手臂部分設(shè)計(jì)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文-緒論機(jī)械手的含義“機(jī)械手”（mechanicalhand，也被稱為“自動(dòng)手”(autohand),多數(shù)是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動(dòng)抓取、操作裝置（國內(nèi)一般稱作機(jī)械手或者專用機(jī)械手）。它能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手的產(chǎn)生、應(yīng)用與發(fā)展機(jī)械手的產(chǎn)生（簡史）早在20世紀(jì)初，隨著機(jī)床、汽車等制造業(yè)的發(fā)展就出現(xiàn)了機(jī)械手。1913年美國福特汽車工業(yè)公司安裝了第一條零件加工自動(dòng)線，為了解決自動(dòng)線、自動(dòng)機(jī)的上下料與工件的傳送，采用了專用機(jī)械手代替人工上下料與傳送工件?？梢妼Ｓ脵C(jī)械手就是作為自動(dòng)機(jī)、自動(dòng)線的附屬裝置出現(xiàn)的。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機(jī)械手，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進(jìn)口。日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后大力從事機(jī)械手的研究。我國雖然開始研究工業(yè)機(jī)械手僅比日本晚5～6年，但由于種種原因，工業(yè)機(jī)械手計(jì)時(shí)的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計(jì)劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人（工業(yè)機(jī)械手）技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)械手技術(shù)必將獲得迅速發(fā)展。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）和柔性制造單元（FMC）中的重要一環(huán)。應(yīng)用簡況機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。有資料統(tǒng)計(jì)：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機(jī)械加工。隨著機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用的對象還會(huì)有所改變。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。國內(nèi)機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。國外鐵路工業(yè)中應(yīng)用機(jī)械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用機(jī)械手進(jìn)行裝配更始目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝像機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到鑲裝的目的。發(fā)展趨勢目前機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，有便于更換工件，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。沖壓機(jī)械手的組成與運(yùn)動(dòng)沖壓機(jī)械手的組成工業(yè)機(jī)械手主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成關(guān)系如圖1-1：圖1-1沖壓機(jī)械手的組成1.執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手完成握取工件（或者工具）實(shí)現(xiàn)所需的各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，包括以下幾個(gè)部分：（1）手部：是工業(yè)機(jī)械手直接與工件（或者工具）的部件。有些工業(yè)機(jī)械手直接將工具（如焊槍、噴槍、容器）裝在手部位置，而不再設(shè)置手部。（2）腕部：是工業(yè)機(jī)械手中聯(lián)接手部與臂部、主要用來確定手部工作位置并擴(kuò)大臂部動(dòng)作范圍的部件。有些專用機(jī)械手沒有手腕部件，而是直接將手部安裝在臂部的端部。（3）臂部：是工業(yè)機(jī)械手用來支承腕部和手部實(shí)現(xiàn)較大運(yùn)動(dòng)范圍的部件。（4）機(jī)身：是工業(yè)機(jī)械手用來支承手臂部件，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他裝置的部件。專用機(jī)械手一般將臂部裝在主機(jī)上，成為主機(jī)的附屬裝置。2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置。采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有四種:液壓式、氣壓式、電氣式和機(jī)械式。（1）液壓式：液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。（2）氣壓式：氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，速度不易控制、響應(yīng)慢、動(dòng)作不平穩(wěn)、有沖擊，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。