熱鐓擠送料機械手

1、題目5 熱鐓擠送料機械手一、課程設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計題目圖1 機械手的外觀圖設(shè)計二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機械手，由電動機驅(qū)動，夾送圓柱形鐓料，往40噸鐓頭機送料。以方案A為例，它的動作順序是：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。主要要求完成手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機械運動設(shè)計。圖5為機械手的外觀圖。技術(shù)參數(shù)見表8。表1 熱鐓擠送料機械手技術(shù)參數(shù)方案號最大抓重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手臂上下擺動角度（º）送料頻率次

2、/min電動機轉(zhuǎn)速r/minA22512068515151450B3301007002010960C115110500152014401.4 方案選擇選用組合方案：最大抓重：1kg ； 手指夾持工件的最大直徑：15mm ； 手臂回轉(zhuǎn)角度： 100 手臂回轉(zhuǎn)半徑：500mm ；手臂上下擺動角度： ； 送料頻率：10電機轉(zhuǎn)速： 960r/min二、機構(gòu)功能分解此機構(gòu)由原動機、傳動部分、執(zhí)行部分組成，其功能關(guān)系如表2所示。表2機構(gòu)功能分解機械手原動機傳動部分執(zhí)行機構(gòu)電動機齒輪傳動間歇上下擺動機構(gòu)間歇水平擺動機構(gòu)三、機構(gòu)運動方案設(shè)計與評價3.1 手臂上下擺動機構(gòu)的設(shè)計與選擇機械手臂上下擺動運動為間歇性

3、運動，能實現(xiàn)此功能的機構(gòu)有很多，如：凸輪、凸輪齒輪、不完全齒輪鉸鏈四桿機構(gòu)，具體方案如下：方案1： 方案2： 圖3.1 不完全齒輪曲柄搖桿 圖3.2 盤形凸輪搖桿機構(gòu)方案3：圖3.3 圓柱凸輪+連桿機構(gòu)這3個方案結(jié)構(gòu)都比較簡單，方案2使用盤形凸輪機構(gòu)直接驅(qū)動從動件的上下運動，進而通過低復(fù)使手臂搖動。這個方案在計算過程中比較容易，即s=，式中s為從動件行程，為手臂轉(zhuǎn)動鉸鏈到凸輪從動件間間距。方案1采用不完全齒輪+曲柄搖桿機構(gòu)，不完全齒輪帶動完全齒輪（曲柄）間歇轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)搖桿（手臂）的間歇擺動。但是，這個方案與方案2相比，傳動的級數(shù)增多，比較繁瑣，影響機構(gòu)的緊湊性，且有剛性沖擊的存在，所以這個

4、方案不可取。方案3采用圓柱凸輪+連桿機構(gòu)，與方案1比較，圓柱凸輪加工困難，連桿機構(gòu)的運動規(guī)律要復(fù)雜，并且上下擺動的角度難以準(zhǔn)確保證。綜上所述，方案2作為本次設(shè)計的最佳方案3.2 手臂水平左右擺動機構(gòu)的設(shè)計與選擇方案1： 方案2： 圖3.4 不完全齒輪曲柄搖桿機構(gòu) 圖3.5不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機構(gòu)方案3： 方案4： 圖3.6 槽輪曲柄搖桿機構(gòu) 圖3.7 不完全齒輪機構(gòu)這4個方案都能實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)要求。方案1使用的曲柄搖桿機構(gòu)，使得機構(gòu)具有急回特性。但是搖桿的擺角較大，為120°，根據(jù)曲柄搖桿機構(gòu)的形成條件可得：連桿與搖桿的長度之和只是略大于最短桿（曲柄）與最長桿（機架）之和。

5、根據(jù)鉸鏈四桿機構(gòu)的分析，其速度、加速度方面不如有齒輪齒條、凸輪機構(gòu)，沖擊較大。方案2采用不完全齒輪 + 曲柄滑塊 + 齒輪齒條機構(gòu)，其不完全齒輪會發(fā)生剛性沖擊，曲柄滑塊結(jié)構(gòu)沒有其他方案簡潔且速度、加速度的計算較為麻煩，故不采用。方案3采用槽輪曲柄搖桿機構(gòu)，通過槽輪可以精確、方便地實現(xiàn)120°轉(zhuǎn)角，但曲柄搖桿機構(gòu)運動表較復(fù)雜，計算難度大，致使運動的停歇時間難以把握，設(shè)計難度大，故部委立項方案。方案4采用兩外嚙合的不完全齒輪，通過設(shè)計不完全齒輪的齒數(shù)可以輕松的實現(xiàn)機構(gòu)對傳動比、運動轉(zhuǎn)角、停歇時間的把握，并且對其添加瞬心線附加桿使得機構(gòu)運動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，便于分析計算，故為采用方案。3.3 傳

6、動機構(gòu)的選用通過齒輪直接傳動帶動機構(gòu)運轉(zhuǎn)四、工藝動作流程及機械手機構(gòu)運動簡圖由上述各運動部分選出的方案可以將機械手整體方案確定如圖8所示： 圖8 機械手機構(gòu)運動簡圖其中1-7、10、11、14、15為完全齒輪，8、9、12、13為不完全齒輪，16為凸輪，17為機械手臂，18為機械手外殼，且不完全齒輪的輪齒關(guān)系如圖9所示，齒輪5所在軸為主軸，主軸旋轉(zhuǎn)一周機械手動作順序為：齒輪8逆轉(zhuǎn)，機械手右轉(zhuǎn)，手臂下擺，手指放下物料，手臂上擺，機械手左轉(zhuǎn)，手臂下擺，手指抓起物料，手臂上擺。機構(gòu)運動循環(huán)圖如圖10、11所示。 圖9 不完全齒輪輪齒配置關(guān)系 圖10機械手直角坐標(biāo)循環(huán)圖 圖11 機械手圓形循環(huán)圖五、機構(gòu)尺寸確定5.1 機械手上下擺動機構(gòu)如圖12示凸輪位置尺寸，凸輪導(dǎo)程，基圓半徑，滾子半徑，導(dǎo)桿拐角，從動件采用等加速等減速運動規(guī)律，凸輪位移線圖、理論輪廓曲線、實際輪廓曲線分別如圖13、圖14、圖15所示。 圖12 凸輪位置 圖13 凸輪位移線圖 圖14 凸輪理論輪廓曲線5.2 機械手齒輪傳動及水平轉(zhuǎn)動機構(gòu)參數(shù)設(shè)計 由圖8 機械手機構(gòu)運動簡圖可知齒輪14、15為圓錐齒輪，各齒輪參數(shù)如表3所示，傳動比求算過程：以電機轉(zhuǎn)向為正，且， ， ，（主動輪轉(zhuǎn)動，從動輪轉(zhuǎn)動）