某六自由度工業(yè)機械手的大臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22721某六自由度工業(yè)機械手的大臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算案例 186121.1大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計計算 1300371.2油缸定片連接螺釘?shù)男：?475921.3機械手大臂升降缸的設(shè)計和計算 5284631.4機械手的不自鎖的條件 71.1大臂回轉(zhuǎn)缸的設(shè)計計算機械手的大臂即機身是支撐手臂的部件，又是帶動其運動的部件，主要是實現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)、仰俯等運動的機構(gòu)。由于采用驅(qū)動裝置、傳動裝置、導(dǎo)向裝置的不同，機身的結(jié)構(gòu)布局也不同，此處采用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上導(dǎo)向桿布置在活塞缸內(nèi)部的機身結(jié)構(gòu)。手臂回轉(zhuǎn)所需驅(qū)動力矩：采用回轉(zhuǎn)油缸實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運動。驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)的力矩，應(yīng)該與手臂起動時所產(chǎn)生的慣性力矩以及各密封裝置處的摩擦阻力矩，回轉(zhuǎn)油缸的壓力矩相平衡。（軸承處的摩擦力矩忽略不計）則有：(1.1)圖1.1手臂受力分析式中：--密封裝置處的摩擦力矩；（如圖1.1）；(1.2)--動片外徑與油缸壁密封裝置處的摩擦阻力矩，--動片側(cè)面與缸體的密封摩擦阻力矩）。(1.3)(1.4)取b=0.08m；=0.006m；R=0.06m；r=0.03；=0.5；手臂起動時所產(chǎn)生的慣性力矩：(1.5)式中：—回轉(zhuǎn)缸的動片的角速度變化量，在起動的過程中=（弧度/秒）；—起動的時間；—手臂回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。=30.8設(shè)等角速度=40°/s；起動時間為t=1s；則：kg/m--回轉(zhuǎn)油缸的回油腔的背反壓力kg/cm(1.6)式中：—回轉(zhuǎn)油腔壓力，一般取=0.2P=0.2×35=7kg/kg/m所以驅(qū)動力矩：kg/m擺動油缸內(nèi)徑的計算：(1.7)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=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=8cm；D—回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑。cm查表取D=12cm。流量的計算：油缸的內(nèi)徑D確定后，由強度條件計算所需的最小的油缸壁厚，依據(jù)材料力學的薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計算：(1.8)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(1.9)D—油缸內(nèi)徑cm；—油缸材料的許用應(yīng)力kg/，kg/，其中為油缸材料的抗拉強度（kg/）。N—安全系數(shù)，一般取n=3～5=600kg/（鑄鐵）cm現(xiàn)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取=25mm選擇鍵并校核強度：轉(zhuǎn)軸的直徑為60mm，選鍵為：鍵高h×鍵寬b=11×18（mm）,選取長度為50mm。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強度條件為：(1.10)式中：T—傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）；k—鍵與輪轂槽的接觸高度，k=0.5h·mm；l—鍵的工作長度，單位為mm；圓頭平鍵l=l-bmm；d—轉(zhuǎn)軸的直徑。(mm)--許用的積壓應(yīng)力MPa，代入數(shù)據(jù)：查表：鍵的材料選用鋼有輕微沖擊時，=100～120MPa故鍵的強度滿足要求。1.2油缸定片連接螺釘?shù)男：藞D1.2定片與固定軸的螺釘連接方式定片與固定軸的用螺釘連接方式如圖1.2所示:聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對稱的安裝，并用兩銷定位。其作用是：使定片與固定軸的配合緊密接觸不留間隙，當油腔通過壓力油時，定片受油壓的作用產(chǎn)生一個合成液壓力矩，克服輸出軸上所受的外載荷力矩反作用在動片上，由于螺釘?shù)倪B接作用，使被聯(lián)接表面不能產(chǎn)生相對的滑動，為此，在安裝時必須擰緊螺釘，以便在被聯(lián)接件的配合表面間產(chǎn)生摩擦力以傳遞動力。依定片所受的力矩的平衡條件有：(1.11)即得：kg(1.12)式中：Q—每個螺釘?shù)念A(yù)加鎖緊力（kg）；b—動片的寬度（cm），這里b=8cm；p—回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力（kg/），這里p=35kg/；D—動片的外徑，即回轉(zhuǎn)油缸的內(nèi)徑（cm），這里D=12cm；d—動片與軸配合處的直徑（cm）；f—被聯(lián)接件配合面間的，摩擦系數(shù)（鋼對鋼取f=0.15）；Z—螺釘?shù)臄?shù)目，這里Z=8。將以上的數(shù)據(jù)帶入公式：kg選M8的螺釘，則小徑d=D-1.0825P(1.13)P為螺距P=1.25mmd=6.647mm螺釘?shù)膹姸龋海灰?，式中?-許用拉應(yīng)力；--螺釘材料的流動極限(kg/)，取材料為40cr；=6500～9000(㎏/)。n為安全系數(shù)，n=1.2～2.5所以：，條件滿足。1.3機械手大臂升降缸的設(shè)計和計算對于懸臂式的機械手起傳動件、導(dǎo)向桿和定位件的布置合理，以減少對升降支撐軸線的偏心矩，防止卡死現(xiàn)象，也就是自鎖。手臂上升是靠油缸作用在活塞上的推力而實現(xiàn)的，它除克服慣性力、摩擦阻力、背壓造成的阻力外，還需克服手臂、手腕、手部和被抓物件的質(zhì)量。其驅(qū)動力的計算公式為：(1.14)(1.15)(1.16)kgkgkg所以：kg大臂起動時受到的平均慣性力可近似為：(1.17)式中：—參與運動的零件的總質(zhì)量（kg）（包括被抓工件的質(zhì)量）；—速度的變化量（m/s）；=0.12m/s—起動過程的時間（s）；=0.01sg—重力加速度。g=9.8則：kg工作阻力：=20kg；由前邊的計算取=0.03=0.05帶入公式：kg確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸：(1.18)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=7cmcm查表取D=10cm流量的計算：油缸的內(nèi)徑D確定后，由強度條件計算所需的最小的油缸壁厚，依據(jù)材料力學的薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計算：cm(1.19)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(1.20)D--油缸內(nèi)徑cm；--油缸材料的許用應(yīng)力；㎏/(1.21)--油缸材料的抗拉強度（㎏/）；n--安全系數(shù)，一般取n=3～5。=600kg/（鑄鐵）cm根據(jù)結(jié)構(gòu)取=15mm1.4機械手的不自鎖的條件偏重力矩：偏重力矩即手臂及其上所支撐的全部件的重量（作用在各自重心上）對手臂回轉(zhuǎn)軸的靜力矩，用表示，手臂前伸時則偏重力矩為最大，因手臂在總重量G的作用下，有一順時針方向傾斜的趨勢，而導(dǎo)套卻阻止手臂這種趨勢，導(dǎo)套對立柱的作用力，如圖1.3根據(jù)立柱的力平衡有：(1.22)(1.23)(1.24)(1.25)(1.26)所謂不自鎖的條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑，從力的觀點分析必須