課程設(shè)計--熱鐓擠送料機(jī)械手

1、<p><b>　　課程設(shè)計成果說明書</b></p><p>　　題 目： 熱鐓擠送料機(jī)械手設(shè)計 </p><p>　　2012年6月 19 日</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目 熱鐓擠送料機(jī)械手 </p><

2、p>　　設(shè)計二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手，由電動機(jī)驅(qū)動，夾送圓柱形墩料，往40t墩頭機(jī)送料。以方案A為例，它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺，手臂水平回轉(zhuǎn)，于管下擺，手指張開放料;手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺，同時手指張開，準(zhǔn)備夾料。主要要求完成對手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動設(shè)計。圖1為機(jī)械手的外觀圖，技術(shù)參數(shù)見表。</p><p><b>　　圖1機(jī)械手的外觀圖</b><

3、/p><p>　　表1 熱敷擠送料機(jī)械手技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　（1）機(jī)械手一般包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?）設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。</p><p>　?。?）設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)。對所設(shè)計的平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度

4、、加速度分析，繪制運(yùn)動線圖。</p><p>　?。?）設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律，確定基圓半徑，校核計最大壓力角和最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用解析法計算出理論廓線、實(shí)際廓線值。繪制從動件運(yùn)動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。</p><p>　?。?）設(shè)計計算齒輪機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）編寫設(shè)計計算說明書。</p><

5、p>　?。?）可進(jìn)一步完成凸輪的數(shù)控加上、機(jī)械手的計算機(jī)動態(tài)演示驗(yàn)證等</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)3</b></p><p>　　第1章 總論及設(shè)計要求5</p><p>　　1.1 設(shè)計要求5</p><p>

6、<b>　　1.2功能分解6</b></p><p>　　1.3機(jī)械手上下擺動動作的設(shè)計：6</p><p>　　1.4機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)動作的設(shè)計:7</p><p>　　1.5熱鐓擠送料機(jī)械手工藝動作流程8</p><p>　　第2章 機(jī)械驅(qū)動裝置選擇與設(shè)計8</p><p>　　2.

7、1 驅(qū)動裝置的選擇8</p><p>　　2.1.1 常用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征8</p><p>　　2.1.2 選定電動機(jī)的容量8</p><p>　　2.2 傳動類型的選擇9</p><p>　　第3章 主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計10</p><p>　　3.1手臂擺動機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計10</

8、p><p>　　3.2手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計10</p><p>　　3.3形態(tài)學(xué)矩陣10</p><p>　　3.4擬定運(yùn)動循環(huán)圖11</p><p>　　3.5機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖11</p><p>　　第4章 機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計方案制訂12</p><p>　　4.1擬訂的方案

9、12</p><p>　　第5章 系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)處理及方案選擇14</p><p>　　5.1對方案a數(shù)據(jù)處理14</p><p>　　5.2對方案b數(shù)據(jù)處理15</p><p>　　5.3方案的選擇15</p><p>　　第6章 方案的評價15</p><p>　　6.1方案評

10、價表A15</p><p>　　6.2方案評價表B：17</p><p><b>　　結(jié)束語17</b></p><p>　　摘要 機(jī)械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面的，系統(tǒng)掌握和深化機(jī)械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機(jī)對工程實(shí)際中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計能力的一門課程。熱鐓擠送料機(jī)械手

11、的設(shè)計，充分的展示了機(jī)械原理課程理論和實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。</p><p>　　關(guān)鍵詞 機(jī)械原理 課程設(shè)計 機(jī)械手 熱鐓機(jī) </p><p><b>　　總論及設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計二自由度關(guān)節(jié)式熱鐓擠送料機(jī)械手，由電動機(jī)

12、驅(qū)動，夾送圓柱形鐓料，往40噸鐓頭機(jī)送料。以方案A為例，它的動作順序是：手指夾料，手臂上擺15º，手臂水平回轉(zhuǎn)120º，手臂下擺15º，手指張開放料。手臂再上擺，水平反轉(zhuǎn)，下擺，同時手指張開，準(zhǔn)備夾料。主要要求完成手臂上下擺動以及水平回轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動設(shè)計。圖3.1為機(jī)械手的外觀圖。技術(shù)參數(shù)見表11。</p><p>　　表1.1 熱鐓擠送料機(jī)械手技術(shù)參數(shù)</p><

