四自由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、 合肥工業(yè)大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書目次1 緒論 1 1.1 工業(yè)機(jī)械手的概述 1 1.2 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用 1 1.3 機(jī)械手的組成概述 21.4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢 32 總體設(shè)計(jì)方案 4 2.1 設(shè)計(jì)題目 4 2.2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求 42.3 方案擬定 53 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)計(jì)算 6 3.1 手部設(shè)計(jì)基本要求 6 3.2 手部力學(xué)分析 7 3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計(jì)算 83.4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算 94 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算 11 4.1 腕部設(shè)計(jì)基本要求 11 4.2 腕部結(jié)構(gòu)的選擇 114.3 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 125 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算 16 5.1 機(jī)

2、械手臂部設(shè)計(jì)的基本要求 16 5.2 手臂的典型機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的選擇 16 5.3 手臂伸縮驅(qū)動力計(jì)算 17 5.4 手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定 19 5.5 油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算 216 機(jī)身設(shè)計(jì)與計(jì)算 23 6.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) 23 6.2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 256.3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 287 液壓驅(qū)動系統(tǒng)的計(jì)算 31 7.1 繪制液壓系統(tǒng)的工況圖 31 7.2 計(jì)算和選擇液壓元件 36 總結(jié) 38 致謝 38 參考資料 391 緒論1. 1 工業(yè)機(jī)械手的概述工業(yè)機(jī)械手在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色, 是近幾十年發(fā)展起來 的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備, 是一種能自

3、動化定位控制并可重新編程序以變動的多 功能機(jī)器,它有多個(gè)自由度,可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支, 它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種 預(yù)期的作業(yè)任務(wù), 在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn), 尤其體現(xiàn)了人的智能和 適應(yīng)性。 機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力, 在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著 廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和 計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。1. 2 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機(jī)械手可以完成許多工 作,如搬物、裝配、切

4、割、噴染等等,應(yīng)用非常廣泛廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中, 生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。 各行各業(yè)的自動化水平 越來越高,現(xiàn)代化加工車間,常配有機(jī)械手,以提高生產(chǎn)效率,完成工人難以完成的 或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資 料介紹,美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有 75%是小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有 四分之三在 50件以下, 零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。 從這 里可以看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的 自動化而產(chǎn)生的。 目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有:注塑工業(yè)中從模具中快速 抓取制品并將制品傳誦

5、到下一個(gè)生產(chǎn)工序;機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料;澆鑄 行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。具體應(yīng)用在以下幾方面:(1 建造旋轉(zhuǎn)零件(轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類自動線(2 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化方面(3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面1. 3 機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。(1 手部 既直接與工件接觸的部分, 一般是回轉(zhuǎn)型或平動型 (多為回轉(zhuǎn)型, 因其 結(jié)構(gòu)簡單 。手部多為兩指(也有多指 ;根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種;也可以 用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(主要用于吸冷的,光滑表面的零件或薄板零件和電 磁吸盤。傳力機(jī)構(gòu)形式教多,常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜槭杠桿式、齒輪齒 條式

6、、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。(2 腕部 是連接手部和臂部的部件, 并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位, 以擴(kuò)大機(jī)械 手的動作范圍,并使機(jī)械手變的更靈巧,適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn) 運(yùn)動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動再增加一個(gè)上下擺動即可滿足工 作要求,有些動作較為簡單的專用機(jī)械手,為了簡化結(jié)構(gòu),可以不設(shè)腕部,而直接用 臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件。目前,應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓(氣缸,它的結(jié)構(gòu)緊湊, 靈巧但回轉(zhuǎn)角度小(一般小于 2700 , 并且要求嚴(yán)格密封,否則就難保證穩(wěn)定的輸出 扭距。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下,采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。(3 臂部 手

7、臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部(包 括工作或夾具 ,并帶動他們做空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的:把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。 如果改變手部的姿態(tài) (方 位 ,則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此,一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基 本要求,即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降(或俯仰運(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)(如液壓缸或者氣缸和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn), 從臂部的受力情況分析,它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷,而且自身 運(yùn)動較為多,受力復(fù)雜。因此,它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精 度直接影響機(jī)械手的工作性能。(4 行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu),我國

8、的正處于仿真階段。驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同 , 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動 機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械手 , 結(jié) 構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。在機(jī)械手的控制上, 有點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式。 大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位 控制,也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制,采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔 卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性。1. 4 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(1 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 , 而單機(jī)價(jià)格不斷下降,平均單機(jī)價(jià)格從 91年的 10.3萬美元降至 97年的

9、 6.5萬美元。 (2 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、 檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī) ; 國外已有模 塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。(3 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng) 絡(luò)化 ; 器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠 性、易操作性和可維修性。(4 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感 器外,裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機(jī)器人則采用視覺、 聲覺、 力覺、 觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控

