热镦挤送料机械手.doc

机械原理课程设计任务书目录一、任务简介-31.1 设计题目1.2 设计条件1.3 设计任务及要求1.4 设计提示二、回旋机构设计-52.1 机构运动方案一2.2 机构运动方案二三、俯仰机构设计-73.1机构运动方案一3.2机构运动方案二 3.3机构运动方案三四、一般机械手介绍-9 4.1资料分析五、机构的比较-105.1回旋机构的比较5.2俯仰机构的比较六、机构的定型设计-116.1回转机构运动计算6.2俯仰机构运动计算七、总结-13一、任务简介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，往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，手臂下摆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、设计条件表1 热镦挤送料机械手技术参数方案号最大抓重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/minA22512068515151450B3301007002010960C115110500152014401.3、设计任务及要求1. 机械手一般至少包括凸轮机构，齿轮机构在内的三种机构；至少设计出三种能实现该分类机运动形式要求的机构，绘制所选机构的机构示意图（绘制在说明书上），比较其优缺点，并最终选出一个自己认为最合适的机构进行机构综合设计，绘制出其机构运动简图。2. 设计传动系统并确定其传动比分配（皮带传动传动比 i 2 ，每级齿轮传动传动比 i 7.5 ）。3. 图纸上画出传动系统方案图。4. 图纸上画凸轮机构设计图（包括位移曲线、凸轮廓线和从动件的初始位置）；要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，确定凸轮廓线。5. 设计计算其中一对齿轮机构。6. 同一小组内，每人至少有一种与别人不一样的机构设计方案。7. 以上所要求绘制的图形均绘制在一号图纸。8. 编写设计计算说明书。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。 二、回旋机构设计2.1机构运动方案一采用曲柄摇杆机构，曲柄a做整周运动带动从动杆d左右摆动，摆动角度为120，即实现了回旋运动要求，其运动简图如下：1. 具体参数的说明（1）图中所取的行程速度变化系数为1.5，即K=(180+)(180-)=1.5 解得=36，为极位夹角，如图。（2）缺点：图示机构的最小传动角为5，对于为保障机构传动良好的最小传动角要求min40不够，这一点在后续的机构比较中再具体优化。（3）对于a杆的转动要求：由于d杆在两个极限位置其延伸机构有俯仰动作需要停留一段时间，所以a杆的转动也是间歇式的，假设在两极限位置各停留2s，则根据图示运动，其转动的-t图如下：(4)间歇运动的缺点：由于两次停留时都使a杆处于死点位置，所以停留之后的再次转动会存在阻碍，可能导致机构卡死，这也是需要解决的一个问题，暂时搁置后续再议。2.2机构运动方案二 采用齿轮、杆、凸轮的综合运用实现回旋运动要求，运动简图如下：1. 机构运动说明（1） 主动件为通过叉杆连接在一起的两个转向相反的齿轮a、b，从动件为与杆件固连的齿轮c，由a、b与c的间歇式接触传动来实现从动杆来回旋转120的机构运动要求。（2） a、b与c的间歇式接触传动拟通过凸轮与弹簧的配合来实现，具体说明如下：设计凸轮在处于远近休止角处时，主动齿轮a、b分别与齿轮c接触传动，下面为凸轮从图示位置开始运动的s-图（s为凸轮支座到轮杆接触点间的距离，为运动角）： （3） 传动过程介绍：图中s为远休止角，在这个阶段内，主动齿轮b与从动齿轮c相接触，使杆逆时针转动120，进入回程运动角时，齿轮b和c相脱离，叉杆开始回转，当进入近休止角s(s=s)时，主动齿轮a与从动齿轮c相接触，使杆顺时针旋转120，最后进入推程运动角时，a和c脱离。