程控機械手設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 則力矩： (415)尺寸校核測定參與手腕轉動的部件的質量,分析部件的質量分布情況，質量密度等效分布在一個半徑的圓盤上，那么轉動慣量： (328)（）工件的質量為30,質量分布于長的棒料上，那么轉動慣量 (329)。假如工件中心與轉動軸線不重合，對于長的棒料來說，最大偏心距，其轉動慣量為: (330) 1） 手腕轉動件和工件的偏重對轉動軸線所產生的偏重力矩為M偏，考慮手腕轉動件重心與轉動軸線重合，夾持工件一端時工件重心偏離轉動軸線,則 + (419)2） 手腕轉動軸在軸頸處的摩擦阻力矩為，對于滾動軸承，對于滑動軸承=， ，為手腕轉動軸的軸頸直徑，, , ,為軸頸處的支承反力，粗略估計, (331)3） 回 轉 缸 的動片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩M封，與選用的密襯裝置的類型有關，應根據具體情況加以分析。在此處估計為的3倍，3 (332) (333)設計尺寸符合使用要求，安全。按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右橫移和升降運動。手臂的回轉和升降運動是通過立柱實現的，立柱的橫向移動為手臂的橫移。手臂的各種運動由液壓缸來實現。結構的設計手臂的伸縮是直線運動，實現直線往復運動采用的是液壓壓驅動的活塞缸。由于活塞液壓缸的體積小、重量輕，因而在機械手的手臂結構中比較多。同時液壓壓驅動的機械手手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線發生轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂 的剛性，在設計手臂結構時，必須采用適當的導向裝置。它應根據手臂的安裝形式，結構和抓取重量和減少手臂對回轉中心的轉動慣量。在本機械手中，采用的是單導向桿作為導向裝置，它可以增加手臂的剛性和導向性。該機械手的手臂如附圖所示，現將其工作過程描述如下：手臂主要由雙作用液壓缸導向定位拉桿3和兩個可調定位塊4等組成。雙作用液壓缸1的缸體固定，當壓縮空液壓分別從進出液壓孔c，e進入雙作用式液壓缸1的兩腔時，空心活塞套桿6帶動手腕回轉缸5和手部一同往復移動。在空心活塞套桿6中通有三根伸縮液壓管，其中兩根把壓縮空液壓通往手腕回轉液壓缸5，一根把壓縮空液壓通往手部的夾緊液壓缸。在雙作用式液壓缸1缸體上方裝置著導向桿2，用它防止活塞桿6在做伸縮運動時的轉動，以保證手部的手指按正確的方向運動。為了保證手臂伸縮的快速運動。在雙作用式液壓缸1的兩個接液壓管口c,e出分別串聯了快速排液壓閥。手臂伸縮運動的行程大小，通過調整兩塊可調定定位塊4的位置而達到。手臂伸縮運動的緩沖采用液壓緩沖實現。手腕回轉是由回轉液壓缸5實現，并采用液壓缸端部節流緩沖，其結構見AA剖面。在附圖中所示的管口a、b是接到手腕回轉液壓缸的；d是接到手部夾緊液壓缸的。直線液壓缸1內的三根液壓管采用了伸縮液壓管結構，其特點是機械手外觀清晰、整齊，并可避免液壓管的損傷，但加工工藝性較差。另外活塞套桿6做成筒狀零件可增大活塞套桿的剛性，并能減少充液壓容積，提高液壓缸活塞套桿的運動速度。目前常采用的導向裝置有單導向桿、雙導向桿、四導向桿等，在本機械手中采用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。導向裝置液壓驅動的機械手臂在進行伸縮運動時，為了防止手臂繞軸線轉動，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩作用，以增加手臂的剛性，在設計手臂結構時，應該采用導向裝置。