10、制多傳感器融合配 置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙 控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。(6 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與 機(jī)器人的人機(jī)交互控制, 即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng), 使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這 種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。2 總體設(shè)計(jì)方案2. 1 設(shè)計(jì)題目:圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手設(shè)計(jì)2. 2 初始參數(shù)與設(shè)計(jì)要求1、抓重:250N2、自由度:4個(gè)3、臂部運(yùn)動參數(shù): 4、腕部運(yùn)動參

11、數(shù):表 2-2 5、手指夾持范圍:棒料, 65mm85mm6、定位方式:緩沖,死擋塊定位7、驅(qū)動方式:液壓(中、低壓系統(tǒng)8、定位精度:±3mm2. 3 方案擬定機(jī)械手抓重為 250N ,按工業(yè)機(jī)械手的分類,屬于中型,按用途分為通用機(jī)械手, 其特點(diǎn)是具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、 程序可變、 動作靈活多樣, 通用機(jī)械手的工作范圍大、 定位精度高、通用性強(qiáng),適合于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。由表 2-1和表 2-2、及機(jī)械手的各規(guī)格參數(shù)可以了解到,設(shè)計(jì)方案為通用型機(jī)械手,其通用性 強(qiáng),應(yīng)用范圍廣,自身體積和重量適中,成本適中,維修較容易。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 與直角坐標(biāo)式械手相比,占地面積小

12、而活動范圍大,結(jié)構(gòu)較簡單,并能達(dá)到很高的定 位精度, 因此應(yīng)用廣泛。 但由于機(jī)械手的結(jié)構(gòu)關(guān)系, 沿 Z 軸方向移動的最低位置受到 限制,故不能抓取地面上的對象。由初始參數(shù)擬定整體設(shè)計(jì)方案通用機(jī)械手是 36個(gè)自由度, 而本次設(shè)計(jì)為 4由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手, 其大致結(jié)構(gòu) 如圖 2-1,運(yùn)動簡圖如圖 2-2: 圖 2-1 圖 2-2(1 手部 即直接與工件接觸的部分,一般是回轉(zhuǎn)型或平移型,也有吸盤式和電磁 式結(jié)構(gòu),本次選用結(jié)構(gòu)簡單的兩支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)。手部為二指。傳力機(jī)構(gòu)常用有滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次選用滑槽杠桿式機(jī)構(gòu)。(2腕部 連接手部與手臂的部件。要求 0

13、180°的回轉(zhuǎn)動作,因此選用具有單自 由度的回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,靈活。(3臂部 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。他的作用是支撐腕部和手部(包括工件 與工具 。并帶動他們作空間運(yùn)動。臂部設(shè)計(jì)的基本要求為:a 承載能力大,剛度好,自重輕b 運(yùn)動速度高,慣性小c 動作靈活手臂動作應(yīng)靈活d 位置精度要高因此, 本設(shè)計(jì)選用雙導(dǎo)向桿手臂伸縮結(jié)構(gòu)與雙作用液壓缸。 其特點(diǎn)為手臂的伸 縮缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之間,由導(dǎo)向桿承受彎曲作用,活塞桿只受拉壓作用, 受力簡單,傳動平穩(wěn),外形整齊美觀,結(jié)構(gòu)緊湊。驅(qū)動機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分, 根據(jù)動力源不同大致可分為氣動、 液壓、 電動和機(jī)械

14、傳動。 根據(jù)課題特點(diǎn), 本設(shè)計(jì)選用液壓驅(qū)動, 其特點(diǎn)是速度快, 結(jié)構(gòu)簡單, 控制方便,傳遞力矩大,并且控制精度高。3 機(jī)械手手部設(shè)計(jì)計(jì)算3. 1 手部設(shè)計(jì)基本要求(1 應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力,應(yīng)考慮到在一定的夾緊力下,不同的傳動機(jī) 構(gòu)所需要的驅(qū)動力大小是不同的。(2 手指應(yīng)具有一定的張開范圍,以便于抓取工件。(3 在保證本身剛度,強(qiáng)度的前提下,盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,以利于減輕 手臂負(fù)載。(4 應(yīng)保證手抓的夾持精度。3. 2 手部力學(xué)分析通過綜合考慮,本設(shè)計(jì)選擇二指雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手抓,采用滑槽杠桿式,夾緊裝 置采用常開式夾緊裝置,他在彈簧的作用下手抓閉合 下面對其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析:滑槽

