熱鐓擠送料機(jī)械手 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 熱鐓擠送料機(jī)械手學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘要 送料機(jī)械手主要用于機(jī)床和生產(chǎn)線中的上下料工作 ，熱鐓擠送料機(jī)械手主要由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)為設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。在本次設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)通過減速器變速將動(dòng)力傳動(dòng)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，再有執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，要分析各種機(jī)構(gòu)對運(yùn)動(dòng)的影響，綜合分析各種類型的機(jī)構(gòu)來確定適合機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通過分析得出結(jié)論，由凸輪連桿機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手的上下15度擺動(dòng)，由不完全齒輪和齒輪齒條機(jī)構(gòu)來控制機(jī)械手的左右回轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞 ：執(zhí)行機(jī)構(gòu) 凸輪 不完全齒輪1 緒論1.1 課題研究的目的和意義21世紀(jì)是科技高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們的消費(fèi)力不斷

2、增加。市場對質(zhì)量可靠性能卓越的產(chǎn)品的需求大量增加，為滿足市場需求，各個(gè)企業(yè)工廠不斷建成現(xiàn)代化生產(chǎn)線，通過智能機(jī)器人來代替人力去快速高效的生產(chǎn)。各種高效率的機(jī)械手可以滿足工廠的生產(chǎn)需求，還可以克服惡劣環(huán)境完成工作。機(jī)械機(jī)械手的優(yōu)勢十分明顯.機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和不同環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。它不但能代替部分人工操作，還能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸。同時(shí)，它還能操作必要的工具進(jìn)行焊接和裝配，它高效不間斷地工作在各種復(fù)雜環(huán)境中,從而極大改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快了工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐，所以機(jī)械手的研制

3、很有必要。 熱鐓擠送料機(jī)械手，該設(shè)計(jì)全面綜合的運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在大學(xué)本科階段所學(xué)的各門專業(yè)課的知識，將這些專業(yè)課程的理論和實(shí)際進(jìn)行了一次重要實(shí)踐。鍛煉了我們查詢資料自我學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)了我們創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。該設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了CAD、PORE等軟件，使我們對這些制圖軟件能熟悉運(yùn)用。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年中的最后一次課題設(shè)計(jì)，也是最為重要的一次設(shè)計(jì)，是對我們大學(xué)四年的綜合考量。畢業(yè)設(shè)計(jì)考驗(yàn)的不是單一的一門知識，而是我們大學(xué)四年所學(xué)的綜合運(yùn)用。我選擇的題目是熱鐓擠送料機(jī)械手，該設(shè)計(jì)全面綜合的運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在大學(xué)本科階段所學(xué)的各門專業(yè)課的知識，將這些專業(yè)課程的理論和實(shí)際知識進(jìn)行了一次重要實(shí)踐。綜

4、合運(yùn)用了CAD、PORE等軟件，是我們對這些制圖軟件能熟悉運(yùn)用。機(jī)械手對工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。它的運(yùn)用，使得在惡劣環(huán)境中的生產(chǎn)工作得以繼續(xù)進(jìn)行。它可以模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作，可用來搬運(yùn)物體，成在各個(gè)不同環(huán)境中的工作。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手的應(yīng)用隨處可見，無論是組合機(jī)床，還是流水線生產(chǎn)，都可以運(yùn)用機(jī)械手來進(jìn)行上下料的工作。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究是很有必要的1.2 機(jī)械手介紹 機(jī)械手應(yīng)用范圍十分廣泛，它常應(yīng)用與機(jī)械制造、電子、冶金、輕重工業(yè)中，機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一種，它是在工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。機(jī)械手的種類很多，常見的有液壓式、電動(dòng)式、氣動(dòng)式

5、和機(jī)械式機(jī)械手。我們所設(shè)計(jì)的機(jī)械手為機(jī)械式。機(jī)械手的主要部件為手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來控制的各種動(dòng)作，使機(jī)械手完成上下擺動(dòng)、左右回轉(zhuǎn)、伸縮、擺動(dòng)等等運(yùn)動(dòng)。手部是根據(jù)所要抓取的物體的形狀、材質(zhì)、大小、重量等因素來設(shè)計(jì)的。機(jī)械手的自由度影響機(jī)械手的靈活性、通用性，通常機(jī)械手自由度為4-5個(gè)，一般的專用的機(jī)械手由2-3個(gè)自由度。機(jī)械手通常用作機(jī)床、生產(chǎn)線等工作場合的上下料、換刀等工作。機(jī)械手的特點(diǎn)是工作時(shí)間長，工作精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可以在惡劣環(huán)境中工作。因此，機(jī)械手的未來發(fā)展方向?yàn)榇嫒斯みM(jìn)行長時(shí)間重復(fù)高精通的工作，同時(shí)替代人工在環(huán)境惡劣，高溫有毒等環(huán)境中工作。機(jī)械手的模塊化同時(shí)也是它的發(fā)展

