采摘机械手结构设计.docx

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1、本科论文目 录摘 要IAbstractIII引 言11 诸论31.1 研究目的与意义31.2 国内外研究现状41.2.1 国外采摘机械手技术发展状况51.2.2 国内采摘机械手技术发展状况51.3 本文研究内容72 采摘机械手工作原理92.1 采摘机械手的工作原理92.2 采摘机械手装置总体方案设计92.3 采摘机械手装置动力机构设计102.4 采摘机械手装置大臂机构设计102.5 采摘机械手装置抓手机构112.6 采摘机械手装置传送机构122.7 采摘机械手装置机架设计132.8 整体方案模型133 采摘机械手装置结构设计143.1 电机选型计算143.2 旋转气缸设计计算143.2.1缸内

2、径153.2.2气缸缸杆直径153.2.3气缸缸筒长度153.2.4导向套滑动面的长度163.2.5最小导向的长度163.3 抓手气缸的计算163.3.1驱动力163.3.2气缸的直径183.3.3缸筒壁厚的设计203.4 轴承选型和寿命计算213.4.1轴承类型213.4.2轴承选择的基本原则22结 论24参考文献26致 谢28摘 要着科学技术水平的发展，各种加工制造技术的不断提升,使得机械手的相关研发设计技术也得到较快的发展，使用性能日益稳定，功能日益趋向多样化,使得采摘机械手设备在生产实际中的诸行诸业中得到广泛应用，为生产实践发挥着巨大价值。21世纪之后,机器人技术同样取得了较大的基本和

3、发展,特别是在采摘机械手方面，取得的进步成果显著,在现代多品种小批量的柔性生产制造模式中得到较好的应用，具有极强的实际使用价值。本文设计针对采摘机械手设备进行设计制造，对其主要机构结构进行设计确定，并对机构的主要参数进行设计计算。首先研究分析本文设计制造采摘机械手设备的实际工作要求，对其所涉及的各项技术指标参数进行明确,积累设备设计制造的理论参数。基于现有相关机器人设备的相关内容和设计技术,结合本文设计制造机械手设备的实际使用工况，综合各项因素，设计确定采摘机械手设备的整体设计方案，并确定其主要部分的机械结构。本文深入研究采摘机械手装置应用背景和发展情况，通过学习和查阅相关学习资料和文献，了解

4、了采摘机械手结构特点和传动原理等专业特点，充分运用所学机械设计相关知识，设计一个能够保证工作质量、缩短工作流程，结构紧凑合理，传动高效的采摘机械手装置。设计的采摘机械手装置主要由采摘机械手装置动力机构、采摘机械手装置动力传递机构、采摘机械手装置抓手机构和采摘机械手装置机架。经过多次试运行和试验，本文设计的采摘机械手能够实现高效率实现自动采摘果蔬功能，进而提高工作效果和工作质量。在设计完成整个设备之后，借助计算机三维软件SolidWorks绘制本文设计制造采摘机械手设备各个零部件的三维结构模型，同时装配得到整套设备的总体三维模型，借助该软件还能够对设备各个机构的运行状态进行检查，确保各个机构的运

5、动作业过程不会发生相互干涉影响。关键词：采摘功能；机械手；气压传动；机械设计；三维模型AbstractWith the development of science and technology, and the continuous improvement of various processing and manufacturing technologies, the relevant R & D and design technologies of the manipulator have also been developed rapidly, with the increasingl

6、y stable use performance and diversified functions, making the picking manipulator equipment widely used in various industries in the production practice, playing a huge value for the production practice. After the 21st century, robot technology has also made great basic and development, especially

7、in the picking manipulator, the progress achieved is significant, in the modern multi varieties and small batch flexible production and manufacturing mode has been better application, has a strong practical value. In this paper, the design and manufacture of picking manipulator equipment, the design

8、 and determination of its main mechanism structure, and the design and calculation of the main parameters of the mechanism. First of all, this paper studies and analyzes the actual work requirements of the design and manufacture of the picking manipulator equipment, makes clear the technical paramet

9、ers involved, and accumulates the theoretical parameters of the design and manufacture of the equipment. Based on the relevant content and design technology of the existing robot equipment, combined with the actual use conditions of the design and manufacturing manipulator equipment in this paper, t

