機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(機(jī)械手)

I

設(shè)計(jì)任務(wù)書........................................3

1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇..................................4

L1升降、擺動(dòng)、伸縮機(jī)構(gòu)的選擇......................5

1.2升降機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)..............................6

1.3夾持機(jī)構(gòu)的選擇..................................7

2傳動(dòng)方案的確定..................................8

2.1傳動(dòng)類型的確定及傳動(dòng)簡(jiǎn)圖........................8

2.2確定總傳動(dòng)比...8

3電動(dòng)機(jī)的確定9

3.1電動(dòng)機(jī)容量的確定................................10

3.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定...............................10

4總體方案的確定.................................12

4.1機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.............................12

4.2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖...............................12

5凸輪尺寸設(shè)計(jì)...................................10

6設(shè)計(jì)體味與小結(jié).................................14

7參考文獻(xiàn).......................................15

2

設(shè)計(jì)任務(wù)書

1）設(shè)計(jì)的目的

械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是為機(jī)械類專業(yè)和近機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完機(jī)械設(shè)計(jì)及

同類課程以后所設(shè)置的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是第一次對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的，規(guī)范的

機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其主要目的是：

a）培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)凍學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和

其他選修課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析和解決工程實(shí)際問題的能力，

鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。

b）通過對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或者簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握普

通機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，樹立正面的工程大合集思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、

科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力。

c）課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中對(duì)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生查閱和使

用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的能力。

2）設(shè)計(jì)的任務(wù)

械設(shè)計(jì)械手從工件架上抓起工件，然后送人工作臺(tái)進(jìn)行加工。機(jī)械手完成以

下動(dòng)作：

a）水平面內(nèi)轉(zhuǎn)30度，上升100mm,前進(jìn)50mm；

b）機(jī)械手的夾持器還有夾緊和放松動(dòng)作。

3）原始數(shù)據(jù)

機(jī)械手工作頻率：20r/min

升降0.3kw,擺動(dòng)0.Ikw,伸縮0.Ikw,夾持0.2kw。

4）設(shè)計(jì)內(nèi)容

a）原動(dòng)方案的選擇和確定

b）傳動(dòng)方案的分析和擬定

c）電動(dòng)機(jī)的選擇

d）繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

e）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

f）設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的整理和編寫

g）總結(jié)和答辯

3

1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇

升降、擺動(dòng)、伸縮機(jī)構(gòu)的選擇

由《機(jī)械原理》教材中凸輪的特點(diǎn)：凸輪回轉(zhuǎn)一周從動(dòng)件挨次作升-停-降-停4

個(gè)動(dòng)作。從動(dòng)件的行程h有推程和回程。凸輪輪廓曲線決定于位移曲線的形狀。在某

些機(jī)械中，位移曲線由工藝過程決定，但普通情況下只有行程和對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角根據(jù)

工作需要決定，而曲線的形狀則由設(shè)計(jì)者選定，可以有多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

因有速度突變，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剛性沖擊，只合用于低速。等加速-等減速和余弦加速

度也有加速度突變，會(huì)引起柔性沖擊，只合用于中、低速。

凸輪優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。只要適當(dāng)

地設(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且響應(yīng)快速，

機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。

綜合上述，考慮到機(jī)械手需要先進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)30度，然后升高10cm,前進(jìn)5cm,最后

要原路返回，并且要有住手，我們選用了3個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)來完成所以動(dòng)作。

1.1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖1擺動(dòng)機(jī)構(gòu)

如圖1所示，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由齒輪3、齒輪4、齒輪5、齒輪6,齒條、不完全齒

輪7,凸輪1構(gòu)成。

5

圖2升降，收縮機(jī)構(gòu)

如圖2所示，升降，收縮機(jī)構(gòu)由錐齒輪T,追齒輪2,,齒輪1,齒輪2,凸輪2,凸輪3

構(gòu)成。

錐齒輪r與錐齒輪V配合變速變向，齒輪1與齒輪2配合，滿足軸2的轉(zhuǎn)速（與軸

2固連），齒輪2與齒輪1配合（與錐齒輪1固連），凸輪2控制機(jī)械手升降，凸

輪3控制機(jī)械手伸縮。

1.3夾持機(jī)構(gòu)的選擇

6

圖3夾持機(jī)構(gòu)

如圖3所示，夾持機(jī)構(gòu)由彈簧，擋塊，定爪，動(dòng)爪組成。

開始時(shí)動(dòng)爪和定爪將工件夾住。當(dāng)機(jī)械手帶著工件運(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，機(jī)械手的動(dòng)爪受擋

塊的壓迫將工件松開，于是工件便落下來。

2傳動(dòng)方案的確定

2.1傳動(dòng)類型的確定及傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

傳動(dòng)類型普通為齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。

齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)就是利用主動(dòng)軸、從動(dòng)軸上的齒輪之間的嚙合，來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)械

傳動(dòng)方式。齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)高效和使用壽命長(zhǎng)久等優(yōu)點(diǎn)，且在所有機(jī)械傳動(dòng)方式中，應(yīng)用

范圍最廣，是機(jī)械傳動(dòng)的主角。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、傳動(dòng)比精度高、工作效率好、使用壽命

長(zhǎng)。齒輪傳動(dòng)的使用功率、轉(zhuǎn)速和尺寸的范圍都很寬，如傳遞功率的選擇范圍就能從幾瓦跨越到幾I?萬

千瓦，而轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到3D0m/S,尺寸則能從亳米單位擴(kuò)展到二十多米。

鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；

但是僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生

附加動(dòng)載荷、振動(dòng)、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。

帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳遞動(dòng)力，且其造價(jià)低廉、十分廣泛。錐齒輪的特點(diǎn)是：壽

