熱鐓擠送料機械手設計課程設計論文

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1、《機械原理》課程設計說明書 設計題目：熱鐓擠送料機械手 學 院： 機電工程學院 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 指導老師： 1 《機械原理》課程設計說明書 前言 “機械原理”課程的核心內(nèi)容是研究機械產(chǎn)品概念相關的機構設計和機構系統(tǒng)設計的基礎理論和基本方法。機械產(chǎn)品概念設計的最終結果主要是得到機械運動方案（亦可稱之為機構系統(tǒng)方案），它體現(xiàn)了機械產(chǎn)品的功能和工作原理。方案設計階段是機械產(chǎn)品設計最富創(chuàng)造性的階段，因此機械原理

2、課程對于培養(yǎng)我們學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力至關重要。作為機械原理課程的最要一部分，機械原理設計對于提高機械原理課程學習起到十分重要的作用，使得我們初步掌握如何去創(chuàng)新設計機械產(chǎn)品的手段和能力。 機械原理課程設計要求運用簡單機械，在不或者盡量不用電氣設備的情況下，對各機構進行功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合、機械運動方案設計等，讓學生參與者對于機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪圖、文字表達及設計資料查詢等諸多方面的獨立工作能力進行的訓練，培養(yǎng)理論與實際相結合、應用計算機完成機構分析和設計的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)的創(chuàng)新能力。這其中最為重要的就是不能是對

3、于課本知識的紙上談兵，而是活學活用，理論聯(lián)系實際。因此,機械原理課程設計在機械學生的知識體系訓練中，具有不可替代的重要作用。在接下來的學習生活中，不能僅靠思考，要用雙手進行創(chuàng)造，這才是機械原理課程設計的初衷。 目錄 一、課程設計任務書9 2 1.1設計題目：熱鐓擠送料機械手 2 1.2設計條件 2 1.3設計任務及要求 3 二、工作原理分析 4 三、原動機的選擇 4 3.1.1Y系列三相異步電動機 4 3.1.2電磁條速三相異步電動機 5 3.2選定電動機的容量 5 四、執(zhí)行機構的選擇與比較 6 4.2豎直擺動 7 4.3選擇與比較 7 4.3.1凸輪+齒輪

4、7 4.3.2凸輪+曲柄搖桿 9 4.3.3曲柄滑塊+曲柄搖桿 11 4.4方案選擇 12 五、機械系統(tǒng)運動方案的擬定 12 六、運動方案布置圖及機械運動簡圖 14 6.1初定方案圖 14 6.2對原方案進行修改 15 6.3最終方案圖 15 七、主運動機構的運動分析 18 八、主運動機構的動力分析 18 九、機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖 20 十、設計小結 21 十一、參考文獻 23 25 一、課程設計任務書9 1.1設計題目：熱鐓擠送料機械手 設計二自由度關節(jié)式熱鐓擠送料機械手，由電動機驅(qū)動，夾送圓柱形鐓料，40噸鐓頭機送料。以方案A為例，它的

5、動作順序是：手指夾料，手臂上擺15°，手臂水平回轉(zhuǎn)120°，手臂上擺15°，手指張開放料；手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺，同時手指張開，準備夾料。主要要求完成手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機械運動設計。圖為機械手的外觀圖?！? 1.2設計條件 方案號 最大抓重/kg 手指夾持工件最大直徑/mm 手臂回轉(zhuǎn)角 度 /（。） 手臂回轉(zhuǎn)半徑/mm 手臂上下擺動角度/（度） 送料頻率/（次/min） 電動機轉(zhuǎn)速/（r/min） A 2 25 120 685 15 15 1450 B 3 30 100 700 20 10 960 C

6、 1 15 110 500 20 20 1440 1.3設計任務及要求 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.圖紙設計傳動系統(tǒng)方案。 4.圖紙畫出凸輪機構設計圖，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。。 5.設計其中一對齒輪。 6.三人至善一種方案與其他人不同。 7.繪制在一號圖紙上。 8.編寫說明書。 1.4設計提示 （1）機械手主要由手臂上下擺動機構、手臂回轉(zhuǎn)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

