小，通过调整两块回转定位块8和回转中间定位块9的位置而定。
5.3手臂伸缩气缸的设计
1．驱动力计算
根据手臂伸缩运动的驱动力公式:F=Ff +
m???t
其中，由于手臂运动从静止开始，所以△v=v,
摩攘系数:设计气缸材料为ZL3，活塞材料为45钢，查有关手册可知f=0.17.质量计算:手臂伸缩部分主要由手臂伸缩气缸、手臂回转气缸、夹紧气缸、手臂伸缩用液压缓冲器、手爪及相关的固定元件组成。气缸为标准气缸，根据中国烟台气动元件厂的《产品样本》可估其质量，同时测量设计的有关尺寸，得知伸缩部分夹紧物体时其质量为70kg，放松物件后其质量为55kg.接触面积:S=O.5m2 则上料时：Ff?70?10?0.5?350?N? F=Ff +
m???t
?3 =350?70?600?100.05
=1540（N）
下料时：Ff?55?10?0.5?275?N? F=Ff +
m???t
=275?55?600?10?3/0.05 =935(N)
考虑安全因素，应乘以安全系数K=1.2
则上料时: F=1540?1.2=1850 (N) 下料时: F=935?1.2=1120 (N)
2、气缸的直径
根据双作用气缸的计算公式:F1??Dp?4
22 F2???D?d4?p?
其中: F1——活塞杆伸出时的推力，N
F2——活塞杆缩入时的拉力 d——活塞直径，mm
31
P——气缸工作压力，Pa
代入有关数据，得:
当推力做功时: D?4F1?p?
1/2?4?1850 =?3???5?10?0.4?????
=108.5(mm)
当拉力做功时:
D=(1.01～1.09)(4F2/??p??1/2
=(1.01～1.09)?4?1122/??5?105?0.4? =92.12(mm) 圆整后，取D=100mm
3、活塞杆直径的计算
根据设计要求,此活塞杆为空心活塞杆，目的是杆内将装有3根伸缩气管。因此，活塞杆内径要尽可能大，假设取d=70mm, d0=56mm. 校核如下:(按纵向弯曲极限力计算)
气缸承受纵向推力达到极限力Fk以后，活塞杆会产生轴向弯曲，出现不稳定现象。因此，必须使推力负载(气缸工作负载F1与工作总阻力Fz之和)小于极限力Fk。
该极限力与气缸的安装方式、活塞杆直径及行程有关。有关公式为: FK?1?fA1a?L?n???k?21/2
式中: L——活塞杆计算长度，m
K——活塞杆横截面回转半径，空心杆K?d0——空心活塞杆内孔直径，m A1——活塞杆横截面面积，空心杆A1??dd2?d042，m
?4?d0464?，m
2
f——材料强度实验值，对钢取f=2.1?107Pa
a——系数，对钢a=1/5000
代入有关数据，得:
32
FK?1?fA1a?L?n???k?2
= =573(KN)
推力负载为: Ff?Fz??4DP249?10??/470?101?1/5000?300?10?37??32??56?10?32/?70?10???3?2??32?56?10??
/4
?4?0.4?10?100?106代入有关数据，得: Ff?Fz=
??3?2
=3142(N) Ff?Fz< 所以，安全。设计符合要求。 4,缸筒壁厚计算 根据公式：??DPp2??? 式中Pp为实验压力，取Pp=1.5P=0.6?106Pa 材料为ZL3，则[?]=3MPa，则： ??DPp2??? ?3 = 100?10?0.6?10662?3?10 =10 mm 取?12 mm. 5.4手臂伸缩、升降用液压缓冲器 手劈伸缩 、升降用的是两级节流阻尼的液压缓冲器，其工作原理相同，结构略有差异，手臂伸缩用液压缓冲器结构和工作原理如附图所示。在缓冲器缸体1上，装置了可调节流阀a和b，每个节流阀各自并联两只单向阀组成第一级缓冲油路，由可调节流阀c单独组成第二级缓冲油路。当手臂运动到定位前的减速位置时(对于伸缩运动定位前的20-40mm;对于升降运动定位前的15^-30mm)，运 33 动部件接触缓冲器油缸的活塞杆5，使油缸左腔里的油液通过节流阀a、单向阀 d, e(见原理图)流到油缸的右腔，油液受阻产生阻力抵消运动件(手臂)的部分驱动力和惯性力，使手臂减速运动。当活塞杆5的活塞堵住油口A时，左腔的油液经油口B和节流阀c流到右腔，油液继续受阻，手胃继续减速并最后定位。 缓冲器的级冲行程范围为0-39mm(第一级缓冲行程范围为。-28mm;第二级缓冲行程范围为28-39mm)。第一级缓冲的阻尼力可分别调节节流阀a, b来实现，第二级缓冲的阻尼力可以调节节流阀c来实现(见缓冲工作原理图)。当缓冲行程为30mm时，该缓冲器可以达到平均减速度约为24m/s2，阻尼时间约为0.03s. 5.5手臂回转用液压缓冲器 工作原理如附图所示，手臂回转运动的液压缓冲器是双缸两级节流阻尼管路 连接式的液压缓冲器，缓冲器第一级节流阻尼由单向节流阀(L1-25) 4完成，第二级节流阻尼由装在缓冲油缸端盖上的可调缓冲阀完成。挡块气缸1的活塞杆作为中间位置定位用，其动作由双电磁铁滑阀A控制。每当手臂旋转要求有中间定位点时，挡块气缸活塞杆作一次伸缩运动，其动作时间与手臂回转动作的指令时间无关。图示为手臂回转中间定位块在某工位即将碰到挡块气缸活塞杆时的位置。当手臂转动到该工位即将停止时，回转中间定位块碰挡块气缸1，使挡块气缸向左移动，左边缓冲油缸2中的油经过两次节流回到气一液转换缸3中，从而起到缓冲作用.当此工位工作完毕，发出信号双电磁铁滑阀A换向，挡块气缸1上部进气使活塞杆下降，同时压缩空气通过电磁滑阀B进入气一液转换缸3的右腔，使压力油进入处于定位状态的左边缓冲油缸2中，使活塞杆伸出把挡块气缸1推回到中间位置，为下一工位的定位缓冲做好准备.在手臂从第一工位转到第二工位或再转到第三工位22一，亦可重复上述两次缓冲动作过程，因此此液压缓冲器可以实现多个定位点的缓冲和定位。经实践使用，效果较好。挡块气缸从定位缓冲位置回到中间位置的这一复位动作在0.2s以内。 这个液压缓冲器的缓冲行程最大为40mma缓冲油缸的阻尼力在第一段行程 0-24mrn范围时，调节单向节流阀4,阻尼力约为1500-2000N;在第二段行程 24-40mm范围时，调节阻尼螺钉，阻尼力约为700-1000N 。 第六章气动系统设计 34 6.1气压传动系统工作原理图 图6- 1所示为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机(排气压力大于0.4～0.6M Pa) 通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。 图6-1 机械手气压传动系统工作原理图 Fig.6-1 Principium Diagram Of Air Pressure System of Manipulator 35