飲料搬運機械手設(shè)計含proe三維及11張CAD圖,飲料,搬運,機械手,設(shè)計,proe,三維,11,十一,cad （飲料）搬運機械手設(shè)計 摘 要 現(xiàn)代化方法進(jìn)行設(shè)計的搬運機械手，其能夠代替人手實現(xiàn)許多機械化的操作。最常用的方式是采用固定程序來控制機械手進(jìn)行指令的完成，這一次進(jìn)行設(shè)計的飲料搬運機械手其構(gòu)成主要包含了進(jìn)行空間運動支撐的回轉(zhuǎn)裝置、進(jìn)行遠(yuǎn)近位移的伸縮裝置、可以抬起落下的升降裝置、以及用于夾緊貨物的夾緊裝置。 這次研究整體的流程上，首先對于需要設(shè)計的搬運機械手其運行原理和需要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，然后對應(yīng)的規(guī)劃了其設(shè)計方案應(yīng)當(dāng)運用三自由度的圓柱坐標(biāo)系設(shè)計的類型型；隨后，對于其相應(yīng)結(jié)構(gòu)所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究以及校核；最重要的步驟是對于各個主要的零部件完成了設(shè)計以及校核的任務(wù)；最后的步驟，通過AutoCAD制圖軟件繪制總體的裝配圖和具體的零件圖，并采用Pro/E軟件進(jìn)行了3D建模。 在本次設(shè)計的過程中，對于大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行了加深的理解，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)等等；了解了機械產(chǎn)品設(shè)計的流程并且可以快速的使用AutoCAD制圖軟件來進(jìn)行精確的設(shè)計，對以后的專業(yè)生涯將產(chǎn)生很大的幫助。 關(guān)鍵字：機械手；回轉(zhuǎn)裝置；伸縮 ；夾緊；三自由度；圓柱坐標(biāo) Abstract The modern design of the handling manipulator can replace human hands to achieve many mechanized operations. The most commonly used way is to use the fixed program to control the manipulator to complete the command. The structure of the beverage handling manipulator designed this time mainly includes the rotary device for spatial motion support, the telescopic device for far and near displacement, the lifting device for lifting and falling, and the clamping device for clamping goods. In the overall process of this study, firstly, the operation principle and structure of the handling manipulator to be designed are studied, and then the type of its design scheme should be designed by using the cylindrical coordinate system of three degrees of freedom; then, the data required by the corresponding structure are studied and checked; the most important step is to each main part The final step is to draw the general assembly drawing and the specific part drawing by AutoCAD drawing software, and use the Pro / E software to carry on the 3D modeling. In the process of this design, we have a deep understanding of the professional knowledge learned by the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, etc.; we have understood the process of mechanical product design and can quickly use AutoCAD drawing software to carry out accurate design, which will be of great help to the future professional career. Key words: manipulator; turning device; telescoping; clamping; three degrees of freedom; cylindrical coordinates 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 第1章 緒論 4 1.1研究背景及現(xiàn)實意義 4 1.2對于機械手概論 5 1.2.1機械手的結(jié)構(gòu)組成 5 1.2.2對于機械手的歸類 5 1.3 機械手在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5 第2章 總體方案設(shè)計 7 2.1 機械手設(shè)計要求 7 2.1.1動作要求 7 2.1.2參數(shù)選定 7 2.2設(shè)計方案對比擬定 7 2.2.1構(gòu)造方案的選擇 7 2.2.2對于機械手驅(qū)動方案的確定 8 第3章 機械手手部研發(fā) 10 3.1手指卡鉗的研發(fā)與校核 10 3.1.1研發(fā)條件 10 3.1.2構(gòu)造尺寸研發(fā) 11 3.1.3強度校核 11 3.2夾持氣缸的研發(fā) 12 3.2.1氣缸構(gòu)造方法研發(fā) 12 3.2.2氣缸運行壓力計算 12 3.2.3氣缸大部分?jǐn)?shù)據(jù)的確定 14 3.2.4氣缸強度的較核 14 3.3連接板的研發(fā)與校核 15 3.3.1構(gòu)造尺寸研發(fā) 15 3.3.2強度校核 15 3.4連接法蘭的構(gòu)造研發(fā) 16 第4章 機械手臂部研發(fā) 17 4.1臂部整體研發(fā) 17 4.2對于手臂伸縮驅(qū)動力驗算 18 4.2.1 對應(yīng)手臂具備摩擦力的分析與運算 18 4.2.2對于手臂密封處產(chǎn)生的摩擦阻力的驗算 19 4.2.3對于手臂慣性力進(jìn)行的計算 19 4.3對于手臂伸縮氣缸進(jìn)行的研發(fā)工作 20 4.3.1對于氣缸的構(gòu)造尺寸進(jìn)行確定 20 4.3.2對于氣缸外徑進(jìn)行的研發(fā) 21 4.3.3對于活塞桿進(jìn)行的計算校核 