某機械手氣動部分設計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15877某機械手氣動部分設計計算案例 1242371.1升降氣缸設計計算 1310841.2伸縮氣缸設計計算 568431.3回轉氣缸設計計算 81.1升降氣缸設計計算手臂升降裝置由轉柱、升降缸活塞軸、升降缸體、碰鐵、可調定位塊、定位拉桿、緩沖撞鐵、定位塊聯接盤和導向桿等組成。在轉柱上端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉氣缸手部夾緊氣缸和手臂伸縮氣缸，轉柱下端的氣路，將壓縮空氣引到升降缸上腔，當壓縮空氣進入上腔后，推動升降缸體上升，并由兩個導向桿進行導向，同時碰鐵隨升降缸體一同上移，當碰觸上邊的可調定位塊后，即帶動定位拉桿,緩沖撞鐵向上移動碰觸升降用液壓緩沖器進行緩沖。上升行程大小通過調整可調定位塊來實現，手臂下降靠自重實現。結構簡圖如圖3-1所示：1-立柱2-升降氣缸3-手臂、伸縮氣缸、氣爪、工件圖3-1結構分析簡圖A．驅動力計算根據上圖力的作用方向，可計算活塞的驅動力F，參照[1]可知摩擦系數f=0.17。a)根據結構示意圖，驅動力公式為：（3-1）b)質量計算:手臂升降部分主要由手臂伸縮氣缸、夾緊氣缸、手臂、手爪及相關的固定元件組成。氣缸為標準氣缸，根據中國煙臺氣動元件廠的《產品樣本》可估其質量，同時測量設計的有關尺寸，據估計所以代入公式（3-1）：c)參照[17]實際驅動力:因為傳力機構為齒輪齒條傳動，參照[1]故取，并取若被抓取工件的最大加速度取a=g時，根據[17]則：所以所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為1494N.B．氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。以下公式均參照[17]根據力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:式中:—活塞桿上的推力，N—彈簧反作用力，N—氣缸工作時的總阻力，N—氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:式中:—彈簧剛度，N/m—彈簧預壓縮量，m一活塞行程，m—彈簧鋼絲直徑，m—彈簧平均直徑，m—彈簧外徑，m—彈簧有效圈數一彈簧材料剪切模量，一般取在設計中，必須考慮負載率的影響，則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關數據，可得3677.46220.6所以：查有關手冊圓整，得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式有:其中，,則:所以滿足設計要求。C．缸筒壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于1/10，根據[17]其壁厚可按薄壁筒公式計算:式中:—缸筒壁厚，mmD—氣缸內徑，mm—實驗壓力，取,Pa材料為:ZL3,代入己知數據，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:根據以上計算選擇氣缸型號為：QGSDq40×100BFB其中：QGSD-普通型單作用氣缸；q–派生氣缸代號：q=彈簧前置型；40-汽缸內徑；100-氣缸行程；B–緩沖：B=緩沖可調；FB-安裝方式：FB=后法蘭；1.2伸縮氣缸設計計算手臂伸縮裝置由伸縮缸活塞軸、伸縮缸體、碰鐵、可調定位塊、定位拉桿、緩沖撞鐵、定位塊聯接盤和導向桿等組成。在手臂右端用管接頭和氣管分別將壓縮空氣引到手腕回轉氣缸手部夾緊氣缸，手臂左端的氣路，將壓縮空氣引到伸縮缸上腔，當壓縮空氣進入上腔后，推動升降缸體右移，并由兩個導向桿進行導向，同時碰鐵隨升降缸體一同右移，當碰觸上邊的可調定位塊后，即帶動定位拉桿,緩沖撞鐵向右移動碰觸左右用液壓緩沖器進行緩沖。右移行程大小通過調整可調定位塊來實現，手臂左移與右移類似。結構簡圖如圖3-2所示：圖3-2結構分析簡圖A．驅動力計算根據上圖力的作用方向，可計算活塞的驅動力F，參照[1]可知摩擦系數f=0.17。a)根據結構示意圖，驅動力公式為：b)質量計算:小臂升降部分主要由夾緊氣缸、手臂、手爪及相關的固定元件組成。氣缸為標準氣缸，根據中國煙臺氣動元件廠的《產品樣本》可估其質量，同時測量設計的有關尺寸，據估計所以代入公式：c)參照[17]實際驅動力:因為傳力機構為齒輪齒條傳動，參照[1]故取，并取若被抓取工件的最大加速度取a=g時，根據[17]則：所以所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅動力為163N.B．