热镦挤送料机械手.docx
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热镦挤送料机械手
设计题目：
热镦挤送料机械手
学院：
机电工程学院
姓名：
张彪
学号：
0921104930726
专业：
机自1106
指导老师：
杨光老师
2013年12月27日
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。
机械原理课程设计要求运用简单机械，在不或者尽量不用电气设备的情况下，对各机构进行功能分析、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，让学生参与者对于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。
这其中最为重要的就是不能是对于课本知识的纸上谈兵，而是活学活用，理论联系实际。
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。
在接下来的学习生活中，不能仅靠思考，要用双手进行创造，这才是机械原理课程设计的初衷。
目录
1、课程设计任务书9
2、工作原理分析
3、原动机的选择
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
4、执行机构的选择与比较
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.4
5、机械系统运动方案的拟定
6、运动方案布置图及机械运动简图
6.1
6.2
6.2.1
6.2.2
6.3
7、主运动机构的运动分析
8、主运动机构的动力分析
8.1
8.2
8.3
9、机械系统的运动循环图
9.1
9.2
10、设计小结
11、参考文献
一、课程设计任务书9
1.1
设计题目：
热镦挤送料机械手
设计二自由度关节式热镦挤送料机械手，由电动机驱动，夹送圆柱形镦料，40吨镦头机送料。
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°，手臂上摆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。
主要要求完成手臂上下摆动以及水平回转的机械运动设计。
图为机械手的外观图。
1.2
方案号
最大抓重/kg
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/（度）
送料频率/（次/min）
电动机转速/（r/min）
A
2
25
120
685
15
15
1450
B
3
30
100
700
20
10
960
C
1
15
110
500
20
20
1440
设计条件
1.3
设计任务及要求
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.图纸设计传动系统方案。
4.图纸画出凸轮机构设计图，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。
。
5.设计其中一对齿轮。
6.三人至善一种方案与其他人不同。
7.绘制在一号图纸上。
8.编写说明书。
1.4设计提示
（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。
二、工作原理分析
热镦挤送料机械手的机械臂的设计，首先从工作路径分析，需要手臂上摆，手臂水平回转，手臂上摆，放料，手臂再上摆，水平反转，下摆。
总的来说需要水平和竖直方向上的两个摆动动作，由于水平回转角度太大，一般采用四杆机构或者齿轮机构；而竖直方向上，角度较小，除以上机构可实现以外，还可用凸轮机构，当然曲柄滑块机构也有此功能。
三、原动机的选择
3.1
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。
常用电动机的结构特征
3.1.1
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。
3.1.2
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。
3.2
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。
工作机所需工作功率
，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：
其中：
T——工作机的阻力矩，
；
n——工作机的转速，
；
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，即
其中：
分别为皮带、齿轮的传动效率
按推荐的传动比合理范围，取一级传动i=2，二级圆柱直齿轮的传动比i=10-30,总的传动范围为20-60.
经过综合考虑决定选用Y132S—6型号电动机（电流A：
7.2转速:
960r/min功率:
3.0kw）
四、执行机构的选择与比较
4.1水平回转运动
4.2竖直摆动
4.3选择与比较
4.3.1凸轮+齿轮
工作原理
通过齿轮带动齿条上下移动，从而使轮左右移动，通过不完全齿轮控制时间上的间歇运动。
在竖直平面内，凸轮机构带动滚子从动件上下运动时手臂上下摆动一定角度。