6、趨勢，通過模塊化處理，可以使機(jī)械手快速響應(yīng)，完成不同的工作。隨著時(shí)間的發(fā)展，機(jī)械手會變得越來越先進(jìn)，逐步向智能化、模塊化發(fā)展。1.3 總體設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),夾送圓柱形鐓料,往40 t鐓頭機(jī)送料。它的動(dòng)作順序是：手指夾料,手臂上擺l5，手臂水平回轉(zhuǎn)l20,手臂下擺l5，手指張開放料;手臂再上擺,水平反轉(zhuǎn),下擺,同時(shí)手指張開,準(zhǔn)備夾料。主要要求完成對手臂上下擺動(dòng)以及水平回轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。圖1.1為機(jī)械手的外觀圖,技術(shù)參數(shù)為最大抓重2kg,手臂夾持工件最大直徑25mm，手臂回轉(zhuǎn)半徑685mm,送料頻率15次/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速1450r/min。設(shè)計(jì)熱鐓劑送料

7、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使熱鐓機(jī)送料機(jī)械手完成上下擺動(dòng)和水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)并進(jìn)行速度、加速度分析。凸輪連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算：選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。減速器部分齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、校核計(jì)算。繪制熱鐓劑送料機(jī)械手的總體裝配圖；繪制熱鐓劑送料機(jī)械手的主要零件圖；1.4 說明書主要內(nèi)容說明書的主要內(nèi)容為：第一章主要介紹課題研究的意義以及課題要求，第二章介紹運(yùn)動(dòng)過程，對機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程和動(dòng)作順序進(jìn)行了解分析計(jì)算。第三章主要介紹機(jī)械手部分，機(jī)械手的動(dòng)過過程為水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)水平反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上擺和下擺四種運(yùn)動(dòng)，它們由凸輪連桿機(jī)構(gòu)來完成手臂的上下擺

8、動(dòng)，由不完全齒輪齒條來完成手臂回轉(zhuǎn)。第四章對減速器部分的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算。第五章對機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算出主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)中凸輪和不完全齒輪的形狀和大小。第六章對熱鐓機(jī)送料機(jī)械手進(jìn)行整體的分析計(jì)算。附參考資料圖1-12 運(yùn)動(dòng)過程分解2.1 運(yùn)動(dòng)周期計(jì)算由畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書總體設(shè)計(jì)要求可知，機(jī)械手送料頻率為15次/min,電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min，通過簡單計(jì)算可知，每周期運(yùn)動(dòng)時(shí)間為4秒鐘，這4s可進(jìn)行如下分配：機(jī)械手手指夾料（0.4s）機(jī)械手手臂上擺15度（0.4s）機(jī)械手手臂水平回轉(zhuǎn)120度（0.8s）機(jī)械手手臂下擺（0.4s）機(jī)械手手指張開放料（0.4s）機(jī)械手手臂上擺15度（0.4s

9、）機(jī)械手手臂水平反轉(zhuǎn)120度（0.8s）機(jī)械手手臂下擺15度（0.4s）2.2機(jī)械手圓形運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 通過運(yùn)動(dòng)周期計(jì)算繪制圓形運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖是在機(jī)械協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)中所需要用到的重要的圖形文件。它能更好的說明運(yùn)動(dòng)過程，可以描述各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)順序、相互之間既協(xié)調(diào)又制約的動(dòng)作關(guān)系。運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的常見類型有直線型、圓形、直角坐標(biāo)式等類型，在這里，我們使用圓形運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，它可以更加直觀更形象的描繪出機(jī)械手水平運(yùn)動(dòng)與上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即在平動(dòng)時(shí)水平停止，在進(jìn)行上下擺動(dòng)式水平方向靜止，兩者互相不干擾。 圖2-1 圓形循環(huán)圖3 機(jī)構(gòu)功能分解熱鐓擠送料機(jī)械手的構(gòu)成由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分三部分組成，

