热镦挤送料机械手设计

1、江西农业大学机械原理课程设计说明书设计题目 热镦挤送料机械手 工学院 系（学院） 机械设计制造及其自动化 专业 082 班设计者 刘燕梅指导教师 林金龙2010年12月28日目录一、总设计要求11.1、设计题目21.2、设计基本数据31.3、设计任务4二、机械手执行机构和传动机构的方案设计与评价52.1、执行机构的方案设计与评价 62.2、传动机构的方案设计与评价 7三、机械手的工艺动作流程及时间分配8四、功能分解9五、机构选用105.1、原动力的选择115.2、执行机构的选择125.3、总传动比及传动比的分配13六、主要机构的设计146.1、圆筒凸轮+连杆机构156.2、齿轮齿条机构166.

2、3、曲柄滑块机构176.4、不完全齿轮机构18七、主要零件及其主要参数19八、总体评价20九、结束语21十、参考文件22前言 进入21世纪以来，市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。机械产品设计中，首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。这要求设计者综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法及其在系统中的作用等知识，根据使用要求和功能分析，选择合理的工艺动作过程，选用或创新机构型式并巧妙地组合新的机械运动方案，从而设计出机构简单、制造

3、方便、性能优良、工作可靠、实用性强的机械产品。 在全球化的知识经济时代，人类将更多地依靠知识创新、技术创新及知识和技术的创新应用，来赢得市场竞争力和产品生命力。设计中的创新需要丰富的创新性思维，没有创新性的构思，就没有产品的创新，而机械产品的创新是机械系统的运动方案设计。 机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机械运动方案设计等，使学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及设计资料查询等诸多方面的独立工作能力进行的训练，培养理论与实际相结合、

4、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发的创新能力。 因此 , 机械原理课程设计在机械学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用. 培养和提高学生的创新思维能力是高等教育改革的一项重要任务。机械原理是机械类专业必修的一门重要的技术基础课，它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科，特别是机械原理课程中关于机械运动方案的设计是机械工程设计中最具有创造性的内容，对培养学生的创新设计能力起着十分重要的作用。机械原理课程设计是机械原理学的一个重要环节。一、总 设 计 要 求1.1、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

5、送料。它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆15度，手臂水平回转120度，然后下摆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. 1.2设计基本数据 （1）最大抓重 2（2）手指夹持工件最大直径 25（3）手臂回转角度 120·（4）手臂回转半径 685（5）手臂上下摆动角度 15·(6) 送料频率 15次/分（7）工作阻力很小。要求选用的机构简单、轻便、运动灵活可靠。（8）电动机转速 1450转/分 最大抓重/kg手指夹持公件最大直径/mm手臂回转角度/（。）手

6、臂回转半径/mm手臂上下摆动角度/（。）送料频率/（次/min）电动机转速/（r/min）22512068515151450 1.3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，绘制运动图线。（4） 设计凸轮机构。按各凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用解析法计算出理论廓线，实际廓线，实际廓线值，绘制从动件运动规律线图及凸轮廓线图。（5） 设计计算齿轮机构。（6） 编写设计计算证明书。（7） 进一部完成凸轮的数控

7、加工，机械手的计算机动态演示验证等。二 、机械手执行机构和传动机构的方案设计与评价2.1、执行机构的方案设计与评价 ( 1 ) 执行机构一: 机械手手臂上下摆动机构 方案一: 图a 盘形凸轮 + 摇杆机构 方案二： 图b 不完全齿轮 + 曲柄摇杆机构 方案三： 图d 圆筒凸轮 + 连杆机构 ( 2 ) 执行机构二: 机械手水平回转机方案一: 图a 盘形凸轮 + 摇杆机构 方案二： 图b 不完全齿轮 + 曲柄摇杆机构 方案三： 图 c 不完全齿轮 + 曲柄滑块 + 齿轮齿条 （3）对执行机构一备选方案的评价与选择 凸轮与从动件之间为点或线接触，物料抓重太重的话，易使凸轮变得笨重，磨损快，且行程越