10、he overall design scheme of the picking manipulator equipment is designed and determined, and the mechanical structure of the main part is determined. This paper deeply studies the application background and development of the picking manipulator device. Through studying and consulting the relevant

11、learning materials and literature, it understands the structural characteristics and transmission principle of the picking manipulator, and fully uses the relevant knowledge of the mechanical design learned to design a picking manipulator assembly that can guarantee the work quality, shorten the wor

12、k flow, compact and reasonable structure, and drive efficiently Set. The design of the picking manipulator mainly consists of the power mechanism of the picking manipulator, the power transmission mechanism of the picking manipulator, the grab mechanism of the picking manipulator and the frame of th

13、e picking manipulator. After many trial operation and tests, the picking manipulator designed in this paper can realize the function of automatic picking fruits and vegetables with high efficiency, and then improve the working effect and quality. After the design of the whole equipment, with the hel

14、p of Solidworks, this paper draws the three-dimensional structure model of each part of the picking manipulator equipment, and at the same time assembles the overall three-dimensional model of the whole equipment. With the help of this software, the operation state of each mechanism of the equipment

15、 can also be checked to ensure that the movement process of each mechanism will not interfere with each other influence.Key words: picking function; manipulator; high efficiency; mechanical design; 3D model引 言二十一世纪以来，在我国强大的科学技术水平和经济实力的推动下，机器人越来越广泛的应用在劳动密集型产业和危险性行业之中，例如传统物流行业的码垛机，或者农机领域、制造业中的焊接技术、涂胶技

16、术等。机器人是可以模仿人的动作，自动执行工作的机器，其可以通过预先设定好的程序或通过人工智能自助判断，来辅助人们完成工作。 广义上一般将用于工业生产的机器人命名为工业机器人，目前已全部实现机电一体化。这种机电一体化的运动装置已经可以代替人来实现一些简单的基本动作，比如说搬运材料或者焊接、涂胶等技术操作，主要通过编程来实现上述动作。机器人在工业领域的广泛应用是对计算机控制领域、传感器领域、人工智能领域成果价值的体现。采摘机器人是农业机器人的重要一部分，可从分离用机器人的信息感知力，通过机器视觉识别被采集对象的成熟度，从而保证果实的采摘质量。采摘机器人能够在降低采集成本的同时提高等水果蔬菜的采摘效

17、率，并且水果采摘机器人有很大的市场缺口，其未来发展潜力巨大。摘果机械手作为采摘机器人的核心部件，在采摘机器人的发展中起着至关重要的作用. 在促进农业自动化发展，降低生产成本的前提下，提高果实采摘质量与采摘效率。通过查阅相关资料与深入调研，市场上相关产品较少且实用性不足，因此果实采摘机械手的的市场前景广阔。涉及一款轻巧，灵便，且满足使用要求的水果采摘机械手变得十分迫切且意义重大在传统的农机行业，由于采摘的工作形式简单，但工作强度高。但在机器人行业广泛发展的今天，仅靠人力来实现采摘已经不现实了，其所带来的人力成本也非常的高昂。这时候利用机械设备对果品进行采摘开始走进科学研究的范畴。计算机控制领域、

18、传感器领域、人工智能领域高速发展的今天，通过编程来控制采摘机器人的运动来克服上述人力困难已经基本实现。1 诸论1.1 研究目的与意义党的十九大报告明确提出要不断改善人民生活和现代化经济体系。新时代党和国家更加重视民生，本文设计的采摘机械手既能够改善民生也能推进经济建设，加速经济发展，能够提高人们生活质量和为制造业创效，因此采摘机械手也孕育而生。农业是我国国民经济的根基, 尤其是当前我国正处于全面建设小康社会的决胜期。我国又是水果大国，采摘也是一种繁重的体力工作，需要一个装置替代人们实现采摘功能，因此采摘机械手装置也孕育而生。随科技不断发展和智能制造的兴起，机器人已经越来越广泛应用在多种领域，机

