【《某工业搬运机械手的手臂各方面设计计算案例》2200字】

I某工业搬运机械手的手臂各方面设计计算案例在机械手臂的设计方面，机械手臂负责运送机械手到工作环境中，是机械手的重要组成部分之一。本文采用的机械手臂具有三个方向的移动能力，分别是上下、左右和旋转运动，这些运动可以使机械手达到目标工作区域，在一些特殊环境中，我们也可以依靠机械手臂来避免环境的恶劣，可以使操作人员不用亲临现场也能对机械手进行操作从而完成任务。1.1手臂设计的注意点和指标在机械手的设计中，我们主要考虑机械手能否到达工作区域，即机械手的正常工作范围，机械手能否正常完成工作，即机械手臂的承受重量，下面，本文将介绍几种机械手的注意点和指标。1、因为机械手常用于危险恶劣的工作环境中，所以机械手一定要有足够的有效工作距离，设计时应满足精度确定下足够的长度。2、在完成第一项要求时，对于一些贵重精密物品，机械手一定要保证位置的精确性，即在长度足够的条件下，正确无误对目标进行控制，这就需要稳定的导航装置，对过长的手臂伸出时，可以精确地为手臂和手进行导航定位，达到无误工作3、对于整套机械系统，因为机械手和机械手臂的加入，导致系统会有相当的重量，在运输、建造时会有一定困难，所以在保证机械手力度足够的条件下，选择较轻的材料，用以缓解整套系统在搬运安装时的难度。4、对于机械手臂进行旋转操作时，针对一些精密易碎物品，机械手转动时惯性会很大，容易导致易碎品的损坏，所以在转动时，一定要对转动运动加装缓冲装置，以此来确保操作物品的安全。1.1.1选择手臂的类型这里选择直线回转运动1.2组成手臂的运动机构（1）液压手臂运动机构，这种机械手臂采用双活塞运动液压提供机械能。（2）伸缩手臂运动机构，这种机械手臂采取一个导杆提供机械能。（3）齿轮咬合带动机构，这种机械手臂采取活塞和齿轮相结合来提供机械能。这三种运动伸缩机构在我们目前的生产生活中是常见的三种机械手臂的运动机构，本文将采取第一二种结合进行组合手臂运动机构，通过第一种的液压缸来提供液压机械能，通过第二种伸缩导杆进行作为驱动结构。1.3水平方向的机械手运动对于机械手臂的水平方向运动，机械手臂本身存在水平重力，即，其次对于运动过程中，机械手臂将产生一个水平方向的摩擦力，即，则对于液压缸提供的力应与机械手的重力和摩擦力的矢量之和，如下列公式：（4-1）4-1式中是摩擦力（对于摩擦力，在机械运动中包含导杆与定杆之间的摩擦力，液压缸的摩擦力）是机械臂在启动时所受到的惯性力的大小；可以通过以下公式来计算惯性力：（4-2）公式中各字母的含义如下：G为机械手臂总共的质量g为重力加速度常量t为机械手的运动时间v是手臂在水平运动时的运动速度量1.3.1设计分析并计算手臂的摩擦力对于摩擦力公式，摩擦力主要受到重力的影响，对于机械手臂运动时机械手臂的导杆的摩擦力主要由于导向杆和机械手臂之间的正压力，如何减小这种摩擦力影响的机械效率，本文研究一种安装方式，采用双导向杆的手臂结构，考虑实际工作时机械损耗导致表面变粗糙，导致摩擦力增大，所以将导杆和活塞在液压缸下面，这样就会除去双方重力的影响，这样就会减少由于多余摩擦力产生的无用功，增加了机械效率，下面为双向导杆示意图。机械手的手臂上的摩擦力的大小计算以下：对于双向导杆，可将双向导杆合并在一起计算，因为双向导杆的原理相同且具有对称性，即可以合并计算其摩擦力，具体公式如下所示：（4-3）（4-4）得到（4-5）（4-6）（4-7）得到（4-8）（4-9）（4-10）（4-11）对于式4-11其中参数G是包括机械手的手臂与被搬运的物体的重量总和。单位NL是导杆前端到物体之间的距离单位mA是导杆的长度单位m为摩擦系数，主要根据机械手臂导杆和接触面之间粗糙程度计算液压缸和活塞之间的摩擦力大小：由于液压缸需要采用密封，根据定义，当外界环境压力为10Mpa时，则活塞和缸之间的摩擦力为常数0.03F，由此可得：（4-12）从而得到在运动过程中收到的全部摩擦力为：（4-13）图1.1手臂受力图1.3.2计算机械手手臂的惯性力当机械手臂运动速度为3.6m/min，以此计算手臂的惯性力，设响应时间为，此时根据公式得到启动速度为（4-14）（4-15）根据4-15，可以得到总摩擦力为（4-16）通过计算可以得到，最终摩擦力为F=1020.74N（4-17）1.3.3设计手臂液压缸的里面结构由于算得最终摩擦力1020.74N，根据上文的结果可得到液压缸的机械驱动与最终摩擦力相同，则液压缸的驱动力同为1020.74N，通过查阅液压缸工作压力表可得，当摩擦力小于5000N时，运行压力为0.8-1Mpa，从而得到液压缸的运行压力为0.8Mpa。表1.1液压缸的工作压力表摩擦力大小F运行压力Mpa小于50000.8-15000-100001.5-2.010000-200002.5-3.020000-300003.0-1.030000-500001.0-5.050000以上5.0-8.01.3.4确定液压缸的结构计算尺寸通过作图可以得到液压缸的草图，从而得到其各项参数：图1.2液压缸的示意草图当从左侧对液压杆进行进油时，得方程（4-18）同理从右侧进入时（4-19）此时计算其受力面积S=Fp1所以有如下结论：（这是无活塞杆的那一内腔）（4-21）（有活塞杆的腔）（4-22）F=1020.74N，，活塞的机械效率带上面的计算结果到以下式子：（4-23）通过计算上述参数，可以得到液压缸内径为五十毫米（1）确定液压缸的外径上文通过计算得到液压缸内径为50毫米，考虑实际工作时的一些误差，所以对雅漾内径定为60毫米（2）计算校核活塞杆的尺寸是否满足强度要求确定液压缸内径后，接下来需计算连接液压缸的活塞杆，通过查阅相关资料，可以计算出，液压缸的缸的正应力适合活塞杆进行运动的里的范围为当直径小于活塞杆15倍时，此时可以得到活塞杆运动相关公式为：