10、功能關(guān)系由下表所示： 表3-1 熱鐓擠送料機(jī)械手 原動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 齒輪 帶輪 間歇上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 間歇左右回轉(zhuǎn)3.1 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 電動(dòng)機(jī)的種類很多，可以分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類，我們所使用的電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境實(shí)在工廠，所用為交流電，選用的電動(dòng)機(jī)為交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)可分為三相同步電機(jī)和三相異步電機(jī)。三相交流異步電動(dòng)的機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，而且它價(jià)格低廉，在日常中維護(hù)方便，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中得到上廣泛的應(yīng)用。Y系列的電動(dòng)機(jī)是全封閉的自扇冷式的三相異步電動(dòng)機(jī)。它的特點(diǎn)是性能好，噪音較低，同時(shí)具有高效率震動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。這使它適用于不易爆炸不易燃且沒有腐蝕性氣體的工作環(huán)境中，如在

11、機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)、攪拌機(jī)的機(jī)器上面。課題中所設(shè)計(jì)的熱鐓擠送料機(jī)械手的工作環(huán)境實(shí)在工廠中，它的工作電壓為380V,頻率為50HZ，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min，所以選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。機(jī)械手最大抓重2kg，所需功率不大，所以通過查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可以優(yōu)先選擇Y112M-4型號電動(dòng)機(jī)來作為機(jī)械手的原動(dòng)機(jī)，完成要求的工作動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)參數(shù)： 表3-2電動(dòng)機(jī)型號額定功率/kW滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量/kgY112M-4 4 14402.22.3 433.2 傳動(dòng)類型的選擇帶傳動(dòng)特點(diǎn)：帶傳動(dòng)有傳送比較平穩(wěn)，噪聲較小，能進(jìn)行一定的緩沖吸振的優(yōu)點(diǎn)，但是帶傳動(dòng)的承載能

12、力比較低。傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)要比其他機(jī)構(gòu)的尺寸大，通常將帶傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)：齒輪傳動(dòng)有著工作可靠，使用壽命長，瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但它的成本也高，在精度低的時(shí)候，震動(dòng)和噪聲比較大，不宜用于軸間距大傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)特點(diǎn)：鏈傳動(dòng)沒有滑動(dòng)并且不需很大的張緊力,作用在軸上的載荷較小，效率高，它的缺點(diǎn)是只能用于平行間的傳動(dòng)，瞬時(shí)速度不均勻，工作時(shí)有噪聲，費(fèi)用較高。摩擦輪傳動(dòng)特點(diǎn)：摩擦輪優(yōu)點(diǎn)在于制造簡單，在過載時(shí)可以發(fā)生打滑從而防止機(jī)器中重要零件的損壞，可以實(shí)現(xiàn)無級變速，但它的缺點(diǎn)也較為明顯，那就是傳動(dòng)效率較低，傳動(dòng)比不能保證，而且壽命較低，它必須采用壓緊裝置時(shí)才能使用。蝸

13、桿傳動(dòng)特點(diǎn)：它的優(yōu)點(diǎn)在于工作平穩(wěn)、沒有噪聲、結(jié)構(gòu)較為緊湊、沖擊小，它的優(yōu)點(diǎn)還有結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、零件數(shù)目少。缺點(diǎn)是效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造材料較貴，制造較難對這五種傳動(dòng)方式進(jìn)行對比，考慮熱鐓擠送料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境和所需力等方面的要求綜合選擇帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過帶輪將轉(zhuǎn)矩傳遞到減速器，通過減速器減速達(dá)到需要的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)機(jī)械手的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下擺動(dòng)。3.3 手臂上下擺動(dòng)的設(shè)計(jì)與選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)總體要求可以知道機(jī)械手上下擺動(dòng)15度，為完成所需要的動(dòng)作，需要設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求，可是實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多，有凸輪機(jī)構(gòu)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，螺桿等機(jī)構(gòu)，下面，設(shè)計(jì)幾種方案來

14、完成手臂的上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。方案一：凸輪連桿機(jī)構(gòu)凸輪是具有曲線輪廓的構(gòu)件，它的運(yùn)動(dòng)可以通過高副接觸傳遞給從動(dòng)件，是從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。因?yàn)橥馆喚哂羞@樣的特點(diǎn)，所以凸輪連桿機(jī)構(gòu)可直接驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使機(jī)械手手臂上下?lián)u動(dòng)。而凸輪連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、便于計(jì)算、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。但是它也存在缺點(diǎn)，那就是具有一定程度的沖擊?？紤]到機(jī)械手最大抓重為2kg，工作強(qiáng)度不大，沖擊也較小，所以該結(jié)構(gòu)可以完成上下擺動(dòng)動(dòng)作。如圖3-1所示，為凸輪連桿機(jī)構(gòu)。 圖3-1 凸輪+連桿方案二：圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+連桿 圓柱凸輪是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體衍化而來，它是空間運(yùn)動(dòng)。通過圓柱凸輪的不