19、器人在工业领域的广泛应用是对农业、工业、生活服务领域成果价值的体现。随着水果丰收季节到来，采摘工作量也随之增加，因此对采摘机械手要求也随之提高，进而对机械制造业提出了更高要求，促进机械制造业的快速发展，自动采摘工作效率和质量也是农机行业加速发展的关键。随着社会高质量发展，人们对生活的舒适度要求也日益提高，为了提高企业的竞争力，提高生产效率和质量就是当务之急，改变传统的直接人工方式或者半自动采摘机械手，采用一种新型的全自动采摘机械手机构，该装置大大提升生产效率的同时还能够提高成品质量，随着批量生产和装置的广泛应用，因此成品的成本也随之降低。本文设计的采摘机械手在传统的采摘机械手基础上能够实现全自

20、动工作，能够大大降低人工的劳动强度，而且提高高端行业的工作效率，而且能够满足不同场合对采摘机械手的需求。早期采摘果蔬工作是通过人工或半自动实现的，即人工采摘，这样不仅仅工作效率低，费时费力，对于过太高的地方，人们需要借助工具采摘，一个人无法胜任，需求多人，这样就大大增加成本，而且受人工经验影响，采摘质量不高。因此传统的方式方法已经逐渐被淘汰，退出市场。随着社会进步，人们设计了电动代替人工，实现机械加工，这样可以一定程度提高工作效率和精度，因此一个稳定可靠的采摘机械手，进而提高工作效率和精度，进一步提高企业收益。1.2 国内外研究现状随着世界经济和科技加速发展的脚步，智能制造推进的速度也随之加快

21、，而且市场对其需求也越来越多，市场需求对农机行业设备加工效率、生产质量及成品质量也提出了更高的要求。国外经济发展较早，农机等行业起步也相对国内较早，而且经济发展初期，国外的人工成本较高，因此采摘机械手也孕育而生，并且较早的应用在各种行业领域，采摘机械手技术也日趋成熟。近年来随之国内经济崛起，国内用人成本也与日俱增，而且市场对采摘质量要求也越来越高，因此采摘机械手在国内的需求也会越来越广泛，也受到人们和专家的关注。和很多机械装置类似，国外率先着手研究和设计采摘机械手，这也导致了国外的技术更加成熟更加可行可靠，因此早期的时候采摘机械手能够投入使用。由于国内经济和科技发展较晚，对于国外发达国家，国内

22、着手研究采摘机械手相对较晚，因此科技发展初期，只能通过购买国外技术或者外国设计。随着机器人逐渐趋向自动化、智能化，并且应用用于许多领域，但在农业领域还没有达到实际应用。从20世纪80年代中期开始，很多国家都展开了果蔬收获机器人方面的研究工作，涉及到的研究对象主要有苹果、甜橙、蘑菇、西红柿、蓝莓还有蘑菇等多种果蔬。1.2.1 国外采摘机械手技术发展状况西班牙和法国的合作项目“CITRUS”使比较成功的柑橘采摘机器人，该项目于1988年开始启动，研制的柑橘采摘机器人最高能达到80的采摘率。苹果采摘机器人在美国、法国、日本等过已有研究，其中Johan Baete和Seven Boedrij等人研制的

23、苹果采摘机器人，利用工业机器人的六自由度手臂做机械手主体，手臂整体可在架子上金星水瓶和竖直方向移动，在果园作业时，机械手由一台拖拉机牵引。 从上世纪80年代开始，日本荷兰等过都曾开发出个中国是采摘末端执行器，取得了不少研究成果，但普遍存在采摘质量和采摘效率偏低，机器比较笨重，通用性较差等缺点。美国弗罗里达大学研制了柑橘采摘末端执行器，其依靠末端执行器的内部CCD摄像机和超声波传感器来探测水果位置。Johan Baete和Seven Boedrij等人研制的末端执行器其前端树脂管中装有微型摄像头，用于获取末端执行器正前方苹果。1.2.2 国内采摘机械手技术发展状况随着世界经济和科技加速发展的脚步

24、，智能制造推进的速度也随之加快，而且市场对其需求也越来越多，市场需求对农机行业设备加工效率、生产质量及成品质量也提出了更高的要求。国外经济发展较早，农机等行业起步也相对国内较早，而且经济发展初期，国外的人工成本较高，因此采摘机械手也孕育而生，并且较早的应用在各种行业领域，采摘机械手技术也日趋成熟。近年来随之国内经济崛起，国内用人成本也与日俱增，而且市场对采摘质量要求也越来越高，因此采摘机械手在国内的需求也会越来越广泛，也受到人们和专家的关注。和很多机械装置类似，国外率先着手研究和设计采摘机械手，这也导致了国外的技术更加成熟更加可行可靠，因此早期的时候采摘机械手能够投入使用。由于国内经济和科技发