21 4.3.4 對于氣缸端蓋進(jìn)行的研發(fā)操作 22 第5章 對于機械手的機身研發(fā) 24 5.1 機身的整體研發(fā) 24 5.2回轉(zhuǎn)機構(gòu)的研發(fā) 25 5.2.1對應(yīng)回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩進(jìn)行的計算 25 5.2.2 對于回轉(zhuǎn)缸對應(yīng)尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行研究確定 26 5.3對于機身進(jìn)行升降運動的機構(gòu)研發(fā) 28 5.3.1手臂片需要承擔(dān)的重力矩運算 28 5.3.2有關(guān)于升降導(dǎo)向立柱不會發(fā)生自鎖卡死的要求 29 5.3.3對于升降氣缸進(jìn)行對應(yīng)驅(qū)動力的驗算 30 5.3.4升降缸尺寸數(shù)據(jù)的確定 31 5.4螺栓的確定出與校核 32 5.4.1對于螺栓類別進(jìn)行確定 32 5.4.2對應(yīng)螺栓組進(jìn)行的布置 33 5.4.3對于螺進(jìn)行相應(yīng)的受力分析 34 5.4.4對于相應(yīng)螺栓組傾覆力矩進(jìn)行的計算校核 34 第6章 基于Pro/E的三維研發(fā) 37 6.1 Pro/E三維研發(fā)軟件概述 37 6.2三維研發(fā) 37 6.2.1升降缸桿 37 6.2.2伸縮缸體 37 6.2.3轉(zhuǎn)動缸體 38 6.2.4手抓連接支架 38 6.2.5總成三維裝配 38 總 結(jié) 40 參考文獻(xiàn) 41 致 謝 42 V 第1章 緒論 1.1研究背景及現(xiàn)實意義 現(xiàn)代社會機械加工領(lǐng)域運用自動化技術(shù)越來越多，多以機械手臂進(jìn)行應(yīng)用的地方逐漸增多。機械手的作用是替代人類手臂的一些動作，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序、行程軌跡還有別的一些要求，來實現(xiàn)對于物品的拿取，運輸，操作。機械手的應(yīng)用能夠代替許多機械含量不高的機械運動，減少人工成本，減輕人工負(fù)擔(dān)。 現(xiàn)在因為考慮到勞動力負(fù)擔(dān)以及技術(shù)成本支出，國內(nèi)飲料產(chǎn)業(yè)大多仍然應(yīng)用人工來搬運飲料，這種方法不僅效率很低，還對應(yīng)增加了工人所需要承擔(dān)的勞動強度，提升了操作者遭遇意外事故的風(fēng)險。一些飲料生產(chǎn)廠家為了減輕工人的負(fù)擔(dān)，提升搬運流程的效率，位于裝卸的部位進(jìn)行相應(yīng)機械手的運用。所以可以設(shè)計出滿足代替人工進(jìn)行機械化搬運的機械手就變得相當(dāng)重要。本次課題設(shè)計就是依據(jù)這個對應(yīng)的實際問題的要求，來對于對應(yīng)的機械手進(jìn)行研究設(shè)計。 1.2對于機械手概論 1.2.1機械手的結(jié)構(gòu)組成 傳統(tǒng)的機械手構(gòu)造主要包含進(jìn)行抓取的手部、靈活的運動機構(gòu)以及控制機械手運動的控制結(jié)構(gòu)三個部分。手部是用來拿取產(chǎn)品箱的所需構(gòu)件，具體依據(jù)抓取物品的形狀規(guī)格、尺寸大小、具備的質(zhì)量、構(gòu)成的材質(zhì)和作業(yè)要求可以進(jìn)行設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)組成，比如說進(jìn)行可以夾持的類型、可以依靠機械臂進(jìn)行托持的類型和和利用物理磁性做成的吸附型等。對于涉及的運動機構(gòu)，它能夠確保手部進(jìn)行完成一定范圍的回轉(zhuǎn)運動、一定方向的位移或空間范圍之內(nèi)完成的復(fù)合運動來完成直線預(yù)定好的運動，改變物品的空間位置。在運動機構(gòu)中可以對應(yīng)實現(xiàn)空間坐標(biāo)系中x,y，z不同方向上的運動方式，可以稱為機械手可以具備的自由度 ，為了可以方便的在空間中進(jìn)行任意位置的操作，需有機械手最好一共具備三個方向平動轉(zhuǎn)動共計6個自由度。自由度的設(shè)計是對于機械手研究過程中的重要參數(shù)。對應(yīng)機械臂擁有自由度數(shù)目越多，那么機械手可以具備更加靈活的特性，而且其具有更廣的靈活性，同時也具備繁雜的結(jié)構(gòu)。一般情況下對于專業(yè)問題設(shè)計的機械手要求其具備二到三個自由度即可。 1.2.2對于機械手的歸類 有關(guān)于機械手進(jìn)行的歸類，依據(jù)其進(jìn)行驅(qū)動的方法能夠?qū)⑵浞诸惓蓺鈮候?qū)動式、液壓驅(qū)動式、電力驅(qū)動式等等；依據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域可以歸類為專用機械手以及通用機械手兩個種類；根據(jù)對于其運動路線進(jìn)行控制的方法能夠分為點位控制以及連續(xù)軌跡控制機械手兩類。對于機械手大致可以進(jìn)行分成三個類別：第一個類別是可以不依靠人工進(jìn)行運作的通用類型的機械手。這種機械手可以獨立進(jìn)行操作而不需要依靠其他的裝置。它能夠依據(jù)所要完成的任務(wù)進(jìn)行專業(yè)編程，以此來達(dá)各這種目的。它最大的特征是它除了能夠具備對應(yīng)的普通機械所具備的性能以外，還有重復(fù)記憶操作的智能條件。第二類則是需要依靠人力的，可以稱之為操作機。起開始的在原子以及軍工領(lǐng)域開始發(fā)展起來，初期的時候可以先通過操作機進(jìn)行一些指定命令的工作，之后漸漸得到了更加智能的遠(yuǎn)距離操作的應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中所采用的進(jìn)行鍛造應(yīng)用的操作機也歸此類。第三類是用來解決人工輸送的專用機械手，可以設(shè)置在專用的生產(chǎn)線上，進(jìn)一步來解決有關(guān)于飲料運送之類的問題。此種類別的機械手是為主機服務(wù)的由主機來進(jìn)行控制帶動；除了極少數(shù)可以人工進(jìn)行編程的程序外，其自身具備的程序一般難以更改，因而作用單一，只適合于特定的工作。目前國外的研究主要是對于第一類機械手開展的。 1.3 機械手在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 機械手的研究最早開始于美國。在1958年美國公司開始研發(fā)了第一臺機械手設(shè)備。其具備的具體結(jié)構(gòu)是：將一個具有回轉(zhuǎn)功能的長臂結(jié)構(gòu)放置在基體上，在頂部設(shè)置具有電磁快的抓取裝置。 1962年，美國公司基于以上的研究成果又進(jìn)行研發(fā)出了一款升級版的機械手臂。其具備的商用名稱可以表示為Unimate。它對應(yīng)的運動裝置參考了坦克上設(shè)置的炮塔，保證了臂可以實現(xiàn)升降，回轉(zhuǎn)等操作、動力方面采用氣壓驅(qū)動方式提供動力；程序的儲存采用了磁鼓儲存。很多新型的球坐標(biāo)通用機械手既是在此基礎(chǔ)上漸漸進(jìn)行研制的。在同年市面上又出現(xiàn)了專門進(jìn)行搬運操作的特定機械手。 