程控机械手设计.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作1第一章 绪论 1.1 机械手设计的目的工业机械手设计是机械制造、机械设计和机械电子工程等专业的一个重要学习环节，是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高自身的机构分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液压一体化系统设计能力，掌握实现生产过程自动化的设计方法。通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与液压动技术、机电控制理论及应用、数控技术、微型计算机原理及应用、机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切地结合起来。因此，工

2、业机械手设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。工业机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程 专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法步骤，为自动机械设计打下良好的基础。 通过设计，使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图册规范；熟悉有关国家标准和部颁标准，以完成一个工程技术人员在机械整 体设计方面所必须具备的基本技能训练。1.2 机械手设计的内容本设计要求能较鲜明地体现机电一体化的设计构思。所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技

3、术等而形成的一种新的综合集成技术。尽管机电一体化的产品名目繁多，并由于它们的功能不同而有不同的形式和复杂程度，但做功的机械本体的部分（包括动力装置）和微电子控制部分是其最基本的、不可或缺的要素。1）拟定整体方案；、2）根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、腕部、臂部和机身的结构；3）各部件的设计计算；4）工业机械手工作装配图的设计与绘制；5）液压压系统图的设计与绘制；6）机械手的运动分析；7）编写设计计算说明书1.3 机械手在生产中的作用1、建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线一般都采用机械手在机床之间传送工作。国内已建成的这类自动线很多，如沈阳水泵厂的深井轴承体加工自动线，大连电机厂

4、的4号和5号电动机轴加工自动线，上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线等。加工箱体类零件的组合机床自动线，一般 采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的液压缸加工自动线转位机械手。2、实现单机自动化方面各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，但仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面的应用最多。注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动化生产。冲床有自动上下料循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床机械手的较多。一是用于多

5、工位冲床，用作冲压件工位间进步。3、铸、锻、焊、热处理等热加工方面在模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置在炉前，实现进出料自动化。工业机械手满足了社会生产的需要，其主要特点是：1) 对环境的适应性强，能代替人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害液压体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。2) 机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。3) 由于机械手的动

6、作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。4) 机械手特别是通用工业机械手的通用性、灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需杂。5) 采用机械手能明显地提高劳动生产率和降低成本。1.4机械手的分类一、规格分类1） 微型的搬运重量在1Kg下。2）小型的搬运重量在10Kg下。3）中型的搬运重量在50Kg下。4）大型的搬运重量在500Kg下。二、按功能分类1、简易型工业机械手 有固定程序和可变程序两种。固定程序由凸轮转鼓或挡块转鼓控制，可变程序用插销板或转鼓控制给定程序。2、记忆型再型工业机械手3、计算机数子控制的工业机械手。4、智能工业机械手。三、按用

7、途分类1、专用机械手2、通用机械手 具有独立控制系统，程序可变、动作灵活多样的机械手。通用机械手的工作范围大，定位精度高，能用性强，适用于工偷看 经常变换的中、小批量自动化生产。15机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测等所组成。各系统相互之间的关系如下方框图所示：图2-1系统组成图一、执行机构1、执行机构由抓取部分手部、腕部和行走机构等运动部件组成。2、根据设计任务书要求，手臂自由度数为三个，选用直角坐标系。3、直角坐标系占空间大，工作范围小，惯性大，所以一般不采用，根据任务书原始数据和给出的自由度数，因其自由度数较少故选用之。4、行走机构，直角式坐标式。手臂是支承

8、被抓物件、手部、手腕的重要部件，手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件与驱动源相配合，以实现手臂的各种运动。 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都 需要有导向装置，以保证手指按正确的方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。二、驱动机构有液压动、液动、电动和机械四种形式。根据设计任务书要求，选用液压动式驱动，因其速度快，结构简单，成本低。采用点位控制或机械挡块定位，有较高的重复定位精度，但臂力一般 在300N以下，根据

9、设计要求，满 足设计需要。三、控制系统 有点位控制和连续控制两种方式。大数数采用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁盘碰带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速特性。四、基体基体是整个机械手的基础。4第二章 机械手总体设计方案2.1 机械手的设计方案对程控通用机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计液压动机械手的原则是：充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，制定最倒是的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；

