凸轮轴磨床上下料机械手设计.doc

摘 要在对工业机械手总体构思和结构分析的基础上，结合上下料机械手的给定要求和功能，对机械手结构进行了系统的分析、设计和计算，并拟定了整体驱动系统和控制系统。 采用机电一体化设计思想，充分考虑机、电、软、硬件各自特点进行互补优化，对机械手整体结构、传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计。在结构设计的过程中结合以往机械设计的经验确定了机械手的详细尺寸。在标准件的应用中，充分考虑实际情况和标准件的应用准则进行了选用。由于该机械手采用液压驱动，在油路的布置和规划中结合机械制造的基础，不但使油路符合制造的可行性，而且将油路布置成空间结构，是机械手的结构更加简洁和紧凑。 在传动系统和驱动装置的设计中，结合各个液压缸的动作，对液压油的流量和压力进行了分析，结合液压原理中各种常用回路的功能和各液压元件的选用原则，制定出了一套完整的液压系统。 在控制系统的设计过程中，采用PLC可编程控制器作为控制主机，行程开关的开合作为中间动作信号，在加上PLC内部延时继电器的使用对该机械手进行了编程，提出了一份有不同功能模块的梯形图。 通过以上各部分的工作，得出了实用化、高可靠性通用机械手的设计方案，对其他类型的数控系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词：机械手；结构设计；驱动系统；PLC 。AbstractCamshaft grinding machine from top to bottom materialmanipulator design The industry manipulator overall idea and in structure analysiss foundation, in the union the yummy treats manipulator assigns the request and the function, has carried on systems analysis, the design and the computation to the manipulator structure, and has drawn up the whole driving system and the control system. uses the integration of machinery design concept, the full consideration machine, the electricity, the software and hardware respective characteristic carry on the supplementary optimization, to the manipulator overall construction, the transmission system, the drive and the control system has carried on the analysis and the design.Unified in structural designs process formerly the machine design the experience to determine manipulators detailed size. In the standard letter application, the full consideration actual situation and the standard letter application criterion carried on has selected. Because this manipulator uses the hydraulic pressure actuation, unifies machine manufactures foundation in the oil duct arrangement and the plan, not only causes the oil duct to conform to the manufacture feasibility, moreover arranges the oil duct the spatial structure, is manipulators structure is more succinct and is compact.In the transmission system and in drives design, unifies each hydraulic cylinders movement, has carried on the analysis to the hydraulic fluid current capacity and the pressure, in the union hydraulic pressure principle each kind of commonly used return routes function and various hydraulic element selects the principle, formulated a set of complete hydraulic systemIn control systems design