苏州科技学院本科生毕业设计(论文)
图4 机械手臂部受力示意
计算如下：
不同的配置和不同的导向截面形状，P摩是不同的，要根据具体情况进行估算，本案为圆柱面双导向杆导向，导向杆对称配置在油缸两侧的水平伸缩缸，起动时，导向装置处的摩擦阻力较大，由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。
根据机械手机构部分数据得：
p摩?1518.75N
4、手臂惯性力的计算
本设计要求手臂平动是V=0.3m/s,在计算惯性力的时候,设置启动时间?t?0.5s，启动速度?V=V=0.3m/s,
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G总?vP 惯?g?tP惯?G总?vg?t?250N?0.3m/s?15.3N9.8N/Kg?0.5s
5、密封装置的摩擦阻力
不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用O型密封，当液压缸工作压力小于10Mpa，活塞杆直径为油缸直径的一半，活塞与活塞杆处都采用O形圈密封时，液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为：F封?0.03F(因手部轴线与臂部伸缩轴
线垂直，手部油管不会经过臂部，故油管密封不考虑)。 经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力：
P?0.03P?P摩?P惯?0.05P?1667.45N 6、液压缸工作压力和结构的确定
经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力P=1667.45N，选择液压缸的工作压力P=1MPa
（1） 确定液压缸的结构尺寸： 液压缸内径的计算，如图所示
图5 双作用液压缸示意图
当油进入无杆腔，
P?P??p11?D24?
当油进入有杆腔中， 本案初设d=D/3：
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P?P??P11液压缸的有效面积：
F???D2?d2?42?D2??P? 19P p1故有 D?4PP （无杆腔） ?1.13?p1??p1D?9P （有杆腔） 2?p1?式中 P----活塞的驱动力(N) P1----油缸的工作压力(MPa)
d----活塞杆直径(mm),本案初设d=D/3 D----油缸内径(mm)
η----油缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取η=0.95 据上述计算，P=1667.45N P1=1MPa，按有杆腔进行计算，其结果必然满足无杆腔的力学要求。
将有关数据代入： D?9P?3?2?P?11667.45?50.14mm
2??1?0.95根据油缸内径系列（GB/T2348-93），选择标准液压缸内径， D=63mm. 活塞杆直径d=63/3=21mm。 （2） 液压缸外径的设计
本案液压缸考虑铸造结构，考虑到铸造的最小壁厚要求，故最小不小于3mm，而驱动压力又较低，故厚度不超过10mm。按中等壁厚进行计算(0.3>D/δ>0.08)：
p计D???CO
(2.3[?P]?3PMAX)?式中 ?----强度系数(当为无缝钢管时取值为1，本案为铸造式，取值0.7
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C----计入管壁公差及侵蚀的附加厚度 ???----油缸材料的许用应力(MPa)；????的抗拉强度，n为安全系数，一般n=5。 表3
材料名称 静载荷 交变载荷 不对称 钢、锻铁 3 5 对称 8 12 冲击载荷 ?bn，其中
?b为油缸材料
液压缸的安全系数
一般常用缸体材料的许用应力 ???为：取材料抗拉强度为：500MPa
得铸钢： ???=100MPa
代入数据：
P计D1.3?1?63?C??2?2.52mm ???2.3???－3P计???2.3?100－1.3?3??0.7圆整为3mm，即缸体外径69mm。 （1） 活塞杆的计算校核
①强度校核
活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径d的10—15倍以上，按拉、压强度计算：
4pns[?]???2?d 式中 P为液压缸最大推力
ns为安全系数，一般取2~4，这里取4
设计中活塞杆取材料为铸钢，故进行校核：
???=100MPa，活塞直径d=21mm,L=1000mm,现在
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??4Pns1667.45?4?4??19.3Mpa?100Mpa 22?d??21结论： 1.活塞杆的强度足够。
2.稳定性校核
本案L>15d，应进行稳定性校核。稳定性条件可表示为 P?式中 Pk----活塞杆弯曲失稳临界力(N)
nk----安全系数，一般为2～4，一般取3.5，在此取最大4。
Pk nkIs?d4/64di???
A?d2/44 0.5?1000本案中，????95.238??1?50，故按大柔度杆计算
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?l?2E?2?2000002??10.5?75262N 根据欧拉公式得： Pk?2F?2?95.238 式中 ?----活塞杆计算柔度
l----活塞杆长度(mm)，本案取值1000mm i----活塞杆横截面的惯性半径，取值为d/4 F----活塞杆截面积
E----活塞杆材料的弹性模量(MPa) E=200000 ?----长度折算系数，本案取值0.5
?1----特定柔度值，本案取50
Pk75262??18815.5N?P?1667.45N 将Pk值代入：n4 k 故稳定性符合要求。
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