機械原理課程設計——熱鐓機送料機械手

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 機械原理課程設計說明書 ——熱鐓擠送料機械手C 指導老師： 設 計 者： 學 號： 班 級： 目錄 第一章 設計題目及要求 1.1 設計題目簡介................................................................3 1.2 設計數(shù)據(jù)及要求

2、............................................................3 1.3 設計任務與提示............................................................4 第二章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設計 2.1 擺臂方案A的設計.......................................................4 2.2 擺臂方案B的設計.......................................................5

3、2.3 擺臂方案的確定............................................................6 第三章 熱鐓擠送料機械手回轉(zhuǎn)裝置設計 3.1 回轉(zhuǎn)裝置A的設計.......................................................6 3.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設計.......................................................7 3.3 驅(qū)動裝置的選擇.................................................

4、..........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 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 方案的擬定...................................................................9 4.2 最終方案的確定與說明...........

5、...................................10 4.3 方案的計算..................................................................12 第五章 相關(guān)建模過程及仿真....................................................13 第六章 設計總結(jié)........................................................................17 第七章 參考文獻.................

6、.......................................................17 第一章 設計題目及要求 1.1 設計題目簡介 設計二自由度關(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15o，手臂水平回轉(zhuǎn)120o，手臂下擺15o，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)的機械運動設計。如圖1所示。 圖1 1.2 設計數(shù)據(jù)及要求 方案號 最大抓重 kg 手指夾持工件最大直

7、徑 mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 （o） 手臂回轉(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 C 2 25 150 650 18 15 960 1.3 設計任務與提示 1.至少提出可行的兩種運動方案，然后進行方案分析評比，選出一種運動方案進行設計； 2. 設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 3. 圖紙上畫出步進送料機的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 4. 對平面連桿機構(gòu)進行尺度綜合，并進行運動分析；驗證輸出構(gòu)件的軌跡是否滿足設計要求；求出機構(gòu)中輸出件的速度、加速度；畫出機構(gòu)運動

8、線圖。 5.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構(gòu)進行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。 6. 編寫設計計算說明書，其中應包括設計思路、計算及運動模型建立過程以及效果分析等。 7. 在機械基礎實驗室應用機構(gòu)綜合實驗裝置驗證設計方案的可行性。 設計提示 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)，確定設計方案后應計算空間自由度。 3. 此機械手可按閉環(huán)傳動鏈設計。 第二章 熱鐓擠送料機械手擺臂的設計 2.1 擺臂方案

9、A的設計 采用凸輪帶動搖桿的機構(gòu)來實現(xiàn)機械手上下的擺動。其中學要滿足擺桿長為650MM，上下擺動的角度位18度。此種方式設計簡單，能達到相應的設計強度要求。并且在運動過程中出現(xiàn)問題的可能性相對較小。如圖2. 圖2 Solidworks中的實體建模 2.2 機械手上擺手設計方案B 采用凸輪帶動連桿機構(gòu)實現(xiàn)上下運動。通過凸輪帶動桿2，且通過連桿之間的相互作用實現(xiàn)安放在C出的機械手達到預期的運動軌跡及線路。此方案設計相對復雜，但能滿足較高的強度，各桿之間受力相對均衡。如圖3. 圖3 1-凸輪 2-滾子 3-折桿 4 5

10、-連桿 其中在C處安放機械抓手 2.3 擺臂方案的確定 根據(jù)給出的設計要求可以看出，機械手臂的抓舉重量為兩2KG，方案A設計簡單，且能達到強度要求，并且其機構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，安裝也較為容易。方案B機構(gòu)相對較多，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作為機械手上下擺動裝置。 第三章 熱鐓擠送料機械手回轉(zhuǎn)裝置設計 3.1 回轉(zhuǎn)裝置A的設計 采用齒輪進行機械裝置的回轉(zhuǎn).其優(yōu)點為：可傳遞空間任意軸間的運動和動力，即軸可以平行，交叉或交錯；轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，其傳動比恒定，大多數(shù)

11、齒輪的傳動比是常數(shù)；適應范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長；效率高；結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。齒輪傳動缺點： 制造成本高，剛性傳動沒有過載保護作用，振動和噪音等。設計的齒輪傳動如圖4. 圖4 3.2 回轉(zhuǎn)裝置B的設計 曲柄搖桿機構(gòu)進行回轉(zhuǎn) 3.3 驅(qū)動裝置的選擇 選擇電機類型：　電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內(nèi)機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅(qū)動。 3.3.1 常用電動機的結(jié)構(gòu)特征 （1）.Y系列三相異步電動機 該系列電機能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜

12、物浸入電機內(nèi)部，它是我國近年來研制成功的型電動機。 (2). 電磁條速三相異步電動機 名稱：YCD電磁調(diào)速三相異步電動機。有組合式和整體式兩種機構(gòu)，這兩種調(diào)速電動機為防護式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環(huán)等滑動接觸部件。 3.3.2 選定電動機的容量 電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情