7、。 （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、工作原理分析 熱鐓擠送料機械手的機械臂的設計，首先從工作路徑分析，需要手臂上擺，手臂水平回轉(zhuǎn)，手臂上擺，放料，手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺?？偟膩碚f需要水平和豎直方向上的兩個擺動動作，由于水平回轉(zhuǎn)角度太大，一般采用四桿機構或者齒輪機構；而豎直方向上，角度較小，除以上機構可實現(xiàn)以外，還可用凸輪機構，當然曲柄滑塊機構也有此功能。 三、原動機的選擇 3.1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(nèi)機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電

8、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(qū)動。 常用電動機的結構特征 3.1.1Y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(nèi)部，它是我國近年來研制成功的型電動機。 3.1.2電磁條速三相異步電動機 名稱：YCD電磁調(diào)速三相異步電動機。有組合式和整體式兩種機構，這兩種調(diào)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。 3.2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(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

9、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——工作機的阻力矩， ； n——工作機的轉(zhuǎn)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： 分別為皮帶、齒輪的傳動效率 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i=2，二級圓柱直齒輪的傳動比i=10-30,總的傳動范圍為20-60. 經(jīng)過綜合考慮

10、決定選用Y132S—6型號電動機（電流A：7.2 轉(zhuǎn)速: 960r/min 功率:3.0kw） 四、執(zhí)行機構的選擇與比較 4.1水平回轉(zhuǎn)運動 4.2豎直擺動 4.3選擇與比較 4.3.1凸輪+齒輪 工作原理 通過齒輪帶動齒條上下移動，從而使輪左右移動，通過不完全齒輪控制時間上的間歇運動。在豎直平面內(nèi)，凸輪機構帶動滾子從動件上下運動時手臂上下擺動一定角度。 優(yōu)點 1. 參與運動的構件都比較簡單。 2. 運動比較平穩(wěn)。 3. 不存在極位夾角，無極位夾角帶來的不良影響。

11、 4. 凸輪沖擊較小。 缺點 1. 不完全齒輪存在沖擊，磨損。 2. 從動齒輪因慣性而運動不精確。 4.3.2凸輪+曲柄搖桿 工作原理 不完全齒輪控制間歇運動，四桿機構產(chǎn)生擺動，垂直方向運動同過曲柄滑塊和凸輪機構實現(xiàn)。 優(yōu)點 1. 結構簡單易加工。 2. 連桿機構和齒輪計算簡單。 缺點 1. 不完全齒輪有沖擊。 2. 四桿機構急回特性不需要。 3. 凸輪有沖擊，磨損嚴重。 4.3.3曲柄滑塊+曲柄搖桿 工作原理 不完全齒輪控制間歇性

12、運動，四桿機構水平放置，控制機械臂產(chǎn)生擺動凸輪是機構實現(xiàn)上下擺動。 優(yōu)點 1. 四桿機構結構簡單。 2. 凸輪設置偏心，壓力角小。 缺點 1. 四桿機構占用空間較大，設計時考慮空間，計算困難。 2. 凸輪機構輪廓線與推桿之間為線接觸，易磨損，制造困難。 4.4方案選擇 根據(jù)綜合考慮，通過齒輪傳動和搖桿機構組合的方式作為回轉(zhuǎn)裝置更加適合設計要求。由于齒輪傳動可傳遞空間任意軸間的運動和動力，即軸可以平行，交錯或交叉；轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，其傳動比恒定，大多數(shù)齒輪的傳動比是常數(shù)；適用范圍廣（傳遞速度，功率范圍都大）；壽命長；效率高。而搖桿機構又可以通過搖桿達到機械臂轉(zhuǎn)動100度的

13、要求。由于凸輪更加簡便的實現(xiàn)運動的動和停，而曲柄滑塊機構沖擊問題難以解決，故第一組組合滿足設計要求，因而選擇其作為機械手回轉(zhuǎn)裝置和上下擺動裝置，即水平回轉(zhuǎn)機構：齒輪傳動和搖桿機構，豎直擺動裝置：凸輪機構。 五、機械系統(tǒng)運動方案的擬定 由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，先減速，繼而通過周轉(zhuǎn)輪系繼續(xù)減速，此時已獲得要求轉(zhuǎn)速，再通過錐齒輪換向，使得原路分出兩支路，各滿足兩機構的要求。使凸輪連桿運動，從而完成安裝在連桿末端的抓手上下擺動，上下擺動的夾角為20°；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動，再傳動給不完全齒輪，通過連在轉(zhuǎn)臺上的軸，從 而使轉(zhuǎn)臺完成水平100°的回轉(zhuǎn)運動。

