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1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 說明書 設(shè)計(jì)題目： 熱鐓擠料機(jī)機(jī)械手 A 基本參數(shù)：最大抓重 2kg, 手指夾持工件最大直徑 25mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 120°,手臂回轉(zhuǎn)半徑 685mm 手臂上 下擺動角度15°，送料頻率15次/min，電動機(jī)轉(zhuǎn) 速 1450r/m in 學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級：機(jī)械設(shè)計(jì) 14-1 設(shè)計(jì)者：曹陽明 學(xué)號：8011210122 指導(dǎo)老師：蘭海鵬 2012年5月30日 目錄 .2 第1章總體設(shè)計(jì)要求 4 1.1設(shè)計(jì)題目 5 1.2工作原理及其工藝動作過程 4 1.3原始數(shù)據(jù)及其設(shè)計(jì)

2、要求 5 1.4設(shè)計(jì)方案提示 5 1.5設(shè)計(jì)任務(wù) 5 第2章機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 6 2.1手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6 2.2機(jī)械手上下擺動動作的設(shè)計(jì) 8 2.3機(jī)械手的工藝動作流程及時(shí)間分配 8 第3章 機(jī)械驅(qū)動裝置選擇與設(shè)計(jì) 8 3.1驅(qū)動裝置的選擇 8 3.1.1 常用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 8 3.1.2 選定電動機(jī)的容量 8 第4章機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)簡圖及其數(shù)據(jù)的計(jì)算 10 4.1機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)簡圖 10 4.2機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖數(shù)據(jù)的計(jì)算 10 第5章 主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算 10 5.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 11 5.2手臂上下擺動機(jī)構(gòu)的計(jì)

3、算 12 5.3不完全齒輪的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動 12 第6章 機(jī)構(gòu)的評價(jià)與結(jié)束語 12 6.1機(jī)器的評價(jià) 12 6.2結(jié)束語 12 刖言 “機(jī)械原理”課程的核心內(nèi)容是研究機(jī)械產(chǎn)品概念相關(guān)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 和機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和基本方法。 機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的最終結(jié) 果主要是得到機(jī)械運(yùn)動方案（亦可稱之為機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案），它體現(xiàn)了 機(jī)械產(chǎn)品的功能和工作原理。方案設(shè)計(jì)階段是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)最富創(chuàng)造 性的階段，因此機(jī)械原理課程對于培養(yǎng)我們學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能 力至關(guān)重要。作為機(jī)械原理課程的最要一部分， 機(jī)械原理設(shè)計(jì)對于提 高機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)起到十分重要的作用，使得我們初步掌握如何去 創(chuàng)

4、新設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的手段和能力。 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(jià)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 場競爭能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首 要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動方案的設(shè)計(jì)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(jì)。這要求設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)代

5、，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(jì) 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)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計(jì)。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)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(jì)等，使學(xué)生通過一臺機(jī)器的完整的運(yùn)動方案設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)完成機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì) 的能力，更為重要的是培

6、養(yǎng)開發(fā)的創(chuàng)新能力。因此，機(jī)械原理課程設(shè) 計(jì)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(jì)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(jì)是機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jì)能力起著十分重要的作用。機(jī)械 原理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 第1章總體設(shè)計(jì)要求 1.1. 設(shè)計(jì)題目：熱鐓擠送料機(jī)械手A 12工作原理及其工藝動作過程：機(jī)械手夾送圓柱形鐓料，手指夾料, 再通過凸輪或連桿機(jī)構(gòu)

7、使手臂上擺 15°,然后手臂水平回轉(zhuǎn)120°, 到達(dá)指定點(diǎn)手臂下擺15°，手指張開放料；手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)， 下擺，同時(shí)手指張開，準(zhǔn)備夾料，往復(fù)這些運(yùn)動。 圖1.1機(jī)械手的外觀圖 1.3?原始數(shù)據(jù)及其設(shè)計(jì)要求 (1) 最大抓重2 kg (2) 手指夾持工件最大直徑25 mm (3) 手臂回轉(zhuǎn)角度120 ° (4) 手臂回轉(zhuǎn)半徑685 m (5) 手臂上下擺動角度15 ° (6) 送料頻率15次/分 (7) 電動機(jī)轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分 件囁尢証 /mm /mm 手壯下 MAS 們 H/uhi) -

