熱鐓擠送料機(jī)械手設(shè)計

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1、 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 《機(jī)械原理》課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 熱鐓擠送料機(jī)械手 工學(xué)院 系（學(xué)院） 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 082 班 設(shè)計者 劉燕梅 指導(dǎo)教師 林金龍 2010年12月28日 目錄 一、總設(shè)計要求 1 1.1、設(shè)計題目 2 1.2、設(shè)計基本數(shù)據(jù) 3 1.3、設(shè)計任務(wù) 4 二、機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計與評價 5 2.1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計與評價 6 2.2、傳動機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計與評價 7 三

2、、機(jī)械手的工藝動作流程及時間分配 8 四、功能分解 9 五、機(jī)構(gòu)選用 10 5.1、原動力的選擇 11 5.2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 12 5.3、總傳動比及傳動比的分配 13 六、主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計 14 6.1、圓筒凸輪+連桿機(jī)構(gòu) 15 6.2、齒輪齒條機(jī)構(gòu) 16 6.3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 17 6.4、不完全齒輪機(jī)構(gòu) 18 七、主要零件及其主要參數(shù) 19 八、總體評價 20 九、結(jié)束語 21 十、參考文件 22  前言 進(jìn)入21世紀(jì)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(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、水平、市場競爭能力和

3、經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動方案的設(shè)計和構(gòu)思、各種傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計。這要求設(shè)計者綜合應(yīng)用各類典型機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動原理、工作特點(diǎn)、設(shè)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(jī)構(gòu)型式并巧妙地組合新的機(jī)械運(yùn)動方案，從而設(shè)計出機(jī)構(gòu)簡單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、實(shí)用性強(qiáng)的機(jī)械產(chǎn)品。 在全球化的知識經(jīng)濟(jì)時代，人類將更多地依靠知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新及知識和技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，來贏得市場競爭力和產(chǎn)品生命力。設(shè)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(gòu)思，就沒有產(chǎn)品的創(chuàng)新，而機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新是機(jī)械

4、系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計。 機(jī)械原理課程設(shè)計結(jié)合一種簡單機(jī)器進(jìn)行機(jī)器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇、機(jī)械運(yùn)動方案評定、機(jī)構(gòu)尺度綜合、機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計等，使學(xué)生通過一臺機(jī)器的完整的運(yùn)動方案設(shè)計過程，進(jìn)一步鞏固、掌握并初步運(yùn)用機(jī)械原理的知識和理論，對分析、運(yùn)算、繪圖、文字表達(dá)及設(shè)計資料查詢等諸多方面的獨(dú)立工作能力進(jìn)行的訓(xùn)練，培養(yǎng)理論與實(shí)際相結(jié)合、應(yīng)用計算機(jī)完成機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)的創(chuàng)新能力。 因此 , 機(jī)械原理課程設(shè)計在機(jī)械學(xué)生的知識體系訓(xùn)練中，具有不可替代的重要作用. 培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力是高等教育改革的一項(xiàng)重要任務(wù)。機(jī)械原理是機(jī)械類專業(yè)必修的一

5、門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是研究機(jī)械的工作原理、構(gòu)成原理、設(shè)計原理與方法的一門學(xué)科，特別是機(jī)械原理課程中關(guān)于機(jī)械運(yùn)動方案的設(shè)計是機(jī)械工程設(shè)計中最具有創(chuàng)造性的內(nèi)容，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力起著十分重要的作用。機(jī)械原理課程設(shè)計是機(jī)械原理學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。 一、總 設(shè) 計 要 求 1.1、設(shè)計題目 設(shè)計二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手，由電動機(jī)驅(qū)動，夾送圓柱形墩料，往40t墩頭機(jī)送料。它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺15度，手臂水平回轉(zhuǎn)120度，然后下擺15度，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。主要要求完成對手臂上下擺動以及水平回