14、 經(jīng)計算的，該機構需2自由度，所以需要引出兩個動力源支路，故，出滿足應有的傳動比之外還應滿足支路要求。 六、運動方案布置圖及機械運動簡圖 6.1初定方案圖 6.2對原方案進行修改 6.2.1圖中A部分各齒輪一字排開，對于一個箱體來說尺寸有限，修改后將不完全齒輪置于右側(cè)，而齒條相對位置不變。 6.2.2圖中電動機部分左右尺寸過長，可將電動機及皮帶等的部分垂直紙面向里放置便解決了此問題。 具體看下圖 6.3最終方案圖

15、 參數(shù)： 電動機的轉(zhuǎn)速：960r/min 皮帶輪1半徑R1=140mm 皮帶輪2半徑R2=280mm 兩個圓錐齒輪齒數(shù)Z=48 圓柱直齒輪齒數(shù)Z1=Z3=Z4=Z5=Z6=Z7=Z8=Z9=48 Z2=46 凸輪基圓半徑r0=80mm 滾子7半徑Rr=8mm 傳動比i=48 輸出齒輪轉(zhuǎn)速n=960/48=20 r/min 凸輪推程角ø1=90° 凸輪遠休角ø2=90° 不完全齒輪有齒部分角度為180° 凸輪最大壓

16、力角為30°滿足設計要求 七、主運動機構的運動分析 機械臂在初始階段受推桿向上的力向上擺動，在凸輪轉(zhuǎn)動90°后停止上下擺動，此間曲柄滑塊機構齒條不動；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動90°，因此是推桿處于凸輪的遠休止角，所以凸輪推桿不動，此間不完全齒輪與圓柱直齒輪嚙合，曲柄滑塊機構工作；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動90°，此時處于回程角，推桿上升，此間不完全齒輪嚙合，齒條運動；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動90°，凸輪處于近休止角，推桿不動，不完全齒輪嚙合，齒條運動。并以此循環(huán)。 八、主運動機構的動力分析 傳動比計算： 8.1 皮帶傳動比:i1=2 8.2 周轉(zhuǎn)輪系

17、傳動比計算:iH1=1-（Z2*Z4）/（Z1*Z3）=1-（46*48）/（48*48）=1/24 i1H=1/ iH1=24 i總= i1* i1H =2*24=48 此時輸出齒輪轉(zhuǎn)速n=960/48=20 r/min 8.3動力分析圖 8.4齒輪嚙合 九、機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖 9.1 機械手 上擺20° 停止 下擺20° 停止 上擺20° 停止 下擺20° 停止 轉(zhuǎn)臺 停止 水平回轉(zhuǎn)100° 停止 停止 停止 水平反轉(zhuǎn)100° 停止 停止 凸輪連桿轉(zhuǎn)

18、角 90° 180° 270° 360° 90° 180° 270° 360° 9.2機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖 十、設計小結 課程設計持續(xù)時間有一周的時間其實還是十分緊張的，在這一段時間里，我不僅僅掌握了一些機械原理在實際生活中的應用技巧，還對一些應用軟件有了相當?shù)牧私狻Ｆ渲?，CAD可以精確的描畫出工件的尺寸，Photoshop可以快速的繪制工件的工程簡圖。當然對于機構的設計是要不斷的改進，雖然很枯燥但是不斷的改進就是不斷的進步，這就是我不斷學習的動力。在這其中，設計和實際是

19、有差距的，設計要考慮實際這是我的最大感悟。機構傳動性不明確、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)過老師的指導和與同組人員的進行交流、討論，終于有所收獲，明白了很多。其實他還能用更多的方法實現(xiàn)，比如引進電子電氣、液壓等，它的綜合性更強。 十一、參考文獻 [1] 孫桓 葛文杰 陳作模主編.機械原理.北京：高等教育出版社，2011 [2] 彭文生 李志明 黃華梁主編.機械設計.北京：高等教育出版社，2008 [3] 牛鳴岐,王保民,王振甫.機械原理課程設計手冊.重慶:重慶大學出版社,2001 [4] 王知行,劉延榮.機械原理.北京:高等教育出版社,2000 [5]鄒慧君.機械設計課程設計手冊.浙江：高等教育出版社，1995