機械原理課程設(shè)計熱鐓機送料機械手設(shè)計

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1、 機械原理課程設(shè)計說明書 ——熱鐓擠送料機械手 C 目錄 第一章 設(shè)計題目及要求 1.1 設(shè)計題目簡介 3 1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)及要求 3 1.3 設(shè)計任務(wù)與提示 4 第二章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設(shè)計 2.1 擺臂方案 A 的設(shè)計 4 2.2 擺臂方案 B 的設(shè)計 5 2.3 擺臂方案的確定 6 第三章 熱鐓擠送料機械手回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計 3.1 回轉(zhuǎn)裝置 A 的設(shè)計 6 3.2 回轉(zhuǎn)裝置 B 的設(shè)計 7 3.3 驅(qū)動

2、裝置的選擇 8 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 9 3.5 循環(huán)圖的擬定 9 第四章 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 方案的擬定 9 4.2 最終方案的確定與說明 10 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計 4.3 方案的計算 12 第五章 相關(guān)建模過程及仿真 13 第六章 設(shè)計總結(jié) 17 第七章 參考文獻 17 第一章 設(shè)計題目及要求 1.1 設(shè)計題目簡介 設(shè)計二自由度關(guān)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

3、，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 15o，手臂水平回轉(zhuǎn) 120o，手臂下擺 15o，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(zhǔn)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(shè) 計。如圖 1 所示。 機械手機體 底座 圖 1 1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)及要求 - 2 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理

4、課程設(shè)計 最 電動機轉(zhuǎn) 手指夾持 手臂 手臂 送料 速 大 手臂上下 方案 工件最大 回轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn) 頻率 r/min 抓 擺動角度 號 直徑 角度 半徑 次 重 （o） mm （o） mm /min kg C 2 25 150 650 18 15 960 1.3 設(shè)計任務(wù)與提示 1. 至少提出可行的兩種運動方案， 然后進行方案分析評比， 選出一種運動方案進行設(shè)計； 2. 設(shè)計傳動系

5、統(tǒng)并確定其傳動比分配。 3. 圖紙上畫出步進送料機的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 4. 對平面連桿機構(gòu)進行尺度綜合，并進行運動分析；驗證輸出構(gòu)件的軌跡是否滿足設(shè)計要求；求出機構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫出機構(gòu)運動線圖。 5. 用軟件（ VB、MATLAB、ADAMS或 SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。 6. 編寫設(shè)計計算說明書，其中應(yīng)包括設(shè)計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。 7. 在機械基礎(chǔ)實驗室應(yīng)用機構(gòu)綜合實驗裝置驗證設(shè)計方案的可行性。 設(shè)計提示 1. 機械手主要由手臂上下擺

6、動機構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。工件水平或垂直放置。設(shè)計時可以不考慮手指夾料的工藝動作。 2. 此機械手為空間機構(gòu)，確定設(shè)計方案后應(yīng)計算空間自由度。 3. 此機械手可按閉環(huán)傳動鏈設(shè)計。 第二章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設(shè)計 2.1 擺臂方案 A 的設(shè)計 采用凸輪帶動搖桿的機構(gòu)來實現(xiàn)機械手上下的擺動。其中學(xué)要滿足擺桿長為 650MM ，上下擺動的角度位 18 度。此種方式設(shè)計簡單，能達到相應(yīng)的設(shè)計強度要 求。并且在運動過程中出現(xiàn)問題的可能性相對較小。如圖 2. - 3 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原

7、理課程設(shè)計 圖 2 Solidworks 中的實體建模 2.2 機械手上擺手設(shè)計方案 B - 4 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計

8、 采用凸輪帶動連桿機構(gòu)實現(xiàn)上下運動。 通過凸輪帶動桿 2，且通過連桿之間的相互作用實現(xiàn)安放在 C 出的機械手達到預(yù)期的運動軌跡及線路。此方案設(shè)計相對復(fù) 雜，但能滿足較高的強度，各桿之間受力相對均衡。如圖 3. 圖 3 1-凸輪 2- 滾子 3- 折桿 45- 連桿 其中在 C 處安放機械抓手 2.3 擺臂方案的確定 根據(jù)給出的設(shè)計要求可以看出，機械手臂的抓舉重量為兩 2KG，方案 A 設(shè)計簡 單，且能達到強度要求，并且其機構(gòu)簡

9、單，易于實現(xiàn)，安裝也較為容易。方案 B 機 構(gòu)相對較多，不利于安放，并且此套裝置用于一般小型工廠，故要求其占地面積要小。根據(jù)綜合考慮，選取方案 B 作為機械手上下擺動裝置。 第三章 熱鐓擠送料機械手回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計 3.1 回轉(zhuǎn)裝置 A 的設(shè)計 采用齒輪進行機械裝置的回轉(zhuǎn) . 其優(yōu)點為：可傳遞空間任意軸間的運動和動力， 即軸可以平行，交叉或交錯；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 應(yīng)范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大） ；壽命長；效率高；結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。齒輪傳動缺點： 制造成本高，剛性傳動沒有過載保護作用，振動和噪音等。設(shè)計的齒輪傳動

10、如 圖 4. - 5 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計 圖 4 3.2 回轉(zhuǎn)裝置 B 的設(shè)計

11、 曲柄搖桿機構(gòu)進行回轉(zhuǎn) - 6 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計 3.3 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。 (

12、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(gòu)，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。 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(dāng)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。 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。

13、工作機所需工作功率 Pw ，應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： Tn Pw Kw 其中： T——工作機的阻力矩， N mm ； n ——工作機的轉(zhuǎn)速， r / min ； 傳動裝置的總效率 0 組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即0 123n 其中： 1 23 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(jīng)過綜合考慮決定選用 Y132S—4 型號電動機（電流

