熱鐓機(jī)送料機(jī)械手設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖紙和說(shuō)明書(shū),熱鐓機(jī)送料,機(jī)械手,設(shè)計(jì),課程設(shè)計(jì),圖紙,以及,說(shuō)明書(shū),仿單 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ——熱鐓機(jī)送料機(jī)械手B 指導(dǎo)老師： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 目錄 第1章 設(shè)計(jì)題目及要求 1.1 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介................................................................3 1.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求............................................................3 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與提示............................................................3 第2章 熱鐓擠送料機(jī)械手?jǐn)[臂的設(shè)計(jì) 2.1 擺臂方案A的設(shè)計(jì).......................................................5 2.2 擺臂方案B的設(shè)計(jì).......................................................5 2.3 擺臂方案的確定............................................................6 第3章 熱鐓擠送料機(jī)械手回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì) 3.1 回轉(zhuǎn)裝置A的設(shè)計(jì).......................................................7 3.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設(shè)計(jì).......................................................7 3.3 驅(qū)動(dòng)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..............................................................10 第四章 熱鐓擠送料機(jī)械手方案的確定與計(jì)算 4.1 方案的擬定..................................................................11 4.2 最終方案的確定與說(shuō)明..............................................12 4.3 方案的計(jì)算..................................................................12 第5章 相關(guān)建模過(guò)程及仿真....................................................17 第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)........................................................................21 第7章 參考文獻(xiàn)........................................................................21 第一章 設(shè)計(jì)題目及要求 1.1 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介 圖1 機(jī)械手的外觀(guān)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，手臂水平回轉(zhuǎn)120o，手臂下擺15o，手指張開(kāi)放料。手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺，同時(shí)手指張開(kāi)，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(guān)圖。 1.2、? 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求 方案號(hào) 最大抓重 kg 手指夾持工件最大直徑 mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 （o） 手臂回轉(zhuǎn)半徑 mm 手臂上下擺動(dòng)角度 （o） 送料 頻率 次/min 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min B 3 30 100 700 20 10 960 表1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與提示 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(huà)出步進(jìn)送料機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；求出機(jī)構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖。 5.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS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(huà)出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線(xiàn)圖。 6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，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(guò)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。 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)。 第二章 熱鐓機(jī)送料機(jī)械手?jǐn)[臂的設(shè)計(jì) 2.1 擺臂方案A的設(shè)計(jì) 采用凸輪帶動(dòng)搖桿的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手上下的擺動(dòng)。其中要滿(mǎn)足擺桿長(zhǎng)為700MM，上下擺動(dòng)的角度位20度。此種方式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。并且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的可能性相對(duì)較小。如圖2. 圖2 2.2 機(jī)械手上擺手設(shè)計(jì)方案B 采用凸輪帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)凸輪帶動(dòng)桿2，且通過(guò)連桿之間的相互作用實(shí)現(xiàn)安放在C出的機(jī)械手達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡及線(xiàn)路。此方案設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，但能滿(mǎn)足較高的強(qiáng)度，各桿之間受力相對(duì)均衡。如圖3. 