搜索
机械原理课程设计说明书热镦挤送料机械手一、设计题目：热镦挤送料机械手二、工作原理及其工艺动作过程：机械手夹送圆柱形镦料，手指夹料，再通过凸轮或连杆机构使手臂上摆15°，然后手臂水平回转120°，到达指定点手臂下摆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，往复这些运动。三、原始数据及其设计要求：（1）最大抓重1㎏（2）手指夹持工件最大直径15㎜（3）手臂回转角度110（4）手臂回转半径500㎜（5）手臂上下摆动角度15(6)送料频率20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1440转/分四、设计方案提示（1）机械手主要由手臂上下摆动机构、手臂回转机构组成。工件水平或垂直放置，设计时可以不考虑手指夹料的工艺过程。（2）此机械手为空间机构，确定设计方案后应计算空间自由度。(3)此机械手可按闭环传动链设计。五、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。对盘状凸轮要用解析法计算理论轮廓线、实际轮廓线值。绘制从动件运动规律线图及凸轮轮廓线图。（5）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。（8）准备一份不超过五分钟的PPT讲解设计过程。目录前言关键词：热镦机凸轮齿轮机构机械手连杆机构课程设计摘要：机械原理课程设计是使学生较全面的，系统掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生机械运动方案设计，创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。热镦挤送料机械手的设计，充分的展示了机械原理课程理论和实际应用的结合。前言“机械原理”课程的核心内容是研究机械产品概念相关的机构设计和机构系统设计的基础理论和基本方法。机械产品概念设计的最终结果主要是得到机械运动方案（亦可称之为机构系统方案），它体现了机械产品的功能和工作原理。方案设计阶段是机械产品设计最富创造性的阶段，因此机械原理课程对于培养我们学生的创新思维和创新能力至关重要。作为机械原理课程的最要一部分，机械原理设计对于提高机械原理课程学习起到十分重要的作用，使得我们初步掌握如何去创新设计机械产品的手段和能力。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、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教学的一个重要环节。第1章总论及设计要求1.1设计要求热镦挤送料机械手，它是有电动机驱动，通过机械手的动作，夹送圆柱形镦料，往40t镦头机送料。机械手的手臂的上下摆动有凸轮摇杆机构实现，机械手的水平回转有间隙机构实现。具体的动作顺序：手指夹料，手臂上摆15°，手臂水平回转120°，手臂下摆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。热镦挤送机械手能实现最大抓重为2kg，最大直径为25mm的圆柱形镦料。（不考虑机械手抓手的动作）表1.1热镦挤送料机械手技术参数方案号最大抓重手指夹持工件最大直径/mm手臂回转角度/(°)手臂回转半径/mm手臂上下摆动角度/(°)送料频率/(次/min)电动机转速（r/min）A22512068515151450B3301007002010960C115110500152014401.2工作原理以及工艺动作流程图图1.1机械手的外观图1.2.1机械手上下摆动动作的设计：1.2.2机械手水平回转动作的设计：1.2.3机械手齿轮传动动作流程设计：功能执行构件工艺动作执行机构运送原料手臂直线上下左右往返运动曲柄滑块机构圆盘凸轮机构不完全齿轮机构齿轮机构（齿条机构）第2章机械驱动装置选择与设计2.1驱动装置的选择选择电机类型：电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。2.1.1常用电动机的结构特征（1）.Y系列三相异步电动机该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的型电动机。(2).电磁条速三相异步电动机名称：YCD电磁调速三相异步电动机。有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件。2.1.2选定电动机的容量电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。传动装置的总效率组成传动装置的各部分运动副效率之积按推荐的传动比合理范围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6,三级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动范围为40-200.