0 引言

机械手臂在工业机器人中应用广泛，一般由回转单元、大臂、小臂等组成，企业为减少成本，提高生产效率，寻求机械手代替人工劳作。而机械手臂的关节处成为力的主要承受点，对其进行受力分析。综合运用所学力学知识，结合文献资料，分析机械手臂的关节处的受力和结构特点，研究结构改进方案，分析其力学特性，从而为提高工业机器人的工作效率提供参考。

1 大臂端关节设计

为了满足现代工业中工作的需要，在这里对机械臂的大臂端关节设置了进行保护的防护措施，如图1 所示。

图1 大臂端部分关节

机械臂中的支承杆件和与其作相互旋转运动的大臂之间的密封采用密封圈，在这里采用O 型密封圈。O 型密封圈密封具有简单结构形式，紧凑的安装效果，较轻的重量等优点。同时还有可以自密封，只需要一个密封圈就可以使密封达到很好的效果。密封性能较好，在密封时几乎保证了零泄漏的效果。具有较小的摩擦阻力，能够适应压励交变的场合。设定O 型密封圈的内径d1=118.95mm，截面直径d2=7.15mm。

关节转动副外部采用端盖密封，实现对回转关节内部轴承的防护。在这里采用接触式密封。接触式密封密封圈与接触的零件之间没有缝隙。这就要求密封圈与零件直接进行接触，工作的场合会产生大的摩擦力，温度也会上升，降低润滑度，接触的部分容易产生一定的损坏，这就直接降低了密封效果以及工作性能。所以要在低或者中速的情况下使用它。接触式密封常用的有毛毡密封、皮碗密封等结构形式，可以在不同的工作环境下使用。根据工作的状况以及工作环境的影响，在工业设计中需要灵活地运用不同的密封形式，从而保障良好的密封效果。

此外，大臂推缸的推杆露出部位的保护措施采用折皱保护罩，这样可以将推杆的伸出部位的污染物排除在推杆外部，可以最大限度地对滚珠丝杠进行保护，延长其使用的寿命。

外部轴承的计算校核：

设定轴承所受载荷分别为Fr=1500N，Fa=4000N，转速n=30r/min，安装轴承处轴的直径为30mm。

当时，，当时，

因为，且工作平稳，取fd=1，则：

设定预期寿命

求该对轴承应具有的基本额定动载荷值：

在这里采用角接触球轴承的轴承代7206C，D=62mm，d=30mm，B=16mm，基本额定动载荷为23.0Cr/kN，额定静载荷为15.0Cr/kN。

内部部轴承的计算校核：

设定轴承所受载荷分别为Fr=1800N，Fa=5000N，转速n=30r/min，安装轴承处轴的直径为35mm。

当时，，当时

因为，且工作平稳，取fd=1，则：

设定预期寿命

求该对轴承应具有的基本额定动载荷值：

在这里采用角接触球轴承的轴承代7207C，D=72mm，d=35mm，B=17mm，基本额定动载荷为30.5Cr/kN，额定静载荷为20.0Cr/kN。

2 小臂端关节设计

小臂推缸的推杆露出部位的保护措施采用折皱保护罩，这样可以将推杆的伸出部位的污染物排除在推杆外部，可以最大限度地对滚珠丝杠进行保护，延长使用的寿命。

支承杆件通过螺栓连接的方式进行固定。螺栓连接是紧固件连接，它比其他连接形式更容易拆装，也更容易维修，可以增加力度避免松动，在这种情况下也不会使材料磨损毁坏。它也有重量高这一缺点，在连接处的缝隙中，容易产生腐蚀，导致材料受损，不利于连接。这里采用的是六角头螺栓，螺纹规格d=M30，公称长度l=280mm，性能等级为4.8 级。其中，smax=47，k公称=17，emin=45.2，amax=9，b=79mm，如图2 所示。

3 结语

图2 小臂端关节

经过对机械手臂的大臂、小臂关节处设计计算，计算轴承的载荷情况，通过受力分析及相关计算，得出基本结构尺寸，为结构设计提供参考价值。

[1]郑文琪，朱群峰.简析机械手臂转角自动控制器的设计与改进[J].南方农机，2018，49（07）：148.

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[3]余乾，宁佐归.浅谈智能机械手臂造型设计[J].南方农机2018，49（09）：164-169.

[4]喻学涛.机械手臂转角自动控制器设计与改进[J].现代电子技术，2017，40（18）：107-109，113.

文章来源：《中国骨与关节损伤杂志》 网址: http://www.zggygjsszzzz.cn/qikandaodu/2021/0306/459.html

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