15、斷轉(zhuǎn)動(dòng)，使連桿上下擺動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。該方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，圓柱凸輪成本較高，計(jì)算較為麻煩?？梢酝瓿蓹C(jī)械手的上下擺動(dòng)。如圖3-2所示，圓柱凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)連桿使其完成擺動(dòng)15度的動(dòng)作。 圖3-2 圓柱凸輪+搖桿方案三 曲柄滑塊+曲柄搖桿 通過偏心轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，再由連桿拉動(dòng)滑塊，從而完成從動(dòng)件的間歇上下擺動(dòng)。使機(jī)械手完成要求的上下擺動(dòng)15度的要求。該結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。 圖3-3 曲柄滑塊+曲柄搖桿綜合對比3種機(jī)構(gòu)，考慮機(jī)械手設(shè)計(jì)總體要求，選擇方案一比較合適。3.4 手臂水平回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)與選擇 手臂的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與手臂上下擺動(dòng)不同時(shí)進(jìn)行，環(huán)形運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖清晰明了的表述了兩種運(yùn)動(dòng)的工作時(shí)間。手臂水平

16、放下的回轉(zhuǎn)可以通過多種機(jī)構(gòu)完成，如不完全齒輪機(jī)構(gòu)，不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)等，通過綜合考慮，設(shè)計(jì)以下幾種方案：方案一：不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條經(jīng)過減速器將動(dòng)力傳動(dòng)到不完全齒輪處驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槭遣煌耆X輪，可以通過設(shè)計(jì)有齒區(qū)域占整個(gè)齒輪區(qū)域的比例來調(diào)節(jié)改變間歇時(shí)間，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿前后移動(dòng)，拉動(dòng)齒條移動(dòng)。通過齒條與齒輪嚙合來驅(qū)動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3-4在課題的設(shè)計(jì)要求中可知要完成機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)120，所以不完全齒輪齒數(shù)應(yīng)該是完全齒輪的三分之一。方案二：不完全齒輪機(jī)構(gòu)不完全外齒輪嚙合是旋轉(zhuǎn)120度，不完全外齒輪不嚙合，內(nèi)齒輪3、4嚙合是，水平回轉(zhuǎn)120度，完成左右回轉(zhuǎn)的工作

17、要求。如圖3-5所示。不完全齒輪機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、工作較為可靠特點(diǎn)，同時(shí)從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間變化范圍較大。通過設(shè)計(jì)不完全齒輪的齒數(shù)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手所要求的回轉(zhuǎn)角度，對轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間可以較好的把握。但是當(dāng)開始進(jìn)入嚙合時(shí)和脫離嚙合時(shí)具有比較大的沖擊，因此，它一般用于低速和載荷較小的場合。方案三：圓柱凸輪+連桿+齒輪齒條減速器將動(dòng)力傳遞到圓柱凸輪帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)閳A柱凸輪的輪廓線不同，從動(dòng)件連桿會沿著輪廓線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閳A柱凸輪是水平放置的，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)會使連桿左右轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以確定左右擺動(dòng)的周期和擺動(dòng)的距離。連桿的移動(dòng)會帶動(dòng)齒條的移動(dòng)。齒條與齒輪嚙合帶動(dòng)齒輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)桿是其左

18、右回轉(zhuǎn)，完成機(jī)械手水平左右回轉(zhuǎn)的工作動(dòng)作。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算難度大，使運(yùn)動(dòng)停歇時(shí)間難以把握。設(shè)計(jì)難度較大綜合三種方案，選擇方案一更為合適，方案一具有計(jì)算簡單，容易實(shí)現(xiàn)，具有明顯的間歇運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，方案二沖擊較大，方案3結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易計(jì)算，運(yùn)動(dòng)停歇時(shí)間較難把握。 圖3-4 不完全齒輪+連桿+齒條 圖3-5 不完全齒輪 圖3-6 圓柱凸輪+齒輪齒條3.5 熱鐓擠送料機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過上述對各個(gè)方案的設(shè)計(jì)分析，將選擇出來的最優(yōu)方案綜合整理，確定熱鐓擠送料機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，如圖3-7所示。選用凸輪連桿機(jī)構(gòu)來完成機(jī)械手的上下擺動(dòng)，選用不完全齒輪+連桿+齒輪齒條來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的120水平回轉(zhuǎn)，

