机械原理课程设计工件移送机构山东科技大学.docx
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机械原理课程设计工件移送机构山东科技大学
课程设计说明书
设计题目：
工件移送机构
专业：
车辆工程班级：
车辆工程11-2
设计人：
孙可华学号：
山东科技大学
2013年07月13日
课程设计任务书
学院机械电子工程学院专业车辆工程班级2011姓名孙可华
一、课程设计题目：
工件移送机构
二、课程设计主要参考资料
[1]课程设计指导书
[2]孙桓，陈作模.机械原理[M].7版.北京：
高等教育出版社，2006
[3]梁崇高.平面连杆机构的计算设计[M]．北京：
高等教育出版社,1993
[4]邹慧君，傅祥志等．机械原理[M]．北京：
高等教育出版社，1999
[5]申永胜.机械原理教程[M]．北京：
清华大学出版社,1999
三、课程设计应解决主要问题
（1）通过机构设计满足机构的运动要求
（2）优化结构设计，提高可行性以及机构工作的稳定性
（3）
四、课程设计相关附件（如：
图纸、软件等）
（1）A3结构原理图
（2）课程设计说明书一份
（3）
五、任务发出日期：
2013.07.07任务完成日期：
2013.07.12
指导教师签字：
系主任签字：
指导教师对课程设计的评语
指导教师签字：
年月日
第一章课程设计任务
1.1设计题目
设计一个工件移送机构（包括机械手）
各种生产企业中都会有一些流水生产线上的工件需要移动，如果用人力完成此项工作将导致成本较高。
为此需设计一种自动的工件移送机构，它能将工件按照预定位置、角度要求，移送到指定位置。
1.2设计要求
如图1所示，甲、乙两个工作台与工件（长方体a×b×h）的位置关系，设计一个机构（包括机械手）能把工件从甲工位拿到乙工位。
图1
1.3原始数据
数据组编号
1
2
3
4
5
6
7
a（mm）
50
50
60
40
50
40
50
b（mm）
150
100
150
100
80
100
120
h（mm）
150
150
200
150
150
200
200
L1（mm）
500
750
600
500
500
600
750
L2（mm）
1000
1250
1200
1000
1000
1100
1100
第二章机械系统运动功能系统图
2.1功能描述
此工件移送机构不仅能实现工件的位置移动，还能满足预定的位置、角度、移动速度等要求。
机构中的机械手能模仿着人手的部分动作，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；它的结构形式比较简单，使用性较强，能够独立的按程序控制实现重复操作。
从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.2机械系统运动分析
首先机械手抓取工件，然后多杆机构转动带动机械手抓着工件移动、旋转。
运动到指定位置后，多杆机构短时间歇停止运动或速度降到较低值，机械手放松工件到预定位置。
然后，杆件快速返回原位，机械手处于打开状态此后工作，继续循环，进入下一个工作流程。
据此可画出如下的机械系统工作循环图，如图2
图2机械系统工作循环图
第三章系统方案拟定与比较
3.1方案一多杆机构
方案一传动部分为多杆机构的组合，曲柄摇杆式旋转装置和摆杆式送件机构，该机构原理如图3所示，实线是其初始状态，虚线分别为中间、终止状态。
图3曲柄摇杆式旋转装置和摆杆式送件机构
3.1.1工作原理
该方案利用杆1的转动使杆摆动，从而带动杆5绕O点转动，以实现工件的移送。
其中，此机构首先要求O点为过工件初始位置、终了位置的圆心，由于此圆上仅两点确定，故圆心可适当选取。
MN杆的N端固定机械手，机械手负责抓取工件。
可知，工作过程中OMN杆需转动90度，此要求可由1杆的转动角度控制。
滑块E起到带动OMN杆转动的作用。
此机构中，多数为转动副，仅E处有一移动副，工作阻力较小。
工作时，位于N点的机械手首先抓取工件，然后杆1顺时针转动，各转动杆件随之转动，带动OMN杆转到指定位置时机械手已带动工件转过90度并已到达要求位置。
3.1.2抓取机构（机械手）
如图4所示，右侧气缸为主动件，气缸工作时可推动杆3做往复运动。
当气泵充气，气缸活塞推动杆3向左运动，从而控制机械手夹取工件，杆7为夹取工件的部位。
当气缸放气时，杆3向右移动，杆7松开工件。
考虑到机械手动作时间短，需要完成迅速抓取和放置，并且与运动时序与方位配合精度要求较高，故选用气动式动力输入。
