熱鐓擠送料機械手設計報告書

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1、機械原理課程設計 機械原理課程設計 說明書 設計題目： 熱鐓擠料機機械手 A 基本參數(shù)：最大抓重 2kg, 手指夾持工件最大直徑 25mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 120°,手臂回轉(zhuǎn)半徑 685mm 手臂上 下擺動角度15°，送料頻率15次/min，電動機轉(zhuǎn) 速 1450r/m in 學院：機械電氣化工程學院 班級：機械設計 14-1 設計者：曹陽明 學號：8011210122 指導老師：蘭海鵬 2012年5月30日 目錄 .2 第1章總體設計要求 4 1.1設計題目 5 1.2工作原理及其工藝動作過程 4 1.3原始數(shù)據(jù)及其設計要求 5 1.4設

2、計方案提示 5 1.5設計任務 5 第2章機械手執(zhí)行機構和傳動機構的方案設計 6 2.1手臂回轉(zhuǎn)機構的設計 6 2.2機械手上下擺動動作的設計 8 2.3機械手的工藝動作流程及時間分配 8 第3章 機械驅(qū)動裝置選擇與設計 8 3.1驅(qū)動裝置的選擇 8 3.1.1 常用電動機的結構特征 8 3.1.2 選定電動機的容量 8 第4章機構總體設計簡圖及其數(shù)據(jù)的計算 10 4.1機構總體設計簡圖 10 4.2機構設計簡圖數(shù)據(jù)的計算 10 第5章 主要執(zhí)行機構的計算 10 5.1回轉(zhuǎn)機構的計算 11 5.2手臂上下擺動機構的計算 12 5.3不

3、完全齒輪的設計實現(xiàn)間歇運動 12 第6章 機構的評價與結束語 12 6.1機器的評價 12 6.2結束語 12 刖言 “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

4、能力。 進入21世紀以來，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、 質(zhì)量可靠、 價格低廉、效率高、能耗低的機械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、水平、市 場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設計。機械產(chǎn)品設計中，首 要任務是進行機械運動方案的設計和構思、 各種傳動機構和執(zhí)行機構 的選用和創(chuàng)新設計。這要求設計者綜合應用各類典型機構的結構組 成、運動原理、工作特點、設計方法及其在系統(tǒng)中的作用等知識，根 據(jù)使用要求和功能分析，選擇合理的工藝動作過程，選用或創(chuàng)新機構 型式并巧妙地組合新的機械運動方案， 從而設計出機構簡單、制造方 便、性能優(yōu)良、工作可靠、實用性強的機械產(chǎn)品。 在全球化的知識經(jīng)濟時代，人類將更多地依靠知識

5、創(chuàng)新、技術創(chuàng) 新及知識和技術的創(chuàng)新應用，來贏得市場競爭力和產(chǎn)品生命力。設計 中的創(chuàng)新需要豐富的創(chuàng)新性思維，沒有創(chuàng)新性的構思，就沒有產(chǎn)品的 創(chuàng)新，而機械產(chǎn)品的創(chuàng)新是機械系統(tǒng)的運動方案設計。 機械原理課程設計結合一種簡單機器進行機器功能分析、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，使學生通過一臺機器的完整的運動方案設計過 程，進一步鞏固、掌握并初步運用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。因此

6、，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。 培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新思維能力是高等教育改革的一項重要任 務。機械原理是機械類專業(yè)必修的一門重要的技術基礎課， 它是研究 機械的工作原理、構成原理、設計原理與方法的一門學科，特別是機 械原理課程中關于機械運動方案的設計是機械工程設計中最具有創(chuàng) 造性的內(nèi)容，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力起著十分重要的作用。機械 原理課程設計是機械原理教學的一個重要環(huán)節(jié)。 第1章總體設計要求 1.1. 設計題目：熱鐓擠送料機械手A 12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

7、手臂水平回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)， 下擺，同時手指張開，準備夾料，往復這些運動。 圖1.1機械手的外觀圖 1.3?原始數(shù)據(jù)及其設計要求 (1) 最大抓重2 kg (2) 手指夾持工件最大直徑25 mm (3) 手臂回轉(zhuǎn)角度120 ° (4) 手臂回轉(zhuǎn)半徑685 m (5) 手臂上下擺動角度15 ° (6) 送料頻率15次/分 (7) 電動機轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分 件囁尢証 /mm /mm 手壯下 MAS 們 H/uhi) - -. /(r/niiii'i A B 3 Mh." 120

8、 685 15 15 )450 30 100 700 20 1(1 (: 1 15 110 500 15 20 1440 圖1.2原始數(shù)據(jù)及其設計要求 14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(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。 （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。 1.5.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。對設計的平面連桿

9、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。 （7） 學生可進一步完成凸輪的數(shù)控加工、 機械手的計算機動態(tài)演示 驗證等。 第2章機械手執(zhí)行機構和傳動機構的方案設計 2.1 .手臂回轉(zhuǎn)機構的設計 方案一：不完全齒輪+曲柄搖桿機構 方案二：盤形凸輪+曲柄搖桿機構 2.2 .機械手上下擺動動作的設計 方案一：利用

10、空間凹槽+ 推桿 8 機械原理課程設計 # 機械原理課程設計 方案二：盤形凸輪+曲柄搖桿機構 # 機械原理課程設計 # 機械原理課程設計 手指夾料0.2s 手臂下擺15度0.4s 手臂反轉(zhuǎn)120度1s 送料頻率為15次/min,即每次/4s，這四秒可進行如下分配: 手臂上擺15度0.4s 手臂回轉(zhuǎn)120度1s 手指松開0.2s 手臂上擺15度0.4s 手臂下擺15度0.4s 第3章 機械驅(qū)動裝置選擇與設計 3.1. 驅(qū)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