13、p><b>　　1.2功能分解</b></p><p>　　夾料機(jī)構(gòu)：靠平面連桿機(jī)構(gòu)做間歇的直線往復(fù)運(yùn)動</p><p>　　送料機(jī)構(gòu)：送料機(jī)構(gòu)由2種動作的組合，一是間歇的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，二是做上下擺動。</p><p>　　夾料機(jī)構(gòu)：通過凸輪對手臂上平面連桿機(jī)構(gòu)的控制來調(diào)整手指間的間隙從而達(dá)到對物料的夾緊和松開。</p><

14、;p>　　送料機(jī)構(gòu)：當(dāng)料被抓緊后，通過凸輪對連桿一端的位置的改變進(jìn)行對桿的擺角進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對物料的拿起和放下的動作。手臂的回轉(zhuǎn)通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　選用機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　表1.2 機(jī)構(gòu)選用表</p><p>　　1.3機(jī)械手上下擺動動作的設(shè)計：</p><p>　

15、　機(jī)械手上下擺動方案a：</p><p>　　機(jī)械手上下擺動方案b：</p><p>　　1.4機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)動作的設(shè)計:</p><p>　　機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)方案a：</p><p>　　機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)方案b：</p><p>　　1.5熱鐓擠送料機(jī)械手工藝動作流程</p><p>　　第2章

16、 機(jī)械驅(qū)動裝置選擇與設(shè)計</p><p>　　2.1 驅(qū)動裝置的選擇</p><p>　　選擇電機(jī)類型：　電動機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動和動力的來源，其種類很多，有電動機(jī)、內(nèi)機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、氣輪機(jī)、液動機(jī)等。電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護(hù)容易，一般機(jī)械上大多數(shù)是均采用電動機(jī)驅(qū)動。 </p><p>　　2.1.1 常用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征</p>

17、<p>　?。?）.Y系列三相異步電動機(jī)</p><p>　　該系列電機(jī)能防止水滴、灰塵、鐵屑或其他雜物浸入電機(jī)內(nèi)部，它是我國近年來研制成功的型電動機(jī)。</p><p>　　(2). 電磁條速三相異步電動機(jī)</p><p>　　名稱：YCD電磁調(diào)速三相異步電動機(jī)。有組合式和整體式兩種機(jī)構(gòu)，這兩種調(diào)速電動機(jī)為防護(hù)式，空氣自冷，臥式安裝，且無碳刷，集電環(huán)等

18、滑動接觸部件。</p><p>　　2.1.2 選定電動機(jī)的容量</p><p>　　電動機(jī)的容量選得合適與否，對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時，電動機(jī)不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機(jī)因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機(jī)的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運(yùn)行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。</p><p>　　電

19、機(jī)的容量的主要由電動機(jī)的運(yùn)行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。</p><p>　　工作機(jī)所需工作功率，應(yīng)由機(jī)器工作阻力和運(yùn)動參數(shù)計算得來的，可按下式計算：</p><p>　　其中：T——工作機(jī)的阻力矩，；</p><p>　　n——工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，；</p><p>　　傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運(yùn)動副效率之積，即 &l

20、t;/p><p>　　其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率</p><p>　　按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6, 三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. </p><p>　　經(jīng)過綜合考慮決定選用Y132S—4型號電動機(jī)（電流A：11.6 轉(zhuǎn)速: 1440r/mm 效率:85

21、.5 功率因數(shù) cosø:0.82 功率:5.5kw）</p><p>　　2.2 傳動類型的選擇</p><p>　　考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當(dāng)原動機(jī)驅(qū)動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中被廣泛應(yīng)用.</p><p

22、>　　圖2.2（a） 鏈傳動 圖2.2（b） 帶傳動</p><p>　　但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)?/p>

23、滑情況惡化，因而摩擦損失較大，效率低； 根據(jù)以上的分析比較，再結(jié)合要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。</p><p>　　第3章 主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　3.1手臂擺動機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計</p><p>　　3.2手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計</p><p><b>　　3.3形態(tài)學(xué)矩陣</b><