process, uses the PLC programmable controller achievement to control the main engine, the limit switch opens and closes takes the middle operation signal, was adding on the PLC interior timing relays use to carry on the programming to this manipulator, proposed had the different functional module trapezoidal chart.Through the above various part of work, has obtained practical, the redundant reliable general-purpose manipulators design proposal, also has to other types numerical control systems design certainly profits from the value.Keywords : manipulator、structural design、drive system、PLC目 录摘要1AbstractII1 绪论11.1机械手简介及其应用12 凸轮轴磨床上下料机械手的总体设计42.1机械手的组成及各部分关系概述42.1.1执行机构42.1.2驱动机构52.1.3控制系统62.2总体方案拟定62.3凸轮轴上下料机械手的主要技术参数73 凸轮轴磨床上下料机械手机械系统设计93.1 手部93.1.1手部结构设计93.2 腕部133.3 臂部143.1.1手臂伸缩缸的结构设计143.1.2手臂伸缩缸的设计计算143.2.1 手臂回转缸结构设计193.2.2手臂回转力矩的计算213.2.3手臂回转缸的设计计算224 凸轮轴磨床上下料机械手的液压驱动系统设计254.1程序控制机械手的液压系统254.2液压系统传动方案的确定264.2.1各液压缸的换向回路264.2.2调速方案264.2.3减速缓冲回路274.2.4液压系统的合成和完善285 凸轮轴磨床上下料机械手的PLC控制设计305.1输入输出接口端子分配图305.2状态流程图31图5-2325.3控制面板图325.4控制梯形图32结束语36致谢37参考文献381 绪论机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。工业机械手的发展离不开工业自动化的需要和发展。工业机械手作业与周围环境有很强的交互作用，这与数控机床之类的设备有明显的不同。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一中综合性的高技术。机械手就是通过这种技术产生出来的机电一体化产品，它在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化以及生活服务等许多领域获得越来越多的应用。 1.1研究背景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件。国内已建成的这类自动线很多，如沈阳手泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机轴加工自动线（轴类），上海拖拉机齿轮厂的齿坯加工自动线（盘类）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，如上海动力机厂的汽缸盖加工自动线转位机械手。 2.在实现单机自动化方面 1）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，机械手在这方面应用最多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二机床厂的自动循环液压仿形车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面使用已有成熟的经验，国内一些机床厂已在这类机床产品出厂时就附上机械手，或为用户自行安装机械手提供条件。 2）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，可实现全自动生产。 3）冲床有自动上下料冲压循环，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以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t冲床磁力起动器壳体下料机械手和天津拖拉机厂400t冲床的下料机械手等;一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进，如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位冲床）和天津二轻局技术研究所制作的12t和40t多工位冲床机械手等。 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。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。 