说明书

3.11.2.2 手臂运动机构的选择

通过以上，综合考虑，本设计选择单导杆伸缩机构，使用液压驱动,液压缸选取双作用液压缸。

3.11.3 手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核

3.11.3.1 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φ100/63，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： 3.11.3.2 尺寸校核

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 = 0.4 MPa , 则驱动：

F = PπR2 = 0.4 × 106 × 3.14 × 0.03152 = 1246( N )

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 )

考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数 k = 0.2 ,

Fm = kF1 = 0.2 × 500 = 100( N )

∴ 总受力 F0 = F1 + Fm = 500 + 100 = 600( N ) F0 < F 所以标准CTA液压缸的尺寸符合实际使用驱动力要求。 3.11.4 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，在本设计中才用双导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

3.11.5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。 3.11.5.1 手臂直线运动的驱动力计算

先进行粗略的估算，或类比同类结构，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计。如此反复，绘出最终的结构。

做水平伸缩直线运动的液压缸的驱动力根据液压缸运动时所克服的摩擦、惯性等几个方面的阻力，来确定来确定液压缸所需要的驱动力。液压缸活塞的驱动力的计算。

F = F摩 + F密 + F回 + F惯

3.11.6手臂摩擦力的分析与计算

分析：

摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的，要根据具体情况进行估算。上图是机械手的手臂示意图，本设计是双导向杆，导向杆对称配置在伸缩岗两侧。

机械手臂部受力示意

计算如下：

由于导向杆对称配置，两导向杆受力均衡，可按一个导向杆计算。

∑MA =0

G总L = aFb

Fb = G总L/ a

得 ∑Y = 0

G总 + Fb = Fa

Fa=G总L?a

a

F摩 = Fa摩 + Fb摩 =μ' Fa + μ' Fb

∴ F摩 =μ'G总(2L + a)/ a

式中 G总 —— 参与运动的零部件所受的总重力（含工件） （N） ；

L——手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离（m）,参 考上一节的计算;

a——导向支撑的长度（m）;

μ' ——当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。 对于圆柱面：

μ'=(4 /π ×π/2) ×μ= (1.27 ×1.57 ) ×μ

μ——摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜：取 μ= 0.1 -0.15 钢对铸铁：取μ= 0.18 -0.3 计算：

导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁μ'= 0.20×1.5 = 0.3 ，G总 = 1070 N ，L=1.69-0.028=1.41m,导向支撑 a 设计为 0.016m。 将有关数据代入进行计算

F摩 = G总μ'(2L/a) = 1070 × 0.3 ×(2 ×1.41 + 0.16)/0.16 = 5978.6 N

3.11.7 手臂惯性力的计算本

设计要求手臂平动是V= 5m/min , 在计算惯性力的时候, 设置启动时间 t = 0.2 s，启动速度 ΔV=V= 0.083m /S ,

F惯=G总Δv/gΔt

F惯=G总Δv/gΔt=1070 N × 0.083S/9.8 N /Kg × 0.02 S= 45.5 N

3.11.8 密封装置的摩擦阻力

不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密封，当液压缸工作压力小于 10Mpa。液压缸处密封的总摩擦阻力可以近似为：F封 = 0.03F 。

经过以上分析计算最后计算出液压缸的驱动力：

F = 0.03F + F摩 + F惯 =6210N

3.11.9 液压缸工作压力和结构的确定

经过上面的计算，确定了液压缸的驱动力 F=6210N，根据表 3.1 选择液压缸的工作压力 P=2MPa

（1） 确定液压缸的结构尺寸： 液压缸内径的计算，如图 5.2 所示

双作用液压缸示意图

当油进入无杆腔，

F = F1η = pπ D2η/4

当油进入有杆腔中，

F = F2η = pπ ( D2- d 2 ) η/4