命長(zhǎng)，量輕，成本低，易于傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間

成型，潤(rùn)滑性好，最重要的不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用

是，它可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)垂直軸高負(fù)荷承載力，耐化學(xué)和腐蝕性強(qiáng)，降噪和減震，重

的傳動(dòng)，而普通圓柱齒輪只

能用于平行軸。

綜合上述特點(diǎn)，考慮減小噪聲、振動(dòng)，工作條件等方面的要求，選用V帶傳動(dòng)、齒條

傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)。如圖4所示：

圖4總傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

2.2確定總傳動(dòng)比

表一機(jī)械手主要零件及其主要參數(shù)

名稱符直齒輪直齒輪直齒輪直齒輪不兀全錐齒錐齒輪帶輪帶輪

號(hào)341、52、6齒輪7輪r12

2，

模數(shù)m332.52.5533

齒數(shù)Z24722496487224

分度圓d722166024024021672100200

直徑

8

水平擺動(dòng)：i=2*3*4=（R帶2/R帶1）*(Z4/Z3)*(Z6/Z5)=(200/100)*(72/24)*

(96/24)=24

升降、收縮：i=2*3*4=(R帶2/R帶1)*(22*/Zl9)*(Z2/Z1)=(200/100)

*(72/24)*(96/24)=24

3電動(dòng)機(jī)的確定

3.1電動(dòng)機(jī)容量的確定

電動(dòng)機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的來源，其種類不少，有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、

氣輪機(jī)、液動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易，普通機(jī)械上大多數(shù)

是均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)的容量選得合適與否，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要

求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常的工作，或者使用電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期的過載而過早損壞；

容量過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且往往不在滿載下運(yùn)行，其效率和功率

的因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。

機(jī)電的容量的主要由電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。

表2簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率

9

自鎖蝸桿0.40-0.45

單頭蝸桿0.70-0.75

蝸桿傳動(dòng)雙頭蝸桿0.75-0.82潤(rùn)滑良好

三頭和四頭蝸桿圓弧面蝸0.80-0.92

桿0.85-0.95

平型帶傳動(dòng)0,90-0.98

帶傳動(dòng)

V帶傳動(dòng)0.94-0.96

套筒滾子鏈0.96

鏈傳動(dòng)潤(rùn)滑良好

無聲鏈0.97

平磨擦輪傳動(dòng)0.85-0.92

磨擦輪傳動(dòng)

槽磨擦輪傳動(dòng)0.88-0.90

名稱傳動(dòng)施式效率值備注

0*98*0.0$

度齒淪傳動(dòng)艮好蹬合，稀油潤(rùn)滑

0.97

8級(jí)精度齒輪傳幼稀油潤(rùn)滑

0.96

圓柱齒輪推動(dòng)9級(jí)翰度齒輪傳動(dòng)切制稀油滴滑

0—。4-(1

齒、開式齒輪掩赫每班

-96F油派帶

齒、開式齒輪體毋

。.如~0.93

6-7綴精度齒輪悖動(dòng)0.97-0.A8度奸混合、稀油祠滑

￡圾精度齒輪傳動(dòng)切制HMiifl滑

周推齒輪傳動(dòng)o?94-0?

齒、開式齒輪傳助督蹬

兢干MMS

齒、開式齒輪傳動(dòng)

0.92-0*950

表3其他機(jī)構(gòu)的效率

1凸輪機(jī)構(gòu)2棘輪機(jī)構(gòu)3槽輪機(jī)構(gòu)-1不徹底齒輪機(jī)5聯(lián)軸器

構(gòu)

0.95—0.970.95—0.970.95—0.970.96—0.980.95—0.99

由表2及表3選定各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，如表4：

表4已定各個(gè)機(jī)構(gòu)的效率

1()

凸輪直齒輪聯(lián)軸器錐齒V帶

0.960.980.960.980.95

計(jì)算過程如下：

原始數(shù)據(jù)：機(jī)械手工作頻率：20r/min

升降0.3kw,擺動(dòng)0.lkw,伸縮0.Ikw,夾持0.2kw。

升降、收縮的效率nl=0.96x0.98x0.98x0.9=(X8.406

功率Pl=(0.3+0.1)/0.8408kw=O.476kw

擺動(dòng)的效率:n2=0.98X).96X.98X.95X.96=0.8204

功率P2=0.1/0.8204kw=0.129kw

夾持的功率：P3=0.2kw

總效率：P總二Pl+P2+P3=0.77kw

所需電動(dòng)機(jī)的功率P=0.85kw

3.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定

總的傳動(dòng)比i總二24,機(jī)械手工作頻率：20r/min因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=24X0=

480r/min

4總體方案的確定

4.1機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

如圖5所示：

5機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

5凸輪尺寸設(shè)計(jì)

如圖所示

12

凸輪2

凸輪3

13

凸輪1

凸輪2和凸輪3的位置關(guān)系：

凸輪2和凸輪3必須是如上圖所示位置關(guān)系，以便保證機(jī)構(gòu)能順利的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

6設(shè)計(jì)體味與小結(jié)

接觸機(jī)械原理這門課程一學(xué)期了，而這學(xué)期才是我真正感受到了一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)械的

樂趣以及枯燥，被那些機(jī)械器件、機(jī)件組合而成的機(jī)器所吸引，特別是汽車、機(jī)器人、

航天飛機(jī)等機(jī)械技術(shù)所震撼，感慨機(jī)械工作者的偉大，。然而這種激動(dòng)就在接近本學(xué)

期結(jié)束之時(shí)，終于實(shí)現(xiàn)了，我們迎來了第一堂機(jī)械課程設(shè)計(jì)。

近一個(gè)星期的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次實(shí)踐的過程中學(xué)到了一些除技能

以外的其他東西，領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的

體味到人與人