為了減少停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊，氣壓系統(tǒng)裝有速度控制機(jī)構(gòu)或緩沖機(jī)構(gòu)。（3）電氣式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，用大減速比減速器來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)；有的采用直線電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是電源方便，信號傳遞運(yùn)算容易、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)力較大，適用于中小型工業(yè)機(jī)械手。但是必須要使用減速機(jī)構(gòu)（如齒輪減速器、諧波齒輪減速器等），所需要的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)、DC伺服電機(jī)和AC伺服電機(jī)等。（4）機(jī)械式：其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、齒輪、齒輪齒條、連桿等機(jī)械裝置組成，傳動(dòng)可靠，適用于專一簡單的機(jī)械手。這種方式結(jié)構(gòu)比較龐大。本設(shè)計(jì)的手部夾緊、手臂伸縮、手臂升降、手臂俯仰、手臂回轉(zhuǎn)均采用液壓式，腕部回轉(zhuǎn)考慮到回轉(zhuǎn)精度的原因，采用電氣式。3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也不斷增多。就其控制方式，可分為分散控制與集中控制兩種類型。若以控制的運(yùn)動(dòng)軌跡來分，原則上分為兩種：（1）點(diǎn)位控制：主要控制空間兩點(diǎn)或者有限多個(gè)點(diǎn)的空間位置，而對其運(yùn)動(dòng)路徑?jīng)]有要求。專用機(jī)械手絕大多數(shù)均采用這種點(diǎn)位控制方式。（2）連續(xù)軌跡控制：是用連續(xù)的信息對運(yùn)動(dòng)軌跡的任意位置進(jìn)行控制，其運(yùn)動(dòng)軌跡是連續(xù)的。對運(yùn)動(dòng)軌跡有要求的工業(yè)機(jī)械手需要連續(xù)軌跡控制，如電弧焊、切割等。沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，擬分為沖壓機(jī)械手的自由度、運(yùn)動(dòng)范圍和各種運(yùn)動(dòng)形式來敘述。1.沖壓機(jī)械手的自由度沖壓機(jī)械手的手部所握持的工件（或工具）在空間的位置，是由臂部、腕部以及整機(jī)等各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的合成來確定。確定手部中心位置與手部方位的獨(dú)立變化參數(shù)，就是工業(yè)機(jī)械手的自由度（有時(shí)被稱為運(yùn)動(dòng)軸、運(yùn)動(dòng)度等）。它是沖壓機(jī)械手的重要參數(shù)之一。沖壓機(jī)械手的每一個(gè)自由度，都要相應(yīng)地配一個(gè)原動(dòng)件（如伺服馬達(dá)、油缸、氣缸、步進(jìn)馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置），當(dāng)各原動(dòng)件按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)件就隨之確定的運(yùn)動(dòng)，自由度數(shù)與原動(dòng)件數(shù)必須相等，只有這樣才能使工業(yè)機(jī)械手具有確定的運(yùn)動(dòng)。對于機(jī)械手來說，如果自由度越多，就能更接近人手的多種機(jī)能，通用性就更好，但自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，從而不容易滿足對整體結(jié)構(gòu)在重量輕、體積小和高效率等方面的要求。這是沖壓機(jī)械手設(shè)計(jì)中的矛盾。目前一般沖壓機(jī)械手的自由度（除手部夾緊動(dòng)作外）大多不超過五個(gè)。沖壓機(jī)械手常見的各種自由度包括：臂伸縮、臂回轉(zhuǎn)、臂俯仰、臂升降、腕部回轉(zhuǎn)、腕部俯仰、腕部直移、腕部擺動(dòng)等。如圖1-2所示：圖1-2沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)示意圖2.沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍，是指機(jī)械手在平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡圖形的形狀及其大小，是機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)之一。機(jī)械手所具有的自由度數(shù)目及其組合不同，其運(yùn)動(dòng)軌跡圖形也不同。而每個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)變化量（即直線運(yùn)動(dòng)的距離和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)角度）的大小都決定著運(yùn)動(dòng)軌跡圖形的大小。一般情況下，臂部的自由度主要是用來確定手部以及工件（或工具）在空間的運(yùn)動(dòng)范圍和位置的。因此，臂部運(yùn)動(dòng)也稱為機(jī)械手的主運(yùn)動(dòng)，而腕部的自由度則主要用來調(diào)整手部以及工件（或工具）在空間的方位。表1-1所列為臂部幾種自由度的不同組合及其運(yùn)動(dòng)范圍的圖形。臂部具有一個(gè)自由度時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡為宜直線或圓?。痪哂袃蓚€(gè)自由度時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一平面或圓柱面；具有三個(gè)自由度時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡則從面擴(kuò)大到空間成為立方體或回轉(zhuǎn)體（包括圓柱體和球體等）表1-2為臂部運(yùn)動(dòng)組合的一般狀況。