某六自由度工業(yè)機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13629某六自由度工業(yè)機(jī)械手腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算過程案例 1299071.1腕部回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計 1316191.2腕部擺動油缸的設(shè)計 41.1腕部回轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計工業(yè)機(jī)械手的手腕部件設(shè)置在手部和臂部之間，它的主要作用是在臂部運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變和調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手動作的范圍，使機(jī)械手變的更加靈巧，適應(yīng)能力更強(qiáng)。多自由度的腕部，在空間的靈活度越好，但是活動度越多，結(jié)構(gòu)越加復(fù)雜，技術(shù)難度也越大，為實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)與仰俯運(yùn)動，此處采取裝有軸線互相垂直的回轉(zhuǎn)油缸的雙腕部結(jié)構(gòu)。其設(shè)計和計算如下：驅(qū)動手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動時的驅(qū)動力必須克服手腕啟動時的所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)軸與支承孔處的摩擦力矩，動片與缸徑，定片，端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩及由于轉(zhuǎn)動件的重心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重的力矩。手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按以下公式計算：(1.1)式中：--驅(qū)動手轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩（kgcm）；--慣性力矩（kgcm）；--參與轉(zhuǎn)動的零部件的重量（包括工件，手部，手腕回轉(zhuǎn)缸的動片）對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩（kgcm）；--手腕轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩（kgcm）。設(shè)手指夾在棒料的重心位置，故=0；摩擦阻力矩=0.1；設(shè)手指以及夾緊油缸等等效為一個圓柱件，長度為290mm，質(zhì)量為5+0.28+0.49=5.77kg，估取為6kg?？汕蟮肈=58mm。kg（為夾緊油缸活塞桿的質(zhì)量）kg（為轉(zhuǎn)動油缸直徑的質(zhì)量）估取=5kg（手部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量）；算取工件的長度：mm若手腕轉(zhuǎn)動的角速度為，啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度為，則：kg㎝(1.2)式中：J—參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量；--工件對手腕轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量。設(shè)啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度為=20°，等速轉(zhuǎn)動角速度=100°/s計算慣性力矩用如下公式：所以確定轉(zhuǎn)軸的最小尺寸：(1.3)--抗扭截面系數(shù)；(1.4)所以要求軸的材料選用45號鋼，查得=40～50MPam取d=40mm，（之所以取這么大主要是考慮到結(jié)構(gòu)的要求）回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計算按如下公式：(1.5)式中：M—作用在動片(即輸出軸)上的外載力矩(kgcm)；p--回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力（）取p=35；d—輸出軸與動片連接處的直徑（cm）；b—動片的寬度（cm），為減小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（即油缸長度）可按2b/(D-d)≥2選用（cm）初取b=5cm；D—回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑。cm取D=9cm流量的計算：；油缸的內(nèi)徑D確定后，由強(qiáng)度條件計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算：(1.6)式中--計算壓力，其值比油缸的最大工作壓力P大20～30﹪，即=（1.2～1.3）P(1.7)D為油缸內(nèi)徑cm；--油缸材料的許用應(yīng)力kg/。(1.8)其中為油缸材料的抗拉強(qiáng)度（kg/），=600kg/（鑄鐵）。n為安全系數(shù)，一般取n=3～5mm現(xiàn)取=10mm1.2腕部擺動油缸的設(shè)計驅(qū)動手腕擺動運(yùn)動采用單葉片回轉(zhuǎn)油缸，擺動時的驅(qū)動力必須克服手腕啟動時的所產(chǎn)生的慣性力矩，手腕的轉(zhuǎn)軸與支承孔處的摩擦力矩，動片與缸徑，定片，端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動件的重心與轉(zhuǎn)動軸線不重合所產(chǎn)生的偏重矩。根據(jù)圖1.1有：手腕轉(zhuǎn)動時所需的驅(qū)動力矩可按以下公式(1.9)式同公式1.1圖1.1夾緊油缸結(jié)構(gòu)簡圖設(shè)手指夾在棒料的重心位置，故=0；摩擦阻力矩=0.1；估算l=360mm=132.5mm=277mm設(shè)手指以及夾緊油缸等等效為一個圓柱件，長度為360mm，質(zhì)量為5+0.28+4=9.28kg可求得D=65mmkg（手指回轉(zhuǎn)油缸的質(zhì)量）；cme為擺動油缸偏離重心的距離所以克服偏心力矩=×=29×31.4=910.6kgcm=9.11kgm若手腕擺動的角速度為，啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度為，則：kg㎝(1.10)式中：--參與手腕的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量；--工件對手腕轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量。則：設(shè)啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度為=20°，等速轉(zhuǎn)動角速度=50°/s，計算慣性力矩用如下公式：得確定轉(zhuǎn)軸的最小直徑：(1.11)--抗扭截面系數(shù)。(1.12)所以(1.13)要求(1.14)軸的材料選45號鋼，查得=40～50Mpam查表取d=25mm擺動油缸內(nèi)徑的計算：(1.15)式中：M—作用在動片(即輸出軸)上的外載力矩(kg㎝)；p--回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力（）取p=80；d—輸出軸與動片連接處的直徑（cm）；b—動片的寬度（cm），為減小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（即油缸長度）可按2b/(D-d)≥2選用（cm）初取b=5cm；D—回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑。cm查表取D=6.3cm流量的計算：油缸的內(nèi)徑D確定后，由強(qiáng)度條件計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算：cm(1.16)式中：--計算壓力，其值比油缸的最大工作壓力P大20～30﹪，即=（1.2～1.3）P