15、杠桿 圖 3-1(a為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。 (a (b圖 3-1 滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析 1手指 2銷軸 3杠桿在杠桿 3的作用下,銷軸 2向上的拉力為 F ,并通過銷軸中心 O 點(diǎn),兩手指 1的 滑槽對銷軸的反作用力為 F 1和 F 2, 其力的方向垂直于滑槽的中心線 1oo 和 2oo 并指向 o 點(diǎn),交 1F 和 2F 的延長線于 A 及 B 。由XF =0 得 1F =2F YF=0 得1F =2cos F1F =' 1F由Mol(F=0 得 ' 1F =NF·hcos a h =F=2cos N bF a 式中 a 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心的距離

16、 (mm。工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。由分析可知,當(dāng)驅(qū)動力 F 一定時(shí), 角增大,則握力 N F 也隨之增大,但 角過 大會導(dǎo)致拉桿行程過大,以及手部結(jié)構(gòu)增大,因此最好 =0300403. 3 夾緊力及驅(qū)動力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力,是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點(diǎn) 進(jìn)行分析計(jì)算。 一般來說, 需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化 的慣性力產(chǎn)生的載荷,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計(jì)算:123N F K K K G 式中 1K 安全系數(shù),通常 1.22.0;2K 工作 情況系 數(shù), 主要考慮 慣性力 的影 響?？山?似

17、按下 式估g a 1K 2+=其中 a 是重力方向的最大上升加速度 max va t =響, g=9.8 m/s ; max v 運(yùn)載時(shí)工件最大上升速度; ;t 響 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間,一般選取 0.030.5s;3K 方位系數(shù),根據(jù)手指與工件位置不同進(jìn)行選擇;G 被抓取工件所受重力(N 。計(jì)算:設(shè) a=40mm,b=120mm,=35°機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時(shí)間為 0.5s ,求夾 緊力 N F 和驅(qū)動力 F 和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。(1 設(shè) 1K =1.6 max V =60 mm/s s t =0.5s ga1K 2+= =1.01 3K =0.5 根據(jù)公式,將已知條件帶入: N

18、 F =1.6×1.01×0.5×250=202N 根據(jù)驅(qū)動力公式得:(2 計(jì)算 F =abcos 22N F =4035cos 01222202=886N取 85. 0=(3 計(jì)算實(shí)際 F F =85. 0886=1043N (4 確定液壓缸的直徑 D(224F D d p =- 實(shí)際選取活塞桿直徑 d=0.5D,選擇液壓缸壓力油工作壓力 P=39.2105Pa 則 D=-(實(shí)際25. 01F 4p =75. 01039.21043450.0213m根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列表(JB826-66 ,選取液壓缸內(nèi)徑為:D=32mm,根據(jù)裝配關(guān)系, 外徑為 50mm 。 則

19、活塞桿直徑為:d=320.5=16mm,選取 d=16mm3. 4 機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算機(jī)械手的精度設(shè)計(jì)要求工件定位準(zhǔn)確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運(yùn)動穩(wěn)定性 好,并有足夠的抓取能。機(jī)械手能否準(zhǔn)確夾持工件, 把工件送到指定位置, 不僅取決于機(jī)械手的定位精度 (由臂部和腕部等運(yùn)動部件來決定 ,而且也于機(jī)械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中,為了適應(yīng)工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化,一定要進(jìn)行機(jī)械 手的夾持誤差分析。 圖 3-3 手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計(jì)以棒料來分析機(jī)械手的夾持誤差精度。 機(jī)械手的夾持范圍為 6585mm 。 夾持誤差不超過 ±3mm ,分析如下:

20、工件的平均半徑: CP R =26030+=45mm 手指長 L=120mm,取 V 型夾角 02120=偏轉(zhuǎn)角: =1cos-Lsin R cp =1cos-60sin 12045=64.34°按最佳偏轉(zhuǎn)角確定: =64.34°計(jì)算理論平均半徑 =c o s L s i n R 0120×sin60°cos64.34°=45mm 因?yàn)?m i n0m a x R R R >> 2222max 2max 21a sin L a cos sin 2 sin (L -+=RL R2222224044.36sin 20404.346cos

21、 06sin 601202 06sin 60(20-+=1.4842222min 2min 22a sin L a cos sin 2 sin (L -+=RL R 222222404.346sin 204044.36cos 06sin 301202 06sin 30(20-+= =0.166所以 =1.484<3夾持誤差滿足設(shè)計(jì)要求。4 機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)計(jì)算4. 1 腕部設(shè)計(jì)基本要求(1 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端,它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔(dān)。顯然,腕部的 結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷,直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此,在腕部設(shè) 計(jì)時(shí),必須力求結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕。(

