《机械原理》课程设计指导书doc详解.docx
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《机械原理》课程设计指导书doc详解
课程设计说明书
设计题目：
设计一个工件移送机构
专业：
车辆工程班级：
车辆工程11-1
设计人：
苏凯学号：
201101040325
山东科技大学
2013年07月12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姓名苏凯
一、课程设计题目：
设计一个工件移送机构
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：
2009.07.08任务完成日期：
2009.07.12
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
目录
第一章课程设计任务1
1.1设计题目1
1.2设计要求1
1.3原始数据3
第二章机械系统运动功能系统图4
2.1功能描述4
2.2机械系统运动分析4
第三章系统方案拟定与比较5
3.1方案一5
3.2方案二9
3.3方案三10
3.4方案比较13
3.5方案优化14
第四章选定方案运动尺寸确定15
第五章系统运动学分析16
第六章课程设计总结17
第七章参考文献18
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）
1.2设计要求
如图7所示，A、B两个工作台与工件（圆柱体
）的位置关系，设计一个机械手能把工件从A工位拿到B工位，并且翻转180º。
1.3原始数据
工件尺寸及位置尺寸是：
数据组编号
1
2
3
4
5
6
7
r（mm）
40
30
50
40
50
40
30
h（mm）
150
150
200
100
200
150
200
RA＝RB（mm）
300
300
400
500
500
400
400
L（mm）
1000
1100
1200
1300
1400
1200
1100
机械系统运动功能系统图
2.1功能描述
这是一个可以实现工件在水平面内移送的机构，将工件从A工作台移送到B工作台，并且实现工件翻转180度，A,B工作台间隔一定距离。
要求机构具有一定的稳定性，在移送过程中不得损坏工件，要实现工件移送平稳，要保证机构在运转过程中的安全性。
2.2机械系统运动分析
机构在运动过程中要实现抓紧工件与移送工件的动作，第一步抓取工件，第二步实现运送和翻转，第三步放下工件。
循环图如下：
摇杆
送件
机械手
夹紧
释放
曲柄转角0°180°
图4机械系统工作循环图
系统方案拟定与比较
3.1方案一
方案一为行星轮机械手传动，该机构的整体机构原理图如下所示
立体结构图（移送前）
运送后
3.1.1工作原理
该方案利用机械手抓取，机械手的开合由另一个电动机驱动空气压缩机控制，并根据行星轮的转动周期设计固定的开合时序，使各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。
移动动力装置为正反行程控制的电动机装在在行星轮上，行星轮围绕着太阳轮转动带着传动杆转动从而实现工件的移动和翻转。
本装置的太阳轮为不完全齿轮机构，因此可以控制连杆正好转动180度时停止。
3.1.2机械手机构
机械手机构设计上图所示，右侧气缸为主动件，气缸由气泵提供动力，活塞做往复直线运动推动杆2做往复直线运动，之后机构运动，控制机械手夹取工件，杆7为夹取工件的部位。
考虑到机械手夹取动作时间短，需要完成迅速抓取和放置，并且与运动时序、方位配合精度要求较高，故选用气动式动力输入。
3.2.1方案二
机械原理图如下图
3.2.2工作原理
两个齿轮为原动件，链条按图示导轨围绕，推杆上的滚子固定于链条上，当两个齿轮转动时，带动链条转动，从而带动导杆上的滚子按导轨运动。
导杆上滚子先向左运动，使机械手抓紧工件，再按外大半圆运动，完成对工件的移动与转动，当导杆旋转180度时，工件也转动180度，被从A工作台移到B工作台，然后，滚子再向左运动，将工件放开，滚子再按小半圆轨道回到初始位置，完成往复运动。
3.2.3机械手机构
该方案机械手设计原理大致和方案一相同，但方案机械手的动力完全由本机构本身提供，不用再提供独立的动力装置。
具体的机构原理图如下图：
机械手结构图
3.3.1方案三
工作原理：
该平面四杆机构是一个曲柄滑块机构，曲柄1通过相应的变速机构与原动机固连用于动力输入，使曲柄1按预定转速旋转。
连杆2实现动力传递，带动齿条3在两极限位置间做往复直线运动。
