机械手臂说明书

1、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摩■F密■F回■F惯式中P摩一一摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。P密一一密封装置处的康擦阻力；P回一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力；P惯一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。p摩、P密、P回、％的计算如下。2.1.1、P摩的计算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。'Ma"G总L=aFbGFb=Fa(L+a：la」式中G总——参与运动的零部件所受的总重力(含工件重)，估算G总=G工件+G手+G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;丄一一当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。对子圆柱面:

』二」=(1.27」1.57)取・i=1.5」J――摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：J=0.18钢对青铜J=0.18钢对铸铁：取」=0.18~0.3 取」=0.15,代入已知数据得—9总」=0.18H2200100=405N代入已知数据得Ia丿 1002.1.2、P密的计算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寸1' 2二0.03F式中F——为驱动力，P——工作压力(Pa);P<10MPa,J=0.05~0.023,取p=2Mpa,J=0.06;dL伸缩油管的直径，d=7mm;密圭寸的有效长度(mm).得Pg=0.05P2.1.3、F回的计算般背压阻力较小，可按F回=0.05P2.1.4、P惯的计算Ffe=GFfe=G总v总、gt4500.29.81.0.2=45NG总一一参与运动的零部件所受的总重力（包括工作重量）G总一一参与运动的零部件所受的总重力（包括工作重量）（Ng一一重力加速度，取9.81m/s2v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）,—般取0.01~0.5s，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Lt=0.02s所以所求驱动力P二F摩-F密P回•P惯=500N2.2、确定液压缸的结构尺寸2.2.1、液压缸内径的计算如图4一16,当油进入无杆腔“ 兀D2P=rH=r 耳4当油进入有杆腔兀（D2-d2）P二巳二巳-4液压缸的有效面积：故有D二=1.1500 故有D二=1.1500 mm10.9525.92mm，查表4-3圆整取D=32mm式中P――驱动力〔N）;Pi 液压缸的工作压力,取P1=1Mpa;•活塞杆直径（m）;活塞缸内径〔m）;

——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2~8Mpa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外力F（N）液压缸工作压力（Mpa作用在活塞上的外力F（N）液压缸工作压力（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。20253240*50*5563*（65）70（75）80*（85）90*（95）100*（105）110125*（130）140*160*180200*250表4-2液压缸内径系列JB826-66(mrh注：1.内的尺寸尽可能不用。2.*号为（JB1086-67）标准系列液压缸壁厚计算，按中等壁厚进行计算:估取壁厚 6mm中等壁厚，即3.2：D<16时，dRD1RD1 查表得圆整：=9mm2.3一，R故壁厚符合要求。式中F——液压缸内工作压力Mpa强度系数（当为无缝钢管时=1）计入管壁公差及侵蚀的附加厚度，一般圆整到标准壁厚值液压缸内径（m6――材料的抗拉强度（Mpa—安全系数，n=3.5~5般常用缸体材料的许用应力［匚］

锻钢［二］=110~120Mpa取［二］=120Mpa铸铁［匚］=60Mpa无缝钢管［二］=100~110Mpa将计算结果按有关资料选择，如表4-4油缸外径D^2匚+D=23+32=50mm,根据表4-4，D,=50mm用45号冈叽表4-4标准液压缸径（JB68~67 （mm油缸内径4050638090100110125140(150)16018020020 钢506076951012131416180192124Pv168136849545 钢506076951012131416180192124R£2081368495缸体为无缝钢管2.3、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d的I5倍（即t15d）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F十］F十］4500 …mm二2.6mm3.14100故活塞杆直径d=14mn符合要求。

碳钢取[cr]=110~120Mpa取[cr]=100Mpan—般不小于1.4，取n=1.4;表4-5活塞杆直径系列（JB826~66）101214161820222528（30）3235n40：455055（60）63（65）70（75）80（85）90（95）注：括号内的尺寸尽可能不用经计算圆整出活塞杆长度l=400mm2.3.2、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立Nk式中FK——临界力（N），可按材料力学有关公式计算。 Nk——安全系数，=2—4取Nk=42.3.3、大柔度杆的临界力 Fk.I当-「1时，临界力Fk为i=200.96NPk二—=200.96NL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4—6；i 为活塞杆横截面的惯性半径（m,J为活塞杆截面对中性轴的惯性矩（m2占■d3.142占■d3.1416f= = 4,4 4,d25J=—64 64E为弹性横量，E=210GPa■为长度折算系数，见表4—6;1为特定的柔度值,FK=3.1421为特定的柔度值,FK=3.1422110528.642200.96=4.9104N_P，故活塞杆的稳定性满足条件。2.3.5、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 匕，进而决定螺钉的数目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 h，进而决定螺钉的数目在这种连接中，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QO之和。2卫P式中：、：2卫P式中：、：0=F4ZZP—驱动力NP—工作压力MpaZ—螺钉数目，取423140.032450000=24.5Ns'—预紧力Ns=K=1.824.5=44.15N，K=1.5-1.8螺钉的强度条件为:13。~d144Qi13。~d144Qi:'didiQi=1.3、o,Qi=1.3837=1088.1N计算载荷(NNd1冷爲二占鵲牛1.65^，螺钉内径取d1=6mm表3-1螺钉间距右与压力p的关系工作压力P1(Mpa)螺钉间距t1(mr)i0.5—1.5<1501.5—2.5<1202.5—5.0:<1005.0—10<805 12555[]=」=——=837Mpa抗拉许用应力（Mpa）n1.5n=1.2-2.5，d1——螺纹