总的来说，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、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。 为了谋求操作安全和彻底防止公害，在工伤事故多的工种，如冲压、压铸、热处理、锻造、喷漆以及有强烈紫外线照射的电弧焊等作业中，推广工业机械手或机器人。 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。人在连续工作几小时后，总会感到疲劳或厌倦，而机械手只要注意维护、检修，即能胜任长时间的单调重复劳动。 3）由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可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，能较好地适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需要。这是因为机械手动作程序和运动位置（或轨迹）能够十分灵活快速地予以改变，而其众多的自由度，又提供了迅速改变作业内容的可能，在中、小批量的自动化生产中，最能发挥其作用。 5)采用机械手能明显地提高劳动生产率和降低成本。1.2本课题研究目的及意义 机器人学是一门迅速发展的前沿学科。机械手是机器人的一个部分。其特点之一是综合、交叉，涉及的领域广泛;另一特点是发展迅速、日新月异，尚待研究的问题层出不穷。机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果。世界经济的发展与各行业对自动化程度要求的提高，推动着机器人技术迅速发展，出现了各种各样的机器手产品。随着机器人功能和性能的不断改善和提高，机器手的应用领域日益在扩大，现已广泛应用于制造业、农业、林业、交通运输业、原子能工业、医疗、福利事业、海洋和太空的开发事业中。机器人技术的研究与应用水平，反映着一个国家的经济实力和科技发展水平。 不管当今科技是多么的发达，在中国目前机械制造业的大前提下很多企业对高新技术也只是“量力而行”。而更有一些企业迫于生计和目前的状况，自动化的实现和工业机器人的引进也只是在计划书中说说罢了，更别谈整套自动化生产线了。所以一些企业逼不得已求其次，即在传统生产线上实现个别工序的自动化，在机床之间装上几台机械手，而在一段时间的实践中也确实得到了实惠，为他们改革自身的生产线增添了信心。所以目前对通用机械手的研究是很有价值的，各种规格和形状的机械手一旦做出来就马上可以投入到生产线。而在制产品基于以往的加工工艺，它们的精度依赖于加工过程中的定位，所以对机械手的定位要求并不高，没有太大的技术难题，拥有液压系统本身的刚度就行了。所以通用机械手的应用在一定程度上填补了目前机械制造业自动化的不足。 该机械手结构合理，性能完善，必将加速产品化的进程;改善工人的劳动环境，降 低了工人的劳动强度;大大提高了劳动生产率 1.3本课题的研究内容 为一凸轮轴磨床上下料自动线设计一机械手，该机械手用于把凸轮轴从一台机床传递到下一台机床，并能实现左右、上下、小臂旋转、爪加紧与放松4个动作。已知零件的直径为4060mm，重量为7kg。 2 凸轮轴磨床上下料机械手的总体设计2.1机械手的组成及各部分关系概述 工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的，各部关系如图2-1，图2-2所示。 图2-1 图2-22.1.1执行机构1. 手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型(为回转型，因其结构简单）。手爪多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可用负压式或真空式的空气吸盘（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘传力机构型式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。 2. 腕部 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位（即姿态）。它可以有上下摆动，左右摆动和绕自身轴线的回转三个运动。如有特殊要求（将轴类零件放在顶尖上，将筒类、盘类零件卡在卡盘上等），手腕还可以有一个小距离的横移。也有的工业机械手没有腕部自由度。 3. 臂部 手臂是支承被抓物、手部、腕部的重要部件。手部的作用是带动手指去抓取物体，并按预定要求将其搬到预定的位置。 手臂有三个自由度，可采用直角坐标（前后、上下、左右都是直线）,圆柱坐标（前后、上下直线往复运动和左右旋转），球坐标（前后伸缩、上下摆动和左右旋转）和多关节（手臂能任意伸屈）四种方式。 直角坐标占空间大，工作范围小，惯性大，其优点是结构简单、刚度高，在自由度较少时使用。 圆柱坐标占空间较小，工作范围较大，但惯性也大，且不能抓取底面物体。 球坐标式和多关节式占用空间小，工作范围大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体，多关节还可以绕障碍物选择途径，但多关节式结构复杂，所以也不常用。 2.1.2驱动机构 有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快，结构简单，成本低。