1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用氣壓驅(qū)動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外搬運機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1978年美國Unimate公司和一些著名高校聯(lián)合進(jìn)行研制了Unimate-Vicarm型號的搬運機械手，在這種機械手之上設(shè)置微型電子計算機來進(jìn)行整體操控，可以應(yīng)用在配合裝運的工作，對其產(chǎn)生的定位誤差需要保證小于±1毫米。德國機械制造業(yè)對于機械手的運用開始于1970年，其大部分在起重機械領(lǐng)域、機械焊接領(lǐng)域和設(shè)備搬運工作得到了對應(yīng)的使用。 同時德國的一家公司還對應(yīng)制作了一種可以進(jìn)行點焊作業(yè)的機械手，對應(yīng)運用關(guān)節(jié)式構(gòu)造模型使其更加靈活。加上了對應(yīng)的程序控制可以滿足多種需要。日本是對應(yīng)搬運機械手領(lǐng)域內(nèi)得到了最多進(jìn)展和更多應(yīng)用的國家。自從其1969年在于美國購入兩種不同類別機械手后開始加大力度在在機械手的生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行投入。前蘇聯(lián)從六十年代剛剛開始時逐步使用機械手，到了1977年末的時候，蘇聯(lián)具備的機械手一部分依賴國產(chǎn)，一部分依賴進(jìn)口。 在于國內(nèi)機械領(lǐng)域使用的機械手設(shè)備很多都是進(jìn)行專用的設(shè)備，其歸屬于一個主設(shè)備，有著機械的工作流程。進(jìn)行發(fā)展的通用機械手也取得了進(jìn)展，在目前使用的絕大多是就是開關(guān)式運用點位進(jìn)行控制的類型，對應(yīng)可以進(jìn)行時是調(diào)節(jié)的伺服型機械手已研制出數(shù)臺，但是復(fù)雜的對于連續(xù)軌跡進(jìn)行控制的類型還沒有成功研發(fā)。控制方式中對應(yīng)的觸點類型的固定程序控制占了很大程度的比例，進(jìn)行專用的機械手大多都運用此種控制模式。 第2章 總體方案設(shè)計 2.1 機械手設(shè)計要求 2.1.1動作要求 進(jìn)行研發(fā)的機械手要求其可以在位于貨車以及倉庫之間的過程中進(jìn)行飲料箱的移動操作。及具體具備的動作是：機械手部對應(yīng)的抓緊飲料箱子，向上進(jìn)行抬起使其離開原有位置，然后手臂進(jìn)行縮回，在水平位置轉(zhuǎn)動一定的角度，到了指定位置后放下飲料箱。 2.1.2參數(shù)選定 此次研發(fā)確定出具體的數(shù)據(jù)如下所示： （數(shù)據(jù)1）進(jìn)行伸縮行程長短：1000mm，進(jìn)行伸縮具備的速度，250mm/s； （數(shù)據(jù)2）有關(guān)升降對應(yīng)行程：330mm，有關(guān)升降對應(yīng)速度，60mm/s； （數(shù)據(jù)3）設(shè)計的回轉(zhuǎn)范圍大?。?10°，對應(yīng)的回轉(zhuǎn)速度大小，70°/s； （數(shù)據(jù)4）建議抓取重量大小：10kg。 2.2設(shè)計方案對比擬定 2.2.1構(gòu)造方案的選擇 有關(guān)搬運機械手設(shè)計包含了不同的構(gòu)造形式，大部分都具有直角坐標(biāo)系對應(yīng)構(gòu)造，圓柱坐標(biāo)系對應(yīng)構(gòu)造，球坐標(biāo)系對應(yīng)構(gòu)造，關(guān)節(jié)型系對應(yīng)構(gòu)造一共四種。每種構(gòu)造的形式還有其具備的特點，分別做出介紹： （1）有關(guān)直角坐標(biāo)系對應(yīng)機器人構(gòu)造 直角坐標(biāo)機器人對應(yīng)的空間內(nèi)運行方式是可以通過3個交叉的直線運動來達(dá)到的，如圖2-1. a。因為直線運動在理論上方便實現(xiàn)全閉環(huán)模式的方位控制，所以，直角坐標(biāo)機器人就能在空間位置的精度上達(dá)到很高標(biāo)準(zhǔn)（μm級）。 （2）有關(guān)圓柱坐標(biāo)系對應(yīng)機器人構(gòu)造 對于圓柱坐標(biāo)機器人它在整個空間內(nèi)對應(yīng)的運動形式是采取中心的回轉(zhuǎn)運動及不同的兩個直線方向的位移組合而成，如圖2-1.b。這種類型機器人其構(gòu)造相對簡潔，也具備了相應(yīng)的精度要求，經(jīng)常在搬運工作中得到運用。它對應(yīng)的工作空間就是一個圓柱形狀的范圍。 （3）有關(guān)球坐標(biāo)系對應(yīng)機器人構(gòu)造 有關(guān)球坐標(biāo)機器人對應(yīng)在空間之中的位移是經(jīng)過兩個可以回轉(zhuǎn)的分運動以及一個固定的直線方向大位移來達(dá)到的，如圖2-1.c。這種類別機器人皆有簡單的構(gòu)造、其對應(yīng)生產(chǎn)成本也不高，所以對應(yīng)的精度也不會很高。而且很多在搬運領(lǐng)域得到應(yīng)用。它對應(yīng)的工作空間和一個球形很相似。 （4）有關(guān)關(guān)節(jié)型系對應(yīng)機械手構(gòu)造 對應(yīng)的關(guān)節(jié)型機器人具備的在空間范圍的運動方式是由三個回轉(zhuǎn)運動達(dá)到的，如圖2-1.d。關(guān)節(jié)型機器人具有的優(yōu)點是其運動具有很高的靈活性，構(gòu)造相對嚴(yán)謹(jǐn)，整體占據(jù)空間也不大。其自身尺寸相對于空間來說不需要占據(jù)很大的位置。 圖2-1對應(yīng)機械手坐標(biāo)示意 依據(jù)條件，需要達(dá)到飲料箱可以在倉庫以及貨車間進(jìn)行自動化機械手搬運，它的運行范圍大小不必很大，需要占據(jù)的空間位置盡可能小一些，所以本次考慮選用研制具備三自由度的圓柱坐標(biāo)類型的的構(gòu)造方案。 依據(jù)以上研究，這一次進(jìn)行研發(fā)的機械手，決定進(jìn)行運用具備三自由度的圓柱坐標(biāo)類型機械手。 2.2.2對于機械手驅(qū)動方案的確定 相應(yīng)的機械手驅(qū)動方式，按其依靠的動力源可以分類成液壓驅(qū)動、氣驅(qū)動以及電驅(qū)動三個類別。依據(jù)需求也能夠?qū)⑵溥M(jìn)行綜合運用復(fù)合式的驅(qū)動形式。此三類基本驅(qū)動系統(tǒng)具備的大部分性能如下： （1）液壓驅(qū)動技術(shù) 現(xiàn)在液壓技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，它可以包含較大的動力、可以具備的力（或力矩）以及慣量相對較大、具有快速響應(yīng)優(yōu)勢、可以進(jìn)行直接驅(qū)動。比較適用于受載需求較大，需要慣量較大以及在危險環(huán)境中運行的機器人。但是，液壓系統(tǒng)的運作需要發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換，多進(jìn)行運用節(jié)流的方式進(jìn)行調(diào)速，可以達(dá)到的效率會低于電動驅(qū)動系統(tǒng)，里面的液壓液體也可能發(fā)生泄露造成污染，進(jìn)行運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的運行噪音也相對較高。 （2）氣動驅(qū)動技術(shù) 驅(qū)動的速度很快，整個系統(tǒng)構(gòu)造不復(fù)雜，易于維修，其價格也比較便宜?？梢园仓迷谥?、小負(fù)載的機器人。但因為其運行時不容易進(jìn)行伺服的調(diào)控，所以更多的運用在經(jīng)過程序進(jìn)行控制的機器人當(dāng)中，比如在進(jìn)行上、下料流程過程中以及進(jìn)行沖壓操作的沖壓機器人中使用較多。 （3）電動驅(qū)動技術(shù) 因為性能上具備的低慣量、大轉(zhuǎn)矩的伺服電機還有其配備的伺服機構(gòu)的大范圍的運用，使得電動驅(qū)動系統(tǒng)在機械手領(lǐng)域得到了大量使用。這種類型的驅(qū)動系統(tǒng)不存在對能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使用方式簡單，可以產(chǎn)生的噪聲相對較小，對于其進(jìn)行的控制十分靈活。許多對應(yīng)的電機后面需要配備一套傳動比較精密的原件。但其需要的成本相對于其它其他兩種驅(qū)動方式來講較高。正是因為這種類別驅(qū)動系統(tǒng)具備了很多突出的優(yōu)勢，所以在機器人領(lǐng)域得到廣泛運用。 在工業(yè)機械手領(lǐng)域當(dāng)中得到了使用最多的驅(qū)動方式就是運用電機進(jìn)行驅(qū)動。這種類別機械手對應(yīng)的控制精度相對很高，可以具備的驅(qū)動力相對較大，對于問題的響應(yīng)快，對于信號敏感，即使處理的能力快，并可以運用很多種不同的控制方法。只是由于這種類別機械手其對應(yīng)的價格高，在一些場合不具備使用的條件。 氣動機械手相對于其他方式來講，它的價格比較低、構(gòu)造也不復(fù)雜、功率體積的比例較高、沒有污染的產(chǎn)生也具備很強的抗干擾性能力，下表對于每種方式作了比較。 表2.1 每種控制方式的特點 因為氣動驅(qū)動價格便宜，技術(shù)要求低，幾乎不存在危險，系統(tǒng)構(gòu)造相對簡單，對于運行的環(huán)境也沒有特殊要求，適合于此次進(jìn)行搬運機械手的設(shè)計。 綜上述所述本次設(shè)計的搬運機械手總體結(jié)構(gòu)方案如下圖2-2所示。 圖2-2 搬運機械手總體結(jié)構(gòu)方案簡圖 1-底座 2-機身升降缸 3-機身回轉(zhuǎn)缸 4-臂部伸縮缸 5-手抓連接板 6-手抓夾緊缸 7-手抓卡鉗 其工作時，機身升降缸2伸縮運動實現(xiàn)機械手升降，機身回轉(zhuǎn)缸3回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)機械臂回轉(zhuǎn)，臂部伸縮缸4伸縮運動實現(xiàn)手抓連接板5伸縮，手抓連接板再帶動手抓運動，夾緊缸可驅(qū)動手抓卡鉗7夾緊或松開貨物（飲料箱）。 第3章 機械手手部研發(fā) 3.1手指卡鉗的研發(fā)與校核 3.1.1研發(fā)條件 進(jìn)行研制的機械手的手部需要直接進(jìn)行飲料的抓取，它將直接關(guān)系到機械手進(jìn)行工作時的流暢程度，作為組成工業(yè)機械手最重要機構(gòu)之一。在進(jìn)行研制時需要注意到以下的要求： （要求1）盡量的采取結(jié)構(gòu)緊湊整體輕便的總體設(shè)計，方便腕部以及臂部的構(gòu)造研發(fā) （要求2）機械臂的手指對應(yīng)相應(yīng)的開閉幅度。其大小不但需要配合飲料箱的尺寸大小，還應(yīng)特別關(guān)注機械手在逐漸接近飲料箱具備的運動路線長短及其對應(yīng)方位產(chǎn)生的影響。 （要求3）對應(yīng)手指需要具備足夠大小夾緊力的作用，除了需要考慮到進(jìn)行夾取需要克服的重力外，還應(yīng)當(dāng)注意到運行過程中可能具備的動載荷。 3.1.2構(gòu)造尺寸研發(fā) （1）相關(guān)數(shù)據(jù)確定 確定進(jìn)行抓取箱子數(shù)據(jù)選擇如下： 對應(yīng)的尺寸大小為：300mm×300mm×50mm； 對應(yīng)的重量大小為：10KG （2）相關(guān)尺寸確定 依據(jù)箱子尺寸確定手指進(jìn)行運動幅度為：250~350mm 確定出手指卡鉗需要具備的寬度大小為：60mm；厚度大小為：20mm 依據(jù)之后研究對于其他機構(gòu)的研發(fā)進(jìn)行配合之后確定出手指卡鉗完整構(gòu)造尺寸如下： 圖3-1 手指卡鉗結(jié)構(gòu)示意 3.1.3強度校核 因為對應(yīng)的手指卡鉗在進(jìn)行對于箱子的夾持時只受到彎矩的影響，因此對于強度進(jìn)行驗算時只需對于彎曲強度進(jìn)行驗算。 對于抓取箱子時需要滿足的抓緊力大小應(yīng)該符合： 所以卡鉗承受推力大小應(yīng)符合： 這個公式里：f代表了手爪以及箱子對應(yīng)產(chǎn)生的靜摩擦系數(shù)的大小，標(biāo)準(zhǔn)箱子材質(zhì)選擇40號鋼，抓部采取鋁進(jìn)行制作，經(jīng)過查閱資料可以得到摩擦系數(shù)f=0.13 因此可以得到，在這里可以取 可能失效的截面就是其面積最窄而且距離末端最長的截面，計算其對應(yīng)彎矩大小為： 對應(yīng)的抗彎截面系數(shù)可以確定為 發(fā)生在截面上對應(yīng)的彎曲應(yīng)力的大小 制作的卡鉗需要的材質(zhì)為Al。查閱資料得到得 那么：，所以設(shè)計的抓部符合要求。 3.2夾持氣缸的研發(fā) 3.2.1氣缸構(gòu)造方法研發(fā) 運行過程中為了使得機械臂手指在進(jìn)行夾緊時卡鉗不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動而且夾持狀態(tài)保持平穩(wěn)，這一次運用的左右方向上具備的卡鉗都采用了雙活塞式進(jìn)行夾持的氣缸，它對應(yīng)的構(gòu)造方法如圖所示。 圖3-2 對于夾持氣缸對應(yīng)構(gòu)造 3.2.2氣缸運行壓力計算 如果確保手爪可以把箱子抓起來那么必須滿足如下要求： 在這個式子中，這里的對應(yīng)表示為需要夾持力大??； 這里的對應(yīng)表示為安全系數(shù)，這里通?？梢匀?.2~2； 這里的對應(yīng)表示為為動載系數(shù)，如果考慮到慣性力這里可以按照約等，可以代表機械手在進(jìn)行箱子運輸?shù)牧鞒讨兴邆涞募铀俣却笮?，單位是，，代表的是重力加速度? 這里的對應(yīng)表示為方位系數(shù)，經(jīng)過查閱資料可以選??； 這里的對應(yīng)表示為被抓持箱子的重量大小約等于10； 帶入數(shù)據(jù)確定出： ； 進(jìn)行理論驅(qū)動力的驗算： 式中， 這里的對應(yīng)表示為氣缸所需理論驅(qū)動力； 這里的對應(yīng)表示為夾緊力到回轉(zhuǎn)支點具備的長度； 這里的對應(yīng)表示為扇形形狀的齒輪分度圓半徑大??； 這里的可以對應(yīng)表示為手指進(jìn)行夾取的力的大小； 這里的對應(yīng)表示相關(guān)傳動機構(gòu)具備的效率大小，這里可以選擇0.92； 其他同上。將各參數(shù)帶入進(jìn)行計算得到 驅(qū)動力進(jìn)行計算公式可以表示為： 式中，這里的對應(yīng)表示為驗算驅(qū)動力大??