工业机械手的设计说明书解析.docx

1、工业机械手的设计说明书解析机械系统设计课程设计说明书设计题目：工业机械手设计学院：机电工程学院班级：机械092班姓名：学号：第四章 手臂的设计4.1手臂伸缩的设计计算 手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上，从臂部的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动又较多，故受力较复杂。机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。多义性在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。 1. 伸缩液压缸的设计计算 1.1 求水平伸缩直线运动液压缸的驱动力 根据液压缸运动时所需

2、克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的限力，来确定液压缸所需的驱动力。手臂的伸缩速度为300mm/s行程L=400mm 抓重100N 液压缸活塞的驱动力的计算 式中 一一摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。 一一密封装置处的康擦阻力; 一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力; 一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。 、的计算如下。 4.1.1. 的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情况进行估算。 图4-15为双导向杆导向，其导向杆截面形状为圆柱面，导向杆对称配置在伸缩缸的两侧，启动时，导向装置的摩擦阻力较大，计

3、算如下: 由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。 得 式中参与运动的零部件所受的总重力(含工件重),估算=(100+700)N=800N L手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前端的距离(m),L=100mm a导向支承的长度,a=150mm; 一一当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。 对子圆柱面: 取=1.5 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时: 钢对青铜: 取=0.10.15 钢对铸铁: 取=0.180.3取=0.1代入已知数据得=280N 4.1.2.的计算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，其计算公式如下: (1)“O”形密封圈 当液服缸工作压力小于10Mpa

4、. 活寒杆直径为液压缸直径的一半，活塞与活塞杆处都采用“O”形密封圈时，液压缸密封处的总的摩擦力为: 式中 F为驱动力， P工作压力(Pa); P 15d时，一般应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为 式中临界力（N），可按材料力学有关公式计算。安全系数，=242.2.1.大柔度杆的临界力当时，临界力为 =式中为活塞杆的计算柔度（柔度系数） L为活塞杆的计算长度（m），油缸支承情况和活塞杆端部支承情况不同，活塞杆计算长度不同，见表46； i为活塞杆横截面的惯性半径（m）, J为活塞杆截面对中性轴的惯性矩（） E为弹性横量，E=210GPa为长度折算系数，见表46；为特定的柔度值，=，为比例极限。

5、 2.2.2. 中柔度杆 当入2入:时，临界力为 二F式中F活塞杆横截面积（） a、b常数，与材料性质有关，见表4-7;为特定的柔度值，为屈服极限 2.2.3. 短压杆入时，不校核压杆稳定。4.2臂旋转机构设计手臂回转后液压缸的设计计算(一)手臂回转时所需的驱动力矩 采用回转液压缸实现手臂回转运动时，其受力情况可化简成图4-20。图4-20 手臂回转运动时的受力图驱动手臂回转的力矩M驱，与手臂起动时所产生的惯性力矩M惯及各密封装置的摩擦阻力矩M摩相平衡。 M驱M惯+M摩+M回 （31）（1）M摩密封装置处的摩擦力矩（Nm） M摩M摩+M摩” 估计取 F=500N ,F”=800N 估计取 回转

6、缸内径D=230mm ,输出轴与动片联接处的直径 d=100mm , 动片宽度b=100mm M摩=FR5000.23252Nm M摩”2F”R28000.232=162Nm 所以， M摩52+162=214Nm(2)M惯手臂起动时的惯性力矩M惯=J0=式中 回转缸动片的角速度变化量（rad/s），在起动过程中=，取=60/s起动过程的时间（s）,取=0.5sJ0手臂回转部件（包括工件）对回转轴线的转动惯量（Nms2）。若手臂回转零件的重心与回转轴的距离为， 则J0=Jc+式中 Jc回转零件对重心轴线的转动惯量Jc=取手臂回转零件质量m=600Kg，回转时手臂长度l=2500mmJc=230J

7、o=230+6000.32=280M惯=600Nm M回回转液压缸回油腔的背压反力矩M回=取,M回=680 NmM驱=214+600+680=1480 Nm(二)驱动力矩的计算 如图4-21所示回转液压缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩M驱M驱=图4-21 回转液压缸计算图(三)回转缸内径D的计算根据 M驱= M驱M驱=式中 D回转缸内径（m） M驱作用在动片的外载荷力矩 p回转液压缸的工作压力（Pa） d输出轴与动片联接处的直径（m），初步设计时按 选取 b动片宽度（m）为减少动片与输出轴的联接螺钉所受的载荷及动片的悬伸长度，选择动片宽度（即液压缸宽度）时，可选用所以

8、(四)缸盖联接螺钉和动片联接螺钉计算1. 缸盖联接螺钉计算 缸盖与回转液压缸的缸体用螺钉联接时，其螺钉的强度计算方法与伸缩液压缸缸盖螺钉强度计算方法相同。2. 动片与输出轴联接螺钉计算 动片与输出轴用螺钉联接的结构见图4-22。联接螺钉一般为偶数，对称地安装，并用两个销钉定位。联接螺钉的作用是：使动片与输出轴的配合面紧密接触不留间隙，当油腔同高压油时，动片受油压作用，产生一个合成液压矩，克服输出轴上所受的外载荷力矩。动片的受力情况如图4-22b所示。依动片所受力矩的平衡条件，有：图4-22 动片与输出轴联接方式及动片受力图于是得 式中 FQ每个螺钉的预紧力（N）Z螺钉数目，Z=6f被联接件配合面间的摩擦系数，钢对钢取f=0.15所以 螺钉的强度条件为常用螺钉材料的屈服极限螺钉材料为45号钢，所以取MPa所以 4.3 机械手手臂升降部分设计4.3.1 臂部的结构设计臂部做升降运动的机构1回转缸置于升降缸之下的机身结构2回转缸置于升降缸之上的机身结构4.3.2 臂部的设计计算通常先进行粗略的估算，或者是采用类比型的结构，根据运动参数初步确定