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1、 《機(jī)械原理》課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：熱鐓擠送料機(jī)械手 機(jī)電 系 工程機(jī)械 專業(yè) 指導(dǎo)老師 2012/5/23 目錄 一、任務(wù)簡(jiǎn)介---------------------------------------3 1.1 設(shè)計(jì)題目 1.2 設(shè)計(jì)條件 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.4 設(shè)計(jì)提示 二、回旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-----------------------------------5 2.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案一 2.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案二 三、俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-------

2、----------------------------7 3.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案一 3.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案二 3.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案三 四、一般機(jī)械手介紹---------------------------------9 4.1資料分析 五、機(jī)構(gòu)的比較-------------------------------------10 5.1回旋機(jī)構(gòu)的比較 5.2俯仰機(jī)構(gòu)的比較 六、機(jī)構(gòu)的定型設(shè)計(jì)---------------------------------11 6.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算 6.2俯仰機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算 七、總結(jié)---------------

3、----------------------------13 一、任務(wù)簡(jiǎn)介 1.1、設(shè)計(jì)題目：熱鐓擠送料機(jī)械手? ? 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15°,手臂水平回轉(zhuǎn)120°,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。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)。圖為機(jī)械手的外觀圖。 1.2、設(shè)計(jì)條件 表1 熱鐓擠送料機(jī)械手技術(shù)參數(shù) 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

4、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 A 2 25 120 685 15 15 1450 B 3 30 100 700 20 10 960 C 1 15 110 500 15 20 1440 1.3、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.機(jī)械手一般至少包括凸輪機(jī)構(gòu),齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)；至少設(shè)計(jì)出三種能實(shí)現(xiàn)該分類機(jī)運(yùn)動(dòng)形式要求的機(jī)構(gòu),繪制所選機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖〔繪制在說明書上,比較其優(yōu)缺點(diǎn),并最終選出一個(gè)自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì),繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 2.設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)

5、比分配〔皮帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i ≈ 2 ,每級(jí)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比i ≤ 7.5 。 3.圖紙上畫出傳動(dòng)系統(tǒng)方案圖。 4.圖紙上畫凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖〔包括位移曲線、凸輪廓線和從動(dòng)件的初始位置；要求確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律,選擇基圓半徑,校核最大壓力角與最小曲率半徑,確定凸輪廓線。 5.設(shè)計(jì)計(jì)算其中一對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)。 6. 同一小組內(nèi),每人至少有一種與別人不一樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 7.以上所要求繪制的圖形均繪制在一號(hào)圖紙。 8.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 1.4、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)

6、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)。 二、回旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案一 采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄a做整周運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)桿d左右擺動(dòng),擺動(dòng)角度為120°,即實(shí)現(xiàn)了回旋運(yùn)動(dòng)要求,其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下： 1. 具體參數(shù)的說明 〔1圖中所取的行程速度變化系數(shù)為1.5,即 K=<180+θ>\<180-θ>=1.5 解得θ=36°,θ為極位夾角,如圖。 〔2缺點(diǎn)：圖示機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角為5°,對(duì)于為保障機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好的最小傳動(dòng)角要求γmin≥40°不夠,這一點(diǎn)在后續(xù)的機(jī)構(gòu)比較中再具體優(yōu)化。 〔3對(duì)于a桿的轉(zhuǎn)動(dòng)要求：由于d桿在兩個(gè)極限位置其延伸機(jī)構(gòu)有俯仰動(dòng)作需

7、要停留一段時(shí)間,所以a桿的轉(zhuǎn)動(dòng)也是間歇式的,假設(shè)在兩極限位置各停留2s,則根據(jù)圖示運(yùn)動(dòng),其轉(zhuǎn)動(dòng)的φ-t圖如下： <4>間歇運(yùn)動(dòng)的缺點(diǎn)：由于兩次停留時(shí)都使a桿處于死點(diǎn)位置,所以停留之后的再次轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)存在阻礙,可能導(dǎo)致機(jī)構(gòu)卡死,這也是需要解決的一個(gè)問題,暫時(shí)擱置后續(xù)再議。 2.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案二 采用齒輪、桿、凸輪的綜合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)回旋運(yùn)動(dòng)要求,運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下： 1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說明 （1） 主動(dòng)件為通過叉桿連接在一起的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的齒輪a、b,從動(dòng)件為與桿件固連的齒輪c,由a、b與c的間歇式接觸傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)從動(dòng)桿來回旋轉(zhuǎn)120°的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求。 （2） a、b與c的間歇式接觸傳