11、很多， 有電動機、內(nèi)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(qū)動。 3.1.1 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(nèi)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(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。 3.1.2 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(jīng)濟性都有影 響。當容量小于工

12、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。 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。 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 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i 1=20-50，二級圓柱直齒 輪的傳動比i 2=4-6,三級圓柱直齒輪的傳動比i 3=2-4,總的傳動范圍 為 40-200. 經(jīng)過上網(wǎng)查閱資料綜合考慮決定選用 Y132S-4型號電動機 3.2 .傳動類型的選擇 齒輪機構是各種

13、機構應用最為廣泛的一種傳動機構。它具有傳動功率 大、傳動比準確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點，所以適宜在此機構 之中選擇齒輪傳動作為主傳動系統(tǒng)。 第四章機構總體設計簡圖及其數(shù)據(jù)的計算 4.1. 機構總體設計簡圖 zS z7 10 機械原理課程設計 # 機械原理課程設計 zW 7 # 機械原理課程設計 # 機械原理課程設計 X 42機構設計簡圖數(shù)據(jù)的計算 已知電動機的轉(zhuǎn)速為1450r/min，送料頻率為15次/

14、min，即i總 = 1450/15=96.67 i 帶=1.5。 i 總=i 帶* （z2/z 1）* （ Z4/Z3） * （Z6/Z5）* （z8/z 7）* （乙o/z 9）* （Z12/Z11） = 1.5*2*2*2*2*2*2=96 齒輪1和齒輪2為直齒錐齒輪，其齒數(shù)分別為 Z1 = 18,Z2=36;齒輪1 和齒輪2的分度圓錐角分別為63度和27度，模數(shù)取1mm 壓力角=20°, ha*=1.0,c *=0.25,h f=1.25。 齒輪11為不完全齒輪，其當量齒數(shù)為zii=12，其12個齒均勻在0度 到216度之間，齒輪12的齒數(shù)Zi2=24,模數(shù)均取10mm壓力角

15、20°, ha*=1,c *=0.25。 其余均為標準直齒圓柱齒輪，壓力角 20°，取模數(shù)m=1,齒頂高系數(shù) h°*=1，頂隙系數(shù) C*=0.25 ； Z3=Z5=Z7=Z9=18; Z4=Z6=Z8=Zw=Z12=36; 第5章主要執(zhí)行機構的計算 5.1. 回轉(zhuǎn)機構的計算 zll Z12 通過機械原理課程設計的仿真軟件 輸入曲柄長為220mm搖桿擺角為120度，行程速比系數(shù)=1.5，極位 夾角=36度，搖桿長為500mm得出機架長為916mm連桿長為1226mm 52手臂上下擺動機構的計算 導軌設計的深度 53不完全齒輪的設計實現(xiàn)間歇運動 zll

16、Z12 1處和2處分別為曲柄和連桿共線的地方，在 1處和2處搖桿從最近 出運動到最遠處，在其他地方則實現(xiàn)間歇運動。并且在不完全齒輪機 構上分別裝設了凸形和凹形圓弧板，以起鎖止弧的作用。 第6章 機構的評價與結束語 6.1. 機器的評價 該機器依靠曲柄搖桿機構實現(xiàn)機械手的回轉(zhuǎn)運動， 通過導軌和不完全 齒輪分別實現(xiàn)機械手的上下擺動和機器的間歇運動。 并且通過增加傳 動齒輪的數(shù)量和改變傳動比的方式來實現(xiàn)最后運動到達指定要求。 此 方案機構簡單，各運動部件之間的運動都易于實現(xiàn)， 不會出現(xiàn)運動干 涉現(xiàn)象。由于傳動鏈較短，累積誤差也不會太大，從而可以滿足。 62結束語 緊張的課程設計順利結

17、束了，在這次設計過程中，我掌握了很多的設 計知識。我們設計的課題是機械手的設計， 這是一個我以前所沒有接 觸的。我對它來說完全是一個陌生者，經(jīng)過指導老師的幫助和對參考 資料的拜讀，我已經(jīng)對機械手有了一定的了解， 機械自動化作為工業(yè) 發(fā)展的一個方向，它有著廣闊的市場，屬于實際需要去研制的一種項 目。機械手能模仿人體上肢的某些動作，就需要有一定的靈敏度，對 設計的要求較高。通過這次設計，提高了我分析和解決問題的能力， 擴寬和深化了學過的知識，掌握了設計的一般程序規(guī)范和方法， 培養(yǎng) 了我們正確使用機身材料、國家標準、圖冊等工具書的能力。通過這 次設計，我對未來所從事的工作充滿了信心！ 參考文獻 【1】 孫桓曷文杰 陳作模主編.機械原理. 北京： 高等教育出 版社，2011 【2】 朱孝錄主編. 機械傳動設計手冊. 北京： 電子工業(yè)出 版社，2007 【3】 裘建新主編. 機械原理課程設計. 北京： 高等教育出 版社，2007 熱鐓擠送料機械手結構 機械原理課 程設計 設計 曹陽明 201圖5 方案號 機械設計14-1班 審核 曹陽明 2012/6/5 圖號 成績 總圖書 15