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)

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1、 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 第一章 設(shè)計(jì)題目及要求 1.1 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介 3 1.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求 3 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與提示 4 第二章 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) 4 2.2 擺臂方案 B 的設(shè)計(jì) 5 2.3 擺臂方案的確定 6 第三章 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) 6 3.2 回轉(zhuǎn)裝置 B 的設(shè)計(jì) 7 3.3 驅(qū)動(dòng)

2、裝置的選擇 8 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 9 3.5 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 10 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 4.3 方案的計(jì)算 12 第五章 相關(guān)建模過(guò)程及仿真 13 第六章 設(shè)計(jì)總結(jié) 17 第七章 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

3、，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。 機(jī)械手機(jī)體 底座 圖 1 1.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求 - 2 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理

4、課程設(shè)計(jì) 最 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 手指夾持 手臂 手臂 送料 速 大 手臂上下 方案 工件最大 回轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn) 頻率 r/min 抓 擺動(dòng)角度 號(hào) 直徑 角度 半徑 次 重 （o） mm （o） mm /min kg C 2 25 150 650 18 15 960 1.3 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

5、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)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

6、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)。 第二章 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. - 3 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原

7、理課程設(shè)計(jì) 圖 2 Solidworks 中的實(shí)體建模 2.2 機(jī)械手上擺手設(shè)計(jì)方案 B - 4 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

8、 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 45- 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)

9、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)

10、如 圖 4. - 5 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 圖 4 3.2 回轉(zhuǎn)裝置 B 的設(shè)計(jì)

11、 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行回轉(zhuǎn) - 6 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 3.3 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇 選擇電機(jī)類型： 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)是均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 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)。 (

12、2). 電磁條速三相異步電動(dòng)機(jī) 名稱： 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。 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(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。

13、工作機(jī)所需工作功率 Pw ，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： Tn Pw Kw 其中： T——工作機(jī)的阻力矩， N mm ； n ——工作機(jī)的轉(zhuǎn)速， r / min ； 傳動(dòng)裝置的總效率 0 組成傳動(dòng)裝置的各部分運(yùn)動(dòng)副效率之積，即0 123n 其中： 1 23 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 Y132S—4 型號(hào)電動(dòng)機(jī)（電流

14、 A：11.6 轉(zhuǎn)速 : 1440r/mm 效率 :85.5 功率因數(shù) cos?:0.82 功率 :5.5kw ） - 7 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 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。

15、 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 停止 下 擺 停止 上擺 18 下擺 18 18 18 轉(zhuǎn)臺(tái) 停止 水平回轉(zhuǎn) 停止 停止 水平反轉(zhuǎn) 停止 150 150 凸 輪 連 150 180 330 360 150（第二 180 桿轉(zhuǎn)角 周） 電機(jī) 減速 運(yùn)動(dòng)分解 機(jī)械手上下擺動(dòng) 機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)

16、 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。 - 8 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

17、 圖 6 1——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)，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。

18、 圖 7 1——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)等性價(jià)比更高。因而選擇 B 方案。如圖 8、9。 - 9 - 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

19、 圖 8 圖 9 -10- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 4.3 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 圓錐齒輪 3齒數(shù)

20、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) Z=1且為右旋 凸輪 6 基圓半徑 r =90mm 滾子 7 半徑 Rr=10mm 4 0 傳動(dòng)比計(jì)算： w =2πf=2*3.14*960/60=100rad/s 1 由 wr =wr 2 w 2 =w*r /r 2 =40rad/s 1 1 2 1 1 齒輪 3 對(duì)齒輪 14 的傳動(dòng)比 i1=w3/w14 =z1*z 14/z

21、 3*z 5=15*20/20*1=15 W14=w3/15=w2/15=4rad/s 凸輪推程角 ?1=150 t 1=?1/w14= 38s 凸輪遠(yuǎn)休角 ?2=30 t 2= ?2/w14=8s 因此不完全齒輪使轉(zhuǎn)臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間間隔為 8s。 第五章 相關(guān)建模過(guò)程及仿真 -11- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

22、 solidworks 凸輪的建模 在 solidworks 中進(jìn)行裝配后的模型圖 -12- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

23、 Solidworks 大齒輪的建模 Solidworks 小齒輪建模 Solidworks 實(shí)體模型導(dǎo)入 Admas -13- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)

24、計(jì) 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 -14- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

25、 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 -15- 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 第七章 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

26、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)的基礎(chǔ)學(xué)科，內(nèi)容豐富，涉及

27、面廣。目前，機(jī)械學(xué)正與電子電氣、液壓等多種學(xué)科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強(qiáng)。機(jī)械學(xué)的學(xué)習(xí)將是一個(gè)艱苦但卻值得努力的過(guò)程。 第八章 參考文獻(xiàn) [2] 牛鳴岐 , 王保民 , 王振甫 . 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè) . 重慶 : 重慶大學(xué)出版社 ,2001 [3] 機(jī)械工程手冊(cè)電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)編 . 機(jī)械工程手冊(cè)第 59 篇、沖壓機(jī)械化與自動(dòng)化 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1982 [4] 王知行 , 劉延榮 . 機(jī)械原理 . 北京 : 高等教育出版社 ,2000 -16-