機械手設(shè)計.doc

第一章 緒論1.1課題研究的目的及意義隨著工業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動強度，另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。例如，目前在我國的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費時費力，又影響效率。為此，我們把上下料機械手作為我們研究的課題。工業(yè)機械手是工業(yè)物流自動化中上網(wǎng)重要裝置之一，是當今世界新技術(shù)革命的一個重要標志。工業(yè)機械手是典型的機電一體化產(chǎn)品。工業(yè)機械手的產(chǎn)生和推廣是社會生產(chǎn)和發(fā)展的需要，也是現(xiàn)代生產(chǎn)和科技發(fā)展的新技術(shù)產(chǎn)品。工業(yè)機械手已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、資源開發(fā)、社會服務、排險救災以及軍事技術(shù)等方面發(fā)揮著愈來愈大的應用。 工業(yè)機械手的應用和推廣已經(jīng)并將獲得極大的效益。例如在機械制造工業(yè)、汽車工業(yè)等生產(chǎn)中采用電焊、弧焊、噴漆等機械手，可以大大提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件。又如在微電子、醫(yī)藥等生產(chǎn)部門，采用機械手操作，可以消除人對產(chǎn)品的污染、確保產(chǎn)品質(zhì)量。機械手可以在有毒、噪音、高溫、易燃、易爆等危險有害的環(huán)境中代替人長期穩(wěn)定的工作，從根本上解決了操作者的安全保障問題。因而在這方面應用和推廣機器人技術(shù)是十分迫切和必要的。近代工業(yè)機械手的原型可以從本世紀40代算起。當時適應核技術(shù)的發(fā)展需要開發(fā)了處理放射性材料的主從機械手。50年代初美國提出了“通用重復操作機器人”的方案，59年研制出第一工業(yè)機械手原型。由于歷史條件和技術(shù)水平關(guān)系，在60年代機械手發(fā)展較慢。進入70年代后，焊接、噴漆機械手相繼在工業(yè)中應用和推廣。隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能的發(fā)展、機械手技術(shù)得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了更為先進的可配視覺、觸覺的機器人所應用的機械手。如美國unimation公司puma系列工業(yè)機器人相關(guān)的機械手，即使由直流伺服驅(qū)動、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多cpu微機控制、采用專用語言編程的技術(shù)先進的機械手。到了80、90年代機器人及相關(guān)的機械手開始在工業(yè)上普及應用。據(jù)統(tǒng)計1980年全世界約有兩萬臺機器人在工業(yè)上應用，而到今年 增長更快。今年已近開發(fā)出具有視覺、觸覺及力覺感受的高性能機器人以及各種智能裝配機械手，并投入工業(yè)應用。1.2國內(nèi)外機械手研究概況我國的工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應用范圍。在應用專業(yè)機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手工業(yè)機械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；普曼公司專門生產(chǎn)工業(yè)機械手聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國k公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快，應用國家最多的國家，自1969年從美國引進兩種典型機械手后，開始大力從事機械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機械手應用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應用機械手，主要用于機械化、自動化程序較低、繁重單調(diào)、有害于健康的輔助性工作。我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)始于20世紀70年代。1972年我國第一臺機械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應用機械手。從第七個五年計劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機器人的發(fā)展列入其中，并且為此項目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人，廣州機床研究所和北京機床研究所合作設(shè)計制造的點焊機器人，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學設(shè)計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學院沈陽自動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的，同時一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器，dcpwm等等。計算機控制機械手和組合式機械手等。可以將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構(gòu)，組裝成各種用途的機械手，即便于設(shè)計制造，又便于跟換工件，擴大了應用范圍。機械手的種類，按驅(qū)動方式分為液壓式.氣動式.電動式.機械式機械手;按適用范圍可以分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡可以分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。1.3課題研究的內(nèi)容本課題將要完成的主要任務如下：(1)選取合適的曲軸，并確定其特征參數(shù)；(2)選取機械手的坐標型式和自由度；(3)設(shè)計出機械手的各執(zhí)行機構(gòu)，包括：手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計；(4)液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計。本課題將設(shè)計出機械手的液壓傳動系統(tǒng)，包括液動元器件的選取，液動回路的設(shè)計；1.4機械手的組成工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的執(zhí)行系統(tǒng)，由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成，是抓取工件、進行操作及各種運動的機械部件。(一)執(zhí)行機構(gòu)包括手部 、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。1、 手部手部裝在操作機手腕的前端，它是操作機直接執(zhí)行工作的裝置。