熱鐓擠送料機(jī)械手設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)論文

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1、《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 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)老師： 1 《機(jī)械原理》課程設(shè)計(jì)說明書 前言 “機(jī)械原理”課程的核心內(nèi)容是研究機(jī)械產(chǎn)品概念相關(guān)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和基本方法。機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的最終結(jié)果主要是得到機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案（亦可稱之為機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案），它體現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品的功能和工作原理。方案設(shè)計(jì)階段是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)最富創(chuàng)造性的階段，因此機(jī)械原理

2、課程對(duì)于培養(yǎng)我們學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力至關(guān)重要。作為機(jī)械原理課程的最要一部分，機(jī)械原理設(shè)計(jì)對(duì)于提高機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)起到十分重要的作用，使得我們初步掌握如何去創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的手段和能力。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)要求運(yùn)用簡(jiǎn)單機(jī)械，在不或者盡量不用電氣設(shè)備的情況下，對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能分析、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，讓學(xué)生參與者對(duì)于機(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、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。這其中最為重要的就是不能是對(duì)

3、于課本知識(shí)的紙上談兵，而是活學(xué)活用，理論聯(lián)系實(shí)際。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。在接下來的學(xué)習(xí)生活中，不能僅靠思考，要用雙手進(jìn)行創(chuàng)造，這才是機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的初衷。 目錄 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書9 2 1.1設(shè)計(jì)題目：熱鐓擠送料機(jī)械手 2 1.2設(shè)計(jì)條件 2 1.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 3 二、工作原理分析 4 三、原動(dòng)機(jī)的選擇 4 3.1.1Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) 4 3.1.2電磁條速三相異步電動(dòng)機(jī) 5 3.2選定電動(dòng)機(jī)的容量 5 四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較 6 4.2豎直擺動(dòng) 7 4.3選擇與比較 7 4.3.1凸輪+齒輪

4、7 4.3.2凸輪+曲柄搖桿 9 4.3.3曲柄滑塊+曲柄搖桿 11 4.4方案選擇 12 五、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的擬定 12 六、運(yùn)動(dòng)方案布置圖及機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 14 6.1初定方案圖 14 6.2對(duì)原方案進(jìn)行修改 15 6.3最終方案圖 15 七、主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 18 八、主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析 18 九、機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 20 十、設(shè)計(jì)小結(jié) 21 十一、參考文獻(xiàn) 23 25 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書9 1.1設(shè)計(jì)題目：熱鐓擠送料機(jī)械手 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，40噸鐓頭機(jī)送料。以方案A為例，它的

5、動(dòng)作順序是：手指夾料，手臂上擺15°，手臂水平回轉(zhuǎn)120°，手臂上擺15°，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)。圖為機(jī)械手的外觀圖?！? 1.2設(shè)計(jì)條件 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 /（。） 手臂回轉(zhuǎn)半徑/mm 手臂上下擺動(dòng)角度/（度） 送料頻率/（次/min） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min） A 2 25 120 685 15 15 1450 B 3 30 100 700 20 10 960 C

6、 1 15 110 500 20 20 1440 1.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 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.圖紙?jiān)O(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)方案。 4.圖紙畫出凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，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。。 5.設(shè)計(jì)其中一對(duì)齒輪。 6.三人至善一種方案與其他人不同。 7.繪制在一號(hào)圖紙上。 8.編寫說明書。 1.4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過程

7、。 （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)。 二、工作原理分析 熱鐓擠送料機(jī)械手的機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，首先從工作路徑分析，需要手臂上擺，手臂水平回轉(zhuǎn)，手臂上擺，放料，手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺?？偟膩碚f需要水平和豎直方向上的兩個(gè)擺動(dòng)動(dòng)作，由于水平回轉(zhuǎn)角度太大，一般采用四桿機(jī)構(gòu)或者齒輪機(jī)構(gòu)；而豎直方向上，角度較小，除以上機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)以外，還可用凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)然曲柄滑塊機(jī)構(gòu)也有此功能。 三、原動(dòng)機(jī)的選擇 3.1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

8、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 3.1.1Y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，它是我國近年來研制成功的型電動(dòng)機(jī)。 3.1.2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，且無碳刷，集電環(huán)等滑動(dòng)接觸部件。 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)因長期的過載而過

