熱鐓擠送料機械手

1、機械原理課程說明書設計題目：熱鐓擠送料機械手學生姓名：王樹軍學 號：07404100104學 院：機械工程學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化指導老師：邱顯焱 湖南工業(yè)大學 2009年6月13日設計任務書1 設計題目 熱鐓擠送料機械手2 工作原理及其工藝動作過程機械手夾送圓柱形鐓料，手指夾料，再通過凸輪或連桿機構使手臂上擺15，然后手臂水平回轉120，到達指定點手臂下擺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，往復這些運動。 3 原始數(shù)據及設計要求（1）最大抓重 2（2）手指夾持工件最大直徑 25（3）手臂回轉角度 120（4）手臂回轉半徑 685（5）手臂上下擺動

2、角度 15(6) 送料頻率 15次/分（7）工作阻力很小。要求選用的機構簡單、輕便、運動靈活可靠。（8）電動機轉速 1450轉/分4 設計方案提示 （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過程。（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。5 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行速度、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

3、動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用解析法計算理論輪廓線、實際輪廓線值。繪制從動件運動規(guī)律線圖及凸輪輪廓線圖。（5） 設計計算齒輪機構。（6） 編寫設計計算證明書。目錄第一章 設計要求及原理-6 1.1 設計要求-61.2 工作原理及工藝動作流程圖-6 1.2.1 機械手上下擺動動作的設計-61.2.2 機械手水平回轉動作的設計-71.2.3 手指夾料動作的設計-10第二章 機械驅動裝置選擇與設計-102.1 驅動裝置的選擇-102.1.1 常用電動機的結構特征-102.1.2 選定電動機的容量-112.2 傳動類型的選擇-12第三章 主要執(zhí)行機構方案設計-123

4、.1 手臂擺動機構的選擇設計-123.2 手臂回轉機構的選擇設計-133.3 形態(tài)學矩陣-143.4 擬定運動循環(huán)圖-14第四章 機械運動系統(tǒng)設計方案制訂-154.1 擬訂的方案-15第五章 系統(tǒng)設計數(shù)據處理-17 5.1 參數(shù)：-175.2 成品尺寸-19第六章 方案評價-206.1 方案評價表：-20總結-21參考文獻-21第一章 設計要求及原理1.1 設計要求設計二自由度關節(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

5、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。技術參數(shù)見下表。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/minA22512068415151450B3301007002010960C115110500152014401.2 工作原理及工藝動作流程圖1.2.1 機械手上下擺動動作的設計：機械手上下擺動方案a： 盤形凸輪擺桿機構 機械手上下擺動方案b：圓柱凸輪直動從動件滑槽搖桿機構1.2.2 機械手水平回轉動作的設計機械手水平回轉方案a：圓柱齒輪齒條齒輪機構其中 1.齒輪（與轉臺嚙合） 2.齒輪（與齒

6、條嚙合） 3.齒條 4.圓柱凸輪機械手水平回轉方案b：曲柄搖桿機構機械手水平回轉方案c：其中 1-2為不完全外嚙合齒輪 3-4為不完全內嚙合齒輪不完全機構齒輪該機構采用兩對不完全齒輪（一對內嚙合，一對外嚙合），由于內嚙合齒輪轉向一致，外嚙合之論專項相反，加上交替嚙合，可以實現(xiàn)間歇的正反120回轉。 1.2.3 手指夾料動作的設計：簡易鉗式夾手（杠桿）第二章 機械驅動裝置選擇與設計2.1 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(shù)是均采用電動機驅動。 2.

7、1.1 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。2.1.2 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(shù)都較低，造成浪費

8、。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(shù) cos:0.82 功率:5.5kw）

9、2.2 傳動類型的選擇考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當原動機驅動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應用. 圖2.2（a） 鏈傳動 圖2.2（b） 帶傳動但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結構尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥?/p>

10、況惡化，因而摩擦損失較大，效率低； 根據以上的分析比較，再結合要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。第三章 主要執(zhí)行機構方案設計3.1 手臂擺動機構的選擇設計 選擇方案b：圓柱凸輪直動從動件滑槽搖桿機構 選擇理由：方案a的盤形凸輪安裝不能太靠近鉸鏈，否則力矩太大，凸輪摩擦太劇烈，影響其壽命。但安裝的較遠的鉸鏈又會造成機械手機身太大，機構不緊湊。沒有選擇方案c是因為方案b與后面的夾料動作機構合作可以減小機構復雜程度。1.帶有滑槽的機械手手臂 2.圓柱凸輪3.圓柱凸輪的從動件（把運動轉向機械手手臂）3.2 手臂回轉機構的選擇設計選擇方案a：圓柱凸輪齒輪齒條機構選擇理由：方案b 曲柄搖桿機構具有急

