工业机械手的设计说明书

机械系统设计

课程设计说明书

设计题目：工业机械手设计

学院：机电工程学院

班级：机械092班

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第四章手臂的设计

4.1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。

机械手的精度最终集中在反映在手部的位置精度上。多义性在选择合适的导向装置和定位方式就显得尤其重要了。

1. 伸缩液压缸的设计计算

1.1 求水平伸缩直线运动液压缸的驱动力

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300mm/s

行程L=400mm

抓重100N

液压缸活塞的驱动力的计算

F F F F F

=+++

回

摩密惯

式中F

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。

F

密

一一密封装置处的康擦阻力;

F

回

一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力;

F

惯

一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。

F 摩、F

密

、F

回

、F

惯

的计算如下。

4.1.1. F

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。

0A

M

=∑

b G L aF =总

b G L

F =

总a

0Y =∑

b a G F F +=

得a L a F G a +⎛⎫

=

⎪⎝⎭总

'

2L a F G a μ+⎛⎫

∴=

⎪⎝⎭

总摩 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=(100+700)N=800N L ——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=100mm

a ——导向支承的长度,a=150mm;

'

μ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:

'4(1.27 1.57)2πμμμπ

⎛⎫

=⨯=

⎪

⎝⎭

取'μ=1.5μ μ——摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时:

钢对青铜: 取μ=0.1~0.15 钢对铸铁: 取μ=0.18~0.3

取μ=0.1

代入已知数据得'

L a F G a μ+⎛⎫= ⎪⎝⎭总摩=21001500.15800150N ⨯+⎛⎫

⨯⨯ ⎪⎝⎭

=280N

4.1.2.F 密的计算 不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:

120.03F F F +=封封

式中 F ——为驱动力，

3F p dl π=封

P ——工作压力(Pa); P <10MPa,

μ=0. 05~0.023,取p=2Mpa, μ=0.05;

d ——伸缩油管的直径,d=70mm;

L ——密封的有效长度(mm).

为了保证“O ”形密封圈装人密封沟槽，井与配合件接触后起到严格的密封，在加工密 封沟槽时考虑密封圈的预压缩量，如图4--15所示。

02Kd σ=

K=0.08~0.14

l d ≈取0d =10mm,K=0.1,得l ≈

得 3

4

3210 3.141051031.4F p dl N N π-==⨯⨯⨯⨯⨯=封

4.1.3. F 回的计算 一般背压阻力较小，可按F 回=0.05F 4.1.4. F 惯的计算 8000.3

800100.03

G v F N N g t ⨯=

==⨯总惯

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102

/m s

v 一一由静止加速到常速的变化量v =0.3m/s

t 一一起动过程时间(s)，一般取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t =0.03s

所以所求驱动力F F F F F =+++回摩密惯，解得F=1208.04N

确定液压缸的结构尺寸

液压缸内径的计算 如图4一16，当油进入无杆腔

当油进入有杆腔

液压缸的有效面积:

故有 1141208.04

1.13 1.132820.950

F F D mm p p πηη=

===⨯，

查表4-3圆整取D=30mm

式中 F ——驱动力〔N);

1p ——液压缸的工作压力,取1p =2Mpa; d 一一活塞杆直径(m); D —一活塞缸内径〔m);

η——液压缸机械效率，在工程机被中用耐油橡胶可取n =0.950

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 织数据，可供选择液压缸工作压力时参考。

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 ） 〈5000 0.8~1 20000~30000 2.0~4.0 5000~10000 1.5~2.0 30000~50000 4.0~5.0 10000~20000

2.5~

3.0

〉50000

5.0~7.0

4-3所示。