9、早損壞；容量過大則電動(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。 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： 分別為皮帶、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)i=2，二級(jí)圓柱直齒輪的傳動(dòng)比i=10-30,總的傳動(dòng)范圍為20-60. 經(jīng)過綜合考慮

10、決定選用Y132S—6型號(hào)電動(dòng)機(jī)（電流A：7.2 轉(zhuǎn)速: 960r/min 功率:3.0kw） 四、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇與比較 4.1水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 4.2豎直擺動(dòng) 4.3選擇與比較 4.3.1凸輪+齒輪 工作原理 通過齒輪帶動(dòng)齒條上下移動(dòng)，從而使輪左右移動(dòng)，通過不完全齒輪控制時(shí)間上的間歇運(yùn)動(dòng)。在豎直平面內(nèi)，凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾子從動(dòng)件上下運(yùn)動(dòng)時(shí)手臂上下擺動(dòng)一定角度。 優(yōu)點(diǎn) 1. 參與運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件都比較簡(jiǎn)單。 2. 運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)。 3. 不存在極位夾角，無極位夾角帶來的不良影響。

11、 4. 凸輪沖擊較小。 缺點(diǎn) 1. 不完全齒輪存在沖擊，磨損。 2. 從動(dòng)齒輪因慣性而運(yùn)動(dòng)不精確。 4.3.2凸輪+曲柄搖桿 工作原理 不完全齒輪控制間歇運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生擺動(dòng)，垂直方向運(yùn)動(dòng)同過曲柄滑塊和凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 優(yōu)點(diǎn) 1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工。 2. 連桿機(jī)構(gòu)和齒輪計(jì)算簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn) 1. 不完全齒輪有沖擊。 2. 四桿機(jī)構(gòu)急回特性不需要。 3. 凸輪有沖擊，磨損嚴(yán)重。 4.3.3曲柄滑塊+曲柄搖桿 工作原理 不完全齒輪控制間歇性

12、運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)水平放置，控制機(jī)械臂產(chǎn)生擺動(dòng)凸輪是機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下擺動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn) 1. 四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 2. 凸輪設(shè)置偏心，壓力角小。 缺點(diǎn) 1. 四桿機(jī)構(gòu)占用空間較大，設(shè)計(jì)時(shí)考慮空間，計(jì)算困難。 2. 凸輪機(jī)構(gòu)輪廓線與推桿之間為線接觸，易磨損，制造困難。 4.4方案選擇 根據(jù)綜合考慮，通過齒輪傳動(dòng)和搖桿機(jī)構(gòu)組合的方式作為回轉(zhuǎn)裝置更加適合設(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，交錯(cuò)或交叉；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)；適用范圍廣（傳遞速度，功率范圍都大）；壽命長；效率高。而搖桿機(jī)構(gòu)又可以通過搖桿達(dá)到機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)100度的

13、要求。由于凸輪更加簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)和停，而曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沖擊問題難以解決，故第一組組合滿足設(shè)計(jì)要求，因而選擇其作為機(jī)械手回轉(zhuǎn)裝置和上下擺動(dòng)裝置，即水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：齒輪傳動(dòng)和搖桿機(jī)構(gòu)，豎直擺動(dòng)裝置：凸輪機(jī)構(gòu)。 五、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的擬定 由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，通過皮帶輪傳動(dòng)，先減速，繼而通過周轉(zhuǎn)輪系繼續(xù)減速，此時(shí)已獲得要求轉(zhuǎn)速，再通過錐齒輪換向，使得原路分出兩支路，各滿足兩機(jī)構(gòu)的要求。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20°；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動(dòng)，再傳動(dòng)給不完全齒輪，通過連在轉(zhuǎn)臺(tái)上的軸，從 而使轉(zhuǎn)臺(tái)完成水平100°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

14、 經(jīng)計(jì)算的，該機(jī)構(gòu)需2自由度，所以需要引出兩個(gè)動(dòng)力源支路，故，出滿足應(yīng)有的傳動(dòng)比之外還應(yīng)滿足支路要求。 六、運(yùn)動(dòng)方案布置圖及機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 6.1初定方案圖 6.2對(duì)原方案進(jìn)行修改 6.2.1圖中A部分各齒輪一字排開，對(duì)于一個(gè)箱體來說尺寸有限，修改后將不完全齒輪置于右側(cè)，而齒條相對(duì)位置不變。 6.2.2圖中電動(dòng)機(jī)部分左右尺寸過長，可將電動(dòng)機(jī)及皮帶等的部分垂直紙面向里放置便解決了此問題。 具體看下圖 6.3最終方案圖

