烟箱拆盘机两轴手臂设计.docx
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烟箱拆盘机两轴手臂设计
烟箱拆盘机两轴手臂设计
作者姓名郭佳
专业机械设计制造及其自动化
指导教师姓名范维华
专业技术职务高级实验师
目录
摘要1
ABSTRACT2
第一章绪论3
第二章机械手设备概论3
2.机械手在生产和生活中的作用和意义3
2.2机械手的分类4
2.3机械手的发展现状和趋势6
2.4机械手的功能特点6
第三章设计任务书8
3.1设计题目：
8
3.2设计背景：
8
3.2.1题目简述：
8
3.2.2使用状况：
8
3.2.3生产状况：
8
3.3设计参数8
3.4设计任务：
8
第四章烟箱拆盘机两轴手臂的总体设计方案9
4.1烟箱拆盘机两轴手臂的工作原理：
9
4.2烟箱拆盘机两轴手臂的各个机构的设计方案9
4.2.1滚珠丝杠副的设计方案10
4.2.2蜗轮蜗杆机构的设计方案12
第五章滚珠丝杠副的设计计算13
5.1滚珠丝杠副的设计与计算13
5.1.1滚珠丝杠副的特点13
5.1.2应用范围14
5.1.3设计与计算14
5.1.4润滑16
5.2防尘16
5.3设计时注意事项16
第六章蜗轮蜗杆机构的设计计算17
6.1蜗轮蜗杆机构的设计计算17
6.1.1蜗轮蜗杆机构的特点......................................17
6.1.2选材17
6.1.3按齿面接触疲劳强度计算17
6.1.4按齿根弯曲强度计算19
6.1.5蜗轮蜗杆的主要参数和计算21
6.1.6蜗轮蜗杆实物图参考......................................22
第七章总结23
参考文献24
致谢25
摘要
随着物流技术的发展，用于自动分拣系统中自动下料的烟箱拆盘机在国内一直处于空白，其主要原因是一般的拆盘机要求空间较大，提升装置体积和重量缩减比较困难。
烟箱拆盘机研究开发不但占用空间小，而且工作效率提高，大大较少了人工劳动。
具有广泛地应用前景。
本次毕业设计是烟箱拆盘机两轴手臂设计。
在参考常规的机械手臂设计方法的基础上，首先对烟箱拆盘机两轴手臂作了简单的概述；然后根据设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行总体方案选型设计及数据计算；接着对烟箱拆盘机两轴手臂各主要零部件进行了校核，对滚珠丝杠机构做了详细的结构设计及校核计算。
烟箱拆盘机两轴手臂主要部件组成：
传动装置，滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构。
本次设计使用的软件是二维软件CAXA。
关键词：
物流滚珠丝杠蜗轮蜗杆
ABSTRACT
Withthedevelopmentoflogisticstechnologyforautomatedsortingsystemwithautomaticblankingsmokeboxdismantlethedishmachinehasbeeninablankinthedomestic,mainlyduetothegeneraldemolitiondiskdriverequireslargerspace,theliftingdevicesizeandweightreductionincomparisondifficult.Thesmokeboxdemolitiondriveresearchanddevelopmentisnotonlyasmallfootprint,andworkefficiency,significantlylessmanuallabor.Hasbroadapplicationprospects.Thegraduationprojectisatwo-axisarmdesignofthesmokeboxdemolitionofthedishmachine.Inreferencetoconventionalmechanicalarmdesignmethodbasedonthefirsttwoaxisofthearmofthesmokeboxdemolitiondiscmachinemadeabriefoverview;tocalculatetheselectionanddesigncriteriarequirementsinaccordancewiththegivenparameters,theselectionofdesignanddataoftheoverallprogramcalculation;thencheckthesmokeboxdemolishedplatetwo-axisarmofthemaincomponentsoftheballscrewinstitutionstodothedetailedstructuraldesignandcheckingcalculations.Thesmokeboxdemolitionplatetwo-axisarmmaincomponents:
actuators,ballscrewsandinstitutions,aswellasthewormandwormgear.Theuseofthisdesignsoftwareisatwo-dimensionsoftwareofCAXA
Keywords:
logisticsballscrewworm
第一章绪论
烟箱拆盘机是现代仓储物流系统的重要设备之一，是物料的主要工作装置，其作用是把烟箱从一个高度传送到另一个高度，实现烟箱输送的连续性垂直输送。
本课题设计的烟箱拆盘机主要用于卷烟企业的烟箱输送中，可广泛应用于其他企业的物料的输送。
近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。
烟箱拆盘机是利用两轴手臂的X-Y平面运动以及升降旋转运动来实现物料的输送。
烟箱拆盘机两轴手臂利用滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构，使输送过程实现完全自动化。
怎样在有限的空间里实现手臂的升降以及旋转运动，这就是本设计题目所要实现的内容了。
