机械原理课程设计-----热镦挤送料机械手的设计

1、机械原理课程设计- 23 - 机械原理课程设计设计说明书设计题目：热镦挤送料机械手的设计起止日期： 2008 年 6 月 18日 至 2008 年 6月 23日学生姓名班级机设0xx班学号064051xxxxx成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）年 月 目录设计任务书.31 工作原理和工艺动作分解52 工艺动作和协调要求拟定运动循环图63 执行机构选型64 方案评价75 动系统的速比和变速机构96 机构运动简图97 机构组合128各个构件的动作顺序129.凸轮设计139.参考资料2210.设计总结22课程设计任务书2007 2008 学年第2 学期 机械工程学院 学院（系、部） 机械设计 专

2、业 机设062 班级课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 热镦挤送料机械手的设计 完成期限：自 2008 年 6 月 18至 6 月 23日共 1 周内容及任务一、设计的主要技术参数手指夹料手臂上摆15°手臂回转120°手臂下摆15°手指松开手臂上摆15°手臂反转120°手臂下摆15°设计参数是：最大抓重: 1kg;手指夹持工件最大直径:25mm; 手臂回转角度:110（º）; 手臂回转半径:500mm; 手臂上下摆动角度:15（º）; 送料频率次/min:20; 电动机转速r/min: 1440二、设计任务根

3、据工艺动作和协调要求拟定运动循环图、执行机构选型、机械运动方案的选择和评定，机构运动简图、各运动机构的尺度设计三、设计工作量要求绘出机构运动简图并且标出尺寸；写出设计说明书1份进度安排起止日期工作内容6月18日构想设计方案6月19日计算设计所要参数6月20日开始做运动协调循环图主要参考资料机械原理教材和课程设计指导书。指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日1. 工作原理和工艺动作分解（1）夹料机构：靠平面连杆机构做间歇的直线往复运动。运动循环图如下：（2）送料机构：送料机构由2种动作的组合，一是间歇的回转运动，二是做上下摆动。运动循环图如下：（3）夹料机构：通过凸

4、轮对手臂上平面连杆机构的控制来调整手指间的间隙从而达到对物料的夹紧和松开。运动循环图如下：（4）送料机构：当料被抓紧后，通过凸轮对连杆一端的位置的改变进行对杆的摆角进行调整，从而实现对物料的拿起和放下的动作。手臂的回转通过回转机构进行实现。(5)转动送料机构：通过来回的回转110度，这到运动的目的，同时又要注意满足机构动作的相互配合。此机构运动循环图如下：2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。其整体运动循环图如下：3 执行机构选型2. 表3.2 机构选用表功能执行构件工艺动作执行机构设计矩阵夹料机构手指直线

5、往复运动凸轮机构A1摆动机构手臂上下摆动凸轮机构A2回转机构手臂回转齿轮机构A3夹料机构与摆动机构：根据动作要求，由表2.1设计实例库A3、A1=a31,a41,a42,a11，a51，由于机构要具有停歇功能，且要进行运动变换，故选择直动从动件盘形凸轮。送料机构2：由表2.1设计实例库A2=a14,a24,a34,a44,a54,由工艺动作可得，该机构选用齿轮机构a14。3方案评价方案一：图3.3 传动方案一方案二：图3.4 传动方案二方案一：该机器依靠两盘状凸轮及连杆机构实现手指的张合与手臂的上下摆动。而圆柱凸轮的旋转带动链轮回转从而实现手臂的回转。这种虽然方案简单易行，但结构较大，链传动是

6、挠性的拉拽，难于定位；而且链条及链轮布置在水平面内，链条不宜过长。定位精度不能保证，故不宜采用此方案。方案二：该方案在手指的动作和手臂的仰俯方面与方案一采取同种设计，在手臂的回转上采用了不同机构，它通过轴上的圆柱形凸轮12来带动齿条13的运动，通过齿条来实现齿轮6和7的运动从而完成手臂的回转。此方案结构简单，各运动部件之间的运动都易于实现，不会出现干涉现象。由于传动链较短，累积误差也不会太大，从而可以满足由此可知,因此机械的原动件数只为1,可知其由自由度为1,但空间其存在上下,回转两个空间内的运动,故其空间自由度为2.5机械传动系统的速比和变速机构已知电动机的转速为1440r/min，送料频率

7、为20次/min即I总=1440/20=72；Iab=Zb/Za=na/nb=11/30;其中Za=60;Zb=22;Da=150mm;Db=55mm;m=2.5;=20度；Zb=Zc;Rb=Rc;Ibc=1;三级齿轮减速机构;m=1;Dd=60mm;De=40mm; =20度；Ze=40;Ide=2/3;Zd=60;带轮减速机构：l144mm;Rm30m; 齿轮减速二级机构：Ino=1/10;Zn=100;Zo=10;一级齿轮减速机构：Ihe=3/2;Zh=40;Ze=60;6机构运动简图ABCDEFGHIJKLMNOP110度回转大齿轮与110度齿轮啮合的齿轮与B是同轴齿轮齿条圆柱凸轮与圆

8、柱凸轮同轴的齿轮与F啮合的齿轮与G是同轴和齿轮，且其参数都相等。与H啮合的减速齿轮机械手物指凸轮机械手手臂凸轮皮带盘与L共带的皮带盘与M共轴齿轮与电动机主轴相连的齿轮电动机7机构组合A3A1A2机构组合图8机械手的动作顺序：手指夹料手臂上摆15°手臂回转110°手臂下摆15°手指松开手臂上摆15°手臂反转110°手臂下摆15°机械手工作的频率为20次/min，T=3s。轴转一次要完成一个循环，转角分配如表3.3所示:表3.3 转角分配表动作序号动作名称转角1手指夹料30°2手臂上摆15°3手臂回转120°