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、v形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網(wǎng)孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產(chǎn)生。用負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.2、手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運動時在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。導向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和v形槽、燕尾槽等導向型式。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。5、機座機座是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。(二)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。第二章 機械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計機械手總體設(shè)計圖（proe效果圖）2.1機械手的座標型式與自由度2.1.1座標型式分析按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關(guān)節(jié)式。由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱座標型式。2.1.2自由度分析相應的機械手具有三個自由度，即手臂的伸長、縮短和整體旋轉(zhuǎn)。 圖2-1機械手的手指、手腕、手臂的運動示意圖2.1.2 機械手的手部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計為 了使 機 械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當工件是棒料時，使用夾持式手部;當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。2.13 機械手的手腕結(jié)構(gòu)方案設(shè)計考慮 到 機 械手的通用性，同時由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必須設(shè)有回轉(zhuǎn)運動才可滿足工作的要求。因此，手腕設(shè)計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。2.14 機械手的手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計按照 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、左右回轉(zhuǎn)和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。2.5 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計驅(qū)動機構(gòu)是工業(yè)機械手的重要組成部分, 工業(yè)機械手的性能價格比在很大程度上取決于驅(qū)動方案及其裝置。根據(jù)動力源的不同, 工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅(qū)動等四類。采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手,結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點。因此，機械手的驅(qū)動方案選擇液壓驅(qū)動。2.6 機械手的控制方案設(shè)計考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (plc)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變plc程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。2.7 機械手的主要參數(shù)1、主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù)，目前機械手最大抓重以10公斤左右的為數(shù)最多。故該機械手主參數(shù)定為10公斤，高速動作時抓重減半。使用吸盤式手部時可吸附5公斤的重物。2、基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度提出了要求，設(shè)計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因素是手臂伸縮的速度。該機械手最大移動速度設(shè)計為1.2m/s，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計為1200/s，平均移動速度為lm/s，平均回轉(zhuǎn)速度為900/s。除了運動速度以外，手臂設(shè)計的基本參數(shù)還有伸縮行程和工作半徑。大部分機械手設(shè)計成相當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的伸縮行程和工作半徑，必然帶來偏重力矩增大而剛性降低。在這種情況下宜采用自動傳送裝置為好。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的伸縮行程定為600mm,最大工作半徑約為1500mm，手臂安裝前后可調(diào)200mm。手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為2400(應大于180否則需安裝多只手臂)，又由于該機械手設(shè)計成手臂安裝范圍可調(diào)，從而擴大了它的使用范圍。手臂升降行程定為150mm。定位精度也是基本參數(shù)之一。該機械手的定位精度為土0.5lmm2.8機械手的技術(shù)參數(shù)列表一、用途:簡單搬運二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):為了保證這些參數(shù)指標，就需要在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分考慮結(jié)構(gòu)的強度要求、認真分析機械動力特性，選擇良好的結(jié)構(gòu)型式，使機械手具有良好的工作性能。1、抓重（用來表示機器人負荷能力的參數(shù)，抓取重量與機器人的運行速度有關(guān)，通常用最大速度時腕部最大負荷（n）表示。）30公斤 (夾持式手部)2、自由度數(shù)(說明腰、臂、腕等共有幾個運動自由度。)4個自由度3、座標型式圓柱座標4、最大工作半徑1500mm5、手臂最大中心高1380mm6、手臂運動參數(shù)伸縮行程 400mm伸縮速度 小于300mm/s升降行程 300mm升降速度 小于70mm/s回轉(zhuǎn)范圍 0 240 回轉(zhuǎn)速度小于90/s 7、手腕運動參數(shù) 回轉(zhuǎn)范圍: 8、系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.030.5s9、手指夾持范圍棒料 : 80150mm10、驅(qū)動方式液壓傳動（采用液壓驅(qū)動，其具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、操作簡單、安全、經(jīng)濟、易于實現(xiàn)過載保護且液壓元件能夠自行潤滑等一系列優(yōu)點。）