弹簧反作用按下式计算:
F? G )
t f (1 ? s G Gd1 4
f ??
D3 1 n
4
Gf =
Gd 1
8D 3
1 n
式中:
G
f - 弹簧刚度，N/m 1- 弹簧预压缩量，m s - 活塞行程，m
d- 弹簧钢丝直径，m
1 D1 - 弹簧平均直径，.
n - 弹簧有效圈数.
G - 弹簧材料剪切模量，一般取 G ? 79.4 ?109 Pa在设计中，必须考虑负载率? 的影响，则:
F?D 2 p??1 ??4
? Ft
由以上分析得单向作用气缸的直径:
D ??
4(F1 ? Ft)?
?p??
代入有关数据，可得
4
Gd 9
G 1
79.4 ?10
? (3.5 ??3 4f ?? 10 )8D 3 ??
?
1 n
8 ? (30 ?103 )3
?15 ? 3677.46( N / m)
Ft ? G f (1 ? s)
? 3677.46 ? 60 ?10?3 ? 220.6(N )
所以: D ??4(F1 ? Ft) 4 ? (490 ? 220 .6)
??? ? 0.5 ?10 6
?pn? 65.23(mm)
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查有关手册圆整，得 D ? 65mm
由 d / D ? 0.2 ? 0.3 ,可得活塞杆直径: d ? (0.2 ? 0.3)D ? 13 ? 19.5mm
圆整后，取活塞杆直径 d ? 18mm 校核，按公式 F1 /(? / 4d 2 ) ? [? ] 有: d ? (4F1 / ? [? ]) 0.5
其中，[? ] ? 120MPa， F1 ? 750 N
则: d ? (4 ? 490 / ? ?120 ) 0.5
? 2.28 ? 18
满足实际设计要求。
3,缸筒壁厚的设计 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
径之比小于或等
于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:
? ? DPp / 2[? ]
式中:6- 缸筒壁厚，mm
D - 气缸内径，mm
Pp - 实验压力，取 Pp ? 1.5P , Pa
材料为:ZL3,[? ]=3MPa
代入己知数据，则壁厚为:
? ? DPp / 2[? ]
? 65 ? 6 ?105 /(2 ? 3 ?106 ) ? 6.5(mm)
D1 ? 65 ? 7.5 ? 2 ? 80(mm) 取 ? ? 7.5mm ，则缸筒外径为:
第四章 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。
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 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的要求目前实
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现手腕回转运动的机构，应用最多的为回转油(气)缸，因此我们选用回转气缸。它的结构 紧凑，但回转角度小于 360? ，并且要求严格的密封。
4. 2手腕的驱动力矩的计算
4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩 手腕的回转、上下和左右摆动均为回转运动，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 4-1所示为手腕受力的示意图。
1.工件2.手部3.手腕 图4-1手碗回转时受力状态
Fig.4-1 Bear Force Condition of Wrist When Rotating
手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算:
M 驱 ? M 惯 ? M 偏 ? M 摩 ? M 封
N ? cm ); 式中: M 驱 - 驱动手腕转动的驱动力矩(
M 惯 - 惯性力矩( N ? cm );
M 偏 - 参与转动的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回转缸的动片)对转动轴线
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所产生的偏重力矩( N ? cm )., ;
M 封 - 手腕回转缸的动片与定片、缸径、端盖等处密封装置的摩擦阻力
矩( N ? cm );
下面以图4-1所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算:
手腕转动时的角速1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M悦 若手腕起动过程按等加速运动，
度为 ? ，起动过程所用的时间为 ?t ， 则:
M ?惯 ?（J ? J 1）? t?
( N.cm)
式中: J - 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 ( N .cm.s 2
) ;
J 1 - 工件对手腕转动轴线的转动惯量
( N .cm.s 2 ) `。 若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 J 1 为:
J 1 ? J ? G1 c g e 2
1
式中: J 2
c - 工件对过重心轴线的转动惯量 ( N .cm.s ) :G
1 - 工件的重量(N);
e
1 - 工件的重心到转动轴线的偏心距(cm),
? - 手腕转动时的角速度(弧度/s);
?t - 起动过程所需的时间(s);
?? — 起动过程所转过的角度(弧度)。
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
M 偏 ? G1e1 +
G3 e3 ( N ? cm )
式中: G3 - 手腕转动件的重量(N);
e手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm)
3 - 当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则G1e1 ? 0 .
3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩
M 封
M f
封 ??2
(RA d 2 ? RB d1 ) ( N ? cm )
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