机械原理多集转动机械

1、机械原理课程设计说 明 书设计题目：热镦挤送料机械手东方科技学院工科系 机械设计制造及其自动化专业3班设计者：廖知航学号：200841914305指导老师：杨文敏2010年6月 6日 为了培养面向 21 世纪知识经济时代的科技人才，国家进行了课 程体制改革， 而机械原理课程设计能够培养机械类专业学生的创 新能力， 今天我们设计的热墩挤送料机械手， 由于机械手能模仿 人手和臂的某些动作功能， 用以按固定程序抓取、 搬运物件或操 作工具的自动操作装置。 它可代替人的繁重劳动以实现生产的机 械化和自动化， 能在有害环境下操作以保护人身安全， 因而广泛 应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2、机械手主 要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部 件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有 多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手 部完成各种转动（摆动） 、移动或复合运动来实现规定的动作， 改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等 独立运动方式， 称为机械手的自由度， 选择何时的自由度作出合 适的机械手以满足生产的要求，简便了工作。目录、总设计要求1、设计题目2、设计任务二、功能分解三、选用的机构四、机构的运动循环图 五、原动件的选择六、传动比的分配七、主要机构介绍1、齿轮设计2、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 3、不完全齿轮

3、机构设计八、设计方案的评价十、参考文献、总设计要求1、设计题目设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形墩料，往40t墩头机送料。以方案A为例，它的动作顺序是： 手指夹料，手臂上摆12度，手臂水平回转120度，于管下摆15 度，手指张开放料；手臂再上摆，水平反转，下摆，同时手指张 开，准备夹料。主要要求完成对手臂上下摆动以及水平回转的机 械运动设计。如下为机械手的外观图和技术参数表.4A5机械手技术参数2、设计任务（1）机械手一般包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。（2）设计传动系统并确定其传动比分配。（3）设计平面连杆机构。对所设计的平面连杆机构进行速度、加速 度分析，绘制运

4、动线图。（4）设计凸轮机构。（5）设计计算齿轮机构。二、功能分解送料机构由2种动作的组合：一、做上下摆动当料被抓紧后，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。二、间歇的回转运动当手臂上摆时，通过锥齿轮和不完全啮合齿轮实现间歇的回转运动三、选用的机构名称作用凸轮机构通过轴的带动用凸轮使手臂实现上下摆动不完全齿轮机构通过不完全啮合齿轮达到间歇的效果圆柱齿轮机构通过齿轮达到减速效果圆锥齿轮机构通过锥齿轮的特点达到改变方向的效果连杆机构通过连杆实现转动五、原动机的选择由发动机转速x可以知道功率为p=3kw。总速比 i总=n电动机/n工作机= 96 （其

5、中 n工作机 为送料频率）。六、传动比的分配电动机转速：960r/min,生产率:次/10min。凸轮完成一次周期的时间:ti=6;机械臂完成一次竖直运动或水平运动的时间：t2=1.5；;与凸轮相连接的主动轴转速:20 r/min ;又因为上带轮减速倍率为 2 倍，下带轮减速倍率为 4 倍，带轮的从动轴转速为 :480 r/min; 上执行机构中的两队减速齿轮的传动比为Xi和X2，则 Xi*x 2=480/20;的出两个传动比分别为 1:4，1:6。七、主 要 机 构 介 绍I、齿轮机构减速齿轮由于原动机的转速较高， nd= r/min ，在此工作机不需要如此 高的转速，我们需要设计减速齿轮降

6、低转速，增大转矩，以实现 工作机的正常稳定工作。数据计算1 、数据计算 工作机（输出轴）的转速计算电机转速 =X 生产率 =y完成一次周期的时间： t1=60/y完成一次上下或平移的时间： t2=t1/4输出轴的转速： 2y r/min 减速齿轮的传动比计算因为带轮的减速为两倍，所以输入轴的转速为 X/2 r/min第一级齿轮减速倍数（传动比）为： x1第二级齿轮减速倍数（传动比）为： x2x1*x2=（x/2）/2y2、渐开线标准减速齿轮传动计算公式名称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m（根据齿轮受力情况和结构需要确疋，选取标准值）压力角a选取标准值分度圆直径dd仁 mzld2=mz2齿顶咼ha

7、ha1=ha2=hai m齿根高hfhf1=hf2=(ha * +c* )m齿全高hh1=h2=(2ha* +c* )m齿顶圆直径dada1= (z1+2ha* )mda2=(z2+2ha )m齿根圆直径dfdf1=(z1-2ha* -2c* )mdf2= (z2-2ha* -2c* ) m基圆直径dbdb1=d1cosadb2=d2cosa齿距Pp= n m基圆齿距Pbpb=pcosa齿厚ss= n m/2齿槽宽ee= n m/2顶隙cc=c* m标准中心距aa=m(z1+z2)/2传动比ii12=w1/w2=z2/z仁d2/d 仁 dh2/dh13、渐开线标准齿轮数据名称代 号参数r H