表1-1臂部自由度的組合及其運(yùn)動(dòng)范圍組合運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)直線運(yùn)動(dòng)（T）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（R）直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（T+R）1一直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)直線軌跡一回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一圓弧軌跡2二直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)矩形平面二回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)球面軌跡一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)與一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合：①當(dāng)直線運(yùn)動(dòng)方向與回轉(zhuǎn)中心線垂直時(shí)構(gòu)成扇面形②當(dāng)直線運(yùn)動(dòng)方向與回轉(zhuǎn)中心線想平行時(shí)構(gòu)成一個(gè)圓柱面3三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)立方體①二直線運(yùn)動(dòng)，一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成圓柱體②二個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成球體表1-2臂部運(yùn)動(dòng)組合的一般狀況3T4%4%2T3%60%3%1T2%20%0T3%0R1R2R3R3.工業(yè)機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)形式如前所示，由于臂部自由度的不同組合，其運(yùn)動(dòng)范圍的圖形也不同，可以將其歸納為以下五種形式：（1）圓柱坐標(biāo)型。這種運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械手的臂部都具有回轉(zhuǎn)、伸縮與升降三個(gè)自由度，其與電腦范圍的圖形為一個(gè)圓柱體。它具有占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，緊湊，并能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，運(yùn)動(dòng)直觀性強(qiáng)。（2）極坐標(biāo)型。該運(yùn)動(dòng)形式工業(yè)機(jī)械手的臂部有一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)與兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成，即有一個(gè)伸縮，一個(gè)俯仰與一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。其運(yùn)動(dòng)范圍的圖形為一個(gè)球體。它具有動(dòng)作靈活、占地面積小而工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)范圍大燈特點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、定位精度較低、運(yùn)動(dòng)直觀性差。（3）直角坐標(biāo)型。直角坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)械手的臂部由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組成，即由沿x,y,z軸三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)組成。運(yùn)動(dòng)范圍的圖形為立方體。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、運(yùn)動(dòng)直觀性強(qiáng)，但占地面積打而工作范圍小，慣性大靈活性差。（4）多關(guān)節(jié)型。這種運(yùn)動(dòng)形式的工業(yè)機(jī)械手的臂部類似人的手臂可作幾個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，它由立柱和大、小兩臂組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間的聯(lián)接為肩關(guān)節(jié)，客使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、小臂俯仰和大臂活動(dòng)。其特點(diǎn)是工作范圍大、動(dòng)作靈活、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的物體，但是，其運(yùn)動(dòng)直觀性差，手部中心位置是由多個(gè)回轉(zhuǎn)角確定的，要達(dá)到較高的定位精度很困難。（5）SCARA型。這種形式的機(jī)械手實(shí)為水平多關(guān)節(jié)型機(jī)械手，多用于裝配，故也被稱為裝配機(jī)械手。動(dòng)作靈活、速度快、定位精度高。表1-3列出了各種運(yùn)動(dòng)形式的特點(diǎn)對比。