关于SCARA机械手的总体结构设计 - 第三章

c.保证工件准确定位 为使手指和被夹持工 件保持准确的相对位置，必须根据被 抓取工件的 形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指， 以便自动定心。 d.具有足够的强度和刚度 手指除受到被夹持工 件的反作用力外，还受 到机械手在运动过程 中所 产 生 的 惯 性 力 和 振 动 的 影 响 ，要 求 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 以 防 折 断 或 弯 曲 变 形 ，当 应 尽 量 使 结 构 简 单 紧 凑 ，自 重 轻 ，并 使 手 部 的 中 心 在 手 腕 的 回 转 轴 线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。 e.考虑被抓取对象的要求 根据机械手的工作需要，通过比较 ，我们采用的机械手的手部结构是 一支点两指回转型，由于工件多为圆柱形，故手指形状设计成 V 型。 3.2.9 手部夹紧气缸设计计算 A．手部驱动力计算 本课题气动机械手的 手部结构如图 3-8 所示，其工件重量 G=10 公斤， a=37.5mm,b=70mm,根据[1]摩擦系数为 f=0. 10。
c)参照[17]实际驱动力:
P实际
³
P
K1 K 2 h
（3-4）
因为传力机构为齿轮 齿条传动，根 据[1]故 取 h = 0.94 ，并取 K1 = 1.5 若被抓取工件的最大加速度取a= g时，参照[17]则：
K2
=1+
a g
=
2
（3-5）
代入公式（3-4）得：
P实际
=
373.3 ´ 1.5 ´ 2 0.94
dmin
=C3
P n
= 106´
3
15 280
= 39.95mm
所以选择轴径 40mm，轴上面设计个法兰，用法兰来固定轴承因为 轴是 靠气缸摆动来旋转的，所以所受的载荷很小，不需要校核。
3.2.3 轴承的选择
轴承是用以支承轴和轴上回转或摆动零件的部件,在各种机械中应用 广泛。根据轴承工作时的摩擦性质，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。 滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来承 受载荷，它与滑动轴承相 比，具 有摩擦阻力小、效率高、启动容易、润滑简便等优点。同时，滚动轴承绝 大 部 分 已 经 标 准 化 ，并 由 专 业 厂 家 生 产 ，选 用 和 更 换 很 方 便 。其 缺 点 就 是 抗击能力差，工作时有噪声，以及工作寿命不及液体摩擦的滑动轴承。
图 3-3 上轴承座 由于配合接触的面比较多,所以对表面粗糙度的要求也高,轴承配合 的地方要求公差等级,轴承的配合主要是内圈与轴颈、外圈与轴承座孔的 配合。滚动轴承是标准件，因此，轴承内圈与轴颈采用基孔制配合，轴承
外圈与轴承座孔采用基轴制配合普通圆柱公差标准中基准孔的公差带都 在零线之上，故滚动轴承内圈与轴颈的配合要比圆柱公差标准中 规定的基 孔制同名配合要紧的多。例如，一般圆柱体基孔制的 K6 配合为过度配合， 而在滚动轴承内圈配合中则为过盈配合。
机械手的全部动作由 电磁阀控制的 气缸驱 动。其中,上升/下降、左移 / 右移以及摆动分别由双线圈两位电磁阀控制,机械手的放松 /夹紧由一个 单线圈两位电磁阀(夹紧电磁阀)控制。机械手的任务是将 A 工作台上的工 件搬运到 B 工作台（或 B 到 A），机械手示意图如图 3­1 所示：
图 3-1 机械手示意图 在连续自动工作方式的状态下机械手的顺序实现的动作如图 1 示意图 所 示 ：手 臂 下 降 → 手 指 夹 紧 → 手 臂 上 升 → 手 臂 右 摆 动 → 手 臂 右 伸 → 手 臂 下 降 → 手 指 松 开 → 手 臂 上 升 → 手 臂 左 伸 → 手 臂 左 摆 动（ 回 到 初 始 位 ），机 械
a.向心轴承
向心轴承主要承受径向载荷，0° £ a £ 45°，又可分为：①径向接触 轴承， a = 0°，只能承受径向载荷；②角接触向心轴承，0°<a £ 45°， 不仅能承受径向载荷,而且随着 a 角的增大,其承受轴向载荷的能力随之 增大。
b.推力轴承 推力轴承主要承受轴向载荷，45° £ a £ 90°，又可分为：①轴向接 触轴承，a = 90°，只能承受轴向载荷；②角接触推力轴承，450°< a <90°， 它主要承受轴向载荷,同时也能承受较小的径向载荷。随着 a 角的增大,其 承受径向载荷的能力将减小。 轴 承 所 受 载 荷 的 大 小 、方 向 和 性 质 ，是 选 择 滚 动 轴 承 的 主 要 依 据 。本 设 计 中 轴 承 既 承 受 径 向 力 及 转 矩 ，又 承 受 轴 向 力 ，因 此 选 用 推 力 球 轴 承 和 深沟球轴承,推力轴承主要受轴向力，球轴承主要受径向力，又根据外廓 尺寸的条件和轴的内径选用 6006 深沟球轴承和 51213 推力球轴承。 3.2.4 上轴承座的选择 6006 深沟球轴承: d=30 mm D=55mm B=13mm da=36mm Da=49mm 51213 推力球轴承: d=65mm D=100mm T=27mm da=86mm Da=100mm 根据以上的尺寸可以确定轴承上座的尺寸,如图 3-3 所示:
第三章 机械手总体结构设计
3.1 动作工况与分析
