苏州大学学士学位论文
（1） 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。
（2） 提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。 （3） 合理布置作用力的位置和方向。 （4） 注意简化结构。 （5） 提高配合精度。
二、 臂部运动速度要高，惯性要小 三、手臂动作应该灵活
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： （1） 双导杆手臂伸缩机构。
（2） 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。
（3） 双活塞杆液压岗结构。 （4） 活塞杆和齿轮齿条机构。 5.2.2 手臂运动机构的选择
（1） 通过以上，综合考虑，本设计要求机械手垂直移动，选择齿轮齿条机构。 臂部采用铝合金材料，这样可以减少手臂运动件的重量，可以减少臂部的惯量。臂部通过焊接与腕部相连，再通过焊接与齿条外面的端板相连接。通过M6的螺钉将外端板与齿条相联接。这样当齿条磨损后，可以换新的齿条。
5.3本章小结
本章设计了机械手的手臂结构，手臂采用齿轮齿条机构，对手臂与手腕以及与齿条联结的方式做了介绍。
- 16 -
苏州大学学士学位论文
6 机身的设计计算
机身是直接支撑和驱动手臂的部件。一般实现手臂的回转和升降运动，这些运动的传动机构都安在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。因此，臂部的运动越多，机身的机构和受力情况就越复杂。机身是可以固定的，也可以是行走的，还可以沿地面或架空轨道运动。
6.1 机身的整体设计
按照设计要求，机械手要实现手臂的水平运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑，分析。
- 17 -
苏州大学学士学位论文
机身承载着手臂，做垂直运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种：
（1） 回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺
点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。
（2） 回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构
紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。 （3） 活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿
轮的往复回转带动与手臂连接的齿条的往复运动，从而使作水平运动。 分析：
经过综合考虑，本设计选用齿条齿轮结构。齿轮通过键与轴相连接，电动机再通过V带轮带动轴转动，从而带动齿轮转动，齿轮将运动传递给齿条，最终通过齿条使机械手能够作垂直运动。
6.2 传动系统设计计算
6.2.1 轴的设计计算
轴是组成机器的主要零件之一,一切作回转运动的传动零件(例如齿轮,蜗轮等),都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。
在此次设计中，选择45钢作为轴的材料。因为碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以碳钢制造轴尤为广泛。 选择轴径： 轴的直径d?A03P n因为轴的材料为45钢，所以A0?126?103 取A0?115
因为选择的电动机型号为Y160M2—2，额定功率
P额=11Kw，转速
nP=
额=1500r/min，又因为传递的效率?=0.909，所以轴上的输入功率
P额?=11Kw ×0.909=10Kw。转速n=(1500/1.5625)r/min=960r/min
- 18 -
苏州大学学士学位论文
所以d?115?310?25.115mm 960 所以取轴的最小轴径d=35mm。 轴的设计结构见下图
6.2.2 V带的设计计算
带传动是由固联于主动轴上的带轮，固联于从动轴上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。
在一般机械传动中，应用最广的是V带传动。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传性能上的最主要优点，再加上V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及V带多已标准化并大量生产等优点，因而V带传动的应用比平带传动广泛得多。因此采用V带传动。
- 19 -
苏州大学学士学位论文
因为电动机型号为Y160M2—2，额定功率
P额=11Kw，转速
n额=1500r/min，传动比i=1.5625，一天运转 16h.
1.确定计算功率
由表8—6查得工作状况系数KA=1.1,故
Pca=
KAP =1.1×11=12.1Kw
2.选择V带带型
普通V带的抗拉体的结构分为帘布芯和绳芯两种。帘布芯V带，制造方便。绳芯V带柔韧性好，抗弯强度高，适合于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。 而窄V带是用合成纤维绳作抗拉体，与普通V带相比，当高度相同时，窄V带得宽度约缩小1/3，而承载能力可提高1.5-2.5倍，适合于传递动力大而又要求传动装置紧凑的场合。
因为此次设计得机械手机构需传递较大得动力，而且要求传动装置尽量紧凑，所以采用窄V带。 3.选取窄V带带型
根据Pca,n1由图8—9确定选用SPZ型。 4.确定带轮基准直径
由表8—3和表8—7取主动轮基准直径dd1=80㎜。 根据式（8—15），从动轮基准直径
dd2=idd1=（1500×80÷960）㎜=125㎜ 根据表8—7，取=125㎜。 按式（8—13）验算带的速度 V=
?dd1n160?1000???80?150060?1000 =6.28m/s<35m/s
带的速度合适。
5.确定窄V带的基准长度和传动中心距
根据0.7(dd1+dd2)
- 20 -