表1-3各種運(yùn)動(dòng)形式特點(diǎn)對比形式運(yùn)動(dòng)組合工作范圍所占空間運(yùn)動(dòng)慣性國外應(yīng)用狀況國內(nèi)應(yīng)用狀況直觀性其它圓柱坐標(biāo)型2T1R較大較小較大最多多較強(qiáng)極坐標(biāo)型1T2R大較小較小多較少差能抓取地面物品直角坐標(biāo)型3T小大較大少較多強(qiáng)多關(guān)節(jié)型最大較小較小較多最少最差能繞過障礙選取途徑SCARA型大小較小多少較差用于裝配綜上所述，最后基本確定本設(shè)計(jì)沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式為圓柱坐標(biāo)型，自由度數(shù)為5，包括腕部回轉(zhuǎn)、臂伸縮、臂升降、臂回轉(zhuǎn)、臂俯仰。其中，臂俯仰機(jī)構(gòu)采用在伸縮臂的后方加裝一直線油缸，起平衡作用，減少工件帶來的偏移，而且使臂部可以俯仰，從而增大整個(gè)沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍。本章小結(jié)本章通過對機(jī)械手的發(fā)展歷程的介紹，闡述了機(jī)械手在國內(nèi)國外的應(yīng)用前景及應(yīng)用的廣泛性，能夠替代人工完成復(fù)雜和危險(xiǎn)的工作。同時(shí)根據(jù)液壓機(jī)械設(shè)計(jì)，進(jìn)一步確定了沖壓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式及其基本數(shù)據(jù)的確定。沖壓機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)概述手部機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是沖壓機(jī)械手直接與工件、工具等接觸的部件，能執(zhí)行人手的部分功能。由于被握持工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同，其手部機(jī)構(gòu)是多種多樣的。大部分的手部機(jī)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計(jì)的。手部機(jī)構(gòu)形式各種手部的工作原理不同，故其結(jié)構(gòu)形態(tài)各異。鉗爪式手部機(jī)構(gòu)是最常見的形式之一，按其抓取工件的方式有兩種：外卡式和內(nèi)撐式。從其機(jī)械結(jié)構(gòu)特征、外觀與功用來看，有多種形式，且叫法不一，常用的手部機(jī)構(gòu)有如下幾種：1.拔桿連桿式鉗爪2.平行連桿式鉗爪3.齒輪齒條移動(dòng)式鉗爪4.重力式鉗爪5.自鎖式鉗爪6.自動(dòng)定心鉗爪7.抓取不同直徑工件的鉗爪8.復(fù)雜形狀工件用的自動(dòng)調(diào)整是鉗爪一般鉗爪式手部機(jī)構(gòu)由以下幾部分組成：手爪它是直接與工件接觸的構(gòu)件。手部松開和夾緊工件，就是通過手指的張開與閉合來實(shí)現(xiàn)的。一般情況下，機(jī)械手的手部只有兩個(gè)手指，少數(shù)是三個(gè)或多指。傳動(dòng)裝置它是向手指傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力、以實(shí)現(xiàn)夾緊和張開的機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)裝置它是向傳遞機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的裝置。安驅(qū)動(dòng)方式不同，可有液壓、氣壓、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。此外，還有連接和支承元件，將上述有關(guān)部分連成一個(gè)整體。前爪式手部機(jī)構(gòu)的選用要點(diǎn)工業(yè)機(jī)械手的手部機(jī)構(gòu)靠鉗爪夾緊工件后便把工件從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，由于工件本身的重量以及移動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)等，鉗爪必須具有足夠大的夾緊力，以保證工件在移動(dòng)過程中不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的張開角。手指的張開角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，而且夾持工件的中心位置變化要?。炊ㄎ徽`差?。?，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求，對于移動(dòng)式鉗爪要有足夠大的移動(dòng)范圍。為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的鉗爪形狀來定位。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形。1.適應(yīng)工件的形狀：工件的形狀為圓柱形，則采用帶“V”型鉗口的手爪，工件形狀為圓球形則選用二指或三指鉗爪，對于特殊形狀的工件應(yīng)設(shè)計(jì)與工件向適應(yīng)的鉗爪。2.適應(yīng)工件被抓取部位的尺寸：工件被抓取部位的尺寸盡可能是不變的，若加工尺寸略有變化，那么鉗爪應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，工件表面要求高的，對鉗爪應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如加軟墊等。3.適應(yīng)工作位置的狀況：如工作位置窄小時(shí)可用薄片型鉗爪鉗爪一般專用性較強(qiáng)，在可能的情況下，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件的更換。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的要求，可將鉗爪制成組合式結(jié)構(gòu)，也可在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)選取其結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)以擴(kuò)大其適應(yīng)范圍。