10、明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求；尽量先用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。本次设计的机械手是程控通用机械手，是一种适合于成批或中、小批生产的、可以改变动作程序的自动手动或操作设备，动作强度大和操作单调频繁的生产场合。2.2机械手的座标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥

11、补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。图2-1 工业机械手的运动示意图2.3机械手设计参数一、 机械手的规格参数，是说明机械手规格和性能的具体指标，一般 包括以下几个方面：1）抓重：额定抓取重量或称额定负荷，单位为Kg；任务书给出抓取种为30Kg。2）自由度数数目和坐标形式：任务书给定自由度数为4个，坐标形式给定为圆柱座标。3）定位方式：由电液压定位系统控制电磁阀为“O”型机能使油缸惯性定位。4）驱动方式：液压驱动。5）手臂运动参数：手臂运动参数：伸缩行程:800毫米；伸缩速度：250mm/秒；升降行程:330毫米；升降速度：60mm/秒；回转范围：0-

12、210；回转速度：70/秒；手腕运动参数：回转范围：0-180；回转速度：90/秒；当手臂的运动速度很高时，手臂在起动和制动过程中会产生很大的冲击和振动，这会影响手臂的定位精度。因此，手臂运动速度应根据生产节拍时间的长短、 生产过程的平稳性和精度等要求来确定。6）手指夹持范围和握力：65-85mm;握力：400N。7）位置检测：用电位器反馈式；8）缓冲方式：用节流阀减速缓冲；9）定位精度：位置设定精度及重复定位精度3mm。10）控制方式：采用HTL集成电路可编程序控制；11）程序步数：每循环程序步数不少于32步； 6 图2-2 圆柱坐标式运动简图 79第三章 机械手手部、腕部、手臂设计3.1机

13、械手手部结构设计 3.1.1 机械手手部设计方案应具有适当的夹紧力和驱动力 手指握力大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏工件；力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力时，除考虑工件重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件夹持安全可靠。 而对手部的驱动装置来说，应有足够的驱动力。应当指出，由于机构传力比不同，在一定的夹持力条件下，不同的传动机构所需驱动力大小是不同的。 手指应具有一定的开闭范围 手指应具有足够的开闭和开闭距离，以便于抓取和退出工件。 应保证工件在手指内的夹持精度 应保证每个被夹持的工件，在手指内都 有准确的相对位置。这对一些

14、有方位要求的场合更为重要，如曲拐、凸轮轴类复杂的工件，在机床上安装的位置要求严格，因此机械手的手部在夹持工件后应保持相对的位置精度。 要求结构紧凑、重量轻、效率高 在保证本身风度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。 考虑机械手的通用性和特殊要求 因为一般 情况下，手部多是专用的，为了扩大它的使用范围提高它的通用化程度，以适应夹持不同尺寸和开关的工件需要，通常采取手指可调整的办法。如更换手指甚至更换整个手部。此外，还要考虑能适应工作环境提出的特殊要求，如耐高温、耐腐蚀、以承受锻锤冲击力等。3.1.2机械手手部的计算分析需夹紧工件重量G=30公斤。V形手指的角度，,摩擦

15、系数为1、夹紧力计算手指在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对其大小、方向和作用点进行分析、计算。一般 来产，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化产生的载荷，以使工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算： (3-1)式中-安全系数，通常取1.22.0.-工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式计算：=1+ (3-2)其中：a 运载工件时重力方向的最大上升加速度；g 重力加速度；a=式中：运载工件时重力方向的最大上升速度；系统达到最高速度的时间；根据设计参数选取。方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定。G被抓取工件所受的重力（

16、1）根据手部结构的传动示意图，其驱动力为: N (3-3)(2)根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式: (3-4)所以2、 机械手手部夹紧液压缸的计算1）夹紧缸的直径计算9本液压缸属于单向作用液压缸。根据力平衡原理，单向作用液压缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为: (3-6)式中: - 活塞杆上的推力，N - 弹簧反作用力，N- 液压缸工作时的总阻力，N- 液压缸工作压力，Pa弹簧反作用按下式计算: (3-7) = 式中: - 弹簧刚度，N/m- 弹簧预压缩量，m- 活塞行程，m- 弹簧钢丝直径，m- 弹簧平均直径，.- 弹簧有效圈数.- 弹簧材料剪

