熱鐓擠送料機械手課程設(shè)計

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1、 《機械原理》課程設(shè)計 設(shè)計題目：熱鐓擠送料機械手 機電 系 工程機械 專業(yè) 指導(dǎo)老師 2012/5/23 目錄 一、任務(wù)簡介---------------------------------------3 1.1 設(shè)計題目 1.2 設(shè)計條件 1.3 設(shè)計任務(wù)及要求 1.4 設(shè)計提示 二、回旋機構(gòu)設(shè)計-----------------------------------5 2.1 機構(gòu)運動方案一 2.2 機構(gòu)運動方案二 三、俯仰機構(gòu)設(shè)計-------

2、----------------------------7 3.1機構(gòu)運動方案一 3.2機構(gòu)運動方案二 3.3機構(gòu)運動方案三 四、一般機械手介紹---------------------------------9 4.1資料分析 五、機構(gòu)的比較-------------------------------------10 5.1回旋機構(gòu)的比較 5.2俯仰機構(gòu)的比較 六、機構(gòu)的定型設(shè)計---------------------------------11 6.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動計算 6.2俯仰機構(gòu)運動計算 七、總結(jié)---------------

3、----------------------------13 一、任務(wù)簡介 1.1、設(shè)計題目：熱鐓擠送料機械手? ? 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。圖為機械手的外觀圖。 1.2、設(shè)計條件 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

4、回轉(zhuǎn)半徑 mm 手臂上下擺動角度 〔o 送料 頻率 次/min 電動機轉(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)計任務(wù)及要求 1.機械手一般至少包括凸輪機構(gòu),齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)；至少設(shè)計出三種能實現(xiàn)該分類機運動形式要求的機構(gòu),繪制所選機構(gòu)的機構(gòu)示意圖〔繪制在說明書上,比較其優(yōu)缺點,并最終選出一個自己認(rèn)為最合適的機構(gòu)進行機構(gòu)綜合設(shè)計,繪制出其機構(gòu)運動簡圖。 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動

5、比分配〔皮帶傳動傳動比i ≈ 2 ,每級齒輪傳動傳動比i ≤ 7.5 。 3.圖紙上畫出傳動系統(tǒng)方案圖。 4.圖紙上畫凸輪機構(gòu)設(shè)計圖〔包括位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置；要求確定運動規(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)計計算其中一對齒輪機構(gòu)。 6. 同一小組內(nèi),每人至少有一種與別人不一樣的機構(gòu)設(shè)計方案。 7.以上所要求繪制的圖形均繪制在一號圖紙。 8.編寫設(shè)計計算說明書。 1.4、設(shè)計提示 1.機械手主要由手臂上下擺動機構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。工件水平或垂直放置。設(shè)計時可以不考慮手指夾料的工藝動作。2.此機械手為空間機構(gòu),確定設(shè)計方案后應(yīng)

6、計算空間自由度。3.此機械手可按閉環(huán)傳動鏈設(shè)計。 二、回旋機構(gòu)設(shè)計 2.1機構(gòu)運動方案一 采用曲柄搖桿機構(gòu),曲柄a做整周運動帶動從動桿d左右擺動,擺動角度為120°,即實現(xiàn)了回旋運動要求,其運動簡圖如下： 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：圖示機構(gòu)的最小傳動角為5°,對于為保障機構(gòu)傳動良好的最小傳動角要求γmin≥40°不夠,這一點在后續(xù)的機構(gòu)比較中再具體優(yōu)化。 〔3對于a桿的轉(zhuǎn)動要求：由于d桿在兩個極限位置其延伸機構(gòu)有俯仰動作需

7、要停留一段時間,所以a桿的轉(zhuǎn)動也是間歇式的,假設(shè)在兩極限位置各停留2s,則根據(jù)圖示運動,其轉(zhuǎn)動的φ-t圖如下： <4>間歇運動的缺點：由于兩次停留時都使a桿處于死點位置,所以停留之后的再次轉(zhuǎn)動會存在阻礙,可能導(dǎo)致機構(gòu)卡死,這也是需要解決的一個問題,暫時擱置后續(xù)再議。 2.2機構(gòu)運動方案二 采用齒輪、桿、凸輪的綜合運用實現(xiàn)回旋運動要求,運動簡圖如下： 1. 機構(gòu)運動說明 （1） 主動件為通過叉桿連接在一起的兩個轉(zhuǎn)向相反的齒輪a、b,從動件為與桿件固連的齒輪c,由a、b與c的間歇式接觸傳動來實現(xiàn)從動桿來回旋轉(zhuǎn)120°的機構(gòu)運動要求。 （2） a、b與c的間歇式接觸傳

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

9、k應(yīng)較高。 （5） 齒輪間傳動計算： 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)動角速度為Wa=-Wb, 凸輪的轉(zhuǎn)動角速度為W, 則主從動齒輪沒吃傳動的時間為t=φs/W, T時間內(nèi)主動齒輪轉(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)到了運動所需的條件, 其中主從動齒輪的齒數(shù)比可通過直徑比求的,一般令Za/Zc稍大以使傳動過程中省力并可減小主動齒輪的轉(zhuǎn)動速度從而減小能量消耗。 （6） 缺點：在主從動齒輪脫離時會存在

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

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

12、五、機構(gòu)的比較與優(yōu)化 5.1回旋機構(gòu)的比較 方案一： 缺點：〔1死點對啟動的阻礙 〔2傳動角過小,機構(gòu)的有效運動偏低 解決方案：可變曲柄搖桿機構(gòu)為擺動導(dǎo)桿機構(gòu),即可很好的解決上述兩個問題。 方案二：： 缺點：〔1主從動齒輪脫離滯礙導(dǎo)致擺角誤差 〔2主從動齒輪可能嚙合不上或卡死 〔3主從動齒輪脫離后擺桿位置不穩(wěn)定 解決方案：對于缺點1、2,可對齒輪加罩一個特殊的齒殼〔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位的現(xiàn)象；對缺點三,可設(shè)置擺角邊界以限制擺桿左右擺

13、動的不穩(wěn)定現(xiàn)象。 綜上：基于方案一機構(gòu)簡單,主動件少的優(yōu)點和較易解決的缺點,決定采用方案一。 5.2俯仰機構(gòu)的比較 基于液壓扭轉(zhuǎn)機構(gòu)體型小,且更為容易實現(xiàn)運動要求, 俯仰機構(gòu)選用方案三〔2。 六、機構(gòu)的定型設(shè)計 整體機構(gòu)簡圖如下： 下面按設(shè)計條件中的方案A進行具體參數(shù)的計算： 6.1回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動計算; 如圖：f=15次/min T=60/15=4s 令 機械手在兩極限位置各停留1.5s,則轉(zhuǎn)動時間剩余 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,需要采用二級齒輪傳動 即齒數(shù)比為Zn/Z1/Z2=1/6/24, 得導(dǎo)桿的運動規(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 俯仰機構(gòu)運動計算 由設(shè)計條件知：手臂回轉(zhuǎn)半徑為685mm, 令 機械手臂長 L=500mm 最大抓重 m=2kg , F=m*g=20N 另計機械手重量為G=50N,重心在機械臂中點即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,此次機構(gòu)設(shè)計定有不合理之處,但也算是在有限的時間內(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)計中多多進步。 2012/5/23 . .