； 這里的對應(yīng)表示生產(chǎn)安全系數(shù)，這里可以選1.2； 這里的對應(yīng)表示運行條件系數(shù)，這里可以選1.1； 其他同上。將數(shù)據(jù)進(jìn)行帶入可以計算出： 但是氣缸具備的運行驅(qū)動力是經(jīng)過缸內(nèi)存在的氣壓進(jìn)行提供的，所以存在 這個式子中，這里的對應(yīng)表示為氣缸在運行時需要提供的氣壓； 這里的對應(yīng)表示為柱塞具備的截面積； 經(jīng)驗算，所需的動力氣壓為： 3.2.3氣缸大部分?jǐn)?shù)據(jù)的確定 對于本次選用的氣缸運行運行時所需的壓力以及缸在帶動下具備的速度，在于氣壓系統(tǒng)的初期研發(fā)的步驟中，可以通過外部產(chǎn)生的氣壓回路、運用恰當(dāng)?shù)淖兯倩芈吩O(shè)計以及相應(yīng)的變化元件來完成。經(jīng)過認(rèn)真的研究，再進(jìn)行綜合各個方面的因素影響，可以初步確定出各個氣缸所具備的數(shù)據(jù)如下： 表3-2對應(yīng)氣缸數(shù)據(jù) 注釋：氣缸在進(jìn)行運行時所需壓力由系統(tǒng)設(shè)定的壓力閥調(diào)整。 對于夾持氣缸進(jìn)行研發(fā)的過程中，其一是可以加強其抵抗彎矩的功能，二是經(jīng)過較為完善的構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計，使其可以具有盡量大的剛度。為了完成這兩個要求，進(jìn)行研發(fā)中運用了不同的導(dǎo)向桿件，以達(dá)到長行程活塞桿所要具備的平穩(wěn)程度以及導(dǎo)向問題的要求。當(dāng)其作為氣壓方式的執(zhí)行構(gòu)件，符合這里的驅(qū)動力大小的條件是容易達(dá)到的，需要進(jìn)行解決的重大問題仍舊是它對應(yīng)的構(gòu)造研發(fā)能否有滿足條件的剛度來抵抗發(fā)生的傾覆變形。 3.2.4氣缸強度的較核 （1）對于缸筒壁厚的較核 在滿足條件 D/時，氣缸壁厚的進(jìn)行驗算的公式確定如下： 這個式子中，這里的對應(yīng)表示為缸筒內(nèi)徑大??； 這里的對應(yīng)表示為缸筒試驗壓力的大小，當(dāng)缸對應(yīng)的額定壓力大小時，這里進(jìn)行設(shè)定； 這里的對應(yīng)表示為缸筒材質(zhì)的許用應(yīng)力，其中，表示為材質(zhì)進(jìn)行抗拉強度大小，經(jīng)過對于相關(guān)資料進(jìn)行的查閱可以取得其大小350，為對應(yīng)的安全系數(shù)大小，在這里可以取得； 可以經(jīng)過代入來進(jìn)行驗算，上式成立。所以設(shè)計得氣缸壁厚達(dá)到所需要求。 （2）對于活塞桿直徑進(jìn)行驗算 對應(yīng)的氣缸活塞桿直徑進(jìn)行驗算得式子為 在此式中， 這里的對應(yīng)表示為活塞桿上作用力得大小； 這里的對應(yīng)表示為活塞桿材質(zhì)需要具備的許用應(yīng)力，此處； 進(jìn)行代入可以進(jìn)行確定，通過進(jìn)行計算較核可以使得上式得到成立，因此活塞桿對應(yīng)的強度大小可以符合運算要求。 3.3連接板的研發(fā)與校核 3.3.1構(gòu)造尺寸研發(fā) 依據(jù)卡鉗還有氣缸具備得尺寸大小進(jìn)行研發(fā)匹配后連接板的詳細(xì)構(gòu)造尺寸如下： 圖3-3 連接板尺寸示意圖 3.3.2強度校核 因為卡鉗在進(jìn)行對箱子進(jìn)行夾取時候可能只會承擔(dān)彎矩大小，對應(yīng)的連接板和它一致，所以在進(jìn)行對應(yīng)強度驗算時只需對于彎曲強度進(jìn)行驗算即可。 可以知道連接板承擔(dān)的推力大小和卡鉗一致，所以有： 對應(yīng)最容易失效的截面就是得最窄而且距離末端距離最長的設(shè)計截面處，對應(yīng)彎矩大小計算為： 對應(yīng)的抗彎截面系數(shù)大小計算為 所以對應(yīng)截面上需要承載得彎曲應(yīng)力大小為： 制造卡鉗的材質(zhì)選取得是Al。查閱相關(guān)資料可以的查得 經(jīng)過比較：，所以可以符合對應(yīng)強度得要求。 3.4連接法蘭的構(gòu)造研發(fā) 可以運用CAD研發(fā)之后獲得了連接法蘭的構(gòu)造尺寸大小，因為全部得機械手重量大小并不是很大所以不必須對其進(jìn)行強度方面得驗算： 圖3-4 連接法蘭示意圖 第4章 機械手臂部研發(fā) 4.1臂部整體研發(fā) 有關(guān)得機械手臂機構(gòu)是機械手進(jìn)行運動的空間執(zhí)行構(gòu)件。其具備的作用主要是對于機械腕部以及機械手部起到運行得支撐和帶動，使得他們可以在空間范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動運動。 對于對應(yīng)得臂部需要進(jìn)行達(dá)到符合條件的活動，需要符合下面每項基本條件： （條件1）對應(yīng)機械手臂形式承擔(dān)得載荷 對應(yīng)本次研究得機身承擔(dān)載荷得能力，主要需要依靠其對應(yīng)剛度得大小，在于構(gòu)造方面運用水平方向懸伸梁得方式。 （條件2）對應(yīng)得臂部移動對應(yīng)速度需要高一些，對應(yīng)慣性盡量小 相對于可以進(jìn)行高速運動的機械手，對應(yīng)的最高得速度研發(fā)設(shè)定在1000～1500mm/s的范圍之內(nèi)，其需要具備的最大回轉(zhuǎn)角速度研發(fā)范圍在180°/s內(nèi)，在許多行程距離上其可以達(dá)到的平均移動速度大小設(shè)定在1000mm/s內(nèi)的范圍，對應(yīng)的回轉(zhuǎn)角速度為大小也應(yīng)保持在90°/s的范圍內(nèi)。 （條件3）對應(yīng)手臂進(jìn)行運作時需要保持靈活性 相對于懸臂式結(jié)構(gòu)設(shè)計的機械手，它所包含的傳動件結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)以及定位件結(jié)構(gòu)安裝應(yīng)保持合理，這樣可以使得手臂具備的運動流程達(dá)到平衡狀態(tài)，用來減少其相對升降方向支撐軸線所產(chǎn)生的偏心力矩，避免自鎖現(xiàn)象而不能正常的運動。 （條件4）對應(yīng)的方位精度需求需要盡量高 對于一般的情形來看，對應(yīng)的直角形狀以及圓柱形狀坐標(biāo)式工作的機械手，其所具備的方位精度相對高一些；在此以外，機械手需要達(dá)到的通用性也更好一些，可以滿足多種作業(yè)的條件；具備的機械加工工藝性更加，更有利于加工和安裝；運用于熱加工的機械手，其對應(yīng)還需要對隔熱以及冷卻的步驟進(jìn)行考慮；在粉塵大工作環(huán)境中使用的機械手，還需要進(jìn)行防塵裝置的應(yīng)用設(shè)計等。 估計到這一次研發(fā)的機械手對應(yīng)最大夾取的重量大小是10Kg，這屬于較小的質(zhì)量，因此本研發(fā)可以運用氣缸桿式結(jié)構(gòu)的伸縮機構(gòu)，對應(yīng)手臂的伸縮氣缸配合的活塞桿可以放置于導(dǎo)向套內(nèi)，進(jìn)一步能夠減小氣缸桿所具備的彎曲應(yīng)力的大小。運用氣壓的方式進(jìn)行機械驅(qū)動，氣缸容量考慮選用雙作用氣缸進(jìn)行安裝。 