機(jī)械手臂說(shuō)明書(shū)

二、手臂的設(shè)計(jì)21、手臂伸縮的設(shè)計(jì)計(jì)算手臂是機(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)它們?cè)诳臻g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，從臂部的受力情況看，它在工作中即直接承受著腕部、手部和工件的動(dòng)、靜載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故受力較復(fù)雜。根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾個(gè)方面的限力，來(lái)確定液壓缸所需的驅(qū)動(dòng)力。手臂的伸縮速度為250mm/s行程L=300mm液壓缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算陣P+七+P+4式中p一一摩擦阻力。手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)件表面間的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力。p密一一密封裝置處的康擦阻力；p回一一液壓缸回油腔低壓油掖所造成的阻力；p慣一一起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受平均慣性力。p、p密、p、p慣的計(jì)算如下。不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力不同，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。圖4-15為雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向，其導(dǎo)向桿截面形狀為圓柱面，導(dǎo)向桿對(duì)稱配置在伸縮缸的兩側(cè)，啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向裝置的摩擦阻力較大，計(jì)算如下：由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。Z0G總L=aFb?.七=R氣式中G總——參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力(含工件重)，估算G總二G工牛+G手+G手腕+G手臂=(80+60+60+250)N=450NL——手臂參與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支承前端的距離(m),L=100mma導(dǎo)向支承的長(zhǎng)度，a=150mm;R'一一當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支承的截面形狀有關(guān)。對(duì)子圓柱面:(4丸、一—叫=一?一xp=(1.27?1.57川取日'=1.5口頃27口一一摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：鋼對(duì)青銅：取口=0.1~0.15鋼對(duì)鑄鐵：取口=0.18~0.3取日=0.15,日'=0.18代入已知數(shù)據(jù)得P=日G(竺^]=0.18x450x22200+100=405N摩總Ia71002.1.2、p的計(jì)算密同的密封圈其摩擦阻力不同，其計(jì)算公式如下：⑴“O”形密封圈當(dāng)液服缸工作壓力小于10Mpa.活寒桿直徑為液壓缸直徑的一半，活塞與活塞桿處都采用“O”形密封圈時(shí)，液壓缸密封處的總的摩擦力為:[打+p寸2=0.03F式中F——為驅(qū)動(dòng)力，P——工作壓力(Pa);P<10MPa,日=0.05~0.023,取p=2Mpa,日=0.06;d——伸縮油管的直徑,d=7mm;L——密封的有效長(zhǎng)度(mm).得P密=0.05P2.1.3、p的計(jì)算回一般背壓阻力較小，可按P=0.05P回2.1.4、罪的計(jì)算鱉=竺.02=45Ngt9.810.2G總一一參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（包括工作重量）（N）g——重力加速度，取9.81m/s2Av一一由靜止加速到常速的變化量△?=0.2m/sAt——起動(dòng)過(guò)程時(shí)間（s），一般取0.01~0.5s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載高速運(yùn)動(dòng)部件取較大值。取△t=0.02s所以所求驅(qū)動(dòng)力P=P摩+P密+P回+P慣=500N2?2、確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸2.2.1、液壓缸內(nèi)徑的計(jì)算如圖4一16，當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔P=中=匕岑2門(mén)當(dāng)油進(jìn)入有桿腔穴G2-d2）P=叩=P24門(mén)液壓缸的有效面積：故有D==1.13；￡=1.13」500mm=25.92mm，兀pnpn\1x0.95111查表4-3圓整取D=32mm式中P——驅(qū)動(dòng)力〔N）;p1——液壓缸的工作壓力，取p1=1Mpa;d一一活塞桿直徑（m）;D—一活塞缸內(nèi)徑〔m）;液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)被中用耐油橡膠可取n=0.960選擇適當(dāng)?shù)囊簤焊坠ぷ鲏毫苤匾?。選高了，可以減小液壓缸內(nèi)徑及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸，使機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)緊湊，但要選用價(jià)格較貴的高壓油泵和閥，井使密封復(fù)雜化。選低了，可用價(jià)格較低的泵和閥，但使結(jié)構(gòu)龐大，自重增加。一般取2~8Mpa.表4-2推薦了幾組數(shù)據(jù)，可供選擇液壓缸工作壓力時(shí)參考。表4一1液壓缸工作壓力作用在活塞上的外力F（N）液壓缸工作壓力（Mpa）作用在活塞上的外力F（N）液壓缸工作壓力（Mpa）〈50000.8~120000~300002.0~4.05000~100001.5~2.030000~500004.0~5.010000~200002.5~3.0〉500005.0~7.0通過(guò)計(jì)算所選擇的液壓缸內(nèi)徑，應(yīng)J盡可能是標(biāo)準(zhǔn)值，液壓缸內(nèi)徑系列(JB826-66)如表4-3所示。表4-2液壓缸內(nèi)徑系列JB826-66（mm）20253240*50*5563*（65）70（75）80*（85）90*（95）100*（105）110125*（130）140*160*180200*250注：1.內(nèi)的尺寸盡可能不用。2.*號(hào)為（JB1086-67）標(biāo)準(zhǔn)系列液壓缸壁厚計(jì)算，按中等壁厚進(jìn)行計(jì)算:估取壁厚8=6mm中等壁厚，即3.2<-<16時(shí)，8查表得圓整8=查表得圓整8=9mm8=25t^1故壁厚符合要求。式中F——液壓缸內(nèi)工作壓力MpaP——強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無(wú)縫鋼管時(shí)4=1）1C——計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值;D——液壓缸內(nèi)徑（m）ab材料的抗拉強(qiáng)度（Mpa）n安全系數(shù)，n=3.5~5一般常用缸體材料的許用應(yīng)力[a]

