机械手夹持器设计(含装配图CAD图) 第7页
② 油缸直径：推力大小要能克服机构起动惯性并有一定的起动加速度，要满足运动时间要求。
③ 导向杆刚度：按最长伸出时机械手端部的挠度不超过规定要求。
④ 定位方式和元件：自选。
（3）结构方案设计及强度和刚度计算
伸缩臂运动简图见图4-1
① 结构方案说明
a：支座1安装在机器人床身上，用于安装伸缩臂油缸和导向杆等零部件。
b：法兰4用于安装机械手，其形式和尺寸要与机械手相协调。
c：液压缸伸出杆带动导向杆同时伸出300mm，伸出长度较大，设计、制造和安装时要考虑液压缸与导向杆的平行度要求。
d：导向杆可采用直线导轨或直线导轴。直线导轨可选用外购件，直接从生产厂家的有关资料中获得所需参数（网上查询直线导轨、直线导轴）。采用直线导轴时可自行设计，并且要考虑导向杆的润滑，润滑方式参考有关手册设计。
② 强度及刚度计算
本机械手夹持工件重量约3Kg左右，夹持器重量约15Kg，夹持器长度最大约250mm。从受力角度分析，载荷不大，可参考其它机器作类比设计即可。伸缩臂的机构力学模型如图4.2所示。
夹持器夹着工件，伸缩臂全部伸出，是导杆受力最大的状态,也是变形最大的位置。在此情况下，用材料力学的知识计算它的强度和刚度。
4.3伸缩臂机构结构设计
4.3.1伸缩臂液压缸参数计算
4.3.1.1工作负载R
液压缸的工作负载R是指工作机构在满负荷情况下，以一定加速度启动时对液压缸产生的总阻力，即：
式中： -工作机构的荷重及自重对液压缸产生的作用力；
-工作机构在满载启动时的静摩擦力；
-工作机构满载启动时的惯性力。
(1) 的确定
① 工件的质量m
=5.9 (kg)
②夹持器的质量 15kg(已知)
③伸缩臂的质量 50kg(估计)
④其他部件的质量 15kg(估计)
工作机构荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N)
取Ri=860N
(2) 的确定 Rm= (N)
(3) 的确定 Rg= (N)
式中： 为启动时间，其加速时间约为0.1～0.5s
=0.1s , =0.2s
总负载 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N)
取实际负载为 =1200
4.3.1.2液压缸缸筒内径D的确定
D=
式中：R=1000 <5000 , p可取0.8～ , =
取液压缸缸筒内径为40mm。
4.3.1.3活塞杆设计参数及校核
(1)活塞杆材料：选择45号调质钢，其抗拉强度 =570
(2)活塞杆的直径：查《液压传动设计手册》得，当压力小于10Mpa时，速比 =1.33。
则可选取活塞杆直径为20mm系列，且缸筒的厚度为5mm。
最小导向长度： mm
(3)活塞杆强度及压杆稳定性的计算
采用非等截面计算法
① 油缸稳定性的计算
因为油缸的工作行程较大，则在油缸活塞杆全部伸出时，计算油缸受最大作用力压缩时油缸的稳定性。
假设油缸的活塞杆的推理为P，油缸稳定的极限应力为Pk，则油缸稳定性的条件为P<Pk。
Pk按下式得到：
式中： 可按《液压传动设计手册》得到 ；
式中： 为活塞杆直径
为缸体外径。
D为缸体内径。
所以，所以
、 为长度 、 上的断面惯性矩。
查 时极限力的计算图，可由 且 查得
（其中， ：活塞杆头部至油缸A点处的距离（cm）
:缸体尾部至油缸A点处的距离（cm））。
所以： 。
所油缸的稳定性是满足条件的。
② 活塞杆强度的计算（E：材料的弹性模量）刚的弹性模量为E＝200Mpa。
《液压传动与控制》查得：
所以活塞杆强度是满足条件的。
4.3.1.4缸筒设计参数及校核
(1)缸筒材料：选择ZG310-570铸钢,其抗拉强度 =570
(2)缸筒壁厚 及校核：取壁厚 =5mm
因此属于普通壁厚
缸筒壁厚的校核
式中： -缸筒内最高工作压力； =7
-材料的许用应力
-材料的安全系数 =5
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