西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）
图3-5 手腕运动示意图
3.2.2 腕部回转力矩的计算
腕部回转时，需要克服以下几种阻力：
（1） 腕部回转支承处的摩擦力矩M摩 ： 由静力学平衡方程求得
M摩＝
f2?R1D1?R2D2?×?kgf?m?
式中：D1、D2—轴承直径(m) R1、R2—轴承处支反力(kgf-m)
f—轴承的摩擦系数，对于滚动轴承f=0.01-0.02 为简化计算取M摩?0.1M总阻力矩
G1—工件重量（kgf） G2—手部重量（kgf） G3—手腕转动件重量（kgf）
（2）克服由于G1重心偏置所引起的力矩M偏：
M偏＝G1?e（kgf） 式中e—工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（m） （3）克服启动惯性，所需的力矩M惯
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（3—10）3—11） （ 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）
启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角加速度?及启动所用的角速度
?起,
?2 M惯＝0.0175??J?J工件?? （3—12）
2??式中:J工件—工件对手腕回转轴线的转动惯量?kgf?m?s2?
J—手腕回转部分对手腕回转轴线的转动惯量?kgf?m?s2?
?—手腕回转过程的角加速度?秒?
?—启动过程所转过的角度（度）
手腕回转所需要的驱动力矩应当等于上述三项之和： M总?M偏?M摩?M惯
因为手腕回转部分的转动惯量?J+J工件?不是很大，手腕起动过程所产生的转动力矩也不大，为了简化计算，可以将计算M偏，M摩适当放大，而省略掉M惯，这时 M总?1.1?M偏?M摩?
①设手指，手指驱动油缸及回转油缸转动件为一个等效圆柱体，L=50cm，直径D=10cm，则m=27.5kg。
②摩擦阻力矩M摩＝0.1M总阻力矩
③设起动过程所转过的角度?起＝20,等速转动角速度??100?s
?2 M偏＝0.0175??J?J工件??
2??查型钢表有： J? J工件代入M惯＝256（N·m）
1mR2?0.034?kgf?m?s2? （3—13） 21?m?L2?3R2??6.028?kgf?m?s2? （3—14） 12M偏＝0 M摩＝0.1M总阻力矩
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M摩＝0.1M总阻力矩+265 M=
确定转轴的最小尺寸：
d?3265?294.4?kg?m? 0.9M驱 （3—15）
0.2????T3WT—抗扭剖面模量, WT?0.2d3，?T?294.4?100.2d3????T
d?15mm，取转轴直径d=40mm。 查得???T?60MPa,
④回转油缸所产生的驱动力矩计算
回转油缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩M总，机械手的手腕回转运动所采用的单叶片回转油缸，其结构简图如图3-6所示，它的回转角小于360度。定片2与缸体1固连，动片3与输出轴4固连，当a,b口分别进出油时，动片带动输出轴回转达到手腕回转目的。
图3-6 叶片式摆动缸结构简图
p··b（R2-r2) M=?M总 （3—16）
2 式中：M总—手腕回转总的阻力矩（N·m） P—回转油缸的工作压力
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r—缸体内径半径（cm） R—输出轴半径（cm）
b—动片宽度
注：可按外形要求或安装空间大小，先设定b,R,r中两个：
2b2b?2，取=3
D-dD-dDD =1.5-2.5, 取=2
dd又因为d=40mm，则D=80mm，b=60mm 去顶回转油缸工作压力：
p?2M总2?294.42?8.01(kg/cm) ?2222b(R?r)6?(8?4)由于系统工作压力远远大于此压力，因此回转油缸的工作压力足以克服摩擦力。
3.2.3 腕部摆动油缸设计
M?M摩?M偏?M惯 （3—17） 偏离重心e的计算及M偏
图3-4 腕部摆动油缸设计尺寸图
估计L=45cm，e1?16cm,e2?45cm,R?5cm，m杆?29.7kg e?(m杆?e1?m件?e2)/m杆?m件=30cm 克服重心偏置所需的力矩M偏?G·e?16.41(kgf?m)
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克服摩擦所需力矩M摩=0.1cm 克服运动惯性所需的力矩M惯：
J杆=m(L2?3R2)/12?me12?0.7654(kg-m-s2)
J件=me22=25?0.452=5.1(kg-m-s2) J总=5.8654(kg-m-s2)
M惯=JW/t
设w=500/s,?起?20o
M惯=0.0175J总w2/?起=12.83(kgf·m)
则摆动所需的驱动力矩：
M?M摩?M偏?M惯=32.14(kgf·m)
确定转轴的最小直径：
TtM驱/WT?[T] （3—18）
抗拒剖面摸量WT?所需驱动力矩：
d?取d=50mm
所以机械手的摆动采用单叶片回转油缸，定片与缸体固连，动片与转轴固连，当两油口分别进出油时，动片带动转轴转动达到腕部摆动目的。
p·(bR2?r2)?M总 M?2D2b?2 =1.5-2.5,
dD-dD2b取 =2，=3
dD?d3?16d3(mm3)
16M驱?30mm
?[?]T又因为：
所以：d=50mm，所以D=100mm，b=75mm 确定回转油缸工作压力：
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