13、況決定。 工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： 其中：T——工作機的阻力矩，； n——工作機的轉(zhuǎn)速，； 傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6, 三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. 經(jīng)過綜合考慮決定選用Y132S—4型號電動機（電流A：11.6 轉(zhuǎn)速: 1440r/mm 效率:85.5 功率因數(shù) cos?:0.82 功率:5.5kw）

14、 3.4 回轉(zhuǎn)裝置方案的確定 根據(jù)綜合考慮，通過齒輪傳動的方式進行回轉(zhuǎn)更加適合設計要求。由于齒輪傳動可傳遞空間任意軸間的運動和動力，即軸可以平行，交叉或交錯；轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，其傳動比恒定，大多數(shù)齒輪的傳動比是常數(shù)；適應范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長；效率高。滿足設計要求。因而選擇回轉(zhuǎn)方案A作為機械手回轉(zhuǎn)裝置。 3.5 循環(huán)圖的擬定 根據(jù)設計題目的要求。對機械手的運動過程做了如下的分解。如圖5. 機械手 上擺18° 停止 下擺18° 停止 上擺18° 下擺18° 轉(zhuǎn)臺 停止 水平回轉(zhuǎn)150° 停止 停止 水平反轉(zhuǎn)150° 停止

15、 凸輪連桿轉(zhuǎn)角 150° 180° 330° 360° 150°（第二周） 180° 圖5 第四章 熱鐓擠送料機械手方案的確定與計算 4.1 擬訂的方案 方案a：由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過圓錐齒輪和蝸桿，使凸輪連桿運動，從而完成安裝在連桿末端的抓手上下擺動，上下擺動的夾角為18°；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動，再傳動給兩組不完全齒輪，通過連在轉(zhuǎn)臺上的軸，從而使轉(zhuǎn)臺完成水平150°的回轉(zhuǎn)運動。如圖6。 圖6 1——電動機 2——機械手擺動裝置 3——轉(zhuǎn)臺 4——抓手 5——機械手水平回轉(zhuǎn)裝置

16、 方案b: 由電動機提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過皮帶輪與凸輪的傳動，從而完成機械手的上下擺動，上下擺動的夾角為18°。另一路由圓錐齒輪傳動，帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而使搖桿水平回轉(zhuǎn)150°，而搖桿又通過支柱與轉(zhuǎn)臺相連，從而使整個轉(zhuǎn)臺一起水平回轉(zhuǎn)。如圖7。 圖7 1——電動機 2——機械手擺動裝置 3——抓手 4——轉(zhuǎn)臺 5——機械手水平回轉(zhuǎn)裝置 4.2 最終方案的確定與說明 根據(jù)確定的運動運動路線，可以確定方案B跟適合設計要求，在達到設計要求的同時，其加工難度，加工花費等性價比更高。因而選擇B方案。如圖8、9。 圖8 圖

17、9 4.3 方案的計算 參數(shù)： 電動機的轉(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)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 傳動比計算：w1=2πf=2*3.14*960/60=100rad/s 由w1r1=w2r2 w2=w1*r1/r2=40rad/s 齒輪3對齒輪14的傳動比i1=w3/w14=z1*z14/z3*z5=15*20/20*1=15 W14=w3/

18、15=w2/15=4rad/s 凸輪推程角?1=150° t1=?1/w14= 38s 凸輪遠休角?2=30° t2= ?2/w14=8s 因此不完全齒輪使轉(zhuǎn)臺水平轉(zhuǎn)動的時間間隔為8s。 第五章 相關(guān)建模過程及仿真 solidworks凸輪的建模 在solidworks中進行裝配后的模型圖 Solidworks大齒輪的建模 Solidworks小齒輪建模 Solidworks實體模型導入Admas 機構(gòu)在運行過程中的實圖 機械手臂運動的位移圖 機械手臂運行的速度圖像 機械手臂運行的加速度圖像

19、 第七章 設計總結(jié) 熱敦擠送料機械手的設計不僅能減輕工人們的作業(yè)強度，而且還大大提高了工作效率。在如今強調(diào)效率與質(zhì)量的時代，機械手等產(chǎn)品也廣泛運用在各行各業(yè)之中，為人們的生活水平的提高做出了很大的貢獻。 在設計過程中。在這次設計過程中，我掌握了很多設計知識，學會了幾個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題，機構(gòu)的功能不能完全掌握、傳動性不明確、運動循環(huán)圖不清晰以及機構(gòu)不能完美的連貫起來。這些都是最重要也是最難的。經(jīng)過老師的指導和同學間討論，終于有所收獲，明白了很多。 機械學作為一門傳統(tǒng)的基礎學科，內(nèi)容豐富，涉及面廣。目前，機械學正與電子電氣、液壓等多種學科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。機械學的學習將是一個艱苦但卻值得努力的過程。 第八章 參考文獻 [2]牛鳴岐,王保民,王振甫.機械原理課程設計手冊.重慶:重慶大學出版社,2001 [3]機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編. 機械工程手冊第59篇、沖壓機械化與自動化. 北京：機械工業(yè)出版社，1982 [4]王知行,劉延榮.機械原理.北京:高等教育出版社,2000 專心---專注---專業(yè)