22、2 結(jié)構(gòu)考慮,合理布局腕部作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu), 又承擔(dān)連接和支撐作用, 除保證力和運(yùn)動的要求外, 要有足夠的強(qiáng)度、剛度外,還應(yīng)綜合考慮,合理布局,解決好腕部與臂部和手部的連 接。(3 必須考慮工作條件對于本設(shè)計(jì), 機(jī)械手的工作條件是在工作場合中搬運(yùn)加工的棒料, 因此不太受環(huán) 境影響, 沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中, 所以對機(jī)械手的腕部沒有太多不利因 素。4. 2 腕部結(jié)構(gòu)的選擇腕部結(jié)構(gòu)有四種,分別為:(1 具有單自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)(2 用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)(3 具有兩個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu) (4 機(jī)液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)要求腕部有一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度,因此,綜合考慮分析,

23、選擇第一種結(jié)構(gòu), 其特點(diǎn)直接用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動, 具有結(jié)構(gòu)簡單、 靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣 泛采用。4. 3 腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算4. 3. 1 腕部轉(zhuǎn)動時(shí)所需的驅(qū)動力矩計(jì)算腕部轉(zhuǎn)動時(shí)所需的驅(qū)動力矩可按下式計(jì)算:驅(qū) M =慣 M +偏 M +摩 M +封 M (N·m(1 腕部加速運(yùn)動時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩 慣 M若腕部啟動過程按等加速運(yùn)動,腕部轉(zhuǎn)動時(shí)加速度為 (rad/s,啟動過程所需的時(shí)間 為 t (s,或轉(zhuǎn)過的角度為 (rad,則慣 M =(J +1J t或 慣 M =(J +1J 22式中 J 參與腕部轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(kg ·m 2 ; 1J 工件對

24、腕部轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量(kg ·m 2 。(2 腕部轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 偏 M 因?yàn)槭肿A持在工件中間位置,所以 e 等于 0,即:偏 M =G1e 1+G3e 3=0(3 腕部轉(zhuǎn)動軸載軸頸處的摩擦阻力矩 摩 M 為簡化計(jì)算,一般取 摩 M =0.1總驅(qū)力矩 M(4 回轉(zhuǎn)缸的動片和缸徑、 定片、 端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩 封 M , 與選用的密封裝置類型有關(guān),應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析。設(shè)夾取棒料直徑 100mm , 長度 1000mm , 重量 50Kg , 當(dāng)手部夾持工件中間位置回轉(zhuǎn) 0180時(shí),將手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個(gè)圓柱體,

25、長 h=150mm, 半徑為 60mm ,其所受重力為 G=200 N 等速轉(zhuǎn)動角速度 s rad s /49. 3/200=。因?yàn)?慣 M =(J +1J 22J=221MR =221R g G =206. 08. 920021=0.03672s m N 1J =3(121221R l m += 05. 031(5012122+=4.19792s m N 代入 慣 M =(0.0367+4.1979 314. 0249. 32=47m N 所以 驅(qū) M =0.1總驅(qū)力矩 M +0+47驅(qū) M =52.22m N 4. 3. 2 腕部驅(qū)動力的計(jì)算 設(shè)定腕部的部分尺寸:根據(jù)表 4-1設(shè)缸體內(nèi)壁半

26、徑 R=55mm,外徑按中等壁厚設(shè) 計(jì),由表 4-2選取 168 mm ,動片寬度 b=66mm,輸出軸 r=25mm?；境叽缛鐖D 4-1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力P=(222r R b M-=025. 0055. 0(066. 02.225222-=6.59MPa,所以選擇 P=7MPa。 圖 4-1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意 4. 3. 3油缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算t 為螺釘?shù)拈g距,間距與工作壓強(qiáng)有關(guān),見表 4-3,在這種聯(lián)結(jié)中,每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為: 0's Q Q Q F F F =+式中 Q F 為工作載荷, 'F Qs 為預(yù)緊力計(jì)算:液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=7 Mpa

27、,所以螺釘間距 t 小于 80mm, 試選擇 8個(gè)螺釘;d/4=110/80=4.3<8,所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=8個(gè)危險(xiǎn)截面 405. 011. 0S 2222-=-=r R =0.0075m2Q PS F Z=所以, =81070075. 06=6562.5NQ Qs KF F =(K=1.51.8 取 K=1.5,則 =Qs F 1.5×6562.5=9843.75 N0' s Q Q Q F F F =+=16407N螺釘材料選擇 Q235, 2401601.5sMPa n=則 (n=1.22.5 螺釘?shù)闹睆絛 d 61016014. 3164073. 14=

28、0.0131m 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=14mm。4. 3. 4 動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸間的連接螺釘連接螺釘一般為偶數(shù),對稱安裝,并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔?使動 片和輸出軸之間的配合緊密, 當(dāng)油腔通高壓油時(shí), 動片受油壓作用產(chǎn)生一個(gè)合成液壓 力矩,克服輸出軸上所受的外載荷力矩。由 (2282Q bp dD d M F Zf -=摩 得(224Q bpF D d Zfd =-Q F 單個(gè)螺釘?shù)念A(yù)緊力;D 動片外徑;f 被連接件配合面間的摩擦系數(shù),鋼對鋼取 f=0.15;d 輸出軸與動片連接處的直徑,初步計(jì)算可按 D=(1.52.5 dD=110mm=2.5d,則 d=44mm