采用点位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度，但臂力一般在300N 以下。液动式的出力大，臂力可达1000N以上，且可用电液伺服机构，可实现连续控制，使工业机械手的用途和通用性更广，定位精度一般在1mm范围内。目前常用的是气动和液动驱动方式。电动式用于小型，机械式只用于动作简单的场合。2.1.3控制系统 有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡等记录程 序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。2.2总体方案拟定 工业机械手的主体结构设计的主要问题是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。根据设计要求，总体设计方案示意图如图2-3所示，采用直角坐标式，可实现左右、上下、小臂旋转、爪加紧与放松4个动作。 直角坐标式机械手主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装配和检测作业，大约占工业机器人总数的14%。一般直角坐标式机械手的手臂能垂直上下移动（Z方向运动），并可沿滑架和横梁上的导轨进行水平面内二维移动（X和Y方向运动）。直角坐标式机械手主体结构具有三个自由度，而手腕自由度的多少可视用途而定。 直角坐标式机械手的优点是： （1）结构简单。 （2）容易编程。 （3）采用直线滚动导轨后，速度高，定位精度高。 （4）在X、Y和Z三个坐标轴方向上的运动没有耦合作用。 图2-32.3凸轮轴上下料机械手的主要技术参数工业机械手的规格参数，是说明机械手规格的具体指标，一般包括以下几个方面： 1）抓重（又称臂力）：7kg。 2）自由度数目和坐标形式：自由度2个，坐标形式为直角坐标式。 3）定位方式：行程开关。 4）驱动方式：液动。 5）手臂运动参数：见表2-1。表2-1 运动名称符 号行程范围mm或（0）速度mm/s或（0/s）升降Z164mm100mm/s小臂旋转900900/s6)手指夹持范围和握力（即夹紧力）：4060mm，夹紧力138.92N 7）定位精度：1mm。 8）程序编制方法：PLC。 9）控制系统动力：电。 10）驱动源：液压，压力为0.8 MP和2.5MP，液压泵CE-B25型齿轮泵，电动机是Y100L1-4型，功率为2.2kW。 11）重量：200kg。 运动简图如图2-4 图2-4 3 凸轮轴磨床上下料机械手机械系统设计3.1 手部 3.1.1手部结构设计 手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，由于被握持工件的形状、尺寸大小、重量、材料性能、表面状况等的不同，所以工业机械手的手部结构多种多样，大部分的手部结构是根据特定的工件要求而定的。归结起来，常用的手部，按其握持工件的原理，大致可分成夹持和吸附两大类。 根据设计要求，这里只讨论夹钳式的手部结构。 夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件。一般情况下，多采用两个手指。驱动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压的、气动的和电动的等几种形式。常见的传动机构往往通过滑槽、斜楔、齿轮齿条、连杆机构实现夹紧或放松。 平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，适于夹持平板、方料。在夹持直径不同的圆棒时，不会引起中心位置的偏移。但这种手指结构比较复杂、体积大，要求加工精度高。根据设计要求，工件是圆盘，所以采用回转型手指，其张开和闭合靠手指根部（以枢轴支点为中心）的回转运动来完成。枢轴支点为一个的，称为单支点回转型；为两个支点的，称为双支点回转型。这种手指结构简单，形状小巧，但夹持不同工件会产生夹持定位误差。 为了手指根部的结构紧凑，这里采用单支点滑槽杠杆式，如图3-1。 图3-1一手部的分析与计算1夹紧力的计算公式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所产生的载荷（惯性力或惯性力矩），以使工件保持可靠的夹紧状态。（1）夹紧力的计算公式：FN K1 K2 K3 G 式中 K1 安全系数，通常取1.22.0； K2 工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。K2 可近视按下式估算 K2 1 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，g9.8m/s2 ； avmax运载工件时重力方向的最大上升速度； t响系统达到最高速度的时间；根据设计参数选取。一般取0.03-0.5s。 K3方位系数，根据手指与工件位置不同进行选定。 G被抓取工件所受重力（N）。2.夹紧缸的拉力（或推力）的计算公式夹紧装置是使手爪开，闭的动力装置。其动力源可以是液压或气动。为了更好的选择手爪结构方案，确定各构件的尺寸满足夹持工件的具体要求，首先要根据实际要求选取具体的结构，然后就必须进行力的分析。 F拉 F推p式中 D活塞直径（m）； d活塞杆直径（m）； p驱动压力（Pa）。3.计算步骤 1）首先根据对机械手的工艺及设计要求确定安全系数K1；计算出最大加速度，确定工件情况系数K2，根据手爪夹持方位从表2-2查出方位系数K3；求出夹紧力FN。 