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-1-目录第1章课程设计的任务..............................................11.1设计任务.......................................................11.1.1设计题目..................................................11.2设计内容......................................................11.3设计技术参数..................................................21.4国内外技术应用和发展现状[2]....................................21.5国内外技术发展趋势............................................3第2章运动分析....................................................32.1参数分析......................................................32.2运动周期计算..................................................3第3章机构功能分解................................................43.1驱动装置选择..................................................43.2机械手上下摆动机构设计及选择..................................53.3机械手臂水平回转机构设计及选择................................63.4传动类型选择..................................................83.5机械手的总体结构方案..........................................9第4章机械手运动执行机构设计计算..................................94.1凸轮连杆机构的设计计算........................................94.2不完全齿轮+连杆+齿轮齿条机构的设计计算.......................124.3机械手整体传动比计算.........................................124.4机械手整体自由度计算.........................................12参考文献个人总结1第1章课程设计的任务1.1设计任务1.1.1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墩头机送料。以方案A为例,它的动作顺序是:手指夹料,手臂上摆15°,手臂水平回转120°,然后下摆15°,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。图1-1为热镦挤送料机械手的外观图。图1-1热镦挤送料机械手1.2设计内容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,绘制运动线图。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。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。25.设计计算齿轮机构。6.编写设计计算证明书。7.学生可进一步完成:凸轮的数控加工、机械手的计算机动态演示验证等。1.3设计技术参数表1-1热镦挤送料机械手技术参数[1]方案号最大抓力/kg手指夹工件最大直径/mm手臂转角度/(°)手臂转半径/mm手臂上下摆动角度/(°)送料频率/(次/min)电动机转速/(r/min)A22512068515151450B3301007002010960C115110500152014401.4国内外技术应用和发展现状[2](1)21世纪是科技高度发达的时代,人们的消费力不断增加。市场对质量可靠性能卓越的产品的需求大量增加,为满足市场需求,各个企业工厂不断建成现代化生产线,通过智能机器人来代替人力去快速高效的生产。各种高效率的机械手可以满足工厂的生产需求,还可以克服恶劣环境完成工作。机械机械手的优势十分明显.机械手作业的准确性和不同环境中完成作业的能力,在国民经济领域有着广泛的发展空间。它不但能代替部分人工操作,还能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸。同时,它还能操作必要的工具进行焊接和装配,它高效不间断地工作在各种复杂环境中,从而极大改善了工人的劳动条件,显著提高了劳动生产率,加快了工业生产机械化和自动化的步伐,所以机械手的研制很有必要。(2)机械手应用范围十分广泛,它常应用与机械制造、电子、冶金、轻重工业中,机械手是工业机器人的一种,它是在工业机器人的基础之上发展起来的。机械手的种类很多,常见的有液压式、电动式、气动式和机械式机械手。我们所设计的机械手为机械式。机械手的主要部件为手部和运动机构,运动机构用来控制的各种动作,使机械手完成上下摆动、左右回转、伸缩、摆动等等运动。手部3是根据所要抓取的物体的形状、材质、大小、重量等因素来设计的。机械手的自由度影响机械手的灵活性、通用性,通常机械手自由度为4-5个,一般的专用的机械手由2-3个自由度。机械手通常用作机床、生产线等工作场合的上下料、换刀等工作。机械手的特点是工作时间长,工作精度高,抗干扰能力强,可以在恶劣环境中工作。