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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擺臂的設(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 -