苏州科技学院本科生毕业设计(论文)
第三章 计算和选择液压元件
液压元件包括执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件、工作介质。 一、机械手初始参数与设计要求：
1、抓重：100N 2、自由度：3个 3、臂部运动参数：
表 2
运动名称 伸缩 升降 回转 符号 X Z Φ 行程范围 0~400mm 0~300mm 0°~270° 速度 小于300mm/s 小于70mm/s 小于90°/s
4、手指夹持范围：棒料，Φ30mm~Φ70mm，长度40--120mm 6、定位方式：伺服系统定位控制系统 7、驱动方式：液压（中、低压系统） 8、定位精度：±1mm 二、夹具初始参数与设计要求：
1、工件物重：100N 2、夹具类型：V形块
3、运动参数：L≤150mm，V≤50mm
4、驱动方式：X方向：滚珠丝杠 Y方向：液压（中、低压系统） 5、定位方式：伺服系统定位控制系统 6、定位精度：±1mm
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3.1 执行元件——液压缸、液压马达
图2 机械手受力示意图
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3.1.1 手指夹紧缸 1、手指夹紧缸受力分析
图3 手部结构受力示意图
如图所示为连杆式手部结构，作用在拉杆上的驱动力3为P，两连杆2对拉杆反作用力为P1、P2，其力的方向沿连杆两铰链中心的连线，指向O点并与水平方向成α角。
b——手指的回转支点到对称中心线的距离（毫米）。 c——手指的回转支点到连杆铰链连接点的距离（毫米）
α——工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间的夹角。 这里取角α=30度。
查《工业机械手设计基础》中表2-1可知，V形手指夹紧圆棒料时，握力的计算公式N=0.5G，其实际的驱动力P实际应按以下公式计算，即：
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P实际=PK1K2/η
式中 η——手部的机械效率，一般取0.85~0.95； K1——安全系数，一般取1.2~2
K2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2可近似按下式估计，K2=1+a/g，其中a为被抓取工件运动时的最大加速度，g为重力加速度。
本机械手的工件只做水平和垂直平移，所以取它的移动速度不大于500毫米/秒，这里取最大值，移动加速度为1000毫米/秒2，工件重量G为10牛顿，V型钳口的夹角为120°,α=30°时，拉紧油缸的驱动力P和P实际计算如下：
根据钳爪夹持工件的方位，由水平放置钳爪夹持水平放置的工件的当量夹紧力计算公式：
N=0.5G=50（N）
选取b=60 c=30
由连杆杠杆式结构的驱动力计算公式 P=2btgα N/c 得
P?P计算?2?60?tan30?50/30?115.4?N?
o
?? P实际=P计算K1K2/η
取η=0.85, K1=1.5, K2=1+1000/9810≈1.1
则 P实际=115.4×1.5×1.1/0.85≈224 (N)
2、夹紧缸驱动力计算
夹紧装置是使手指夹紧工件的动力装置，此外，选用液压驱动，为单向作用缸，手指夹紧工件时，缸的驱动力为 P推=D2Pπηψ／4
其中D——缸筒内径，选取内径25mm的液压缸 P——液压缸的供油压力，选取P=1MPa Ψ——液压缸的负载率，一般取ψ=0.5——0.7； η——液压缸的总效率，一般取η=0.7——0.9； 计算可得：
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P推=252×1×π×0.7×0.85／4=292.1（N）
P推＞P实际 故夹紧缸的选择满足题目要求，d依据GB/T2348-93选取12mm。
3.1.2 手臂伸缩缸
机械手手臂的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在1000~1500mm/s,最大回转角速度设计在180°/s内，大部分平均移动速度在1000mm/s，平均回转角速度在90°/s。 1、手臂运动机构的选择
通过以上综合考虑，本设计选择双导杆伸缩机构，使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸。
2、手臂直线运动的驱动力计算
先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。
做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性、密封等几个方面的阻力，来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算。
P?P回?P摩?P密?P惯
P摩----摩擦阻力(N)。臂部运动时，运动件表面间的摩擦力，如导向装置、
活塞和缸壁等处的阻力。
P密----密封装置处的摩擦阻力(N)。
P回----油缸回油腔低压油造成的阻力(N)，一般背压阻力较小，可取：
P回=0.05P。
P惯----臂部起动或制动时活塞杆上受到的平均惯性力(N)。
3、手臂摩擦力的分析与计算
分析：
摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。下图是机械手的手臂示意图。
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