1.5国内外技术发展趋势机械手的未来发展方向为代替人工进行长时间重复高精通的工作,同时替代人工在环境恶劣,高温有毒等环境中工作。机械手的模块化同时也是它的发展趋势,通过模块化处理,可以使机械手快速响应,完成不同的工作。随着时间的发展,机械手会变得越来越先进,逐步向智能化、模块化发展。第2章运动分析2.1参数分析按照方案A的设计技术参数来设计,即最大抓力为2kg,手指夹工件最大直径为25mm,手臂转角度为120°,手臂转半径为685mm,手臂上下摆动角度为15°,送料频率为15次/分钟,点转机转速为1450r/min。2.2运动周期计算根据参数可知,机械手送料频率为15次/分钟,电机转速为1450r/min,通过简单计算可知,每周期运动时间为4秒钟,这4s可进行如下分配:机械手手指夹料(0.4s)——机械手手臂上摆15度(0.4s)——机械手手臂水平回转120度(0.8s)——机械手手臂下摆(0.4s)——机械手手指张开放料(0.4s)——机械手手臂上摆15度(0.4s)——机械手手臂水平反转120度(0.8s)——机械手手臂下摆15度(0.4s)。为了更加方便明白表示运动过程,通过运动周期计算绘制了圆形运动循环图2-1,它可以更加直观更形象的描绘出机械手水平运动与上下摆动的运动关系,即在平动时水平停止,在进行上下摆动时水平方向静止,两者互相不干扰。4图2-1圆形运动循环图第3章机构功能分解3.1驱动装置选择课题中所设计的热镦挤送料机械手的工作环境实在工厂中,它的工作电压为380V,频率为50HZ,电机转速为1450r/min,所以选择同步转速为1500r/min。机械手最大抓重2kg,所需功率不大,所以通过查询机械设计手册可以优先选择Y112M-4型号电动机【3】来作为机械手的原动机,完成要求的工作动作。表3-1Y112M-4电动机参数电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩质量/kgY112M-4414402.22.34353.2机械手上下摆动机构设计及选择根据设计总体要求可以知道机械手上下摆动15°,为完成所需要的动作,需要设计机构来驱动机械手实现运动要求,可是实现上下运动的机构很多,有凸轮机构,铰链四杆机构,曲柄滑块机构,螺杆等机构,下面,设计几种方案来完成手臂的上下摆动运动。方案一:凸轮连杆机构凸轮是具有曲线轮廓的构件,它的运动可以通过高副接触传递给从动件,是从动件运动,它的运动状态可以是连续的,也可以是不连续的。因为凸轮具有这样的特点,所以凸轮连杆机构可直接驱动从动件进行上下运动,进而使机械手手臂上下摇动。而凸轮连杆机构具有结构简单、便于计算、成本低廉的优点。但是它也存在缺点,那就是具有一定程度的冲击。考虑到机械手最大抓重为2kg,工作强度不大,冲击也较小,所以该结构可以完成上下摆动动作。下图3-1为凸轮连杆机构的示意图。图3-1凸轮连杆机构的示意图方案二:曲柄滑块+曲柄摇杆机构通过偏心转动带动连杆运动,再由连杆拉动滑块,从而完成从动件的间歇上下摆动。使机械手完成要求的上下摆动15°的要求。该机构结构简单,下图3-2为曲柄滑块+曲柄摇杆机构的简图。6图3-2曲柄滑块+曲柄摇杆机构方案三:圆柱凸轮机构+连杆圆柱凸轮是将移动凸轮卷成圆柱体衍化而来,它是空间运动。通过圆柱凸轮的不断转动,使连杆上下摆动,进而驱动机械手运动。该方案结构较为复杂,圆柱凸轮成本较高,计算较为麻烦。可以完成机械手的上下摆动。下图3-3为圆柱凸轮机构+连杆简图。图3-3圆柱凸轮机构+连杆简图综合分析,方案一更加适合该机械手的上下摆动运动,计算也较为简便,实际加工也不难完成。3.3机械手臂水平回转机构设计及选择手臂的水平回转运动与手臂上下摆动不同时进行,环形运动循环图清晰明了的表述了两种运动的工作时间。手臂水平放下的回转可以通过多种机构完成,如不完全齿轮机构,曲柄摇杆机构,棘轮机构等,通过综合考虑,设计以下几种方案:7方案一:曲柄摇杆机构通过设计曲柄摇杆机构可以按设计要求实现机械手臂的水平回转运动。该机构简单,计算方便,适合运用于低转速的工作环境中,但该机构有个缺点,就是最大摆角时,刚好是机构的死角,机构容易卡死不动。下图3-4为曲柄摇杆机构的简图。图3-4曲柄摇杆机构运动简图方案二:不完全齿轮+齿轮齿条机构[4]经过减速器将动力传动到不完全齿轮处驱动其转动,因为是不完全齿轮,可以通过设计有齿区域占整个齿轮区域的比例来调节改变间歇时间,齿轮转动带动连杆前后移动,拉动齿条移动。通过齿条与齿轮啮合来驱动连杆转动。如图3-4在课题的设计要求中可知要完成机械手水平回转120°,所以不完全齿轮齿数应该是完全齿轮的三分之一。下图3-5为不完全齿轮+齿轮齿条机构。图3-5不完全齿轮+齿轮齿条机构1-齿轮①;2-齿条;3-齿轮②;4-不完全齿轮8方案三:圆柱凸轮+连杆+齿轮齿条机构该方案和方案二类似,只是把不完全齿轮组合换成了圆柱凸轮+连杆,相比之下凸轮的计算和设计更为复杂一点。下图3-6为圆柱凸轮+连杆+齿轮齿条机构简图。图3-6圆柱凸轮+连杆+齿轮齿条机构综合分析,方案二更加合适该机械手的水平回转间歇运动,因为齿轮的组合具有比较好的稳定性。3.4传动类型选择带传动特点:带传动有传送比较平稳,噪声较小,能进行一定的缓冲吸振的优点,但是带传动的承载能力比较低。传递相同的转矩时要比其他机构的尺寸大,通常将带传动放在传动系统的高速级。齿轮传动特点:齿轮传动有着工作可靠,使用寿命长,瞬时传动比为常数,传动效率高等优点,但它的成本也高,在精度低的时候,震动和噪声比较大,不宜用于轴间距大传动。链传动特点:链传动没有滑动并且不需很大的张紧力,作用在轴上的载荷较小,效率高,它的缺点是只能用于平行间的传动,瞬时速度不均匀,工作时有噪声,费用较高。摩擦轮传动特点:摩擦轮优点在于制造简单,在过载时可以发生打滑从而防止机器中重要零件的损坏,可以实现无级变速,但它的缺点也较为明显,那就是传动效率较低,传动比不能保证,而且寿命较低,必须采用压紧装置时才
本文标题:热镦挤送料机械手
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