第三章 機械手手部的設(shè)計計算3.1 手部設(shè)計基本要求（1） 應具有適當?shù)膴A緊力和驅(qū)動力。應當考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動機構(gòu)所需的驅(qū)動力大小是不同的。（2） 手指應具有一定的張開范圍，手指應該具有足夠的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度），以便于抓取工件。（3） 要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。（4） 應保證手抓的夾持精度。3.2 典型的手部結(jié)構(gòu)（1） 回轉(zhuǎn)型 包括滑槽杠桿式和連桿杠桿式兩種。（2） 移動型 移動型即兩手指相對支座作往復運動。（3）平面平移型。3.3機械手手抓的設(shè)計計算3.3.1選擇手抓的類型及夾緊裝置本設(shè)計是設(shè)計平動搬運機械手的設(shè)計，考慮到所要達到的原始參數(shù)：手抓張合角=，夾取重量為60kg。常用的工業(yè)機械手手部,按握持工件的原理,分為夾持和吸附兩大類。吸附式常用于抓取工件表面平整、面積較大的板狀物體,不適合用于本方案。本設(shè)計機械手采用夾持式手指,夾持式機械手按運動形式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動,這種手指結(jié)構(gòu)簡單, 適于夾持平板方料, 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置, 其理論夾持誤差零。若采用典型的平移型手指, 驅(qū)動力需加在手指移動方向上,這樣會使結(jié)構(gòu)變得復雜且體積龐大。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。通過綜合考慮，本設(shè)計選擇二指回轉(zhuǎn)型手抓，采用滑槽杠桿這種結(jié)構(gòu)方式。夾緊裝置選擇常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下機械手手抓閉和，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而機械手手指張開。3.3.2 手抓的力學分析下面對其基本結(jié)構(gòu)進行力學分析：滑槽杠桿 圖3.1（a）為常見的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)。(a) (b)上圖為滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)、受力分析如圖所示為連桿式手部結(jié)構(gòu)。作用在拉桿上的驅(qū)動力3為f，兩連桿2對拉桿反作用力為f1、f2，其力的方向沿連桿兩鉸鏈中心的連線，指向o點并與水平方向成角，由拉桿的力平衡條件可知，即 fx=0,f1=f2;fy=0 由連桿對手指的作用力為f1且=0得： f= （3.1）式中 a手指的回轉(zhuǎn)支點到對稱中心的距離（mm）. 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點的夾角。由分析可知，當驅(qū)動力一定時，角增大，則握力也隨之增大，但角過大會導致拉桿行程過大，以及手部結(jié)構(gòu)增大，因此最好=。3.3.3 夾緊力及驅(qū)動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。必須對大小、方向和作用點進行分析計算。一般來說，需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運動狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷，以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按公式計算： （3.2）式中 安全系數(shù)，通常1.22.0； 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？山瓢聪率焦榔渲衋，重力方向的最大上升加速度； 運載時工件最大上升速度，本機械手的工件只做水平和垂直平移，當它的移動速度為500毫米/秒，移動加速度為1000毫米/秒 系統(tǒng)達到最高速度的時間，一般選取0.030.5s 方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件位置不同進行選擇。 g被抓取工件所受重力（n）。表3-1 液壓缸的工作壓力作用在活塞上外力f（n）液壓缸工作壓力mpa作用在活塞上外力f（n）液壓缸工作壓力mpa小于500050000以上計算：設(shè)a=50mm,b=100mm,;機械手達到最高響應時間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動力和 驅(qū)動液壓缸的尺寸。(1) 設(shè) =1+1000/98101.1 根據(jù)公式，將已知條件帶入： = （2）根據(jù)驅(qū)動力公式得（上頁已得出公式）： （3）式中 手部的機械效率，一般取0.850.95；本設(shè)計取 （4）確定液壓缸的直徑d 選取活塞桿直徑d=0.5d,選擇液壓缸壓力油工作壓力p=0.81mpa,取p=0.8mpa 根據(jù)表4.1（jb826-66），選取液壓缸內(nèi)徑為：d=40mm則活塞桿內(nèi)徑為:d=400.5=20mm，選取d=20mm3.3.4 手抓夾持范圍計算為了保證手抓張開角為，活塞桿運動長度為34mm。手抓夾持范圍，手指長100mm,當手抓沒有張開角的時候，如圖3.2（a）所示，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，當張開時，如圖3.2（b）所示，最大夾持半徑計算如下： 機械手的夾持半徑從（a） (b)圖3.2 手抓張開示意圖3.4 機械手手抓夾持精度的分析計算機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確,抓取精度高,重復定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也于機械手夾持誤差大小有關(guān)。特別是在多品種的中、小批量生產(chǎn)中，為了適應工件尺寸在一定范圍內(nèi)變化，一定進行機械手的夾持誤差。圖3.3 手抓夾持誤差分析示意圖該設(shè)計以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持范圍為80mm150mm。一般夾持誤差不超過1mm,分析如下：工件的平均半徑：手指長,取v型夾角偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角確定：計算 當s時帶入有：夾持誤差滿足設(shè)計要求。3.5彈簧的設(shè)計計算選擇簧彈是壓縮條件，選擇圓柱壓縮彈簧。如圖3.4所示，計算如下。圖3.4 圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)(1).選擇硅錳彈簧鋼，查取許用切應力(2).選擇旋繞比c=8，則 （3.3）(3).根據(jù)安裝空間選擇彈簧中徑d=42mm，估算彈簧絲直徑 (4).試算彈簧絲直徑 （3.4）(5). 根據(jù)變形情況確定彈簧圈的有效圈數(shù)： （3.5）選擇標準為，彈簧的總?cè)?shù)圈(6).最后確定，(7).對于壓縮彈簧穩(wěn)定性的驗算 對于壓縮彈簧如果長度較大時，則受力后容易失去穩(wěn)定性，這在工作中是不允許的。