.1小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和伸縮油缸的計(jì)算手臂部件是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，它的作用是支撐腕部和手部并帶動(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的，一般是把手部送達(dá)空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上。此處為實(shí)現(xiàn)沿X軸伸縮的自由度要求，小臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成雙作用油缸。臂部結(jié)構(gòu)采用懸臂梁用無縫鋼管作為導(dǎo)向桿，用鋼板作為支撐板，這樣大大提高臂的剛度，對(duì)大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置或者油管路，有利于機(jī)構(gòu)緊湊，臂部的變形不僅與自身剛度有關(guān)，而且同支撐距離有很大的關(guān)系，其結(jié)構(gòu)如圖1.1圖1.1小臂示意圖手臂作水平伸縮時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力:(1.1)式中：=0水平伸縮時(shí)--導(dǎo)向裝置的摩擦阻力矩這種結(jié)構(gòu)在啟動(dòng)時(shí)導(dǎo)向處的摩擦阻力矩較大，導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)采用雙向?qū)U，其導(dǎo)向截面形狀是圓柱截面。結(jié)構(gòu)如圖，這里取水平極限位置即小臂完全伸出時(shí)，初定活塞桿長為550mm，直徑D=28mm。則桿的質(zhì)量：kg先估取導(dǎo)向桿的質(zhì)量為5kgmm(1.2)式中：a—導(dǎo)向桿的支撐長度(cm)；—當(dāng)量摩擦系數(shù)；圓柱面：=（1.27～1.57）取=1.5；—摩擦系數(shù)對(duì)于靜摩擦且無潤滑，鋼對(duì)鑄鐵取=（0.18～0.3）=0.25；L—手臂參與運(yùn)動(dòng)零部件的總質(zhì)量重心到支撐前端的距離（cm）；--參與運(yùn)動(dòng)的零件的總重（含工件的重量）(kg)；kg--密封裝置處的摩擦阻力。在壓力油液驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，各密封裝置處摩擦阻力之和為。(1.3)當(dāng)油缸的工作壓力不大于100kg/，活塞桿的直徑為活塞油缸直徑的一半采用o型密封圈時(shí)，=0.03(1.4)伸縮油管處的摩擦阻力為：(1.5)式中：--密封圈與配合面的摩擦系數(shù)，主要與密封圈的形式，材料及之配合接觸的零件材料和油液壓力有關(guān)。對(duì)于0型圈，當(dāng)油液壓力P<100kg/時(shí)，=0.05～0.023這里取=0.05；p—密封處的工作壓力（kg/）；d—伸縮油管直徑（cm）；kg慣性力矩啟動(dòng)時(shí)，受到的平均慣性力可近似：(1.6)式中：—參與運(yùn)動(dòng)的零件的總重量（包括被抓物體質(zhì)量）（kg）；G—重力加速度，取g=9.8m/；—速度變化量m/s；--啟動(dòng)過程的時(shí)間（s）一般為0.01～0.5s。取=0.05s,=0.15m/s；則：kg：油缸的回油腔油液所造成的阻力，一般較小，為0.05所以：確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸：(1.7)式中：p—油缸的工作壓力(kg/)；d—活塞的直徑(cm)；D—油缸內(nèi)徑(cm)。選取p=10kg/，d=0.5D；cm查表取D=1.5cm流量的計(jì)算：油缸的內(nèi)徑D確定后，由強(qiáng)度條件計(jì)算所需的最小的油缸壁厚，依據(jù)材料力學(xué)的薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計(jì)算：(1.8)式中—計(jì)算壓力，其值比油缸的最大工作壓力P大20～30﹪，即=（1.2～1.3）P(1.9)D—為油缸內(nèi)徑cm；—油缸材料的許用應(yīng)力kg/；(1.10)其中為油缸材料的抗拉強(qiáng)度（kg/）；n為安全系數(shù)。一般取n=3～5=600㎏/（鑄鐵）cm取=10mm1.2活塞桿強(qiáng)度和剛度的校核由L=550mm>15×28=420mm(1.11)(1.12)式中：A—活塞桿橫截面的面積和；D—活塞桿橫截面的直徑；I—為活塞桿橫截面的慣性半徑（cm）；J—活塞桿橫截面對(duì)中性軸的慣性矩（）。cm(1.13)式中：--活塞桿的計(jì)算柔度（柔度系數(shù)）；l—活塞桿計(jì)算長度（cm）；--長度折算系數(shù)（亦稱約束影響系數(shù)），一端固定一端鉸支時(shí)，=0.7所以：式中：--特定的柔度值；--為活塞桿的流動(dòng)極限，查表a=4690kg/，b=26.2kg/。對(duì)于<的壓桿，只會(huì)因強(qiáng)度不足而破壞，并不會(huì)失穩(wěn)，故對(duì)短壓桿只進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。(1.14)式中：P--活塞桿上所受的總機(jī)械載荷（kg）d—活塞桿的直徑kg/(1.15)--活塞桿材料的許用壓力kg/--活塞桿材料的抗拉強(qiáng)度kg/n--為安全系數(shù)，一般取n不小于1.4，活塞桿材料一般用碳鋼=1000～1200kg/則：<kg/1.3導(dǎo)向桿的強(qiáng)度校核當(dāng)導(dǎo)向桿伸出到最大狀態(tài)時(shí)，如果強(qiáng)度足夠也就滿足要求，此時(shí)的受力根據(jù)力平衡公式:N1-N2+G×g/2=0N1×150=G×g×L/2L—手