搬运机械手设计(5)

结构。

按照在完成即定任务的前提下，手臂设计愈简单愈好的原则。在这里我只选择了一个手臂伸缩缸和一个手臂升降缸，伸缩缸采用直线缸式手臂结构，如图所示，这种液压缸缸体上有进油口a和b，当压力油从a， b油口进入和排出时，缸内的活塞杆将做往复直线运动，这种结构尺寸小，可用于较大重量的工件的抓取，在机械手中应用很广泛。升降缸采用活塞缸和齿轮齿条结构，见装配图所示，手臂的回转运动是通过齿轮齿条机构实现的，齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转而使手臂左右摆动。升降运动由活塞驱动，靠立柱上平键导向，缸体沿导向套在压力油的作用下作升降运动。

4.2 手臂的典型运动机构

常见的手臂伸缩机构有以下几种： （1） 双导杆手臂伸缩机构。

（2） 手臂的典型运动形式有：直线运动，如手臂的伸缩，升降和横向移动；回转运动，如手臂的左右摆动，上下摆动；符合运动，如直线运动和回转运动组合，两直线运动的双层液压缸空心结构。

（3） 双活塞杆液压岗结构。 （4） 活塞杆和齿轮齿条机构。

通过以上，综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用气压驱动,气压缸选取双作用气压缸。

4.3手臂直线运动的驱动力计算

先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。

做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算。

P驱=P惯+P摩+P封+P背 (4-1)

式中：P惯-------手臂在启动过程中的惯性力，P摩-------摩擦阻力，P封-------密

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封装置处的摩擦力，P背-------气缸非工作腔压力所造成的阻力。 4.3.1手臂摩擦力的分析与计算

分析：

摩擦力的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。上图是机械手的手臂示意图，本设计是双导向杆，导向杆对称配置在伸缩岗两侧。手臂各个受力分布如图4-1所示。

图4-1 机械手臂部受力示意图

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?0 G总L?a?Fb （4-2）

?Fb?G总La?Y=0

G总+Fb=Fa （4-3）

L+aFa=G总（）aF摩=Fa摩+Fb摩=?Fa+?Fb

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?式中：G总——参与运动的零部件所受的总重力（含工件）（N）， L——手臂与a——导向支撑的长度（m），?——当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。

.F摩=?G总（2L+a） （4-4）

运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（m）,参考上一节的计算，

公式中：钢对铸铁：取0.18~ 0.3，钢对青铜：取0.1~ 0.15，导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁?= 0.2?0.15= 0.3

通过实际情况计算得：G总=420N，L=0.308-0.105=0.151m，a=54mm=0.054m

2?0.151+0.054F摩=420?0.3?（）=2504.25N0.054 4.3.2手臂惯性力计算

设计要求 V＜250mm/s，本设计设手臂平动是V=5m/mim，设置气动时间

?t?0.2s，气动速度?v?v?0.083m/s

F惯=G总?vg?t （4-5）

G总?v420N?0.083SF惯===17.77Ng?t9.8N/Kg?0.2S

4.3.3 密封装置的摩擦阻力

不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封，由于工作压力小于10Mpa。气缸处密封的总摩擦阻力可以近似为

一般的背压阻力较小 在这取F回=0.05F。

经过上面的分析最后计算出手臂伸缩气缸的驱动力为：

F=2504.25N+17.77N+0.03N+0.05N=2522.1N

F封=0.03F。

4.3.4 气压缸工作压力和结构的确定

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经过上面的计算，确定了气缸的驱动力F=2523N，根据实际工作情况选择液压缸的工作压力P=0.55Mpa。

确定气缸的结构尺寸：

气缸的内径的计算，如图4-22所示

图4-22 双作用液压缸示意图

当空气进入无杆腔时：

πD2 F=F1?=p4? 式中传动效率?-------0.95 当空气进入有杆腔：

F=Fπ（D2-d2)2?=p4? D?4F? 故

?P1 D?1.13?25230.95?0.55?106?0.07852m

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4-6）4-7）4-8）

（

（

（

根据表4-1气缸内径选用表以及机械手册中的规定D取80mm

表4-1 气缸内径选用表

气缸内径（mm）

16 50 20 63 25 80 32 100 40 125 （2） 气缸外径的设计：

根据装配等因素，考虑到气缸的臂厚在14mm，所以该气缸的外径为108mm.（3） 活塞杆的计算校核：

活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L小于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算，d=24mm。l=330mm,故无需校核。

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