取K1=1.5,工件移动速度为0.1mm/s,响应时间为0.5s .K2=1+111.02K3查表得 K30.5 FN=1.51.020.53.59.8=26.2395N2）根据手爪的结构方案，由表2-1查出驱动力的计算公式，求出液压（气）缸应具有的驱动力F计算.查表2-1驱动力的计算公式： F计算=118.08N3）实际所采用的液压（气）缸驱动力要大于F。考虑手爪的机械效率，一般取0.85-0.9。 取 = 0.85F实际=138.92N4）确定液压缸的直径 D注：出自参考文献1,以下查表相同。F实际=取活塞杆直径d0.5D,压力油工作压力p0.8MPaD=17.1710-3m选取液压缸内径为：D=20mm故，活塞杆直径为：d10mm二、手爪的夹持误差分析与计算机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决于机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。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，避免产生手指夹持的定位误差，必须注意选用合理的手部结构参数，从而使夹持误差控制在小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过1mm。 根据图2-5，并查表2-4可知一支点回转型手爪的定位误差计算如下：工件半径为：RCP=25mm, V型钳的夹角2=120工件的轴心位置C与手爪的回转支点A见的距离X，以下式求出X=化简可得当工件半径为：RCP=25mm，BC30mm，则RCP= Xmin为使夹持误差减小，选取合适的偏转角，假设600为使得夹持误差最小的最佳偏转角。取Xmin50mm，则可算出BC=28.87mm,AB=57.735mm。可以使=0.175mm夹持误差满足设计要求。3.2 腕部 腕部结构设计 手腕部件设置于手部和臂部之间，它的作用主要是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间的的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变得更灵巧，适应性更强。 手腕部件具有独立的自由度。一般手腕设有回转运动或再增加一个上下摆动即可满足工作要求。目前，应用最广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度较小（一般小于270o），并且要求严格密封，否则就很难保证稳定的输出扭矩。因此，在要求较大或转角的情况下，采用齿条齿轮传动或链轮以及轮系结构。 腕部设计的基本要求为： 一、力求结构紧凑、重量轻 腕部处于臂部的最前端，它连同手部的精、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。 二、综合考虑，合理布局 腕部作为机械手的执行机构，有承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求以及具有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局。如应解决好腕部与臂部和手部的连接，腕部各个自由度的位置检测，管线布置，以及润滑、维修、调整等问题。三、必须考虑工条件 对于高温作业和腐蚀性介质中工作的机械手，其腕部在设计是应充分估计环境对腕部的不良影响（如热膨胀、压力油的粘度恶化燃点，有关材料及电控元件的耐热性等）。 由于本设计不需要腕部的回转和摆动，故只用一个钢管作为腕部，起到连接与支撑手部和臂部的作用。又考虑到经济性和实用性，最终选用45号钢管，其力学性能和价格都比较适中，中间的管道作为油管导通。3.3 臂部 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支承腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。 臂部的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动又较多，故受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度等直接影响机械手的工作性能。 由本机械手的总体设计可知该臂部分两部分：回转缸和伸缩缸。回转缸实现的是手臂旋转，伸缩缸实现的是手臂升降。3.1.1手臂伸缩缸的结构设计 该大臂的运动是手臂典型运动形式中的一种：直线运动。采用花键套导向的手臂升降结构，当升降液压缸上下两腔通压力油的时候，活塞杆作上下升降运动，其导向作用由花键套合花键轴来实现。其结构特点：内部导向，活塞杆直径大，刚度大，传动平稳。 综合考虑将大臂设计成如装配图所示。 3.1.2手臂伸缩缸的设计计算 由于该伸缩缸作的是升降运动，所以要克服的力有摩擦力、惯性及其载荷，这些是用来确定所需驱动力的依据。 液压缸活塞的驱动力的计算为： F=F摩F密F回F惯 G 式中 F摩摩擦阻力。手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。若是导向装置，则为活塞和缸壁等处的摩擦阻力； F密密封装置处的摩擦阻力；F回液压缸回油腔低压油液所造成的阻力；F惯起动或制动时，活塞杆所受平均惯性力；G零部件及工件所受总重力。 1. F摩的计算 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力不同，要根据具体情况进行估算。 