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1、 熱鐓擠送料機(jī)械手設(shè)計(jì)書 設(shè)計(jì)題目： 熱鐓擠送料機(jī)械手 一、設(shè)計(jì)題目簡介 機(jī)械手機(jī)體 底座 圖  5  機(jī)械手的外觀圖 設(shè)計(jì)二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，夾送圓柱形鐓料，往  40 噸鐓頭機(jī) 送料。以方案  A 為例，它的動(dòng)作順序是： 手指夾料， 手臂上擺  15o  ，手臂

2、水平回轉(zhuǎn)  120 o ，手臂下擺 15o ，手指開放料。手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺，同時(shí)手指開，準(zhǔn)備 夾料。主要要求完成手臂上下擺動(dòng)以及水平回轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。圖 5 為機(jī)械手的外 觀圖。 二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求 最 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 手指夾持 手臂 送料 速 大 手臂回 方案 工件最大 回轉(zhuǎn) 手臂上下 r/min 抓 轉(zhuǎn)角度 頻率 號(hào) 直徑 半徑 擺動(dòng)角度 重 （ o ） （ o 次 mm mm

3、 ） kg /min B 3 30 100 700 20 10 960 三、 設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 至少提出可行的兩種運(yùn)動(dòng)方案，然后進(jìn)行方案分析評(píng)比，選出一種運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)； 2. 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。 3. 圖紙上畫出步進(jìn)送料機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 4. 對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；驗(yàn)證輸出構(gòu)件的軌跡是否滿足設(shè)計(jì)要求；求出機(jī)構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖。 5. 用軟件（ VB、 MATLAB、 ADA

4、MS或 SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。 6. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書， 其中應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路、 計(jì)算及運(yùn)動(dòng)模型建立過程以及效果分析等。 7. 在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。 四、設(shè)計(jì)提示 1. 機(jī)械手主要由手臂上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。工件水平或垂直放置。設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮手指夾料的工藝動(dòng)作。 2. 此機(jī)械手為空間機(jī)構(gòu)，確定設(shè)計(jì)方案后應(yīng)計(jì)算空間自由度。 3. 此機(jī)械手可按閉環(huán)傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)。 完成日期 ：2011 年 12 月 1 日 指導(dǎo)教師 溫亞連

5、 第一部分 電機(jī)輸出部分 本部分， 我對(duì)電機(jī)的輸出進(jìn)行了設(shè)置， 因?yàn)槲业乃土蠙C(jī)器手要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，以我要做的就是把點(diǎn)擊的輸出方向改成兩個(gè)方向傳導(dǎo)， 我應(yīng)用了齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)方向速度的傳導(dǎo)。如下圖所示。  所 這個(gè)結(jié)構(gòu)中， 我用中間的較大的輪作為主動(dòng)輪， 兩個(gè)較小的輪作為從動(dòng)輪， 進(jìn)行送料機(jī)器手的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。 齒輪間我們用花鍵連接，實(shí)現(xiàn)三個(gè)齒輪的運(yùn)動(dòng)。 第二部

6、分 機(jī)械送料手搖擺運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)結(jié)果設(shè)計(jì)， 在我的題中可以看到， 我要實(shí)現(xiàn)左右 100 度的擺動(dòng)，在實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的情況，我進(jìn)行了兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)： 方案一 運(yùn)用齒條齒輪機(jī)構(gòu)， 通過齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)齒輪的 100 度的轉(zhuǎn)動(dòng)， 在這個(gè)方案中，我得到的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示： 上圖可以看出， 我們通過主動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 齒條去帶動(dòng)齒輪的回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 這樣可以實(shí)現(xiàn)送料機(jī)器手的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 但是本結(jié)構(gòu)中有一個(gè)很大的缺陷， 就是齒輪的受力地方太少， 一直都是在 100 度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣對(duì)齒輪的磨損很大， 所以本結(jié)構(gòu)我

7、沒有采用，我進(jìn)行了我的第二個(gè)方案的設(shè)計(jì)。 方案二 在方案二的設(shè)計(jì)中，我參考了四連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，但是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)它有急回特性，我們這個(gè)結(jié)構(gòu)中，希望他實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，但是不希望他有急回特性，所以說，我 這個(gè)結(jié)構(gòu)是一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的變形，我通過多加一個(gè)桿，開實(shí)現(xiàn) . 方案具體情況如下圖所示。 本結(jié)構(gòu)中， 我們通過圓盤為主動(dòng)件， 圓盤上一個(gè)連桿，與搖桿的連桿鉸接在一起， 再鉸 接點(diǎn)的地方， 用滑塊固定， 這樣就可以實(shí)現(xiàn)我們要求的 100 度的轉(zhuǎn)動(dòng)了，