24、/p><p>　　表3.3 形態(tài)學(xué)矩陣表</p><p>　　系統(tǒng)解的可能方案數(shù)： F=4*4*2*2=64</p><p>　　其中列出較為理想的兩種： A1+B3+C1+D1或A1+B3+C2+D1</p><p>　　3.4擬定運(yùn)動循環(huán)圖</p><p><b>　　圖3.2運(yùn)動循環(huán)圖<

25、;/b></p><p>　　3.5機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖</p><p>　　第4章 機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計方案制訂</p><p><b>　　4.1擬訂的方案</b></p><p>　　方案a： 由電動機(jī)提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過斜盤齒輪和蝸桿，使凸輪連桿運(yùn)動，從而完成安裝在連桿末端的抓手上

26、下擺動，上下擺動的夾角為15°；另一路同樣通過圓錐齒輪傳動，再傳動給兩組不完全齒輪，通過連在轉(zhuǎn)臺上的軸，從而使轉(zhuǎn)臺完成水平120°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動</p><p><b>　　參數(shù)：</b></p><p>　　電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：1440r/min </p><p>　　1 機(jī)械擺手裝置 2 抓手 3上下回扳裝置 4水平回轉(zhuǎn)裝置&

27、lt;/p><p>　　方案b: 由電動機(jī)提供動力源，通過皮帶輪傳動，并分兩路。一路通過皮帶輪與凸輪的傳動，從而完成機(jī)械手的上下擺動，上下擺動的夾角為15°。另一路由回轉(zhuǎn)齒輪傳動，帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而使搖桿水平回轉(zhuǎn)120°，而搖桿又通過支柱與轉(zhuǎn)臺相連，從而使整個轉(zhuǎn)臺一起水平回轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　參數(shù)</b></p><

28、p>　　電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：1440r/min </p><p>　　1 凸輪 2 機(jī)械擺手 3 皮帶 4 機(jī)械回轉(zhuǎn)裝置</p><p>　　第5章 系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)處理及方案選擇</p><p>　　5.1對方案a數(shù)據(jù)處理</p><p>　　電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：1440r/min 皮帶輪1半徑R1=10cm 皮帶輪7半徑R2=25cm &

29、lt;/p><p>　　齒輪6齒數(shù)Z1=15 齒輪8齒數(shù)Z3=20 </p><p>　　5.2對方案b數(shù)據(jù)處理</p><p><b>　　5.3方案的選擇</b></p><p>　　由于方案a有明顯的運(yùn)動和停歇動作，更符合設(shè)計要求，因此可以選擇方案a更合適</p><p>　　第6章

30、 方案的評價</p><p><b>　　6.1方案評價表A</b></p><p>　　6.2方案評價表B：</p><p>　　“＋＋”：“很好”，“＋”：“好”，“－”：“不好”。</p><p>　　表5.2 方案評價表B</p><p><b>　　結(jié)束語</b>

31、</p><p>　　緊張的課程設(shè)計順利結(jié)束了。在這次設(shè)計過程中，我掌握了很多設(shè)計知識，學(xué)會了幾個軟件的使用并有所提高。發(fā)現(xiàn)有些東西非常有用，比如AutoCAD、畫板的使用。但是也碰到了很多問題，機(jī)構(gòu)的功能不能完全掌握、傳動性不明確、運(yùn)動循環(huán)圖不清晰以及機(jī)構(gòu)不能完美的連貫起來。這些都是最重要也是最難的。經(jīng)過老師的指導(dǎo)和同學(xué)間討論，終于有所收獲，明白了很多。</p><p>　　機(jī)械學(xué)作為一

32、門傳統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科，內(nèi)容豐富，涉及面廣。目前，機(jī)械學(xué)正與電子電氣、液壓等多種學(xué)科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強(qiáng)。機(jī)械學(xué)的學(xué)習(xí)將是一個艱苦但卻值得努力的過程。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王知行，鄧宗全. 機(jī)械原理 高等教育出版社 ，2010</p><p>　　[2]裘建新. 機(jī)械原理課程設(shè)計 高等