4.2對于手臂伸縮驅(qū)動力驗算 進(jìn)行水平方向伸縮形式直線方向上活動的氣缸所需的驅(qū)動力大小是依據(jù)氣缸活動時所需要平衡得摩擦力以及慣性力等各種產(chǎn)生的阻力，以此來對于氣缸所需要的驅(qū)動力大小進(jìn)行確定?？梢缘玫綒飧讓?yīng)運動感活塞可以得到得驅(qū)動力大小運算公式為 4.2.1 對應(yīng)手臂具備摩擦力的分析與運算 因為本次設(shè)計所需對應(yīng)的導(dǎo)向桿位于水平位置時需要在對稱方向進(jìn)行安裝，使得兩導(dǎo)向桿可以受到平衡得力，這里依照一個導(dǎo)向桿進(jìn)行計算。 得到計算公式 得到計算公式 在這個式子中 這里的對應(yīng)表示參加活動的零機構(gòu)總體承擔(dān)的重力（包括箱子）（N）； 這里的L——對應(yīng)表示手臂以及活動的零機構(gòu)的總重具備的重心到導(dǎo)向支撐的前端位置的長度（m），計算同上; 這里的a——對應(yīng)表示導(dǎo)向支撐具備長度大?。╩）; 這里的——對應(yīng)表示當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對于圓柱面有計算公式： ——摩擦系數(shù)，在摩擦方式為靜摩擦而且缺少潤滑時： 鋼對青銅：可以確定地取 鋼對鑄鐵：可以確定地取 相關(guān)計算：通過對于氣缸桿所需材質(zhì)的確定可以選用鋼材，對應(yīng)導(dǎo)向套支撐可以確定鋼材， 估計存在，已經(jīng)得到L=800mm，導(dǎo)向支撐a可以設(shè)計的長度大小為為200mm 現(xiàn)在可以將有關(guān)確定計算運用公式得出結(jié)果 具備的總摩擦力600=1260N 4.2.2對于手臂密封處產(chǎn)生的摩擦阻力的驗算 相對于不同的密封圈對應(yīng)遭受的摩擦阻力大小有差別，在對于機械手臂進(jìn)行研發(fā)中，可以運用O型形狀的密封圈，在氣缸運行時需要的壓力低于10Mpa的時候。對應(yīng)氣缸處進(jìn)行密封操作的總摩擦阻力大小可以近似的約等于： =0.03F。 4.2.3對于手臂慣性力進(jìn)行的計算 由公式=0.1 在此式中 這里的對應(yīng)表示了參與活動的零件具備的總重（包括箱子）(N)； 這里的對應(yīng)代表在于靜止運動到加速運動產(chǎn)生的運行速度的變化量(m/s)； 這里的對應(yīng)代表啟動時間的長短(s)，一般取0.01~0.5； 這里可以設(shè)啟動時間大小為0.2s，具備的最大速度為0.233m/s。 那么有： =0.1=69.9N 由于相對的背壓阻力較小，所以能夠取=0.05 因此可以得到 =+++=1260+69.9+0.03F+0.05F 以此求得 =1446N 因此對于手臂伸縮運動所需的驅(qū)動力大小為=1446N。 4.3對于手臂伸縮氣缸進(jìn)行的研發(fā)工作 表4-1 相應(yīng)氣缸運行時的壓力統(tǒng)計 經(jīng)過了上面的研究計算，進(jìn)一步確定了對應(yīng)氣缸多需要的驅(qū)動力大小為F=4378N，依據(jù)圖表對于氣缸所需的運行壓力進(jìn)行確定為P=1MPa； 4.3.1對于氣缸的構(gòu)造尺寸進(jìn)行確定 對于氣缸內(nèi)徑的尺寸進(jìn)行驗算，如圖所示 圖4-2 雙作用氣缸示意圖 運行時當(dāng)氣體進(jìn)入無桿腔當(dāng)中時由公式： 運行時當(dāng)氣體進(jìn)入有桿腔當(dāng)中時由公式： 對應(yīng)氣缸具備的有效面積大小計算為： (mm) 所以 對應(yīng)可以求出 （對應(yīng)無桿腔的情況） （對應(yīng)有桿腔的情況） 式中這里的對應(yīng)表示活塞驅(qū)動力大小(P)； 這里的對應(yīng)表示氣缸在運行過程所需壓力(MPa)； 這里的對應(yīng)表示活塞桿直徑大??； 這里的對應(yīng)表示氣缸機械運行效率，工程機械中多采用材質(zhì)是耐氣橡膠它的系數(shù)為=0.96； 可以根據(jù)上節(jié)來求得對應(yīng)的驅(qū)動力大小F=1446N，=1MPa，對應(yīng)的機械效率大小=0.96 將確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行出代入可以得： ==38.8mm 依據(jù)圖標(biāo)表可以確定出標(biāo)準(zhǔn)氣缸對應(yīng)的內(nèi)徑產(chǎn)品，進(jìn)行確定D=40mm. 4.3.2對于氣缸外徑進(jìn)行的研發(fā) 對應(yīng)汽缸外徑可以依據(jù)中等壁厚進(jìn)行研發(fā)，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（JB1068-67）可以取得氣缸對應(yīng)外徑長度進(jìn)行確定76mm. 4.3.3對于活塞桿進(jìn)行的計算校核 對應(yīng)所需活塞桿的長度要符合活塞進(jìn)行活動的要求以及其對應(yīng)得強度要求。在桿長長度高于直徑15倍得狀況下，需要按照拉、壓強度來進(jìn)行對應(yīng)得計算： (mm) 此次研發(fā)中需要應(yīng)用活塞桿材質(zhì)可以確定是碳鋼，對應(yīng)碳鋼可承受得許用應(yīng)力的大小=100~120Mpa。這一次根據(jù)情況取=110 那么可以得到： =4.1mm 因為對于手部夾緊氣缸進(jìn)行研究的過程中需要對于內(nèi)置于其中的活塞桿進(jìn)行設(shè)計，前面已經(jīng)計算得到對應(yīng)氣缸外徑大小為25mm，因此對應(yīng)的活塞直徑可以依據(jù)下表進(jìn)行求取d=25mm，如此一來可以符合強度要求以及裝配要求。 表5-2 活塞桿直徑國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2348-93） 之后需要對其進(jìn)行平穩(wěn)性的驗算，其可以到達(dá)平穩(wěn)的條件要求是 式中這里的對應(yīng)代表臨界力大小(N)； 這里的 對應(yīng)代表安全系數(shù)大小，=2~4。 按中長桿進(jìn)行平穩(wěn)性校核，其臨界力大小=F() 式中 這里的F對應(yīng)代表活塞桿截面面積大小(mm)； 這里的a，b對應(yīng)代表常數(shù)大小，其具體數(shù)值與材質(zhì)具備的性質(zhì)有關(guān)，對于碳鋼來說a=461，b=2.47； 這里的對應(yīng)代表柔度系數(shù)，經(jīng)計算為70。 代入確定出，臨界力大小的數(shù)值=F()=3.14=90463.4MPa 在這里可以取得=3 對應(yīng)可以計算出=30154.47 MPa 因此對應(yīng)得活塞桿符合平穩(wěn)性條件要求。 4.3.4 對于氣缸端蓋進(jìn)行的研發(fā)操作 (1) 因為這里的缸體材質(zhì)應(yīng)用了無縫鋼管，所以對應(yīng)的端蓋進(jìn)行連接操作得方法大多運用半環(huán)鏈接得方式，其突出得特點是進(jìn)行加工以及裝拆操作更為便捷，但是也具備缸體開環(huán)槽所以會降低一部分強度得缺點 (2) 對于缸蓋螺釘進(jìn)行的計算 因為需要保證連接過程具備得緊密性，對應(yīng)的螺釘間距t需要保持適當(dāng)距離（如圖4-2），在這一種聯(lián)結(jié)得方式中，對應(yīng)的螺釘處于危險界面上可能承受的拉力大小包含了運行載荷大小以及剩余預(yù)緊力得大小的和 =+ 式中這里的對應(yīng)表示運行載荷大小，=； 這里的對應(yīng)表示螺釘中心在所處圓所需要具備的直徑大??