17、切模量，一般取在设计中，必须考虑负载率的影响，则:(3-8)由以上分析得单向作用液压缸的直径: 代入有关数据，可得 (3-9) 所以: =查有关手册圆整，得由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径校核，按公式有: (3-10)其中，则: 满足实际设计要求。(2)缸筒壁厚的计算缸筒直接承受压缩空液压压力，必须有一定厚度。一般液压缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: (3-11)式中:缸筒壁厚，mm液压缸内径，mm实验压力，取, Pa材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:。(3)实际驱动力计算实际驱动力 (3-12)因为传力机构为齿轮齿条

18、传动，故取，并取。若被抓取工件的最大加速度取时，则: （3-13）所以： 所以夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为4691N1012123.2机械手腕部的结构设计考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件的水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构为回转液压缸。3.2.1 手腕的自由度及基本要求一、手腕的自由度分析手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机械手适应复杂的动作要求。手腕的自由度的选用与机械手的通用性、加工工艺要求、工件放置方位和定位精度等许多因素有关。由于本机械手抓取的工件是水

19、平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕X轴转动回转运动才可满足工作要求。目前实现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转液压缸，因此我们选用回转液压缸。它的结构紧凑，但回转角度小于360，并且要求严格密封。二、手腕设计的基本要求 1、 力求结构紧凑、重量要轻；腕部处于臂部的最前端，它连同手部的连接和静、动载荷均由臂部承受。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。2、 综合考虑合理总局；如：应解决好腕部和手部的连接，腕部各个自由度的位置检测，管线布置，以及没头润滑、维修、调整等问题。3、 必须考虑工作条件；对于高温作业

20、和腐蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计时应充分估计环境对腕部的不良影响。123.2.2手腕回转力矩的计算一、手腕转动时所用的驱动力矩手腕的回转、上下和左右摆均为回转运动，驱动手腕回转时的驱动力矩必须克服手腕起动时所产生的惯性力矩，手腕的转动轴与支承孔处的摩擦阻力矩，动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩以及由于转动件的中心与转动轴线不重合所产生的偏重力矩，图五为手腕受力的示意图。 1、工件 2、手部 3、手腕 图3-1 手腕回转时受力示意图手腕转动时所需要的驱动力矩可按下式计算： (3-14)式中： 驱动手腕转动力的驱动力矩（Kg/cm）惯性力矩（Kg/cm） 参与转动的零部件重量对

21、转动轴线 所产生的偏重力矩 手腕转动与支承孔处的摩擦力矩 手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦力矩；14下面以3-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算：1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M惯 若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为t,则： (3-15)若手腕转动时的角速度为，起动过程所转过 的角度为，则：式中：J参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量工件对手腕转动轴线的转动惯量若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为：= (3-16)工件对过重心线的转动惯量工件的重量工件的重心到转动轴线的偏心距（cm）手腕转动时的角速度起动时所需要的时间起动

22、过程所转过的角度2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩M偏 (3-17)式中：手腕动件的重量； 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距（cm） 当工件的重心与手腕转动轴线生命时，=03、 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩M摩 (3-18)式中： 手腕转动轴颈直径（cm）； f 轴承摩擦系数，对于滚动轴承f=0.01，对于滑动轴承f=0.1; 轴颈处的支承反力（N），可按手腕转动轴的受力分析求解；15根据： 得： (3-19)同理： 根据得： (3-20)式中：手部的重量（N）L 如图五所标示长度尺寸（cm）4、回转缸的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M封，与选用的密封装置

23、的类型有关，应根据具体情况加以分析。二、回转缸的驱动力矩计算腕部回转时，需要克服以下几种阻力。1、腕部回转支承处的摩擦力矩 图3-2 腕部支承反力计算示意图由图示可知 （3-21）式中： 、轴承处支反力，可由静力平衡方程求得； 轴承直径；f轴承的摩擦系数，对于滚动轴承f=0.010.02；对于滑动轴承f=0.1。为简化计算，取=0.1图示3-2中， 为工件重量（Kg），为手部重量（Kg）为手腕转动件重量（Kg）。162、克服由于工件重心偏置所需要的力矩 =e (3-22)式中 e工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（m）。3、克服启动惯性所需的力矩启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度及启动