鍛鋼[b]=110~120Mpa,取[b]=120Mpa鑄鐵[b]=60Mpa無(wú)縫鋼管[b]=100~110Mpa將計(jì)算結(jié)果按有關(guān)資料選擇，如表4-4油缸外徑D=2Xb+D=2x3+32=50mm,根據(jù)表4-4，D=50mm,用45號(hào)剛。表4-4標(biāo)準(zhǔn)液壓缸徑（JB68~67）（mm）油缸內(nèi)徑4050638090100110125140（150）16018020020鋼P(yáng)<1615060769510812113314616818019421924545鋼P(yáng)<20150607695108121133146168180194219245缸體為無(wú)縫鋼管。2?3、活塞桿的計(jì)算2.3.1、活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運(yùn)動(dòng)的要求和強(qiáng)度的要求。對(duì)于桿長(zhǎng)t大于直徑d的I5倍（即t〉15刁）活塞桿還必須具有足夠的穩(wěn)定性。按強(qiáng)度條件決定活塞桿直徑d按拉、壓強(qiáng)度計(jì)算:b=v^-[b]兀，d2d>44X500mm=2.6mm3.14x100故活塞桿直徑d=14mm符合要求。

d>碳鋼取[b]=110~120Mpa，取[b]=100Mpa；n一般不小于1.4,取n=1.4;表4-5活塞桿直徑系列（JB826~66）101214161820222528（30）323540455055（60）63（65）70（75）80（85）90（95）注：括號(hào)內(nèi)的尺寸盡可能不用經(jīng)計(jì)算圓整出活塞桿長(zhǎng)度l=400mm。2.3.2、活塞桿的穩(wěn)定性校核當(dāng)括塞桿L>15d時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。穩(wěn)定性條件可表示為八PP<-kNK式中Pk——臨界力（N），可按材料力學(xué)有關(guān)公式計(jì)算。Nk——安全系數(shù)，=2—4取N=42.3.3、大柔度桿的臨界力fK當(dāng)『牛>%時(shí)，臨界力p為f=苧二半二200.96N式中人為活塞桿的計(jì)算柔度（柔度系數(shù)），人=n，'-E=28.7\bPL為活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度（m），油缸支承情況和活塞桿端部支承情況不同，活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度不同，見(jiàn)表4—6；i為活塞桿橫截面的慣性半徑（m）,d14d14=3.2J為活塞桿截面對(duì)中性軸的慣性矩（m4）,d4254J———=6464E為彈性橫量，E=210GPaR為長(zhǎng)度折算系數(shù)，見(jiàn)表4—6；七為特定的柔度值為比例極限。七為特定的柔度值為比例極限?；钭u(yù)籽的甜景隹軒最寞承慵正^壓級(jí)安裝形式和杵并網(wǎng)湍1rrr4海棋±h'JftfiiBX,i'使度折算萩械,土511Pk=學(xué)f=314；；64：105*2。。.96=4.9x104N>P，故活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件。2.3.5、油缸端蓋的連接方式及強(qiáng)度計(jì)算保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距「進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目。缸的一端為缸體與缸蓋鑄造成一體，另一端缸體與缸蓋采用螺釘連接。(1)缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算為保證連接的緊密性，必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距「進(jìn)而決定螺釘?shù)臄?shù)目在這種連接中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力q為工作載荷q和預(yù)進(jìn)力。。之和。5=80+8、兀D2p

式中：5—p———

0ZZ3.14x0.03224x50000=24.5NP一驅(qū)動(dòng)力NP—工作壓力MpaZ一螺釘數(shù)目，取兀D2p

式中：5—p———

0ZZ3.14x0.03224x50000=24.5N螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為:…Q=叢V合兀d2兀d2d>:'迫h式中：Q=1.35,Q=1.3x837=1088.1^——計(jì)算載荷(N)1邱[5]1。1d>：°i=：434.15=1.65mm，螺釘內(nèi)徑取d=6mm。1\'K[5]\3.14x24.51表3-1螺釘間距t與壓力p的關(guān)系1工作壓力p1(Mpa)螺釘間距t(mm)10.5—1.5<1501.5—2.5<1202.5—5.0<1005.0—10<80[5]=冬=12555=837Mpa抗拉許用應(yīng)力(Mpa)n1.5n=1.2-2.5，d螺紋內(nèi)徑(mm)表4-7常用螺釘材料的流動(dòng)