； 這里的P對應(yīng)表示驅(qū)動力大小。 這里的Z對應(yīng)表示螺釘數(shù)目多少，Z=； 這里的對應(yīng)表示剩余預(yù)緊力大小，=KQ，K=1.5~1.8； 經(jīng)過相關(guān)計算得到： D=76mm，可以取=90mm，P=1MPa，對應(yīng)的間隔與運行時產(chǎn)生的壓強有聯(lián)系，見表格，當(dāng)對應(yīng)間隔低于150mm的時候，確定的螺釘數(shù)時是6個： 表4-3 螺釘間隔距離t與對應(yīng)的壓力P之間聯(lián)系 那么可以得到 Z=，進(jìn)行代入可以確定出的大小46<150，經(jīng)驗算達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)； ==838N； 計算可以得到K=1.5，=1.5=1255N; =+=837+1257=2095N 對于螺釘對應(yīng)直徑長短應(yīng)當(dāng)依據(jù)強度條件進(jìn)行計算 式中這里的對應(yīng)表示計算載荷大小，=1.3； 這里的對應(yīng)表示許用抗拉應(yīng)力大小，=； 這里的對應(yīng)表示螺釘材質(zhì)的屈服點大小，材質(zhì)可以進(jìn)行確定為45號鋼材，那么對應(yīng)的屈服強度可以表示為352MPa； 這里的 n對應(yīng)表示安全系數(shù)大小，n=1.2-2.5，此處可以取n=2； 這里的對應(yīng)表示螺紋內(nèi)徑大小，=d-1.224S，d就是螺釘?shù)墓Q直徑，S表示螺距距離。 經(jīng)過帶入計算： =1.3=1.3×2095=2723.5N 代入數(shù)據(jù)可以確定出： ===0.0045m 第5章 對于機械手的機身研發(fā) 5.1 機身的整體研發(fā) 依據(jù)研發(fā)規(guī)則，對應(yīng)的機械手臂活動范圍應(yīng)該在210°以內(nèi)，需要可以達(dá)到此范圍的回轉(zhuǎn)機構(gòu)一般情況都安置在機身的位置。方便研發(fā)出更好的活動機構(gòu)，就需要對于其整體進(jìn)行各個方面的考慮分析。 對應(yīng)的機身安置著運動的機械臂，帶動其做出各種運動比如說做回轉(zhuǎn)運動，升降活動，在機械手設(shè)備中地位十分重要。在其設(shè)計中存在以下幾種形式： （方案1）將對應(yīng)回轉(zhuǎn)缸放置在升降裝置以下。此種構(gòu)造具備的優(yōu)勢是它可以承擔(dān)很大偏重力矩。但還有不足的地方是其進(jìn)行回轉(zhuǎn)活動時對應(yīng)的傳動軌跡較長，可能造成花鍵軸的變化從而對于運動的精度產(chǎn)生影響。 （方案2）把回轉(zhuǎn)缸安置在升降機構(gòu)之上。這樣的設(shè)計一般會運用單缸形式的活塞桿，采用了內(nèi)部的方式進(jìn)行導(dǎo)向，所以其構(gòu)造十分的嚴(yán)謹(jǐn)。但因為其回轉(zhuǎn)缸還有機械的臂部會一同進(jìn)行上下運動，活動機構(gòu)相對體積比大。 （方案3）采用活塞缸以及傳動的齒條齒輪機構(gòu)進(jìn)行運動支持。通過齒條齒輪機構(gòu)的配合運動來帶動機械臂的上升以及下降：對應(yīng)的齒條來回的活動帶動與在手臂處進(jìn)行連接的齒輪可以進(jìn)行往復(fù)回轉(zhuǎn)的活動，因此就能夠使得手臂進(jìn)行左右方向上的擺動。 對以上方案進(jìn)行綜合的考慮，對于本此研發(fā)可以應(yīng)用的設(shè)計最好時第二種，將對應(yīng)的回轉(zhuǎn)缸安裝在升降缸上方。這次研發(fā)機身一共可以實現(xiàn)兩個運動，分別是機身對應(yīng)的回轉(zhuǎn)運動以及升降運動。 因為本次研究采取的時氣壓方式進(jìn)行驅(qū)動，對應(yīng)的回轉(zhuǎn)缸會通過兩個不同的氣孔，其中一個用來進(jìn)氣的進(jìn)氣孔，其中一個用來排氣的一個排氣孔，分別各自通向回轉(zhuǎn)葉片對應(yīng)的兩側(cè)以此來實現(xiàn)對應(yīng)葉片回轉(zhuǎn)的操作。 5.2回轉(zhuǎn)機構(gòu)的研發(fā) 5.2.1對應(yīng)回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動力矩進(jìn)行的計算 對應(yīng)的機械臂回轉(zhuǎn)缸需要具備的驅(qū)動力矩進(jìn)行計算的公式可以表達(dá)為： =++ (N·m) 對應(yīng)的慣性力矩大小計算公式為 = 式中 這里的對應(yīng)表示回轉(zhuǎn)機構(gòu)相對于回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)當(dāng)具備的轉(zhuǎn)動慣量大?。╧g·m）； 這里的對應(yīng)表示回轉(zhuǎn)缸對應(yīng)的動片角速度大小發(fā)生的變化數(shù)量，對于啟動的流程中具有=(rad/s)； 這里的對應(yīng)表示回轉(zhuǎn)啟動流程總體所需要的時間長短(s)； 如果手臂部分對應(yīng)的回轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件其相應(yīng)的重心位置和回轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的距離大小設(shè)定為為(經(jīng)過之前的計算可以得到=800mm)，那么在于式子中 在這個式子中存在的用來表示回轉(zhuǎn)構(gòu)件對應(yīng)重心具備的轉(zhuǎn)動慣量的大小。 = 這里回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)可以近似地看作一個長度設(shè)置為600mm，對應(yīng)直徑設(shè)置為1000mm的對應(yīng)圓柱體大小，其具備的質(zhì)量大小為100Kg.進(jìn)行設(shè)置對應(yīng)的開始啟動階段對應(yīng)角速度=70°/s，那么對應(yīng)的起動角速度大小就能表示成為=1.22，對應(yīng)的啟動流程所需的速度為0.5s。 可以得到以下的計算公式 === 28 kg·m =28+=93.3kg·m ==93.3=227.6 為了可以簡化計算的流程，處于密封處需要具備的摩擦阻力矩的大小應(yīng)當(dāng)確定為，在操作過程中產(chǎn)生的回氣背差的量一般不大，所以可以在計算上進(jìn)行忽略，=0 因此可以得到數(shù)據(jù) =227.6+0+0.03 =234.6 5.2.2 對于回轉(zhuǎn)缸對應(yīng)尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行研究確定 （1）對應(yīng)的回轉(zhuǎn)缸內(nèi)部氣腔的內(nèi)徑長短D進(jìn)行如下公式的驗算： 式中 這里的P對應(yīng)表示回轉(zhuǎn)氣缸在運行過程中對應(yīng)的壓力大小； 這里的d對應(yīng)表示輸出軸以及動片連接處具備的直徑大小，在初期研發(fā)步驟內(nèi)按D/d=1.5~2.5； 這里的b對應(yīng)表示動片的寬度大小，可按2b/(D-d)≥2進(jìn)行確定。 