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1、機械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目：熱鎖擠料機機械手B 基本參數(shù) :最大抓重3kg,手指夾持工件最大直徑30mm, 手臂回轉(zhuǎn)角度100。，手臂回轉(zhuǎn)半徑700mm, 手臂上下擺動角度20,送料頻率10次/min, 電動機轉(zhuǎn)速960r/min 設(shè)計人： 指導(dǎo)老師: *** *** 時間：2012-5-31 目錄 第一章設(shè)計題目及要求 1.1 設(shè)計題目簡介 1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)及要求 1.3 設(shè)計任務(wù)與提示 第二章熱墩擠送料機械手?jǐn)[臂的設(shè)計 2.1 擺臂方案A的設(shè)計 2.2 擺臂方案B的設(shè)計 2.3 擺臂方案的確定 第三章熱墩擠送料機械手回轉(zhuǎn)裝置的

2、設(shè)計 3.1 回轉(zhuǎn)裝置A的設(shè)計 3.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設(shè)計 3.3 驅(qū)動裝置的選擇 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 3.5 循環(huán)圖的擬定 第四章熱墩擠送料機械的確定與計算 4.1 方案的擬定 4.2 最終方案的確定與說明 4.3 方案的計算 第五章設(shè)計總結(jié) 第六章參考文獻 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)式熱鍛擠送料機械手，由電動機驅(qū)動，夾送圓 柱形墩料，往40t墩頭機送料。它的動作順序是：手指夾料，手臂上 擺20。，手臂水平回轉(zhuǎn)100,于管下擺20。，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

3、手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機械運動設(shè)計。圖5.1為機械手的外 觀圖，技術(shù)參數(shù)見表5.2。 1.2 設(shè)計數(shù)據(jù)及要求 表5.2熱敷擠送料機械手技術(shù)參數(shù) 方 最 手指夾 手臂 手臂上下 送料頻 電動機轉(zhuǎn) 手臂回 案 大 持工件 回轉(zhuǎn) 擺動角度 率/(次 速/(r/min) 轉(zhuǎn)角度 號 抓 最大直 半徑 /(度) /min) /(度) 重 徑/mm /mm /kg B 3 30 700 20 10 960 100 1.3 設(shè)計任務(wù)及提示 (1)機械手一般包括連

4、桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)。 (2)設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 (3)設(shè)計平面連桿機構(gòu)。對所設(shè)計的平面連桿機構(gòu)進行速度、加速度分析，繪制運動線圖。 (4)設(shè)計凸輪機構(gòu)。按各凸輪機構(gòu)的工作要求選擇從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核計最大壓力角和最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用解析法計算出理論廓線、實際廓線值。繪制從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。 (5)設(shè)計計算齒輪機構(gòu) (6)編寫設(shè)計計算說明書。 (7)學(xué)生可進一步完成凸輪的數(shù)控加上、機械手的計算機動態(tài)演示驗證等，設(shè)計提示 (1)機械手主要由手臂上下擺動機構(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

5、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 第二章熱墩擠送料機械手 回轉(zhuǎn)裝置的設(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：可傳遞空間任意軸之間的運動和動力，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，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。齒輪圖略。 3.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設(shè)計 利用曲柄搖桿機構(gòu)進行回轉(zhuǎn) 3.3 驅(qū)動裝置的選擇 選擇電機類型：電動機是由及其中運動

6、和動力的來源，其種類很多， 有電動機，內(nèi)燃機，蒸汽機，水輪機，汽輪機，液動機等。電動機結(jié) 般機械上大多數(shù)是均采 構(gòu)簡單，工作可靠，控制方便，維護容易, 用電動機驅(qū)動＜ 3.3.1 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，鐵屑或其他雜物侵入電機內(nèi)部，它是我國近年來研制成功型的電動機。 (2) .電磁調(diào)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。 3.3.2 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

7、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。 工作機所需要的功率P,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： P=Tn/9550 其中：t-----工作機的阻力矩，N*mm; 工作機的轉(zhuǎn)機，r/min; 傳動裝置的總效率刀0組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即 T]0=T]1*T]2*.Y]n 其中：刀1,刀2,刀n分別為軸承

8、，齒輪等部件的傳遞效率 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50,二級傳動齒輪的 傳動比i2=4-6,三級齒輪的傳動比i3=2-4，總的傳動比的傳動比范圍為40-200. 經(jīng)過綜合考慮決定選用Y2-132M1-6型號電動機（轉(zhuǎn)速：960r/min額定頻率：50HZ額定電壓：380V） 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 根據(jù)綜合考慮，通過齒輪傳動和曲柄搖桿機構(gòu)組合的方式作為回轉(zhuǎn) 裝置更加適合設(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。而曲

