第三章 手臂伸缩、回转气缸的尺寸设计与校核
3.1手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核
根据实验设计要求，手臂伸缩气缸采用烟台气动元件厂生产的标准气缸，参看此公司生产的各种型号的结构特点，尺寸参数，结合本设计的实际要求，气缸用CTA型气缸，尺寸系列初选内径为?63/63.
(1).在校核尺寸时，只需校核气缸内径D1=63mm,半径R=31.5mm的气缸的尺寸满足使用要求即可,设计使用压强P?0.4MPa, 则驱动力： F?P??R2
?0.4?10?3.14?0.0315?1246(N)62
（2）. 测定手腕质量和重物的质量之和为7kg,设计加速度a?10(m/s)，则惯性力
F1?
=10×7=70
（3）.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数k?0.2,
Fm?k.F1
=70×0.2 =14
? 总受力F0?F1?Fm =70+14=84 F0?F
所以标准CTA气缸的尺寸符合实际使用驱动力要求 （2）活塞杆的计算
1）按强度条件计算 当活塞杆的长度L较小时（L≤10d），可以只按强度条件计算活塞杆直径d
式中
气缸的推力（N）；
活塞杆材料的许用应力(Pa),材料的抗拉强度（Pa）； 安全系数，S≥1.4。
按纵向弯曲极限力计算 气缸承受轴向压力以后，会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力
以后，活塞杆会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。该
极限力与缸的安装方式、活塞杆直径及行程有关。
当长细比
时
当长细比
时
式中
活塞杆计算长度（m） 活塞杆横截面回转半径，
实心杆 空心杆
活塞杆横截面惯性矩，
实心杆 空心杆
空心活塞杆内径直径（m）； 活塞杆截面积
实心杆 空心杆
系数，
材料弹性模量，对钢取材料强度实验值，对钢取
系数，对钢取a=1/5000
3.1.2 平衡装置
在本设计中，为了使手臂的两端能够尽量接近重力矩平衡状态，减少手抓一侧重力矩对性能的影响，故在手臂伸缩气缸一侧加装平衡装置，装置内加放砝码，砝码块的质量根据抓取物体的重量和气缸的运行参数视具体情况加以调节，务求使两端尽量接近平衡。
3.2手腕回转气缸的尺寸设计与校核 3.2.1 尺寸设计
此部分选用单片叶片式摆动气马达需设计其叶片内直径与叶片轴直径计算公式如下：
T=（R2-r2）bpn/8
叶片宽度设计为b=9mm,气缸内径为D1=53mm, 轴径D2=13mm, ,叶片数n=1,P?0.4MPa,
则理论驱动力矩 ：T=（D12-D22）bpn/8
=12.276N.M
3.2.2 尺寸校核
1．测定参与手臂转动的部件的质量m1=2kg,分析部件的质量分布情
况，
质量密度等效分布在一个半径r=53mm的圆盘上，那么转动惯量：
J?m1r22
=2×0.053×0.053/2 =0.03（kg.m2） M惯?J.??t
=0.03×(180/1)=5.4 N.M
考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定摩擦系数k?0.2, M摩?k.M惯
=0.2×5.4=1.08 N.M
总驱动力矩
M驱?M惯?M摩 =5.4+1.08=6.48 N.M T>M
? 设计尺寸满足使用要求。
第四章 气动系统设计
4．1 气压传动系统工作原理图
图4-1为该机械手的气压传动系统工作原理图。它的气源是由空气压缩机（排气压力大于0.4-0.6MPa）通过快换接头进入储气罐，经分水过滤器、调压阀、油雾器，进入各并联气路上的电磁阀，以控制气缸和手部动作。
图4-1 机械手气压传动原理图