西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）
P?2M总2 ?10.58kg/cm22b(R?r)由于系统工作压力远远大于此压力，因此该缸的工作压力足以克服摩擦力 3.2.4 选键并校核强度
转轴直径d=40mm,由参考文献[5]中GB1095-79选键为b?h=12?8 键校核如下公式：
?p=2T?103/kld?[?p] （3—19）
K—接触面的高度
k=0.4h=0.4×8=3.2mm
?p=32.24mpa≤[?p]
转轴直径d=50mm,由参考文献[5]中GB1095-79选键为b?h=20?10
k=0.4h=0.4×10=4mm
?p=13.208mpa≤[?p]
取接方式：静连接，轻微冲击，查得[?p]=100Pa 所以满足要求 3.3 臂部计算与分析 3.3.1 臂部设计的基本要求
手臂部件是机械手的主要执行部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工作），并带动它们作空间转动。
臂部运动的目的：把手部送到空间范围内的任意一点。因此，臂部具有三个自由度才能满足基本要求：即手臂绕横轴旋转，左右回转和俯仰运动。手臂的各种运动由油缸驱动和各种传动机构来实现，从背部的受力情况分析，它在工作中既直接承受腕部，手部和工件的静动载荷，而且自身运动又较多，故受力复杂。因而，它的结构，工作范围，灵活性以及抓重大小和定位精度等都直接影响机械手的工作性能。
机身是固定的，它直接承受和传动手臂的部件，实现臂部的回转等运动。臂部要实现所要求的运动，需满足下列各项基本要求：
（1）机械手臂式机身的承载
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机械手臂式机身的承载能力，取决于其刚度，结构上采用水平悬伸梁形式。显然，伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度逾差，而且其刚度随支臂杆的伸缩不断变化，对于机械手的运动性能，位置精度和负荷能力等影响很大。为可提高刚度，尽量缩短臂杆的悬伸长度，还应注意：
①根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸
臂部和机身既受弯曲（而且不仅是一个方向的弯曲）也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。所以机械手常用工字钢或槽钢作为支撑板，这样既提高了手臂的刚度，又大大减轻了手臂的自重，而且空心的内部还可以布置驱动装置，传动机构以及管道，有利于结构的紧凑，外形整齐。 ②高支承刚度和选择支承间的距离
臂部和机身的变形量不仅与本身刚度有关，而且同支撑的刚度和支撑件间距离有很大关系，要提高刚度，除从支座的结构形状，底板的刚度以及支座与底版的连接刚度等方面考虑外，特别注意提高配合面间的接触刚度。 ③合理布置作用力的位置和方向
在结构设计时，应结合具体受力情况，设法使各作用力的变形相互抵消。 a）设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽可能使结构简单，要全面分析各尺寸链，在要求高的部位合理，确定调整补偿环节，以及减少重要不见的间隙，从而提高刚度。
b）水平放置的手臂，要增加导向杆的刚度，同时提高其配合精度和相对位置精度，使导向杆承受部分或者大部分自重。
c）提高活塞和刚体内径配合精度，以提高手臂俯仰的刚度。 （2）臂部运动速度要高，惯性要小
机械手臂的运动速度是机械手主要参数之一，它反映机械手的生产水平，一般是根据生产节拍的要求来决定。在一般情况，手臂回转俯仰均要求均速运动，（v和w为常数），但在手臂的启动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，要求启动时间的加速度和终止前的加速度不能太大，否则引起冲击和振动。 对于告诉运动的机械手，其最大移动速度设计在1000～1500mm/s，最大回转角速度设计在180o/s内，在大部分行程距离上平均移动速度为1000mm/s内，平均回转角速度为90o/s内。
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为减少转动惯量的措施：
①减少手臂运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料。 ②减少手臂运动件的尺寸轮廓。
③减少回转半径，在安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸）， 尽可能在前伸位置下进行回转动作，并且驱动系统中设有缓冲装置。
（3）手臂动作应灵活
为减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滑动摩擦代替滑动摩擦。 对于悬臂式的机械手，其传动件，导向件和定位件布置应合理，使手臂运动过程尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生“卡死”的现象（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。
①计算零件重量，可分解为规则的体形进行计算。 ②计算零件重心位置，求出重心至回转轴线的距离。 ③求重心位置并计算偏重力臂?：
G总?G2?G爪?G腕?G臂????1 （3—20）
i?ln??G2?G爪?G腕?G臂??G2?G爪?G腕?G臂??2222??GX1i?ln1?Gi?ln （3—21）
i ④计算偏重力矩：
M偏?G总???G1X1 （3—22）
i=?n（4）位置精度要高
一般说来，直角和圆柱坐标式机械手位置精度较高；关节式机械手的位置最难控制，精度差；在手册上加设定位装置和自检测机构，能较好的控制位置精度，检测装置最好装在最后的运动环节以减少或消除传动，啮合件的间隙。
除此之外，要求机械手通用性要好，能适合做各种作业的要求；工艺性要好，便于加工和安装；用于热加工的机械手，还要考虑隔热，冷却；用于作业区粉尘大的机械手，还要设置防尘装置等。 3.3.2 手臂的设计计算
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通常先进行粗略的估算，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，在进行校核计算，修正设计。
为了便于进行液压机械手的设计计算，分别对俯仰缸回转油缸的设计叙述如下：
（1）小臂设计 设小臂L=40cm,D=60cm
则 m=?R2lp???0.052?0.4?7?103?22kg m回??R2lp???0.052?0.1?7?103=0.79kg 则手臂总重： m总?22?29.7?0.79?52.49kg ①俯仰缸的设计计算：
设a?76mm，b?76mm，c?176mm
当手臂处在仰角为?1的位置OA1时，驱动力P通过连杆机构产生的驱动力矩 为： M驱?Pbcos(?1??1) 因为： tg?1?A1DB1C? O1DO1D又因为：A1D?B1C?B1O?a?76cos600?76?15?cos600?5??11mm
O1D?C?A1B?76?76sin600?41mm
tg?1=
2.5，?1=15o 43M驱?Pbcos(?1??1)
P=
?D24P?P封?P背 （3—23）
P—油缸的工作压力（kg/cm2） D—油缸内径（cm）
P封—活塞缸与缸径，活塞杆与端差的密封装置处的摩擦阻力（kg） P背—通油箱，P背=0
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??10590.3kg取?=10600kg
M驱?10600?0.8?cos(3.3?60)=60356.601kg·cm 当手臂处在俯角为?2的位置OA2时，驱动力P通过连杆机构产生的驱动力 M驱?Pbcos （?2??2）因为： tg?2?A2EA2E ?O2EO1C?ECA2E?B2C?OB2?OC?bcos?2???2.9,
OC?c,EC?A2B2?bsin?2 1所以： a2?tg?1bcos?2???15o
c?bsin?2则 M驱?Pbcos(15o?30)?95050.76kg cm 当手臂处在水平位置即??OA为驱动力矩时
M驱?Pbcos(15o?30)?95050.76kg cm
因为M驱?M惯?M偏?M摩,由于手臂与支柱连轴有振动轴承，摩擦力矩较小
M摩=0,所以M驱?M惯?M偏
验证油缸是否满足要求，满足上仰条件，出于?1时
p?M驱
-1bcos?1??b·cos(tg+?1)c?bsin?160.356 o0.15?cos60?0.05o0.15?cos(tg?1?60)o0.3?0.15?sin60 =
=1134kgf
选取
d=0.7，所以p?1MPa DD?4p?d2?p??p4?1134?0.49D2???106 ??10622