煙箱拆盤機兩軸手臂設(shè)計本科學位論文

摘要隨著物流技術(shù)的發(fā)展，用于自動分揀系統(tǒng)中自動下料的煙箱拆盤機在國內(nèi)一直處于空白，其主要原因是一般的拆盤機要求空間較大，提升裝置體積和重量縮減比較困難。煙箱拆盤機研究開發(fā)不但占用空間小，而且工作效率提高，大大較少了人工勞動。具有廣泛地應用前景。本次畢業(yè)設(shè)計是煙箱拆盤機兩軸手臂設(shè)計。在參考常規(guī)的機械手臂設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，首先對煙箱拆盤機兩軸手臂作了簡單的概述；然后根據(jù)設(shè)計準則與計算選型方法按照給定參數(shù)要求進行總體方案選型設(shè)計及數(shù)據(jù)計算；接著對煙箱拆盤機兩軸手臂各主要零部件進行了校核，對滾珠絲杠機構(gòu)做了詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核計算。煙箱拆盤機兩軸手臂主要部件組成：傳動裝置，滾珠絲杠機構(gòu)以及蝸輪蝸桿機構(gòu)。本次設(shè)計使用的軟件是二維軟件CAXA。關(guān)鍵詞：物流滾珠絲杠蝸輪蝸桿ABSTRACTWiththedevelopmentoflogisticstechnologyforautomatedsortingsystemwithautomaticblankingsmokeboxdismantlethedishmachinehasbeeninablankinthedomestic,mainlyduetothegeneraldemolitiondiskdriverequireslargerspace,theliftingdevicesizeandweightreductionincomparisondifficult.Thesmokeboxdemolitiondriveresearchanddevelopmentisnotonlyasmallfootprint,andworkefficiency,significantlylessmanuallabor.Hasbroadapplicationprospects.Thegraduationprojectisatwo-axisarmdesignofthesmokeboxdemolitionofthedishmachine.Inreferencetoconventionalmechanicalarmdesignmethodbasedonthefirsttwoaxisofthearmofthesmokeboxdemolitiondiscmachinemade??abriefoverview;tocalculatetheselectionanddesigncriteriarequirementsinaccordancewiththegivenparameters,theselectionofdesignanddataoftheoverallprogramcalculation;thencheckthesmokeboxdemolishedplatetwo-axisarmofthemaincomponentsoftheballscrewinstitutionstodothedetailedstructuraldesignandcheckingcalculations.Thesmokeboxdemolitionplatetwo-axisarmmaincomponents:actuators,ballscrewsandinstitutions,aswellasthewormandwormgear.Theuseofthisdesignsoftwareisatwo-dimensionsoftwareofCAXAKeywords:logisticsballscrewworm第一章緒論煙箱拆盤機是現(xiàn)代倉儲物流系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是物料的主要工作裝置，其作用是把煙箱從一個高度傳送到另一個高度，實現(xiàn)煙箱輸送的連續(xù)性垂直輸送。本課題設(shè)計的煙箱拆盤機主要用于卷煙企業(yè)的煙箱輸送中，可廣泛應用于其他企業(yè)的物料的輸送。近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。煙箱拆盤機是利用兩軸手臂的X-Y平面運動以及升降旋轉(zhuǎn)運動來實現(xiàn)物料的輸送。煙箱拆盤機兩軸手臂利用滾珠絲杠機構(gòu)以及蝸輪蝸桿機構(gòu)，使輸送過程實現(xiàn)完全自動化。怎樣在有限的空間里實現(xiàn)手臂的升降以及旋轉(zhuǎn)運動，這就是本設(shè)計題目所要實現(xiàn)的內(nèi)容了。選擇煙箱拆盤機兩軸手臂的設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計的選題，能培養(yǎng)我們獨立解決工程實際問題的能力，通過這次畢業(yè)設(shè)計是對所學基本理論和專業(yè)知識的一次綜合運用，也使我們的設(shè)計、計算和繪圖能力都得到了全面的訓練。原始參數(shù)：卷煙包裝箱尺寸：450(L)×260(W)×600(H)箱裝卷煙重量：13kg手臂升降速度手臂水平旋轉(zhuǎn)運動速度設(shè)計解決的問題：熟悉煙箱拆盤機的各部分的功能與作用，對主要部件進行選型設(shè)計與計算，解決在實際使用中容易出現(xiàn)的問題，并大膽地進行創(chuàng)新設(shè)計。第二章機械手設(shè)備概論2.1機械手在生產(chǎn)和生活中的作用和意義機械瘦不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著重要的作用。給我們帶來的利益是非常的多。機械手的功能特色是非常多的，在設(shè)計研發(fā)方面研發(fā)的機器人能夠?qū)崿F(xiàn)手臂的多角度運動，我們在使用機械手的時候也可以針對自己的需求對拆盤機進行設(shè)置，節(jié)省成本，并且能夠?qū)崿F(xiàn)預期的運動?？梢姴鸨P機對我們作用是相當?shù)拇蟆?/p>