且气动装置抓紧力在保证抓取工件的同时又不会出现过大，而导致工件损坏的现象。
这是气动优于油动装置的优点，同时，气动装置对于机构的生产要求也相对较低。
图4抓取机构（机械手）示意图
对于此抓取机构的尺寸，仅要求杆7要和工件宽度相当，其他尺寸无精确要求。
3.1.3四杆旋转机构
如图5所示，此旋转机构为曲柄摇杆机构（如图6所示）的演化，原动件1杆的动力由外部稳定动力输入（如电动机），带动杆3摆动，从而使机械手实现摆动。
但此时杆1应不是整周转动，而是转到适当位置再转回，这由电动机的正反转来进行电气控制实现。
同时，为了节约工作时间、提高工作效率，杆1回转时应有较大的速度，以缩短回程时间。
图5四杆旋转机构示意图
图6平面曲柄连杆机构
3.1.4转动机构
此转动机构由OMN杆组成，由于O点为过工件始、末位置的圆心，且抓取机构（机械手）安装在此圆周上，则在杆件转动过程中工件距O点距离保持不变，在杆OMN转过90度后，工件到达预定位置。
此转动机构结构简单，同时又能保证较高的精确度。
杆OMN的转动精度由原动件杆1的转动来保证。
转动机构示意图如图7所示：
图7转动机构示意图
3.2方案二平行四边形自动转动机构
方案二是平行四边形自动转动机构作为移送机构。
此机构原理为，图中两轮由一个原动件带动，两轮由一个连杆连接，从而可以保证同步转动，便于控制工作时间。
工作时，左轮转动导致凸起把重物推倒在平行四边形自动转动机构的连杆上，平行四边形机构在重力作用下发生转动，待转到右边终了位置时，右轮凸起将工件拖至要求位置。
此机构结构、原理简单，便于实现工件的移送，但同时此机构的工作精度将很难保证，对工件的质量也有特殊要求。
故此处就不再计算各杆的理论长度。
理论上不能采用此机构。
其示意图如图8所示：
图8平行四边形自动转动机构示意图
3.3方案三平行四边形机构
方案三类似于方案二，同样采用了平行四边形构造。
是对方案三的改进。
此方案中，平行四边形机构由下轮带动，可以更加精确的控制转动角度，使工件移送到要求位置。
同时，右轮改为曲柄滑块机构，可以保证工件停止时的位置。
因此理论上可以采用此种机构。
其构造如图9所示：
图9平行四边形机构
3.4方案四圆柱凸轮机构
方案四为一个以圆柱凸轮为核心配合向外伸展的抓取机构组成的搬运装置。
其主要机构如图10所示：
图10圆柱凸轮机构
3.4.1机构的结构
如图10为方案二的整体布局图，两面板子充当夹取机构，在平面内绕轴承a做周转运动，搬运工件。
如图11，标示3、4的分别为上述的两面板子，4板上的轴既是驱动3、4板做圆周运动的传动轴，又是圆柱凸轮机构5的推杆，它受圆柱凸轮5右端面驱动可做往复运动，从而加紧工件。
板3和板4内侧夹持工件的部位还可固定一定大小厚度的橡胶片；中间轴部位还可固定一定强度的弹簧，使推杆始终接触圆柱凸轮。
图11圆柱凸轮机构原动机构示意图
如图11中，4、5、7、8、9、10为齿轮，齿轮7通过相应的变速机构与齿轮4相连；齿轮8通过与其相同变速系数的变速机构与齿轮9相连，通过同一个电动机驱动。
这样圆柱凸轮3和板2具有相同的转速，使夹取工件和凸轮推程、释放工件和凸轮回程时间上保持一致。
齿轮9和齿轮10未完全相同的齿轮，主要用于改变动力传动方向。
齿轮4和板2上的轴是用可以滑动的键相连，使板2的轴左右运动而不影响齿轮的啮合。
3.4.2工作原理
该方案是利用图11中表a处的轴承上并行排列的两面近似矩形的结构板夹持工件的，这两面板在平面中同时绕轴承a做旋转运动。
当圆柱凸轮转从图11所示的0度转动到90度时，逐渐推动板2（推杆）向右运动，即图10从位置2逆时针运动到位置1；当圆柱凸轮运动到90度时，板2（推杆）向右运动到极限位置，此时板1和板2夹取工件，即图10中的位置1；随着板3板4的逆时针转动，工件被向上抬起，此时，动板2（推杆）远程休止，直到圆柱凸轮转到360度的时候，板2（推杆）回程，加持力消失，释放工件，圆柱凸轮近程休止，即图10所示的2位置，至此机构完成一次搬运动作，如此周而复始的循环。
图12运动线图
3.5方案五曲柄滑块机构
方案五是曲柄滑块机构配合传送带机构组成的搬运机构。
图13曲柄滑块机构示意图
3.5.1机构的结构
如图13所示，该机构由左侧一个曲柄滑块机构，右侧一个传送带机构组成。
左侧的曲柄滑块机构做成了偏心的，使滑块向右工作时具有较长的行程，确保工件被推送到传送带上。
传送带有齿轮1驱动，其驱动力可由同一个电动机通过相应的变速机构提供，传送带是一个内侧齿轮齿形排列的一系列的突起，相当于齿条。
其材质可为橡胶。
