課程設計報告—熱鐓擠送料機械手

1、-. z.機械原理課程設計題目熱鐓擠送料機械手學 院專業(yè)年級*指導教師二一六 年 六 月目錄一總設計要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3設計題目. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3設計任務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4設計提示. . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4二運動循環(huán)設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42.1 方案選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42.2 原理分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42.3 時間設定. . . . . . . . . . . .

3、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5三運動機構設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.1 原動機的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2 傳動機構的設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63.3 上下機構的設計. . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.4 左右運動的設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8四運動方案總述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.1 運動方案擬定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.2 傳動機構運動分析. . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . . 94.2 上下運動分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114.3 左右運動分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134.5 總述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14五設計小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . .17六參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18一 總設計要求1.1設計題目機械手的外觀圖設計二自由度關節(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*開放料。手臂再上擺，水平反轉，下擺，同時手指*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。鐓擠送料機械手技術參數(shù)方案號最大抓重kg手

7、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/minA22512068515151450B2.527.511069017.512.51450C3301007002010960D1.522.510560017.515960E115110500152014401.2設計任務1.機械手一般包括連桿機構、凸輪機構和齒輪機構。 2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 3.設計平面連桿機構。對所設計的平面連桿機構進展速度、加速度分析，繪制運動線圖。 4.設計凸輪機構。按各凸輪機構的工作要求選擇從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對

8、盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。 5.設計計算齒輪機構。 6.編寫設計計算證明書。 7.學生可進一步完成：機械手的計算機動態(tài)演示驗證等。1.3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)傳動鏈設計二運動循環(huán)設計2.1方案選擇通過討論，我們選擇方案A進展設計，即：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/minA2251

9、20685151514502.2原理分析熱墩擠送料機器手的設計從工作路線上分析為機器臂手指夾料，手臂上擺15，手臂水平回轉120，手臂下擺15，手指*開放料，手臂再上擺15，水平反轉120，在下擺15這八個過程為一個周期，即完成一次送料。因此可以分析出該機器手的運動分為上下運動和左右回擺運動。2.3時間設定送料頻率15次/min,即1次/4s。一次送料過程包括：手指抓料，手臂上擺15，回轉120，手臂下擺15，手指松開送料，手臂上擺15，手臂回轉120，下擺15，這八個過程時間均設定為0.5s。由此可制作出一*表格和一個時間對應圖來反映出機械臂的運動路線。 機器手運動循環(huán)表上下運動停頓上擺停頓

10、下擺停頓上擺停頓下擺回擺運動停頓停頓回轉停頓停頓停頓反轉停頓時間0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.5s0.50.5s圖2 機器手運動循環(huán)圖三 運動機構設計3.1原動機的選擇電動機的容量選得適宜與否，對電動機的工作和經(jīng)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(shù)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(shù)計算得來的，可按下式計算： 其中：T工作

11、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局部運動副效率之積，即其中：分別為皮帶、齒輪的傳動效率按推薦的傳動比合理*圍，取一級傳動i=2，二級圓柱直齒輪的傳動比i=10-30,總的傳動*圍為20-60. 經(jīng)過上網(wǎng)查閱資料，決定選用ZGY20-1.1/4型號電動機 轉速: 1450r/min 功率:1.1kw3.2 傳動機構的設計 經(jīng)過小組討論與分析，我們決定采用皮帶傳動和齒輪傳動。皮帶傳動有以下幾個優(yōu)點：1)可用于兩軸中心距離較大的傳動。2)皮帶具有彈性、可緩沖和沖擊與振動，使傳動平穩(wěn)、噪聲小。3)當過載時，皮帶在輪上打滑，可防止其它零件損壞。4)構造簡單、維護方便