8、齿 轮12345678模数m22222222齿数z10025150251002525压力角a2020202020202020分度圆直径d20050300502005030050齿顶咼ha22222222齿根高hf2.52.52.52.52.52.52.52.5齿全高h4.54.54.54.54.54.54.54.5齿顶圆直径da20454304542045430454齿根圆 直径df19545295451954529545基圆直 径db187.9346.98281.9046.98187.9346.98281.9046.98齿距P6.286.286.286.286.286.286.286.28基

9、圆齿 距Pb5.905.905.905.905.905.905.905.90齿厚s3.143.143.143.143.143.143.143.14齿槽宽e3.143.143.143.143.143.143.14v顶隙c0.250.250.250.250.250.250.250.25传动比i1:41:61:41:6锥齿轮机构为了能够实现既定运动， 需要进行运动转向才能将电机的 转动变成所需的运动，所以需要用到锥齿轮链接。锥齿轮公式及其参数名称代号计算公式参数分锥角6 =arcta n( z1/z2)45°齿顶咼haha=ha m=m2齿根高hfhf(ha +c )m=1.2m2.4分度

10、圆 直径dd=mz36齿顶圆直径dada=d+2hacoss41.64齿根圆 直径dfdf=d-2hfcos 632.475锥距rr=m Jz12 + z22 /225.46齿根角0ftan 9 f =hf/r© < ? <3 10 49顶锥脚為=6+ 9f48【0 49根锥角6 f = 6 9 f41 4911 ''顶隙cc=c* m0.4分度圆齿厚ss= n m/23.14当量齿 数Zvzv1 =z1/cos3.14齿宽bb"/38模数m视情况自己设定2齿数z视情况自己设定18H、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构| 图 4-12在该凸轮机构中，由

11、凸轮的转动带动推杆 在竖直方向做周期性运动。凸轮运动分为 3个阶段，推程阶段，回程阶段，近休止 阶段。如下图建立Oxy直角坐标系。1、凸轮机构基本尺寸的确定。凸轮基圆半径 r 0的确定，在偏距一定推杆的运动规律已知的条件下，加大基圆半径 ro,可以减小压力角a，从而改善机构的 传力特性， 但如果过大又会使机构的尺寸过于庞大， 故定基圆半 径 r 0=50mm。凸轮滚子推杆滚子半径的选择，用pi表示凸轮工作廓线的曲率半径，用 p 表示理论廓线的曲率半径。所以有p1=p± r 1 ；为了避免发什么失真现象，应该是 p的最小值大于0，即使p>ri；另 一方面滚子的尺寸还受其强度， 结

12、构的限制， 不能太小通常取滚 子半径： r 1=（0.10.5）*r 0。在此，取 r 1=0.2*r 0=10mm。 2、原始数据及分析。已知数据，推程运动结束时的凸轮总转角，di=150°，其中（di-d 0）为推程角；回程运动结束时的凸轮总转角，d2=300°，其中（d2-d i）为回程角；近休止运动结束时的凸轮总转角，d3=360°, 其中（ d3-d 2）为近程休止角；凸轮中心到推杆中心轴线的偏距， e=0；基圆半径，r°=50;从动杆的总行程，h=59;凸轮角速度，=1r/s ;滚子半径，r i=10o待求数据，推动从动杆的位移，s;推动从动

13、杆的速度，v ；推动从动杆的加速度，a ;以凸轮中心为原点竖直和水平方向分 别为x,y轴，建立平面直角坐标系。凸轮轮廓的轨迹x轴坐标点， x ;凸轮轮廓的轨迹y轴坐标点，y° 3、推杆的运动规律及凸轮的轮廓线方程o推程过程:0 v dw 150°a等加速推程阶段:0 v dw 75°推杆从动杆的位移：s=2h 5 2/ 5 o2=2hd2/d 12推杆从动杆的速度:v=4h宀5 / 5 o2=4h w d/d i2推杆从动杆的加速度:a=4h w2/ 5 o2=4hw 2/d i2b等减速推程阶段:75 °v d w 150°推杆从动杆的位移:

14、s=h-2h( 5 o- 5 )7 5 o2=2h(d i-d) 2/d i2推杆从动杆的速度:v=4h w ( 5 o- 5 )/ 5 o?=4h w (d i-d)/d i2推杆从动杆的加速度:a=-4h w2/ 5 o2=-4h w 2/d i2回程过程:i5O °v dw 3OO°a等加速回程阶段:i5O °v dw225°推杆从动杆的位移:s= h-2ho2=h-2hd2/(d 2-d i)推杆从动杆的速度:v=-4h2w 5 / 5 o =-4h wd/(d 2-d i)推杆从动杆的加速度:a=-4h w2/ 5 o2=-4h w 2/(d