圖3 1-凸輪 2-滾子 3-折桿 4 5-連桿 其中在C處安放機(jī)械抓手 2.3 擺臂方案的確定 根據(jù)給出的設(shè)計(jì)要求可以看出，機(jī)械手臂的抓舉重量為兩2KG，方案A設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且能達(dá)到強(qiáng)度要求，并且其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，安裝也較為容易。方案B機(jī)構(gòu)相對(duì)較多，不利于安放，并且此套裝置用于一般小型工廠(chǎng)，故要求其占地面積要小。根據(jù)綜合考慮，選取方案A作為機(jī)械手上下擺動(dòng)裝置。圖4為 Pro/E中的實(shí)體建模。 圖4 Pro/E中的實(shí)體建模 第三章 熱鐓機(jī)送料機(jī)械手回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì) 3.1 回轉(zhuǎn)裝置A的設(shè)計(jì) 采用齒輪進(jìn)行機(jī)械裝置的回轉(zhuǎn).其優(yōu)點(diǎn)為：可傳遞空間任意軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，即軸可以平行，交叉或交錯(cuò)；轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，其傳動(dòng)比恒定，大多數(shù)齒輪的傳動(dòng)比是常數(shù)；適應(yīng)范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長(zhǎng)；效率高；結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)缺點(diǎn)： 制造成本高，剛性傳動(dòng)沒(méi)有過(guò)載保護(hù)作用，振動(dòng)和噪音等。設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)如圖5. 圖5 3.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設(shè)計(jì) 采用齒輪齒條進(jìn)行機(jī)械裝置的回轉(zhuǎn).其優(yōu)點(diǎn)為:承載力大，傳動(dòng)精度較高可達(dá)0.1mm，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度高于2m/s，齒輪齒條傳動(dòng)缺點(diǎn)：傳動(dòng)噪音大，磨損大。設(shè)計(jì)的齒輪齒條傳動(dòng)如圖6所示（模數(shù)m取為1} 圖6 齒輪齒條 3.3 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 選擇電機(jī)類(lèi)型：電動(dòng)機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的來(lái)源，其種類(lèi)很多，有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、氣輪機(jī)、液動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易，一般機(jī)械上大多數(shù)是均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 3.3.1 常用電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 （1）.Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) 該系列電機(jī)能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機(jī)內(nèi)部，它是我國(guó)近年來(lái)研制成功的型電動(dòng)機(jī)。 (2). 電磁條速三相異步電動(dòng)機(jī) 名稱(chēng)：YCD電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。有組合式和整體式兩種機(jī)構(gòu)，這兩種調(diào)速電動(dòng)機(jī)為防護(hù)式，空氣自冷，臥式安裝，且無(wú)碳刷，集電環(huán)等滑動(dòng)接觸部件。 3.3.2 選定電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)的容量選得合適與否，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期的過(guò)載而過(guò)早損壞；容量過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且常常不在滿(mǎn)載下運(yùn)行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。 電機(jī)的容量的主要由電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。 工作機(jī)所需工作功率，應(yīng)由機(jī)器工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算得來(lái)的，可按下式計(jì)算： 其中：T——工作機(jī)的阻力矩，； n——工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，； 經(jīng)過(guò)綜合考慮決定選用Y132S—4型號(hào)電動(dòng)機(jī)（電流A：11.6 轉(zhuǎn)速: 960r/mm 效率:85.5 功率因數(shù) cos?:0.82 功率:5.5kw） 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 根據(jù)綜合考慮，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)的方式進(jìn)行回轉(zhuǎn)更加適合設(shè)計(jì)要求。由于齒輪齒條承載力大，傳動(dòng)精度較高可達(dá)0.1mm，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度高于2m/s滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因而選擇回轉(zhuǎn)方案B作為機(jī)械手回轉(zhuǎn)裝置。圖7為該裝置在Pro/E中的實(shí)體建模。 圖7 Pro/E中的實(shí)體建模 3.5 循環(huán)圖的擬定 根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求。對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程做了如下的分解。如圖5. 機(jī)械手 上擺20° 停止 下擺20° 停止 上擺20° 下擺20° 轉(zhuǎn)臺(tái) 停止 水平回轉(zhuǎn)100° 停止 停止 水平反轉(zhuǎn)100° 停止 圖8 第四章 熱鐓機(jī)送料機(jī)械手方案的確定與計(jì)算 4.1 擬訂的方案 方案a：由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)，并分兩路。一路通過(guò)圓錐齒輪和蝸桿，使凸輪連桿運(yùn)動(dòng)，從而完成安裝在連桿末端的抓手上下擺動(dòng)，上下擺動(dòng)的夾角為20°；另一路同樣通過(guò)圓錐齒輪傳動(dòng)，再傳動(dòng)給兩組不完全齒輪，通過(guò)連在轉(zhuǎn)臺(tái)上的軸，從而使轉(zhuǎn)臺(tái)完成水平100°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖9。 圖9 1——電動(dòng)機(jī) 2——機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)裝置 3——轉(zhuǎn)臺(tái) 4——抓手 5——機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)裝置 方案b: 分兩部分完成。一部分由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成機(jī)械手的上下擺動(dòng)，上下擺動(dòng)的角度為20°。