我們生產(chǎn)力的不斷加大，生活的不斷改善，對機械手的需求也就在不斷的增多，生活中的每個角落拆盤機機械手的應用都會給我們帶來客觀的利益。由于機械手在生活中的大量運用，使得人類的生產(chǎn)率有了大幅的提高，同時也改善了我們的工作環(huán)境。讓人類的生活變得越來越智能化。

機械手在我們生產(chǎn)中的應用是非常的普遍，在我們生產(chǎn)中將會有著很重要的作用，尤其是貨物高空操作。

現(xiàn)在經(jīng)濟不斷的發(fā)展，順應社會的需求，生產(chǎn)力不斷的加大，而且現(xiàn)在高空操作也是比較多的，所以煙箱拆盤機在我們進行高空操作的時候就給我們帶來的重要的作用。

機械手就是上下以及旋轉(zhuǎn)操作，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度運動。我們在高空作業(yè)的時候可以給我們的安全提供保障。

2.2分類工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)形式主要有四種：直角坐標結(jié)構(gòu)，圓柱坐標結(jié)構(gòu)，球坐標結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應的特點，分別介紹如下：1.直角坐標機械手結(jié)構(gòu)特點直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。如圖2.2.1所示，圖2.2.12.圓柱坐標機械手結(jié)構(gòu)特點圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構(gòu)造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業(yè)。如圖2.2.2所示，圖2.2.23.球坐標機械手結(jié)構(gòu)特點球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高，主要應用于搬運作業(yè)。如圖2.2.3所示，圖2.2.3。4.關(guān)節(jié)型機械手結(jié)構(gòu)特點關(guān)節(jié)型機械手的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機械手在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)。關(guān)節(jié)型機械手又分為水平關(guān)節(jié)型（如圖2.2.4所示）和垂直關(guān)節(jié)型兩種。圖2.2.42.3機械手的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢目前，國內(nèi)外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下：1．機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。2．工業(yè)機械手控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，結(jié)構(gòu)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性，而且維修方便。3．機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發(fā)展。4．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計；柔性仿形噴涂機械手開發(fā)，柔性仿形復合機構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；5．焊接、搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機械手產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。

總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，性價比高，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。

2.4機械手的功能特點1.對環(huán)境的適應性強，能代替人從事危險，有害的操作，在長時間工作對人類有害的場所，機械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進行合理設(shè)計，選擇適當?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環(huán)境中勝任工作。2.機械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能。3.由于機械手的動作準確，因此可以穩(wěn)定和剃刀產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可以避免人為的操作錯誤。4．機械手通用性，靈活性好，能較好的適應產(chǎn)品品種的不斷變化，以滿足柔性、生產(chǎn)的需要。5．采用機械手能明顯的提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。第三章設(shè)計任務(wù)書3.1設(shè)計題目：煙箱拆盤機兩軸手臂設(shè)計3.2設(shè)計背景：當前，機械手設(shè)計應用市場面對的困難已經(jīng)存在，機械手需要我們合力克服，全行業(yè)要根據(jù)市場與企業(yè)的發(fā)展規(guī)律，主動不變求發(fā)展，積極找到應對之策。3.2.1題目簡述：煙箱拆盤機兩軸手臂是未來現(xiàn)代倉儲物流系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是物料的主要工作裝置，其作用是把煙箱從一個高度傳送到另一個高度以及煙箱的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)煙箱的輸送。本課題設(shè)計的煙箱拆盤機兩軸手臂主要用于卷煙企業(yè)的煙箱輸送中，可廣泛應用于其他企業(yè)的物料輸送。近年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)與管理的不斷提高，越來越多的企業(yè)認識到物流系統(tǒng)的改善與合理性對企業(yè)提高生產(chǎn)率、降低成本非常重要。具有廣泛地應用前景。本裝置用電機驅(qū)動，用滾珠絲杠實現(xiàn)手臂升降以及用蝸輪蝸桿實現(xiàn)吸盤的旋轉(zhuǎn)運動。與國內(nèi)現(xiàn)有的裝置相比，這個裝置沒有液壓提升裝置的制造成本高，也沒有用四桿機構(gòu)設(shè)計的裝置的計算復雜，并且結(jié)構(gòu)簡單、安全、實用。3.2.2使用狀況：室內(nèi)工作；動力源為220V交流電動機,電機雙向轉(zhuǎn)動，載荷較平穩(wěn)；每天工作8小時；檢修期為三年大修。3.2.3生產(chǎn)狀況：專業(yè)機械廠制造。3.3設(shè)計參數(shù)升降高度1.2m；提升重量13kg；提升速度0.1m/s；選用交流220V電機。

