機(jī)械原理多集轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 說(shuō) 明 書 設(shè)計(jì)題目:熱鐓擠送料機(jī)械手 東方科技學(xué)院 工科系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 3 班 設(shè)計(jì)者：廖知航學(xué)號(hào)：200841914305 指導(dǎo)老師：楊文敏 2010年 6 月 6 日前 言為了培養(yǎng)面向21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的科技人才，國(guó)家進(jìn)行了課程體制改革，而機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，今天我們?cè)O(shè)計(jì)的熱墩擠送料機(jī)械手，由于機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械

2、手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度，選擇何時(shí)的自由度作出合適的機(jī)械手以滿足生產(chǎn)的要求，簡(jiǎn)便了工作。目 錄一、總設(shè)計(jì)要求.1、設(shè)計(jì)題目.2、設(shè)計(jì)任務(wù).二、功能分解三、選用的機(jī)構(gòu).四、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖.五、原動(dòng)件的選擇.六、傳動(dòng)比的分配.七、主要機(jī)構(gòu)介紹.1、齒輪設(shè)計(jì).2、對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)3、不完全齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)

3、計(jì).八、設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià).九、總結(jié).十、參考文獻(xiàn).一、總 設(shè) 計(jì) 要 求1、設(shè)計(jì)題目設(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)，夾送圓柱形墩料，往40t墩頭機(jī)送料。以方案A為例，它的動(dòng)作順序是：手指夾料，手臂上擺12度，手臂水平回轉(zhuǎn)120度，于管下擺15度，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(duì)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)。如下為機(jī)械手的外觀圖和技術(shù)參數(shù)表. 機(jī)械手技術(shù)參數(shù) 2、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）機(jī)械手一般包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。 （2）設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。 （3）設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。對(duì)所設(shè)計(jì)的平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度

4、分析，繪制運(yùn)動(dòng)線圖。 （4）設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)。（5）設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)。二、功 能 分 解送料機(jī)構(gòu)由2種動(dòng)作的組合：一、做上下擺動(dòng)當(dāng)料被抓緊后，通過(guò)凸輪對(duì)連桿一端的位置的改變進(jìn)行對(duì)桿的擺角進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的拿起和放下的動(dòng)作。二、間歇的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)當(dāng)手臂上擺時(shí)，通過(guò)錐齒輪和不完全嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)間歇的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)三、選 用 的 機(jī) 構(gòu)名稱作用凸輪機(jī)構(gòu)通過(guò)軸的帶動(dòng)用凸輪使手臂實(shí)現(xiàn)上下擺動(dòng)不完全齒輪機(jī)構(gòu)通過(guò)不完全嚙合齒輪達(dá)到間歇的效果圓柱齒輪機(jī)構(gòu)通過(guò)齒輪達(dá)到減速效果圓錐齒輪機(jī)構(gòu)通過(guò)錐齒輪的特點(diǎn)達(dá)到改變方向的效果連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)四、機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 循 環(huán) 圖五、原 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速x可

5、以知道功率為p=3kw。總速比i總=電動(dòng)機(jī)/工作機(jī)= 96 （其中工作機(jī)為送料頻率）。六、傳 動(dòng) 比 的 分 配電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:960r/min,生產(chǎn)率: 次/10min。凸輪完成一次周期的時(shí)間:t1=6;機(jī)械臂完成一次豎直運(yùn)動(dòng)或水平運(yùn)動(dòng)的時(shí)間:t2=1.5;與凸輪相連接的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速:20 r/min；又因?yàn)樯蠋л啘p速倍率為2倍，下帶輪減速倍率為4倍，帶輪的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為:480 r/min;上執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的兩隊(duì)減速齒輪的傳動(dòng)比為x1和x2，則x1*x2=480/20;的出兩個(gè)傳動(dòng)比分別為1:4，1:6。七、主 要 機(jī) 構(gòu) 介 紹、齒輪機(jī)構(gòu)減速齒輪 由于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，nd= r/min，在此工作機(jī)