9、柄搖桿機構(gòu)又可以通過搖桿達到機械臂轉(zhuǎn)動 100度的要求。故該組合滿足設(shè)計要求，因而選擇回轉(zhuǎn)方案A與方案 B的組合作為機械手回轉(zhuǎn)裝置。 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。如下圖。 機械 手 上擺20 度 停止 下擺20 度 停 止 上擺20度 下擺20 度 機械 手 停止 水平回轉(zhuǎn) 100度 停止 停 止 水平反轉(zhuǎn) 100度 停止 第四章熱墩擠送料機械手方案 的確定與計算 4.1 擬定的方案 方案如下： 由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并且經(jīng)過皮帶輪和齒輪間的傳動達到減速的目的，最后

10、利用一個四桿機構(gòu)，達到一個水平轉(zhuǎn)動的效果.另一方面，在裝置中設(shè)計一個導(dǎo)軌墻，將機臂穿過該導(dǎo)軌墻，而導(dǎo)軌設(shè)計成兩個半圓弧度加直線過渡的導(dǎo)軌，因而在機臂水平擺動的時 候上滑一定角度的效果.其中有個不完全齒輪5,通過齒輪5的嚙合與否達到轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)動與裝卸料的目的. 4.2 最終方案的確定 1—皮帶輪1 8----導(dǎo)軌墻 6----齒輪6 7----連桿7 不完全齒輪5 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=15mm皮帶輪2半徑 R2=120mm齒輪3齒數(shù)Z3=18齒輪4齒數(shù)Z4=108齒輪5 齒數(shù)Z5=18（不完全齒輪）齒輪6齒數(shù)Z6=1

11、8 曲柄搖桿機構(gòu)中，搖桿長 c=100mm 擺角 少=100 曲柄長 導(dǎo)軌梢高度h=109.2mm導(dǎo)軌墻至較鏈0的距離s=300mm機臂到達水平導(dǎo)軌時與水平線夾角％=20a=50mm行程速比系數(shù)為1.5 1 .曲柄搖桿機構(gòu)運動分析 通過計算機輔助分析程序得： 機架長d=145.4mm連桿長b=194.4mm 2 .上搖過程分析： 當(dāng)機臂滑上導(dǎo)軌的水平軌道時， tan%=tan20=0.364 所以h=s*tana=109.2mm 從而滿足了上擺20。的預(yù)期目的. 3 .傳動過程分析： 電動機轉(zhuǎn)速為960r/min,按照題設(shè)要求可知，齒輪6轉(zhuǎn)速必須為n6=10r/mi

12、n。齒輪5為不完全齒輪，用來完成間歇運動。皮帶輪1半徑為15mm,皮帶輪半徑2為120mm。電動機的轉(zhuǎn)速經(jīng)過皮帶輪組后降低8倍，變?yōu)?20r/min;設(shè)齒輪三齒數(shù)為Z=18,齒輪4齒數(shù)為z=108,由i34=n3/n4=Z4/Z3得n4=20r/min。因為齒輪5與齒輪4為同軸轉(zhuǎn)動，所以齒輪4與齒輪5轉(zhuǎn)速相同，n5=20r/min。齒輪5為不完全齒輪，設(shè)齒輪5齒數(shù)Z=18,且均勻分布在半個齒輪上。齒輪6的齒數(shù)z=36。齒輪5轉(zhuǎn)動一周時齒輪6回轉(zhuǎn)半周，搖桿旋轉(zhuǎn)100,并間歇時間ts;齒輪5再轉(zhuǎn)一周時齒輪6繼續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半周，此時搖桿逆轉(zhuǎn)100回到起點，并間歇ts。即當(dāng)齒輪5轉(zhuǎn)動兩周時，齒輪6轉(zhuǎn)動一周

13、，完成間歇運動。此時齒輪6將帶動連桿機構(gòu)完成一次送料過程。 間歇時間：齒輪5轉(zhuǎn)速n=20r/min=1/3(r/s)。所以齒輪5轉(zhuǎn)動一周需要3s,間歇時間t=(1/2)*3=1.5s 第五章設(shè)計總結(jié) 該機器依靠齒輪和曲柄搖桿機構(gòu)來實現(xiàn)機械手臂的水平回轉(zhuǎn)擺動。而在實現(xiàn)回轉(zhuǎn)的動作時，運用了不完全齒輪和完全齒輪的配合來完成回轉(zhuǎn)周期及停歇運動。并且通過增加傳動齒輪的齒數(shù)和改變傳動比的方式來使最后的運動到達指定要求。而在實現(xiàn)上擺的記下擺的運動中，我們小組通過集思廣益，最后討論研究出了利用帶有坡度的導(dǎo)軌使得機械臂能按要求滑上指定高度，從而達到上擺一定角度的效果，無疑是本方案中的點金之筆。縱觀本方案，

14、結(jié)構(gòu)簡單，各運動部件之間的運動都易于實現(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。而在本設(shè)計的過程中，所有的成果都和本組所有成員的不懈努力分不開，讓我們深刻體會到了團結(jié)協(xié)作的重要性。 第六章參考文獻 【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】朱孝錄主編.機械傳動設(shè)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(shè)計.北京：高等教育出版社，2007 熱鎖擠送料機械手結(jié)構(gòu)圖 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計 方案號 系 專業(yè)班 審閱 圖號 成績 圖總數(shù) -11 -