机械原理课程设计——热镦机送料机械手1.doc

西南交通大学峨眉校区 机械原理课程设计机械原理课程设计说明书热镦挤送料机械手C 指导老师： 设 计 者： 学 号： 班 级：目录第1章 设计题目及要求1.1 设计题目简介.31.2 设计数据及要求.31.3 设计任务与提示.4第2章 热镦挤送料机械手摆臂的设计2.1 摆臂方案A的设计.42.2 摆臂方案B的设计.52.3 摆臂方案的确定.6第3章 热镦挤送料机械手回转装置设计3.1 回转装置A的设计.63.2 回转装置B的设计.7 3.3 驱动装置的选择.8 3.4 回转装置方案的确定.93.5 循环图的拟定.9第四章 热镦挤送料机械手方案的确定与计算 4.1 方案的拟定.9 4.2 最终方案的确定与说明.104.3 方案的计算.12第5章 相关建模过程及仿真.13第6章 设计总结.17第7章 参考文献.17 第一章 设计题目及要求1.1 设计题目简介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。如图1所示。图11.2 设计数据及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/minC22515065018159601.3 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，选出一种运动方案进行设计；2. 设计传动系统并确定其传动比分配。3. 图纸上画出步进送料机的机构运动方案简图和运动循环图。4. 对平面连杆机构进行尺度综合，并进行运动分析；验证输出构件的轨迹是否满足设计要求；求出机构中输出件的速度、加速度；画出机构运动线图。5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，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。 7. 在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。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。第2章 热镦挤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。其中学要满足摆杆长为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2 Solidworks中的实体建模2.2 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两2KG，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B作为机械手上下摆动装置。第三章 热镦挤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。设计的齿轮传动如图4.图43.2 回转装置B的设计曲柄摇杆机构进行回转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，；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： 分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率按推荐的传动比合理范围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6, 三级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动范围为40-200. 经过综合考虑决定选用Y132S4型号电动机（电流A：11.6 转速: 1440r/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，通过齿轮传动的方式进行回转更加适合设计要求。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。满足设计要求。因而选择回转方案A作为机械手回转装置。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。如图5.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停止凸轮连杆转角150180330360150（第二周）180图5 第四章 热镦挤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6。图61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: 由电动机提供动力源，通过皮带轮传动，并分两路。一路通过皮带轮与凸轮的传动，从而完成机械手的上下摆动，上下摆动的夹角为18。另一路由圆锥齿轮传动，带动曲柄转动，从而使摇杆水平回转150，而摇杆又通过支柱与转台相连，从而使整个转台一起水平回转。如图7。图71电动机 2机械手摆动装置 3抓手 4转台 5机械手水平回转装置4.2 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跟适合设计要求，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8、9。 图8图94.3 方案的计算参数：电动机的转速：960r/min 皮带轮1半径R1=10cm 皮带轮2半径R2=25cm 圆锥齿轮3齿数Z1=15 圆锥齿轮4齿数Z2=30 齿轮14齿数Z3=20 蜗杆5齿数Z4=1且为右旋 凸轮6基圆半径r0=90mm 滚子7半径Rr=10mm 传动比计算：w1=2f=2*3.14*960/60=100rad/s由w1r1=w2r2 w2=w1*r1/r2=40rad/s齿轮3对齿轮14的传动比i1=w3/w14=z1*z14/z3*z5=15*20/20*1=15W14=w3/15=w2/15=4rad/s凸轮推程角1=150 t1=1/w14= 38s凸轮远休角2=30 t2= 2/w14=8s因此不完全齿轮使转台水平转动的时间间隔为8s。第5章 相关建模过程及仿真solidworks凸轮的建模在solidworks中进行装配后的模型图Solidworks大齿轮的建模Solidworks小齿轮建模Solidworks实体模型导入Admas机构在运行过程中的实图机械手臂运动的位移图机械手臂运行的速度图像机械手臂运行的加速度图像第7章 设计总结热敦挤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，ADAMS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。经过老师的指导和同学间讨论，终于有所收获，明白了很多。机械学作为一门传统的基础学科，内容丰