PLC车床上下料机械手设计+CAD图纸(9)
为减少转动惯量的措施：减少手臂运动件的重量，采用铝合金等轻质高强度材料；减少手臂运动件的尺寸轮廓；减少回转半径，在安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸）；尽可能在前伸位置下进行回转动作，并且驱动系统中设有缓冲装置。
为此，必须需要：计算零件重量，200N。计算零件重心位置，求出重心至回转轴线的距离。求重心位置并计算偏重力臂ρ
G_总=G_2+G_爪+G_臂+⋯+⋯=∑_(i=1)^n▒G_i （3.10）
ρ=(〖G_2〗^2+〖G_爪〗^2+〖G_臂〗^2+⋯+⋯)/(G_2+G_爪+G_臂+⋯+⋯)=(∑_(i=1)^n▒〖G_i X_i 〗)/(∑_(i=1)^n▒G_i )=([〖20〗^2+〖（3.9+0.111×2.5）〗^2+〖（3.9+0.111×18）〗^2 〖+（16.82+0.295×15）〗^2 ]×〖9.8〗^2)/(（20+3.9+0.111×2.5+3.9+0.111×18+16.82+0.295×15）×9.8)=172.5
手臂设计的计算
先进行粗略的估算，根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸，在进行校核计算，修正设计。所以初选手臂横臂活塞杆直径d=22m，D=40mm，检验其稳定性。
λ_1=√((π^2 E)/σ_P )=√((π^2×(210×〖10〗^9))/σ_P ) （3.11）
式中 σ_S——钢的σ_S=350MPa；
σ_p——钢的σ_p=280MPa；
E——E=210×〖10〗^9 Pa；）
所以
λ_1=√((π^2 E)/σ_P )=√((π^2×(210×〖10〗^9))/280MPa)=86
活塞杆简化承两端铰支杆，末端系数取μ=4。
截面为圆形，
i=√(I/A)=d/4=40/4=10
所以柔度为
λ=μl/i=(4×180)/10=72
λ<λ_1
所以不能用欧拉公式计算临界压力。由公式
λ_2=(a-σ_s)/b
式中 a、b——与材料性质有关的常数。查[3]，表9-2得a=461MPa，b=2.569MPa
所以
λ_2=(a-σ_s)/b=(461-350)/2.568=43.2
可见活塞杆的柔度λ〖介于λ〗_2 和λ_1 之间，是中等柔度压杆。有直线共识求出临界压力为
σ_cr=a-bλ=461-2.568×72=268.4MPa
则临界压力
F_cr=σ_cr A=268.4×〖10〗^6×π/4×〖(40×〖10〗^(-3))〗^2=337KN
所以满足活塞杆的稳定性。
电机的选型
因为本机械手旋转往复运动只有90°，并且要求速度不高，所以选用步进电机。
因为机械手有横臂，故按照圆柱体围绕中心运动时的惯量
〖〖 J〗_L=J〗_0+WR^2 (kg∙cm^2) （3.12）
式中，J_0——圆柱体围绕其中心旋转式的惯量，可按如下公式
J_0=πρ/32 D^4 L(kg∙cm^2) （3.13）
其中，ρ——所用材料密度，因为整个机械手都为钢或者铸铁，所以密度取
ρ=7.8×〖10〗^(-3) kg/cm^3
D——圆柱体半径，这里将整个立柱近似看成圆柱体（cm）
L——圆柱体长度（cm）
因此
J_0=πρ/32 D^4 L=(π×7.8×〖10〗^(-3))/32 〖×8.2〗^4×136.6=472.93(kg∙cm^2)
W——圆柱体质量（kg）
R——旋转半径（cm）
因此
〖J_L=J〗_0+WR^2=472.93+54×〖(55.24+18)〗^2=29013.3(kg∙cm^2)
因为本机械手对旋转的速度要求不高，所以按速度为0的转矩
T_0=(2πn_m)/(60×〖10〗^4 ) 1/t(J_M+J_L)(N∙m) （3.14）