8、 -. /(r/niiii'i A B 3 Mh." 120 685 15 15 )450 30 100 700 20 1(1 (: 1 15 110 500 15 20 1440 圖1.2原始數(shù)據(jù)及其設(shè)計(jì)要求 14設(shè)計(jì)方案提示 （1） 機(jī)械手主要由手臂上下擺動機(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過程。 （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)傳動鏈設(shè)計(jì)。 1.5.設(shè)計(jì)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)

9、。 （2） 設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 （3） 設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。對設(shè)計(jì)的平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度 分析，繪制運(yùn)動線圖。 （4） 設(shè)計(jì)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(jì)算理論輪廓線、實(shí)際輪廓線值。繪制從動件運(yùn)動規(guī)律線圖 及凸輪輪廓線圖。 （5） 設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)。 （6） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算證明書。 （7） 學(xué)生可進(jìn)一步完成凸輪的數(shù)控加工、 機(jī)械手的計(jì)算機(jī)動態(tài)演示 驗(yàn)證等。 第2章機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 2.1 .手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 方案一：不完全齒輪+曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

10、 方案二：盤形凸輪+曲柄搖桿機(jī)構(gòu)  2.2 .機(jī)械手上下擺動動作的設(shè)計(jì) 方案一：利用空間凹槽+ 推桿 8 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) # 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 方案二：盤形凸輪+曲柄搖桿機(jī)構(gòu) # 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) # 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 手指夾料0.2s 手臂下擺15度0.4s 手臂反轉(zhuǎn)120度1s 送料頻率為15次/min,即每次/4s，這四秒可進(jìn)行如下分配: 手臂上擺15度0.4s 手臂回轉(zhuǎn)120度1s 手指松開0.2s 手臂上擺15度0.4s 手臂下擺15度0.4s 第3章 機(jī)械驅(qū)動裝置

11、選擇與設(shè)計(jì) 3.1. 驅(qū)動裝置的選擇 選擇電機(jī)類型： 電動機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動和動力的來源，其種類很多， 有電動機(jī)、內(nèi)機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、氣輪機(jī)、液動機(jī)等。電動機(jī)結(jié)構(gòu) 簡單、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 電動機(jī)驅(qū)動。 3.1.1 常用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 (1) Y系列三相異步電動機(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 我國近年來研制成功的型電動機(jī)。 (2) 電磁條速三相異步電動機(jī) 名稱：YCD電磁調(diào)速三相異步電動機(jī)。有組合式和整體式兩種機(jī)構(gòu)， 這兩種調(diào)速電動機(jī)為防護(hù)式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電 環(huán)等滑動接觸部件。 3.1.

12、2 選定電動機(jī)的容量 電動機(jī)的容量選得合適與否，對電動機(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)，電動機(jī)不能保證工作裝置的正常的工作， 或使用電動機(jī)因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機(jī)的價(jià)格 高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運(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。 傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運(yùn)動副效率之積 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i 1=20-50，二級圓柱直齒 輪的傳動比i 2=4-6,三級圓柱直齒輪的傳動比i 3=2-4,總的傳動范圍 為 40-200. 經(jīng)過上網(wǎng)

13、查閱資料綜合考慮決定選用 Y132S-4型號電動機(jī) 3.2 .傳動類型的選擇 齒輪機(jī)構(gòu)是各種機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu)。它具有傳動功率 大、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以適宜在此機(jī)構(gòu) 之中選擇齒輪傳動作為主傳動系統(tǒng)。 第四章機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)簡圖及其數(shù)據(jù)的計(jì)算 4.1. 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)簡圖 zS z7 10 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) # 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) zW 7 # 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) # 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) X