8、长，凸轮轮廓加工越困难，所以方案一首先被淘汰掉；方案二机构较多，较繁琐，所以也被淘汰掉；方案三中圆筒凸轮结构简单、紧凑，所能承受的力也比盘形凸轮要大，所以执行机构一选择方案三最佳。 （4）对执行机构二备选方案的评价与选择 方案一和方案二与执行机构一中的前两种方案一样；因为机械手水平回转角度较大，为120°，所以选用齿轮齿条机构来完成比较容易做到；因此选择方案三最好。 图a 盘形凸轮 + 摇杆机构 图b 不完全齿轮 + 曲柄摇杆机构 图c 不完全齿轮 + 曲柄滑块 + 齿轮齿条机构 图d 圆筒凸轮 + 连杆机构2.2、传动机构的方案设计与评价 ( 1 ) 传动机构的方案种类: 方案一:

9、 图e 蜗轮蜗杆传动 方案二： 图f 链轮传动 方案三： 图g V带传动 （2）方案评价与选择 方案一中，虽然蜗轮蜗杆传动机构体积小、结构紧凑、传动比大、运转平稳，但其对制造和安装精度要求较高，同时摩擦力大、发热大，而且蜗杆传动在啮合处有相对滑动；当滑动速度很大、工作条件不够良好时，会产生严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低；同时为了散热和减小磨损，需贵重抗磨材料和良好的润滑装置，故成本较高，另外，蜗杆的轴向力较大。方案二中，链轮传动也存在较大的摩擦与磨损。方案三中，带轮传动结构简单、传动平稳、可缓冲、吸振，造价低廉、成本低。根据以上的分析比较，再结合要

10、求的工作条件可以得到，选用带轮传动最佳。 图e 蜗轮蜗杆传动 图f 链轮传动 图g V带传动 三、机械手的工艺动作流程及时间分配送料频率为15次min,即每次4s;这4s可进行如下分配：手指夹料(0.2s)手臂上摆15°(0.4s)手臂回转120°(1.0s)手臂下摆15°(0.4s)手指松开(0.2s)手臂上摆15°(0.4s)手臂反转120°(1.0s)手臂下摆15°(0.4s)动作序号动作名称转角1手指夹料0°2手臂上摆15°3手臂回转120°120°4手臂下摆15°5手指放料0

11、°6手臂上摆15°7手臂反向回转120°120°8手臂下摆15°四、功能分解4.1、热镦挤送料机械手的机构选型功能执行构件工艺动作执行机构抓料手指夹紧机械手运送原料手臂直线上下左右往返运动曲柄滑块机构圆筒凸轮连杆机构不完全齿轮机构齿轮机构齿条机构五、机构选用5.1、原动力的选择根据机械手所搬运物品满足的动力，选择小额功率电动机，作为原动力。5.2、执行机构的选择（1）机械手上下摆动机构选用 圆筒凸轮+连杆机构（2）机械手水平回转机构选用 不完全齿轮+曲柄滑块+齿轮齿条机构5.3、总传动比及传动比的分配已知电动机的转速为1450r/min，送料频

12、率为15次/min即i总=1450/15=96.67i1=i总=n电/n11=96.67=1.5 x2x2x2x2x2x2i1=i带x(Z2/Z1) x(Z4'/Z3 )x(Z6'/Z5')x(Z8'/Z7')x(Z10'/Z9')x(Z12'/Z11')i2=½i1=n电/n10=48.33=1.51x2x2x2x2x2i2=i带x(Z2/Z1) x(Z4/Z3 )x(Z6/Z5)x(Z8/Z7)x(Z10/Z9)齿轮1和齿轮2为直齿锥齿轮,其当量齿数分别为Z1 =18,Z2=36;齿轮11'为不完全齿