25、展较晚，对于国外发达国家，国内着手研究采摘机械手相对较晚，因此科技发展初期，只能通过购买国外技术或者外国设计。中国作为一个果蔬生产大国，中国在农业机械自动化方面起步晚于其他发达国家，因此加快我国的农业现代化机械化进程，是实现我国农业现代化的必经之路。农业机器人的发展大大推动机械手的发展，机械手的发展将大大提高机器人的实用性和高效性。我国在农业机器人采摘方面的研究始于20世纪90年代中期，相对于发达国家起步较晚，但不少院校、研究所都在进行采摘机器人和智能农业机械相关的研究。东北东林大学陆怀民开发了林木球果采摘机器人，浙江大学对番茄采摘机器人进行了运动分析，上海交通大学对黄瓜采摘机器人进行了相应的

26、研究。在这之中，东北林业大学的陆怀民研制的林木球果采摘机器人已经进行了采摘实验。深入研究其总体设计方案和工作原理，然后再对采摘机械手进行研究设计，这样会严重制约国内的经济发展和科技进步，也会造成采摘机械手成本过高，而且由于采购国外技术，售后很不方便，有时候不仅仅要支付很高的费用，而且也会受到国外技术的掣肘，这样就会严重影响国内技术进步和和经济发展介于上述多种不利因素的影响，国内通过长时间的学习和研究，发现采摘机械手工作原理和总体设计结构并不复杂，国内的研究院或者专家有能力通过自己努力研究，设计出高效高质量的采摘机械手，因此很多国内科学家和研究院着手设计采摘机械手，这样不仅仅能够提高国家科技进步

27、，快速发展经济，更主要的是国内的研发能够便于采摘机械手维护，进而降低生产成本。通过国内专家多年潜心研究，采摘机械手技术已经日趋成熟，而且将生产的采摘机械手投放到市场试运行的过程中，其部分工作指标甚至优于国外设备。通过上述对比国内外现状，不难发现，国内的技术研究虽然晚于国外，但是实力已经赶上甚至超过国外技术水平，国内生产采摘机械手已经能够满足国民需求。1.3 本文研究内容本文针对提高民生质量的实际情况，设计一种能够实现高质量高效率采摘机械手，进而提高农机行业加工效率和质量，其主要功能是能够平稳可靠实现自动采摘功能，而且还能提高销量，提高企业收益。为此要设计一个结构紧凑，生产效率和质量符合要求采摘

28、机械手。本文研究思路：（1）通过查阅相关资料，结合国内外该装置的发展情况，论述采摘机械手历史发展和现阶段的装置的发展现状，以及采摘机械手未来的发展演变，充分运用所学机械设计相关知识，对采摘机械手有了更加深刻的了解。（2）根据所学知识，设计采摘机械手的传动原理，并制定整个装置的设计方案，使得采摘机械手能够满足预期的目标功能和实际工况。（3）确定采摘机械手工作原理和结构，对关键零部件进行选型计算，并对部分的机构进行计算和校核，确保所设计的方案和原理可行性和可靠性。（4）根据设计方案、工作原理，利用SolidWorks建立采摘机械手的三维模型，在建模的过程中，对设计方案再进行修改完善，确保所设计的机

29、构能够符合工况和实际需求。2 采摘机械手工作原理2.1 采摘机械手的工作原理通过分析采摘机械手装置的机械原理，设计了采摘机械手装置装置，其由电机、传动齿轮、旋转气缸、伸缩气缸、传送带和轴承等零部件组成，通过一部机器就能完成水果采摘功能，并能够实现连续生产。本文选择电机作为驱动装置，通过齿轮啮合传动将电机动力传递至传动齿轮，实现机械手大臂的转动；通过旋转气缸和伸缩气缸实现机械手的旋转和抓紧松开动作；通过电机带动传送带运转实现水果的输送。通过以上装置的相互配合实现采摘机械手的相关功能。通过机构分析和简单的控制原理，设计采摘机械手装置，可以实现采摘机械手装置全自动连续生产。即提高了水果采摘的效率，还