29、;螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為211.34QF d合所以d 帶入有關(guān)數(shù)據(jù),得Q F = (422d D Zfd bp -= 044. 011. 0(044. 015. 084107066. 0226-=22234N螺釘材料選擇 Q235, 則 =2. 1240sn 200MPa (n=1.22.5 螺釘?shù)闹睆絛 61020014. 3222343. 14= =0.01356m 螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=14mm。5 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)計(jì)算5. 1 機(jī)械手臂部設(shè)計(jì)的基本要求(1臂部應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕 (2臂部運(yùn)動速度要高,慣性要小 (3手臂動作應(yīng)該靈活 (4位置精度要高5. 2 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇

30、常見的手臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種: (1 雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)。(2 雙層油缸空心活塞桿單桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu) (3 采用花鍵套導(dǎo)向的手臂升降結(jié)構(gòu) (4 雙活塞伸縮油缸結(jié)構(gòu) (5 活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。綜合考慮, 本設(shè)計(jì)選擇雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu), 其手臂的伸縮油缸安裝在兩根導(dǎo)向桿之 間,由導(dǎo)向桿承擔(dān)彎曲作用,活塞桿受拉壓作用,受力簡單,傳動平穩(wěn),外形整齊美 觀,結(jié)構(gòu)緊湊。使用液壓驅(qū)動 , 液壓缸選取雙作用液壓缸。5. 3 手臂伸縮驅(qū)動力計(jì)算先進(jìn)行粗略的估算, 或類比同類結(jié)構(gòu), 根據(jù)運(yùn)動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺 寸,再進(jìn)行校核計(jì)算,修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù),繪出最終的結(jié)構(gòu)。做水平伸縮直線運(yùn)動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運(yùn)

31、動時(shí)所克服的摩擦、 慣性等 幾個(gè)方面的阻力, 來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。 液壓缸活塞的驅(qū)動力的計(jì)算 為F F F F F =+回 摩 密 慣5. 3. 1 手臂摩擦力的分析與計(jì)算由于導(dǎo)向桿對稱配置,兩導(dǎo)向桿受力均衡,可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。0AM=b G L aF =總得b G LF a =總0Y =b a G F F +=總得a L a F G a += 總' ' a b a bF F F F F =+=+摩 摩 摩' 2L a F G a +=總 摩式中 G 總 參與運(yùn)動的零部件所受的總重力(含工件 (N ;L 手臂與運(yùn)動的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的

32、距離(m , 參考上一節(jié)的計(jì)算 ;a 導(dǎo)向支撐的長度(m ;'當(dāng)量摩擦系數(shù),其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。對于圓柱面:(57. 127. 124= =摩擦系數(shù),對于靜摩擦且無潤滑時(shí):鋼對青銅:取 5. 01. 0= 鋼對鑄鐵:取 3. 018. 0=將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算= +'=a a L G F 2總 摩 1400+1601606562.30=3864N5. 3. 2 手臂密封處的摩擦阻力的計(jì)算不同的密封圈其摩擦阻力不同, 在手臂設(shè)計(jì)中, 采用 O 型密封圈, 當(dāng)液壓缸工作 壓力小于 10Mpa 。液壓缸處密封的總摩擦阻力可以近似為: 封 F =0.03F。5. 3. 3 手臂

33、慣性力的計(jì)算慣 F =0.1tv G 總 式中 總 G 參與運(yùn)動的零件的總重力(包括工件 (N;v 從靜止加速到工作速度的變化量 (m/s; t 啟動時(shí)間 (s,一般取 0.010.5;設(shè)啟動時(shí)間為 0.2s , v 最大為 0.233m/s。 則:0332. 01400=163N 由于背壓阻力較小,可取 回 F =0.05F所以 F =摩 F +慣 F +封 F +回 F =3864+163+0.03F+0.05F F =4378N所以手臂伸縮驅(qū)動力為 F =4378N。5. 4 手臂伸縮油缸結(jié)構(gòu)的確定表 5-1 液壓缸的工作壓力 經(jīng)過上面的計(jì)算,確定了液壓缸的驅(qū)動力 F=4378N,根據(jù)表

34、 5-1選擇液壓缸的工 作壓力 P=1MPa;(1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸:液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算,如圖 5-2所示 圖 5-2 雙作用液壓缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無桿腔: 4211D P P F =當(dāng)油進(jìn)入有桿腔: 4(2212d D P P F -=液壓缸的有效面積: 1P PS =(mm2 所以 =1113. 14P PP P D (無桿腔 214d P PD += (有桿腔 式中 P 活塞驅(qū)動力 (P;1p 油缸的工作壓力 (MPa;d 活塞桿直徑;油缸機(jī)械效率,工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 =0.96;由上節(jié)求得驅(qū)動力 F=4378N, 1p =1MPa,機(jī)械效率 =0.96將數(shù)據(jù)代入得:=1113.