6、轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動設(shè)計。如下 為機(jī)械手的外觀圖和技術(shù)參數(shù)表. 1.2﹑設(shè)計基本數(shù)據(jù) （1）最大抓重 2㎏（2）手指夾持工件最大直徑 25㎜（3）手臂回轉(zhuǎn)角度 120·（4）手臂回轉(zhuǎn)半徑 685㎜（5）手臂上下擺動角度 15·(6) 送料頻率 15次/分（7）工作阻力很小。要求選用的機(jī)構(gòu)簡單、輕便、運(yùn)動靈活可靠。（8）電動機(jī)轉(zhuǎn)速 1450轉(zhuǎn)/分 最大抓重/kg 手指夾持公件最大直徑/mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 /（。） 手臂回轉(zhuǎn)半徑 /mm 手臂上下擺動角度/（。） 送料頻率 /（次/min） 電

7、動機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min） 2 25 120 685 15 15 1450 1.3﹑設(shè)計任務(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)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 （3） 設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)。對所設(shè)計的平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度加速度分析，繪制運(yùn)動圖線。 （4） 設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇從動件的運(yùn)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出理論廓線，實(shí)際廓線，實(shí)際廓線值，繪制從動件運(yùn)動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。 （5） 設(shè)計計算齒輪機(jī)構(gòu)。 （6） 編寫設(shè)計計算證明書。

8、（7） 進(jìn)一部完成凸輪的數(shù)控加工，機(jī)械手的計算機(jī)動態(tài)演示驗(yàn)證等。 二 、機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計與評價 2.1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計與評價 ( 1 ) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)一: 機(jī)械手手臂上下擺動機(jī)構(gòu) 方案一: 圖a 盤形凸輪 + 搖桿機(jī)構(gòu) 方案二： 圖b 不完全齒輪 + 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 方案三： 圖d 圓筒凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu) ( 2 ) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)二: 機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)機(jī) 方案一: 圖a 盤形凸輪 + 搖桿機(jī)構(gòu) 方案二： 圖b 不完全齒輪 + 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 方案三： 圖 c 不完全齒輪 + 曲

9、柄滑塊 + 齒輪齒條 （3）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)一備選方案的評價與選擇 凸輪與從動件之間為點(diǎn)或線接觸，物料抓重太重的話，易使凸輪變得笨重，磨損快，且行程越長，凸輪輪廓加工越困難，所以方案一首先被淘汰掉；方案二機(jī)構(gòu)較多，較繁瑣，所以也被淘汰掉；方案三中圓筒凸輪結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，所能承受的力也比盤形凸輪要大，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)一選擇方案三最佳。 （4）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)二備選方案的評價與選擇 方案一和方案二與執(zhí)行機(jī)構(gòu)一中的前兩種方案一樣；因?yàn)闄C(jī)械手水平回轉(zhuǎn)角度較大，為120°，所以選用齒輪齒條機(jī)構(gòu)來完成比較容易做到；因此選擇方案三最好。

10、 圖a 盤形凸輪 + 搖桿機(jī)構(gòu) 圖b 不完全齒輪 + 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖c 不完全齒輪 + 曲柄滑塊 + 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 圖d 圓筒凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu) 2.2、傳動機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計與評價 ( 1 ) 傳動機(jī)構(gòu)的方案種類: 方案一: 圖e 蝸

11、輪蝸桿傳動 方案二： 圖f 鏈輪傳動 方案三： 圖g V帶傳動 （2）方案評價與選擇 方案一中，雖然蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但其對制造和安裝精度要求較高，同時摩擦力大、發(fā)熱大，而且蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動；當(dāng)滑動速度很大、工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低；同時為了散熱和減小磨損，需貴重抗磨材料和良好的潤滑裝置，故成本較高，另外，蝸桿的軸向力較大。方案二中，鏈輪傳動也存在較大的摩擦與磨損。方案三中，帶輪傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、可緩沖、吸振，造價

12、低廉、成本低。根據(jù)以上的分析比較，再結(jié)合要求的工作條件可以得到，選用帶輪傳動最佳。 圖e 蝸輪蝸桿傳動 圖f 鏈輪傳動 圖g V帶傳動  三、機(jī)械手的工藝動作流程及時間分配 送料頻率為15次／min,即每次／4s;這4s可進(jìn)行如下分配： 手指夾料(0.2s)——手臂上擺15°(0.4s)——手臂回轉(zhuǎn)120°(1.0s)——手臂下擺15°(0.4s)——手指松開(0.2s)——手臂