綜上所述，選用滑槽杠桿式鉗爪。滑槽杠桿式鉗爪的夾緊力分析與計(jì)算如圖2-1所示，拉桿2端部安裝著圓柱銷3，當(dāng)拉桿2向上拉時(shí)，圓柱銷就在兩個(gè)鉗爪4的滑槽中移動(dòng)，帶動(dòng)鉗爪4繞O1與O2兩回轉(zhuǎn)指點(diǎn)回轉(zhuǎn)夾緊工件。當(dāng)拉桿2向下推時(shí)，使鉗爪4松開工件。設(shè)P為作用在拉桿2上的驅(qū)動(dòng)力，為兩鉗爪的滑槽對圓柱銷的作用力，N為鉗爪的夾緊力，鉗爪的尺寸關(guān)系如圖2-1所示。圖2-1滑槽杠桿式鉗爪1—手架；2—拉桿；3—圓柱銷；4—鉗爪根據(jù)圓柱銷的平衡條件可知cos，則按照鉗爪的平衡條件得，（式2.1）式中a——鉗爪回轉(zhuǎn)支點(diǎn)（或）到對稱中心線的距離；b——鉗爪回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到鉗口中心線的距離從式（2.1）可知，在驅(qū)動(dòng)力P一定的情況下，增大，則夾緊力N也隨之增大，但過大會(huì)導(dǎo)致拉桿（即活塞桿）的行程過大，以及鉗爪滑槽部分尺寸長度增大，使手部結(jié)構(gòu)加大，所以一般取=30°～40°為宜。本設(shè)計(jì)選取30°。因?yàn)殂Q爪會(huì)在各個(gè)方向都抓取工件，所以，在計(jì)算當(dāng)量夾緊力時(shí)，以最大夾緊力來計(jì)算：查表得，鋼與鋼的靜摩擦力系數(shù)f=0.1N=5G=5*30*10=1500（N）滑槽杠桿式鉗爪手部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算如圖2.1所示，a=225mm，b=150mm，=30°又求得N=1500(N)P=1500(N)即(N)（2.2）式中——手部機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率（0.85～0.9）——安全系數(shù)（1.5～2.0）——工作情況系數(shù)，主要應(yīng)考慮慣性力的影響。，a為被抓取工件的最大加速度，本設(shè)計(jì)取1m/。最后求得，=2911（N）手部夾緊液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算由式（2.2）得，=2911（N）根據(jù)選取液壓缸的工作壓力，小于5000N，所以液壓缸的工作壓力P=1MPa缸筒內(nèi)徑：D=3.57*=61mm根據(jù)表2.2取D=63mm缸筒壁厚：一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:-缸筒壁厚，mm-氣缸內(nèi)徑，mm-實(shí)驗(yàn)壓力，取,Pa選取材料為:45鋼,[]=120MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:=0.3mm考慮到缸筒外徑上要安裝深溝球滾子軸承，且缸蓋與缸筒采用外螺紋連接，初步選取=6mm。則缸筒外徑為缸筒外徑上攻標(biāo)準(zhǔn)螺紋，=（1-0.85）*75/2=5.625mm<6mm，符合要求.所以，壁厚取6mm?；钊麠U直徑：d=D（為速比，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取1.46）=0.063mm=11mm根據(jù)表2.2標(biāo)準(zhǔn)取16mm活塞桿強(qiáng)度校核：=mm，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。導(dǎo)向長度：H≥L/20+D/2=36.5mm（L為液壓缸行程，根據(jù)表2.2選標(biāo)準(zhǔn)值100mm）導(dǎo)向套長度：A=(0.6～1.6)D≈50mm活塞長度：B=(0.6～1.0)D≈50mm考慮到此液壓缸行程較短，所以不用外加導(dǎo)向裝置。本章小結(jié)本章主要介紹了沖壓機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟和主要的設(shè)計(jì)過程。手部結(jié)構(gòu)在整個(gè)機(jī)械手的應(yīng)用過程中起著直接的作用，其與沖壓工件進(jìn)行直接接觸，所以其強(qiáng)度的設(shè)計(jì)和外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過理論計(jì)算和參考資料合理設(shè)計(jì)其外形結(jié)構(gòu)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。沖壓機(jī)械手的腕部設(shè)計(jì)概述工業(yè)機(jī)械手的腕部是連接手部和手臂的部件，起支承手部的作用，并調(diào)整或改變工件的空間方位。腕部實(shí)際所具有的自由度數(shù)目應(yīng)根據(jù)機(jī)械手的工作性能要求來確定。在大多數(shù)情況下，腕部具有兩個(gè)自由度：回轉(zhuǎn)和俯仰或擺動(dòng)。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意下列幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)盡量緊湊、重量盡量輕。對于自由度數(shù)較多以及驅(qū)動(dòng)力要求較大的腕部，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)矛盾較為突出，因?yàn)閷τ谕蟛棵恳粋€(gè)自由度就要相應(yīng)的配一個(gè)驅(qū)動(dòng)件和執(zhí)行件，要使腕部在較小的空間同時(shí)容納幾套元件，困難較大。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。（3）要適應(yīng)工作環(huán)境的需要，對于高溫作業(yè)和腐蝕性介質(zhì)中工作的工業(yè)機(jī)械手，其腕部與手部經(jīng)常在高溫區(qū)域或者腐蝕介質(zhì)中停留與操作，直接受到影響，故一定要采取相應(yīng)的措施。