液压机械手手部设计计算

1、湖南工业大学本科毕业设计(论文)第 5 章 机械手手部的设计计算5.1 手部设计基本要求（ 1） 应具有适当的夹紧力和驱动力。应当考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动机构所需的驱动力大小是不同的。（ 2） 手指应具有一定的张开范围，手指应该具有足够的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度），以便于抓取工件。（ 3） 要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证本身刚度、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。（ 4） 应保证手抓的夹持精度。5.2 典型的手部结构（ 1） 回转型 包括滑槽杠杆式和连杆杠杆式两种。（ 2） 移动型移动型即两手指相对支座作往复运动。（ 3）平面平移

2、型。5.3 机械手手抓的设计计算5.3.1 选择手抓的类型及夹紧装置本设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角=600，夹取重量为0.5Kg。 常用的工业机械手手部, 按握持工件的原理, 分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体, 不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指, 夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动, 这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上 , 这样会使结构变得复杂且体积

3、庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置。5.3.2 手抓的力学分析下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆图 3.1 ( a)为常见的滑槽杠杆式手部结构。(a)(b)图 5.1 滑槽杠杆式手部结构、受力分析1 手指 2 销轴 3 杠杆在杠杆 3 的作用下，销轴GB/T882-20002 向上的拉力为F，并通过销轴中心 O点， 两手指 1 的滑槽对销轴的反作用力为F1和F2， 其力的方向垂直于滑槽的中心线oo1 和 oo2 并指向o 点，交F1 和F2的延长线于A及 B。由Fx =0 得F1F2Fy=0

4、 得2cosF1F1o1 F =0 得F1 hFN bacos 2b 2F cos FN3.1 )湖南工业大学本科毕业设计（论文）式中 a 手指的回转支点到对称中心的距离（mm） .工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角。由分析可知，当驱动力F 一定时，角增大， 则握力FN 也随之增大，但 角过大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好=300 400。5.3.3 夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据。必须对大小、方向和作用点进行分析计算。一般来说，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工

5、件的夹紧力可按公式计算FNK1K2 K3G（ 3. 2）式中K1 安全系数，通常1.2-2.0 ；k2 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估K21 b 其中a，重力方向的最大上升加速度；a vmaxat响vmax 运载时工件最大上升速度t响 系统达到最高速度的时间，一般选取 0.03-0.5sK3方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择。G 被抓取工件所受重力（N） 。表 3-1 液压缸的工作压力作用在活塞上外力F（ N）液压缸工作压力Mpa作用在活塞上外力F（ N）液压缸工作压力Mpa小于50000.8 120000 300002.0 4.05000 100001.5 2.03

6、0000 500004.0 5.010000 200002.5 3.050000 以上5.0 8.0计算：设a=100mm,b=50mm10, 0 400; 机械手达到最高响应时间为0.5s，求夹紧力 FN和驱动力F 和 驱动液压缸的尺寸。(1) 设 K1 1.5K2 1 b = 10.5 =1.02a 9.8K3 0.5 根据公式，将已知条件带入：FN 1.5 1.02 0.5 5 3.825N2）根据驱动力公式得：F计算3）取0.852 50 cos30 2 3.825 2.87N 100F实际F计算2.873.38N0.85（ 4）确定液压缸的直径D22F实际D d p4选取活塞杆直径d

7、=0.5D, 选择液压缸压力油工作压力P=0.8-1MPa,4F实际p 1 0.524 3.380.8 105 0.750.0085根据表 4.1 （ JB826-66） ，选取液压缸内径为：D=10mm但为了扩大机械手的,工作范围，选取液压缸内径D=16mm则活塞杆内径为:D=16 0.5=8mm，选取d=8mm5.3.4 手爪夹持范围计算为了保证手抓张开角为600，活塞杆运动长度为34mm。手抓夹持范围，手指夹持有效长度为100mm当手抓没有张开角的时候，如图,3.2（ a）所示，根据机构设计，它的最小夹持半径R1 40 ，当张开600时，如图3.2（ b）所示，最大夹持半径R2 计算如下

8、：R2 100 tg30 40/cos30103.92 104机械手的夹持半径从40mm 104mm湖南工业大学本科毕业设计（论文）a）（b）5.2 手抓张开示意图5.4 机械手手爪夹持精度的分析计算机械手的精度设计要求工件定位准确, 抓取精度高, 重复定位精度和运动稳定性好 , 并有足够的抓取能力 12 。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也于机械手夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，一定进行机械手的夹持误差。5.3 手抓夹持误差分析示意图该设计以棒料来分析机械手的夹持

9、误差精度。机械手的夹持范围为80mm 208mm 。一般夹持误差不超过1mm分析如下：,工件的平均半径：Rcp 40 104 72mm手指长 l 100mm, 取 V型夹角 21200偏转角 按最佳偏转角确定：cos 1 cp cos 17233.75l sin100 sin 60计算R0 l sin cos 100 sin 60 cos 33.75 =72.14Rmax 2 2l sinR mincossin当 R0 RMAX RMIN S 时带入有：2RmaxRmax2l2l cos2 sinsinl 2Rmax2l RMAX cos 2 l 2RMAX2l Rmin cos 0.6782

10、sinsinsinsin夹持误差满足设计要求。5.5 手指夹紧液压缸的尺寸参数的确定根据夹紧力和驱动力的计算，初步确定了液压缸的内径为16mm，行程为34mm；下面要确定液压缸的缸筒长度L。缸筒长度L 由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即：L=l+B+A+M+C式中： l 为活塞的最大工作行程；B为活塞宽度，一般为(0.6-1)D;A 为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;M 为活塞杆密封长度，由密封方式定；C为其他长度，在此由于定位方式为定位块式，需要保留一定的缸体冗余长度作为缓冲，以免在运动过程中损伤到缸体，所以C取 32.8mm。一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。另外，液压缸的结构尺寸还有最小导向长度H。所以： L=34+0.8D+D+0.9D+C=120mm液压缸缸底厚度计算，本液压缸选用平行缸底，且缸底无油孔时h 0.433 D py ， 其中 h 为缸底厚度；D 为液压缸内径；py为实验压力；为缸底材料的许用应力，液压缸选用缸体材料为45 号钢，100MPa 。py0.433 D y0.433 0.0162.5 106100 10631.1