图3-6其由一个花键轴套合花键轴实现导向，其受力可以简化为图3-2示， 启动时，导向装置的摩擦阻力较大，计算如下： MA0N150= G150F1= N1= 3G 设G=200N当量摩擦系数，其值与导向支承的截面形状有关。对于圆柱面： （）（1.271.57）摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时； 钢对青铜：取 =0.10.15钢对铸铁：取 =0.180.3 在此取= 0.2F摩G（）0.3200（）420N2.F密的计算 对于此液压缸，选“O”形密封圈，则： 当液压缸工作压力小于10MPa，活塞杆直径为液压缸直径的一半，活塞与活塞处都采用“O”形密封圈时，液压缸密封处的总的摩擦力为： F封1F封20.03F式中 F为驱动力； F封3pdlp密封处的工作压力（Pa）；p10 MPa，0.050.023；d伸缩油管的直径（m）；l密封的有效长度（m）。 F密F封1F封2F封3 估算约300N。3F回的计算 一般背压阻力较小，可按F回0.05F，约为50N 4. F惯的计算 F惯=式中 参与运动的零部件所受的总重力（包括工件重量）（N）;g重力加速度，取9.8m/s2； v由静止加速到常速的变化量（m/s）; t起动过程时间（s）,一般取0.010.5s，对轻载低速运动部件取较小值，对重载高速运动部件取较大值。由设计参数可知v =0.1m/s,并取t =0.2s F=F摩F密F回F惯 G 970N手臂起动上升过程中所需驱动力最大。5.计算不自锁条件 由公式h0.32可知当=150mm时0.3248mm15d）的活塞杆还必须具有足够的稳定性。有总体设计可知，200lm=16dm=，所以这里只对杆进行强度的校核。 d =碳钢取=100120MPa，n一般不小于1.4，计算出来的直径d再按标准圆整。 d m3.5mm所以d48mm是满足要求的。 9.缸盖螺钉的计算 为了保证联接的紧密性，必须规定螺钉的间距，查表4-8，得到间距应小于100mm，缸径为80mm,所以这个条件是能满足的，设螺钉数为8。在这种联接中，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力FQ0为工作载荷FQ和预紧力FQs之和： FQ0FQ+FQs式中 FQ=F驱动力（N） Z螺钉数目 p工作压力（Pa） FQs预紧力FQsK FQ K=1.51.8 D危险剖面直径（m）。 螺钉的强度条件为 d1式中 FQ0计算载荷（N）； FQj1.3 FQ0抗拉许用应力（单位为MPa） n1.22.5d1螺纹内径（mm）螺钉材料屈服极限（见表49）。设螺钉的材料为45号钢 查得360MPa经过计算得 d13.5mm，为使螺钉整体相统一，在满足以上所有条件下，选择M5型号的螺钉。3.2.1 手臂回转缸结构设计 小臂实现的是旋转运动，符合一般旋转液压缸的设计，根据设计要求，其结构如图3-4示。其为典型小臂结构中具有一个自由度的回转缸驱动的小臂结构。直接用回转液压（气）缸驱动实现小臂的回转运动，因具有结构紧凑、灵活等优点而被广泛采用。 图3-41缸体 2键 3动片 4左油孔 5定片 6右油孔 图3-4示的小臂结构，采用一个回转液压缸，实现小臂的旋转运动。从A-A剖视图上可以看出，回转叶片（简称动片）用键2和转轴连接在一起，定片5和缸体1用销钉和螺钉连接。压力油分别由油孔4、6进出油腔，实现手部的旋转。旋转角的极限值由动片、定片之间允许回转的角度来决定（一般小于270），图示液压缸可以回转180。 图示配油方式为轴配油，即有油孔在转轴内部，而动片和转轴通过键链接，这就实现了油路的通畅。动片的形状如3-5 图3-53.2.2手臂回转力矩的计算 小臂回转时，需要克服以下几种阻力。 一、小臂回转支承处的摩擦力矩M摩一般为了简化计算，取M摩0.1M总力矩二、克服启动惯性所需的力矩M惯启动过程近似等加速运动，根据小臂回转的角速度及启动所用时间t启，按下式计算： M惯或者根据小臂角速度及启动过程转过的角度启按下式： M惯式中 J小臂回转部分对小臂回转轴线的转动惯量（Nms2） 小臂回转过程的角速度（1/s）； t启启动过程中所需时间（s），一般取0.050.3s； 启启动过程所转过的角度（rad）。 小臂回转所需的驱动力矩相当于上述二项之和；M总M摩M惯具体计算过程如下 设：（1）手爪、手爪驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高30cm，直径8cm,其所受重力为150N。 （2）摩擦阻力矩M摩0.1M总力矩（3）启动过程所转过的角度启1800.314rad等速转动角速度900 s-11.57 s-1求： M惯转动惯量计算为：J= Nms2代入： M惯0.456 Nm1.79 Nm M摩0.1 M总 M总0.1 M总1.79 M总 Nm2.00 Nm3.2.3手臂回转缸的设计计算 1.手臂回转缸内径D的确定 回转液压（气）缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩M总。为了使该机械手具有更好的通用性，以及与相关的结构尺寸相吻合，设回转的基本尺寸如下： 回转缸内径 D=80mm输出轴与动片连接处的直径d=32mm动片宽度b20mm回转液压缸的工作压力p2.5MPaM驱 Nm33.6 Nm显然M驱M总，所以是符合要求的。2.手臂回转缸缸盖联接螺钉计算 为了保证联