3.4設(shè)計任務(wù)：設(shè)計煙箱拆盤機兩軸手臂的結(jié)構(gòu)，包括動力裝置、傳動裝置、執(zhí)行機構(gòu)，畫出總體機構(gòu)簡圖。選取電機，計算電機所需功率。設(shè)計總體傳動方案設(shè)計主要傳動裝置，完成總體裝配圖（A0）。設(shè)計主要零件，完成零件圖（1.5張A0圖紙）。編寫設(shè)計說明書。第四章煙箱拆盤機兩軸手臂的總體設(shè)計方案4.1煙箱拆盤機兩軸手臂的工作原理：煙箱拆盤機是利用兩軸手臂的X-Y平面運動以及升降旋轉(zhuǎn)運動來實現(xiàn)物料的輸送。煙箱拆盤機兩軸手臂利用滾珠絲杠機構(gòu)以及蝸輪蝸桿機構(gòu)，使輸送過程實現(xiàn)完全自動化。煙箱拆盤機是靠電機帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，進而帶動螺母上下直線移動。實現(xiàn)手臂的升降運動，然后運用蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)吸盤的旋轉(zhuǎn)運動，進而實現(xiàn)煙箱按規(guī)定的輸送方式輸送。4.2煙箱拆盤機兩軸手臂的各個機構(gòu)的設(shè)計方案4.2.1滾珠絲杠副的設(shè)計方案滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾珠、返向器等組成。如圖4.2.1所示，圖4.2.11.絲杠2.螺母3.滾珠4.返向器滾珠絲杠的具體設(shè)計原理如圖4.2.2所示，圖4.2.24.2.2蝸輪蝸桿機構(gòu)的設(shè)計方案蝸輪蝸桿機構(gòu)是由蝸輪、蝸桿、齒輪、螺母等組成。如圖4.2.2圖4.2.21．蝸輪2.平鍵3.蝸桿4.齒輪第五章滾珠絲杠副的設(shè)計計算5.1滾珠絲杠副的設(shè)計與計算5.1.1滾珠絲杠副的特點6.1.5蝸輪蝸桿的主要參數(shù)和計算尺寸（1）蝸桿軸向齒距=m=3.142=6.28mm;直徑系數(shù)q=11.2齒頂圓直徑=+2=22.4+22=26.4mm齒根圓直徑=-2=22.4-21.22=17.6mm（2）蝸輪蝸輪齒數(shù)=29;變位系數(shù)=-0.1;驗算傳動比i===14.5。這時傳動比誤差為=3%蝸輪分度圓直徑=m=2×29=58mm;蝸輪齒頂圓直徑=+2=58+2×2=62mm;蝸輪齒根圓直徑=-2=58-2×1.2×2=53.2mm;蝸輪齒頂圓半徑=a-=40-0.5×62=9mm6.1．6蝸輪蝸桿實物圖參考蝸輪蝸桿機構(gòu)第七章總結(jié)經(jīng)過幾個月的精心準備與設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計終于要告一段落了，內(nèi)心充滿了強烈的自豪感，畢竟這是我自己通過艱辛努力做出的設(shè)計，我期待著畢業(yè)設(shè)計的圓滿成功。這次實際企業(yè)課題產(chǎn)品設(shè)計中，我學到了很多在課本上學不到的東西，進一步體會到了作為一名設(shè)計者的艱辛與快樂。在整個設(shè)計過程中，通過多種渠道進行查詢資料，學會了如何在大量的資料里面找到自己需要的信息。同時，通過查詢機械設(shè)計手冊、氣壓系統(tǒng)設(shè)計手冊等一系列手冊，對各種標準有了更深的了解。在設(shè)計時發(fā)現(xiàn)要成功的研發(fā)設(shè)計出一件好的實用的產(chǎn)品，除了要有獨特的創(chuàng)意外，還得有非常豐富扎實的專業(yè)知識作后盾才可以，同時用正確的設(shè)計觀和設(shè)計思想來指導設(shè)計工作也是不可或缺的。設(shè)計過程中用到的知識大多為《機械設(shè)計》和《機械制造》的結(jié)論或定理。涉及到了底座的設(shè)計，軸的設(shè)計，鋼架的設(shè)計。電機的選擇及電機功率的計算問題。同時應用材料力學中的第三強度理論對主動軸進行校核。在對軸的設(shè)計中還用到了軸承的相應知識，對軸承的壽命進行了計算。完成這次設(shè)計對大學所學知識有了進一步的回顧。同時理解到設(shè)計中應該注意的問題：機械設(shè)計工作要與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合，同時設(shè)計過程要有更多的軟件參與，這樣才能提高設(shè)計效率。機械制造設(shè)計的任何工作都不是那么簡單就能夠完成的，需要綜合考慮各個方面的問題。所以，從事機械行業(yè)的工作人員要有豐富的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，同時還要善于觀察，善于思考，善于從各行各業(yè)中激發(fā)自己的創(chuàng)造靈感。參考文獻濮良貴,紀名剛主編.機械設(shè)計[M].第八版.北京：高等教育出版社.1996周開勤主編.機械零件手冊[M].北京：高等教育出版社.1994成大先主編.機械設(shè)計手冊[M].第五版.北京：化學工業(yè)出版社.2007師忠秀，王繼榮主編.機械原理課程設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社.2000吳宗澤，羅圣國主編.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京：高等教育出版社.2006翟封祥主編.材料成形工藝基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社.2004王伯平主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社.2004劉鴻文主編.材料力學[M]．北京：高等教育出版社．2006王運炎主編.機械工程材料[M].上海：機械工業(yè)出版社.2001馬希青，李秋生.CAXA電子圖版教程[M].北京：冶金工業(yè)出版社.2003王蘭美