35、14P P P P D =61016.9043783.11=0.0766 根據(jù)表 4-1(JB826-66 ,選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸內(nèi)徑系列,選擇 D=80mm. (2 液壓缸外徑的設(shè)計(jì)外徑按中等壁厚設(shè)計(jì),根據(jù)表 4-2(JB1068-67取外徑選擇 133mm. (3 活塞桿的計(jì)算校核a ,活塞桿的尺寸要滿足活塞(或液壓缸運(yùn)動的要求和強(qiáng)度要求。對于桿長 L 大于直徑 d 的 15倍以上,按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算:pd 4(mm設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼,碳鋼許用應(yīng)力的 =100120Mpa。本次取 =110 則: 6101104.1343784d =0.0072m 所以活塞直徑按下表取 d=20mm,滿足強(qiáng)度

36、要求。表 5-2 活塞桿直徑系列(GB/T2348-93 現(xiàn)在進(jìn)行穩(wěn)定性校核,其穩(wěn)定性條件為kkn p p 式中 k p 臨界力 (N; k n 安全系數(shù), k n =24。按中長桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核,其臨界力 k p =F(b a - 式中 F 活塞桿截面面積 (mm2 ;a , b 常數(shù),與材料性質(zhì)有關(guān),碳鋼 a=461, b=2.47; 柔度系數(shù),經(jīng)計(jì)算為 70。代入數(shù)據(jù),臨界力 k p =F(b a -=3.14 (707.42461102-=90463.4MPa 取 k n =3 kkn p p =4378=30154.47 MPa 所以活塞桿滿足穩(wěn)定性要求。5. 5 油缸端蓋的連接方式

37、及強(qiáng)度計(jì)算(1 缸體材料選擇無縫鋼管,此時(shí)端蓋的連接方式多采用半環(huán)鏈接優(yōu)點(diǎn)是加工和 裝拆方便,缺點(diǎn)是缸體開環(huán)槽削弱了強(qiáng)度(2 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算為保證連接的緊密性,螺釘間距 t 1應(yīng)適當(dāng)(如圖 4-2 ,在這種聯(lián)結(jié)中,每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力 0Q 為工作載荷 Q 和剩余預(yù)緊力 SQ '之和 0Q =Q +SQ '式中 Q 工作載荷, Q =ZpD ZP2=;0D 螺釘中心所在圓的直徑;P 驅(qū)動力。Z 螺釘數(shù)目, Z=1t D ; SQ '剩余預(yù)緊力, S Q '=KQ, K=1.51.8; 計(jì)算:D=80mm,取 0D =88mm, P=1MPa,間距與工作

38、壓強(qiáng)有關(guān),見表 4.3,間距應(yīng)小 于 150mm ,試選螺釘數(shù)為 6個(gè): 則 Z=1t D ,代入數(shù)據(jù) 1t =46<150,滿足要求; Q =ZpD ZP2=838N;選擇 K=1.5, SQ '=1.5Q =1255N; 0Q =Q +SQ '=837+1257=2095N 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算1d lJQ 4式中 J Q 計(jì)算載荷, J Q =1.30Q ; l 許用抗拉應(yīng)力, l =ns;s 螺釘材料的屈服點(diǎn),材料選擇 45鋼,則屈服強(qiáng)度為 352MPa ; n 安全系數(shù), n=1.2-2.5,此處取 n=2;1d 螺紋內(nèi)徑, 1d =d-1.224S, d 為

39、螺釘公稱直徑, S 為螺距。 計(jì)算:J Q =1.30Q =1.3×2095=2723.5N 代入數(shù)據(jù): 1d lJQ 4=sn4J Q =6103524.132.527234=0.0045m6 機(jī)身設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動手臂的部件。一般實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動,這些運(yùn)動 的傳動機(jī)構(gòu)都安在機(jī)身上,或者直接構(gòu)成機(jī)身的軀干與底座相連。因此,臂部的運(yùn)動 越多,機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的,也可以是行走的,既可 以沿地面或架空軌道運(yùn)動。6. 1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求,機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)手臂 2000的回轉(zhuǎn)運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu) 一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理

