机械手臂说明书

1、二、手臂的设计2.1、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。根据液压缸运动时所需克服的摩擦、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 250mm/s行程 L=300mm液压缸活塞的驱动力的计算P = P + P + P + P摩密回惯式中P

2、60;一一摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向摩装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。P 一一密封装置处的康擦阻力;密P 一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力;回P 一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。惯P 、 P 、 P 、 P 的计算如下。摩密回惯2.1.1、 P 的计算摩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

3、动时，导向装置的摩擦阻力较大，计算如下: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。å MA = 0得 F  = G   ç   ÷总 è  aøG L = aF总bF = G总Lbaå Y = 0G + F = Fbaæ L

4、 + a öa P   = m 'G   ç    ÷总 èaø式中 G总æ 2L + a ö摩  参 与 运 动 的 零 部 件 所 受 的 总 重 

5、力 ( 含 工 件 重 ), 估 算G总= G工件+ G + G手 手腕+ G手臂=(80+60+60+250)N=450NL 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=100mma导向支承的长度,a=150mm;m ' 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:m ' = æç÷ ´

6、60;m = (1.27   1.57) m  取 m ' =1.5 m钢对铸铁:  取 m  =0.180.3      取 m  =0.15  ,     =0.184p öè p2 øm 

7、;摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时:钢对青铜: 取 m =0.10.15m '代入已知数据得 P   = m 'G   çaø总 è摩æ L + a ö÷= 0.18 ´ 450´2 ´ 200 + 100100=405 N封 

8、;2  = 0.03 F封3  = pp dl2.1.2、 P 的计算密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. 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:P+ P封1式中F为驱动力，PP工作压力(Pa);P <10MPa, m =0. 050.023,取 p=2Mpa, m =0.

9、06;d伸缩油管的直径,d=7mm;L密封的有效长度(mm).得P = 0.05P密2.1.3、 P 的计算回一般背压阻力较小，可按 P =0.05P回P   =  G  vgt   9.81  0.22.1.4、 P 的计算惯450 0.2总 =.= 45 N惯G总一一参与运动的零部件所受的总重力(包括工作重量)（N）g 一一重力加速度，取

10、60;9.81 m / s 2v 一一由静止加速到常速的变化量 v =0.2m/st 一一起动过程时间(s)，一般取 0.010.5s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载高速运动部件取较大值。取 t =0.02s所以所求驱动力 P = P + P + P + P = 500 N摩密回惯2.2、确定液压缸的结构尺寸2.2.1、液压缸内径的计算如图 4 

11、;一 16，当油进入无杆腔P = Ph = P11p D24 h当油进入有杆腔P = Ph = P22p (D2 -d 2 )4   h故有             D =  4P= 1.13    =

12、0;1.13       mm = 25.92mm ，液压缸的有效面积:P500p p hp h1´ 0.9511查表 4-3 圆整取 D=32mm式中P驱动力N);p 液压缸的工作压力,取 p =1Mpa;11d 一一活塞杆直径(m);D一活塞缸内径m);中等壁厚，即 3.2 <  < 16 时，h

13、60;液压缸机械效率，在工程机被中用耐油橡胶可取 n =0.960选择适当的液压缸工作压力很重要。选高了，可以减小液压缸内径及其执行机构的尺寸，使机械手手臂结构紧凑，但要选用价格较贵的高压油泵和阀，井使密封复杂化。选低了，可用价格较低的泵和阀，但使结构庞大，自重增加。一般取 28Mpa.表 4-2 推荐了几组数据，可供选择液压缸工作压力时参考。表 4 一 1 液压缸工作压力作用在活塞上的液压缸工作压力 作用在活塞上的液压缸工作压力外力 F（N）（Mpa）外力 F（N）（Mpa

14、）50000.8120000300002.04.05000100001.52.030000500004.05.010000200002.53.0500005.07.0通过计算所选择的液压缸内径，应尽可能是标准值，液压缸内径系列(JB826-66 )如表4-3 所示。表 4-2 液压缸内径系列 JB826-66（mm）20253240*50*5563*（65）70（75）80*（85）90*（95）100*（105）110125*（130）140*160*180200*250注：1.内的尺寸尽可能不用。2. *号为（JB1086-67）