14、 42機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖數(shù)據(jù)的計(jì)算 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 i 帶=1.5。 i 總=i 帶* （z2/z 1）* （ Z4/Z3） * （Z6/Z5）* （z8/z 7）* （乙o/z 9）* （Z12/Z11） = 1.5*2*2*2*2*2*2=96 齒輪1和齒輪2為直齒錐齒輪，其齒數(shù)分別為 Z1 = 18,Z2=36;齒輪1 和齒輪2的分度圓錐角分別為63度和27度，模數(shù)取1mm 壓力角=20°, ha*=1.0,c *=0.25,h f=1.25。 齒輪11為不完全齒輪，其當(dāng)量

15、齒數(shù)為zii=12，其12個(gè)齒均勻在0度 到216度之間，齒輪12的齒數(shù)Zi2=24,模數(shù)均取10mm壓力角20°, ha*=1,c *=0.25。 其余均為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，壓力角 20°，取模數(shù)m=1,齒頂高系數(shù) h°*=1，頂隙系數(shù) C*=0.25 ； Z3=Z5=Z7=Z9=18; Z4=Z6=Z8=Zw=Z12=36; 第5章主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算 5.1. 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算 zll Z12 通過機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的仿真軟件 輸入曲柄長為220mm搖桿擺角為120度，行程速比系數(shù)=1.5，極位 夾角=36度，搖桿長為500mm得出機(jī)架長為

16、916mm連桿長為1226mm 52手臂上下擺動機(jī)構(gòu)的計(jì)算 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的深度 53不完全齒輪的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動 zll Z12 1處和2處分別為曲柄和連桿共線的地方，在 1處和2處搖桿從最近 出運(yùn)動到最遠(yuǎn)處，在其他地方則實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動。并且在不完全齒輪機(jī) 構(gòu)上分別裝設(shè)了凸形和凹形圓弧板，以起鎖止弧的作用。 第6章 機(jī)構(gòu)的評價(jià)與結(jié)束語 6.1. 機(jī)器的評價(jià) 該機(jī)器依靠曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動， 通過導(dǎo)軌和不完全 齒輪分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下擺動和機(jī)器的間歇運(yùn)動。 并且通過增加傳 動齒輪的數(shù)量和改變傳動比的方式來實(shí)現(xiàn)最后運(yùn)動到達(dá)指定要求。 此 方案機(jī)構(gòu)簡單，各運(yùn)動

17、部件之間的運(yùn)動都易于實(shí)現(xiàn)， 不會出現(xiàn)運(yùn)動干 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。 62結(jié)束語 緊張的課程設(shè)計(jì)順利結(jié)束了，在這次設(shè)計(jì)過程中，我掌握了很多的設(shè) 計(jì)知識。我們設(shè)計(jì)的課題是機(jī)械手的設(shè)計(jì)， 這是一個(gè)我以前所沒有接 觸的。我對它來說完全是一個(gè)陌生者，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和對參考 資料的拜讀，我已經(jīng)對機(jī)械手有了一定的了解， 機(jī)械自動化作為工業(yè) 發(fā)展的一個(gè)方向，它有著廣闊的市場，屬于實(shí)際需要去研制的一種項(xiàng) 目。機(jī)械手能模仿人體上肢的某些動作，就需要有一定的靈敏度，對 設(shè)計(jì)的要求較高。通過這次設(shè)計(jì)，提高了我分析和解決問題的能力， 擴(kuò)寬和深化了學(xué)過的知識，掌握了設(shè)計(jì)的一般程

18、序規(guī)范和方法， 培養(yǎng) 了我們正確使用機(jī)身材料、國家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊等工具書的能力。通過這 次設(shè)計(jì)，我對未來所從事的工作充滿了信心！ 參考文獻(xiàn) 【1】 孫桓曷文杰 陳作模主編.機(jī)械原理. 北京： 高等教育出 版社，2011 【2】 朱孝錄主編. 機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊. 北京： 電子工業(yè)出 版社，2007 【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 熱鐓擠送料機(jī)械手結(jié)構(gòu) 機(jī)械原理課 程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 曹陽明 201圖5 方案號 機(jī)械設(shè)計(jì)14-1班 審核 曹陽明 2012/6/5 圖號 成績 總圖書 15