6、不需要如此高的轉(zhuǎn)速，我們需要設(shè)計(jì)減速齒輪降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)工作機(jī)的正常穩(wěn)定工作。數(shù)據(jù)計(jì)算1、數(shù)據(jù)計(jì)算工作機(jī)（輸出軸）的轉(zhuǎn)速計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速=x 生產(chǎn)率=y 完成一次周期的時(shí)間：t1=60/y 完成一次上下或平移的時(shí)間：t2=t1/4 輸出軸的轉(zhuǎn)速：2y r/min 減速齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算 因?yàn)閹л喌臏p速為兩倍，所以輸入軸的轉(zhuǎn)速為x/2 r/min 第一級(jí)齒輪減速倍數(shù)（傳動(dòng)比）為：x1 第二級(jí)齒輪減速倍數(shù)（傳動(dòng)比）為：x2 x1*x2=(x/2)/2y2、漸開線標(biāo)準(zhǔn)減速齒輪傳動(dòng)計(jì)算公式 名稱代號(hào)計(jì)算公式小齒輪大齒輪模數(shù)m（根據(jù)齒輪受力情況和結(jié)構(gòu)需要確定，選取標(biāo)準(zhǔn)值）壓力角選取標(biāo)準(zhǔn)值分度圓直徑d

7、d1=mz1d2=mz2齒頂高h(yuǎn)aha1=ha2=ham齒根高h(yuǎn)fhf1=hf2=(ha+c)m齒全高h(yuǎn)h1=h2=(2ha+c)m齒頂圓直徑dada1=(z1+2ha)mda2=(z2+2ha)m齒根圓直徑dfdf1=(z1-2ha-2c)mdf2=（z2-2ha-2c）m基圓直徑dbdb1=d1cosdb2=d2cos齒距pp=m基圓齒距pbpb=pcos齒厚ss=m/2齒槽寬ee=m/2頂隙cc=cm標(biāo)準(zhǔn)中心距aa=m(z1+z2)/2傳動(dòng)比ii12=w1/w2=z2/z1=d2/d1=dh2/dh13、漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪數(shù)據(jù)名稱代號(hào)參數(shù)齒輪12345678模數(shù)m22222222齒數(shù)z100

8、25150251002525壓力角2020202020202020分度圓直徑d20050300502005030050齒頂高h(yuǎn)a22222222齒根高h(yuǎn)f2.52.52.52.52.52.52.52.5齒全高h(yuǎn)4.54.54.54.54.54.54.54.5齒頂圓直徑da20454304542045430454齒根圓直徑df19545295451954529545基圓直徑db187.9346.98281.9046.98187.9346.98281.9046.98齒距p6.286.286.286.286.286.286.286.28基圓齒距pb5.905.905.905.905.905.905.

9、905.90齒厚s3.143.143.143.143.143.143.143.14齒槽寬e3.143.143.143.143.143.143.14v頂隙c0.250.250.250.250.250.250.250.25傳動(dòng)比i1:41:61:41:6錐齒輪機(jī)構(gòu)為了能夠?qū)崿F(xiàn)既定運(yùn)動(dòng)，需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向才能將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成所需的運(yùn)動(dòng)，所以需要用到錐齒輪鏈接。錐齒輪公式及其參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算公式參數(shù)分錐角=arctan(z1/z2)45齒頂高h(yuǎn)aha=ham=m2齒根高h(yuǎn)fhf(ha+c)m=1.2m2.4分度圓直徑dd=mz36齒頂圓直徑dada=d+2hacos41.64齒根圓直徑dfdf=d-2h

10、fcos32.475錐距rr=m/225.46齒根角tan=hf/r3頂錐腳=+481049根錐角=-41頂隙cc=cm0.4分度圓齒厚ss=m/23.14當(dāng)量齒數(shù)zz=z/cos3.14齒寬bbr/38模數(shù)m視情況自己設(shè)定2齒數(shù)z視情況自己設(shè)定18、對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)在該凸輪機(jī)構(gòu)中，由凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)推桿在豎直方向做周期性運(yùn)動(dòng)。凸輪運(yùn)動(dòng)分為3個(gè)階段，推程階段，回程階段，近休止階段。1、凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定。如下圖建立Oxy直角坐標(biāo)系。凸輪基圓半徑r0的確定，在偏距一定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的條件下，加大基圓半徑r0,可以減小壓力角，從而改善機(jī)構(gòu)的傳力特性，但如果過(guò)大又會(huì)使機(jī)構(gòu)的尺寸過(guò)于