8、動(dòng)擬通過凸輪與彈簧的配合來實(shí)現(xiàn),具體說明如下： 設(shè)計(jì)凸輪在處于遠(yuǎn)近休止角處時(shí),主動(dòng)齒輪a、b分別與齒輪c接觸傳動(dòng),下面為凸輪從圖示位置開始運(yùn)動(dòng)的s-φ?qǐng)D〔s為凸輪支座到輪桿接觸點(diǎn)間的距離,φ為運(yùn)動(dòng)角： （3） 傳動(dòng)過程介紹：圖中φs為遠(yuǎn)休止角,在這個(gè)階段內(nèi),主動(dòng)齒輪b與從動(dòng)齒輪c相接觸,使桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)120°,進(jìn)入回程運(yùn)動(dòng)角φ時(shí),齒輪b和c相脫離,叉桿開始回轉(zhuǎn),當(dāng)進(jìn)入近休止角φs’<φs=φs’>時(shí),主動(dòng)齒輪a與從動(dòng)齒輪c相接觸,使桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°,最后進(jìn)入推程運(yùn)動(dòng)角φ’時(shí),a和c脫離。之后重復(fù)運(yùn)動(dòng)。 （4） 圖中彈簧處于緊縮狀態(tài),為使a、c牢固接觸,同時(shí)也要求彈簧的彈性系數(shù)

9、k應(yīng)較高。 （5） 齒輪間傳動(dòng)計(jì)算： 設(shè)齒輪c的齒數(shù)為Zc,分度圓直徑為d；齒輪a和b的齒數(shù)為Za=Zb,分度圓直徑為D, 齒輪a、b的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為Wa=-Wb, 凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為W, 則主從動(dòng)齒輪沒吃傳動(dòng)的時(shí)間為t=φs/W, T時(shí)間內(nèi)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過的角度為θ=Wa*t=/W,S=θ*, 齒輪c轉(zhuǎn)過的角度為θ’=S/=θ*, 令θ’=120°,則達(dá)到了運(yùn)動(dòng)所需的條件, 其中主從動(dòng)齒輪的齒數(shù)比可通過直徑比求的,一般令Za/Zc稍大以使傳動(dòng)過程中省力并可減小主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度從而減小能量消耗。 （6） 缺點(diǎn)：在主從動(dòng)齒輪脫離時(shí)會(huì)存在

10、延滯現(xiàn)象使轉(zhuǎn)角偏大,另外接觸時(shí)可能存在嚙合不上的現(xiàn)象,擱置后續(xù)再議。 三、俯仰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案一 齒輪機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下： 1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說明： 兩齒輪始終處于同一豎直位置,主動(dòng)齒輪做間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)與從動(dòng)齒輪固連的機(jī)械手實(shí)現(xiàn)俯仰15°的運(yùn)動(dòng)要求。 3.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案二 凸輪機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下： 1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說明： 凸輪與機(jī)械手始終處于同一垂直面內(nèi),凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)俯仰15°的運(yùn)動(dòng)要求。 3.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案三 〔1液壓支撐,運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下： 1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說明： 通過液壓帶動(dòng)滑塊上下間歇運(yùn)動(dòng),滑塊在機(jī)械手臂的滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)使機(jī)械