经过上网查阅资料综合考虑决定选用Y132S—4型号电动机2.2传动类型的选择齿轮机构是各种机构应用最为广泛的一种传动机构。它具有传动功率大、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点，所以适宜在此机构之中选择齿轮传动作为主传动系统。第3章主要执行机构方案设计3.1手臂摆动机构的选择设计选择凸轮连杆机构实现机械手的上下摆动：3.2手臂回转机构的选择设计选择不完全齿轮实现间歇运动：图3.1不完全齿轮机构3.3拟定运动循环图机械手的动作顺序：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°运动的大概过程可表示如下表格：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110°4手臂下摆15°5手指放料0°6手臂上摆15°7手臂反向回转110°8手臂下摆15°具体各机构转程运动情况如下：机械手上摆15°停止下摆15°停止上摆15°下摆15°转台停止水平回转110°停止水平回转110°停止停止连杆转角0°60°0°60°0°0°第4章机构的传动比设计选择因为送料频率为20次/min，可以得出一个完整挤送料过程的周期为60/20=3s在一个周期里分为以下几个过程：（1）两次上下摆15°的运动时间（2）两次来回110°的运动时间将运动过程时间分解：机构在回转和上下摆动的所需时间相同，即为3/2=1.5s于是可分解为如下四个时间段及其对应动作：（1）下摆15°t1=0.75s（2）上摆15°送料t2=0.75s（3）水平回转110°送料t3=0.75s（4）下摆15°送料t4=0.75s（5）上摆15°送料t5=0.75s（6）水平回转110°返回t6=0.75s（备注：抓料及放料过程的时间不计）参数：电动机的转速：1440r/min=24r/s热镦挤送料机械手的齿轮传动分为两部分：左边的带动凸轮上下15°摆动；右边为带动连杆滑块机构使得水平回转110°可以实现传动比计算：（1）左边：凸轮周期为0.75sn凸=4/3r/sn电动机=24r/sn电动机/n凸=18：1又18=2*3*3即可设计为一条链中齿数为以下几组：10和20的啮合；10和30的啮合；10和30的啮合（2）右边：曲柄滑块机构周期为0.75s同理可得n电动机/n曲柄=18：1公式完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮不完全齿轮Z1020103030202030Mm=2αα=20。Dd=mz2040206060404060Dada=(z+2ha*)m2242226262424262Dfdf=(z-2ha*-2c*)m1535155555353555Xx0x0x0x0x0x0x0x0备注：（I）左边不完全齿轮在啮合的时候右边的不完全齿轮恰好不啮合；（II）左右两个不完全齿轮参数完全相同；（III）齿条来回（周期）要分成两次来完成2.凸轮的设计由机构系统的运动循环图可制定凸轮的从动件规律。由于该机器的运动速度较慢，动力要求低，故推程与回程选用等加速，等减速运动。基本参数：基圆半径r=90mm，推程h=53.59mm.根据公式s=h【1-cos(π&/﹠0)】/2转角0306090120150s05.15718.65735.34348.84353.59转角180210240270300330s53.5948.43334.93318.2474.7470凸轮的简谐运动速度与加速度规律图:凸轮的速度图：凸轮以匀速运动，运动轨迹大小如图所示，而加速度由于推杆在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆在理论上出现无穷大的加速度和惯性力，加速度图如下图所示ﻉ0306090120150（x，y）（95．5,120）（167．7,99.38）（194.9,2,3）（160，-95.5）（2.3,140.）（99.45，-167.7）180210240270300330(-95.5,-170)(-167.7,-99.45)(-194.98,-2.3)(-170,95.54)(-2.3,150.2)(-99.45,167.7)3、曲柄滑块的设计：因为K=v2/V1=(180.+Q)/(180.-Q)所以可得Q=60.六、主要结构设计ﻉα速度图图加速度图V٧ﻉ七、主要零件及其主要参数公式完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮完全齿轮不完全齿轮Z102010203030152015Mm=2αα=20Dd=mz204020406060304060Dada=(z+2ha*)m224222426262324262Dfdf=(z-2ha*-2c*)m153515355555253555Xx0x0x0x0x0x0x0x0x0凸轮的参数：基圆半径：r=120mm,推杆的行程：h=50mm，推程运动角：ﻉ=30,周期：t=0.75s曲柄摇杆机构：曲柄的长度l=50mm,曲柄圆的半径r=30mm,摇杆长度R=87.2,压力角α=90.77,中心距a=90mm