12、。5)由于皮帶在工作中有滑動，故不能保持準確的傳動比。6)外廓尺寸大，傳動效率低，皮帶壽命短。所以我們決定用皮帶傳動進展第一級的傳動。接下來我們采用圓柱直齒齒輪傳動。齒輪傳動是應用最多的一種傳動形式，它有如下特點：1)能保證傳動比穩(wěn)定不變。2)能傳遞很大的動力。3)構造緊湊、效率高。4)制造和安裝的精度要求較高。5)當兩軸間距較大時，采用齒輪傳動就比擬笨重通過齒輪傳動的多級減速可以到達我們所需要的轉速。經(jīng)過討論，我們選取標準直齒圓柱齒輪標準傳動，壓力角取=20,模數(shù)取m=3,齒頂高系數(shù)h*=1,頂隙系數(shù)c*=0.25。因此我們通過皮帶傳動與齒輪傳動的結合到達我們的設計要求。3.3上下運動的設計

13、方案一 圓柱凸輪機構+連桿機構利用圓柱凸輪實現(xiàn)從動件的停歇和上下運動，再通過連桿，實現(xiàn)手臂的上下擺動優(yōu)點：圓筒凸輪構造簡單、緊湊，所能承受的力也比盤形凸輪要大缺點：圓柱凸輪較難設計方案二 滾子從動件盤型凸輪機構+滑塊機構利用凸輪實現(xiàn)從動件的停歇和上下運動，再通過滑塊，實現(xiàn)手臂的上下擺動滾子從動件盤型凸輪機構+滑塊機構優(yōu)點：1.凸輪計算簡便；2.凸輪構造簡單，容易生產(chǎn)缺點：凸輪和從動件之間有沖擊，磨損嚴重經(jīng)過比擬與分析，方案一的圓柱凸輪設計困難，方案二的盤型凸輪設計簡便，便于計算分析。由于該機器手最大的抓重為2kg，重量較小，因此盤型凸輪所承受的力也不會太大，磨損不會過于嚴重，綜上所述，盤型凸輪

14、完全符合設計要求。經(jīng)過綜合考慮，我們選擇方案二最正確。3.4 左右運動的設計方案一不完全齒輪連桿機構利用不完全齒輪控制停歇時間，再通過曲柄遙桿機構實現(xiàn)機械手手臂水平回轉120不完全齒輪連桿機構優(yōu)點：1.構造簡單，容易加工； 2.連桿機構和齒輪計算簡便缺點：1.四連桿機構有急回特性 2.不完全齒輪有沖擊方案二 不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機構 齒輪與齒條組成對心式曲柄滑塊機構，通過齒輪的轉動帶動齒條左右移動，從而帶動轉臺齒輪左右移動，使得機械手臂轉動120度不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機構優(yōu)點：1.不存在急回特性，防止了急回所帶來的損壞2.曲柄滑塊機構和齒輪計算簡便缺點：不完全齒輪有沖擊兩種

15、方案都是通過不完全齒輪控停歇時間，當機械手臂在上下擺動的時候，使得轉臺齒輪停頓轉動。由于機器手的回轉角度較大，連桿機構難以滿足要求，同時連桿機構具有急回特性，對機構具有損壞。綜上所述，選擇方案二為最正確。四 運動方案總述4.1 運動方案擬定首先，由電動機提供動力源，通過大小皮帶輪的轉動，先進展第一輪減速，然后通過定軸輪系繼續(xù)減速，再通過錐齒輪換向，使得原路分支成兩路，為上下擺動與水平回轉提供動力。使凸輪轉動，從而完成手臂的上下15度的擺動；另一路通過錐齒輪繼續(xù)傳動給不完全齒輪，通過曲柄滑塊機構，齒輪齒條的配合以及連在轉臺上的軸，使的手臂來回轉動120度。機構的空間自由度為2，需要兩個動力輸入，