11、龐大，故定基圓半徑r0=50mm。凸輪滾子推桿滾子半徑的選擇，用p1表示凸輪工作廓線的曲率半徑，用p表示理論廓線的曲率半徑。所以有p1=p±r1；為了避免發(fā)什么失真現(xiàn)象，應(yīng)該是p的最小值大于0，即使p>r1；另一方面滾子的尺寸還受其強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)的限制，不能太小通常取滾子半徑：r1=(0.10.5)*r0。在此，取r1=0.2*r0=10mm。2、原始數(shù)據(jù)及分析。已知數(shù)據(jù)，推程運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)的凸輪總轉(zhuǎn)角，d1=150o，其中（d1-d0）為推程角；回程運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)的凸輪總轉(zhuǎn)角，d2=300o，其中（d2-d1）為回程角；近休止運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)的凸輪總轉(zhuǎn)角，d3=360o,其中（d3-d2）為近

12、程休止角；凸輪中心到推桿中心軸線的偏距，e=0；基圓半徑，r0=50；從動(dòng)桿的總行程，h=59；凸輪角速度，=1r/s；滾子半徑，r1=10。待求數(shù)據(jù)，推動(dòng)從動(dòng)桿的位移，s；推動(dòng)從動(dòng)桿的速度，v；推動(dòng)從動(dòng)桿的加速度，a；以凸輪中心為原點(diǎn)豎直和水平方向分別為x,y軸，建立平面直角坐標(biāo)系。凸輪輪廓的軌跡x軸坐標(biāo)點(diǎn)，x；凸輪輪廓的軌跡y軸坐標(biāo)點(diǎn)，y。3、推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及凸輪的輪廓線方程。推程過(guò)程:0d150oa、等加速推程階段:0d75o推桿從動(dòng)桿的位移:s=2h2/02=2hd2/d12推桿從動(dòng)桿的速度:v=4h/02=4hd/d12推桿從動(dòng)桿的加速度:a=4h2/02=4h2/d12b、等減速推

13、程階段:75od150o推桿從動(dòng)桿的位移:s=h-2h(0-)2/02=2h(d1-d)2/d12推桿從動(dòng)桿的速度:v=4h(0-)/02=4h(d1-d)/d12推桿從動(dòng)桿的加速度:a=-4h2/02=-4h2/d12回程過(guò)程:150od300oa、等加速回程階段:150od225o推桿從動(dòng)桿的位移:s= h-2h2/02=h-2hd2/(d2-d1)2推桿從動(dòng)桿的速度:v=-4h/02=-4hd/(d2-d1)2 推桿從動(dòng)桿的加速度:a=-4h2/02=-4h2/(d2-d1)2b、等減速回程階段:225od300o推桿從動(dòng)桿的位移:s=2h(0-)2/02 =2h(d2-d1-d)2/(

14、d2-d1)2推桿從動(dòng)桿的速度:v=-4h (0-)/02 =-4h(d2-d1-d)/(d2-d1)2推桿從動(dòng)桿的加速度:a=4h2/02=4h2/(d2-d1)2近休止過(guò)程:300od360o推桿從動(dòng)桿的位移:s=0推桿從動(dòng)桿的速度:v=0推桿從動(dòng)桿的加速度:a=0推程過(guò)程及其回程過(guò)程中凸輪輪廓軌跡:x=x1-r1cos y=y1-r1sin其中理論輪廓線方程:x=(s0+s)sin+e*cos= (s0+s)siny=(s0+s)cos-e*sin=(s0+s)cos其中s0=（r02+e2）1/2=r0圖中B點(diǎn)處法線n-n斜率:tan=dx/-dy=(dx/d)/(-dy/d)=sin

