湖南大学机械原理课程设计：机械手

1、HUNAN UNIVERSITY机械原理课程设计说明书设计题目：机械手学生姓名：专业班级：学院名称：指导老师：设计日期：2013.7.3目录1设计任务书22执行机构的选择与比较2 21转角机构2 22上升机构323前进机构43传动机构的选择与比较531普通传动机构532间歇传动机构54原动机的选择65机械系统运动简图76机械系统运动循环图87机械手的机构设计971上升机构972前进机构973夹紧放松机构1074转角机构1075传动机构11参考文献12心得体会131设计任务书设计项目：机械手的设计工作要求：机械手从工件架上抓起工件，然后送人工作台进行加工。机械手完成以下动作（2选1）。（1）水平

2、面内转30度，上升100mm，前进50mm;（2）水平面内转30度，手臂自转90度，前进50mm。机械手的夹持器还有夹紧和放松动作；机械手工作频率：20/min；升降 0.3kw，摆动 0.1kw，伸缩 0.1kw，夹持 0.2kw。2执行机构的选择与比较2.1 实现平面转角功能方案一 实现平面转角的过程：电机带动槽轮1运动，只要槽轮的轮廓控制得好，就能带动从动盘在平面内转动，然后让从动盘进入静止从而使其他过程有时间去完成而不被干扰。机构评价：优点：只要适当设计主动凸轮的轮廓就可使从动轮的动载荷小，无刚性冲击和柔性冲击，利用槽轮机构可以实现平面转角。缺点：由于加工精度要求高，对装配、调整要求严

3、格，难以控制转角和难以实现循环要求结难以确保精度，造价太贵。方案二：实现平面转角的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿轮转动，齿轮通过杆拉动齿条，由齿轮来回往复地带动A杆转动机构评价：优点：同样具有结构简单，传力较小运动灵活，造价低准确地实现转角的要求，可以控制间歇实现循环功能。缺点：磨损较严重，效率较低，齿轮尺寸过大加工难。方案三： 实现平面转角的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿轮转动，杆1再带动杆2从而实现在平面内转动。机构评价：优点：同样具有结构简单，传力较小运动灵活，能实现平面转动只是四杆曲柄摇杆机构运动只有急回运动的要求。缺点：

4、磨损较严重，效率较低，齿轮尺寸过大加工难，只是四杆曲柄摇杆机构运动只有急回运动，循环过程不好控制。 对机构进行比较：只有第二个方案能较好的实现对传动系统的功能要求在平面转动上能准确地控制在30度，制造简单方便。2.2 实现上升100功能要求方案一：实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆从而使凸轮转动，只要凸轮的轮廓设计得合理就能推动上升100mm。机构评价：优点：结构简单，传力较小，运动灵活，能很好的控制上升的高度和间歇配合。缺点：结构简单但不紧凑，凸轮尺寸过大精度不高。 方案二实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆从而使凸轮转动，凸轮通过顶杆推动滑块滑动，从而使工作杆上升100mm。机构评价：优

5、点：结构简单，传力较小，凸轮不用太大就可以达到所需要的高度。缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，寿命不高。方案三：实现上升的过程：皮带轮传动给蜗轮蜗杆从而使不完全齿轮，有间歇地带动完全齿轮转动，齿轮和曲柄固连在一起，曲柄带动滑块滑动，从而使工作杆上升100mm。机构评价：优点：结构简单，不完全齿轮容易获得，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可以在比较大的范围内变化，就可以达到所需要的高度。缺点：效率过低，滑块容易磨损且一旦磨断严重影响上升高度，而且齿轮啮合时冲击力比较大，寿命不高。 对机构进行比较：第一个方案较好，结构简单寿命较长也能够准确地实现上升要求，推杆

6、运动时间与静止时间比较好控制。2.3 实现前进50mm功能要求由于上升功能的机构和前进功能机构一样的，由于上升方案一符合要求，所以前进机构的选择和上升机构一样。3传动机构的选择与比较3.1普通传动1 皮带轮传动机构特点：起到缓冲作用，传动平稳无噪声,能缓冲、吸振;过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用.缺点在于皮带易磨损，寿命不长。2 链传动机构特点：它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力;能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作;和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小;传递效率较高,一般可达0.950.9

7、7;链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象;安装和维修要求较高。3 齿轮传动机构特点：能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;传递的功率和速度范围较大;结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;传动效率高,使用寿命长;齿轮的制造、安装要求较高。4 蜗轮蜗杆传动机构特点：具有反向自锁的功能，而且相比其它传动具有较大的速比，涡轮蜗杆的输入、输出轴不在同一轴线上，甚至不在同一个平面上。自身的缺点，那就是涡轮蜗杆的传动效率不够高，精度也不是很高。传动机构比较：由于电动机处于下方，可保持重心在下，在于齿轮减速器之间安放1皮带轮，这个当然会起到缓冲的作用，效率也挺高的。电机的转速一般都比较大

