机械原理课程设计——热镦机送料机械手1

机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书 热镦挤送料机械手热镦挤送料机械手 C C 指导老师 指导老师 设设 计计 者 者 学学 号 号 班班 级 级 精品文档 2 欢迎下载 目录目录 第第 1 1 章章 设计题目及要求设计题目及要求 1 1 设计题目简介 3 1 2 设计数据及要求 3 1 3 设计任务与提示 4 第第 2 2 章章 热镦挤送料机械手摆臂的设计热镦挤送料机械手摆臂的设计 2 1 摆臂方案 A 的设计 4 2 2 摆臂方案 B 的设计 5 2 3 摆臂方案的确定 6 第第 3 3 章章 热镦挤送料机械手回转装置设计热镦挤送料机械手回转装置设计 精品文档 3 欢迎下载 3 1 回转装置 A 的设计 6 3 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 9 3 5 循环图的拟定 9 第四章第四章 热镦挤送料机械手方案的确定与计算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 10 4 3 方案的计算 精品文档 4 欢迎下载 12 第第 5 5 章章 相关建模过程及仿真相关建模过程及仿真 13 第第 6 6 章章 设计总结设计总结 17 第第 7 7 章章 参考文献参考文献 17 第一章第一章 设计题目及要求设计题目及要求 1 11 1 设计题目简介设计题目简介 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 精品文档 5 欢迎下载 机械手机体 底座 图 1 1 21 2 设计数据及要求设计数据及要求 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 min C2251506501815960 1 31 3 设计任务与提示设计任务与提示 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 精品文档 6 欢迎下载 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 第第 2 2 章章 热镦挤送料机械手摆臂的设计热镦挤送料机械手摆臂的设计 2 12 1 摆臂方案摆臂方案 A A 的设计的设计 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 精品文档 7 欢迎下载 Solidworks 中的实体建模 2 22 2 机械手上摆手设计方案机械手上摆手设计方案 B 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 32 3 摆臂方案的确定摆臂方案的确定 精品文档 8 欢迎下载 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 第三章第三章 热镦挤送料机械手回转装置设计热镦挤送料机械手回转装置设计 3 13 1 回转装置回转装置 A A 的设计的设计 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 4 3 23 2 回转装置回转装置 B B 的设计的设计 精品文档 9 欢迎下载 曲柄摇杆机构进行回转 3 33 3 驱动装置的选择驱动装置的选择 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 13 3 1 常用电动机的结构特征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 23 3 2 选定电动机的容量选定电动机的容量 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 精品文档 10 欢迎下载 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 w P Kw Tn Pw 9550 其中 T 工作机的阻力矩 mmN n 工作机的转速 min r 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 0 n 3210 其中 分别为轴承 齿轮 斜齿轮的传动效率 1 2 3 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 Y132S 4 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 43 4 回转装置方案的确定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 53 5 循环图的拟定循环图的拟定 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 150 180 330 360 150 第二 周 180 精品文档 11 欢迎下载 机械手水平回转运 动 减速电机 机械手上下摆动 运动分解 图 5 第四章第四章 热镦挤送料机械手方案的确定与计算热镦挤送料机械手方案的确定与计算 4 14 1 拟订的方案拟订的方案 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 6 1 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 精品文档 12 欢迎下载 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 7 1 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 精品文档 13 欢迎下载 图 9 4 34 3 方案的计算方案的计算 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 2 f 2 3 14 960 60 100rad s 由 w1r1 w2r2 w2 w1 r1 r2 40rad s 精品文档 14 欢迎下载 齿轮 3 对齿轮 14 的传动比 i1 w3 w14 z1 z14 z3 z5 15 20 20 1 15 W14 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 第第 5 5 章章 相关建模过程及仿真相关建模过程及仿真 solidworks 凸轮的建模 精品文档 15 欢迎下载 在 solidworks 中进行装配后的模型图 Solidworks 大齿轮的建模 精品文档 16 欢迎下载 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 精品文档 17 欢迎下载 机械手臂运动的位移图 机械手臂运行的速度图像 精品文档 18 欢迎下载 机械手臂运行的加速度图像 第第 7 7 章章 设计总结设计总结 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 内容丰富 涉及面广 目前 机械学正与电子 电气 液压等多种学科 联系更为紧密 它的综合性更强 机械学的学习将是一个艰