机械手设计说明书

黄石理工学院 毕业设计（论文）

5 手臂伸缩，升降，回转液压缸的尺寸设计与校核

5.1 手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核

5.1.1 手臂伸缩液压缸的尺寸设计

手臂伸缩液压缸采用烟台液压元件厂生产的标准液压缸，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，液压缸用CTA型液压缸，尺寸系列初选内径为?100/63，关于此液压缸的资料详情请参看烟台液压元件厂公司主页：

www.bota.cn/products.asp.

5.1.2 尺寸校核

1. 在校核尺寸时，只需校核液压缸内径D1=63mm,半径R=31.5mm的液压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?106?3.14?0.03152

?1246(N)2．测定手腕质量为50kg,设计加速度a?10(m/s)，则惯性力：

F1?ma

?50?10?500(N)

3.考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数k?0.2,

Fm?k.F1

?0.2?500?100(N)

? 总受力F0?F1?Fm

?500?100?600(N)

F0?F

21

黄石理工学院 毕业设计（论文）

所以标准CTA液压缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。 5.1.3 导向装置

液压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，应该采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。

导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。 5.1.4 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，故在手臂伸缩液压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液压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。

5.2 手臂升降液压缸的尺寸设计与校核

5.2.1 尺寸设计

液压缸运行长度设计为l=118mm,液压缸内径为D1=110mm,半径R=55mm,液压缸运行速度，加速度时间?t=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力：

G0?p.?R2``

?0.4?106?3.14?0.0552 ?3799(N) 5.2.2 尺寸校核

1．测定手腕质量为80kg,则重力：

G?mg

?80?10?800(N)

2．设计加速度a?5(m/s)，则惯性力：

G1?ma

22

黄石理工学院 毕业设计（论文）

?80?5?400(N)

3.考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数k?0.1，

Gm?k.G1

?0.1?400?40(N)

? 总受力Gq?G?G1?Gm

?800?400?40?1240(N)

Gq?G0

所以设计尺寸符合实际使用要求。

5.3 手臂回转液压缸的尺寸设计与校核

5.3.1 尺寸设计

液压缸长度设计为b?120mm,液压缸内径为D1?210mm,半径R=105mm,轴径D2?40mm半径R?20mm,液压缸运行角速度?=90?/s，加速度时间

?t?0.5s,压强P?0.4MPa,

pb(R2?r2) 则力矩：M?

20.4?106?0.12(0.1052?0.0202)? 2?255(N.m)5.3.2 尺寸校核

1．测定参与手臂转动的部件的质量m1?120kg,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?200mm的圆盘上，那么转动惯量：

m1r2J?

2120?0.102 ?

2

23

黄石理工学院 毕业设计（论文）

?0.6（kg.m2）

M惯?J.??t

?0.6?90 0.5

?108(N.m)考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数k?0.2, M摩?k.M惯 ?0.2?108?5.（4N.m）

总驱动力矩：

M驱?M惯?M摩

?108?5.4?113.（4N.m） M〈驱M ? 设计尺寸满足使用要求。

24