西安工业大学学士学位论文
M?55?61.11N?m0.9
4.3.3 腕部驱动力的计算
表4-1 液压缸的内径系列（JB826-66） （mm）
20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250 设定腕部的部分尺寸：根据表4-1设缸体内空半径R=110mm，外径根据表3-2选
择121mm,这个是液压缸壁最小厚度，考虑到实际装配问题后，其外径为226mm；动片宽度b=66mm,输出轴r=22.5mm.基本尺寸示如图4.1所示。则回转缸工作压力
P?2M2?61.11??7.35Mpa，选择8Mpa 2222b?R?r?0.066??0.055?0.0225?动片静片
图4.1 腕部液压缸剖截面结构示意 表4.2 标准液压缸外径（JB1068-67） （mm）
液压缸内径 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20钢50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 P?160Mpa 45钢50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 P?200Mpa 19
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4.3.4 液压缸盖螺钉的计算
图4.2 缸盖螺钉间距示意
表4.3 螺钉间距t与压力P之间的关系
工作压力P（Mpa） 0.5?1.5 1.5?2.5 2.5?5.0 5.0?10.0 螺钉的间距t(mm) 小于150 小于120 小于100 小于80
缸盖螺钉的计算，如图4.2所示，t为螺钉的间距，间距跟工作压强有关，见表4.3，在这种联结中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力
FQ0?FQ?FQs' （4.2）
计算：
液压缸工作压强为P=8Mpa,所以螺钉间距t小于80mm,试选择8个螺钉，?D3.14?0.11??43.17?8088，所以选择螺钉数目合适Z=8个
0.112?0.0452危险截面S??R??r???0.007908875m2
422所以，FQ?FQ?PS (4.3) ZPS?7908.875N ZFQS?KFQ K?1.5?1.8
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FQS?KFQ?1.5?7908.8?11863.3N
所以 FQ?FQ?FQ'=11863.3+10545=19772N
0s螺钉材料选择Q235，则????螺钉的直径 d??sn?240?160MPa（n?1.2?2.5） 1.54?1.3FQ0???? （4.4）
d?4?1.3FQ0?????4?1.3?19772?0.0159m
3.14?160?106螺钉的直径选择d=16mm.
4.3.5动片和输出轴间的连接螺钉
（1） 动片和输出轴间的连接螺钉
动片和输出轴之间的连接结构见上图。连接螺钉一般为偶数，对称安装，并用两
个定位销定位。连接螺钉的作用：使动片和输出轴之间的配合紧密。
bp2dD?d2??M摩?FQZf?82
于是得
FQ?bpD2?d2??4Zfd (4.5)
D——动片的外径；
f——被连接件配合面间的摩擦系数，刚对铜取f=0.15 螺钉的强度条件为
?合1.3FQ?d124???? (4.6)
d1?4FQ或 带入有关数据，得
???? (4.7) bp0.066?8?10622FQ?D?d??0.112?0.0452??24627N ??4Zfd4?Z?0.15?0.032螺钉材料选择Q235，则????
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?sn?240?200MPa（n?1.2?2.5） 1.2 西安工业大学学士学位论文
螺钉的直径 d?4?1.3FQ0?????4?1.3?24627?0.012m 63.14?200?10螺钉的直径选择d=12mm.选择M12的开槽盘头螺钉。
4.4 本章小结
本章通过四种基本的手腕结构，选择了具有一个自由度的回转驱动的腕部结构。并进行的腕部回转力矩的计算，同时也计算了回转缸连接螺钉的直径。
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5 臂部的设计及有关计算
5 臂部的设计及有关计算
手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3个运动：伸缩、回转和升降。本章叙述手臂的伸缩运动，手臂的回转和升降运动设置在机身处，将在下一章叙述。
臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、左右回转、和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的静、动载荷，而且自身运动较多。因此，它的结构、工作范围、灵活性等直接影响到机械手的工作性能。
5.1 臂部设计的基本要求
一、 臂部应承载能力大、刚度好、自重轻
（1） 根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸。 （2） 提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离。 （3） 合理布置作用力的位置和方向。 （4） 注意简化结构。 （5） 提高配合精度。
二、 臂部运动速度要高，惯性要小
机械手手部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?1500mms,最大回转角速度设计在
01000mms90s。1800s内，大部分平均移动速度为，平均回转角速度在在速度和回转角
速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量具体有3个途径：
（1） 减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。 （2） 减少臂部运动件的轮廓尺寸。
（3） 减少回转半径?，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽
可能在较小的前伸位置下进行回转动作。 （4） 驱动系统中设有缓冲装置。 三、手臂动作应该灵活
为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚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合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。为此，必须计算使之满足不自锁的条件。
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