30、能够大大降低人工的劳动强度，而且能够满足生产加工企业对采摘装置的需求。下面介绍该装置的设计思路和机构组成。2.2 采摘机械手装置总体方案设计采摘机械手装置主要分为三个部分，动力源的产生、动力传递以及动力执行机构，从而实现整个装置的功能。根据其分类，本装置设计为动力产生机构、动力传递机构、动作执行机构以及支撑结构四大部分。上述结构方案包括四部分，采摘机械手装置动力机构、采摘机械手装置动力传递机构、采摘机械手装置抓手机构、采摘机械手装置传送机构和采摘机械手装置机架。采摘机械手装置动力机构，选用电机提供动力源。采摘机械手装置大臂机构，通过电机驱动传动齿轮转动，分别实现采摘机械手的水平旋转，第一节和第

31、二节大臂在垂直方向转动和机械手手腕的垂直转动。采摘机械手装置抓手机构，通过旋转气缸带动抓手进行转动，伸缩气缸带动拉杆前后移动带动手抓围绕铰链旋转实现抓手的抓取和松开。采摘机械手装置传送机构，通过电机带动驱动轴旋转带动传送带运转，张紧轴将传送带张紧。采摘机械手装置机架为了操作方便，平稳运行，设计机架装置，保证整体设计平稳高效。2.3 采摘机械手装置动力机构设计随着时代进步，动力源产生装置主要有柴油机、汽油机、电动机、液压马达等一些新能源动力机等。综合考虑本装置设计方案、结构特点，为了后期便于维护等因素，采摘机械手装置选用电机作为动力源产生机构。了解和分析采摘机械手装置实际工况，综合考虑本装置设计

32、方案、结构特点、转速和功率的需求，本装置采用220V，200W的电机。该电机的优点就是不仅仅实现精准位置精度，而且能够很好控制速度，这样就能够平稳可靠的驱动控制对象。2.4 采摘机械手装置大臂机构设计采摘机械手装置大臂机构主要由电机、传动齿轮、轴承和支架等组成。采摘机械手装置大臂机构的作用是通过电机驱动传动齿轮转动，分别实现采摘机械手的水平旋转，第一节和第二节大臂在垂直方向转动和机械手手腕的垂直转动。设计的采摘机械手装置大臂机构如图2.1所示。图2.1 采摘机械手装置大臂机构2.5 采摘机械手装置抓手机构采摘机械手装置抓手机构是采摘机械手装置的核心机构。采摘机械手装置抓手机构主要由旋转气缸、伸

33、缩气缸、手抓和铰链等组成。采摘机械手装置抓手机构作用是通过旋转气缸带动抓手进行转动，伸缩气缸带动拉杆前后移动带动手抓围绕铰链旋转实现抓手的抓取和松开。设计的采摘机械手装置抓手机构如图2.2所示。图2.2 采摘机械手装置抓手机构2.6 采摘机械手装置传送机构采摘机械手装置传送机构主要由电机、传送带、驱动轴、张紧轴和轴承等组成。采摘机械手装置传送机构作用是通过电机带动驱动轴旋转带动传送带运转，张紧轴将传送带张紧。通过调节螺栓伸出长度调节张紧轮的前后位置使皮带能够张紧，通过调节手轮实现传送带高度的调整。设计的采摘机械手装置传送机构如图2.3所示。图2.3 采摘机械手装置传送机构2.7 采摘机械手装置

34、机架设计本装置不仅仅是为了便于机构安装，而且还提供了各装置的安装接口，要考虑如何能够快速高效的完成水果采摘等关于采摘机械手装置功能的实现，因此机架对整个装置也很重要。为了合理布置机构，使得结构紧凑，传动效率高，将动力产生机构和动力执行机构设计在一起。机架材质采用型钢和钢板焊接成骨架，这样经济实惠，还便于安装、固定和后期维护。机架和机构的连接通过螺栓实现的，通过垫块调整固定，这样既安全可靠，又经济实惠，还符合设计要求。2.8 整体方案模型通过上述设计方案和设计思路，以及各机构的工作原理，通过三维软件绘制采摘机械手装置装置三维模型，绘制过程中及时调整不合理的设计，优化设计方案，进而得出比较合理可行