16、由錐齒輪完成。4.2 傳動機構運動分析根據(jù)運動循環(huán)圖我們設計電動機經(jīng)過傳動后轉速為30r/min,據(jù)此我們設計如下減速機構減速機構簡圖皮帶輪機構皮帶輪1直徑為144mm，皮帶輪2直徑為290mm.2.輪系機構經(jīng)過討論，我們選取模數(shù)為3的標準齒輪m=3 =20 ha*=1 c*=0.25,材料：45名稱符號公式1，3，5246齒數(shù)z20806040分度圓直徑dd=mz60240180120基圓直徑dbhb=dcos56.38225.53169.14112.76齒頂高haha=ha*m3333齒頂圓直徑dada=d+2ha66246186126齒根圓直徑dfdf=d-2hf52.5232.5172

17、.5112.5齒距pP=m9.429.429.429.42齒厚ss=p/24.714.714.714.71槽寬ee=p/24.714.714.714.71頂隙cc=c*m0.750.750.750.75基圓齒距pbpb=pcos8.858.858.858.85法向齒距pnpn=pcos8.858.858.858.852.錐齒輪機構Z=48,m=3 材料45ha=3 hf=3.75分度圓錐角 =arccotz2/z1=45分度圓直徑d=144齒頂圓直徑da=d+2hacos=148.24齒根圓直徑df=d-2hfcos=138.70錐距 R=101.82齒頂角 tana=ha/R=0.030齒根

18、角tanf=hf/R=0.036當量齒數(shù) zvi=zi/cos=67.893.傳動比的計算皮帶輪傳動比：i1=290/144齒輪傳動比：i2=(z2*z4*z6)/(z3*z5*z7)=24總傳動比：i=i1*i2=145/3水平轉動輸入轉速：30r/min上下運動輸入轉速：30r/min4.3 上下運動分析上下運動主要執(zhí)行機構是凸輪，對上下運動的分析即是對凸輪的分析經(jīng)過討論分析，我們進展了尺寸設定，如下列圖所示：根據(jù)這些參數(shù)設定以及機器手運動循環(huán)圖，我們試用軟件設計了凸輪從動件運動規(guī)律凸輪的參數(shù)設定凸輪轉速n=30r/min基圓半徑r=46mm凸輪厚度b=20mm攜程 h=78mm3凸輪設計

19、根據(jù)從動件運動規(guī)律我們設計了凸輪運動規(guī)律第一階段第二階段第三階段第四階段擺動動作停頓上擺15停頓下擺15從動件運動規(guī)律停頓正弦停頓正弦從動件位移0 00 7878 7878 0凸輪轉過角度90909090根據(jù)以上數(shù)據(jù)我們使用軟件進展了分析，對分析數(shù)據(jù)進展了局部截圖根據(jù)這些數(shù)據(jù)我們描繪出凸輪的輪廓曲線最小曲率半徑為46mm4.4 左右運動分析左右運動我們設計的主要執(zhí)行機構是不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機構，并通過搖桿導軌機構實現(xiàn)機器臂的左右回擺。因此左右運動的分析就是對不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機構的分析。不完全齒輪齒輪9為不完全齒輪，模數(shù)3，有齒局部為90，齒數(shù)為24，齒輪10的齒數(shù)為4

20、8。即齒輪9轉一圈，齒輪10轉半圈。2.對心曲柄滑塊機構根據(jù)轉臺旋轉120，我們可以知道曲柄的長度以及齒條的最小長度為齒輪11的周長的1/3。我們確定齒輪z11的模數(shù)為3，齒數(shù)為24。則齒條的最小長度為24，即75.4mm。因此我們設計齒條的長度80mm。則曲柄的長度為12，即39.7mm。綜上：曲柄長度為39.7mm，齒條長度為80mm。同時我們通過solidworks分析出運動時滑塊的運動情況1滑塊速度圖像2滑塊位移圖像4.5 總述通過對以上各個分機構的設計，然后將各個機構有機的結合即可實現(xiàn)我們所需要的功能。我們基于solidworks進展了三維建模，將各個局部結合一起，并進展motion