13、轮,(仅半圆周有齿), Z11'=18其余均为标准直齿圆柱齿轮,标准压力角=20°,取模数m=1,齿顶高系数h*=1,顶隙系数c*= 0.25;Z3 =Z5 =Z7 =Z9 =Z5' =Zz7' =Z9'= Z12'=18Z4 =Z6 =Z8 =Z10 =Z4' =Z6'= Z8' =Z10'=36图h 机械手运动循坏总图六、主要机构设计6.1、圆筒凸轮连杆机构 图6.1对机构进行自由度计算, n=4 ,pl= 5 , ph=1,所以F=3n-2pl-ph=3x4-2x5-1=1 参照图h,轴E、G、H、J、K沿

14、x方向共线安装，由此可得LEK=m2(Z3+ Z4)+ m2(Z5+ Z6) + m2(Z7+ Z8) + m2(Z9+ Z10) = m2(Z3+ Z4+ Z5+ Z6+ Z7+ Z8+ Z9+ Z10)= 12(18+ 36+18+ 36+18+ 36+18+ 36)= 108mm (h2)LEK =h=2LEK x=2x108x0.1305=28.2mm 所以凸轮行程为28.2mm,完成一次送料所需时间为t=60s15=4s,而凸轮转2周，所以凸轮转一周需2s,据此可画出滚子的运动位移图，即圆筒凸轮轮廓。如下所示：6.2、齿轮齿条机构 图6.2l 齿轮11的齿数为Z11=48，则其分度圆

15、直径为d11=m Z11 =48mm<36x2=72mm,则齿条移动的距离L=（120°360°）x2 x(482)=16 =50.24mm齿条长度应大于50.24mm,所以齿条长可取80mm6.3、曲柄滑块机构 图6.3 参照图h计算可得轴E、轴F沿x坐标轴方向的距离为 L1= m2(Z3+ Z4)+ m2(Z9+ Z10) - m2(Z11+ Z12) = 12（18+36+18+36-18-18）=36mm 同样参照图h计算可得轴E、轴F沿y坐标轴方向的距离为 L2= m2(Z5+ Z6)+ m2(Z7+ Z8) =12(36+18)+ 12(36+18) =5

16、4mm 设曲柄AB的长为a，连杆BC的长为b，齿条移动到最上、最下的位置分别 是AB1C1和AB2C2；因为它是一个对心曲柄滑块机构，所以 LAC1=b+a, LAC2=b-a,则齿条移动的距离L= LAC1-LAC2=2a，而前面已求得 L=50.24mm,所以a=25.12mmL2-d112=54mm-24mm=30mm,且aL1=36mm， 所以曲柄不会与齿轮11相碰； 要保证在AB2C2位置时齿条不会与曲柄相碰撞，必须使得LAC2a,即b-aa，由此可得b2a=50.24m，可取b=60mm.6.4、不完全齿轮机构 图6.4上图分别为齿轮12（左齿轮）与齿轮11（右齿轮），其中齿轮11

17、为不完全齿轮，即一个半齿齿轮，Z12=18，所以d12=m xZ12=18mm, d11=18mm,七、主要零件及其主要参数标准压力角=20°,取模数m=1,齿顶高系数h=1,顶隙系数c= 0.25名称符号公式完全齿轮完全齿轮完全齿轮不完全齿轮2 ，4， 6 ，8， 104，6，8，10111 ，3，5 ，7， 95，7，9，1211齿数Z3648189分度圆直径dd=mz36481818齿顶高hh= h* x m1111齿跟高hfhf=( h*+c*)m1.251.251.251.25齿全高hh=h+hf2.252.252.252.25齿顶圆直径dd= d+2h38502020齿齿

18、根圆直径高dfdf= d-2hf33.545.515.515.5八、总体评价该机器依靠凸轮和连杆机构来实现机械手臂的间隙上下摆动。而在实现手臂的间隙回转的动作上，运用了不完全齿轮和齿轮齿条以及连杆的配合来完成。并且通过增加传动齿轮的数量和改变传动比的方式来使最后运动到达指定要求。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。九、结束语 紧张的课程设计顺利结束了。在这次设计过程中，我掌握了很多设计知识，学会了几个软件的使用并有所提高。发现有些东西非常有用，比如AutoCAD、画板的使用。但是也碰到了很多问题，机构的功能不能完全掌握、传动性不明确、运动循环图不清晰以及机构不能完美的连