熱鐓擠送料機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、江西農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目 熱鐓擠送料機(jī)械手 工學(xué)院 系（學(xué)院） 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 082 班設(shè)計(jì)者 劉燕梅指導(dǎo)教師 林金龍2010年12月28日目錄一、總設(shè)計(jì)要求11.1、設(shè)計(jì)題目21.2、設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)31.3、設(shè)計(jì)任務(wù)4二、機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)52.1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 62.2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 7三、機(jī)械手的工藝動(dòng)作流程及時(shí)間分配8四、功能分解9五、機(jī)構(gòu)選用105.1、原動(dòng)力的選擇115.2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇125.3、總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比的分配13六、主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)146.1、圓筒凸輪+連桿機(jī)構(gòu)156.2、齒輪齒條機(jī)構(gòu)166.

2、3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)176.4、不完全齒輪機(jī)構(gòu)18七、主要零件及其主要參數(shù)19八、總體評(píng)價(jià)20九、結(jié)束語21十、參考文件22前言 進(jìn)入21世紀(jì)以來，市場(chǎng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)方案的設(shè)計(jì)和構(gòu)思、各種傳動(dòng)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(dòng)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(shí)，根據(jù)使用要求和功能分析，選擇合理的工藝動(dòng)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(dòng)方案，從而設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造

3、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(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，人類將更多地依靠知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新及知識(shí)和技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，來贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)方案設(shè)計(jì)。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)合一種簡(jiǎn)單機(jī)器進(jìn)行機(jī)器功能分析、工藝動(dòng)作過程確定、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)定、機(jī)構(gòu)尺度綜合、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)等，使學(xué)生通過一臺(tái)機(jī)器的完整的運(yùn)動(dòng)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(shí)和理論，對(duì)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、

4、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(shí)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(dòng)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(duì)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)械原理學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一、總 設(shè) 計(jì) 要 求1.1、設(shè)計(jì)題目設(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)，夾送圓柱形墩料，往40t墩頭機(jī)

5、送料。它的動(dòng)作順序是：手指夾料，手臂上擺15度，手臂水平回轉(zhuǎn)120度，然后下擺15度，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。主要要求完成對(duì)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)。如下為機(jī)械手的外觀圖和技術(shù)參數(shù)表. 1.2設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) （1）最大抓重 2（2）手指夾持工件最大直徑 25（3）手臂回轉(zhuǎn)角度 120·（4）手臂回轉(zhuǎn)半徑 685（5）手臂上下擺動(dòng)角度 15·(6) 送料頻率 15次/分（7）工作阻力很小。要求選用的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠。（8）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1450轉(zhuǎn)/分 最大抓重/kg手指夾持公件最大直徑/mm手臂回轉(zhuǎn)角度/（。）手

6、臂回轉(zhuǎn)半徑/mm手臂上下擺動(dòng)角度/（。）送料頻率/（次/min）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min）22512068515151450 1.3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)。（2） 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。（3） 設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。對(duì)所設(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(dòng)圖線。（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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤狀凸輪要用解析法計(jì)算出理論廓線，實(shí)際廓線，實(shí)際廓線值，繪制從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。（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） 進(jìn)一部完成凸輪的數(shù)控

7、加工，機(jī)械手的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示驗(yàn)證等。二 、機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)2.1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) ( 1 ) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)一: 機(jī)械手手臂上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu) 方案一: 圖a 盤形凸輪 + 搖桿機(jī)構(gòu) 方案二： 圖b 不完全齒輪 + 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 方案三： 圖d 圓筒凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu) ( 2 ) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)二: 機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)機(jī)方案一: 圖a 盤形凸輪 + 搖桿機(jī)構(gòu) 方案二： 圖b 不完全齒輪 + 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 方案三： 圖 c 不完全齒輪 + 曲柄滑塊 + 齒輪齒條 （3）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一備選方案的評(píng)價(jià)與選擇 凸輪與從動(dòng)件之間為點(diǎn)或線接觸，物料抓重太重的話，易使凸輪變得笨重，磨損快，且行程越