8、，由于工作循环为3s/次，所以主轴的转速为180r/min，此时就需要很大的传动比了，齿轮传动一般是在6-7倍之间，不能达到传动要求，所以我们选择用蜗轮蜗杆机构，它的传动比一般在2-70倍之间满足我们所需的传动功能。选择1皮带轮，4蜗轮蜗杆。3.2实现工作时间差的传动机构1 棘轮机构机构特点：结构简单，制造方便运动可靠；而且棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大的范围调节。但是做工时有较大的冲击和噪声而且运动精度较差。 2 槽轮机构机构特点：结构简单外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳地间歇地进行转位，但是因传动时存在柔性冲击。 3 凸轮式简谐运动机构 机构特点：只要适当设计出主动凸轮的轮廓，就可使

9、从动盘动载荷小，无刚性冲击和柔性冲击，它具有很高的定位精度，机构紧凑，但是加工精度要求高，造价高。4 不完全齿轮 机构特点：不完全齿轮机构结构简单制造方便工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间比例可以在比较大的范围内变化，但是同时啮合时有较大的冲击。 5 凸轮机构 机构特点：只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速机构简单紧凑。间歇传动机构比较：由于本次传动有较多的间歇运动，运动时间和静止时间要控制得很到位。从造价和工作循环方面，所以选择4 不完全机构和5 凸轮机构。4原动机的选择 功率要求：升降0.3kw，摆动0.1kw，伸缩0.1kw，夹持0.2k

10、w根据传动效率：P1=0.3/0.94/0.7/0.95kw=0.48kw P2=0.1/0.94/0.7/0.96/0.94kw=0.17kw P3=0.1/0.94/0.7/0.95kw=0.16kw P4=0.2/0.94/0.7/0/95kw=0.32kw总功率：P=0.48kw+0.17kw+0.16kw+0.32kw=1.13kw查表，选择电机Y90L-4，功率1.5kw，转速1400r/min,符合要求。传动比： n1/n2=5，n2/n3=1，n3/n4=14，n1/n4=70n1=1400r/min, n2=n3=280r/min,n4=20r/min5机械系统运动简图6机械

11、系统运动循环图时间00-0.5s0.5-1.1s1.1-1.5s1.51.5-1.9s1.9-2.5s2.5-3.0s夹持机构夹紧静止静止静止放松静止静止静止转角机构静止正转30静止静止静止静止静止反转30上升机构静止静止上升100静止静止静止下降100静止前进机构静止静止静止前进50静止后退50静止静止7机械手的机构设计7.1 上升100mm的凸轮尺寸设计实际尺寸和图上的比例为3:15055.561.166.672.277.883.377.872.266.661.155.5507.2 前进50mm的凸轮尺寸设计实际尺寸和图上的比例为2:13541.2547.553.756053.7547.5

12、41.5357.3 实现机械手夹紧放松功能凸轮1和凸轮2的轮廓除了在线头所指出不同外其他都是一样的，通过局部轮廓的不同使手轴与手架产生距离差，从而实现夹持动作。循环开始的时候，机械手松开放入工件。之后机械手一直夹紧，当转到终点的时候，机械手又张开放下工件，接着又一直夹紧。7.4 实现平面转角的功能压力角，模数不完全齿轮1，齿轮2， 齿条齿轮4，蜗杆的头数齿轮6，7.5 传动机构尺寸设计轮1的直径 轮2的直径 轮1和轮2传动比为5涡轮头数 齿轮4的齿数，蜗轮蜗杆的传动比 参考文献：1孙桓.机械原理.北京：高等教育出版社.2006 心得 其实刚开始的时候呢总感觉挺简单，后来做的时候总会出现很多问题

13、。第一节课我就看到一个比较简单的平面的只是实现上升前进的功能的例子。这时我就在想空间的复杂结构也可以通过多平面的运动就变成了空间运动，所以我就选择了最后一个机械手。原计划三天内搞定，第一天想的方案是需要四个原动件，但是老师说只能用一个发动机带动。接着我们面对的就是一个较难的组合传动机构。我们面对的第一个难题是怎么使机械手有间歇的转角30度！上升100前进60，间歇运动可以通过不完整齿轮槽轮来实现，此时问题又出来了槽轮很难控制转角30，不完整齿轮要连接那些机构才能实现有间歇的转角30等经过五天的奋战，我们的机械原理课程设计终于完成了，虽然还不知道结果，但我觉得过程才是最有意义的。在这次课程设计中

14、我学到得不仅是专业的知识，还有如何与他人进行合作。一开始我是独自设计的，但发现有很多问题并不是一个人能解决，而且工作量太大，所以后来与另一位同学进行了合作。我发现这里面有个道理，任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成，一个人的能力必定有限，它必然是团队所有成员智慧与汗水的结晶，这恐怕也是社会活动的缘由吧。设计刚开始时，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，有些手忙脚乱，不知从何入手。然后再老师的指导下，和同学们交流讨论，渐渐地就上手了。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，每天早起晚睡，到处查资料，你想抄袭或者胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为你的每一个数据都要从机械设

15、计书上或者机械设计手册上找到出处。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，为我真正走进社会奠定了基础。同时，在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识

16、，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解，最终解决问题。 心得五天的奋斗，机械手终于做出来了！回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多。从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所

17、学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对之前所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学