d'?1.6FMAXKC????1.61621?1.183?8?7mm 6800?10(5). 根据变形情况确定弹簧圈的有效圈数：
n?Gd? 3MAX8FMAXC（3.5）
80000?106?0.007Gd??2.86 n??33MAX8?1621?88FMAXC选择标准为n?3，弹簧的总圈数n1?n?1.5?3?1.5?4.5圈 (6).最后确定D?42mm，d?7mm，D1?D?d?42?7?35mm，
D2?D?d?42?7?52mm
(7).对于压缩弹簧稳定性的验算
对于压缩弹簧如果长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了避免这种现象压缩弹簧的长细比b?下列选取：
当两端固定时，b?5.3,当一端固定；一端自由时，b?3.7；当两端自由转动时，
H74??1.76，本设计弹簧是2端自由，根据D12b?2.6。
结论本设计弹簧b?1.76?2.6，因此弹簧稳定性合适。 (8).疲劳强度和应力强度的验算。
对于循环次数多、在变应力下工作的弹簧，还应该进一步对弹簧的疲劳强度和静应力强度进行验算（如果变载荷的作用次数N?10，或者载荷变化幅度不大时，可只进行静应力强度验算）。
现在由于本设计是在恒定载荷情况下，所以只进行静应力强度验算。计算公式：
SSca?3?S?SS?max
（3.6）
8KDSs选取1.3:1.7（力学性精确能高） ?max?（3.7） F 3?d?max?8?1.184?0.0428KD??1621?598756479 F333.14?0.007?dSSca?s800?106pa???1.3361?max598756479pa
结论：经过校核，弹簧适应。
3.6 本章小结
通过本章的设计计算，先对滑槽杠杆式的手部结构进行力学分析，然后分别对滑槽杠杆式手部结构的夹紧力、夹紧用的弹簧、驱动力进行计算，在满足基本要求后，对手部的夹持精度进行分析计算。
4 腕部的设计计算 4.1 腕部设计的基本要求 （1） 力求结构紧凑、重量轻
腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担。显然，腕部的结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能。因此，在腕部设计时，必须力求结构紧凑，重量轻。 （2）结构考虑，合理布局
腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。 （3） 必须考虑工作条件
对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因素。 4.2 腕部的结构以及选择 4.2.1典型的腕部结构
(1) 具有一个自由度的回转驱动的腕部结构。它具有结构紧凑、灵活等优点而被广腕部回
转，总力矩M，需要克服以下几种阻力：克服启动惯性所用。回转角由动片和静片之间允许回转的角度来决定（一般小于270）。
(2) 齿条活塞驱动的腕部结构。在要求回转角大于270的情况下，可采用齿条活塞驱动
的腕部结构。这种结构外形尺寸较大，一般适用于悬挂式臂部。
(3) 具有两个自由度的回转驱动的腕部结构。它使腕部具有水平和垂直转动的两个自由度。
(4) 机-液结合的腕部结构。
00
4.2.2 腕部结构和驱动机构的选择
本设计要求手腕回转180，综合以上的分析考虑到各种因素，腕部结构选择具有一个自由度的回转驱动腕部结构，采用液压驱动。 4.3 腕部的设计计算 4.3.1 腕部设计考虑的参数 夹取工件重量30Kg， 4.3.2 腕部的驱动力矩计算
（1） 腕部的驱动力矩需要的力矩
M惯0。
0夹取棒料直径100mm，长度600mm，重量30Kg，当手部回转180时，计算 力矩： （1） 手抓、手抓驱动液压缸及回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，高为220mm，直径120mm，其重力估算G=3.14
G???0.062?0.22?7800Kgm3?9.8NKg?190N
（2） 擦力矩M摩?0.1m。
（3） 启动过程所转过的角度?启?180=0.314rad，等速转动角速度??2.616s。
?2?2M惯??J?J工件?2?启
（4.1）
查《工程力学》取转动惯量公式有：
J?11190NMR2??0.062N?m?s2?0.0342N?m?s2 229.8NKgJ工件?1G2160?9.8l?3R2??0.62?3?0.052??1.8375N?m?s2 ??12g129.82.6162代入： M惯??0.0342?1.8375??20.396N?m
2?0.314M?M惯?M摩?M惯?0.1M
M?20.396?22.663N?m 0.94.3.3 腕部驱动力的计算
表4-1 液压缸的内径系列（JB826-66） （mm）
20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250 设定腕部的部分尺寸：根据表4-1设缸体内空半径R=110mm，外径根据表3-2选择121mm,这个是液压缸壁最小厚度，考虑到实际装配问题后，其外径为226mm；动片宽度b=66mm,输出轴r=22.5mm.基本尺寸示如图4.1所示。则回转缸工作压力P?2M2?61.11??7.35Mpa，选择8Mpa 2222b?R?r?0.066??0.055?0.0225?动片静片
图4.1 腕部液压缸剖截面结构示意 表4.2 标准液压缸外径（JB1068-67） （mm）
液压缸内径 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200 20钢P?160Mpa 45钢P?200Mpa 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245
机械手设计