8、長(zhǎng)，凸輪輪廓加工越困難，所以方案一首先被淘汰掉；方案二機(jī)構(gòu)較多，較繁瑣，所以也被淘汰掉；方案三中圓筒凸輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，所能承受的力也比盤形凸輪要大，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)一選擇方案三最佳。 （4）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)二備選方案的評(píng)價(jià)與選擇 方案一和方案二與執(zhí)行機(jī)構(gòu)一中的前兩種方案一樣；因?yàn)闄C(jī)械手水平回轉(zhuǎn)角度較大，為120°，所以選用齒輪齒條機(jī)構(gòu)來完成比較容易做到；因此選擇方案三最好。 圖a 盤形凸輪 + 搖桿機(jī)構(gòu) 圖b 不完全齒輪 + 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖c 不完全齒輪 + 曲柄滑塊 + 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 圖d 圓筒凸輪 + 連桿機(jī)構(gòu)2.2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) ( 1 ) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案種類: 方案一:

9、 圖e 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 方案二： 圖f 鏈輪傳動(dòng) 方案三： 圖g V帶傳動(dòng) （2）方案評(píng)價(jià)與選擇 方案一中，雖然蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但其對(duì)制造和安裝精度要求較高，同時(shí)摩擦力大、發(fā)熱大，而且蝸桿傳動(dòng)在嚙合處有相對(duì)滑動(dòng)；當(dāng)滑動(dòng)速度很大、工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低；同時(shí)為了散熱和減小磨損，需貴重抗磨材料和良好的潤(rùn)滑裝置，故成本較高，另外，蝸桿的軸向力較大。方案二中，鏈輪傳動(dòng)也存在較大的摩擦與磨損。方案三中，帶輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、可緩沖、吸振，造價(jià)低廉、成本低。根據(jù)以上的分析比較，再結(jié)合要

10、求的工作條件可以得到，選用帶輪傳動(dòng)最佳。 圖e 蝸輪蝸桿傳動(dòng) 圖f 鏈輪傳動(dòng) 圖g V帶傳動(dòng) 三、機(jī)械手的工藝動(dòng)作流程及時(shí)間分配送料頻率為15次min,即每次4s;這4s可進(jìn)行如下分配：手指夾料(0.2s)手臂上擺15°(0.4s)手臂回轉(zhuǎn)120°(1.0s)手臂下擺15°(0.4s)手指松開(0.2s)手臂上擺15°(0.4s)手臂反轉(zhuǎn)120°(1.0s)手臂下擺15°(0.4s)動(dòng)作序號(hào)動(dòng)作名稱轉(zhuǎn)角1手指夾料0°2手臂上擺15°3手臂回轉(zhuǎn)120°120°4手臂下擺15°5手指放料0

11、°6手臂上擺15°7手臂反向回轉(zhuǎn)120°120°8手臂下擺15°四、功能分解4.1、熱鐓擠送料機(jī)械手的機(jī)構(gòu)選型功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)抓料手指夾緊機(jī)械手運(yùn)送原料手臂直線上下左右往返運(yùn)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圓筒凸輪連桿機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)齒條機(jī)構(gòu)五、機(jī)構(gòu)選用5.1、原動(dòng)力的選擇根據(jù)機(jī)械手所搬運(yùn)物品滿足的動(dòng)力，選擇小額功率電動(dòng)機(jī)，作為原動(dòng)力。5.2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇（1）機(jī)械手上下擺動(dòng)機(jī)構(gòu)選用 圓筒凸輪+連桿機(jī)構(gòu)（2）機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用 不完全齒輪+曲柄滑塊+齒輪齒條機(jī)構(gòu)5.3、總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比的分配已知電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450r/min，送料頻

12、率為15次/min即i總=1450/15=96.67i1=i總=n電/n11=96.67=1.5 x2x2x2x2x2x2i1=i帶x(Z2/Z1) x(Z4'/Z3 )x(Z6'/Z5')x(Z8'/Z7')x(Z10'/Z9')x(Z12'/Z11')i2=½i1=n電/n10=48.33=1.51x2x2x2x2x2i2=i帶x(Z2/Z1) x(Z4/Z3 )x(Z6/Z5)x(Z8/Z7)x(Z10/Z9)齒輪1和齒輪2為直齒錐齒輪,其當(dāng)量齒數(shù)分別為Z1 =18,Z2=36;齒輪11'為不完全齒

13、輪,(僅半圓周有齒), Z11'=18其余均為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,標(biāo)準(zhǔn)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 =Z5' =Zz7' =Z9'= Z12'=18Z4 =Z6 =Z8 =Z10 =Z4' =Z6'= Z8' =Z10'=36圖h 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循壞總圖六、主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1、圓筒凸輪連桿機(jī)構(gòu) 圖6.1對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自由度計(jì)算, n=4 ,pl= 5 , ph=1,所以F=3n-2pl-ph=3x4-2x5-1=1 參照?qǐng)Dh,軸E、G、H、J、K沿