传送带表面由于工件搬运速度相一致的沟槽，用于暂时安放工件。
如图14为齿条一段的剖面形状。
其传送动力的机构为与其相啮合的齿轮，左边工作台右侧角上镶有一个挡块，防止工件滑到传送带上而不翻转90度。
右侧工作台左端一段为一光滑面，黑影为一橡胶皮垫，增大摩擦，防止工件滑移太远超过预定位置太远。
图14齿条剖面形状示意图
3.5.2工作原理
该方案是利用左边曲柄滑块将工件推到运行的传送带上。
曲柄可固连在一齿轮上，通过电动机提供动力，一定传动比的变速机构传递到该齿轮上，驱动曲柄的旋转。
齿轮1设计为主动齿轮，齿轮2设计为从动齿轮。
当曲柄推动工件滑到传送带上时，通过一定的时序控制，传送带正好运动到左侧工作台附近，工件落入传送带表面的沟槽里，防止工件刚刚加速时运动之后，保证时序上的一致性。
当工件运送到右边工作台上时，利用工件的惯性继续运动，滑到右工作台上，当工件运送到右工作台的减速橡胶片上时，工件停止运动。
至此，工件的一次搬运动作完成。
如此循环。
此机构虽然能实现工件的移送，但不能达到预定的位置精度要求。
为此右工作台上还可安装一机械手，以确保工件运送到准确位置。
3.6方案六平面六杆机构
方案六是一个平面六杆机构，该机构的原理结构如图16所示。
图15平面六杆机构示意图
3.6.1工作原理
该方案是方案一的简化演变形式。
采用与方案一相同的抓取机构（机械手）。
该方案是利用连杆机构的运动来完成工件的位移和旋转任务的。
机构的右部是一个曲柄摇杆机构，是整个机构的主要活动部分，且曲柄与齿轮固连在一起，电动机通过相应的变速机构相连用于动力输入；左部是一个双摇杆机构，其连杆上固定有上边设计的气动机械手，用于工件的搬运和90度旋转运动。
该方案的整个工作循环为：
曲柄1做圆周转动，通过连杆2的动力传递，带动摆杆3在图15所示的两个极限位置做左右摆动，从而驱动4杆做90度的空间旋转运动，图15的两个极限位置分别为机械手抓取工件和释放工件的位置，该杆端部固连的机械手自己不做旋转运动，仅伴随连杆4运动。
机械手的开合由另一个电动机驱动空气压缩机控制，并根据1杆转动周期设计固定的开合时序，是个连杆的运动与机械手开合时间协调一致，平稳连贯的完成移送任务。
3.7方案比较
3.7.1优点比较
由于各方案中只有移送机构不同，抓取机构（机械手）相同，此处只比较举升机构。
1）方案一中为了得到更复杂、精确的动作，还可通过机械手自身的运动来实现。
2）方案一、六是通过机械手夹取工件的，夹取工件稳定可靠；方案四是通过两面板子板1和板2的贴合实现的工件的夹取，其在夹取和方式时速度都保持不变，而是通过镶在板子上的起摩擦作用的橡胶片缓冲，圆柱凸轮的间歇时间用在保持夹紧力上。
3）方案一、二、三运动副处如果润滑好，磨损小，杆件加工制造容易，并且方案三机构有急回特性，在工作行程慢速前进，以利于工件运输的平稳；而回程时为了节约时间，可以快速返回。
4）六个方案中的机构都可以通过改变各构件的相对尺寸来使从动件得到不同的运动规律，从而实现不同的工件传输的指定任务，诸如转向，远距离运输。
5）方案六的杆3在夹取工件的时候与竖直方向留有一定的角度可以使机械手夹住工件迅速脱离工作台。
方案一的油压泵推程较短，且推动方向恒定，具有较好的稳定性。
6）方案四中通过齿轮的多级传动可以得到不同的转动速度，可以适应工件传送速度的改变。
7）方案五中传送带上设计了可以容纳工件的沟槽，防止工件初始加速度时的滑移。
8）第五个方案是通过曲柄滑块的推动和齿条传送带的运动实现搬运的，最后仅是利用弓箭自身的惯性土里传送带，这说明传送需要一定地速度满足工件的惯性需求。
9）方案二、三、四结构简单，采用简单杆件和滑块。
3.7.2缺点比较
1）方案一、六中机构是通过了多个中间连杆实现的的动力和运动的传递，因而路线较长易产生误差的累积。
方案而、三省去了机械手，但其推杆直接将工件推到推到传送带上，容易引起系统震动切实去了工件的位置精度。
2）方案六放置工件时有一定的速度，没有缓冲没，运动衔接不够平稳。
方案五推动工件时也不会有冲击。
3）方案四板1和板2是由于有相同的旋转速度，在抓取和放置工件时都会使工件震动，使系统不够平稳。
4）方案四由于使用了一对旋转的板子，占用空间较大。
5）方案三两杆受力较集中，对杆件强度要求较高，安全性不高。
6）圆柱凸轮和带沟槽的传送带需要单独制造。
方案五中不完全齿轮部分制造难度大，成本高（传送带也可由标准的传送带改造得到
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