4. 具有足够的强度和刚度
手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，当应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。
5. 考虑被抓取对象的要求
根据机械手的工作需要，通过比较，我们采用的机械手的手部结构是一支点 两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成V型。[16]。
4.2 手部夹紧气缸的设计
4.2.1 弹簧的设计计算
选择弹簧是压缩条件，选择圆柱压缩弹簧。如图4-1所示：
图4-1 圆柱压缩弹簧
图4-1中，D为弹簧中心线到弹簧丝中心的距离；D1为弹簧中心线到弹簧丝内圈的距离；D2为弹簧中心线到弹簧丝外圈的距离；d为弹簧丝直径；H0为弹簧长度，本次设计弹簧具体尺寸参数如下：
D=20mm；d=7mm ；D1?D?d=16.5mm ；D2?D?d=27mm；
H0?50mm;n?5
16
4.2.2 对于压缩弹簧稳定性的验算
对于压缩弹簧如果长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了避免这种现象本次使用的压缩弹簧的长细比
H50b?0??2.5，本设计弹簧是2端自由，根据下列选取：
D20当两端固定时，b?5.3,当一端固定；一端自由时，b?3.7；当两端自由转动时，b?2.6。
本设计弹簧b?2.5?2.6，因此弹簧稳定性合适。
4.2.3 疲劳强度和应力强度的验算。
对于循环次数多、在变应力下工作的弹簧，还应该进一步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算（如果变载荷的作用次数N?103，或者载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算）。
现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式：
SSca?式中：
?S?SS?max (4-1）
Ss选取1.3到1.7之间（力学性精确能高）
K取1.2 F取1620N
8KDF8?1.2?0.020?max=??1621?288975135
?d33.14?0.0073SSca
?s800?106pa???2.768?SS ?max288975135pa17
结论：经过校核，弹簧适应。
4.2.4 手部驱动力计算
本次设计的机械手手部结构示意图如下图4-2所示:
图4-2 齿轮齿条式手部
其工件重量G=1公斤，
V形手指的角度2??120?，b?100mm?R?40mm,摩擦系数为f?0.10 (1) 根据手部结构的传动示意图，其驱动力为:
2bN （4-2）p? R(2) 根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式:
N?0.5Gtg?=0.5?10?tg60=8.66（N）（4-3） 取8.7N
所以
2bN?43.5(N) p?R (3) 实际驱动力:
18
p实际?pK1K2? （4-4）
因为传力机构为齿轮齿条传动，故取??0.94，并取K1?1.5。若被抓取a工件的最大加速度取a?3g时，则:K2?1??4
g1.5?4?277.65(N) 取280（N) 0.94所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为280N。
所以p实际?43.5?4.2.5 气缸直径的设计计算
本气缸属于单向作用气缸。根据力平衡原理，单向作用气缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为:
F1??D2P4?Ft?Fz （4-5）
式中:
F1 ——活塞杆上的推力，N。
Ft——弹簧反作用力，N。
Fz——气缸工作时的总阻力，N。
P—— 气缸工作压力，Pa。 弹簧反作用按下式计算:
Ft?Gf(1?s) （4-6）
Gf=式中:
Gd148D1n3 （4-7）
Gf——弹簧刚度，N/m。
1——弹簧预压缩量，m。
s——活塞行程，m。
19
d1——弹簧钢丝直径，m。 D1——弹簧平均直径，mm。
n——弹簧有效圈数.
G——弹簧材料剪切模量，一般取G?79.4?109Pa 在设计中，必须考虑负载率?的影响，则:
F?D2p?1?4?Ft 由以上分析得单向作用气缸的直径:
D?4(F1?Ft)?pn 代入有关数据，可得
Gd33179.4?109?(7?10?3Gf?8D3?)1n8?(54?10?3)3?5 ?3026.714(N/m)
Ft?Gf(1?s)
?3026.714?60?10?3?181(N)
所以: D?4(F1?Ft)?pn?4?(280?181)??5?3.46?10?2?58.24(mm) 查有关手册圆整，得D?63mm
,可得活塞杆直径:d?(0.3?0.4)D?18.9?25.2mm
圆整后，取活塞杆直径d?28mm校核，按公式F1/(?/4d2)?[?]有: d?(4F1/?[?])0.5 其中，[?]?120MPa，F1?280N
20
4-8）4-9）(4-10)
（
（