14、x方向共線安裝，由此可得LEK=m2(Z3+ Z4)+ m2(Z5+ Z6) + m2(Z7+ Z8) + m2(Z9+ Z10) = m2(Z3+ Z4+ Z5+ Z6+ Z7+ Z8+ Z9+ Z10)= 12(18+ 36+18+ 36+18+ 36+18+ 36)= 108mm (h2)LEK =h=2LEK x=2x108x0.1305=28.2mm 所以凸輪行程為28.2mm,完成一次送料所需時(shí)間為t=60s15=4s,而凸輪轉(zhuǎn)2周，所以凸輪轉(zhuǎn)一周需2s,據(jù)此可畫出滾子的運(yùn)動(dòng)位移圖，即圓筒凸輪輪廓。如下所示：6.2、齒輪齒條機(jī)構(gòu) 圖6.2l 齒輪11的齒數(shù)為Z11=48，則其分度圓

15、直徑為d11=m Z11 =48mm<36x2=72mm,則齒條移動(dòng)的距離L=（120°360°）x2 x(482)=16 =50.24mm齒條長(zhǎng)度應(yīng)大于50.24mm,所以齒條長(zhǎng)可取80mm6.3、曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖6.3 參照?qǐng)Dh計(jì)算可得軸E、軸F沿x坐標(biāo)軸方向的距離為 L1= m2(Z3+ Z4)+ m2(Z9+ Z10) - m2(Z11+ Z12) = 12（18+36+18+36-18-18）=36mm 同樣參照?qǐng)Dh計(jì)算可得軸E、軸F沿y坐標(biāo)軸方向的距離為 L2= m2(Z5+ Z6)+ m2(Z7+ Z8) =12(36+18)+ 12(36+18) =5

16、4mm 設(shè)曲柄AB的長(zhǎng)為a，連桿BC的長(zhǎng)為b，齒條移動(dòng)到最上、最下的位置分別 是AB1C1和AB2C2；因?yàn)樗且粋€(gè)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，所以 LAC1=b+a, LAC2=b-a,則齒條移動(dòng)的距離L= LAC1-LAC2=2a，而前面已求得 L=50.24mm,所以a=25.12mmL2-d112=54mm-24mm=30mm,且aL1=36mm， 所以曲柄不會(huì)與齒輪11相碰； 要保證在AB2C2位置時(shí)齒條不會(huì)與曲柄相碰撞，必須使得LAC2a,即b-aa，由此可得b2a=50.24m，可取b=60mm.6.4、不完全齒輪機(jī)構(gòu) 圖6.4上圖分別為齒輪12（左齒輪）與齒輪11（右齒輪），其中齒輪11

17、為不完全齒輪，即一個(gè)半齒齒輪，Z12=18，所以d12=m xZ12=18mm, d11=18mm,七、主要零件及其主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)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名稱符號(hào)公式完全齒輪完全齒輪完全齒輪不完全齒輪2 ，4， 6 ，8， 104，6，8，10111 ，3，5 ，7， 95，7，9，1211齒數(shù)Z3648189分度圓直徑dd=mz36481818齒頂高h(yuǎn)h= h* x m1111齒跟高h(yuǎn)fhf=( h*+c*)m1.251.251.251.25齒全高h(yuǎn)h=h+hf2.252.252.252.25齒頂圓直徑dd= d+2h38502020齒齒

18、根圓直徑高dfdf= d-2hf33.545.515.515.5八、總體評(píng)價(jià)該機(jī)器依靠凸輪和連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的間隙上下擺動(dòng)。而在實(shí)現(xiàn)手臂的間隙回轉(zhuǎn)的動(dòng)作上，運(yùn)用了不完全齒輪和齒輪齒條以及連桿的配合來完成。并且通過增加傳動(dòng)齒輪的數(shù)量和改變傳動(dòng)比的方式來使最后運(yùn)動(dòng)到達(dá)指定要求。此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各運(yùn)動(dòng)部件之間的運(yùn)動(dòng)都易于實(shí)現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。由于傳動(dòng)鏈較短，累積誤差也不會(huì)太大，從而可以滿足。九、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、畫板的使用。但是也碰到了很多問題，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