35、的三维模型，如图2.3所示。图2.4 采摘机械手装置三维模型3 采摘机械手装置结构设计3.1 电机选型计算电机选择是否合理直接决定了整个装置的性能，价格低廉，经济的电机往往存在转速和稳定性不够的缺点；价格高昂，转速和稳定性虽然满足，但是会造成性能过剩，出现浪费的现象，这样不经济实惠。因此在电机选型计算的同时，不能只关注一点，要多指标比较，权衡，而且根据工作环境不同，综合考虑多种因素影响，找一个性价比最高的电机。计算电机功率： （3-1）本装置承受果蔬的重量90KG，需要载荷为900N，其运行速度v=0.2m/s,因此通过考虑多方面因素影响，和装置实际需求，为了考虑余量，本装置选取功率为200W

36、电机，其转速为1000r/min，型号为台达200。 3.2 旋转气缸设计计算根据采摘机械手结构设计和实际工况，气缸理论负载900N，气缸在工作过程中要考虑摩擦力对其影响，因此气缸的实际负载值要大于气缸理论负载值，这样才能满足实际工作需求，而气缸理论负载值与实际值为负债率，其计算公式如下：=（气缸的理论负载/气缸的实际负载）100% （3-2）查阅相关资料可得表3.1：表3.1气缸的运动状态与负载率阻性负载（静负载）惯性负载的运动速度v通过结构分析和实际工况可知，本机构的负载运动速度为v=50mm/s,，查表2.1可知，=0.55。3.2.1缸内径已知气缸实际负载值和安全系数1.3，则气缸内径

37、计算公式如下： （3-3）将所得数值带入公式，得通过计算可得，气缸的内径为了设计余量，查阅相关资料可知，气缸直径选取D=80 mm3.2.2气缸缸杆直径 （3-4）通过计算得出气缸直径为24mm3.2.3气缸缸筒长度气缸缸筒的长度计算公式如下： （3-5）式中，l表示活塞的行程，本机构l=25mmA表示活塞厚度：将计算所得数值带入公式得 L=l+A+30=25+64+30=119mm3.2.4导向套滑动面的长度导向套滑动面的长度B和气缸直径存在一定关系，其系数取值取决于气缸的直径在D80mm时，可取B=（0.61）D，计算公式如下：B=0.880=64mm （3-6）3.2.5最小导向的长度已

38、知气缸的直径和最大行程，计算最小导向的长度，其计算公式如下： （3-7）活塞杆的长度： （3-8）根据本小节对气缸的设计计算，可知气缸直径为80mm，选用为PNC80-25-500-01气缸。3.3 抓手气缸的计算3.3.1驱动力通常情况下，抓手在抓取重物时，重物在抓手的中心线处，这样设计，能够保证气缸活塞缩回时产生的转矩等于重物对转轴产生的转矩，其公式如下： （3-9）重物对转轴产生的转矩计算公式如下： （3-10）式中重物质量，代入重物对转轴产生的转矩计算式得 气缸活塞缩回时产生的转矩计算公式为 （3-11）式中代入上式气缸活塞缩回时产生的转矩计算公式得 （3-12）根据压缩空气压力为0.

39、9MPa以及上述计算得到的转矩数值，初步选用SMC气缸，型号为CG3F50-50，该气缸输出力为1.4KN，其输出力能够符合设计和使用要求。在设计夹持器的同时，抓手的夹紧力是机械手的设计的基础，首先要分析和计算抓手夹紧力。本机构的夹紧力主要是为了抵消重物的重力，保证抓手能够抓紧重物，而不会掉落。抓手夹紧力的计算公式如下： （3-13），该数值取值范围1.2-1.6，具体数值选择根据机械加工技术要求，本装置的工况和技术要求，取值为1.6；，其计算公式如下：，具体数值确定需要根据工件的位置和形状来选择，本装置抓取的结构设计为类似手式V型结构，其计算公式如下：（为V型手指的半角）g3.3.2气缸的直

