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1、1、手臂的设计2.1、手臂伸缩的设计计算手臂是机械手的主要执行部件。它的作用是支撑腕部和手部，并带动它们在空间 运动。臂部运动的目的，一般是把手部送达空间运动范围内的任意点上， 从臂部 的受力情况看，它在工作中即直接承受着腕部、手部和工件的动、静载荷，而且 自身运动又较多，故受力较复杂。根据液压缸运动时所需克服的摩擦、回油背压及惯性等几个方面的限力，来确定液压缸所需的驱动力。手臂的伸缩速度为250mm/s行程 L=300mm液压缸活塞的驱动力的计算P = P摩 F密 F回 F惯式中 P摩一一摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向 装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力。P密一一密
2、封装置处的康擦阻力；P回 一一液压缸回油腔低压油掖所造成的阻力；P惯一一起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。p摩、P密、P回、的计算如下。2.1.1、 P摩的计算不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情况 进行估算。图4-15为双导向杆导向，其导向杆截面形状为圆柱面，导向杆对称配置在伸缩 缸的两侧，启动时，导向装置的摩擦阻力较大，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 G总 L = aFbG Fb = Fa(L+a： la式中G总参与运动的零部件所受的总重力(含工件重)，估算G 总=G 工件 +G手 +G 手腕 +G 手臂=(80+60+
3、60+250)N=450NL手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支承前端的距离(m),L=100mma导向支承的长度，a=150mm;丄一一当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。对子圆柱面:二=(1.271.57)取i=1.5J 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时：IJ =0.18钢对青铜：取=0.10.15钢对铸铁：取=0.180.3取=0.15 ,代入已知数据得9总=0.18 H 2 200 1 00 =405NI a 丿1002.1.2、 P密的计算同的密封圈其摩擦阻力不同，其计算公式如下：(1) “O形密封圈当液服缸工作压力小于10Mpa.活寒杆直径为液压缸直径的一半，活塞与活塞
4、杆处都采用“ O形密封圈时，液压缸密封处的总的摩擦力为P寸 1 2 二 0.03F式中 F 为驱动力，P工作压力(Pa); P 10MPa, J =0. 050.023,取 p=2Mpa, J =0.06;dL伸缩油管的直径，d=7mm; 密圭寸的有效长度(mm).得Pg =0.05 P2.1.3、 F回的计算般背压阻力较小，可按F回=0.05P2.1.4、 P惯的计算Ffe =G总v总、gt450 0.29.81.0.2= 45NG总一一参与运动的零部件所受的总重力（包括工作重量）（Ng 一一重力加速度，取 9.81 m/s2v 一一由静止加速到常速的变化量|_v =0.2m/st 一一起动
5、过程时间（s）, 般取0.010.5s，对轻载 低速运动部件取较小值，对重载高速运动部件 取较大值。取Lt =0.02s所以所求驱动力P二F摩-F密 P回 P惯=500N2.2、确定液压缸的结构尺寸2.2.1、液压缸内径的计算如图4 一 16,当油进入无杆腔“兀D2P = rH =r耳4当油进入有杆腔兀（D2-d2 ）P二巳二巳-4液压缸的有效面积：故有D 二= 1.1500 mm 1 0.9525.92mm，查表4-3圆整取D=32mm式中P 驱动力N）;Pi液压缸的工作压力,取P1=1Mpa;活塞杆直径（m）; 活塞缸内径m）;液压缸机械效率，在工程机被中用耐油橡胶可取n =0.960选择
6、适当的液压缸工作压力很重要。 选高了，可以减小液压缸内径及其执行 机构的尺寸，使机械手手臂结构紧凑，但要选用价格较贵的高压油泵和阀， 井使 密封复杂化。选低了，可用价格较低的泵和阀，但使结构庞大，自重增加。一般 取28Mpa表4-2推荐了几组数据，可供选择液压缸工作压力时参考。表4 一1液压缸工作压力作用在活塞上的 外力F（ N）液压缸工作压力（Mpa作用在活塞上的 外力F（ N）液压缸工作压力（Mpa50000.8120000300002.04.05000100001.52.030000500004.05.010000200002.53.0500005.07.0通过计算所选择的液压缸内径，应
7、尽可能是标准值，液压缸内径系列（JB826-66 ）如表4-3所示。20253240*50*5563*（65）70（75）80*（85）90*（95）100*（105）110125*（130）140*160*180200*250表4-2液压缸内径系列JB826-66(mrh注：1.内的尺寸尽可能不用。2. *号为（JB1086-67）标准系列液压缸壁厚计算，按中等壁厚进行计算: 估取壁厚6mm中等壁厚，即3.2 ： D 15d时，一般应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为P立Nk式中FK临界力（N），可按材料力学有关公式计算。Nk安全系数，=2 4取Nk=42.3.3、大柔度杆的临界力Fk.I当
8、 -1时，临界力Fk为i=200.96 NPk 二L 为活塞杆的计算长度（m），油缸支承情况和活塞杆端部支承情况不同, 活塞杆计算长度不同，见表46；i为活塞杆横截面的惯性半径（m ,J为活塞杆截面对中性轴的惯性矩（m 2 占 d 3.14 16 f = 4）,44,d 25J =6464E为弹性横量，E=210GPa为长度折算系数，见表46;1为特定的柔度值,FK =3.142 21 10528.642200.96=4.9 104N _P，故活塞杆的稳定性满足条件。2.3.5、油缸端盖的连接方式及强度计算保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距匕，进而决定螺钉的数目 缸的一端为缸体与缸盖铸造成一
9、体，另一端缸体与缸盖采用螺钉连接。(1)缸盖螺钉的计算为保证连接的紧密性，必须规定螺钉的间距h，进而决定螺钉的数目在这种连接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力 Q。为工作载荷Q和预进力QO 之和。2卫P式中：、：0 =F 4Z ZP驱动力NP工作压力MpaZ螺钉数目，取42314 0.032450000=24.5Ns 预紧力Ns =K =1.8 24.5=44.15N，K=1.5-1.8螺钉的强度条件为:13。d144Qi:didiQi=1.3、o, Qi=1.3 837=1088.1N计算载荷(NNd1冷爲二占鵲牛1.65，螺钉内径取d1=6mm表3-1螺钉间距右与压力p的关系工作压力P1 ( Mpa )螺钉间距t1 (mr)i0.5 1.51501.5 2.51202.5 5.0:1005.0 108051255 5 = =837Mpa抗拉许用应力（Mpa） n 1.5n =1.2-2.5，d1 螺纹内径（mm表4-7常用螺钉材料的流动极限(Mpa)钢号10A2A3354540cr210220240320360650-900(2)缸体螺纹计算十KQ2 2 二（d -D ）（3.23）d輕碍平应*, 二、3.14 24.5二 D2P，、s =KP =（1.5-1.8） PD油缸内径K1 -考虑螺纹拉应力和扭应力合成作用系数取K1 =1.3故螺纹 内径d1=4mm符合要求。