24、所用的时间，按下式计算： =(J+) (3-2)或者根据腕部角速度及启动过程转过的角度按下式： =(J+) (3-24)式中 工件对手腕回转轴线的转动惯量J手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量手腕回转过程的角速度； 启动过程中所需时间，一般取0.050.3s；启动过程所转过的角度。手腕回转所需要的驱动力矩相当于上述三项之和： (3-25)如果手腕回转部分的转动惯量不是很大时，手腕启动过程所产生的惯性力矩也不大，为了简化计算可以将计算力矩、适当放大，而省略掉，这时 (3-26)在机械手的手腕回转运动中所采用的回转缸原理如下图3-3所示，定片1与缸体2固连，动片3与回转轴5固连。动片封圈4把液压腔

25、分隔成两个。当压缩液压体从孔a进入时，推动输出轴作逆时针回转，则低压腔的液压从b孔排出。反之，输出轴作顺时针方向回转。单叶J液压缸的压力p和驱动力矩M的关系为：16 (3-27) 18 18 图3-3 回转液压缸简图式中： M 回转液压的驱动力矩（N.cm） P回转液压的工作压力（N.cm） 缸体内壁半径（cm） r输出轴半径（cm） b动片宽度（cm）19上述驱动力矩和压力关系是对于低压腔背压为零的情况下而言的。若低压腔有一定的背压，则上式中的P应代以工作压力P1和背压P2之差。三、手腕回转液压缸的尺寸计算及其校核1、尺寸设计液压缸长度设计为,液压缸内径为=96mm,半径,轴径、=26mm,

26、半径,液压缸运行角速度=，加速度时间=0.1s, 压强,则力矩： (4-15)2、尺寸校核测定参与手腕转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量： (3-28)（）工件的质量为30,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量 (3-29)。假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心距，其转动惯量为: (3-30) 191） 手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为M偏，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线,则 + 20(4-19)2） 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，对于滚动轴承，对于滑动轴承=0

27、.1， ，为手腕转动轴的轴颈直径，, , ,为轴颈处的支承反力，粗略估计, (3-31)3） 回 转 缸 的动片与缸径、定片、端盖等处密封装置的摩擦阻力矩M封，与选用的密衬装置的类型有关，应根据具体情况加以分析。在此处估计为的3倍，3 (3-32) (3-33)设计尺寸符合使用要求，安全。20213.3机械手手臂结构设计3.3.1机械手手臂的设计方案按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右横移和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱实现的，立柱的横向移动为手臂的横移。手臂的各种运动由液压缸来实现。1、结构的设计手臂的伸缩是直线运动，实现直线往复运动采用的是液压压驱动

28、的活塞缸。由于活塞液压缸的体积小、重量轻，因而在机械手的手臂结构中比较多。同时液压压驱动的机械手手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线发生转动，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，必须采用适当的导向装置。它应根据手臂的安装形式，结构和抓取重量和减少手臂对回转中心的转动惯量。在本机械手中，采用的是单导向杆作为导向装置，它可以增加手臂的刚性和导向性。该机械手的手臂如附图所示，现将其工作过程描述如下：手臂主要由双作用液压缸1、导向2、定位拉杆3和两个可调定位块4等组成。双作用液压缸1的缸体固定，当压缩空液压分别从进出液压孔c，e进入双作用式

29、液压缸1的两腔时，空心活塞套杆6带动手腕回转缸5和手部一同往复移动。在空心活塞套杆6中通有三根伸缩液压管，其中两根把压缩空液压通往手腕回转液压缸5，一根把压缩空液压通往手部的夹紧液压缸。在双作用式液压缸1缸体上方装置着导向杆2，用它防止活塞杆6在做伸缩运动时的转动，以保证手部的手指按正确的方向运动。为了保证手臂伸缩的快速运动。在双作用式液压缸1的两个接液压管口c,e出分别串联了快速排液压阀。手臂伸缩运动的行程大小，通过调整两块可调定定位块4的位置而达到。手臂伸缩运动的缓冲采用液压缓冲实现。手腕回转是由回转液压缸5实现，并采用液压缸端部节流缓冲，其结构见A-A剖面。在附图中所示的管口a、b是接到