15、标准系列液压缸壁厚计算，按中等壁厚进行计算：估取壁厚 d = 6mmDdd =   PD12.3 s - P1查表得圆整 d = 9mm故壁厚符合要求。式中F液压缸内工作压力 MpaP1强度系数(当为无缝钢管时 f =1)C计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准壁厚值;D液压缸内径（m）式中s材料的抗拉强度（Mpa）bn安全系数，n=3.55一般常用缸体材料的许用应力  s 锻钢  

16、;s  =110120Mpa,取  s  =120Mpa铸铁  s  =60Mpa无缝钢管  s  =100110Mpa将计算结果按有关资料选择，如表 4-4油缸外径 D = 2 ´ s +D = 2 ´ 3+32 = 50mm , 根据表 4-4， D =&

17、#160;50 mm,用 45 号刚。11表 4-4 标准液压缸径（JB6867）（mm）油缸内径405063809010110020钢 506076951012131251414016（150） 160180    191802120024P < 1618   1   36849545P < 201钢 50  60  76&

18、#160; 95  108121133146168180    194219245缸体为无缝钢管。或                    d ³  4P2.3、活塞杆的计算2.3.1、活塞杆的尺寸要满足活塞(或液压缸)运动的要求和强度的要求。对于杆长 t 大于直径&#

19、160;d 的 I5 倍(即 t ñ15d )活塞杆还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 d 按拉、压强度计算:Fs =£ s pd 244 ´ 500=mm = 2.6mmp s 3.14 ´100故活塞杆直径 d=14mm 符合要求。碳钢取  s  =110120Mpa，取 

20、0;s  =100Mpa；n 一般不小于 1.4，取 n=1.4;表 4-5 活塞杆直径系列（JB82666）10121416182032354045505522     25（60） 6328     （30）（65） 70i   > l 时，临界力 P  为（75） 80（85） 90（95）注：括

21、号内的尺寸尽可能不用经计算圆整出活塞杆长度 l=400mm。2.3.2、活塞杆的稳定性校核当括塞杆 L>15d 时，一般应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为P £ PKNK式中P 临界力（N），可按材料力学有关公式计算。 N 安全系数，=24 取KKN =4K2.3.3、大柔度杆的临界力 FK当 l = ml1KP =Kp 2Elff =p d 2 3.14 ´

22、162=        =200.96 N4      4i =  J式中 l 为活塞杆的计算柔度（柔度系数）， l =pE =28.7spL 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）,d14=3.2F44J 为活塞杆截面对中性轴的惯性矩（

23、 m 4 ）sd 4254J =6464E 为弹性横量，E=210GPam 为长度折算系数，见表 46；l 为特定的柔度值， l =E， s为比例极限。11PPP  =    f=           ´ 200.96=4.9 ´104 N 

24、9; P ，故活塞杆的稳定性满足条件。p 2 E3.142 ´ 2.1´105Kl28.6422.3.5、油缸端盖的连接方式及强度计算保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距 t ，进而决定螺钉的数目。1缸的一端为缸体与缸盖铸造成一体，另一端缸体与缸盖采用螺钉连接。(1)缸盖螺钉的计算为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距 t ，进而决定螺钉的数目1在这种连接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 Q 为工作载荷 Q 和预进力 Q0之

25、和。O=                   =24.5Nd = d + ds0s式中： d =0PZ=p D2 3.14 ´ 0.0322P            ´&

26、#160;500004          4Z            4P驱动力 NP工作压力 MpaZ螺钉数目，取 4d  预紧力 Nsd  =K d =1.8´ 24.5=44.15N ，K=1.5-1.8sp d 2p

27、60;d 螺钉的强度条件为：d= 1.3do =4Q1 £ d p d 2合114d ³4Q1 式中： Q =1.3 d11o, Q =1.3´ 837=1088.1N 计算载荷（N）1p d   =d ³4Q j14 ´ 44.153.14 ´ 24.5= 1.65mm ，螺钉内径取 d =6mm。1表 3-1 螺