腕部回轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算手腕回轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性阻力矩，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承處的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)件的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線不重合所產(chǎn)生的偏置力矩。計(jì)算方法如下：摩擦阻力矩=(N.m)式中——摩擦系數(shù)，對于滾動(dòng)軸承，對于滑動(dòng)軸承;,——軸承的支承反力(N)，可按手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸的受力分析求解，——軸承直徑（m）=0.02/2（2730*0.075*2380*0.02）=2.52（N.m）工件重心偏置引起的偏置力矩=Ge（N.m）式中，G——工件重量（N）e——偏心距（即工件重心到回轉(zhuǎn)中心線的垂直距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí)，為0。本設(shè)計(jì)中工件外形比較規(guī)則，且工件尺寸不大，所以，可以考慮為工件中心一直與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合，即為0。腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算：=（+）（N.m）式中——參與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的部件對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；——工件對手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；-——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)；——起動(dòng)過程所需的時(shí)間(s);當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)過的角度時(shí)，可用下式計(jì)算：=（+）（N.M）式中-——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度(弧度/s)；——啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)過的角度（rad）；手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：M=++（N.M）本設(shè)計(jì)中腕部啟動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.1s考慮到摩擦損失等因素，一般將M取大一些，可取M=1.1（++）（N.M）=1.1*（91.58+2.52+0）=103.5（N.M）考慮到步進(jìn)電機(jī)的扭矩可能不夠，而且為了減小軸向尺寸，因此使步進(jìn)電機(jī)與液壓缸平行安裝，中間通過一對減速齒輪來增大扭矩。本章小結(jié)本章主要介紹了沖壓機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，腕部的功能是通過與手部的連接，直接控制手部的旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)。其在使用的過程中同樣承受力矩的作用，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中同樣應(yīng)注重理論計(jì)算。腕部的剛度和強(qiáng)度是設(shè)計(jì)沖壓機(jī)械手的主要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，本章通過理論計(jì)算的方式校核了腕部尺寸及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。圖3-1回轉(zhuǎn)缸工業(yè)機(jī)械手臂部的設(shè)計(jì)概述臂部是沖壓機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并改變手部在空間的位置。工業(yè)機(jī)械手的臂部一般具有2、3個(gè)自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰和升降。臂部總重量較大，受力一般較為復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接承受腕部、手部和工件（或工具）的動(dòng)、靜載荷，尤其高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生較大的慣性力（或慣性矩），引起沖擊，影響定位的準(zhǔn)確性。臂部運(yùn)動(dòng)部分零部件的重量直接影響著臂部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。專用機(jī)械手的臂部一般直接安裝在主機(jī)上，工業(yè)機(jī)械手的臂部一般與控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起安裝在機(jī)身上，機(jī)身可以是固定式的，也可以帶有行走機(jī)構(gòu)，可沿地面或?qū)к夁\(yùn)動(dòng)。臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式、抓取重量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來確定。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油氣缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部機(jī)構(gòu)時(shí)一般要注意下述要求：（1）剛度要大：為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀要合理。