具體的安裝形式應該根據本設計的具體結構和抓取物體重量等因素來確定，同時在結構設計和布局上應該盡量減少運動部件的重量和減少對回轉中心的慣量。 導向桿目前常采用的裝置有單導向桿，雙導向桿，四導向桿等，在本設計中才用單導向桿來增加手臂的剛性和導向性。平衡裝置 在本設計中，為了使手臂的兩端能夠盡量接近重力矩平衡狀態，減少手抓一側重力矩對性能的影響，故在手臂伸縮液壓缸一側加裝平衡裝置，裝置內加放砝碼，砝碼塊的質量根據抓取物體的重量和液壓缸的運行參數視具體情況加以調節，務求使兩端盡量接近平衡。手臂伸縮驅動力的計算手臂做水平伸縮時所需的驅動力 圖34 手臂伸出時的受力圖 圖34所示為活塞液壓缸驅動手臂前伸時。在單桿活塞液壓缸中，由于液壓缸的兩腔有效工作面積不相等，所以左右兩邊的驅動力和壓力之間的關系式不一樣。當壓縮空液壓輸入工作腔時，驅使手臂前伸或縮回，其驅動力應克服手臂在前伸或縮回起動時所產生的慣性力，手臂運動件表面之間的密封裝置處的摩擦阻力，以及回油腔壓力所造成的阻力，因此，驅動力計算公式為： （334） 式中：P慣 ——手臂在起動過程中的慣性力； P摩 ——摩擦阻力； P密 ——密封裝置處的摩擦阻力，用不同形狀的密封圈密封，其摩擦阻力不同。P背——液壓缸非工作腔壓力所造成的阻力，若非工作腔與油箱與大液壓相連時，則P背=0 。驅動力計算根據手臂伸縮運動的驅動力公式： （335）手臂伸縮時產生的慣性力矩為： (336)式中：m ——質量a ——加速度G——手臂運動件所受重力g ——重力加速度 ——起動時或制動時的速度差——起動或制動時的時間差手臂伸縮回轉時產生的慣性力矩為： (337)式中：——慣性力矩 ——角加速度——起動或制動時的角速度差J——臂部零件對其回轉中心的轉動慣量——臂部零件對其重心的轉動慣量——臂部零件對作為重心位置的質點對臂部回轉中心的轉動慣量 （338）——回轉半徑其中，由于手臂運動從靜止開始，所以△V=V，摩擦系數料為ZL3，活塞材料設計液壓缸材45鋼，查有關手冊可知f=：手臂伸縮部分主要由手臂伸縮液壓缸、手臂回轉液壓缸、夾緊液壓缸、手臂伸縮用液壓緩沖器、手爪及相關的固定元件組成。液壓缸為標準液壓缸，根據中國液壓動元件廠的產品樣本可估其質量，同時測量設計的有關尺寸，得知伸縮部分夾緊物體時其質量為70Kg,放松物件后其質量為67Kg，接觸面積為：S=㎡則上料時：Ff=703=105N F=Ff+ （339） =105+70600 =945N下料時：Ff=673= =+67600 =考慮安全因素，應乘以安全系數K=則上料時：F=945=1134N則下料時：F==液壓缸的直徑根據雙作用液壓缸計算公式：當油進入無桿腔時： （340）當油進入有桿腔時： （341）液壓缸的有效面積為：（無桿腔） （342） （有桿腔） （343）其中： F——驅動力d ——活塞桿直徑p ——液壓缸工作壓力——液壓缸的機械效率，工程機械中一般取用=代入有關數據，得 當推力做功時： （344） =85mm當拉力做功時：D=（~） =（~） =圓整后取D=100mm。活塞桿直徑的計算根據設計要求，此活塞桿為空心活塞桿，目的是桿內將裝有4根伸縮輸油管。因此，活塞桿內徑盡可能大，假設取d=70mm,d0=56mm.活塞桿的尺寸要滿足運動的要求和強度的要求。對于桿長l大于直徑d的15倍的活塞桿還必須有足夠的穩定性該極限力與液壓缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關。有關公式為： （345） （346） (347)碳鋼取=100~120MPa，n ，計算出的直徑d 再按下表進行行圓整 。 表51 活塞桿直徑系列（JB82666） 活塞桿的穩定性校核： 當活塞桿l15d時，一般應進行穩定性校核。