F1807 1/2-1寸管閥全自動裝袋機手部結構設計

查昭

（浙江萬得凱流體設備科技股份有限公司，浙江 臺州 317609）

1 設計注意問題點

1.1 夾緊力是否符合要求

首先考慮包裝的產品重量，防止夾緊力小于工件的重量，同時考慮操作過程中的振動和慣性力，以保證工件不會出現滑脫落。

1.2 各手指之間啟閉角度是否符合要求

兩手指在開啟與關閉的角度應重點考慮，保證工件能夠夾得住，能夠進入包裝袋中，還要能在松開時有足夠的空間移動，所以設計時要考慮按照1寸規格的最大工件外徑進行計算。

1.3 確保工件的定位尺寸

手指進行抓取動作時，工件的外型定位尺寸要盡可能的一致，在生產時，要確保都在合理的公差范圍內，這樣手指的V型面自動定心，夾持穩定性將得到保證。

1.4 手指強度和剛度考量

工件的自身重量、設備運行中振動、行走過程中的一系列的慣性沖擊力，都會對手指造成影響，因此，我們在機器設計壽命上要做好充分的考量，強度和剛度就要做充分的計算，盡可能讓手指具有結構簡單、自重輕和扭轉力矩小的特點。

2 手部結構設計與計算

2.1 手部采用夾持式結構

手部結構多種多樣，本文采用夾持式手部結構，主要由手指和傳力機構所組成。雖然手指的形式和傳力形式靈活多變，但對于F1807系列的較輕的產品都是可以滿足設計要求的。因此我們采用氣動機械手結構，如圖1所示。

2.2 針對驅動力的計算

經統計，1寸規格的產品最大的重量不超過3公斤，所以我們按照G=5公斤進行設計計算。

圖1 手部形狀示意圖

最后手指夾緊力計算式為：

2.3 針對夾緊氣缸驅動力的計算

本課題中傳力機械中由齒輪齒條傳動，因此取η=0．94，并取K1=1.5。我們在設計時考慮最大的抓取工件加速度取a=3g時，則:

我們就可以計算出夾緊氣缸需要的驅動力為1536N。

2.4 單向作用氣缸的直徑計算

本氣缸采用單向作用氣缸。因此要考慮到活塞桿推力中彈簧的反作用力的總阻力，查手冊公式為：

式中：F1為活塞桿上的推力，N；Ft為彈簧反作用力，N；Fz為氣缸工作時的總阻力，N；P為氣缸工作壓力，Pa。

彈簧反作用按下式計算：

式中：

Gf為彈簧剛度，N/m；1為彈簧預壓縮量，m；s 為活塞行程，m；d1為彈簧鋼絲直徑，m；D1為彈簧平均直徑，m；n 為彈簧有效圈數；G為彈簧材料剪切模量，一般取

代入有關數據，可得：

滿足了實際設計要求。

3 手腕結構設計與計算

3.1 手腕的靈活自由

手部與手臂連接時最重要的部件就是手腕，它可以使工作進行自由的調整方向與位置，使原有的呆板的機械手實現可以運行復雜的動作，對于1/2-1寸各類規格的，且形狀各異的零部件來說，機械手的通用性問題就能很好的解決。所以本設計中將夾抓的工件始終保持水平，給手腕增加回轉運動的機構，且選用密封性良好的回轉氣缸。如圖2所示。

3.2 手腕的驅動力的計算

手腕進行上下、左右、前后的擺動，驅動力矩必須克服手腕慣性力矩、摩擦阻力矩、轉動軸線不重合所產生的偏重力矩等這些因素，所以需查手冊進行詳細的計算。

手腕轉動時所需的驅動力矩可按下式計算：

手腕慣性力矩可按下式計算：

夾持產品與手臂造成的偏重按下式計算：

摩擦阻力矩的可按下式計算：

我們根據實現產品的最大尺寸進行驗核，最后將氣缸長度設計為100mm，內徑為96mm，軸為26mm，氣缸運行角度為90°/s，加速 0．1s，壓強 0．4MPa，進行計算后為32．6N·m。

圖2 手碗回轉時受力狀態

按照實際測量的工件重量、手臂、手腕自重、以及偏重、慣性力矩等相加后計算出M驅=29N·m。

設計尺寸符合特定產品的使用要求，安全。

4 結語

經對手部與手腕的結構進行設計，并對各夾緊、驅動、回轉等進行計算，針對F1807 1/2-1寸無鉛管件全自動裝袋機使用了氣動機械手，手部與手腕需要完成伸縮、升降、回轉、橫移等功能，就應分別對這些機構進行設計和計算，對包裝的重量進行考慮，防止制造的設備無法滿足實際包裝產品多種狀態下的需求。