30、手腕回转液压缸的；d是接到手部夹紧液压缸的。直线液压缸1内的三根液压管采用了伸缩液压管结构，其特点是机械手外观清晰、整齐，并可避免液压管的损伤，但加工工艺性较差。另外活塞套杆6做成筒状零件可增大活塞套杆的刚性，并能减少充液压容积，提高液压缸活塞套杆的运动速度。19目前常采用的导向装置有单导向杆、双导向杆、四导向杆等，在本机械手中采用单导向杆来增加手臂的刚性和导向性。2、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

31、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。3、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。4、手臂伸缩驱动力的计算手臂做水平伸缩时所需的驱动力 图3-4 手臂伸出时的受力图 图3-4所示为活塞液压缸驱动手臂前伸时。在单杆活塞液压缸中，由于液压缸的两腔

32、有效工作面积不相等，所以左右两边的驱动力和压力之间的关系式不一样。当压缩空22液压输入工作腔时，驱使手臂前伸或缩回，其驱动力应克服手臂在前伸或缩回起动时所产生的惯性力，手臂运动件表面之间的密封装置处的摩擦阻力，以及回油腔压力所造成的阻力，因此，驱动力计算公式为： （3-34） 式中：P惯 手臂在起动过程中的惯性力； P摩 摩擦阻力； P密 密封装置处的摩擦阻力，用不同形状的密封圈密封，其摩擦阻力不同。P背液压缸非工作腔压力所造成的阻力，若非工作腔与油箱与大液压相连时，则P背=0 。3.3.2机械手手臂设计计算1、驱动力计算根据手臂伸缩运动的驱动力公式： （3-35）手臂伸缩时产生的惯性力矩为：

33、 (3-36)式中：m 质量a 加速度G手臂运动件所受重力g 重力加速度 起动时或制动时的速度差起动或制动时的时间差手臂伸缩回转时产生的惯性力矩为： (3-37)式中：惯性力矩 角加速度起动或制动时的角速度差J臂部零件对其回转中心的转动惯量臂部零件对其重心的转动惯量23臂部零件对作为重心位置的质点对臂部回转中心的转动惯量 （3-38）回转半径其中，由于手臂运动从静止开始，所以V=V，摩擦系数料为ZL3，活塞材料设计液压缸材45钢，查有关手册可知f=0.17.质量计算：手臂伸缩部分主要由手臂伸缩液压缸、手臂回转液压缸、夹紧液压缸、手臂伸缩用液压缓冲器、手爪及相关的固定元件组成。液压缸为标准液压缸

34、，根据中国液压动元件厂的产品样本可估其质量，同时测量设计的有关尺寸，得知伸缩部分夹紧物体时其质量为70Kg,放松物件后其质量为67Kg，接触面积为：S=0.5则上料时：Ff=7030.5=105N F=Ff+ （3-39） =105+70600 =945N下料时：Ff=6730.5=100.5N =100.5+67600 =904.5N考虑安全因素，应乘以安全系数K=1.2则上料时：F=9451.2=1134N则下料时：F=904.51.2=1085.4N2、液压缸的直径根据双作用液压缸计算公式：当油进入无杆腔时： （3-40）当油进入有杆腔时： （3-41）液压缸的有效面积为：（无杆腔） （3-42） （有杆腔） （3-43）2425其中： F驱动力d 活塞杆直径p 液压缸工作压力液压缸的机械效率，工程机械中一般取用=0.95代入有关数据，得 当推力做功时： （3-44） =85mm当拉力做功时：D=（1.011.09） =（1.011.09） =90.6mm圆整后取D=100mm。3、活塞杆直径的计算根据设计要求，此活塞杆为空心活塞杆，目的是杆内将装有4根伸缩输油管。因此，活塞杆内径尽可能大，假设取d=70mm,d0=56mm.活塞杆的尺寸要满足运