机械设计课程设计-热镦机送料机械手设计（三维）.doc

机械设计课程设计说明书热镦机送料机械手全套图纸加153893706目录第一章 设计题目及要求- 3 -1.1 设计题目简介- 3 -1.2 设计数据与要求- 3 -1.3 设计任务与提示- 4 -第二章 热镦机送料机械手摆臂的设计- 5 -2.1 摆臂方案A的设计- 5 -2.2 机械手上摆手设计方案B- 5 -2.3 摆臂方案的确定- 6 -第三章 热镦机送料机械手回转装置设计- 7 -3.1 回转装置A的设计- 7 -3.2 回转装置B的设计- 7 -3.3 驱动装置的选择- 8 -3.3.1 常用电动机的结构特征- 8 -3.3.2 选定电动机的容量- 8 -3.4 回转装置方案的确定- 9 -3.5 循环图的拟定- 10 -第四章 热镦机送料机械手方案的确定与计算- 11 -4.1 拟订的方案- 11 -4.2 最终方案的确定与说明- 12 -4.3 方案的计算- 13 -第五章 设计总结- 17 -参考文献- 18 - 第一章 设计题目及要求1.1 设计题目简介图1 机械手的外观图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，往40吨镦头机送料。它的动作顺序是：手指夹料，手臂上摆一定角度，然后手臂水平回转一定角度，然后手臂下摆与上摆相同的角度，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1为机械手的外观图。1.2 设计数据与要求方案号最大抓重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（）送料频率次/min电动机转速r/min12251506501815960表1设计数据与要求1.3 设计任务与提示1. 至少提出可行的两种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案绘制其机构运动简图和运动循环图。2. 对平面连杆机构进行尺度综合，确定各个构件的尺寸并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；其求解过程应详细列出；3. 在机械基础实验中心机械原理实验室（2号楼一层）的试验台上搭建所设计的机构模型获取相关尺寸与设计结果进行对比验证设计的合理性；4.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行可视化仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6. 编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。 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动作。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，在不考虑加料动作的情况下尽可能只有一个源动力。第二章 热镦机送料机械手摆臂的设计2.1 摆臂方案A的设计 采用凸轮带动摇杆的机构来实现机械手上下的摆动。其中要满足摆杆长为650MM，上下摆动的角度位18度。此种方式设计简单，能达到相应的设计强度要求。并且在运动过程中出现问题的可能性相对较小。如图2。图22.2 机械手上摆手设计方案B采用凸轮带动连杆机构实现上下运动。通过凸轮带动杆2，且通过连杆之间的相互作用实现安放在C出的机械手达到预期的运动轨迹及线路。此方案设计相对复杂，但能满足较高的强度，各杆之间受力相对均衡。如图3。图3 1-凸轮 2-滚子 3-折杆 4、5-连杆 其中在C处安放机械抓手2.3 摆臂方案的确定根据给出的设计要求可以看出，机械手臂的抓举重量为2kg，方案A设计简单，且能达到强度要求，并且其机构简单，易于实现，安装也较为容易。方案B机构相对较多，不利于安放，并且此套装置用于一般小型工厂，故要求其占地面积要小。根据综合考虑，选取方案A作为机械手上下摆动装置。图4为 SolidWorks中的实体建模。图4 SolidWorks中的实体建模第三章 热镦机送料机械手回转装置设计3.1 回转装置A的设计 采用齿轮进行机械装置的回转.其优点为：可传递空间任意轴间的运动和动力，即轴可以平行，交叉或交错；转动平稳，其传动比恒定，大多数齿轮的传动比是常数；适应范围广（传递速度、功率范围都大）；寿命长；效率高；结构紧凑等优点。齿轮传动缺点： 制造成本高，刚性传动没有过载保护作用，振动和噪音等。3.2 回转装置B的设计采用齿轮齿条进行机械装置的回转。其优点为:承载力大，传动精度较高可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度高于2m/s，齿轮齿条传动缺点：传动噪音大，磨损大。设计的齿轮齿条传动如图5所示（模数m取为1）图5 齿轮齿条3.3 驱动装置的选择选择电机类型：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。 3.3.1 常用电动机的结构特征（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。 (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。3.3.2 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，；经过综合考虑决定选用Y132S4型号电动机（电流A：11.6 转速: 960r/mm 效率:85.5 功率因数 cos:0.82 功率:5.5kw）3.4 回转装置方案的确定 根据综合考虑，通过齿轮齿条传动的方式进行回转更加适合设计要求。由于齿轮齿条承载力大，传动精度较高可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度高于2m/s满足设计要求。因而选择回转方案B作为机械手回转装置。图6为该装置在SolidWorks中的实体建模。图6 SolidWorks中的实体建模3.5 循环图的拟定根据设计题目的要求。对机械手的运动过程做了如下的分解。机械手上摆18停止下摆18停止上摆18下摆18转台停止水平回转150停止停止水平反转150停止第四章 热镦机送料机械手方案的确定与计算 4.1 拟订的方案 方案a：由电动机提供动力源，通过皮带轮传动，并分两路。一路通过圆锥齿轮和蜗杆，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18；另一路同样通过圆锥齿轮传动，再传动给两组不完全齿轮，通过连在转台上的轴，从而使转台完成水平150的回转运动。如图7。图71电动机 2机械手摆动装置 3转台 4抓手 5机械手水平回转装置方案b: 分两部分完成。一部分由电动机提供动力源，带动凸轮转动，从而完成机械手的上下摆动，上下摆动的角度为18。另一部分有曲柄的回转带动齿条做往复运动，从而驱动齿轮带动中转轴产生角度为150的回转运动，而正是齿条的往复运动，齿轮从而实现了正反转，如图8。图84.2 最终方案的确定与说明根据确定的运动运动路线，可以确定方案B更适合设计要求，在达到设计要求的同时，其加工难度，加工花费等性价比更高。因而选择B方案。如图9。上下摆：凸轮加摇杆的组合；水平摆：齿轮齿条的组合。图94.3 方案的计算齿轮齿条参数选定与计算：齿轮参数：m=1 ha*=1 c*=0.25 z=20齿轮的齿数为20，则其分度圆直径为20mm，齿条移动的距离L=（150/360）*2*（20/2）= 26.17，齿条长度应大于26.17mm，故齿条长度可取40mm。曲柄滑块机构参数设计：图10设曲柄AB的长为a，连杆AC长为b，A在A位置时齿条处于最高位置，A在A位置时齿条处于最低位置；因为他是一个对心曲柄机构，则齿条移动的距离L=2a，所以a=13.09mm；要保证在运动过程中齿条不与曲柄相碰，必须使得齿条在最低位置时两铰链的距离大于a，即b-aa，所以可取b=30mm。凸轮参数设计由连杆机构可计算出凸轮尺寸。杆AB=25mm，BC=30mm。由BC-AB*tan18可确定此凸轮的参数，基圆半径r=15mm，此数据为确定凸轮轮廓线的依据。图11根据凸轮的行程和机械手运动运动周期，绘制运动位移图如下:图12传动分析：送料频率为15次min,即每次4s;这4s可进行如下分配：手指夹料(0.5s)手臂上摆18(0.5s)手臂回转150(0.5s)手臂下摆18(0.5s)手指松开(0.5s)手臂上摆18(0.5s)手臂反转150(0.5s)手臂下摆18(0.5s)执行机构在一个周期的运动如下表所示：动作序号动作名称转角（时间s）1手指夹料0（0.5）2手臂上摆18（0.5）3手臂回转150150（0.5）4手臂下摆18（0.5）5手指放料0（0.5）6手臂上摆18（0.5）7手臂反向回转150150（0.5）8手臂下摆18（0.5）表2 机构运动循环图机械手臂上下摆时间为0.5s，此时凸轮需转动半圈，所以凸轮的转速为60r/min；机械手臂回转时间为0.5s，此时圆盘需转动半圈，所以圆盘的转速为60r/min。传动比分配上下摆：齿轮1和齿轮2 的传动比为4，所以齿轮2和齿轮4的转速为240r/min。齿轮4和齿轮3的传动比为2，所以齿轮3齿轮5的转速为120r/min。齿轮6和齿轮5的传动比为2，所以齿轮6和盘形凸轮的转速都为60r/min。根据机构的循环图可知，手臂摆动的周期为0.5s，正好可以用60r/min的盘形凸轮带动。回转：同理，齿轮1和齿轮2 的传动比为4，所以齿轮2和齿轮4的转速为240r/min。齿轮4和齿轮3的传动比为2，所以齿轮3齿轮5的转速为120r/min。齿轮6和齿轮5的传动为2，所以齿轮6和盘形凸轮的转速都为60r/min。根据机构的循环图可知，手臂回转的周期为0.5s，正好可以用60r/min的圆盘带动。 第五章 设计总结热墩机送料机械手的设计不仅能减轻工人们的作业强度，而且还大大提高了工作效率。在如今强调效率与质量的时代，机械手等产品也广泛运用在各行各业之中，为人们的生活水平的提高做出了很大的贡献。在设计过程中。在这次设计过程中，我掌握了很多设计知识，学会了几个软件的使用并有所提高。发现有些东西非常有用，比如AutoCAD、SolidWorks的使用。但是也碰到了很多问题，机构的功能不能完全掌握、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。机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。目前，机