11、手上下擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)俯仰15°的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求。 〔2液壓扭轉(zhuǎn),簡(jiǎn)圖如下： 1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說明： 液壓給機(jī)械手臂根部一個(gè)扭力使機(jī)械手上下擺動(dòng)通過控制液壓大小以實(shí)現(xiàn)俯仰15°的運(yùn)動(dòng)要求。 四、機(jī)械手的設(shè)計(jì) 4.1資料查得一機(jī)械手圖紙如下： 1. 機(jī)械手工作說明; （1） 如圖,機(jī)械手的兩機(jī)械手爪通過一滑動(dòng)桿件相連接,桿件的來回滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手爪的開合從而實(shí)現(xiàn)抓取與松開運(yùn)送材料的目的； （2） 機(jī)械手腕可以來回旋轉(zhuǎn),這個(gè)設(shè)計(jì)是為了防止送料脫落,變豎直夾送為水平夾送； （3） 機(jī)械手爪的夾具設(shè)計(jì)為可拆卸裝置,目的是對(duì)不同形狀的送料配以相應(yīng)形狀的夾具以便實(shí)際所需。

12、五、機(jī)構(gòu)的比較與優(yōu)化 5.1回旋機(jī)構(gòu)的比較 方案一： 缺點(diǎn)：〔1死點(diǎn)對(duì)啟動(dòng)的阻礙 〔2傳動(dòng)角過小,機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)動(dòng)偏低 解決方案：可變曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),即可很好的解決上述兩個(gè)問題。 方案二：： 缺點(diǎn)：〔1主從動(dòng)齒輪脫離滯礙導(dǎo)致擺角誤差 〔2主從動(dòng)齒輪可能嚙合不上或卡死 〔3主從動(dòng)齒輪脫離后擺桿位置不穩(wěn)定 解決方案：對(duì)于缺點(diǎn)1、2,可對(duì)齒輪加罩一個(gè)特殊的齒殼〔課上視頻中出現(xiàn)過,具體名字不太記得了即可有效防止輪齒錯(cuò)位的現(xiàn)象；對(duì)缺點(diǎn)三,可設(shè)置擺角邊界以限制擺桿左右擺

13、動(dòng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。 綜上：基于方案一機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,主動(dòng)件少的優(yōu)點(diǎn)和較易解決的缺點(diǎn),決定采用方案一。 5.2俯仰機(jī)構(gòu)的比較 基于液壓扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)體型小,且更為容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求, 俯仰機(jī)構(gòu)選用方案三〔2。 六、機(jī)構(gòu)的定型設(shè)計(jì) 整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 下面按設(shè)計(jì)條件中的方案A進(jìn)行具體參數(shù)的計(jì)算： 6.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算; 如圖：f=15次/min T=60/15=4s 令 機(jī)械手在兩極限位置各停留1.5s,則轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間剩余 T’=4-1.5*2=1s 即要求導(dǎo)桿的轉(zhuǎn)速為n=1r/s 由圖知電機(jī)的轉(zhuǎn)速為N=14

14、50r/min=24r/s i=N/n=24, 由任務(wù)要求i≤7.5可知,需要采用二級(jí)齒輪傳動(dòng) 即齒數(shù)比為Zn/Z1/Z2=1/6/24, 得導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖： 上圖橫坐標(biāo)從左至右分別表示：夾料仰角階段、送料旋轉(zhuǎn)階段、俯角放料階段、回旋階段。 6.2 俯仰機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算 由設(shè)計(jì)條件知：手臂回轉(zhuǎn)半徑為685mm, 令 機(jī)械手臂長(zhǎng) L=500mm 最大抓重 m=2kg , F=m*g=20N 另計(jì)機(jī)械手重量為G=50N,重心在機(jī)械臂中點(diǎn)即L’=250mm處 則依靠液壓產(chǎn)生的扭矩為T=F*L+G*L’=20*0.5+50*0.25=22.5 液壓機(jī)構(gòu)扭矩變化圖如下： 七、總結(jié) 不可否認(rèn) ,由于專業(yè)初始水平有限,此次機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)定有不合理之處,但也算是在有限的時(shí)間內(nèi)盡了自己的努力,望老師多給建議,能讓學(xué)生在以后的設(shè)計(jì)中多多進(jìn)步。 2012/5/23 . .