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1;虑到各种因素,腕部结构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构,采用液压驱动.4.3腕部的设计计算
4.3.1腕部设计考虑的参数
夹取工件重量60Kg,回转.
4.3.2腕部的驱动力矩计算
腕部的驱动力矩需要的力矩.
腕部回转支撑处的摩擦力矩.
夹取棒料直径100mm,长度1000mm,重量60Kg,当手部回转时,计算力矩:
(1)手抓,手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体,高为220mm,直径120mm,其重力估算G等于3.14
擦力矩.
启动过程所转过的角度等于0.314rad,等速转动角速度.
(4.1)
查取转动惯量公式有:
代入:
4.3.3腕部驱动力的计算
表4-1液压缸的内径系列(JB826-66)(mm)
2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250设定腕部的部分尺寸:根据表4-1设缸体内空半径R等于110mm,外径根据表3-2选择121mm,这个是液压缸壁最小厚度,考虑到实际装配问题后,其外径为226mm,动片宽度b等于66mm,输出轴r等于22.5mm.基本尺寸示如图4.1所示.则回转缸工作压力,选择8Mpa
图4.1腕部液压缸剖截面结构示意
表4.2标准液压缸外径(JB1068-67)(mm)
液压缸内径405063809010011012514015016018020020钢P5060769510812113316814618019421924545钢506076951081211331681461801942192454.3.4液压缸盖螺钉的计算
图4.2缸盖螺钉间距示意
表4.3螺钉间距t与压力P之间的关系
工作压力P(Mpa)小于150小于120小于100小于80
缸盖螺钉的计算,如图4.2所示,t为螺钉的间距,间距跟工作压强有关,见表4.3,在这种联结中,每个螺钉在危险剖面上承受的拉力
(4.2)
计算:
液压缸工作压强为P等于8Mpa,所以螺钉间距t小于80mm,试选择8个螺钉,,所以选择螺钉数目合适Z等于8个
危险截面
(4.3)
所以等于11863.3+10545等于19772N
螺钉材料选择Q235,()(4.4)
螺钉的直径选择d等于16mm.
4.3.5动片和输出轴间的连接螺钉
动片和输出轴间的连接螺钉
动片和输出轴之间的连接结构见上图.连接螺钉一般为偶数,对称安装,并用两个定位销定位.连接螺钉的作用:使动片和输出轴之间的配合紧密.
于是得(4.5)
D——动片的外径,
f——被连接件配合面间的摩擦系数,刚对铜取f等于0.15
螺钉的强度条件为
(4.6)
或(4.7)
带入有关数据,得
螺钉材料选择Q235,则()
螺钉的直径选择d等于12mm.选择M12的开槽盘头螺钉.
4.4本章小结
本章通过四种基本的手腕结构,选择了具有一个自由度的回转驱动的腕部结构.并进行的腕部回转力矩的计算,同时也计算了回转缸连接螺钉的直径.
5臂部的设计及有关计算
手臂部件是机械手的主要握持部件.它的作用是支撑腕部和手部(包括工件或工具),并带动它们作空间运动.手臂运动应该包括3个运动:伸缩,回转和升降.本章叙述手臂的伸缩运动,手臂的回转和升降运动设置在机身处,将在下一章叙述.
臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内任意一点.如果改变手部的姿态(方位),则用腕部的自由度加以实现.因此,一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求,既手臂伸缩,左右回转,和升降运动.手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现,从臂部的受力情况分析,它在工作中即直接承受腕部,手部,和工件的静,动载荷,而且自身运动较多.因此,它的结构,工作范围,灵活性等直接影响到机械手的工作性能.
5.1臂部设计的基本要求
臂部应承载能力大,刚度好,自重轻根据受力情况,合理选择截面形状和轮廓尺寸.
提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离.
合理布置作用力的位置和方向.
注意简化结构.
提高配合精度.
臂部运动速度要高,惯性要小机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一,它反映机械手的生产水平.对于高速度运动的机械手,其最大移动速度设计在,最大回转角速度设计在内,大部分平均移动速度为,平均回转角速度在.在速度和回转角速度一定的情况下,减小自身重量是减小惯性的最有效,最直接的办法,因此,机械手臂部要尽可能的轻.减少惯量具体有3个途径:
减少手臂运动件的重量,采用铝合金材料.
减少臂部运动件的轮廓尺寸.
减少回转半径,再安排机械手动作顺序时,先缩后回转(或先回转后伸缩),尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作.
驱动系统中设有缓冲装置.
三、手臂动作应该灵活
为减少手臂运动之间的摩擦阻力,尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦.对于悬臂式的机械手,其传动件,导向件和定位件布置合理,使手臂运动尽可能平衡,以减少对升降支撑轴线的偏心力矩,特别要防止发生机构卡死(自锁现象).为此,必须计算使之满足不自锁的条件.
总结:以上要求是相互制约的,应该综合考虑这些问题,只有这样,才能设计出完美的,性能良好的机械手.
5.2手臂的典型机构以及结构的选择
5.2.1手臂的典型运动机构
常见的手臂伸缩机构有以下几种:
双导杆手臂伸缩机构.
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.
双活塞杆液压岗结构.
活塞杆和齿轮齿条机构.
5.2.2手臂运动机构的选择
通过以上,综合考虑,本设计选择双导杆伸缩机构,使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸.
5.3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.
(5.1)
5.3.1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.
图5.1机械手臂部受力示意
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.
得
得
(5.2)
式中参与运动的零部件所受的总重力(含工件)(N),
L——手臂与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))——当量摩擦系数,其值与导向支撑的截面有关.
对于圆柱面:
——摩擦系数,对于静摩擦且无润滑时:
钢对青铜:取
钢对铸铁:取
计算:
导向杆的材料选择钢,导向支撑选择铸铁,,L等于1.69-0.028等于1.41m,导向支撑a设计为0.016m
将有关数据代入进行计算
5.3.2手臂惯性力的计算
本设计要求手臂平动是V等于,在计算惯性力的时候,设置启动时间,启动速度V等于V等于,
(5.3)
5.3.3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,当液压缸工作压力小于10Mpa.液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为:.
经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力:
5.4液压缸工作压力和结构的确定
经过上面的计算,确定了液压缸的驱动力F等于6210N,根据表3.1选择液压缸的工作压力P等于2MPa
确定液压缸的结构尺寸:
液压缸内径的计算,如图5.2所示
图5.2双作用液压缸示意图
当油进入无杆腔,
当油进入有杆腔中,
液压缸的有效面积:
故有(无杆腔)(5.4)
(有杆腔)(5.5)
F等于6210N,等于,选择机械效率
将有关数据代入:
根据表4-1(JB826-66),选择标准液压缸内径系列,选择D等于65mm.
液压缸外径的设计
根据装配等因素,考虑到液压缸的臂厚在7mm,所以该液压缸的外径为79mm.
活塞杆的计算校核
活塞杆的尺
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