选择烟箱拆盘机两轴手臂的设计作为毕业设计的选题，能培养我们独立解决工程实际问题的能力，通过这次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算和绘图能力都得到了全面的训练。
原始参数：
1）卷烟包装箱尺寸：
450（L）×260（W）×600（H）
2）箱装卷烟重量：
13kg
3）手臂升降速度
4）手臂水平旋转运动速度
设计解决的问题：
熟悉烟箱拆盘机的各部分的功能与作用，对主要部件进行选型设计与计算，解决在实际使用中容易出现的问题，并大胆地进行创新设计。
第二章机械手设备概论
2.1机械手在生产和生活中的作用和意义
机械瘦不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。
给我们带来的利益是非常的多。
机械手的功能特色是非常多的，在设计研发方面研发的机器人能够实现手臂的多角度运动，我们在使用机械手的时候也可以针对自己的需求对拆盘机进行设置，节省成本，并且能够实现预期的运动。
可见拆盘机对我们作用是相当的大。
我们生产力的不断加大，生活的不断改善，对机械手的需求也就在不断的增多，生活中的每个角落拆盘机机械手的应用都会给我们带来客观的利益。
由于机械手在生活中的大量运用，使得人类的生产率有了大幅的提高，同时也改善了我们的工作环境。
让人类的生活变得越来越智能化。
机械手在我们生产中的应用是非常的普遍，在我们生产中将会有着很重要的作用，尤其是货物高空操作。
现在经济不断的发展，顺应社会的需求，生产力不断的加大，而且现在高空操作也是比较多的，所以烟箱拆盘机在我们进行高空操作的时候就给我们带来的重要的作用。
机械手就是上下以及旋转操作，能够实现多角度运动。
我们在高空作业的时候可以给我们的安全提供保障。
2.2分类
工业机械手的结构形式主要有四种：
直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。
各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：
1.直角坐标机械手结构特点
直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。
由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。
直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。
直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。
如图2.2.1所示，
图2.2.1
2.圆柱坐标机械手结构特点
圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。
其工作空间是一个圆柱状的空间。
这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。
如图2.2.2所示，
图2.2.2
3.球坐标机械手结构特点
球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。
其工作空间是一个类球形的空间。
这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。
如图2.2.3所示，
图2.2.3
。
4.关节型机械手结构特点
关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的，。
相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。
此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。
关节型机械手又分为水平关节型（如图2.2.4所示）和垂直关节型两种。
图2.2.4
2.3机械手的发展现状和趋势
目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
1．机械结构向模块化、可重构化发展。
2．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。
3．机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。
4．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；
5．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是两个方向：
其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
2.4机械手的功能特点
1.对环境的适应性强，能代替人从事危险，有害的操作，在长时间工作对人类有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。
2.机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
3.由于机械手的动作准确，因此可以稳定和剃刀产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。
4．机械手通用性，灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性、生产的需要。
5．采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。
第三章设计任务书
3.1设计题目：
烟箱拆盘机两轴手臂设计
3.2设计背景：
当前，机械手设计应用市场面对的困难已经存在，机械手需要我们合力克服，全行业要根据市场与企业的发展规律，主动不变求发展，积极找到应对之策。
3.2.1题目简述：
烟箱拆盘机两轴手臂是未来现代仓储物流系统的重要设备之一，是物料的主要工作装置，其作用是把烟箱从一个高度传送到另一个高度以及烟箱的旋转，实现烟箱的输送。
本课题设计的烟箱拆盘机两轴手臂主要用于卷烟企业的烟箱输送中，可广泛应用于其他企业的物料输送。
近年来，随着企业生产与管理的不断提高，越来越多的企业认识到物流系统的改善与合理性对企业提高生产率、降低成本非常重要。