40、的運(yùn)動機(jī)構(gòu),就要綜合考慮分析。機(jī)身承載著手臂,做回轉(zhuǎn),升降運(yùn)動,是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)身結(jié) 構(gòu)有以下幾種:(1 回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。 其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動路線長,花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大。(2 回轉(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿, 內(nèi)部導(dǎo)向, 結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與臂部一起升降,運(yùn)動部件較大。(3 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。 手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn):齒條的往復(fù)運(yùn)動帶動與手臂連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn),從而使手臂左右擺動。 綜合考慮, 本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的結(jié)構(gòu)。 本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)動, 機(jī)身的回轉(zhuǎn)和升降

41、。如圖 6所示,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手臂部件與 回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接,回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接,由缸體帶動手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動?；剞D(zhuǎn)缸 的轉(zhuǎn)軸與升降缸的活塞桿是一體的?；钊麠U采用空心,內(nèi)裝一花鍵套與花鍵軸配合, 活塞升降由花鍵軸導(dǎo)向。 花鍵軸與與升降缸的下端蓋用鍵來固定, 下短蓋與連接地面 的的底座固定。這樣就固定了花鍵軸,也就通過花鍵軸固定了活塞桿。這種結(jié)構(gòu)是導(dǎo) 向桿在內(nèi)部,結(jié)構(gòu)緊湊。具體結(jié)構(gòu)見下圖。驅(qū)動機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動,回轉(zhuǎn)缸通過兩個(gè)油孔,一個(gè)進(jìn)油孔,一個(gè)排油孔,分別通 向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)。 回轉(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定, 對于本設(shè)計(jì)就 是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度, 為滿

42、足設(shè)計(jì)要求, 設(shè)計(jì)中動片和靜片之間可以 回轉(zhuǎn) 2000。圖 6 回轉(zhuǎn)缸置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖 6. 2 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算6. 2. 1 回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩的計(jì)算 手臂回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩 驅(qū) M 的計(jì)算公式為:驅(qū) M =慣 M +回 M +封 M (N·m 慣性力矩 慣 M =0J t式中 0J 臂部回轉(zhuǎn)部件 (包括工件 對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量(kg ·m 2 ; 回轉(zhuǎn)缸動片角速度變化量,在啟動過程 =(rad/s; t 啟動過程的時(shí)間 (s;若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為 (前面計(jì)算得 =800mm,則2c 0gG J J += 式中 c J 回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動

43、慣量。c J =3(12122R l m + 回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長 1500mm ,直徑為 100mm 的圓柱體,質(zhì)量為 180Kg. 設(shè)置起動角度 =180,則起動角速度 =0.314rad s ,起動時(shí)間設(shè)計(jì)為 0.1s 。c J =3(12122R l m += .103.51(1292200=175 kg ·m 2 慣 M =0J t =175.1014.30=550m N 為了簡便計(jì)算,密封處的摩擦阻力矩 驅(qū) 封 M M 3.00=,由于回油背差一般非常的 小,故在這里忽略不計(jì), 回 M =0 所以 驅(qū) M =550+0+0.03驅(qū) M驅(qū) M =567m N 6. 2.

44、 2 回轉(zhuǎn)缸尺寸的確定回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑 D 計(jì)算公式為:238d bpM D +=驅(qū)式中 P 回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力;d 輸出軸與動片連接處的直徑,初步設(shè)計(jì)按 D/d=1.52.5; b 動片寬度,可按 2b/(D-d 2選取。設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的動片寬 b=60mm,工作壓力為 6MPa , d=50mm23506605678+=D =123mm 按標(biāo)準(zhǔn)油缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為 125mm 。6. 2. 3 油缸缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算回 轉(zhuǎn) 缸 的 工 作 壓 力 為 6Mpa, 所 以 螺 釘 間 距 t 應(yīng) 小 于 80mm 。 螺 釘 數(shù) 目Z=tD =80125×3.14=4.9所以缸蓋螺釘?shù)臄?shù)目選擇

45、 6個(gè)。危險(xiǎn)截面 (22r R S -=42-=0.01042m所以 Q F =ZPS=10400N K F QS =Q F =14800×1.5=15600N (K=1.5所以 Q F =10400+15600=26000N 螺釘材料選擇 Q235,則 2401.2sn=200MPa =(n=1.22.5 螺釘?shù)闹睆?d Q1.3F 4=0.0147mm螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=16mm.選擇 M16的開槽盤頭螺釘。經(jīng)過以上的計(jì)算,最終確定的液壓缸的尺寸,內(nèi)徑為 125mm ,外徑按中等壁厚 設(shè)計(jì),根據(jù)表 4-2(JB1068-67取外徑選擇 194mm ,輸出軸徑為 50mm 。6.

