P?F实际/S?3424.13/1962.5?1.78MPa （3-6）
3.2 腕部设计计算
设计要求：回转?900，角速度W?450/s
以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，回转缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重5kg，长度l?650mm。如图3-3所示。
3.2.1 计算扭矩
F
工件 S F
图3-3 腕部受力简图 设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：
M1?F?S?10?9.8?0.2?19.6(N.M) 3.2.2 油缸（伸缩）及其配件的估算扭矩
m?5kg，S?100mm
带入公式3-7得M2?F?S?5?9.8?0.1?4.9(N.M) （1）回转缸的摩擦力矩M摩 F摩?30N0（估算值） S?20mm （估算值） M摩?F摩?S?（6N.M） （2）回转缸的总摩擦力矩M
M?M1?M2?M摩?30.（5N.M) 3.2.3 腕部回转液压缸尺寸的确定
（1）液压缸内径的确定
- 13 -
3-7）
(3-8)
（
回转缸的驱动力矩M与回转缸的压力p的关系为：
pbR2?r2M?2?? (3-9)
式中 M——回转缸的驱动力矩； P——回转缸的工作压力； R——缸体内壁半径； r——输出轴半径； b——动片宽度。
上述驱动力矩M与压力p的关系式是对应与压力腔的背压为零时的情况而言的，若低压腔有一定的背压，则P为工作压力与背压的差值。 由上式腕部回转缸的驱动力矩M与回转缸的压力p的关系推导得缸体内壁半径为；
图3-4手腕回转叶片
2M2?30.5?1032R??r??152?34.7mm
Pb2.5?25其中输出轴半径r由结构设计定为15mm，查表按标准系列圆整，取R?50mm，即回转液压缸内径为100mm，回转液压缸回转行程的确定，如图3-4所示，由方案设计可知，腕部回转行程0～180○。 （2）液压缸壁厚δ的计算
对于低压系统，液压缸缸筒厚度一般按薄壁筒计算：
ppD?? （3-10）
2???式中 δ——液压缸缸筒厚度（mm）；
pp——试验压力（MPa），工作压力p≤16MPa时，pp=1.5p；工作
14 - -
压力p≥16MPa时，pp=1.25p，由于本次设计的液压系统压力为2.5MPa，故pp=1.5×2.5=3.75Mpa； D——液压缸内径（mm）；
???——缸材料体的许用应力（MPa）：
?????b （3-11）
n?b——缸体材料的抗拉强度（MPa）； n——安全系数，n=3.5～5，一般取n=5。
对于锻钢 [?]=100～120 MPa；铸钢 [?]=100～110 MPa；钢管 [?]=100～110 MPa；铸铁 [?]=60 Mpa。现[?]选用铸铁材料，[?]=60Mpa。
3.75?100?3.125mm 将以知数据代入上式得??2?60 因结构设计需要，取??17.5mm。
液压缸外径D0及宽度b的计算D0=D+2? =100+2?17.5=135mm b≤（20～30）D0，由结构需要确定，取b=30mm。 回转液压缸回转行程的确定
由方案设计可知，腕部回转行程0～180○，其结构形式见图3-2 由公式
P?b(?Al2??mm2)?106 M? (3-12)
8式中 b——叶片厚度，取b?30mm；
?Al——摆动缸内径，取?Al?100mm； ?mm——转轴直径，取?mm?30mm； P——回转缸的工作压力。
上述驱动力矩M与压力P的关系式是对应与压力腔的背压为零时的情况而言的，若低压腔有一定的背压，则P为工作压力与背压的差值。
由上式腕部回转缸的驱动力矩M与回转缸的压力P的关系推导回转缸的工作压力为：
P?8M?0.89MPa 226b?(?Al??mm)?10又因为
15 - -
W?8Q 22(?Al??mm)b所以
W(?Al2??mm2)bQ??27ml/s
8式中 Q——流量；
W——回转缸的角速度；
b——叶片厚度，这里取b?30mm；
?Al——摆动缸内径, 这里取?Al?100mm； ?mm——转轴直径, 这里取?mm?30mm。
3.3 臂伸缩机构设计
手臂的伸缩速度为200m/s，行程l?500mm。
3.3.1 计算液压缸活塞驱动力
摩 （3-13） F?F惯?F式中 F摩——手臂运动时的摩擦阻力；
F惯——起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。 （1）摩擦阻力计算
F摩??mg?88.2N
式中 ?——摩擦系数（钢对铸铁：取??0.18~0.3，这里取0.3）； m——手臂伸缩部件的总重量（含工件的质量）
m?10?20?30(kg)
（2）起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力计算
W?vF惯??75N
g?t式中 W——手臂伸缩部件的总重力（包括工件重量）（N）；
?v——油静止加速到常速的变化量（m/s）,取750?10?3m/s； ?t——起动过程时间（s），一般取 0.01～0.5s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载高速运动部件取较大值（这里取0.4）。
所以所需的总的驱动力为
F?F惯?F摩?16.32N
16 - -
3.3.2 根据驱动力确定液压缸结构尺寸
D?4F?d2 （3-.14） ?P?式中 D——液压缸直径,其中d?0.5D；
?——载荷率? 取0 .7～0.85；
P——液压缸的工作压力 取P?2.5MPa；
F1——液压缸驱动力。
D?16F3??P?11.5mm 根据 GB/T2348-93 液压缸内径尺寸系列取：D?40mmd?0.5D?20mm； 根据GB/T2348-93 液压缸活塞杆外径尺寸系列取：程为500mm。
3.3.3 腔流量
由公式（3-5）得：
Q??D24v?1000ml/s
式中 Q——流量（ml/s）
V——活塞杆速度，取v?200mm/s。
3.3.4 手臂右腔工作压力
由公式（3-6） 得：
P?F 式中 F——系统总的驱动力。S 所以代入公式（3.12）得：
P?FFS??D2?0.26MPa
4- 17 -
d?20mm ,行
(3-15)