機械原理課程設計熱鐓機送料機械手

西南交通大學峨眉校區(qū) 機械原理課程設計機械原理課程設計說明書熱鐓擠送料機械手C 指導老師： 設 計 者： 學 號： 班 級：目錄第1章 設計題目及要求1.1 設計題目簡介.31.2 設計數據及要求.31.3 設計任務與提示.4第2章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設計2.1 擺臂方案A的設計.42.2 擺臂方案B的設計.52.3 擺臂方案的確定.6第3章 熱鐓擠送料機械手回轉裝置設計3.1 回轉裝置A的設計.63.2 回轉裝置B的設計.7 3.3 驅動裝置的選擇.8 3.4 回轉裝置方案的確定.93.5 循環(huán)圖的擬定.9第四章 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 方案的擬定.9 4.2 最終方案的確定與說明.104.3 方案的計算.12第5章 相關建模過程及仿真.13第6章 設計總結.17第7章 參考文獻.17 第一章 設計題目及要求1.1 設計題目簡介設計二自由度關節(jié)式熱鐓擠送料機械手，由電動機驅動，夾送圓柱形鐓料，往40噸鐓頭機送料。以方案A為例，它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺15，手臂水平回轉120，手臂下擺15，手指張開放料。手臂再上擺，水平反轉，下擺，同時手指張開，準備夾料。主要要求完成手臂上下擺動以及水平回轉的機械運動設計。如圖1所示。圖11.2 設計數據及要求方案號最大抓重kg手指夾持工件最大直徑mm手臂回轉角度（）手臂回轉半徑mm手臂上下擺動角度（）送料頻率次/min電動機轉速r/minC22515065018159601.3 設計任務與提示1.至少提出可行的兩種運動方案，然后進行方案分析評比，選出一種運動方案進行設計；2. 設計傳動系統并確定其傳動比分配。3. 圖紙上畫出步進送料機的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4. 對平面連桿機構進行尺度綜合，并進行運動分析；驗證輸出構件的軌跡是否滿足設計要求；求出機構中輸出件的速度、加速度；畫出機構運動線圖。5.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。6. 編寫設計計算說明書，其中應包括設計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。 7. 在機械基礎實驗室應用機構綜合實驗裝置驗證設計方案的可行性。設計提示1. 機械手主要由手臂上下擺動機構、手臂回轉機構組成。工件水平或垂直放置。設計時可以不考慮手指夾料的工藝動作。2. 此機械手為空間機構，確定設計方案后應計算空間自由度。3. 此機械手可按閉環(huán)傳動鏈設計。第2章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設計2.1 擺臂方案A的設計 采用凸輪帶動搖桿的機構來實現機械手上下的擺動。其中學要滿足擺桿長為650MM，上下擺動的角度位18度。此種方式設計簡單，能達到相應的設計強度要求。并且在運動過程中出現問題的可能性相對較小。如圖2.圖2 Solidworks中的實體建模2.2 機械手上擺手設計方案B 采用凸輪帶動連桿機構實現上下運動。通過凸輪帶動桿2，且通過連桿之間的相互作用實現安放在C出的機械手達到預期的運動軌跡及線路。此方案設計相對復雜，但能滿足較高的強度，各桿之間受力相對均衡。如圖3. 圖3 1-凸輪 2-滾子 3-折桿 4 5-連桿 其中在C處安放機械抓手2.3 擺臂方案的確定根據給出的設計要求可以看出，機械手臂的抓舉重量為兩2KG，方案A設計簡單，且能達到強度要求，并且其機構簡單，易于實現，安裝也較為容易。方案B機構相對較多，不利于安放，并且此套裝置用于一般小型工廠，故要求其占地面積要小。根據綜合考慮，選取方案B作為機械手上下擺動裝置。第三章 熱鐓擠送料機械手回轉裝置設計3.1 回轉裝置A的設計 采用齒輪進行機械裝置的回轉.其優(yōu)點為：可傳遞空間任意軸間的運動和動力，即軸可以平行，交叉或交錯；轉動平穩(wěn)，其傳動比恒定，大多數齒輪的傳動比是常數；適應范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長；效率高；結構緊湊等優(yōu)點。齒輪傳動缺點： 制造成本高，剛性傳動沒有過載保護作用，振動和噪音等。設計的齒輪傳動如圖4.圖43.2 回轉裝置B的設計曲柄搖桿機構進行回轉3.3 驅動裝置的選擇選擇電機類型：電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結構簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數是均采用電動機驅動。 3.3.1 常用電動機的結構特征（1）.Y系列三相異步電動機該系列電機能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機內部，它是我國近年來研制成功的型電動機。 (2). 電磁條速三相異步電動機名稱：YCD電磁調速三相異步電動機。有組合式和整體式兩種機構，這兩種調速電動機為防護式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環(huán)等滑動接觸部件。3.3.2 選定電動機的容量電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數都較低，造成浪費。電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數計算得來的，可按下式計算： 其中：T工作機的阻力矩，； n工作機的轉速，；傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6, 三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. 經過綜合考慮決定選用Y132S4型號電動機（電流A：11.6 轉速: 1440r/mm 效率:85.5 功率因數 cos:0.82 功率:5.5kw）3.4 回轉裝置方案的確定 根據綜合考慮，通過齒輪傳動的方式進行回轉更加適合設計要求。由于齒輪傳動可傳遞空間任意軸間的運動和動力，即軸可以平行，交叉或交錯；轉動平穩(wěn)，其傳動比恒定，大多數齒輪的傳動比是常數；適應范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長；效率高。滿足設計要求。因而選擇回轉方案A作為機械手回轉裝置。3.5 循環(huán)圖的擬定 根據設計題目的要求。對機械手的運動過程做了如下的分解。如圖5.機械手上擺18停止下擺18停止上擺18下擺18轉臺停止水平回轉150停止停止水平反轉150停止凸輪連桿轉角150180330360150（第二周）180圖5 第四章 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 擬訂的方案 方案a：由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過圓錐齒輪和蝸桿，使凸輪連桿運動，從而完成安裝在連桿末端的抓手上下擺動，上下擺動的夾角為18；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動，再傳動給兩組不完全齒輪，通過連在轉臺上的軸，從而使轉臺完成水平150的回轉運動。如圖6。圖61電動機 2機械手擺動裝置 3轉臺 4抓手 5機械手水平回轉裝置方案b: 由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過皮帶輪與凸輪的傳動，從而完成機械手的上下擺動，上下擺動的夾角為18。另一路由圓錐齒輪傳動，帶動曲柄轉動，從而使搖桿水平回轉150，而搖桿又通過支柱與轉臺相連，從而使整個轉臺一起水平回轉。如圖7。圖71電動機 2機械手擺動裝置 3抓手 4轉臺 5機械手水平回轉裝置4.2 最終方案的確定與說明 根據確定的運動運動路線，可以確定方案B跟適合設計要求，在達到設計要求的同時，其加工難度，加工花費等性價比更高。因而選擇B方案。如圖8、9。 圖8圖94.3 方案的計算參數：電動機的轉速：960r/min 皮帶輪1半徑R1=10cm 皮帶輪2半徑R2=25cm 圓錐齒輪3齒數Z1=15 圓錐齒輪4齒數Z2=30 齒輪14齒數Z3=20 蝸桿5齒數Z4=1且為右旋 凸輪6基圓半徑r0=90mm 滾子7半徑Rr=10mm 傳動比計算：w1=2f=2*3.14*960/60=100rad/s由w1r1=w2r2 w2=w1*r1/r2=40rad/s齒輪3對齒輪14的傳動比i1=w3/w14=z1*z14/z3*z5=15*20/20*1=15W14=w3/15=w2/15=4rad/s凸輪推程角1=150 t1=1/w14= 38s凸輪遠休角2=30 t2= 2/w14=8s因此不完全齒輪使轉臺水平轉動的時間間隔為8s。第5章 相關建模過程及仿真solidworks凸輪的建模在solidworks中進行裝配后的模型圖Solidworks大齒輪的建模Solidworks小齒輪建模Solidworks實體模型導入Admas機構在運行過程中的實圖機械手臂運動的位移圖機械手臂運行的速度圖像機械手臂運行的加速度圖像第7章 設計總結熱敦擠送料機械手的設計不僅能減輕工人們的作業(yè)強度，而且還大大提高了工作效率。在如今強調效率與質量的時代，機械手等產品也廣泛運用在各行各業(yè)之中，為人們的生活水平的提高做出了很大的貢獻。在設計過程中。在這次設計過程中，我掌握了很多設計知識，學會了幾個軟件的使用并有所提高。發(fā)現有些東西非常有用，比如AutoCAD、Solidworks，ADAMS的使用。但是也碰到了很多問題，機構的功能不能完全掌握、傳動性不明確、運動循環(huán)圖不清晰以及機構不能完美的連貫起來。這些都是最重要也是最難的。經過老師的指導和同學間討論，終于有所收獲，明白了很多。機械學作為一門傳統的基礎學科，內容豐