為了避免這種現(xiàn)象壓縮彈簧的長細比，本設(shè)計彈簧是2端自由，根據(jù)下列選?。?當兩端固定時，,當一端固定；一端自由時，；當兩端自由轉(zhuǎn)動時，。結(jié)論本設(shè)計彈簧，因此彈簧穩(wěn)定性合適。(8).疲勞強度和應力強度的驗算。對于循環(huán)次數(shù)多、在變應力下工作的彈簧，還應該進一步對彈簧的疲勞強度和靜應力強度進行驗算（如果變載荷的作用次數(shù)，或者載荷變化幅度不大時，可只進行靜應力強度驗算）。現(xiàn)在由于本設(shè)計是在恒定載荷情況下，所以只進行靜應力強度驗算。計算公式： （3.6）選取1.31.7（力學性精確能高） （3.7）結(jié)論：經(jīng)過校核，彈簧適應。 3.6 本章小結(jié)通過本章的設(shè)計計算，先對滑槽杠桿式的手部結(jié)構(gòu)進行力學分析，然后分別對滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)的夾緊力、夾緊用的彈簧、驅(qū)動力進行計算，在滿足基本要求后，對手部的夾持精度進行分析計算。4 腕部的設(shè)計計算4.1 腕部設(shè)計的基本要求（1） 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔。顯然，腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。（2）結(jié)構(gòu)考慮，合理布局 腕部作為機械手的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔連接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的連接。（3） 必須考慮工作條件對于本設(shè)計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環(huán)境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因素。4.2 腕部的結(jié)構(gòu)以及選擇4.2.1典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩m，需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于）。(2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。在要求回轉(zhuǎn)角大于的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，一般適用于懸掛式臂部。(3) 具有兩個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動的兩個自由度。(4) 機-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。4.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)的選擇 本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種因素，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個自由度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動。4.3 腕部的設(shè)計計算4.3.1 腕部設(shè)計考慮的參數(shù) 夾取工件重量30kg，4.3.2 腕部的驅(qū)動力矩計算（1） 腕部的驅(qū)動力矩需要的力矩。夾取棒料直徑100mm，長度600mm，重量30kg，當手部回轉(zhuǎn)時，計算 力矩：（1） 手抓、手抓驅(qū)動液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動件等效為一個圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算g=3.14（2） 擦力矩。（3） 啟動過程所轉(zhuǎn)過的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動角速度。 （4.1）查工程力學取轉(zhuǎn)動慣量公式有：代入： 4.3.3 腕部驅(qū)動力的計算表4-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（jb826-66） （mm）2025324050556365707580859095100105110125130140160180200250設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表4-1設(shè)缸體內(nèi)空半徑r=110mm，外徑根據(jù)表3-2選擇121mm,這個是液壓缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為226mm；動片寬度b=66mm,輸出軸r=22.5mm.基本尺寸示如圖4.1所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力，選擇8mpa圖4.1 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意表4.2 標準液壓缸外徑（jb1068-67） （mm）液壓缸內(nèi)徑40 5063809010011012514015016018020020鋼p5060769510812113316814618019421924545鋼506076951081211331681461801942192454.3.4 液壓缸蓋螺釘?shù)挠嬎銏D4.2 缸蓋螺釘間距示意表4.3 螺釘間距t與壓力p之間的關(guān)系工作壓力p（mpa）螺釘?shù)拈g距t(mm)小于150小于120小于100小于80缸蓋螺釘?shù)挠嬎悖鐖D4.2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關(guān)，見表4.3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力 （4.2）計算：液壓缸工作壓強為p=8mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇8個螺釘，所以選擇螺釘數(shù)目合適z=8個 危險截面 (4.3) 所以 =11863.3+10545=19772n螺釘材料選擇q235，（）螺釘?shù)闹睆?（4.4）螺釘?shù)闹睆竭x擇d=16mm.4.3.5動片和輸出軸間的連接螺釘（1） 動片和輸出軸間的連接螺釘動片和輸出軸之間的連接螺釘一般為偶數(shù)，對稱安裝，并用兩個定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔茫菏箘悠洼敵鲚S之間的配合緊密。 于是得 (4.5)d動片的外徑；f被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，剛對銅取f=0.15螺釘?shù)膹姸葪l件為 (4.6)或 (4.7)帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得螺釘材料選擇q235，則（）螺釘?shù)闹睆?螺釘?shù)闹睆竭x擇d=12mm.選擇m12的開槽盤頭螺釘。第五章 搬運機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計