機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 熱鐓機(jī)送料機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)熱鐓擠送料機(jī)械手C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.31.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求.31.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與提示.4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).42.2 擺臂方案B的設(shè)計(jì).52.3 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).63.2 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.93.5 循環(huán)圖的擬定.9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.9 4.2 最終方案的確定與說(shuō)明.104.3 方案的計(jì)算.12第5

2、章 相關(guān)建模過(guò)程及仿真.13第6章 設(shè)計(jì)總結(jié).17第7章 參考文獻(xiàn).17 第一章 設(shè)計(jì)題目及要求1.1 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介設(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)。如圖1所示。圖11.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求方案號(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）

3、送料頻率次/min電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/minC22515065018159601.3 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)

4、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) 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)。其中學(xué)要滿(mǎn)足擺桿長(zhǎng)為650MM，上下擺動(dòng)的角度位18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 Solidworks中的實(shí)體建模2

5、.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，故要求其占地面積要小。根據(jù)綜合考慮，選取方案B作為機(jī)械手上下擺動(dòng)裝置。第三章 熱鐓擠

6、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4.圖43.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行回轉(zhuǎn)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

7、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

8、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，；傳動(dòng)裝置的總效率組成傳動(dòng)裝置的各部分運(yùn)動(dòng)副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動(dòng)效率按推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取一級(jí)傳動(dòng)i1=20-50，二級(jí)圓柱直齒輪的傳動(dòng)比i2=4-6, 三級(jí)圓柱直齒輪的傳動(dòng)比i3=2-4,總的傳動(dòng)范圍為40-200. 經(jīng)過(guò)綜合考慮決定選用Y132S4型號(hào)電動(dòng)機(jī)（電流A：11.6 轉(zhuǎn)速: 1440r/mm 效率:85.5 功率因數(shù) cosø

9、;: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。由于齒輪傳動(dòng)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。滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因而選擇回轉(zhuǎn)方案A作為機(jī)械手回轉(zhuǎn)裝置。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18°停止下擺18°停止上擺18°下擺18°轉(zhuǎn)臺(tái)停止水平回轉(zhuǎn)150°停止停止水平反轉(zhuǎn)150°停止凸輪連

10、桿轉(zhuǎn)角150°180°330°360°150°（第二周）180°圖5 第四章 熱鐓擠送料機(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18°；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150°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖6。圖61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: 由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)，

11、并分兩路。一路通過(guò)皮帶輪與凸輪的傳動(dòng)，從而完成機(jī)械手的上下擺動(dòng)，上下擺動(dòng)的夾角為18°。另一路由圓錐齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使搖桿水平回轉(zhuǎn)150°，而搖桿又通過(guò)支柱與轉(zhuǎn)臺(tái)相連，從而使整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)一起水平回轉(zhuǎn)。如圖7。圖71電動(dòng)機(jī) 2機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)裝置 3抓手 4轉(zhuǎn)臺(tái) 5機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)裝置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，可以確定方案B跟適合設(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8、9。 圖8圖94.3 方案的計(jì)算參數(shù)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：960r/min 皮帶輪1半徑R1=10cm 皮帶輪2半徑R2=25cm 圓錐齒

12、輪3齒數(shù)Z1=15 圓錐齒輪4齒數(shù)Z2=30 齒輪14齒數(shù)Z3=20 蝸桿5齒數(shù)Z4=1且為右旋 凸輪6基圓半徑r0=90mm 滾子7半徑Rr=10mm 傳動(dòng)比計(jì)算：w1=2f=2*3.14*960/60=100rad/s由w1r1=w2r2 w2=w1*r1/r2=40rad/s齒輪3對(duì)齒輪14的傳動(dòng)比i1=w3/w14=z1*z14/z3*z5=15*20/20*1=15W14=w3/15=w2/15=4rad/s凸輪推程角ø1=150° t1=ø1/w14= 38s凸輪遠(yuǎn)休角ø2=30° t2= ø2/w14=8s因此不完全齒輪

13、使轉(zhuǎn)臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間間隔為8s。第5章 相關(guān)建模過(guò)程及仿真solidworks凸輪的建模在solidworks中進(jìn)行裝配后的模型圖Solidworks大齒輪的建模Solidworks小齒輪建模Solidworks實(shí)體模型導(dǎo)入Admas機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)圖機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)的位移圖機(jī)械手臂運(yùn)行的速度圖像機(jī)械手臂運(yùn)行的加速度圖像第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)熱敦?cái)D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、Solidworks，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。經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)和同學(xué)間討論，終于有所收獲，明白了很多。機(jī)械學(xué)作為一門(mén)傳統(tǒng)的基