11、回特性k=（180+）/（180-）原動連架桿具有加速度。在本機構中，顯然要求回轉時勻速運動。否則不可避免的有柔性沖擊，增加了機構的慣性力。方案a中齒輪2選擇模數(shù)齒數(shù)均較小的齒輪，如此可以減小齒條行程，從而減小圓柱齒輪的行程。 方案c：不完全齒輪組合機構是可行的。3.3 形態(tài)學矩陣功能元解動力源電動機A1汽油機A2柴油機A3液壓機A4傳動裝置蝸桿傳動B1鏈傳動B2帶傳動B3齒輪傳動B4手臂上下擺動機構凸輪搖桿機構 C1凸輪連桿機構 C2手臂水平回轉機構曲柄搖桿機構 D1凸輪齒條機構 D2不完全齒輪機構 D3系統(tǒng)的可能方案數(shù)：F=4*4*3*2=96其中較為理想的有2種：A1+B3+C1+D2

12、或 A1+B3+C1+D33.4 擬定運動循環(huán)圖3.4.1 矩形運動循環(huán)圖機械手上抬15下壓 15上抬15下壓15轉臺正轉120回轉120手指夾料松手主軸轉角30309030303090303.4.2 直角坐標式運動循環(huán)圖0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360手指夾料凸輪的運動的循環(huán)圖手臂上擺機構的運動循環(huán)圖手臂回轉機構的運動循環(huán)圖第四章 機械運動系統(tǒng)設計方案制訂4.1 擬訂的方案 方案a：由電動機提供動力源，通過皮帶傳動，水平長主軸上圓柱凸輪帶動齒條左右移動，從而使齒輪4轉動，從而使齒輪5轉動，轉臺6隨之轉動，最終實現(xiàn)了連在轉臺上的機械手

13、臂的回轉。凸輪1、2裝在同一根軸上，可以簡化機構。凸輪1從動件上升和下降，從而控制手指的夾料和松手。凸輪2控制其從動件的上升和下降，從而控制了手臂的上下15的擺動。圖中的同軸嵌套桿分別為外桿8及內桿7，兩桿上均有轉動副，桿的上端分別嵌入手臂桿10及手指桿9的滑槽內。這種機構是為了轉臺在回轉過程中7、8與凸輪的連接不沖突。7、8桿在機架的束縛下始終處于豎直狀態(tài)。1、控制手指夾料的凸輪 2、控制手臂上臺的齒輪 3、控制轉臺水平回轉的齒輪4.5.15.16.17.18.19、齒輪 6、轉臺 7.8、傳動桿 9、手指 10、手臂 11、齒條 12.13、圓錐齒輪 14、飛輪第五章 系統(tǒng)設計數(shù)據處理 5

14、.1 參數(shù)： 電動機轉速：1440r/min，皮帶輪15、17、18半徑均為R1=10cm，皮帶輪16、19半徑均為R2=40cm，皮帶輪14半徑R3=60cm，三個圓柱凸輪的圓柱直徑均為d=80mm。凸輪1高度h1=70mm凸輪2 高度h2=70mm凸輪3高度h3=80mm兩個圓錐齒輪齒數(shù)相等z=30。 齒輪4模m1=0.9，齒數(shù)z1=17 齒條模數(shù)m1=0.9， 齒輪5、6模數(shù)m2=2.5，齒數(shù)z2=27。 轉臺齒輪模數(shù)m3=2.5，齒數(shù)z3=81。 手臂上臂兩鉸鏈距離l1=160mm 手臂下臂兩鉸鏈距離l2=285mm凸輪從動件1行程S1=160mm*tan1542.87mm凸輪從動件2

15、行程S2=42.87mm凸輪從動件3行程S3=d448mm傳動比計算：電動機轉速n電=1440r/min 即（1440r/min）/（60s）=電=24r/s 而所要求的工作頻率為15次/min T=4s 主軸轉一圈，完成一個循環(huán) 軸=1r/4s=0.25r/s 則 i總=電/軸=96i總分配到三組帶輪上： i12=60/10=6 i23=40/10=4 i34=40/10=4根據運動循環(huán)圖中的轉角分配: 凸輪推程角1=30 2=30 3=90 凸輪遠休止角1=150 2=90 3=90 凸輪近休止角1=150 2=30 3=60 圓柱凸輪從動件運動規(guī)律按余弦加速度圓柱凸輪的輪廓曲線展開如下:

16、圓柱凸輪1的輪廓曲線展開：圓柱凸輪2的輪廓曲線展開：圓柱凸輪3的輪廓曲線展開：凸輪1 從動件凸輪輪廓曲線展開：凸輪2 從動件凸輪輪廓曲線展開：凸輪3 從動件凸輪輪廓曲線展開：5.2 成品尺寸成品包裝尺寸：長寬高=110011001500第六章 方案評價 6.1 方案評價表：序號評價項目評價等級評價尺度（評價分數(shù)）1功能目標完成情況很好好較好不太好不好 1085302工作原理的先進性先進較先進一般落后108403系統(tǒng)的工作效率高較高一般低108404系統(tǒng)機械傳動的精度高較高一般低108405系統(tǒng)的復雜程度簡單較復雜復雜10506系統(tǒng)方案的可靠性可靠較可靠一般不可靠108407系統(tǒng)方案的新穎性新穎較新穎一般不新穎108408系統(tǒng)方案的實用性實用一般不實用10509系統(tǒng)方案的經濟成本低較低高較高10840 總結：緊張的課程設計順利結束了。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(xiàn)有些東西非常有用，比如AutoCAD、畫板的使用。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(tǒng)的基礎學科，內容豐富，涉及面廣。目前，機械學正與電子電氣、液壓