图4-1 手部结构简图
手腕回转运动驱动力矩，应根据抓紧工件时运动产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算
[13]
。回转动时，由于起动过程中不是等加速运动，所以最大驱动力矩比理论
上平均值大一些，计算时一般取1.3倍。计算时还要考虑液压马达的机械效率?m（0.9～0.99），驱动力矩按下式计算：
T手腕?1.3(Tf?Ta)/?m式中：Tf （4-9）
——摩擦力矩(包括各支承处的摩擦力矩)（M?m）；
，一般按下式计算： Ta——起动时惯性力矩（M?m）
Ta?J??J其中： J??（4-10） ?t——臂部对其回转轴线的转动惯量（M?m）；
??——速度变化量（rad/s）；
?t——回转运动起动或制动所需的时间（s），一般为0.1～0.5s。对轻载低
速运动部件取小值，对重载高速部件取大值，行走机械一般取1.5m/s。
经过计算可得如下结果：
?v?0.5～?tTf?0
Ta?J??0.5?(20.26?3.2)??23.26N?m ?t0.5T手腕?1.3(Tf?Ta)/?m=1.3?(0?23.26)/0.95?31.8N?m
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4.6 机身摆动机构载荷力矩的计算
臂部回转运动驱动力矩,应根据启动时产生的惯性力矩与回转部件支承处的摩擦力矩来计算。回转动时,由于起动过程中不是等加速运动,所以最大驱动力矩比理论上平均值大一些，计算时一般取1.3倍。计算时还要考虑液压马达的机械效率?m（0.9～0.99），驱动力矩按下式计算：
T手臂?1.3(Tf?Ta)/?m
式中： Tf——摩擦力矩(包括各支承处的摩擦力矩) （M?m）；
，一般按下式计算: Ta——起动时惯性力矩（M?m）
Ta?J??J其中： J?? ?t——臂部对其回转轴线的转动惯量（M?m）；
??——速度变化量（rad/s）；
?t——回转运动起动或制动所需的时间（s）, 一般为0.1～0.5s。对轻载低
速运动部件取小值，对重载高速部件取大值，行走机械一般取
?v/?t=0.5～1.5m/s。
在计算臂部部件的转动惯量时，可将形状复杂的零件简化为几个形状简单的零件，分别求出各简单零件的转动惯量。若零、部件沿臂部伸缩运动方向上的轴向尺寸与其重心到回转轴线的距离比值不超过二分之一时，一般可把它当作质点来计算，这样简化计算的误差不超过5%。经过计算可得如下结果：
Tf?0
Ta?J??0.5?(204.4?28.2)??232.6N?m ?t0.5T手臂?1.3(Tf?Ta)/?m=1.3?(0?232.6)/0.95?318.3N?m
4.7 初选系统工作压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力选低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。选择可参考一下两表：
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表4-1 按载荷选择工作压力
[9]
载荷/KN 工作压力/MPa <5 <0.8～1 5～10 1.5～2 10～20 2.5～3 20～30 3～4 [9]30～50 4～5
>50 ≥5 表4-2 各种机械常用的系统工作压力
机 机械类型 磨床 工作压力/MPa 0.8～2
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农业机械 小型工程机械 拉床 8～10 建筑机械 液压凿岩机 10～18 液压机 大中型挖掘机 起重机械 起重运输机械 20～32 床 组合 机床 3～5 龙门 刨床 2～8 从各方面综合考虑，根据计算所得的数据，搬运机械手的工作压力选择为8MPa。
第5章 机械手各部件结构尺寸计算及校核
本次设计的机械手的主要结构部件即为液压缸，总体结构尺寸即为液压缸尺寸。一般来说液压缸是标准件,但有时也需来自行设计,故需了解其主要尺寸的计算及强度、刚度的验算方法。对于活塞缸，缸的直径是指缸的内径。缸的内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。
5.1 手指夹紧机构结构尺寸的确定
手指夹紧采用的单作用活塞缸，由上章已知其载荷力大小。
(1)液压缸内径及活塞杆外径的确定
为液压缸活塞杆工作在受压状态，下图为活塞杆工作在受拉状态。 活塞杆受压时
图5-1 活塞杆受压示意图
F?活塞杆受拉时
FW?W（5-1） ?p1A1?p2A2
图5-2 活塞杆受拉示意图
F?FW/?W?p1A2?p2A1 （5-2）
式中： A1??/4D2——无杆活塞杆有效作用面积（mm2）；
222 A2??/4(D?d)——有杆活塞杆有效作用面积（mm）； P1——液压缸工作腔压力8MPa；
P2——背压力，液压缸回油腔压力，其值根据回路的具体情况而定，初算时可参照表5-1，此处选取背压p2?0。
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D——油缸内径（mm）； d——活塞杆直径（mm）。
表5-1 执行元件背压力
[9]
系统类型 简单系统或节流调速系统 回油路带调速阀系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短，且直接回油箱 背压力/MPa 0.2～0.5 0.4～0.6 0.5～1.5 0.8～1.5 1.2～3 可忽略不计 对单活塞杆缸，无杆腔进液体或气体时，不考虑机械效率，可得：
4F1d2p2?D=?(p1?p2)p1?p2有杆腔进液体或气体时，不考虑机械效率，可得：
（5-3）
4F2d2p1D=??(p1?p2)p1?p2这时，上面两式便可简化，即无杆腔进液体时：
（5-4）
D=有杆腔进油时：
4F1?p1（5-5）
D=4F2?d2?p1（5-6）
若综合考虑排液对活塞产生的背压，活塞和活塞杆处密封及导套产生的摩擦力，以及运动件质量产生惯性力等的影响，一般取机械效率?cm?0.8或0.9。活塞杆的杆径d可根据工作压力选取，见表5-2。
表5-2 按工作压力选取d/D
[11]
工作压力/MPa ≤5.0 0.5～0.55 5.0～7.0 0.62～0.70 ≥7 0.7 d/D 当液压缸的往复速度比有一定要求时，杆径d可由下式计算。
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