21、分析，進一步完善我們的機構。1.基于solidworks的三維仿真減速機構圖上下運動圖左右運動圖4熱墩擠送料機器手三維仿真圖運動分析總述電動機通過皮帶輪以及定軸輪系的減速，使電動機的1450r/min減速至30r/min。然后通過圓錐齒輪的分向，使垂直方向也有一個30r/min的轉速，分別帶動上下運動與左右運動。驅動凸輪，使機械臂上下擺動。同時又驅動不完全齒輪和曲柄滑塊機構，在配合上擺動導軌機構使機械臂左右擺動。不完全齒輪可以使左右運動和上下運動相互配合出我們所要的形式。機械臂上下運動角速度圖機械臂左右運動角速度圖五設計小節(jié)該機器依靠凸輪來實現(xiàn)機械手臂的間隙上下擺動。而在實現(xiàn)手臂的間隙回轉的動

22、作上，運用了不完全齒輪和齒輪齒條以及擺動導軌機構。并且通過增加傳動齒輪的數(shù)量和改變傳動比的方式來使最后運動到達指定要求。此方案構造簡單，各運動部件之間的運動都易于實現(xiàn)，不會出現(xiàn)干預現(xiàn)象。由于傳動鏈較短，累積誤差也不會太大，從而可以滿足。緊*的課程設計順利完畢了。在這次設計過程中，我掌握了很多設計知識，對于有些設計軟件的使用更加熟練。發(fā)現(xiàn)有些東西非常有用，比方solidworks，通過solidworks實現(xiàn)了對機構的三維建模，對我們對機構運動分析具有很大的幫助，并且通過solidworks的運動仿真分析，產(chǎn)生機構的運動圖像，使我們對這些機構有了更深層次的認識。在設計的過程中我們也碰到了很多問題

23、，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(jīng)過教師的指導和與同學進展交流、討論，終于有所收獲，明白了很多。機械學作為一門傳統(tǒng)的根底學科，內容豐富，涉及面廣。目前，機械學正與電子電氣、液壓等多種學科，聯(lián)系更為嚴密，它的綜合性更強。機械學的學習將是一個艱辛但卻值得努力的過程。經(jīng)過這次課程設計，我們在接下來的學習中注重根底知識的掌握，加強軟件的使用。六參考文獻1 申永勝主編.機械原理.：清華大學，20052鄒慧君.機械設計課程設計手冊.*：高等教育，1998附錄：凸輪理論輪廓曲線設計C語言程序#include#include#def

24、ine PI 3.1415926void main() FILE *fp;double e=0.0,ro=80.0,rt=10.0,h=28.2,phi1=120.0,phis=60.0,phi_1=120.0,phi_s=60.0;/*各字母含義：e偏距，基圓半徑ro,滾子半徑rt,行程h,推程運動角phi1,遠休止角phis,回程運動角phi_1,近休止角phi_s*/ double s,alp181,*181,y181,*1,y1,*r181,yr181; /*分別代表從動件位移，壓力角，理論輪廓曲線點的位置*, y，*，y對運動角的微分，實際輪廓曲線的位置*, y*/double ic

25、,ic1,ic2,ic3,so,s1,cop,sip,phi,gam,bel,del=5.0,q,t; /*定義變量*/int i;gam=phi1+phis;bel=phi1+phis+phi_1;ic=(int)(360.0/del);ic1=(int)(phi1/del);ic2=(int)(gam/del);ic3=(int)(bel/del);so=sqrt(ro*ro-e*e); printf(n No THETA Theoretical contour curve. Actual contour curve of cam. pressure angle n); /*在屏幕上輸出文件頭*/printf( deg */mm y/mm */mm Y/mm radn);fp=fopen(myf2.c,w);fprintf(fp,n No THETA Theoretical contour curve. Actual contour curve of cam. pressure angle n);fprintf(fp, deg */mm y/mm */mm Y/mm radn);for(i=0;i=ic;