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机 械 创 新 设 计 论 文 姓名： 郭 林 林 院系、班级： 11机制专升本 学号： 201101070010 课程名称： 机械手夹持器设计 机械手夹持器设计 摘 要：机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。 手部是用来抓持工件（或工具）的部件如夹持型、托持型和吸附型等机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 手指对工件的夹紧力可按下列公式计算： 式中： —安全系数，由机械手的工艺及设计要求确定,通常取1.2-2.0， 取1.5。 —工件情况系数，主要考虑惯性力的影响， 计算最大加速度，得出工作情况系数, ，a为机器人搬运工件过程的加速度或减速度的绝对值（m/s）； —方位系数，根据手指与工件形状以及手指与工件位置不同进行选定，手指与工件位置：手指水平放置 工件垂直放置；手指与工件形状：型指端夹持圆柱型工件，，为摩擦系数，为型手指半角，此处粗略计算,如图1.1 图1.1 —被抓取工件的重量 求得夹紧力 ，，取整为177N。 2、驱动力计算 根据驱动力和夹紧力之间的关系式： 可得，得出为理论计算值，实际采取的电机驱动力要大于理论计算值，考虑手爪的机械效率，一般取0.8～0.9，此处取0.88，则： ，取 电机的选取 根据所需驱动力大小，以及估算电机转速大小，应选用高扭矩低转速的电机。这里选取扭矩为15Nm，转速为10r/min的电机。 齿轮的计算 4.1选择齿轮材料 传动无特殊要求，采用软齿面，由教材表6-5 齿轮选用40MnB钢调制，241~286HBS。 4.2按齿面接触强度设计 一对钢制外啮合齿轮设计公式用教材中式（6-32） d≥mm 计算齿轮传递的转矩 T=9.55×10×=9.55×10×=1.47×10（Nmm） 选择齿轮齿数z=30 转速不高，功率不大，选择齿轮精度为8级 齿宽系数已知，ψ=1.2 中等冲击，对称布置（表6-9），有教材表6-6，取载荷综合系数K=2.2 确定许用接触应力 由教材图6-28查得=720MPa，=460MPa， 由表6-8查得，一般可靠度，取S=1，由式（6-33）得： []=720MPa, []=460MPa,所以[]=[]=460MPa 计算齿轮分度圆直径 d≥=28.0（mm） 计算齿轮主要尺寸及圆周速度 分度圆直径d=28(mm)； 中心距a=30（mm） 手爪的夹持误差及分析 机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取决与机械手定位精度（由臂部和腕部等运动部件确定），而且也与手指的夹持误差大小有关。特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内变化，避免产生手指夹持的定位误差，需要注意选用合理的手部结构参数，见图1-2，从而使夹持误差控制在较小的范围内。在机械加工中，通常情况使手爪的夹持误差不超过，手部的最终误差取决与手部装置加工精度和控制系统补偿能力。 图1-2 工件直径为80mm，尺寸偏差，则，，。本设计属于两支点回转型手指夹持，如图1-3 图1-3 若把工件轴心位置C到手爪两支点连线的垂直距离CD以X表示，根据几何关系有： 简化为： 当工件半径为时，X取最小值，又从上式可以求出： ，通常取 若工件的半径变化到时，X值的最大变化量，即为夹持误差，用表示。 在设计中，希望按给定的和来确定手爪各部分尺寸，为了减少夹持误差，一方面可加长手指长度，但手指过长，使其结构增大；另一方面可选取合适的偏转角，使夹持误差最小，这时的偏转角称为最佳偏转角。只有当工件的平均半径取为时，夹持误差最小。此时最佳偏转角的选择对于两支点回转型手爪（尤其当a值较大时），偏转角的大小不易按夹持误差最小的条件确定，主要考虑这样极易出现在抓取半径较小时，两手爪的和边平行，抓不着工件。为避免上述情况，通常按手爪抓取工件的平均半径，以为条件确定两支点回转型手爪的偏转角，即下式： 其中,,型钳的夹角 代入得出： 则