19、使用減速器來減速達(dá)到所需轉(zhuǎn)速。 圖3-7 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知工作頻率為15次/min，則執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速為30r/min。滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min，通過運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖和機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)比。總傳動(dòng)比144030=48。帶傳動(dòng)部分傳動(dòng)比為4，高速級齒輪傳動(dòng)為4，低速級為3，錐齒輪傳動(dòng)比為3。4.1帶輪傳動(dòng)計(jì)算1.定V帶型號和帶長 帶傳動(dòng)是帶輪之間用帶作為撓性拉拽零件的傳動(dòng)，它是借助與帶輪之間的摩擦或者嚙合來傳遞動(dòng)力或者運(yùn)動(dòng)的，帶的類型分為平帶、V帶、同步帶和多楔帶。因?yàn)閭鲃?dòng)比為4，查機(jī)械設(shè)計(jì)表11.1可以知道，選用V帶傳動(dòng)即可滿足要求。V帶傳動(dòng)適用于中心距較小的情況下，它沒有接頭，運(yùn)動(dòng)

20、比較平穩(wěn)，多跟V帶同時(shí)使用時(shí)，不懼損壞，即使損壞了一根也不至于立即停止運(yùn)行。它的缺點(diǎn)是適用壽命比較短，價(jià)格比較貴，而且傳動(dòng)的效率要略低于平帶。工作情況系數(shù)：由表11.5查得 kA=1.2計(jì)算功率根據(jù)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算出中傳遞效率=0.89其中1=0.96；2=0.98；3=0.99，4=0.99.所以Pw=Pd= 3.56kW選擇V帶型號 由圖11.15可知，選擇Z型V帶。小帶輪直徑由圖11.5可知，D1取90mm驗(yàn)算V帶速度v=D1nm60000=6.78m/s5m/sv25m/s 符合要求。大帶輪直徑 D2=1-D1n1n2=356.4mm 取D2=360mm 其中為帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率大帶輪轉(zhuǎn)速

21、 n2=1-D1n1D2=356.4r/min2.計(jì)算帶長求Dm Dm=D1+D22=225mm求=D2-D12=135mm初取中心距2D2+D1a0.55D2-D1+h初取a=600帶長L=Dm+2a+2a =1936.875mm查圖11.4可知Ld=20003.求中心距和包角中心距a=L-Dm4+14L-Dm-82=600mm小輪包角 1=180-D2-D1a60=1534.求帶根數(shù)帶速v=D1n1601000=6.78m/s帶根數(shù)由表11.8可知Po=1.91 由表11.7可知k=0.94由表11.12可知kL=1.03由表11.10可知Po=0.168z=PcP+PokkL=1.99所

22、以，V帶根數(shù)為2根。5.求軸上載荷張緊力 F0=500Pcvz2.5-kk+qv2=222.5N軸上載荷FQ=2zF0sin2=890.35N4.2齒輪傳動(dòng) 齒輪可以分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、錐齒輪等，齒輪傳動(dòng)的要求是要滿足沖動(dòng)比平穩(wěn)，要盡量的減少?zèng)_擊、噪聲和震動(dòng)。齒輪傳動(dòng)要保持一定的強(qiáng)度。常見的齒輪失效形式為齒面損傷和輪齒折斷，齒面損傷有點(diǎn)蝕、膠合、塑性流動(dòng)、磨粒磨損等損傷形式。該設(shè)計(jì)選擇直齒輪即可，為了保證齒輪齒面具有足夠的硬度，較高的抗點(diǎn)蝕、抗磨損、抗膠合等能力，應(yīng)選擇合適的材料，同時(shí)，該材料應(yīng)該使齒輪有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度和良好的熱處理公益性，選擇的材料應(yīng)為40Cr，45鋼等。4.2

23、.1高速級齒輪傳動(dòng)運(yùn)輸機(jī)一般為工作機(jī)，速度不高，故選7級精度，小齒輪選擇材料為40Cr，需調(diào)質(zhì)處理，硬度為260HB，大齒輪材料為45鋼，硬度為240HB，同樣需要調(diào)質(zhì)處理。齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩T1 T1=9.55106Pn1=94.43Nm 齒寬系數(shù)d由表12.13可知，d=1.0接觸疲勞極限Hlim機(jī)械設(shè)計(jì)圖12.17c可知， Hlim1=710MPaHlim2=600MPa初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力HH10.9Hlim1=639MPaH20.9Hlim2=522MPaAd值 由表12.16可取 Ad=85初步計(jì)算小齒輪直徑d1Ad3T1dHu+1u=64mmAd為修正系數(shù)d為齒

