图5-1所示的油缸在启动时，导向装置处的摩擦阻力较大，估计如下：
由于导向杆对称配置，两导向杆受力均匀，可按一只导向杆估算，忽略导向杆直径的影响，根据它手里的平衡条件推得：
2L?a P导?G总??1
a式中 G总— 参与运动的零部件的总重量，N（包括被抓物件重量）估算G总为80kg
L — 手臂缩回时参与运动的零部件的总重量的重心C到导向支承前端的距离mm L?50mm
a — 导向支承的长度，mm a=160mm
?— 摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时，钢对钢的取??0.1 ?1— 当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关，对于
圆柱面?1?1.27?1.57 ，取?1=1.4
则： P导?80?10?0.1?1.4? ?182N
2?50?160
1603.密封装置处的摩擦阻力
P封
P封，
在压力油驱动活塞运动时，各密封装置处摩擦阻力之和为即
P封?P封1?P封2?P封3
P封1、P封2、P封3分别为活塞杆和缸盖处、活塞与缸壁处、伸缩油管
处等密封装置处的摩擦阻力，其值随密封圈结构的不同而异。
当油缸的工作压力不大于100?105N/m2时，活塞杆直径为油缸直
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径的一半，活塞和活塞杆处走采用O型密封圈时，油缸密封处的总摩擦力为：
P封1?P封2?0.03p1
=0.03?1256=37.7N
伸缩油管处的摩擦阻力P封3为：
P封3??p?dl
式中 ?—密封圈与配合面的摩擦系数，主要与密封圈形式、材料与配合接触的零件材料和油液压力有关。
对于O型橡胶密封圈，当油液压力p???????5N/m2时，
???????。油????压?力高时?取小值，压力低时?取大值，在本次液设计中取??????。
P—密封处的工作压力，N，P=10?105N/m2
d—伸缩油管直径，m，d=0.006m
l—密封的有效长度，m
密封的有效长度l近似估算为：
2 l?d02k?k
?0.14在这里取k=0.12 式中：k—为压缩率 一般为0.08，
d0—为O型密封圈截面直径，m 对应图带入
则： l??????2?0.?12 ?0.0014m
20?. 12P?dl 封3??p5 ?0.04?10?10?3.14?0.006?0.0014?1.1N
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P封?P封1?P封2?P封3
?37.7?1.1?38.8N
4.惯性力P惯
机械手的手臂在起动时，活塞杆上所受到的平均惯性力，可近
似计算如下：
P惯?G总?v
g?t式中： G总 — 参与运动的零部件的总重量，N（包括被抓物件重
量）G总?80kg
g — 重力加速度，m/s2 g?10m/s2 ?v — 速度变化量，m/s ?v?0.75m/s，
?t — 启动过程的时间，s ?t?0.1s
80?100.75?则： P惯? 100.1 ?600N 5.背压阻力P回
背压阻力为油缸低压油液所造成的阻力。一般被压阻力较小，
可按PP工计算。 回?0.05由于P工?0，故P回?0。 所以：
P驱?P工?P导?P回 封?P惯?P = 0+182+38.8+600+0
= 821N
因为：P 驱? 821N?P?1256N，故该油缸的尺寸符合使用要求。
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5.1.3 导向装置
液压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。目前导向杆常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中采用双向导向杆来增加手臂的刚性和导向性[16]。
5.1.4 平衡装置
在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩油缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和油缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。
5.2 手臂升降油缸的设计与校核
5.2.1 尺寸设计
油缸运行长度设计为l?100mm,油缸运行速度为250mm/s，加速度时间?t?0.1s,油缸内径为D1?80mm,半径R=40mm,进油压力为
p=50?105N/m2，做升降运动的总重量G总?900N。
5.2.2 尺寸校核
驱动力P驱为：
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P驱?P工?P背?P惯?P摩?P封
由经验公式可得：
P工?G总?900N
P工?0.05?900?45N 背?0.05PP惯?G总9000.25a???225N g100.1PG总?0.1?900?90N 摩?0.1P封?0.06G总?0.06?900?54N
P?惯P?回P故：P 驱?P工?P导?封 =900+45+225+80+54 =1304N
作用在活塞上的推力P： P??D243.14?0.082?50?105 =4 ?25120N
p
?P?25120N因为P，所以伸缩油缸的尺寸符合要求。 驱?1304N5.3 手臂回转油缸的设计与校核
采用回转油缸实现手臂回转运动时，其受力情况可简化成如图
5-2所示。
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