15、/cos由上述三式可得:sin=(dx/d)(dx/d)2+(dy/d)21/2cos=-(dy/d)(dx/d)2+(dy/d)21/2凸輪運(yùn)動(dòng)與機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)關(guān)系如下表所示。推程階段回程階段近休止階段凸輪總轉(zhuǎn)角150o300o360o用時(shí)5/85/81/4機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)上擺15o下擺15o水平靜止夾料、不完全齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、主要特點(diǎn)。從動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一周停歇的次數(shù)，每次停歇時(shí)間的長(zhǎng)短，每次運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，主動(dòng)輪沒賺一周從動(dòng)輪停歇的次數(shù)等，可調(diào)幅度比槽輪機(jī)構(gòu)大得多，設(shè)計(jì)相對(duì)較為靈活。從嚙合過(guò)程來(lái)看，從動(dòng)輪在每次運(yùn)動(dòng)的開始與終止時(shí)刻沖擊較大，故不完全齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性較差。可以采取措施，例如附加順心線機(jī)構(gòu)

16、以改善力學(xué)性能，但增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度。故不完全齒輪機(jī)構(gòu)一般用于低速輕載的場(chǎng)合。2、設(shè)計(jì)步驟。已知:從動(dòng)輪每一次轉(zhuǎn)角2=120o，停動(dòng)比k0.450.55主、從動(dòng)輪上齒數(shù)z1=z2=48,模數(shù)m=2，壓力角=20o,ha2*=1。按1.15o3、數(shù)據(jù)列表序號(hào)名稱符號(hào)計(jì)算公式或確定方法數(shù)據(jù)值1分度圓壓力角標(biāo)準(zhǔn)值（一般取20o）20o2從動(dòng)輪齒頂高系數(shù)ha2*標(biāo)準(zhǔn)值（一般取1）13一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒頂圓的兩個(gè)焦點(diǎn)間所對(duì)從動(dòng)輪中心角之半22=arcosz2(z1+z2)+2(z2 -z1)/(z1+z2)(z2+2)16.26o4從動(dòng)輪頂圓壓力角a2a2=arcosz2cos/(z2+2ha2*)25.

17、25o5從動(dòng)輪頂圓齒厚所對(duì)中心角之半22=/2z2-(inva2-inv)0.88o6單齒傳動(dòng)（z=1）中從動(dòng)輪每次運(yùn)動(dòng)所轉(zhuǎn)角度的齒數(shù)kK=z222-2/ Z2+22/2 計(jì)算結(jié)果去掉小數(shù)部分后所得的整數(shù)37單齒傳動(dòng)（z1=1）中從動(dòng)輪每次轉(zhuǎn)角22=2k/z222.5o8從開始嚙合時(shí)，與主動(dòng)輪首齒嚙合的從動(dòng)輪齒厚中心線與連心線間夾角r2r2=(k-1)/z27.5o9主動(dòng)輪末齒齒頂高系數(shù)ha1*ha1*=z1+(z12-2G)1/2/20.5210主動(dòng)輪首齒齒頂高系數(shù)ha1*按ha1* ha1*條件選取0.411主動(dòng)輪首齒齒圓壓力角a1a1=arcosz1cos/z1+2 ha1*22.44o

18、12嚙合角一般為標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝=20o13第一對(duì)與第二隊(duì)齒間重疊系數(shù)=z1(tana1tan)+z2(tana2-tan)/21.2414主動(dòng)輪末齒齒頂圓壓力角a2a2=arccosz2cos/z1+2 ha1*22.43o15主動(dòng)輪頂圓齒厚所對(duì)中心角之半11=(/2z2)-(inva2-inv)1.5o16主動(dòng)輪末齒中心線與過(guò)鎖止狐起點(diǎn)下的半徑11=arcsin(z2+2ha2*)sin(2-r2-2)/(z1+2 ha1*)-112.9o17從動(dòng)輪每次一轉(zhuǎn)角N=2/必須為整數(shù)，按工作要求確定11.14o18從動(dòng)輪每次轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)z2z2=z2/2=z2/N1619主動(dòng)輪上兩鎖弧間的實(shí)際齒數(shù)z1z1= z2-k+11420主動(dòng)輪首末兩齒中心線間的夾角=2(z1-1)/z197.51o21從動(dòng)輪每一次運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tftf=T(+1)/20.338T22從動(dòng)輪每一次停歇的時(shí)間tdtd=T-tf0.663T23動(dòng)停比kk= tf / td0.5124從動(dòng)輪頂圓齒厚為0.5mm時(shí)所對(duì)中心角22=1/(z2+2ha2*)1.15o25鎖止弧半