(四)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。
(五)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，其结构如附图所示.
3.1.3手部夹紧气缸的设计
1、手部驱动力计算
本课题气动机械手的手部结构如图3-2所示，其工件重量G=10公斤，“V”形手指的角度2?=120°，b=120mm， R=24mm,摩擦系数为f=0.10 。
图3-2 齿轮齿条式手部 Fig.3-2 Gear Wheel Hand
(1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为: P?
2bRN
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(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?tg?60??5?42`??50?N?
所以：
P?2bRN=490（N）
(3)实际驱动力:
P实际?PK1K2?
因为传力机构为齿轮齿条传动，故取?=0.94 ，并取K1=1.5. 若被抓取工件的最大加速度取a=g 时，则: K2?1?所以：
P实际?490?1.5?20.94?1563?Nag?2
?
所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为1563N。 2、气缸的直径
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??Dp42?Ft?Fz
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?Cf?l?S? Cf?Gd1348D1n
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Dt?D2?d1
式中: Cf—— 弹簧刚度，N/m
L—— 弹簧预压缩量，m S——活塞行程，m d1——弹簧钢丝直径，m Dt——弹簧平均直径，m D2——弹 簧外径，m n —— 弹 簧 有效 圈数
G—— 弹簧 材料剪切模量，一般取G=79.4X 1 护Pa
在设计中，必须考虑负载率几的影响，则: F1??Dp?42?Ft
由以上分析得单向作用气缸的直径:
??4?F?Ft??1???p?? D?代入有关数据，可得： Cf?Gd134
8D1n
9
?79.4?10?3.5?10?3677.46?N/m???34?/?8??30?10??15?
?3 Ft?Cf?l?S?
?3
?3367.6?60?10?220.6N
18
所以：D???4?F?Ft??1???p??
?4??490?220.6?/??0.5?10?0.46????1/2?65.23?mm?
查有关手册圆整，得D=65 mm
由d/D=O.2～0.3， 可得活塞杆直径:d=(0.2～0.3)D=13～19.5 mm 圆整后，取活塞杆直径d=18 mm 校核，按公式
Ft????
?/4d2有: d??4Ft/?????1/2
其中???=120MPa, Ft=750N 则:d ?(4?490/??120)1/2
=2.28 ?18
满足设计要求。 3、缸筒壁厚的设计
缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:
??DPp/2??? 式中: 6—— 缸筒壁厚 mm
D——气缸内 径 ，咖
Pp——实验压力，取Pp=1.5PtPa
材料为 : ZL3,[?] =3MPa 代入己知数据，则壁厚为: ??DPp/2???
=65?6?105/?2?3?106??10?3 =6.5 mm
取?=7.5 mm，则缸筒外径为:D=65+7.5?2 =80 mm。
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3.2气流负压式吸盘
气流负压式吸盘是利用吸盘(即用橡胶或软性塑料制成皮腕)内形成负压将工件吸住。它适用于搬运一些薄片形状的工件，如薄铁片、板材、纸张以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形壳体零件等，尤其是玻璃器皿及非金属薄片，吸附效果更 为明显。
气流负压式与钳爪式手部相比较，气流负压式手部具有结构简单，重量轻， 表面吸附力分布均匀，但要求所吸附表面平整光滑、无孔和无油。
按形成负压(或真空)的方法，气流负压式手部可分为真空式、气流负压式和挤压排气式吸盘。在本机械手中，拟采用喷射式气流负压吸盘。
图 3- 3 喷 射 气 流 原 理 图
Fig.3-3 Principium Diagram Of Eject Airflow
喷射式气流负压吸盘的工作原理如图3-3所示，根据流体力学，气体在稳定流动状态下，单位时间内气体经过喷嘴的每一个截面的气体质量均相等。因此，在最简单的情况下，低流速(高压强)截面的喷嘴应当具有大面积，而高流速(低压强)截面的喷嘴应当具有小面积。所以，压缩空气由喷嘴进口处A进入后，喷嘴开始一段由大到小逐渐收缩，而气流速度逐渐增大，当沿气流流动方向截面收缩到最小处X时〔即临界面积)，流速达到临界速度即音速，此时压力近似为喷嘴进口处的压力之半，即0.52 8P,。为了使喷嘴出口处的压力
=
低于Pk，必须在喷嘴临界面以后再加一段渐扩段，这样可以
在喷嘴出口处获得比音速还要大的流速即超音速，并在该处建立低压区域，使C处的气体不断的被高速流体卷带走，如C处形成密封空腔，就可使腔内压力下降而形成负压。当在C处连接橡胶皮腕吸盘，即可吸住工件。
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