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3 . 1 . 3手部夹紧气缸的 设计1 2 2 12 4 1 1 、 手部驱动力计算 本课题气动机械手的 手部结构如图3 -2 所示， 其工件重量G = 1 0 公斤， . V II 形手指的角度2 0 = 1 2 0 0 ，b = 1 2 0 m m R = 2 4 m m ,摩擦系数为f = 0 . 1 0 图3 -2 齿 轮齿 条式 手 部 F i g . 3 - 2 G e a r W h e e l H a n d ( 1 )根据手部结构的传动示意图， 其驱动力为: P 二 丝N R ( 2 ) 根据手指夹持工件的方 位， 可得握力计算公式: N = O . 5 G t g ( 。 一C= 0 . 5 X 1 0 X t g ( 6 0 0 - 5 0 4 2 ) 5 0 ( N ) 所以 P = 丝N = 4 9 0 ( N ) R ( 3 )实际驱动力: P , _ P K I K 2 I , 因 为 传力 机 构为 齿 轮 齿条 传 动， 故 取n = 0 . 9 4 ， 并 取戈= 1 . 5 e 若被抓取工件的最大加速度取a = g 时，则: K 2 所以 P * 19 = 4 9 0 X 1 . 5 x 2 0 . 9 4 1 5 6 3 ( N ) 所以 夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为1 5 6 3 N . 2 、气缸的直径 本气缸属于单向 作用气缸。 根据力平衡原理， 单向作用气缸活塞杆上的输出 推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: F , = r r D 2 夕 一F ， 一F , 式 中: F , 活 塞杆 上的 推 力， N F , - 弹 簧 反 作用 力， N F 厂 一气 缸 工 作 时 的 总 阻 力 P - 一气缸工作压力，P a 弹簧反作用按下式计算: F , 尤， ( 1 + 5 ) C , = G d i4 r S D , n D , = D 2 - “ d , 式 中 : C f 弹 簧 刚 度 ， N / m 1 弹簧预压缩量，m S 一活塞行程，m d . 弹 簧 钢 丝 直 径， m D , - 弹 簧 平 均 直 径， . D 2 - 弹 簧 外 径， m 。弹簧有效圈数 G 一 弹 簧材 料 剪 切 模 量， 一 般 取G = 7 9 . 4 X 1 护 P a 在设计中，必须考虑负载率几 的影响，则: F :二 M p 2 - F 4 由以上分析得单向作用气缸的直径: D = 4 ( F + F , ) 母， 泞 代入有关数据，可得 C f F , = C f 二 G d ,e 8 D ,3 n = 7 9 . 4 X1 0 9 X( 3 . 5 X 1 0 - 3 ) 4 / C 8 X ( 3 0 X 1 0 - 3 ) X 1 5 1 = 3 6 7 7 . 4 6 ( N / m ) ( 1 + S ) = 3 6 7 7 . 4 6 X 6 0 X 1 0 - 3 = 2 2 0 . 6 N 所以:D = 4 ( F , + F ) 甲 叮 = 4 X ( 4 9 0 + 2 2 0 . 6 ) / ( 二X 0 . 5 X1 0 6 X 0 . 4 ) ) 1 1 2 = 6 5 . 2 3 ( m m ) 查有关 手册圆 整， 得D = 6 5 m m 由 d / D = O . 2 -0 . 3 ，可得活塞杆直径:d = ( 0 . 2 -0 . 3 ) D = 1 3 -1 9 . 5 m m 圆整后， 取活塞杆直径d = 1 8 m m 校 核， 按 公 式F , / ( 二/ 4 d Z ) -L d 有: d 3 ( 4 F , / n 6 ) ， 其 中 ， 。 卜 1 2 0 M P a , F , = 7 5 0 N 则: d - ( 4 X 4 9 0 /n X 1 2 0 ) i n = 2 . 2 8 -1 8 满足设计要求。 3 , 缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受压缩空气压力， 必 须有一定厚度。 一般气缸缸筒壁厚与内 径之 比小于或等于1 / 1 0 ， 其壁厚可按薄壁筒公式计算: 6 = D P , / 2 o 式中:6 缸筒壁厚， 咖 D - 一一 气缸内 径， 咖 P , 实 验 压 力 ， 取P p = 1 . 5 P , P a 材料为:Z L 3 , o = 3 M P a 代入己知数据，则壁厚为: 8 = D P , / 2 0 = 6 5 X 6 X1 0 /( 2 X 3 X1 0 ) X1 0 - = 6 . 5 取 6 = 7 . 5咖，则缸筒外径为:D = 6 5 + 7 . 5 X 2 = 8 0 m m。 3 . 2气流负 压式吸 盘7 1- Ill 气流负压式吸盘是利用吸盘 ( 即 用橡胶或软性塑料制成皮腕)内 形成负压将 工件吸住。 它适用于搬运一些薄片形状的 工件， 如薄铁片、 板材、 纸张以 及薄壁 易碎的玻璃器皿、 弧形壳体零件等， 尤其是玻璃器皿及非金属薄片， 吸附 效果更 为明显。 气流负压式与钳爪式手部相比较， 气流负压式手部具有结构简单，重量轻， 表 面 吸 附 力 分 布 均 匀 ， 但 要 求 所 吸 附 表 面 平 整 光 滑 、 无 孔 和 无 油 。_ _._ 按形成负压 ( 或真空) 的方法， 气流负压式手部可分为真空式、气流负压式 和挤压排气式吸盘。 在本机械手中，拟采用喷射式气流负压吸盘。 图3 -3 喷射气流原理图 F i g . 3 - 3 P r i n c i p i u m D i a g r a m O f E j e c t A i r f l o w 喷射式气流负压吸盘的 工作原理如图3 -3 所示， 根据流体力学， 气体在稳 定流动状态下， 单位时间内 气体经过喷嘴的 每一 个截面的 气体质量均相等。 因 此， 在最简单的情况下， 低流速( 高压强) 截面的喷嘴应当具有大面积， 而高流速( 低 压强) 截面的喷嘴应当具有小面积。 所以， 压缩空气由喷嘴进口 处A 进入后， 喷 嘴开始一段由 大到小逐渐收缩