14、 A：11.6 轉(zhuǎn)速 : 1440r/mm 效率 :85.5 功率因數(shù) cos?:0.82 功率 :5.5kw ） - 7 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 根據(jù)綜合考慮， 通過齒輪傳動的方式進行回轉(zhuǎn)更加適合設(shè)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，交叉或交錯；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)；適應(yīng)范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大） ； 壽命長；效率高。滿足設(shè)計要求。因而選擇回轉(zhuǎn)方案 A 作為機械手回轉(zhuǎn)裝置。

15、 3.5 循環(huán)圖的擬定 根據(jù)設(shè)計題目的要求。對機械手的運動過程做了如下的分解。如圖 5. 機械手 上 擺 停止 下 擺 停止 上擺 18 下擺 18 18 18 轉(zhuǎn)臺 停止 水平回轉(zhuǎn) 停止 停止 水平反轉(zhuǎn) 停止 150 150 凸 輪 連 150 180 330 360 150（第二 180 桿轉(zhuǎn)角 周） 電機 減速 運動分解 機械手上下擺動 機械手水平回轉(zhuǎn)運 動

16、 圖 5 第四章 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 擬訂的方案 方案 a：由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過圓錐齒輪和 蝸桿，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 18；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動， 再傳動給兩組不完全齒輪， 通過連在轉(zhuǎn)臺上的軸， 從而使轉(zhuǎn)臺完成水平 150的回轉(zhuǎn)運動。如圖 6。 - 8 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計

17、 圖 6 1——電動機 2——機械手擺動裝置 3——轉(zhuǎn)臺 4——抓手 5——機械手水平回轉(zhuǎn)裝置 方案 b: 由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過皮帶輪與凸輪的 傳動，從而完成機械手的上下擺動，上下擺動的夾角為 18。另一路由圓錐齒輪傳動，帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而使搖桿水平回轉(zhuǎn) 150，而搖桿又通過支柱與轉(zhuǎn)臺相連，從而使整個轉(zhuǎn)臺一起水平回轉(zhuǎn)。如圖 7。

18、 圖 7 1——電動機 2 ——機械手擺動裝置 3 ——抓手 4 ——轉(zhuǎn)臺 5 ——機械手水平回轉(zhuǎn)裝置 4.2 最終方案的確定與說明 根據(jù)確定的運動運動路線，可以確定方案 B 跟適合設(shè)計要求，在達到設(shè)計要求的同時，其加工難度，加工花費等性價比更高。因而選擇 B 方案。如圖 8、9。 - 9 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計

19、 圖 8 圖 9 -10- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計 4.3 方案的計算 參數(shù)： 電動機的轉(zhuǎn)速： 960r/min 皮帶輪 1 半徑 R1=10cm 皮帶輪 2 半徑 R2=25cm 圓錐齒輪 3齒數(shù)

20、Z1=15 圓錐齒輪 4 齒數(shù) Z2=30 齒輪 14齒數(shù) Z3=20 蝸 桿 5齒數(shù) Z=1且為右旋 凸輪 6 基圓半徑 r =90mm 滾子 7 半徑 Rr=10mm 4 0 傳動比計算： w =2πf=2*3.14*960/60=100rad/s 1 由 wr =wr 2 w 2 =w*r /r 2 =40rad/s 1 1 2 1 1 齒輪 3 對齒輪 14 的傳動比 i1=w3/w14 =z1*z 14/z

21、 3*z 5=15*20/20*1=15 W14=w3/15=w2/15=4rad/s 凸輪推程角 ?1=150 t 1=?1/w14= 38s 凸輪遠休角 ?2=30 t 2= ?2/w14=8s 因此不完全齒輪使轉(zhuǎn)臺水平轉(zhuǎn)動的時間間隔為 8s。 第五章 相關(guān)建模過程及仿真 -11- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計

22、 solidworks 凸輪的建模 在 solidworks 中進行裝配后的模型圖 -12- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計

23、 Solidworks 大齒輪的建模 Solidworks 小齒輪建模 Solidworks 實體模型導(dǎo)入 Admas -13- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)

24、計 機構(gòu)在運行過程中的實圖 機械手臂運動的位移圖 -14- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計

25、 機械手臂運行的速度圖像 機械手臂運行的加速度圖像 -15- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機械原理課程設(shè)計 第七章 設(shè)計總結(jié) 熱敦擠送料機械手的設(shè)計不僅能減

26、輕工人們的作業(yè)強度， 而且還大大提高了工作效率。在如今強調(diào)效率與質(zhì)量的時代，機械手等產(chǎn)品也廣泛運用在各行各業(yè)之中，為人們的生活水平的提高做出了很大的貢獻。 在設(shè)計過程中 。 在這次設(shè)計過程中，我掌握了很多設(shè)計知識，學(xué)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、Solidworks ， ADAMS的使用。 但是也碰到了很多問題，機構(gòu)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(gòu)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(dǎo)和同學(xué)間討論，終于有所收獲，明白了很多。 機械學(xué)作為一門傳統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科，內(nèi)容豐富，涉及

27、面廣。目前，機械學(xué)正與電子電氣、液壓等多種學(xué)科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。機械學(xué)的學(xué)習(xí)將是一個艱苦但卻值得努力的過程。 第八章 參考文獻 [2] 牛鳴岐 , 王保民 , 王振甫 . 機械原理課程設(shè)計手冊 . 重慶 : 重慶大學(xué)出版社 ,2001 [3] 機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編 . 機械工程手冊第 59 篇、沖壓機械化與自動化 . 北京：機械工業(yè)出版社， 1982 [4] 王知行 , 劉延榮 . 機械原理 . 北京 : 高等教育出版社 ,2000 -16-