优点
1.参与运动的构件都比较简单。
2.运动比较平稳。
3.不存在极位夹角，无极位夹角带来的不良影响。
4.凸轮冲击较小。
缺点
1.不完全齿轮存在冲击，磨损。
2.从动齿轮因惯性而运动不精确。
4.3.2凸轮+曲柄摇杆
工作原理
不完全齿轮控制间歇运动，四杆机构产生摆动，垂直方向运动同过曲柄滑块和凸轮机构实现。
优点
1.结构简单易加工。
2.连杆机构和齿轮计算简单。
缺点
1.不完全齿轮有冲击。
2.四杆机构急回特性不需要。
3.凸轮有冲击，磨损严重。
4.3.3曲柄滑块+曲柄摇杆
工作原理
不完全齿轮控制间歇性运动，四杆机构水平放置，控制机械臂产生摆动凸轮是机构实现上下摆动。
优点
1.四杆机构结构简单。
2.凸轮设置偏心，压力角小。
缺点
1.四杆机构占用空间较大，设计时考虑空间，计算困难。
2.凸轮机构轮廓线与推杆之间为线接触，易磨损，制造困难。
4.4方案选择
根据综合考虑，通过齿轮传动和摇杆机构组合的方式作为回转装置更加适合设计要求。
由于齿轮传动可传递空间任意轴间的运动和动力，即轴可以平行，交错或交叉；转动平稳，其传动比恒定，大多数齿轮的传动比是常数；适用范围广（传递速度，功率范围都大）；寿命长；效率高。
而摇杆机构又可以通过摇杆达到机械臂转动100度的要求。
由于凸轮更加简便的实现运动的动和停，而曲柄滑块机构冲击问题难以解决，故第一组组合满足设计要求，因而选择其作为机械手回转装置和上下摆动装置，即水平回转机构：
齿轮传动和摇杆机构，竖直摆动装置：
凸轮机构。
五、机械系统运动方案的拟定
由电动机提供动力源，通过皮带轮传动，先减速，继而通过周转轮系继续减速，此时已获得要求转速，再通过锥齿轮换向，使得原路分出两支路，各满足两机构的要求。
使凸轮连杆运动，从而完成安装在连杆末端的抓手上下摆动，上下摆动的夹角为20°；另一路同样通过圆锥齿轮传动，再传动给不完全齿轮，通过连在转台上的轴，从
而使转台完成水平100°的回转运动。
六、运动方案布置图及机械运动简图
6.1初定方案图
6.2对原方案进行修改
6.2.1图中A部分各齿轮一字排开，对于一个箱体来说尺寸有限，修改后将不完全齿轮置于右侧，而齿条相对位置不变。
6.2.2图中电动机部分左右尺寸过长，可将电动机及皮带等的部分垂直纸面向里放置便解决了此问题。
具体看下图
6.3最终方案图
参数：
电动机的转速：
960r/min皮带轮1半径R1=140mm皮带轮2半径R2=280mm
两个圆锥齿轮齿数Z=48圆柱直齿轮齿数Z1=Z3=Z4=Z5=Z6=Z7=Z8=Z9=48Z2=46凸轮基圆半径r0=80mm滚子7半径Rr=8mm
传动比i=48
输出齿轮转速n=960/48=20r/min
凸轮推程角ø1=90°
凸轮远休角ø2=90°
不完全齿轮有齿部分角度为180°
七、主运动机构的运动分析
机械臂在初始阶段受推杆向上的力向上摆动，在凸轮转动90°后停止上下摆动，此间曲柄滑块机构齿条不动；凸轮继续转动90°，因此是推杆处于凸轮的远休止角，所以凸轮推杆不动，此间不完全齿轮与圆柱直齿轮啮合，曲柄滑块机构工作；凸轮继续转动90°，此时处于回程角，推杆上升，此间不完全齿轮啮合，齿条运动；凸轮继续转动90°，凸轮处于近休止角，推杆不动，不完全齿轮啮合，齿条运动。
并以此循环。
八、主运动机构的动力分析
传动比计算：
8.1
皮带传动比:
i1=2
8.2
周转轮系传动比计算:
iH1=1-（Z2*Z4）/（Z1*Z3）=1-（46*48）/（48*48）=1/24
i1H=1/iH1=24
i总=i1*i1H=2*24=48
此时输出齿轮转速n=960/48=20r/min
8.3动力分析图
九、机械系统的运动循环图
9.1
机械手
上摆20°
停止
下摆20°
停止
上摆20°
停止
下摆20°
停止
转台
停止
水平回转100°
停止
停止
停止
水平反转100°
停止
停止
凸轮连杆转角
90°
180°
270°
360°
90°
180°
270°
360°
9.2机械系统运动转换功能图
十、设计小结
课程设计持续时间有一周的时间其实还是十分紧张的，在这一段时间里，我不仅仅掌握了一些机械原理在实际生活中的应用技巧，还对一些应用软件有了相当的了解。
其中，CAD可以精确的描画出工件的尺寸，Photoshop可以快速的绘制工件的工程简图。
当然对于机构的设计是要不断的改进，虽然很枯燥但是不断的改进就是不断的进步，这就是我不断学习的动力。
在这其中，设计和实际是有差距的，设计要考虑实际这是我的最大感悟。
机构传动性不明确、运动循环图不清晰以及机构不能完美的连贯起来，这些都是最重要也是最难的，经过老师的指导和与同组人员的进行交流、讨论，终于有所收获，明白了很多。
其实他还能用更多的方法实现，比如引进电子电气、液压等，它的综合性更强。
十一、参考文献
[1]孙桓葛文杰陈作模主编.机械原理.北京：
高等教育出版社，2011
[2]彭文生李志明黄华梁主编.机械设计.北京：
高等教育出版社，2008
[3]牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册.重庆:
重庆大学出版社,2001
[4]王知行,刘延荣.机械原理.北京:
高等教育出版社,2000
[5]邹慧君.机械设计课程设计手册.浙江：
高等教育出版社，1995
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