15、 參數(shù)： 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：960r/min 皮帶輪1半徑R1=140mm 皮帶輪2半徑R2=280mm 兩個(gè)圓錐齒輪齒數(shù)Z=48 圓柱直齒輪齒數(shù)Z1=Z3=Z4=Z5=Z6=Z7=Z8=Z9=48 Z2=46 凸輪基圓半徑r0=80mm 滾子7半徑Rr=8mm 傳動(dòng)比i=48 輸出齒輪轉(zhuǎn)速n=960/48=20 r/min 凸輪推程角ø1=90° 凸輪遠(yuǎn)休角ø2=90° 不完全齒輪有齒部分角度為180° 凸輪最大壓

16、力角為30°滿足設(shè)計(jì)要求 七、主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)械臂在初始階段受推桿向上的力向上擺動(dòng)，在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)90°后停止上下擺動(dòng)，此間曲柄滑塊機(jī)構(gòu)齒條不動(dòng)；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，因此是推桿處于凸輪的遠(yuǎn)休止角，所以凸輪推桿不動(dòng)，此間不完全齒輪與圓柱直齒輪嚙合，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)工作；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，此時(shí)處于回程角，推桿上升，此間不完全齒輪嚙合，齒條運(yùn)動(dòng)；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，凸輪處于近休止角，推桿不動(dòng)，不完全齒輪嚙合，齒條運(yùn)動(dòng)。并以此循環(huán)。 八、主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析 傳動(dòng)比計(jì)算： 8.1 皮帶傳動(dòng)比:i1=2 8.2 周轉(zhuǎn)輪系

17、傳動(dòng)比計(jì)算:iH1=1-（Z2*Z4）/（Z1*Z3）=1-（46*48）/（48*48）=1/24 i1H=1/ iH1=24 i總= i1* i1H =2*24=48 此時(shí)輸出齒輪轉(zhuǎn)速n=960/48=20 r/min 8.3動(dòng)力分析圖 8.4齒輪嚙合 九、機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 9.1 機(jī)械手 上擺20° 停止 下擺20° 停止 上擺20° 停止 下擺20° 停止 轉(zhuǎn)臺(tái) 停止 水平回轉(zhuǎn)100° 停止 停止 停止 水平反轉(zhuǎn)100° 停止 停止 凸輪連桿轉(zhuǎn)

18、角 90° 180° 270° 360° 90° 180° 270° 360° 9.2機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖 十、設(shè)計(jì)小結(jié) 課程設(shè)計(jì)持續(xù)時(shí)間有一周的時(shí)間其實(shí)還是十分緊張的，在這一段時(shí)間里，我不僅僅掌握了一些機(jī)械原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用技巧，還對(duì)一些應(yīng)用軟件有了相當(dāng)?shù)牧私?。其中，CAD可以精確的描畫出工件的尺寸，Photoshop可以快速的繪制工件的工程簡(jiǎn)圖。當(dāng)然對(duì)于機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是要不斷的改進(jìn)，雖然很枯燥但是不斷的改進(jìn)就是不斷的進(jìn)步，這就是我不斷學(xué)習(xí)的動(dòng)力。在這其中，設(shè)計(jì)和實(shí)際是

19、有差距的，設(shè)計(jì)要考慮實(shí)際這是我的最大感悟。機(jī)構(gòu)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，這些都是最重要也是最難的，經(jīng)過老師的指導(dǎo)和與同組人員的進(jìn)行交流、討論，終于有所收獲，明白了很多。其實(shí)他還能用更多的方法實(shí)現(xiàn)，比如引進(jìn)電子電氣、液壓等，它的綜合性更強(qiáng)。 十一、參考文獻(xiàn) [1] 孫桓 葛文杰 陳作模主編.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2011 [2] 彭文生 李志明 黃華梁主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2008 [3] 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 [4] 王知行,劉延榮.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社,2000 [5]鄒慧君.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).浙江：高等教育出版社，1995