可以確定對應(yīng)回轉(zhuǎn)缸結(jié)構(gòu)中動片的寬度大小b=50mm，在使用過程中具備的壓力為5MPa，d=50mm =94.9mm 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的氣缸內(nèi)部直徑進(jìn)行內(nèi)徑大小的計算為100mm。 （2）對于氣缸缸蓋包含螺釘?shù)倪\算 對應(yīng)的回轉(zhuǎn)缸具備的運行壓力大小可以設(shè)定為5Mpa，因此對應(yīng)的螺釘之間產(chǎn)生的間隔大小t在長度上應(yīng)當(dāng)小于80mm。然后據(jù)此來對于螺釘數(shù)目進(jìn)行計算 Z==×3.14=3.93 因此得到了對應(yīng)的缸蓋螺釘數(shù)目。 對應(yīng)承受最大彎矩的危險截面表示為 ==0.00589 因此可以得到公式=4906.3N =4906.3×1.5=7359.4N (K=1.5) 所以可以得到對應(yīng)的公式7359.4+4906.3=12265.7N 制造螺釘?shù)牟馁|(zhì)可以選擇Q235，那么對應(yīng)強度（n=1.2~2.5） 選擇螺釘對應(yīng)直徑大小 d=10mm 所以可以去定出螺釘?shù)闹睆絛=10mm.可以應(yīng)用等級M10內(nèi)六角圓頭螺釘進(jìn)行安裝，一次滿足強度的要求。 通過對于所需數(shù)據(jù)的驗算，最終得到了進(jìn)行使用的氣缸的數(shù)據(jù)，其對應(yīng)的內(nèi)徑大小設(shè)計為100mm，對應(yīng)的外徑大小可以按照中等條件的壁厚來進(jìn)行研發(fā)，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)4-2（JB1068-67）對于外徑來進(jìn)行確定得到其數(shù)據(jù)168mm，對應(yīng)的輸出軸徑大小確定為為50mm，這樣經(jīng)過設(shè)計的氣缸就可以滿足對于機械臂的要求。 （3）對于動片之間進(jìn)行聯(lián)接的螺釘運算 對應(yīng)的動片以及其連接的輸出軸尖閣里對應(yīng)的聯(lián)接螺釘數(shù)目為雙數(shù)時較為穩(wěn)定，還可以按照對稱的位置進(jìn)行設(shè)計，同時采用兩個定位銷來進(jìn)行加工時的定位操作。對于連接螺釘其主要起到的功能是可以使得動片以及對應(yīng)的輸出軸間隔中進(jìn)行配合的兩個面可以比較緊密的進(jìn)行結(jié)合。跟據(jù)對應(yīng)動片所承擔(dān)力矩的大小可以得到使其進(jìn)行平衡的要求就是 = 也就是說確保 式中 這里的對應(yīng)表示每個螺釘所需的預(yù)緊力大??； 這里的D對應(yīng)表示每個對應(yīng)動片具備的外徑大小； 這里的f對應(yīng)表示各類連接件結(jié)合面間存在的摩擦系數(shù)大小，在對應(yīng)材料都是鋼材時可以取f=0.15 對應(yīng)的螺釘需要具備的強度條件設(shè)置為 或者可以設(shè)計為 將所得帶入所需的公式中進(jìn)行計算得到對應(yīng)力的大小 ===10416.7N 對于制造螺釘采用的材質(zhì)應(yīng)用Q235，那么可以得到（n=1.2~2.5） 對應(yīng)的螺釘具備的直徑大小可以表示為d=9.3mm 對應(yīng)螺釘具備的直徑大小可以進(jìn)行確定的表示成為d=10mm.需要應(yīng)用正六角螺釘，對應(yīng)的等級選擇M10 5.3對于機身進(jìn)行升降運動的機構(gòu)研發(fā) 5.3.1手臂片需要承擔(dān)的重力矩運算 圖 5-3 對應(yīng)手臂各機構(gòu)對應(yīng)重心分布圖 (1) 進(jìn)行提升質(zhì)量的估算：=150N，=150N，=500N (2) 得到了零件包含的重心的方位位置，可以以此來求出對應(yīng)的重心達(dá)到回轉(zhuǎn)軸線具備的距離長短: 其中的=800mm，=760mm， =400mm。 因為存在著 = 所以 可以求得出對應(yīng)的距離=0.5425m (3) 對于偏重力矩的大小進(jìn)行對應(yīng)的計算得到 =434 5.3.2有關(guān)于升降導(dǎo)向立柱不會發(fā)生自鎖卡死的要求 對應(yīng)的機械臂在于產(chǎn)生的作用下會產(chǎn)生一個向下運動的趨向，設(shè)置了里立柱導(dǎo)套可以有效的阻擋這種趨向?？梢赃_(dá)到的不自鎖要求就是可以使得升降立柱可以在于導(dǎo)套之內(nèi)進(jìn)行無阻礙的滑動，就是由公式 ＞= 因此可以得到 如果取得摩擦系數(shù)的大小 f=0.16，那么對應(yīng)的導(dǎo)套的長度可以得到h＞0.32 也就是得到對應(yīng)的長度大小 h＞0.32×0.5425=0.1736m 5.3.3對于升降氣缸進(jìn)行對應(yīng)驅(qū)動力的驗算 這個式子中 這里的對應(yīng)表示摩擦阻力，，這里可以取f=0.16。 這里的G對應(yīng)表示零件還有箱子一共受到的總重量大小。 (1) 對于進(jìn)行運算由公式 對于其速度可以設(shè)定為V=0.6m/s；對于其開始啟動到進(jìn)行停止需要的時間間隔t=0.1s、對應(yīng)的大小設(shè)置為800N。 將確定出的數(shù)據(jù)進(jìn)行帶入上面得到的公式有： 489.8N (2) 對于進(jìn)行運算 =2500N 因此可以得到出 =2×2500×0.16=800N (3) 對于氣缸進(jìn)行密封的方式可以選擇為O型密封，對應(yīng)密封產(chǎn)生的摩擦力可以對應(yīng)的進(jìn)行求得 (4) 因為對應(yīng)的背壓阻力相對較小，為了可以進(jìn)行簡單的計算，這里不對其進(jìn)行帶入計算，設(shè)定出=0 因此對應(yīng)里的大小對應(yīng)可以得到 F=489.8+800+0.03F 在氣缸對于向上的方向進(jìn)行驅(qū)動的時候，可以得到對應(yīng)驅(qū)動力的大小F=2105N 在氣缸對于向下的方向進(jìn)行驅(qū)動時，可以得到對應(yīng)力的大小F=505N 5.3.4升降缸尺寸數(shù)據(jù)的確定 (1) 對于氣缸內(nèi)徑進(jìn)行的確定 在氣缸對應(yīng)的驅(qū)動力依據(jù)上升的條件下進(jìn)行計算的時候，可以得到F=2105N，可以根據(jù)表(5-1)對于氣缸在正常的運行中承受的壓力大小可以確定為對應(yīng)的是1.0MPa，可以根據(jù)上面得到的算式帶入已知數(shù)據(jù)得到： ==0.1029 參考資料對應(yīng)選取出應(yīng)用的氣缸其內(nèi)徑的大小D=125mm。 (2) 對應(yīng)的相關(guān)氣缸外徑進(jìn)行的驗算 可以依據(jù)厚壁的計算公式得到(3.2)： 其中對應(yīng)的公式有 在這個式子中 代表的是對于制造缸體的材質(zhì)其自身可以承受的許用應(yīng)力，在應(yīng)用無縫鋼管的時候可以得到=100~110MPa 依據(jù)對應(yīng)的圖表資料對于外徑進(jìn)行確定為180mm. (3) 對于活塞桿進(jìn)行相應(yīng)的運算 在研發(fā)過程中可以選取材料碳鋼來制作活塞桿，對于碳鋼這種材料其對應(yīng)的許用應(yīng)力的大小可以計算得到=100~120Mpa。這一次可以進(jìn)行求取=110 那么能夠得到： =4.94mm 所以對應(yīng)選取的活塞桿對應(yīng)的直徑大小應(yīng)高于8.5mm。 (4) 對于相應(yīng)的缸蓋螺釘進(jìn)行的運算 因為已