工字形截面的彎曲強(qiáng)度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比是新軸大。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。（2）導(dǎo)向性要好：為防止手臂在直移運(yùn)動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。(3)偏重力矩要?。核^偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減小偏重力矩和整個(gè)臂部對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（4）運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，定位精度要高：由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高，重量越大，慣性力引起的定位錢的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)既不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng)盡量減小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一定形式的緩沖措施。沖壓機(jī)械手臂部的結(jié)構(gòu)形式?jīng)_壓機(jī)械手的臂部結(jié)構(gòu)一般包括臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰、升降等運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)以及與其有關(guān)的構(gòu)件，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連接件和位置檢測元件等。此外還有與腕部連接的有關(guān)構(gòu)件及配管、線等。沖壓機(jī)械手臂部伸縮運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)伸縮運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式：1.采用倍增機(jī)構(gòu)的臂伸縮結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是傳遞效率高，易于實(shí)現(xiàn)較大的行程和速度。2.采用單導(dǎo)向桿的臂伸縮結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)由于活塞桿、導(dǎo)向桿和檢測棒全部藏在缸體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊、外觀整潔，但增加了缸體厚度，將大幅度增加臂部結(jié)構(gòu)的重量，一般用于小型機(jī)械手。（1）采用大直徑導(dǎo)向管的臂伸縮結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)一根大直徑導(dǎo)向管作伸縮臂。（2）采用燕尾型導(dǎo)軌的臂伸縮結(jié)構(gòu)：采用這種導(dǎo)軌導(dǎo)向，剛度大、工作平穩(wěn)。（3）采用雙導(dǎo)向桿的臂伸縮結(jié)構(gòu)：其特點(diǎn)是手里均衡，可用于抓重大、行程較長的場合（4）采用四根導(dǎo)向柱的臂伸縮結(jié)構(gòu)：其特點(diǎn)是行程長、抓重較大。工件形狀不規(guī)則時(shí)，為了防止產(chǎn)生較大的偏重力矩，采用四根導(dǎo)向柱。本設(shè)計(jì)的手部伸縮運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)采用形式⑤，即雙導(dǎo)向桿結(jié)構(gòu)。如圖4-1圖4-1手部伸縮缸沖壓機(jī)械手臂部俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)沖壓機(jī)械手的臂部俯仰運(yùn)動(dòng)，一般采用鉸接油氣缸來實(shí)現(xiàn)。鉸接油氣缸位于油缸下方，活塞桿與手臂之間用鉸鏈連接，缸體與立柱之間用耳插銷軸等方式連接。如圖4-2所示，臂部的俯仰由鉸接臂部的活塞桿的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。沖壓機(jī)械手臂部回轉(zhuǎn)及升降的結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如圖4-3所示。這種齒條缸比一般回轉(zhuǎn)缸有較大的輸出扭矩和較大的回轉(zhuǎn)角（可大于360°），但結(jié)構(gòu)尺寸一般比較大，所以安裝在升降缸的下部固定在底座上。回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸和升降缸缸體連接，帶動(dòng)缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)。升降運(yùn)動(dòng)由升降缸活塞桿帶動(dòng)手臂升降。圖4-3手臂導(dǎo)向裝置沖壓機(jī)械手的手臂伸縮及升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有導(dǎo)向裝置，其目的是：1.防止移動(dòng)件在伸縮及升降時(shí)產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手臂運(yùn)動(dòng)方位的準(zhǔn)確性。沖壓機(jī)械手的手臂伸縮及升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有導(dǎo)向裝置，其目的是：2.防止移動(dòng)件在伸縮及升降時(shí)產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手臂運(yùn)動(dòng)方位的準(zhǔn)確性。