24、寬系數(shù)u為傳動(dòng)比初步齒寬bb=dd1=164=64mm 2.校核計(jì)算圓周速度vV=d1n1601000=1.23m/s精度等級 由表12.6查得精度等級為9級齒數(shù)z和模數(shù)m 初步取齒數(shù)z1=30，z2=iz1=120m=d1z2=2.13 由表12.3取m=2.5則z1=d1m=26 z2=104選用系數(shù)KA由表12.9選取KA=1.25動(dòng)載系數(shù)KV 由圖12.9選取KV=1.2齒間載荷分配系數(shù)KH 由表12.10，先求Ft=2T1d1=2=2950.9NKAFtb=1.252950.964=57.63N/mm端面重合度 Z=1.88-3.21z1+1z2cos=1.73Z=4-3=0.87K

25、H=1Z2=1.32齒向載荷分布系數(shù)KHKH=A+B1+0.6bd12bd12+c10-3b=1.396載荷系數(shù)KK=KAKVHHKH=1.251.21.321.396=2.76彈性系數(shù)Z 由表12.12可得 Z=189.8MPa節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 有圖12.16 ZH=2.46接觸最小安全系數(shù)SHmin SHmin=1.05總工作時(shí)間th th=1030016=48000h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL NL1=60n1th=1.04109 NL2=NL1i=2.6108 為齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面的嚙合次數(shù) th齒輪的設(shè)計(jì)壽命接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18可知，取 ZN1=1 ZN2=1.12 接觸疲

26、勞極限 由圖12.17c Hlim1=710MPa，Hlim2=580MPa許用接觸應(yīng)力H H1=Hlim1ZN1SHmin=71011.05=676.2MPa H2=Hlim2ZN2SHlim=5801.121.05=618.67MPa驗(yàn)算 H=ZEZHZ2KT1bd2u+1u=597.87H23. 確定傳動(dòng)主要尺寸實(shí)際分度圓直徑d d1=mz=2.526=65mm d2=mz=2.5104=260mm中心距a a=mZ1+Z22=162.5mm齒寬bb=dd1=165=65mm 取b1=75mm,b2=65mm4 .齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)YY=0.25+0.75=0.68齒間載荷分

27、配系數(shù)K 由表12.10可知，KF=1Y=1.47齒向載荷分布系數(shù)KFbh=652.52.25=11.56由圖12.14查得，HF=1.38載荷系數(shù)KK=KAKVKFKF=1.251.21.471.38=3.04齒形系數(shù)YFa 由圖12.21查得， YFa1=2.65 YFa2=2.25應(yīng)力修正系數(shù)YSa 由圖12.22查得， YSa1=1.58 YSa2=1.83彎曲最小安全系數(shù)Flim 由圖12.23c查得， Flim1=600MPa Flim2=450MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.15估計(jì)3106NL1010NL1=NV=60n1th=1.04109彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24可

28、知， YN1=0.85 YN2=0.9尺寸系數(shù)YX 由圖12.25可知 YX=1.0許用彎曲應(yīng)力FF1=Flim1YN1YXSFlim=6000.8511.05=485.7MPaF2=Flim2YN2YXSFlim=4500.911.05=385.7MPa驗(yàn)算F1=2KT1bd1mYFa1YSa1Y=227.59F1F2=F1YFs2YSa2YFa1YSa1=222.4MPaF2符合要求。 4.2.2低速級齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算材料選擇：小齒輪選擇材料為40Cr，需調(diào)質(zhì)處理，硬度為260HB，大齒輪材料為45鋼，硬度為240HB，同樣需要調(diào)質(zhì)處理。1. 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩T2T2=9.5

29、5106Pn2=9.551063.5690=Nmm齒寬系數(shù)d由表12.13可知d=1.0初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力HH10.9Hlim1=639MPaH20.9Hlim2=522MPaAd值 由表12.16可取 Ad=85初步計(jì)算d3d3=Ad3T2dH2u+1u=104.31 取d3=105mm初步齒寬bb=dd3=1105=105mm，b3=115mm b4=105mm2. 校核計(jì)算圓周速度v=d3n3601000=10590601000=0.49m/s精度等級 查表12.6選取精度等級為9級齒數(shù)z和模數(shù)m初取z3=40，z4=iz3=34=120m=d3z3=2.63，取m=3z3=d3m=1

30、053=35，z4=105使用系數(shù)KA 由表12.9選取KA=1.25動(dòng)載系數(shù)KV 由圖12.9選取KV=1.2齒間載荷分配系數(shù)KHFt=2T2d3=2=7195.43NKAFtb3=1.257195.43115=78.21N/mm100N/mm先求：端面重合度=1.76Z=4-3=0.86KH=1Z2=1.35齒向載荷分布系數(shù)KHKH=A+B1+0.6bd32bd32+c10-3b=1.42載荷系數(shù)KK=KAKVKHKH =1.251.21.351.42=2.88彈性系數(shù)Z 由表12.12可得 Z=189.8MPa節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 有圖12.16 ZH=2.46接觸最小安全系數(shù)SHmin S