46、2. 4 動片聯(lián)接螺釘?shù)挠?jì)算動片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù),對稱安裝,并用兩個(gè)定位銷定位。連 接螺釘?shù)淖饔檬鞘箘悠洼敵鲚S之間的配合面緊密接觸不留間隙。 根據(jù)動片所受力矩 的平衡條件有驅(qū) M =摩 M即(224Q bpF D d Zfd =-式中 Q F 每個(gè)螺釘預(yù)緊力;D 動片的外徑;f 被連接件配合面間的摩擦系數(shù),鋼對鋼取 f=0.15 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為211.34QF d合 或1d 帶入有關(guān)數(shù)據(jù),得Q F = (422d D Zfd bp -= 05. 0125. 0(05. 015. 06410606. 0226-=26200N螺釘材料選擇 Q235,則 2401.2sn=200

47、MPa =(n=1.22.5 螺釘?shù)闹睆?d Q1.3F 4=0.0140mm螺釘?shù)闹睆竭x擇 d=14mm.選擇 M14的開槽盤頭螺釘。6. 3 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算6. 3. 1 手臂片重力矩的計(jì)算 圖 6-3 手臂各部件重心位置圖(1 估算重量:工件 G =300N, 爪 G =200N, 腕 G =400N, 臂 G =800N (2 計(jì)算零件的重心位置,求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 :工件 =1100mm, 爪 =960mm, 腕 =790mm , 臂 =430mm。 由于 總 G =i G=iii GX G 所以 總臂臂 腕 腕 爪 爪 工件 工件 G X G X G X G X G

48、+=0.695m(3 計(jì)算偏重力矩M G =總 偏M G =總 偏 =1182m N 6. 3. 2 升降導(dǎo)向立柱不自鎖條件手臂在 總 G 的作用下有向下的趨勢,而里立柱導(dǎo)套卻阻止這種趨勢。所謂不自鎖條件就是升降立柱能在導(dǎo)套內(nèi)自由下滑,即總 G >21F F +=f G f =h22R 1總所以 f h 2>若取摩擦系數(shù) f=0.16,則導(dǎo)套長度 h >0.32 即 h >0.32×0.695=0.223m6. 3. 3 升降油缸驅(qū)動力的計(jì)算F F F F F G =+±回 慣 摩 密式中 F 摩 摩擦阻力, 12F F f =摩 ,取 f=0.16

49、。G 零件及工件所受的總重。(1 F 慣 的計(jì)算G v F g t =總 慣設(shè)定速度為 V=0.152m/s;起動或制動的時(shí)間差 t=0.02s; 總 G 近似估算為 2800N 。將數(shù)據(jù)帶入上面公式有:=2.00.8952.102800F 慣 2172N(2 摩 F 的計(jì)算f 1F 2F =摩h G F 總 =1=55. 0695. 028003538.2 N所以 f 1F 2F =摩 =2×3538.2×0.16=1132.2N(3 液壓缸在這里選擇 O 型密封,所以密封摩擦力可以通過近似估算 F 3.00F =密 (4 由于背壓阻力較小,為簡便計(jì)算,可將其忽略, 回

50、F =0所以 F=2172+1132.2+0.03F2800± 當(dāng)液壓缸向上驅(qū)動時(shí), F=6293N 當(dāng)液壓缸向下驅(qū)動時(shí), F=521N6. 3. 4 油缸尺寸參數(shù)的計(jì)算(1 液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算液壓缸驅(qū)動力按上升時(shí)計(jì)算, F=6293N,由表 (5-1選擇油缸工作壓力為 1.5MPa , 計(jì)算如 5.4節(jié)公式,代入數(shù)據(jù):=1113. 14P P P P D =610.516.9062933.11=0.0747 根據(jù)表 (4-1可選取液壓缸內(nèi)徑 D=100mm。 (2 液壓缸外徑的計(jì)算按厚壁計(jì)算 (D3.2 :-+=13. 14. 0211P D 式中 缸體材料的許用應(yīng)力,無縫鋼管時(shí) =

51、100110MPa 根據(jù)表 4-2(JB1068-67取外徑選擇 168mm. (3 活塞桿的計(jì)算設(shè)計(jì)中取活塞桿材料為碳鋼,碳鋼許用應(yīng)力的 =100120Mpa。本次取 =110 則: 6101104.13629344=Pd =0.0085m活塞桿直徑應(yīng)大于 8.5mm 。 (4 缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算D=100mm,取 0D =160mm, P=1.5MPa,間距與工作壓強(qiáng)有關(guān),見表 4-3,間距應(yīng) 小于 120mm ,試選螺釘數(shù)為 6個(gè): 則 Z=1t D ,代入數(shù)據(jù) 1t =84<120,滿足要求;Q =ZpD ZP2=1962.5N;選擇 K=1.5, SQ '=1.5Q =2943.75N; 0Q =Q +SQ '=1962.5+2943.75=4907N 螺釘直徑按強(qiáng)度條件計(jì)算 1d lJQ 4式中 J Q 計(jì)算載荷, J Q =1.30Q ; l 許用抗拉應(yīng)力, l =ns;s