具有广泛地应用前景。
本装置用电机驱动，用滚珠丝杠实现手臂升降以及用蜗轮蜗杆实现吸盘的旋转运动。
与国内现有的装置相比，这个装置没有液压提升装置的制造成本高，也没有用四杆机构设计的装置的计算复杂，并且结构简单、安全、实用。
3.2.2使用状况：
室内工作；动力源为220V交流电动机,电机双向转动，载荷较平稳；每天工作8小时；检修期为三年大修。
3.2.3生产状况：
专业机械厂制造。
3.3设计参数
升降高度1.2m；
提升重量13kg；
提升速度0.1m/s；
选用交流220V电机。
3.4设计任务：
设计烟箱拆盘机两轴手臂的结构，包括动力装置、传动装置、执行机构，画出总体机构简图。
选取电机，计算电机所需功率。
设计总体传动方案
设计主要传动装置，完成总体装配图（A0）。
设计主要零件，完成零件图（1.5张A0图纸）。
编写设计说明书。
第四章烟箱拆盘机两轴手臂的总体设计方案
4.1烟箱拆盘机两轴手臂的工作原理：
烟箱拆盘机是利用两轴手臂的X-Y平面运动以及升降旋转运动来实现物料的输送。
烟箱拆盘机两轴手臂利用滚珠丝杠机构以及蜗轮蜗杆机构，使输送过程实现完全自动化。
烟箱拆盘机是靠电机带动丝杠旋转，进而带动螺母上下直线移动。
实现手臂的升降运动，然后运用蜗轮蜗杆机构实现吸盘的旋转运动，进而实现烟箱按规定的输送方式输送。
4.2烟箱拆盘机两轴手臂的各个机构的设计方案
4.2.1滚珠丝杠副的设计方案
滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠、返向器等组成。
如图4.2.1所示，
图4.2.1
1.丝杠2.螺母3.滚珠4.返向器
滚珠丝杠的具体设计原理如图4.2.2所示，
图4.2.2
4.2.2蜗轮蜗杆机构的设计方案
蜗轮蜗杆机构是由蜗轮、蜗杆、齿轮、螺母等组成。
如图4.2.2
图4.2.2
1．蜗轮2.平键3.蜗杆4.齿轮
第五章滚珠丝杠副的设计计算
5.1滚珠丝杠副的设计与计算
5.1.1滚珠丝杠副的特点
6.1.5蜗轮蜗杆的主要参数和计算尺寸
（1）蜗杆
轴向齿距=m=3.142=6.28mm;
直径系数q=11.2
齿顶圆直径=+2=22.4+22=26.4mm
齿根圆直径=-2=22.4-21.22=17.6mm
（2）蜗轮
蜗轮齿数=29;变位系数=-0.1;
验算传动比i===14.5。
这时传动比误差为=3%
蜗轮分度圆直径=m=2×29=58mm;
蜗轮齿顶圆直径=+2=58+2×2=62mm;
蜗轮齿根圆直径=-2=58-2×1.2×2=53.2mm;
蜗轮齿顶圆半径=a-=40-0.5×62=9mm
6.1．6蜗轮蜗杆实物图参考
蜗轮蜗杆机构
第七章总结
经过几个月的精心准备与设计，毕业设计终于要告一段落了，内心充满了强烈的自豪感，毕竟这是我自己通过艰辛努力做出的设计，我期待着毕业设计的圆满成功。
这次实际企业课题产品设计中，我学到了很多在课本上学不到的东西，进一步体会到了作为一名设计者的艰辛与快乐。
在整个设计过程中，通过多种渠道进行查询资料，学会了如何在大量的资料里面找到自己需要的信息。
同时，通过查询机械设计手册、气压系统设计手册等一系列手册，对各种标准有了更深的了解。
在设计时发现要成功的研发设计出一件好的实用的产品，除了要有独特的创意外，还得有非常丰富扎实的专业知识作后盾才可以，同时用正确的设计观和设计思想来指导设计工作也是不可或缺的。
设计过程中用到的知识大多为《机械设计》和《机械制造》的结论或定理。
涉及到了底座的设计，轴的设计，钢架的设计。
电机的选择及电机功率的计算问题。
同时应用材料力学中的第三强度理论对主动轴进行校核。
在对轴的设计中还用到了轴承的相应知识，对轴承的寿命进行了计算。
完成这次设计对大学所学知识有了进一步的回顾。
同时理解到设计中应该注意的问题：
机械设计工作要与生产工艺紧密结合，同时设计过程要有更多的软件参与，这样才能提高设计效率。
机械制造设计的任何工作都不是那么简单就能够完成的，需要综合考虑各个方面的问题。
所以，从事机械行业的工作人员要有丰富的专业知识和实践经验，同时还要善于观察，善于思考，善于从各行各业中激发自己的创造灵感。
参考文献
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致谢
感谢我的导师范老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
本课题在选题及研究过程中得到范老师的悉心指导。
范老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。
范老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。
对范老师的感激之情是无法用言语表达的。
感谢老师们对我的教育培养。
他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。
学院院长和老师们为我提供了良好的研究条件，谨向各位同仁表示诚挚的敬意和谢忱。
感谢我的同学们三年来对我学习、生活的关心和帮助。
在论文完成之际，我的心情万分激动。
从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中，我得到了许多的热情帮助。
我首先要感谢范老师，是他将我领入了信息安全的大门，并对我的研究提出了很多宝贵的意见，使我的研究工作有了目标和方向。
在这近二年的时间里，他对我进行了悉心的指导和教育。
，使我能够不断地学习提高，而且这些课题的研究成果也成为了本论文的主要素材。
同时，张老师渊博的学识、严谨的治学态度也令我十分敬佩，是我以后学习和工作的榜样。
还要再次感谢张老师对我的关心和照顾,在此表示最诚挚的谢意。
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。
离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。
从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
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