气动机械手是以压缩 空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主 要特点是:介质源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本 低。但是，由于空 气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差 ，冲击大， 而且气源压力较低，抓重一般在 30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液 压 机 械 手 的 结 构 大 ，所 以 适 用 于 高 速 、轻 载 、高 温 和 粉 尘 大 的 环 境 中 进 行 工作。
动。实现直线往复运动采用的也是气压驱动的活塞气缸。 本设计手臂很简单，在上面固定个夹紧气缸，如图 3-6 所示：
图 3-6 小臂设计
3.2.8 气爪的结构设计 夹持式手部结构由手 指(或手爪)和传力机构所组成。其传 力结构形式
比较多，如滑槽杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式..等。
夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指 式、多指式和双手双指式: 按手指夹持工件的部位又可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种:按模仿 人手手指的动作，手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型(或 称直进型)，其中以二支点回转型为基本型式。当二支点回转型手指的两 个回转支点的距离缩小到无穷小时，就变 成了一支点回转型手指 ;同理，当 二 支 点 回 转 型 手 指 的 手 指 长 度 变 成 无 穷 长 时 ，就 成 为 移 动 型 。回 转 型 手 指 开闭角较小，结构简单，制造容易，应用广泛。移动型应用较少，其结构 比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位径，根据[1]查表 10-2，得 C=106~117，考虑倒安
装轴承受扭矩作用，取 C=106，则
d min
= C3
P n
（3-1）
式中： 各参数值为
C——由轴承的材料和承载情况缩确定的常数； P——轴的输出功率，KW； n——轴的转速，r/min. C=106、P=15KW、n=280，则
滚 动 轴 承 内 、外 圈 的 处 的 配 合 ，既 不 能 过 紧 也 不 能 过 松 。过 紧 的 配 合 会 使 轴 承 的 内 、外 圈 产 生 变 形 ，可 破 坏 轴 承 的 正 常 工 作 ，而 增 加 了 装 拆 的 难 度 。过 松 的 配 合 ，不 仅 会 影 响 轴 的 旋 转 精 度 ，甚 至 会 使 配 合 表 面 发 生 滑 动。因此，轴承配 合种类的选取，应根据轴承的类型与尺寸、载荷的大小、 方向和性质以及工作环境决定。
滚 动 轴 承 的 类 型 很 多 ，按 照 滚 动 体 的 形 状 ，滚 动 轴 承 可 分 为 球 轴 承 和 滚 子 轴 承 两 大 类 。球 轴 承 的 滚 动 体 与 内 、外 圈 是 点 接 触 ，运 转 时 摩 擦 耗 损 小 ，但 承 载 能 力 和 抗 击 能 力 差 ；滚 子 轴 承 为 线 接 触 ，承 载 能 力 和 抗 冲 击 能 力 较 球 轴 承 大 ，但 运 转 是 耗 损 大 。按 照 滚 动 轴 承 能 否 自 动 调 心 ，可 分 为 调 心 轴 承 和 非 调 心 轴 承 。按 照 滚 动 体 列 数 多 少 ，可 分 为 单 列 轴 承 、双 列 轴 承 和 多 列 轴 承 。按 照 轴 承 能 承 受 的 主 要 载 荷 方 向 和 公 称 接 触 角 的 不 同 ，可 分 为向心轴承和推力轴承两大类。
所以Φ30 的 6006 轴径上安装轴承，这个轴径就是根据轴承的 d 来的， Φ36 是 6006 轴承的安装尺寸，同样根据推力轴承的尺寸来确定轴承座的 尺寸。
3.2.5 下轴承座的选择 下轴承座的尺寸是根 据轴承尺寸来定的。其主要配合的地方也是 安装
轴承的地方，需要公差的配合。（同上）如图 3-4：
3.2.2 立柱结构设计 立柱是支承手臂的部 件，立柱也可以是手 臂的一部分，手臂的回转运
动和升降(或俯仰)运动均与立柱有 密切的 联系。机械手的立往通常为固定 不 动 的 ，但 机 械 手 的 立 柱 因 工 作 需 要 ，有 时 也 可 作 横 向 移 动 ，即 称 为 可 移 式立柱。
a.立柱的材料及热处理 由于设计功率不是太 大，对其重量和尺寸 无特殊要求，故选择常用材 料 45 钢，调质处理。
手可以反复不断的进行上述循环动作。
3.2 机械手各部分结构设计
3.2.1 机械手底座的设计 底座是机械手的基础 部分，机械 手执行机构的各部件和驱动系统 均安
装于机座上，故起支撑和连接的作用。 底座的设计是根据各个零件的尺寸及有助于拆装方便来设计的如图
2-2 所示：
图 3-2 箱座 箱座内壁不需要与其他零件有配合的关系，所以内表面不需要加工。 左右厚壁上端有 M10 的螺纹孔，要求加工表面粗糙度，连接轴承下座的， 底版的光孔是用来固定整个装置的，材料为铸铁 HT200。
压 驱 动 的 活 塞 气 缸 。由 于 活 塞 气 缸 的 体 积 小 、重 量 轻 ，因 而 在 机 械 手 的 手 臂结构中应用比较多。