15、2-d i)b等减速回程阶段:225 °v dw 3OO°推杆从动杆的位移:s=2h( 5 o- 5 )2/ 5 o22=2h(d2-di-d) 2/(d 2-d i)推杆从动杆的速度:v=-4h w ( 5 o- 5 )/ 5 o22=-4h 3 (d 2-d 1-d)/(d 2-d 1)推杆从动杆的加速度：a=4h 32/ 8 o2=4h® 2/(d 2-d 1)近休止过程：300° v d w 360°推杆从动杆的位移:s=0推杆从动杆的速度:v=0推杆从动杆的加速度:a=0推程过程及其回程过程中凸轮轮廓轨迹i-r isin 6x=xi-

16、r icos 6y=y其中理论轮廓线方程：x=(s °+s)sin 8 +e*cos 8 = (s °+s)sin 8y=(s°+s)cos 8 -e*sin 8 =(s°+s)cos 8其中 s°=(r°2+e2)1/2=r0图中B点处法线n-n斜率：tan 6 =dx/-dy=(dx/d 8 )/(-dy/d8 )=sin 6 /cos 6由上述三式可得：2 2 1/2sin 6 =(dx/d 8 )(dx/d8 ) +(dy/d 8 )2 2 1/2cos 6 =-(dy/d 8 )(dx/d8 ) 2+(dy/d 8 )2凸轮

17、运动与机械臂运动关系如下表所示。推程阶段回程阶段近休止阶段凸轮总转角150o300o360o用时5/85/81/4机械臂运动上摆15°；下摆15°水平静止夹料山、不完全齿轮机构设计1、主要特点。从动轮每转一周停歇的次数，每次停歇时间的长短，每次运动转过的角度，主动轮没赚一周从动轮停歇的次数等，可调幅度 比槽轮机构大得多，设计相对较为灵活。从啮合过程来看，从动轮在每次运动的开始与终止时刻冲击 较大，故不完全齿轮机构的动力学特性较差。可以采取措施，例 如附加顺心线机构以改善力学性能，但增加了机构的复杂程度。 故不完全齿轮机构一般用于低速轻载的场合。2、设计步骤。已知:从动轮每一

18、次转角 书2=120°,停动比k 0.450.55主、从动轮上齿数 zi=Z2=48,模数m=2压力角a =20°,ha2 =11.153、数据列表序 号名称符号计算公式或确定方法数据值1分度圆压力角a标准值（般取20°）20o2从动轮齿 顶咼系数*ha2标准值（一般取1）13一对标准齿轮齿顶圆 的两个焦点间所对从动 轮中心角之半B 2B 2二arcosz2(Z1+Z2)+2(Z2-z"/(Z1+Z2)(Z2+2)16.26 o4从动轮顶圆压力角a a2*a a2=arcosz 2cos a /(z 2+2h©)25.25o5从动轮顶圆齿厚所对

19、 中心角之半9 29 2= n /2z 2-(inv a a2-inv a )0.88o6单齿传动（z=1 ）中 从动轮每次运动所转角度书的齿数kK =Z22 B 2-2 n / Z 2+2 e 2/2 n 计 算结果去掉小数部分后所得的整数37单齿传动（Z1 = 1 ）中 从动轮每次转角8 28 2=2 n k/z 222.5o8从开始啮合时，与主 动轮首齿啮合的从动 轮齿厚中心线与连心 线间夹角2r2=(k-1) n /z 2o7.59主动轮末齿齿顶咼系数* ''haihai* '=zi+(Zi2-2G)1/2/20.5210主动轮首齿齿顶咼系 数*'hai

20、按hai*'w hai*'条件选取0.411主动轮首齿齿圆压力 角a al* ''a ai=arcosz icos a /z i+2 hai o22.4412啮合角a一般为标准中心距安装a = a20o13第一对与第二队齿间 重叠系数££ =zi(tana aitan a )+z 2 (ta n a a2-ta n a )/2 ni.2414主动轮末齿齿顶圆压 力角a a2*''a a2=arccosz 2cos a /z i+2 hai 22.43°15主动轮顶圆齿厚所对 中心角之半e ie i=( n /2z 2

21、)-(inv a ainv a )i.5o16主动轮末齿中心线与 过锁止狐起点下的半 径书1*4 i=arcsin(z 2+2ha2 )sin( 82-r2- e 2)/(zi+2 ha )- e ii2.9o17从动轮每次一转角N=2n / 4必须为整数，按工作要 求确定ii.i4o18从动轮每次转过的齿 数z2 '= 4 Z2/2 n 二乙/Ni619主动轮上两锁弧间的 实际齿数Zizi = z2'-k+ii420主动轮首末两齿中心 线间的夹角EE =2 n (z i -i)/z i97.5i o21从动轮每一次运动的 时间tftf=T( 4 + E + 4 i)/2 n0.338T22从动轮每一次停歇的 时间tdtd=T-tf0.663T23动停比kk = tf / td0.5124从动轮顶圆齿厚为0.5mm时所对中心角入2*入 2=1/(z2+2h