31、Hmin=1.05總工作時(shí)間th th=1030016=48000h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.5估計(jì)107NL109 NL1=60n1th=2.59108 NL2=NL1i=8.64107接觸壽命系數(shù) 由圖12.8選擇，Zn1=1.16 Zn2=1.2接觸疲勞極限 由圖12.17c Hlim1=710MPa，Hlim2=580MPa許用接觸應(yīng)力H H1=Hlim1ZN1SHmin=7101.161.05=785MPa H2=Hlim2ZN2SHlim=5801.21.05=663MPa驗(yàn)算 H=ZEZHZ2KT2bd2u+1u=549.21H23. 確定傳動(dòng)主要尺寸實(shí)際分度圓直徑d d3=m

32、z3=335=105mm d4=mz4=3105=315mm中心距a a=mZ3+Z42=210mm齒寬bb=dd3=1105=105mm 取b3=115mm,b4=105mm4.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)YY=0.25+0.75=0.68齒間載荷分配系數(shù)K 由表12.10可知，KF=1Y=1.47齒向載荷分布系數(shù)KFbh=11532.5=15.3由圖12.14查得，HF=1.38載荷系數(shù)KK=KAKVKFKF=1.251.21.471.38=3.04齒形系數(shù)YFa 由圖12.21查得， YFa3=2.5 YFa4=2.24應(yīng)力修正系數(shù)YSa 由圖12.22查得， YSa3=1.62 YS

33、a4=1.82彎曲最小安全系數(shù)Flim 由圖12.23c查得， Flim3=600MPa Flim4=450MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin 由表12.14選擇， SFmin=1.25彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24可知， YN3=0.98 YN4=0.95尺寸系數(shù)YX 由圖12.25可知 YX=1.0許用彎曲應(yīng)力FF3=Flim3YN3YXSFlim=6000.9811.25=470.4MPaF4=Flim4YN4YXSFlim=4500.9511.25=343MPa驗(yàn)算F3=2KT2bd3mYFa3YSa3Y=174.6MPaF3F4=F3YFs4YSa4YFa3YSa3=172.8MPa

34、F44.2.3直尺錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算直齒錐齒輪的加工方式多為刨齒，因此不宜采用硬齒面。小齒輪的材料選擇40Cr，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度大小為260HB,而大齒輪的加工材料可以選擇使用42SiMn，同樣要進(jìn)行調(diào)制處理，硬度為230HB。通過運(yùn)動(dòng)循環(huán)簡圖和整體機(jī)構(gòu)簡圖可以知道直尺錐齒輪的傳動(dòng)比為i=3，小齒輪轉(zhuǎn)速為30r/min，傳遞功率為 P=P132=3.560.990.98=3.45kW。1. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)z和精度等級取z5=24，z5=iz5=72，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)速度不高，通過表12.6，選9級精度使用壽命KA 由表12.9 KA=1.0動(dòng)載系數(shù)KV 由圖12.9 KV=1.12齒間載荷

35、分配系數(shù)KH由表12.10，估計(jì)KAFtb100N/mmcos1=uu2+1=0.95，cos2=1u2+1=0.32zv1=z1cos1=240.95=25.26，zv2=225由公式12.6可計(jì)算v=1.74由公式12.10計(jì)算Z=0.87KH=1Z2=1.32齒向載荷分布系數(shù)K 由表12.20查得，K=1.65載荷系數(shù)KK=KAKVKHK=1.01.121.321.65=2.43轉(zhuǎn)矩T3T4=T1i=Nmm彈性系數(shù)ZE 由表12.12可得 ZE=189.8MPa節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 有圖12.16 ZH=2.5接觸最小安全系數(shù)SHmin SHmin=1.05總工作時(shí)間th th=103001

36、6=48000h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL NL1=60n1th=1.04109 NL2=NL1i=2.6108接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18可知，取 ZN1=1 ZN2=1.12 接觸疲勞極限 由圖12.17c Hlim1=710MPa，Hlim2=680MPa許用接觸應(yīng)力H H1=Hlim1ZN1SHmin=71011.05=676.2MPa H2=Hlim2ZN2SHlim=6801.121.05=725MPa小輪大端分度圓直徑d5 取d=0.3 由機(jī)械設(shè)計(jì)12.39公式計(jì)算得出d5=117mm驗(yàn)算圓周速度及KAFtbdm1=1-0.5Rd5=1-0.50.3117=99.45mmvm=dm1

