吉林化工学院本科毕业设计
D2—弹簧外径，m n—弹簧有效圈数
G—弹簧材料剪切模量，一般取G=79. 4 X 109Pa 在设计中，必须考虑负载率η的影响，则:
由以上分析得单向作用气缸的直径:
代入有关数据，可得 所以：
D?4?F1?Ft??p?F1??D2p?4?FtGd14Cf?8D13n?79.4?109??3.5?10?3?4/??8??30?10?3??15???3677.46?N/m?Ft?Cf?1?S??3677.46?60?10?3?220.6ND?4?F1?Ft??p?=[4×(490+220.6)/( π×0.5×106×0.4))? =65.23 (mm)
查有关手册圆整，得D=65 mm
由d/D=0.2—0.3，可得活塞杆直径:d= (0. 2-0. 3) D=13-19. 5 mm圆整后，取活塞杆直径d=18 mm
校核，按公式
1
F1/??/4d2?????d??4F1/?????12???=20MPa, F=750N
则:d≥ (4 × 490/π × 120)?=2.28≤18 满足设计要求。 3、缸筒壁厚的设计
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江家梁：多用途气动机械手设计
缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径比小或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:
式中:δ—缸筒壁厚， D—气缸内径，
Pρ—实验压力，取Pρ=1.5P, Pa 材料为:ZL3,[ σ]=3MPa
代入己知数据，则壁厚为:
??DP?/2?????DP?/2??? =65×6×105/（2×3×106）×10-3 =6.5㎜
取δ=7. 5㎜，则缸筒外径为:D=65+7. 5 ×2=80 mm。 3.2 气流负压式吸盘
气流负压式吸盘是利用吸盘(即用橡胶或软性塑料制成皮腕)内形成负压将工件吸住。它适用于搬运一些薄片形状的工件，如薄铁片、板材、纸张以及薄壁易碎的玻璃器皿、弧形壳体零件等，尤其是玻璃器皿及非金属薄片，吸附效果更为明显。 气流负压式与钳爪式手部相比较，气流负压式手部具有结构简单，重量轻，表面吸附力分布均匀，但要求所吸附表面平整光滑、无孔和无油。按形成负压(或真空)的方法，气流负压式手部可分为真空式、气流负压式和挤压排气式吸盘。在本机械手中，拟采用喷射式气流负压吸盘。
P0 B2K1 图3.3 喷射气流原理图 喷射式气流负压吸盘的工作原理如图3.3所示，根据流体力学，气体在稳定流动状态下，单位时间内气体经过喷嘴的每一个截面的气体质量均相等。因此，在最简单的情
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况下，低流速(高压强)截面的喷嘴应当具有大面积，而高流速(低压强)截面的喷嘴应当具有小面积。所以，压缩空气由喷嘴进口处A进入后，喷嘴开始一段由大到小逐渐收缩，而气流速度逐渐增大，当沿气流流动方向截面收缩到最小处K时〔即临界面积)，流速达到临界速度即音速，此时压力近似为喷嘴进口处的压力之半，即PK =0. 528P1。为了使喷嘴出口处的压力P2低于PK 必须在喷嘴临界面以后再加一段渐扩段，这样可以在喷嘴出口处获得比音速还要大的流速即超音速，并在该处建立低压区域，使C处的气体不断的被高速流体卷带走，如C处形成密封空腔，就可使腔内压力下降而形成负压。当在C处连接橡胶皮腕吸盘，即可吸住工件[10]。
图3.4所示为可调的喷射式负压吸盘结构图。为了使喷嘴更有效地工作，喷嘴口与喷嘴套之间应当有适当的间隙，以便将被抽气体带走。当间隙太小时，喷射气流和被抽气体将由于与套壁的摩擦而使速度降低，因而降低了抽气速率;当间隙太大时，离喷射气体越远的气体被带着向前运动的速度就越低，同时间隙过大，从喷嘴套出口处反流回来的气体就越多，这就使抽气速率大大的降低。因此，间隙要适宜，最好使喷嘴与喷嘴套之间的间隙可以调节，以便喷嘴有效地工作。在图3.4中，喷嘴5与喷嘴套6的相对位置是可以调节的，以便改变间隙的大小[11]。
6 4321图3.4 可调喷射式负压吸盘结构
1.橡胶吸盘2.吸盘芯子3.通气螺钉4.吸盘体5.喷嘴6.喷嘴套 下面计算吸盘的直径[12]: 吸盘吸力的计算公式为:
n?D2p?4K1?K2?K3- 17 -
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式中:P—吸盘吸力(N)，本机械手的吸盘吸力为50N，故P=50N;
D — 吸盘直径((cm).
n — 吸盘数量，本机械手吸盘数量为1;
K1—吸盘吸附工件在起动时的安全系数，可取K,月2-2，在此取K1=1.5; K2—工作情况系数。若板料间有油膜存在则要求吸附力大些;若装有分 料器，则吸附力就可小些。另外工件从模具取出时，也有摩擦力的作用，同时还应考虑吸盘在运动过程中由于加速运动而产生的惯性力影响。因此，应根据工作条件的不同，选取工作情况系数，一般可在(1-3的范围内选取。在此，取K2=2。 K3—方位系数.当吸盘垂直吸附时，则K3=1/f，f为摩擦系数，橡胶吸盘吸附金属材料时，取f=0.5~0.8;当吸盘水平吸附时，取K3=l。在此，取K3=0.5. 代入数据得: _
D??P?4?K1?K2?K3n?
50?4?1.5?2?1.51?3.14?16.92?cm?4 手腕结构设计
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，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气缸[13]。
4.1 手腕的自由度
手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调整工件的方位，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平放
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