油缸的有杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力P2即油缸的驱动力为： P2 =
?22 （D-d）p1 4
对于手臂伸缩油缸：p1=172N， 对于手指夹紧油缸：p1=108N ，对于手臂升降油缸：p1=305N ② 计算作用在活塞上的总机械载荷
机械手手臂移动时，作用在机械手活塞上的总机械载荷P为 P = P工 + P导 + P封 + P惯 + P回 其中 P工 为工作阻力
P导 导向装置处的摩擦阻力 P封 密封装置处的摩擦阻力 P惯 惯性阻力 P回 背压阻力
P = 83+125+66+80+208=562(N)
③确定油缸的结构尺寸
㈠油缸内径的计算 油缸工作时，作用在活塞上的合成液压力即驱动力与活塞杆上所受的总机械载荷平衡，即
P = P1（无杆腔） = P2 （有杆腔） 油缸（即活塞）的直径可由下式计算 D =
p4P = 1.13 厘米 （无杆腔）
P1?P1对于手臂伸缩油缸：D=50mm， 对于手指夹紧油缸：D=30mm ，对于手臂升降油缸：
D=80mm ，对于立柱横移油缸：D = 40mm
或D =
4P??P1d2 厘米 （有杆腔）
?P1 ㈡ 油缸壁厚的计算：
依据材料力学薄壁筒公式，油缸的壁厚?可用下式计算： ? =
p计D
厘米 2??? P计 为计算压力
??? 油缸材料的许用应力。
对于手臂伸缩油缸：? =6mm， 对于手指夹紧油缸：? =17mm ，对于手臂升降油缸：
16
? =16mm , 对于立柱横移油缸: ?=17mm
活塞杆的计算
可按强度条件决定活塞直径d 。活塞杆工作时主要承受拉力或压力，因此活塞杆的强度计算可近似的视为直杆拉、压强度计算问题，即
? =
Pd2?4≦
???
即 d ≧
4P???? 厘米
对于手臂伸缩油缸：d =30mm， 对于手指夹紧油缸：d =15mm ，对于手臂升降油缸：
d=50mm , 对于立柱横移油缸:d=16mm
5.52 无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸） ① 流量、驱动力的计算 Q =
?D2d?133
当D=103mm,d=40mm,?=0.95 rad/s时 Q = 952N
② 作用在活塞上的总机械载荷P P = P工 + P封 + P惯 + P回 其中 P工 为工作阻力
P封 密封装置处的摩擦阻力 P惯 惯性阻力 P回 背压阻力
P = 66+108+208=382（N） ③ 油缸内径的计算
根据作用在齿条活塞上的合成液压力即驱动力与总机械载荷的平衡条件，求得 D = D = 45mm
5.5.3 单叶片回转油缸
在液压机械手上实现手腕、手臂回转运动的另一种常用机构是单叶片回转油缸，简称回转油缸，
4P （厘米） ?p17
其计算简图如下：
图12 回转油缸计算简图 ①流量、驱动力矩的计算
当压力油输入回转油缸，使动片以角速度?运动时，需要输入回转油缸的流量Q为：
3b(D2?d2)? Q =
400 当D=100mm,d=35mm,b=35mm, ?=0.95 rad/s时
Q=0.02m/s
回转油缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩M：
3pb(D2?d2) M =
8 得M = 0.8 (N·m)
② 作用在动片（即输出轴）上的外载荷力矩 M M = M工 +M封 + M惯 + M回 其中 M工 为工作阻力矩
M封 密封装置处的摩擦阻力矩
M惯 参与回转运动的零部件，在启动时的惯性力矩 M回 回转油缸回油腔的背反力矩 M = 2.3+0.85+1.22+1.08=5.45 (N·m) ③ 回转油缸内径的计算
回转油缸的动片上受的合成液压力矩与其上作用的外载荷力矩相平衡，可得： D =
8M?d2 （厘米） bp D = 30mm
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5.5.4油泵的选择
一般的机械手的液压系统，大多采用定量油泵，油泵的选择主要是根据系统所需要的油泵工作压力p泵 和最大流量Q泵来确定。 ⑴ 确定油泵的工作压力p泵 p泵 ≧ p + ?△p
式中 p ——油缸的最大工作油压
?△p ——压力油路（进油路）各部分压力损失之和，其中包括各种元件的局部
损失和管道的沿程损失。 p泵= 60*10帕
5⑵ 确定油泵的 Q
泵
油泵的流量，应根据系统个回路按设计的要求，在工作时实际所需的最大流量Q最
大，并考虑系统的总泄漏来确定
Q
泵
= K Q
最大
其中K一般取1.10—1.25
Q泵=53升/分
5.5.5 确定油泵电动机功率N
N =
pQ （千瓦） 612? 式中 p——油泵的最大工作压力
Q——所选油泵的额定流量 ?——油泵总效率
N=7.5（千瓦）
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6 机械手的控制部分
6.1根据机械手的动作顺序表，选定电磁阀、开关等现场器件相对应的PLC内部等效继电器的地址
编号，其对照表如下：
表 2 现场器件与PLC内部等效继电器对照表 现 场 器 件 内部继电器地址 说 明 1sb X000 启动按扭 2sb X001 连续启动按扭 3sb X002 连续停止按扭 1st X003 手腕回转限位开关 输 2st X004 手腕反转限位开关 3st X005 手臂回转限位开关 4st X006 手臂反转限位开关 5st X007 手臂上升限位开关 入 6st X010 手臂下降限位开关 7st X011 手臂前伸限位开关 8st X012 手臂缩回限位开关 9st X013 立柱横移限位开关 10st X014 立柱移回 1dt Y000 手臂前伸电磁阀 2dt Y001 手臂缩回电磁阀 3dt Y002 手指张开电磁阀 4dt Y003 手臂上升电磁阀 输 5dt Y004 手臂下降电磁阀 6dt Y005 手腕回转电磁阀 7dt Y006 手腕反转电磁阀 8dt Y007 定位油缸电磁阀 出 9dt Y010 手臂回转电磁阀 10dt Y011 手臂反转电磁阀 11dt Y012 卸荷电磁阀 12dt Y013 卸荷电磁阀 13dt Y014 立柱横移电磁阀 14dt Y015 立柱移回电磁阀 hl Y016 工作指示灯 6.2 PLC与现场器件的实际连接图
根据表2画出PLC与现场器件的实际连接图，如下所示
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