3.增大移動(dòng)部件的剛性，減少移動(dòng)部件由于自重與抓取重量變化所引起的變形與位移。承受移動(dòng)部件的部分自重和抓取工件（或工具）的部分重量。增大移動(dòng)部件的剛性，減少移動(dòng)部件由于自重與抓取重量變化所引起的變形與位移。承受移動(dòng)部件的部分自重和抓取工件（或工具）的部分重量。沖壓機(jī)械手臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要是慣性力、摩擦力和重力等。手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓缸的計(jì)算1.手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算：手臂作水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包括油缸與活塞之間的摩擦力及導(dǎo)向桿與支承滑套之間的摩擦力等，還要克服啟動(dòng)過程中的慣性力。其驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算：=+（N）（式4-1）式中——各支承處的摩擦阻力——啟動(dòng)過程中慣性力，其大小按下式估算：=（N） （式4-2）式中W——手臂伸縮部件的總重量（N） g——重力加速度（10）a——啟動(dòng)過程中平均加速度（）而a=（）——速度變化量。如果手臂從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度，則這個(gè)過程中速度變化量就等于手臂的工作速度。——啟動(dòng)過程所用時(shí)間。一般為0.01～0.5（s）。本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)啟動(dòng)時(shí)間為0.1s，工作速度為500mm/s，導(dǎo)向套摩擦系數(shù)為0.1。粗略計(jì)算運(yùn)動(dòng)部件重量為80Kg。最后計(jì)算得：=0.1*80+800/10*（0.5/0.1）（N）=480（N）2.手臂水平伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算：本設(shè)計(jì)中，此液壓缸安全系數(shù)取1.2。由式（4.1）得，=480（N）P=480*1.2=576(N)根據(jù)表2.1和表2.2選取液壓缸的工作壓力，小于5000N，所以液壓缸的工作壓力P=1MPa缸筒內(nèi)徑：D=3.57*=24.63mm根據(jù)表2.2取D=40mm缸筒壁厚：一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:-缸筒壁厚，mm-氣缸內(nèi)徑，mm-實(shí)驗(yàn)壓力，取,(Pa)選取材料為:45鋼,[]=120MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:=0.25mm考慮缸蓋與缸筒采用外螺紋連接，初步選取=5mm。則缸筒外徑為缸筒外徑上攻標(biāo)準(zhǔn)螺紋，=（1-0.85）*50/2=3.75mm<5mm，符合要求.所以，壁厚取5mm?；钊麠U直徑：d=(1/5～1/3)D≈13mm根據(jù)表2.2標(biāo)準(zhǔn)取14mm活塞桿強(qiáng)度校核：=mm，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。導(dǎo)向長度：H≥L/20+D/2=45mm（L為液壓缸行程，根據(jù)表2.2選標(biāo)準(zhǔn)值500mm）導(dǎo)向套長度：A=(0.6～1.6)D≈50mm活塞長度：B=(0.6～1.0)D≈40mm手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算：手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦力和慣性力之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算=+±W（N）（式4-3）式中——各支承處的摩擦阻力——啟動(dòng)過程中慣性力，按式（4-2）計(jì)算；W——手臂運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）；±——上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。粗略計(jì)算得運(yùn)動(dòng)部件的重量為135Kg，升降速度250mm/s，啟動(dòng)時(shí)間0.2s。計(jì)算得：=1350/10+1350/10*（0.25/0.2）+1350=1653（N）2.手臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，此液壓缸的安全系數(shù)為1.1由（式4.3）得P=1653*1.1=1818(N)根據(jù)表2.1和表2.2選取液壓缸的工作壓力，小于5000N，所以液壓缸的工作壓力P=1MPa缸筒內(nèi)徑：D=3.57*=48.23mm根據(jù)表2.2取D=50mm缸筒壁厚：一般液壓缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:式中:-缸筒壁厚，mm-氣缸內(nèi)徑，mm-實(shí)驗(yàn)壓力，取,Pa選取材料為:45鋼,[]=120MPa代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:=0.6mm考慮到缸蓋與缸筒采用外螺紋連接，初步選取=5mm。缸筒外徑上攻標(biāo)準(zhǔn)螺紋，=（1-0.85）*60/2=4.5mm<5mm，符合要求.所以，壁厚取5mm?；钊麠U直徑：d=(1/5～1/3)D≈11mm根據(jù)表2.2標(biāo)準(zhǔn)取12mm活塞桿強(qiáng)度校核：==3.9mm，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。導(dǎo)向長度：H≥L/20+D/2=50mm（L為液壓缸