機械手的開合度和動力計算公式以及運動受力分析

　　機械手的開合度：

　　若僅以手臂的擺動來代替其開合及讓位，則手臂的開合度必須相應(yīng)增大，使得手頭足以退讓筒體的運動軌跡。

　　手頭和筒體的運動情況如圖1所示。根據(jù)圓的運動方程可以得到機械手中心與筒體中心的運動軌跡分別為：

　　x?2+y?2=R?2

　　[x?-（R?＋R?）]2+y?2=R?2

　　由圖1可以看出，手頭最易干涉處為Q點，而簡體最易干涉處為簡壁外緣，則其運動方程分別為：

　　x?2＋y?2=（R?＋△R?）2 =（R?＋△?）2＋△?2

　　[x?2-（R?＋R?）]2＋y?2 =（R?＋△R?）2 =（R?＋d/2）2

　　由于R?＋△?》△?，則式（3）可以簡化為

　　x?2＋y?2=（R?＋△?）2

　　將式（5）代入式（4），整理后得

　　x=(R?＋R?）2+（R?+△?）2-（R?+d/2）2/2（R?＋R?）

　　則

　　y=±√{（R?+△?）2-［[（R?+R?）2+（R?＋△?）2-（R?＋d/2）2]/2（R?＋R?）］2}

　　代入相應(yīng)數(shù)值計算，得x=138.25，y=±131.79

　　則α=arctan|y|/x=arctan131.75/138.25=43.63°

　　β=arctan△?/（R?+R?）=arctan18/（146+45）=5.38°

　　因此，手臂的最小擺動角度為

　　α＇=α-β=43.63°-5.38°=38.25°

　　則機械手的最小計算開合度為2α＇，等于76.50°。

　　考慮到其計算偏差及構(gòu)件的制作誤差，為安全起見選取手臂的實際開合度為90°。

　　機械手的動力計算：

　　選用鉸支單活塞桿液壓缸，直徑Φ40毫米，引程75毫米。扭簧材料選用65Mn，工作扭頻1500～1860kg·mm，極限扭矩2200kg·mm，工作扭轉(zhuǎn)角度54°48＇～68°。

　　

　　小手工作時的驅(qū)動力經(jīng)測算可得，釋放器端蓋旋入時的**扭矩為600kg?mm，由圖2釋放器簡體的受力分析可知，在**工作扭矩下筒壁的摩按阻力為

　　F=Mmax/d=600/38=15.79（kg）

　　此時所需的正壓力為

　　N=F/μ=15.79/0.15=105.26（kg）

　　小手頭夾緊釋放器小轉(zhuǎn)臂的受力情況如圖3所示。此時大、小手頭分別夾壓在保護(hù)筒和釋放器上，大、小轉(zhuǎn)臂之間有扭簧作用而產(chǎn)生扭矩，其受力平衡方程為

　　ΣMo?=P?·34-N?（146-26）-M?=0

　　因為N?=N

　　則p?=（M?+120N）/34=（1860+120×105.26）/34=426.21（kg）

　　液壓機無桿腔液壓油所需的壓強為

　　P?=P?/πr2=426.21/22·π=33.92（kg/cm2）

　　考慮到其安全性，油壓應(yīng)在40kg/cm2以上。

　　大手工件時的驅(qū)動力：

　　大手工作時的構(gòu)件狀態(tài)及受力情況如圖4（a)所示。由于大手頭夾緊保護(hù)筒，小手頭為退回狀態(tài)，則小轉(zhuǎn)臂也隨之回擺一定的角度，這將使得液壓缸活塞桿對小轉(zhuǎn)臂力的作用點O?點移至O?＇點，其力的作用線也將隨之轉(zhuǎn)動一定的角度7。

　　7=arctan34（1-cos13°）/265=0°11＇18〞

　　取小轉(zhuǎn)臂O?AB的隔離體，受力狀態(tài)如圖4（b）所示。若要使小轉(zhuǎn)臂O?AB靠緊在擋板D上，則液壓驅(qū)動力P?對O?點的矩應(yīng)小于扭簧產(chǎn)生的力矩M?。設(shè)定液壓系統(tǒng)的工作壓強為3.2kg/cm2，則

　　P?（34·cos13°·cos7-34·sin13°·sin7）=1331（kg·mm）

　　小于扭簧的工作扭矩1500kg·mm。因此能夠可靠地工作。

　　由圖4（a）的受力分析，可以列出組合件的平衡方程

　　ΣMo=P?[(61+34cos13°）cos7-（26-34sin13°）sin7]-N?·146=0

　　大手頭對保護(hù)簡體的握持力為

　　N?=P?/146[（61+34cos13°）cos7+（26-34sin13°）sin7]=25.94（kg）

　　滿足手頭的導(dǎo)向要求。