13、上擺15°(0.4s)——手臂反轉(zhuǎn)120°(1.0s)——手臂下擺15°(0.4s) 動作序號 動作名稱 轉(zhuǎn)角 1 手指夾料 0° 2 手臂上擺 15° 3 手臂回轉(zhuǎn)120° 120° 4 手臂下擺 15° 5 手指放料 0° 6 手臂上擺 15° 7 手臂反向回轉(zhuǎn)120° 120° 8 手臂下擺 15° 四、功能分解 4.1、熱鐓擠送料機(jī)械手的機(jī)構(gòu)選型 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 抓料 手指 夾緊 機(jī)械手 運(yùn)送原料 手臂 直線上下左右往返運(yùn)動 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圓筒凸輪連桿機(jī)構(gòu)

14、 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu)——齒條機(jī)構(gòu) 五、機(jī)構(gòu)選用 5.1、原動力的選擇 根據(jù)機(jī)械手所搬運(yùn)物品滿足的動力，選擇小額功率電動機(jī)，作為原動力。 5.2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 （1）機(jī)械手上下擺動機(jī)構(gòu)選用 圓筒凸輪+連桿機(jī)構(gòu) （2）機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用 不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機(jī)構(gòu) 5.3、總傳動比及傳動比的分配 已知電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450r/min，送料頻率為15次/min即i總=1450/15=96.67 i1=i總=n電/n11=96.67=1.5 x2x2x2x2x2x2 i1=i帶x(Z2/Z1) x(Z4'/Z3 )x(Z6'/Z5')x

15、(Z8'/Z7')x(Z10'/Z9')x(Z12'/Z11') i2=?i1=n電/n10=48.33=1.51x2x2x2x2x2 i2=i帶x(Z2/Z1) x(Z4/Z3 )x(Z6/Z5)x(Z8/Z7)x(Z10/Z9) 齒輪1和齒輪2為直齒錐齒輪,其當(dāng)量齒數(shù)分別為Z1 =18,Z2=36; 齒輪11'為不完全齒輪,(僅半圓周有齒), Z11'=18 其余均為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,標(biāo)準(zhǔn)壓力角ɑ=20°,取模數(shù)m=1,齒頂高系數(shù)hɑ*=1,頂隙系數(shù)c*= 0.25; Z3 =Z5 =Z7 =Z9 =Z5' =Zz7' =Z9'= Z12'=18

16、Z4 =Z6 =Z8 =Z10 =Z4' =Z6'= Z8' =Z10'=36 圖h 機(jī)械手運(yùn)動循壞總圖 六、主要機(jī)構(gòu)設(shè)計 6.1、圓筒凸輪連桿機(jī)構(gòu) 圖6.1 ●對機(jī)構(gòu)進(jìn)行自由度計算, n=4 ,pl= 5 , ph=1,所以 F=3n--2pl--ph=3x4--2x5--1=1 ● 參照圖h,軸E、G、H、J、K沿x方向共線安裝，由此可得 LEK=m／2(Z3+ Z4)+ m／2(Z5+ Z6) + m／2(Z7+ Z8) + m／2(Z9+ Z10)

17、 = m／2(Z3+ Z4+ Z5+ Z6+ Z7+ Z8+ Z9+ Z10) = 1／2(18+ 36+18+ 36+18+ 36+18+ 36) = 108mm ● (h／2)／LEK = h=2LEK x=2x108x0.1305=28.2mm ● 所以凸輪行程為28.2mm,完成一次送料所需時間為t=60s／15=4s, 而凸輪轉(zhuǎn)2周，所以凸輪轉(zhuǎn)一周需2s,據(jù)此可畫出滾子的運(yùn)動位移圖，即圓筒凸輪輪廓。如下所示： 6.2、齒輪齒條機(jī)構(gòu)

18、 圖6.2 l 齒輪11的齒數(shù)為Z11=48，則其分度圓直徑為d11=m Z11 =48mm<36x2=72mm,則齒條移動的距離L=（120°／360°）x2 x(48／2)=16 =50.24mm 齒條長度應(yīng)大于50.24mm,所以齒條長可取80mm 6.3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖6.3 ● 參照圖h計算可得軸E、軸F沿x坐標(biāo)軸方向的距離為 L1= m／2(