氣缸的直徑本氣缸屬于單向作用氣缸。以下公式均參照[17]根據力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為:式中:—活塞桿上的推力，N—彈簧反作用力，N—氣缸工作時的總阻力，N—氣缸工作壓力，Pa彈簧反作用按下式計算:式中:—彈簧剛度，N/m—彈簧預壓縮量，m一活塞行程，m—彈簧鋼絲直徑，m—彈簧平均直徑，m—彈簧外徑，m—彈簧有效圈數一彈簧材料剪切模量，一般取在設計中，必須考慮負載率的影響，則:由以上分析得單向作用氣缸的直徑:代入有關數據，可得3677.46220.6所以：查有關手冊圓整，得由，可得活塞桿直徑:圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式有:其中，,則:所以滿足設計要求。C．缸筒壁厚的設計缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比小于或等于1/10，根據[17]其壁厚可按薄壁筒公式計算:式中:—缸筒壁厚，mmD—氣缸內徑，mm—實驗壓力，取,Pa材料為:ZL3,代入己知數據，則壁厚為:取，則缸筒外徑為:根據以上計算選擇氣缸型號為：QGSDq40×100BLB其中：QGSD-普通型單作用氣缸；q–派生氣缸代號：q=彈簧前置型；40-汽缸內徑；100-氣缸行程；B–緩沖：B=緩沖可調；LB-安裝方式：LB=軸向底座；1.3回轉氣缸設計計算實現機械手手臂回轉運動的機構形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉缸、齒輪傳動機構、鏈輪傳動機構、連桿機構等。在本機械手中，手臂回轉裝置由回轉缸體、轉軸、定片、回轉定位塊、回轉中間定位塊和回轉用液壓緩沖器(此部件位置參見附圖)等組成。當壓縮空氣通過管路分別進入手臂回轉氣缸的兩腔時，推動動片連同轉軸一同回轉，轉軸通過平鍵而帶動升降氣缸活塞軸、定位塊聯接盤、導向桿、定位拉桿、升降缸體和轉柱等同步回轉。因轉柱和手臂用螺栓連接，故手胃亦作回轉運動。手臂回轉氣缸采用矩形密封圈來密封，密封性能較好，對氣缸孔的機械加工精度也易于保證。手臂回轉運動采用多點定位緩沖裝置，其工作原理見回轉用液壓緩沖器部分。手臂回轉角度的大小，通過調整兩塊回轉定位塊和回轉中間定位塊的位置而定。在機械手的手腕回轉運動中所采用的回轉缸是單葉片回轉氣缸，它的工作原理如圖3-10所示，定片1與缸體2固連，動片3與回轉軸5固連。動片封圈4把氣腔分隔成兩個.當壓縮氣體從孔a進入時，推動輸出軸作逆時4回轉，則低壓腔的氣從b孔排出。反之，輸出軸作順時針方向回轉。圖2-10回轉氣缸示意圖參照[17]單葉片氣缸的壓力p和驅動力矩M的關系為：（3-13）或式中:M-回轉氣缸的驅動力矩;P-回轉氣缸的工作壓力;R-缸體內壁半徑;r-輸出軸半徑;b-動片寬度.上述驅動力矩和壓力的關系式是對于低壓腔背壓為零的情況下而言的。若低壓腔有一定的背壓，則上式中的P應代以工作壓力與背壓之差。根據以上計算選擇回轉氣缸型號為：QGH250×180BFSR其中：QGH—齒桿式回轉擺動氣缸；2—派生氣缸代號：2=雙出軸；50-氣缸內徑；180-回轉動擺動角度；B–緩沖：B=可調緩沖；F–法蘭；S–單桿基本型；R–耐熱型；R=采用氟橡膠密封件，最高耐溫200°。由設計要求可知,機械手有四個移動自由度,其工作程序為:機構下降→夾具夾緊→機構上升→手臂右擺→手臂右移→機構下降→夾具松開→機構上升→手臂左移→手臂左擺退至原位。氣動原理圖如圖4-1所示。整個氣動系統就是要對擺動氣缸、夾緊氣缸、伸縮氣缸和升降氣缸的動作進行控制。圖4-1氣動原理圖氣路元件表如圖4-1所示：圖4-1氣路元件表序號型號規格名稱數量1L1-25單向節流閥6224DH-10-S三位四通電磁滑閥33QF-44手動截止閥14QSL-26SQTY-20-S壓力組件15YJ-1壓力繼電器16Q24DH-10-S兩位三通電磁滑閥1各執行機構的調速，凡是能采用排氣口節流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節流阻尼螺釘進行調速，這種方法的特點是結構簡單，效果尚好。如手臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快起動速度，也可調節全程上的速度。升降氣缸采用進氣節流的單向節流閥以調節手臂