另一部分有曲柄的回轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒條做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)中轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生角度為100°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而正是齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，齒輪從而實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)，如圖10。 圖10 4.2 最終方案的確定與說(shuō)明 根據(jù)確定的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)，可以確定方案B更適合設(shè)計(jì)要求，在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，其加工難度，加工花費(fèi)等性?xún)r(jià)比更高。因而選擇B方案。如圖11。 上下擺：凸輪加搖桿的組合； 水平擺：齒輪齒條的組合。 圖11 4.3 方案的計(jì)算 齒輪齒條參數(shù)選定與計(jì)算： 齒輪參數(shù)：m=1 ha*=1 c*=0.25 z=30 齒輪的齒數(shù)為30，則其分度圓直徑為30mm，齒條移動(dòng)的距離L=（100/360）*2π*（30/2）=26.18，齒條長(zhǎng)度應(yīng)大于26.18mm，故齒條長(zhǎng)度可取40mm。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)： 圖12 設(shè)曲柄AB的長(zhǎng)為a，連桿AC長(zhǎng)為b，A在A’位置時(shí)齒條處于最高位置，A在A’位置時(shí)齒條處于最低位置；因?yàn)樗且粋€(gè)對(duì)心曲柄機(jī)構(gòu)，則齒條移動(dòng)的距離L=2a，所以a=13.09mm；要保證在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中齒條不與曲柄相碰，必須使得齒條在最低位置時(shí)兩鉸鏈的距離大于a，即b-a>a，所以可取b=30mm。 凸輪參數(shù)設(shè)計(jì) 由連桿機(jī)構(gòu)可計(jì)算出凸輪尺寸。桿AB=30mm，BC=30mm。由BC-AB*tan20 o可確定此凸輪的參數(shù)，基圓半徑r=15mm，此數(shù)據(jù)為確定凸輪輪廓線(xiàn)的依據(jù)。 20o 圖13 根據(jù)凸輪的行程和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)周期，繪制運(yùn)動(dòng)位移圖如下: 圖14 傳動(dòng)分析： 送料頻率為10次／min,即每次／6s;這6s可進(jìn)行如下分配： 手指夾料(1s)——手臂上擺20°(1s)——手臂回轉(zhuǎn)100°(2s)——手臂下擺20°(1s)——手指松開(kāi)(1s)——手臂上擺20°(1s)——手臂反轉(zhuǎn)100°(2s)——手臂下擺20°(1s) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)如下表所示： 動(dòng)作序號(hào) 動(dòng)作名稱(chēng) 轉(zhuǎn)角（時(shí)間s） 1 手指夾料 0°（1） 2 手臂上擺 20°（1） 3 手臂回轉(zhuǎn)110° 110°（2） 4 手臂下擺 20°（1） 5 手指放料 0°（1） 6 手臂上擺 20°（1） 7 手臂反向回轉(zhuǎn)110° 110°（2） 8 手臂下擺 20°（1） 表2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 機(jī)械手臂上下擺時(shí)間為1s，此時(shí)凸輪需轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，所以凸輪的轉(zhuǎn)速為30r/min； 機(jī)械手臂回轉(zhuǎn)時(shí)間為2s，此時(shí)圓盤(pán)需轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，所以圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速為15r/min。 傳動(dòng)比分配 上下擺： 齒輪1和齒輪2 的傳動(dòng)比為4，所以齒輪2和齒輪4的轉(zhuǎn)速為240r/min。齒輪4和齒輪3的傳動(dòng)比也為4，所以齒輪3齒輪5的轉(zhuǎn)速為60r/min。齒輪6和齒輪5的傳動(dòng)比為2，所以齒輪6和盤(pán)形凸輪的轉(zhuǎn)速都為30r/min。根據(jù)機(jī)構(gòu)的循環(huán)圖可知，手臂擺動(dòng)的周期為1s，正好可以用30r/min的盤(pán)形凸輪帶動(dòng)。 回轉(zhuǎn)： 同理，齒輪1和齒輪2 的傳動(dòng)比為4，所以齒輪2和齒輪4的轉(zhuǎn)速為240r/min。齒輪4和齒輪3的傳動(dòng)比也為4，所以齒輪3齒輪5的轉(zhuǎn)速為60r/min。齒輪6和齒輪5的傳動(dòng)比為4，所以齒輪6和盤(pán)形凸輪的轉(zhuǎn)速都為15r/min。根據(jù)機(jī)構(gòu)的循環(huán)圖可知，手臂回轉(zhuǎn)的周期為2s，正好可以用15r/min的圓盤(pán)帶動(dòng)。 第5章 相關(guān)建模及仿真 圖15 Pro/E凸輪的建模 圖16 Pro/E齒輪的建模 圖17 Pro/E齒條的建模 圖18 Pro/E整體建模 Pro/E實(shí)體模型導(dǎo)入Adams 機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)圖 圖19 機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)的位移圖 圖20 機(jī)械手臂運(yùn)行的速度圖像 圖21 機(jī)械手臂運(yùn)行的加速度圖像 第六章 設(shè)計(jì)總結(jié) 熱墩機(jī)送料機(jī)械手的設(shè)計(jì)不僅能減輕工人們的作業(yè)強(qiáng)度，而且還大大提高了工作效率。在如今強(qiáng)調(diào)效率與質(zhì)量的時(shí)代，機(jī)械手等產(chǎn)品也廣泛運(yùn)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(xiàn)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我掌握了很多設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)會(huì)了幾個(gè)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、Pro/E，ADAMS的使用。但是也碰到了很多問(wèn)題，機(jī)構(gòu)的功能不能完全掌握、傳動(dòng)性不明確、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖不清晰以及機(jī)構(gòu)不能完美的連貫起來(lái)。這些都是最重要也是最難的。 機(jī)械學(xué)作為一門(mén)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(gè)艱苦但卻值得努力的過(guò)程。 第七章 參考文獻(xiàn) 【1】 張林江. 熱鐓擠送料機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì).塔里木大學(xué) 【2】牛鳴岐,王保民,王振甫.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè).重慶:重慶大學(xué)出版社,2001 【3】裘建新主編.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2007 【4】馮鑒,何俊，雷智翔.機(jī)械原理.成都:西南交通大學(xué)出版社,2008 【5】濮良貴,陳國(guó)定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)9版.北京:高等教育出版社,2013 - 21 -