37、n3601000=99.4590601000=0.5m/sFt=2T3dm1=5697Nb=RR=Rd521-cos21=56mmKAFtb=98N/mm100N/mm2.確定傳動(dòng)主要尺寸大端模數(shù)mm=d5z5=117244實(shí)際分度圓直徑d d5=mz=424=96mm d6=mz=472=288mm錐句R R=m2Z12+Z22=151.79mm齒寬bb=RR=0.3221.36=45mm 取b=67mm經(jīng)過校核計(jì)算得出所選數(shù)據(jù)符合要求。4.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算因?yàn)闇p速器功率不大，并且沒有特殊的要求，所以選擇常見的45鋼即可，并且對45鋼進(jìn)行調(diào)制處理各軸輸入功率P1=Pd1=3.6kW P2=P1

38、23=3.56kWP3=P223=3.45kW 4.3.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算最小軸徑軸最小軸徑： d1C3P1n1=22mm軸最小軸徑： d2C3P2n2=34.8mm軸最小軸徑： d3C3P3n3=50mm軸承選擇 表4-1 軸承參數(shù)表軸承號 軸承代號基本尺寸/mm（dDB） 2系列6206306216 2系列6209458519 2系列62136512024軸的設(shè)計(jì) 表4-2 軸各軸段直徑軸段 直徑mm 原因- 22 根據(jù)最小直徑選擇- 25 定位軸肩0.070.1d- 30 根據(jù)軸承內(nèi)徑選取- 35 非定位軸間- 52 分度圓直徑- 35 h=0.070.1d- 30 根據(jù)軸承內(nèi)徑選擇 表4

39、-3 軸各軸段長度 軸段 長度mm 原因-38 凸緣聯(lián)軸器選擇-35-2816+9+3-135-75根據(jù)齒寬得出-7-28 16+12 圖4-1 軸簡圖軸的設(shè)計(jì) 表4-4 軸各軸段直徑軸段 直徑mm 原因- 35 根據(jù)最小直徑選擇- 40 非定位軸間- 45 根據(jù)軸承內(nèi)徑選取- 52 定位軸肩- 60 定位軸肩- 52 定位軸肩- 45 根據(jù)軸承內(nèi)徑選擇 表4-5 軸各軸段長度 軸段 長度mm 原因-45 錐齒輪齒寬選擇-45-4316+9+3-65根據(jù)齒寬得出-20-115-36 19+12+5 圖4-2 軸簡圖軸的設(shè)計(jì) 表4-6 軸各軸段直徑軸段 直徑mm 原因- 50 根據(jù)最小直徑選擇-

40、 56 非定位軸肩- 65 根據(jù)軸承內(nèi)徑選取- 72 定位軸肩- 78 非定位軸肩- 72 定位軸肩- 65 根據(jù)軸承內(nèi)徑選擇 表4-7 軸各軸段長度 軸段 長度mm 原因-112 凸緣聯(lián)軸器選擇-60-3624+12-102-105根據(jù)齒寬得出-10-36 24+12 圖4-3 軸簡圖 4.3.2 軸的校核計(jì)算計(jì)算齒輪受力轉(zhuǎn)矩T3 T3=9.55106P3n3=Nmm圓周力Ft=2T3d3=20919Nmm徑向力Fr=Fttann=7614N計(jì)算支承反力垂直面反力FR1=FR2=Ft2=10459.5N軸受轉(zhuǎn)矩T=T3=Nmm許用應(yīng)力值 查表16.3 -1b=60MPa，0b=102.5MP

41、a應(yīng)力校正系數(shù)=-1b0b=0.59當(dāng)量轉(zhuǎn)矩T=.5Nmm當(dāng)量彎矩 在齒輪中間截面處M=M2+T2=.7Nmm校核軸徑齒根圓直徑df4=mZ-2.5=307.5mm軸徑d=3M0.1-1b=58.7mm105mm 4.4滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算 常見的滾動(dòng)軸承有圓錐滾子軸承，它能同時(shí)受徑向載荷和軸向載荷，具有承載能力較大的特點(diǎn)，它的許用角偏??；推力球軸承只能承受單向的軸向載荷，在回轉(zhuǎn)時(shí)會因?yàn)殇撉螂x心力的作用于保持架摩擦發(fā)熱，所以極限轉(zhuǎn)速較低。深溝球軸承的結(jié)構(gòu)簡單，主要用來承受徑向力，摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，價(jià)格較低，它的應(yīng)用范圍最廣。較接觸球軸承的特點(diǎn)是軸向承載能力隨著接觸角的增大而增大，但是需要成對使用，它的接觸角有15、25和45三種。圓柱滾子軸承可以受較大的徑向載荷，內(nèi)