之后重复运动。（4） 图中弹簧处于紧缩状态，为使a、c牢固接触，同时也要求弹簧的弹性系数k应较高。（5） 齿轮间传动计算：设齿轮c的齿数为Zc,分度圆直径为d；齿轮a和b的齿数为Za=Zb，分度圆直径为D，齿轮a、b的转动角速度为Wa=-Wb，凸轮的转动角速度为W，则主从动齿轮没吃传动的时间为t=s/W,T时间内主动齿轮转过的角度为=Wa*t=(Wa*s)/W，S=*(D/2),齿轮c转过的角度为=S/(d/2)=*(D/d),令=120,则达到了运动所需的条件，其中主从动齿轮的齿数比可通过直径比求的，一般令Za/Zc稍大以使传动过程中省力并可减小主动齿轮的转动速度从而减小能量消耗。（6） 缺点：在主从动齿轮脱离时会存在延滞现象使转角偏大，另外接触时可能存在啮合不上的现象，搁置后续再议。三、俯仰机构设计3.1 机构运动方案一齿轮机构，运动简图如下：1. 机构运动说明：两齿轮始终处于同一竖直位置，主动齿轮做间歇往复运动，带动与从动齿轮固连的机械手实现俯仰15的运动要求。3.2机构运动方案二凸轮机构，运动简图如下：1. 机构运动说明：凸轮与机械手始终处于同一垂直面内，凸轮转动带动机械手臂实现俯仰15的运动要求。3.3机构运动方案三（1）液压支撑，运动简图如下：1. 机构运动说明：通过液压带动滑块上下间歇运动，滑块在机械手臂的滑槽内运动使机械手上下摆动从而实现俯仰15的机构运动要求。 （2）液压扭转，简图如下：1. 机构运动说明：液压给机械手臂根部一个扭力使机械手上下摆动通过控制液压大小以实现俯仰15的运动要求。四、机械手的设计 4.1资料查得一机械手图纸如下： 1. 机械手工作说明;（1） 如图，机械手的两机械手爪通过一滑动杆件相连接，杆件的来回滑动实现机械手爪的开合从而实现抓取与松开运送材料的目的；（2） 机械手腕可以来回旋转，这个设计是为了防止送料脱落，变竖直夹送为水平夹送；（3） 机械手爪的夹具设计为可拆卸装置，目的是对不同形状的送料配以相应形状的夹具以便实际所需。五、机构的比较与优化5.1回旋机构的比较 方案一： 缺点：（1）死点对启动的阻碍 （2）传动角过小，机构的有效运动偏低 解决方案：可变曲柄摇杆机构为摆动导杆机构，即可很好的解决上述两个问题。 方案二： 缺点：（1）主从动齿轮脱离滞碍导致摆角误差 （2）主从动齿轮可能啮合不上或卡死 （3）主从动齿轮脱离后摆杆位置不稳定 解决方案：对于缺点1、2，可对齿轮加罩一个特殊的齿壳（课上视频中出现过，具体名字不太记得了）即可有效防止轮齿错位的现象；对缺点三，可设置摆角边界以限制摆杆左右摆动的不稳定现象。综上：基于方案一机构简单，主动件少的优点和较易解决的缺点，决定采用方案一。5.2俯仰机构的比较 基于液压扭转机构体型小，且更为容易实现运动要求，俯仰机构选用方案三（2）。六、机构的定型设计 整体机构简图如下： 下面按设计条件中的方案A进行具体参数的计算：6.1回转机构运动计算;如图：f=15次/minT=60/15=4s令 机械手在两极限位置各停留1.5s,则转动时间剩余 T=4-1.5*2=1s 即要求导杆的转速为n=1r/s 由图知电机的转速为N=1450r/min=24r/s i=N/n=24, 由任务要求i7.5可知，需要采用二级齿轮传动 即齿数比为Zn/Z1/Z2=1/6/24, 得导杆的运动规律如下图： 上图横坐标从左至右分别表示：夹料仰角阶段、送料旋转阶段、俯角放料阶段、回旋阶段。6.2 俯仰机构运动计算 由设计条件知：手臂回转半径为685mm， 令 机械手臂长 L=500mm 最大抓重 m=2kg , F=m*g=20N 另计机械手重量为G