8、 通過方案一和方案 二的比較，我覺得方案二根據(jù)有可行性，他對(duì)送料機(jī)器手的工藝要求更低，制造更加方便， 所以我選擇方案二作為我 100 度轉(zhuǎn)動(dòng)的最終方案。 然后我對(duì)方案二進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。 我運(yùn) 用的軟件是我們學(xué)期限選課所學(xué)習(xí)的 simpack 。 首先，我先對(duì)我所需要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單 建模，建模結(jié)果如圖所示 該圖中， 綠色的桿為我們的主動(dòng)件， 紅色的桿是我們的機(jī)器手， 黃色的桿是我們的連桿 1，該連桿和藍(lán)色桿的鉸接點(diǎn)，是只能在 Y 軸上運(yùn)動(dòng)的，就形成了我們的滑塊，這個(gè)結(jié)構(gòu)可 以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析： 它在 X 方向的速度線圖如下圖所示：

9、 在 Y 方向的速度線圖： 在 X 方向上的加速度線圖： 在 Y 方向的加速度線圖 X 方向的位移線圖： Y 方向的位移線圖： 我通過對(duì)上面曲線的分析， 發(fā)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)的速度曲線較為平滑， 加速度沒有突破的很厲害

10、的，位移曲線是平滑的， 說明我所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生較大的沖級(jí)， 不會(huì) 發(fā)生很大的負(fù)載，能正常的使用。證明我所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)符合要求。 對(duì)本機(jī)械手機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算：F = 3 ×N- 2 ×pl - ph = 3 ×5 - 2 ×7 - 0 = 1 第三部分 機(jī)械手的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手的第二個(gè)運(yùn)動(dòng)，上下點(diǎn)頭 20 度。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)中，我經(jīng)過多方面的考慮，發(fā)現(xiàn)凸輪機(jī)構(gòu)能夠更好的實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)，我設(shè)計(jì)的簡圖如下所示：

11、 該機(jī)構(gòu)中， 通過偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)， 帶動(dòng)桿的上線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)我們的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)， 但是因?yàn)檫@個(gè)為凸輪擺桿機(jī)構(gòu)， 其運(yùn)動(dòng)情況不好分析， 數(shù)據(jù)不好采集， 所以我對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了少些的改動(dòng)，讓其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，如下圖所示： 通過對(duì)下輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊的上下移動(dòng)，而讓桿進(jìn)行上下的擺動(dòng)，該結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)我們的 20 度的轉(zhuǎn)動(dòng)，其自由度的計(jì)算：F = 3 ×5 - 2 ×6 - 1 = 2 第四部分 心得體會(huì) 這是我們步入大學(xué)之后的第一次做課程設(shè)計(jì)， 在這次課程

12、設(shè)計(jì)中，我們充分利用了所學(xué)的 機(jī)械原理知識(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)分析，選用 ` 組合成機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案，從而設(shè)計(jì)出結(jié) 構(gòu)簡單，制造方便，性能優(yōu)良，工作可靠的機(jī)械系統(tǒng)。這次課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們把自己所 學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中去， 設(shè)計(jì)一些對(duì)社會(huì)有用的機(jī)構(gòu)，也讓我們深刻體會(huì)到團(tuán)體合 作的重要性， 因?yàn)樵谝院蟮膶W(xué)習(xí)和工作中， 但靠我們自己個(gè)人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 積聚大 家的智慧，才能創(chuàng)造出令人滿意的產(chǎn)品來。 在的實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)過程中， 我們發(fā)現(xiàn)了許多的問題， 在設(shè)計(jì)的過程中有許多我們平時(shí)都不太 重視的東西， 也有很多的難題， 再這一周多里我們每個(gè)人都是互相詢問和幫助， 有的不懂我 們就會(huì)再一起討論問題。 設(shè)計(jì)的過程中， 我們感觸最深的當(dāng)屬查閱了很多次設(shè)計(jì)書和指導(dǎo)書。 為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善， 更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)， 一次次翻閱機(jī)械設(shè)計(jì)書是十分必要的。 這 次的機(jī)械設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多以前在書本沒有學(xué)到的東西， 知識(shí)有了較大的提升， 特別是對(duì) 干粉壓片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)分析更加清楚深刻。 第五部分 參考資料 《 機(jī)械原理》鑒 何俊 雷智翔主編 西南交通大學(xué) 2008 版