40、径根据上述计算，初选的气缸型号为单作用气缸。气缸受到的弹簧的反作用力和活塞的阻力，通过力平衡原理可知，单向作用气缸活塞输出的推力需求抵消上述的阻力，其计算公式如下 （3-14）式中:弹簧反作用计算公式如下： （3-15）其中 式中: ，初步确定行程为60mm；G弹簧材料剪切模量，一般取G=79.4X 109Pa在设计计算过程中，需要考虑负载对其的影响，其计算公式如下： （3-16）通过受力分析可以计算出单向作用气缸的直径，其计算公式如下： （3-17）将计算所得数值代入上述公式，可得： 所以： =18mm 为了设计余量，查阅相关资料可知，气缸直径选取活塞计算公式为，可得活塞杆直径:通过计算，得

41、活塞杆直径d=6mm校核活塞直径是否符合要求，计算公式如下： （3-18）有:其中，则:=1.5 6满足设计要求和实际工况。3.3.3缸筒壁厚的设计压缩空气的压力直接作用到气缸筒，因此缸筒壁厚需要设计一定厚度才能承受压缩空气的压力。通常情况下，气缸缸筒壁厚小于等于气缸内径的1/10，则气缸缸筒壁厚计算公式如下： （3-19）式中: ，气缸缸筒材质材料选为ZL3, =3MPa将上述计算数值带入上述公式，则壁厚为: = =2.25mm取=2.5 mm，则缸筒外径为:D=20+2.52 =25 mm。通过上述设计计算和受力分析，结合气缸的选型标准，选用气缸直径为20mm，行程为40mm的动手指标气准

42、气缸，气缸的型号为代号为HFZ40。3.4 轴承选型和寿命计算3.4.1轴承类型在机械设备的设计过程中，广泛用到轴承部件，它是生产实际中较为多用的一个标准件，需要结合实际使用情况进行选型。（1）依据承载方向以及公称接触角能够将轴承的类型划分成向心轴承和推力轴承两种；（2）依据滚动体种类能够将轴承的类型进行划分成球轴承和滚子轴承两种；（3）依据轴承是否能够调心能够将轴承的类型划分成调心轴承和非调心轴承两种；（4）依据轴承滚动体的列数够将轴承的类型划分成单列、双列以及多列等多种类型的轴承；（5）依据轴承自身部件是否可以分离够将轴承的类型划分成可分离轴承以及不可分离轴承等两种类型。3.4.2轴承选择

43、的基本原则选用的轴承类型会直接影响采摘机械手设备的性能，故需要结合实际工况，选择最为合适的轴承类型，确保所选轴承能够满足实际使用需求。选择轴承主要要从以下方面进行考虑。（1）轴承选型设计需要考虑轴承的载荷，确保选用轴承的承载满足实际使用需求。（2）轴承选型设计需要考虑轴承的转速，确保选用轴承在保持正常工作状态下能够达到设备的速度需求，安全可靠的进行工作。（3）轴承选型设计需要考虑轴承的的调心性能，确保轴承在设计安装的过程中能够较好的满足设计标准。（4）选择的轴承要利于安装和拆卸，如此能够使得设备的装配过程得到有效简化。轴承作为一个连接件，是机械设备极其重要的零部件，其直接影响了机械设备的使用寿

44、命。轴承的寿命直接影响了整个装置的使用寿命，因此轴承寿命是本装置的一项重要指标。在本文采摘机械手设备的设计过程中，设计安装的轴承部件是与一轴进行连接，该轴的转速相对较小，故无需该轴承承受较高的转速，同时该主轴不存在因为受力而发生弯曲的情况，故无需选用调心轴承，由于本文设计仅存在轴向载荷，结合本文设计的实际情况，综合各种因素，选用深沟球轴承进行设计。根据使用工况和载荷情况，选用型号为6208深沟球轴承，其额定动载荷Cr=29.1kN，静载荷Cor=17.9kN，由于转速较低，采用的润滑形式为脂，可以承受极限转速为10000r/min。计算轴承轴承的当量动载荷P本装置中轴承承受的径向力为900N，通过受力分析，轴承承受的轴向力可以忽略不计，则轴承承载的径向力为。 。 （3-20）轴承的当量动载荷计算公式: （3-21）由于主要承受径向力，轴向力可以忽略不计，