齿条3通过与齿轮4的啮合，带动齿轮和摇杆5组合体转动，摇杆5上固定有能实现抓取功能的气动机械手，用于工件的搬运，机械手随摇杆做180°旋转。
该方案的整个工作循环为：
曲柄1做匀速圆周运动，通过连杆2的动力传递，带动齿条3做往复直线运动，进而带动摇杆5在图3（a）（b）所示的两极限位置来回摆动。
图示两极限位置分别为机械手抓取工件和释放工件的位置，机械手随摇杆运动，实现工件的180°旋转。
机械手的开合由另一个电动机驱动空气压缩机控制，并根据摇杆F的转动周期设计固定的开合时序，使各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。
3.3.2机械手机构
图4机械手结构示意图
机械手效果图
机械手机构设计如图4所示，右侧气缸为主动件，气缸由气泵提供动力，活塞做往复直线运动推动杆2做往复直线运动，之后机构运动，控制机械手夹取工件，杆7为夹取工件的部位。
考虑到机械手夹取动作时间短，需要完成迅速抓取和放置，并且与运动时序、方位配合精度要求较高，故选用气动式动力输入。
3.4方案比较
3.4.1优点比较
上述方案中通过改变机构的具体结构，都达成了运送翻转的功能。
1）方案一结构紧凑，并且机械手采用气泵动力，推动方向恒定，具有较好的稳定性。
设计原理简单，可以选用标准件。
采用齿轮传动传动，传动效率高，同时采用了不完全齿轮机构，可以实现机构的自己停止。
2）方案二机械手不用采用独立的动力装置，动力装置更简单。
机构的连续性好，可以实现往复运送。
成本更低，控制简单。
3）方案三采用平面连杆机构，选用基本杆组，设计较简单且易实现，制作加工成本较低。
夹取工件装置都采用机械手，夹取稳定可靠。
3.4.2缺点比较
1）对于方案一加工精度要求高，制作成本高。
2）方案二采用导轨装置摩擦力大，耗能高，动力装置的运动轨迹复杂设计制造难度高。
3）方案三在设计安装时易产生较大的误差累积，且杆件数越多，运动的不平稳性也就越大。
3.5方案优化
经过对各个方案的比较，我决定采用第一组方案。
选定方案运动尺寸确定
齿数半齿轮z1=60,行星轮z2=10
系统运动学分析
该方案利用机械手抓取，机械手的开合由另一个电动机驱动空气压缩机控制，并根据行星轮的转动周期设计固定的开合时序，使各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。
移动动力装置为正反行程控制的电动机装在在行星轮上，行星轮围绕着太阳轮转动带着传动杆转动从而实现工件的移动和翻转。
本装置的太阳轮为不完全齿轮机构，因此可以控制连杆正好转动180度时停止。
行星轮即原动件与半齿轮齿数之比为1:
6,则转速之比为6:
1，给定电动机转速为36r/min,移送时间为1/6min*0.5=5s.
工作时序图如下表
摇杆
送件
机械手
夹紧
释放
曲柄转角0°180°
课程设计总结
本次课程设计是我进入大学以来第一次对自己所学知识和动手能力的综合检测，使我感触颇多、获益匪浅。
首先，通过此次课程设计，进一步巩固所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。
对平面连杆机构、摇杆、齿轮、槽轮等一些课本上独立的知识有了更加深刻的理解和联系，要使这些基本结构能组成功能强大的各种机构，我的学习还有待于更深入。
其次，这次课程设计过程中，使我了解到团队的力量是无限的。
与同学们激烈讨论，团结合作，共同努力，最终完美的实现了机构的设计，是本次课程设计中珍贵的体验。
此外，希望我们能有更多的机会参与课程设计，提高自主创新能力。
这次课程设计我投入了很多的时间和精力，我觉得这是完全值得的。
在我看来，课程设计比考试更能检测出学习的深度和精度。
独立思考，勇于创新，动手能力都得到了进一步的加强。
最后，衷心感谢曹冲振老师这个学期的悉心教导与鼓励，在课堂上为我们补充了很多知识，带领我们走进了奇妙的机械世界。
在曹老师的耐心指导下，我们才能完成了这次的课程设计，并从中学到了更多的知识。
参考文献
[1]孙桓，陈作模.机械原理[M].7版.北京：
高等教育出版社，2006
[2]黄锡恺，郑文纬．机械原理[M].6版．北京：
高等教育出版社，1993
[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
[6]邓宗全，张朋，胡明，高海波.轮式行星探测车移动系统研究状况综述及发展态势[J].机械设计，2008，25
（1）：
1-5
[7]曹冲振、王凤芹、张华宇等.虾形六轮移动机器人[P]：
中国，200810139146.9，2008-08-08
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