9、110°4手臂下摆15°5手指放料30°6手臂上摆15°7手臂反向回转120°110°8手臂下摆15°动作关系如下表所示：机构执行件工 艺 动 作A1手指夹 紧松 开A2手臂上 摆下 摆上 摆下 摆A3转臂正 转反 转9凸轮设计67根据已知的运动规律及凸轮基本尺寸，用解析法设计尖底直动从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线，并用计算机校核凸轮运动的位移，速度，加速度。1、平底从动件盘形凸轮机构凸轮的实际轮廓曲线是反转后一系列平底所构成的直线族的包络线。基圆半径rO和从动件运动规律SS(A)均已给定。(其中A为凸轮转过的角度)以凸轮

10、回转中心为原点，从动件推程运动方向为x轴正向建立右手直角坐标系。通过计算得凸轮实际轮廓曲线的直角坐标参数方程：X=(rO+s)Cos(A)-(dsdA)sin(A)Y=(rO+s)sin(A)+(dsdA)Cos(A)rO基圆半径s=s(A)A凸轮转过的角度dsdA表示对S=S(A)求导。2、凸轮的运动规律为简谐运动推程(O<=A<=q1)s=h2*(1-COS(*Aq1)V=h*(2*q1)*sin(*Aq1)a=h*()*()(2*ql*q1)*COS(*Aq1)回程(ql+q2<=A<=ql+q2+q3)s=h2*(1+COS(q3*(A-ql-q2)V=-(h*

11、)(2*q3)*sin(q3)*(A-ql-q2)；a=-h*(*)*(*)(2*q3*q3)*Cos(q3*(A-ql-q2)式中：(凸轮转速)，ql或(推程运动角)，q2或s (远休止角)，q3或1 (回程运动角)，q4或s1 (近休止角)，A(凸轮旋转的角度)，h(行程)由上述公式可以确定平底从动件盘形凸轮机构凸轮的基本尺寸如下：手指凸轮的参数：A=/6；s=132度；1=/6；s1=168度； h=19.25mm;手臂凸轮的参数：A=/4；s1=/3；1=/4；1=/6；=45度；s2=60度；1=45度； 2=30度；h=10mm; 圆柱凸轮是一种实现往复动动的机构，将共展开成平面后

12、便顾为移动凸轮，因此可以用平面的设计来绘制其展开轮廓曲线。 设已知平均圆柱凸轮半径为Rm,从动件长度L，滚子半径Rt,从动件运动规律=（）及其回转方向，其展开轮廓曲线可以近似绘制出来如下凸轮设计。1) 手指凸轮设计：由连杆机构（如图3.5所示）可计算出凸轮尺寸。杆AC=180mm，AB=80mm，ED=150mm。此凸轮为摆动从动件盘状凸轮。基圆半径r=65mm，摆杆为50mm。图3.5 手指连杆机构其运动的速度与加速度运动循环图取基圆半径r=74.25， 机械手手指凸轮数据表转角15度30度60度147度162度360度位移Smm9625192519259625000000速度V/mm/s6

13、044500000060445000000加速度a mm/s*s51298000000-512。98000000X坐标mm5644344137312967709774625Y坐标mm77703731646310051931000由作图法和计算结果得到凸轮如图3.6所示:图3.6 手指凸轮由于其是对心设计的凸轮最大压力角发生在推程或回程阶段，其分析图如下：其压力角为max=33度；最小曲率半径就基圆半径为65mm.2) 手臂凸轮设计：由连杆机构（如图3.7所示）可计算出凸轮尺寸。杆AC=684mm，AB=580mm，ED=150mm。此凸轮为摆动从动件盘状凸轮。基圆半径r=65mm，摆杆为50m

14、m。图3.7 手臂连杆机构其运动的速度与加速度运动循环图取基圆半径r=65mm，机械手手臂凸轮数据表 转角30度60度150度210度250度315度位移Smm0000955250000413500速度Vmm/s0001812618126181261967000加速度a/mm/s*s000837283728372290816746X坐标mm643036775749592422935604Y坐标mm3712556072268214366925604由作图法得到手臂凸轮如图3.8所示:图3.8 手臂凸轮同理其最大压力角为63度，最小曲率半径为74.25mm.3）圆柱形凸轮设计：XD=2*3.14*

15、60=376.8mm；升程h=143.92mm；圆柱半径rP=60mm；由分析可得其动动分布图：其中1-相当于平面凸轮的近休止角的一部分；2相当于平面凸轮的推程角；3相当于其远休止角；4相当于其回程角；5也相当于近休止角的一部分。由作图法得到圆柱凸轮如图3.9所示：图3.9 圆柱凸轮11.参考资料（1） 东南大学学科组编写的机械原理教材（2） <<原理课程设计指导书>>（3） 机械原理与机械设计（上下册）电子书免费下载(金属资料)-电子书收藏之家（4） 清华大学<<机械原理学习指导>>（5） 两种少自由度空间并联机构的运动学分析12设计总结首先，对要设计的机构所能完成的任务和设计目的，这样才能清楚的知道需要什么样的机构配合才能完成。接着对想出的各个方案进行综合比较，选出最优最经济最简单的作为目标进行更进一步的分析。比如我做的机械手，其中能完成相同动作的机构很多，但因