论文完整版(7)

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把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照GB/T 14038—93<<气缸气口螺纹>>选择合适的气口螺纹。故，

d0?0.005m

8．前后运动气缸部分质量估算

活塞杆及导向套材料采用45钢； 缸体采用铝合金ZL106； 连接件采用HT250。

查相关手册， 45号钢密度为7.85?103kg/m3 ZL106的密度为 2.73?103kg/m3 HT250密度为 7.35?103kg/m3 经计算，质量约为

m?2.9606?1.2991?1.5244?5.7841kg

5.2.2 气缸结构设计 1．缸筒和缸盖的连接

查阅机械手册，选择拉杆式螺栓连接。该结构简单，易于加工，易于装卸。 2．活塞杆与活塞的连接结构

活塞杆与活塞的常用连接形式分整体结构和组合结构。组合式结构又分为螺纹连接、半环连接和锥销连接。

该气缸选择螺纹连接，结构简单，装卸方便，应用较多。 3．密封

气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计、选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工作非常重要。

查阅机械手册的表4-3 活塞的结构与密封型式

采用O型密封圈工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，目前使用的范围较广。

4．气缸的安装连接结构

根据安装位置和工作要求不同可有法兰式、脚架式、支座式、铰轴式。 由于结构需要，该气缸用脚架式安装连接。

5.3 导向装置

气压驱动的机械手臂在进行伸缩运动时，为了防止手臂绕轴线转动，以保证手指的

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正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性，在设计手臂结构时，采用导向装置。具体的安装形式应该根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。

导向杆目前常采用的装置有单导向杆，双导向杆，四导向杆等，在本设计中才用双导向杆来增加手臂的刚性和导向性。

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6 机械手腰部和基座结构设计及计算

6.1 结构设计

通过安装在支座上的感应电动机5和减速机4直接驱动转动壳体3转动，从而实现机器人的旋转运动，通过安装在转动机座上的气缸1实现手臂的上下移动。采用了双导柱2导向，以防止手臂在气缸活塞杆上转动，确保手臂随机座一起转动。支撑梁采用铝合金，以减轻重量和节省材料，它的结构如图6-1所示。

1-气压缸 2-导向柱 3-转动壳体 4-减速机 5-感应电动机 6-机座

图6-1腰部和基座结构图

6.2 控制手臂上下移动的腰部气缸的设计

6.2.1 确定主要尺寸

1．气缸内径和活塞杆直径的确定

根据设计要求，结合末端执行器的尺寸以及伸缩气缸的结构尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为?100。

由d/D?0.2?0.3,可得活塞杆直径:

d?(0.2~0.3)D?20~30mm

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圆整后，取活塞杆直径

d?32mm

由《液压传动与气压传动》手册表4-1气压负载常用工作压力，取气缸工作压力

p?0.4MPa

由公式（4-4）、（4-5）：

F1??D2p4??

F2??(D2?d2)p4??

计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取??0.3~0.5，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取??0.7~0.85。得

F1?2669N，F2?2396N 2．缸筒壁厚和外径的设计

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[?]

气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL106,[?]=3MPa 代入己知数据，则壁厚为:

??DPp/2[?]

?100?1.5?4?105/(2?3?106) ?10(mm)取??10mm，则缸筒外径为:D1?100?10?2?120(mm) 3．手部活塞杆行程长l确定

按设计要求，腰部上下运行距离为20cm，即200mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。

故行程查有关手册圆整为l?240mm 4．活塞杆稳定性的计算：

当活塞杆的长度L?10d时，一般按压杆稳定性来计算活塞杆直径。

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当气缸承受的轴向负载Fpu达到极限值Fk后，极微小的干扰力都会使活塞杆产生弯曲变形，出现不稳定现象，导致气缸不能正常工作。

活塞杆稳定性条件公式（5-1）：

Fpu?当长细比L?85m时，

Fk nkK用公式（5-3）：

Fk?f?1

aL21?()mK实心杆K???12?d

4实心杆?1??d4

m?系数，由查表安装方式为固定-固定式 得m?4

f?材料强度实验值，对钢取f?49?107pa

a?系数，对钢取a?15000 代入公式（5-4）至（5-9）：

实心杆K?dLK4?8

?6458?80

85m?85?4?170 得 LK?85m

Fk?f?1

aL21?()mK2??0.03249?10?4 ?71?1?8025000?4?298395.2(N)

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