19、Z3+ Z4)+ m／2(Z9′+ Z10′) - m／2(Z11′+ Z12′) = 1／2（18+36+18+36-18-18）=36mm ● 同樣參照圖h計算可得軸E、軸F沿y坐標(biāo)軸方向的距離為 L2= m／2(Z5′+ Z6′)+ m／2(Z7′+ Z8′) =1／2(36+18)+ 1／2(36+18) =54mm ● 設(shè)曲柄AB的長為a，連桿BC的長為b，齒條移動到最上、最下的位置分別 是AB1C1和AB2C2；因?yàn)樗且粋€對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以 LAC1=b+a, LAC2=b-a,則齒條移動的距離L= LAC1-LAC2=2a，而

20、前面已求得 L=50.24mm,所以a=25.12mm＜L2-d11／2=54mm-24mm=30mm,且a＜L1=36mm， 所以曲柄不會與齒輪11相碰； 要保證在AB2C2位置時齒條不會與曲柄相碰撞，必須使得LAC2＞a, 即b-a＞a，由此可得b＞2a=50.24m，可取b=60mm. 6.4、不完全齒輪機(jī)構(gòu) 圖6.4 上圖分別為齒輪12‵（左齒輪）與齒輪11‵（右齒輪），其中齒輪11‵為不完全齒輪，即一個半齒齒輪，Z12′=18，所以d12′=

21、m xZ12′=18mm, d11′=18mm, 七、主要零件及其主要參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)壓力角ɑ=20°,取模數(shù)m=1,齒頂高系數(shù)hɑ﹡=1,頂隙系數(shù)c﹡= 0.25 名稱 符號 公式 完全齒輪 完全齒輪 完全齒輪 不完全齒輪 2 ，4， 6 ，8， 10 4‵，6‵，8‵，10‵ 11 1 ，3，5 ，7， 9 5‵，7‵，9‵，12‵ 11‵ 齒數(shù) Z 36 48 18 9 分度圓直徑 d d=mz 36 48 18 18 齒頂高 hɑ hɑ= hɑ* x m 1 1 1 1

22、 齒跟高 hf hf=( hɑ*+c*)m 1.25 1.25 1.25 1.25 齒全高 h h=hɑ+hf 2.25 2.25 2.25 2.25 齒頂圓直徑 dɑ dɑ= d+2hɑ 38 50 20 20 齒齒根圓直徑高 df df= d-2hf 33.5 45.5 15.5 15.5 八、總體評價 該機(jī)器依靠凸輪和連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的間隙上下擺動。而在實(shí)現(xiàn)手臂的間隙回轉(zhuǎn)的動作上，運(yùn)用了不完全齒輪和齒輪齒條以及連桿的配合來完成。并且通過增加傳動齒輪的數(shù)量和改變傳動比的方式來

23、使最后運(yùn)動到達(dá)指定要求。此方案結(jié)構(gòu)簡單，各運(yùn)動部件之間的運(yùn)動都易于實(shí)現(xiàn)，不會出現(xiàn)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。 九、結(jié)束語 緊張的課程設(shè)計順利結(jié)束了。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、畫板的使用。但是也碰到了很多問題，機(jī)構(gòu)的功能不能完全掌握、傳動性不明確、運(yùn)動循環(huán)圖不清晰以及機(jī)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)和與同學(xué)進(jìn)行交流、討論，終于有所收獲，明白了很多。機(jī)械學(xué)作為一門傳統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科，內(nèi)容豐富，涉及面廣。目前，機(jī)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(qiáng)。機(jī)械學(xué)的學(xué)習(xí)將是一個艱苦但卻值得努力的過程。 十、參考文獻(xiàn) [1]鄭文緯,吳克堅主編. 機(jī)械原理. 北京:高等教育出版社, 1997 [2]朱孝錄主編. 機(jī)械傳動設(shè)計手冊. 北京:電子工業(yè)出版社, 2007 [3]劉毅主編. 機(jī)械原理課程設(shè)計. 武漢:華中科技大學(xué)出版社, 2008 [4]牛鳴岐,王保民,王振甫主編. 機(jī)械原理課程設(shè)計手冊. 重慶:重慶大學(xué)出版社, 2001