热镦挤送料手课程设计说明书.doc

机械原理课程设计 题目 热镦挤送料机械手 学 院 机电工程学院 专业年级 机械工程及自动化 二一二年六月 三、原始数据及设计要求：机械手夹送圆柱形镦料，手指夹料，再通过凸轮或连杆机构使手臂上摆15，然后手臂水平回转120，到达指定点手臂下摆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，往复这些运动。二、工作原理及工艺动作过程：一、设计题目 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。 机械原理课程设计任务书 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/minA22512068515151450B2.527.511069017.512.51450C3301007002010960D1.522.510560017.515960E11511050015201440 四、设计方案提示： 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。五、设计的主要任务 1.机械手一般包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。 2.设计传动系统并确定其传动比分配。 3.设计平面连杆机构。对所设计的平面连杆机构进行速度、加速度分 析，绘制运动线图。 4.设计凸轮机构。按各凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律， 确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用 电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及 凸轮廓线图。 5.设计计算齿轮机构。 6.编写设计计算证明书。 7.学生可进一步完成：机械手的计算机动态演示验证等。 六、撰写设计说明书：课程设计说明书是技术说明书的一种，是对课程设计的总结。主要内容包括：(1) 课程设计题目简介；(2) 功能分解；(3) 原始数据及计算； (4) 机械传动系统的设计计算（简述方案设计思路及讨论、 改进）； (5) 执行机构的选型及评价以及设计步骤或分析计算过程； (6) 机械运动方案简图的绘制、机械运动系统尺度计算、机 构运动分析等； (7) 对所设计的结果分析讨论； (8) 感想与建议。说明书用16K纸张书写，并按以下顺序装 订成册：封面（按指定的统一格式）、课程设计任务书、 摘要、目录、正文、参考文献。 摘要 进入21世纪以来， 随着科学技术的不断发展、工业生产水平的不断提高和人们生活条件的不断改善，市场愈加需要各种各样性能优良、 质量 可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。我小组课题为热镦挤送料机械手，众所周知，机械手能模仿人手和臂 来实现某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自 动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等门。 本课题在灵活运用课本所学知识的基础上培养了我们的自学能力 并加深了我们对各种凸轮、齿轮、以及连杆机构的 了解。本课题的设计过程中，我们运用了Auto-CAD、Solid-works、计算机编程C语言、标准直齿圆柱齿轮以及其啮合机构的设计、凸轮的设 计、轮系传动比的计算、杆组执行机构的设计等知识，将现代计算机技术与我们传统的机械设计理论及实际相联系，提高了设计效率。我小组人员相信，通过这次课程设计，各个成员的分析、计算、绘图、文字表达、使用技术资料和设计手册、熟悉各种规范标准、进行数据分析和处理、编写程序等方面的能力有了很大的提高，也让我们拥有了独立解决工程实际问题的能力，锻炼了我们机械设计中的创新思维，是机械类专业学生的知识体系训练中不可替代的重要环节。 目 录摘要 . (4)第一章 课程设计题目简介 . (6) 1.1设计题目 .(6) 1.2设计任务 .(6) 1.3设计提示 .(7)第二章 功能原理与运动分析 .(7） 2.1功能要求 .(7) 2.2功能原理 .(7) 第三章 执行机构方案的选型及评价 .(8) 第四章 方案最终展示 .(10) 4.1机构运转的整体流程图 .(10) 4.2机构拆分说明.(10) 第五章 机械运动系统及传动系统的尺寸计算. (11) 5.1标准直齿圆柱齿轮.(11) 5.2齿轮与齿条啮合.(12) 5.3 凸轮传动机构尺寸的计算.(12) 5.4 齿轮啮合传动比的计算.(13) 5.5 凸轮C语言程序.(13) 第六章 参考文献.(15) 第七章 感想与建议 .(15)第一章 课程设计题目简介 1.1设计题目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。 具体设计要求： a使得手臂在空间中运动 b一个发动机带动做往返运动，从两个方向进行 c手臂上摆和下摆时，手臂不转动；手臂转动时，不会上下摆动 有关数据见下表：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/minE33010070020109601.2设计任务 1.机械手一般包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。 2.设计传动系统并确定其传动比分配。 3.设计平面连杆机构。对所设计的平面连杆机构进行速度、加速度分析，绘制运动线图。 4.设计凸轮机构。按各凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。 5.设计计算齿轮机构。 6.编写设计计算证明书。 7.学生可进一步完成：机械手的计算机动态演示验证等。1.3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。 第二章 功能原理与分析 2.1 功能要求 机械手夹送圆柱形镦料，手指夹料，再通过凸轮或连杆机构使机械手臂上摆15度,然后手臂水平回转120度，达到指定点手臂下摆15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，往复这些运动。 2.2 功能原理功能执行 构件工艺动作执行机构送料原件手臂直线上下左右往返运动曲柄滑块机构圆盘凸轮机构不完全齿轮机构齿轮机构（齿条机构） 2.2.1原动机的选择 工业上的电动机一般选用转速为1440r/min和960r/min的电动机，这里我们根据题目给定的数据要求，我们选用三种电动机，分别为：960r/min,1440r/min,1450r/min。我们的设计可以满足三个电动机的运动。 2.2.2 传动机构 齿轮传动：传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离。但制造精度要求高。 连杆传动：优点适用于宽广的载荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩晓行程。既可为传动机构又可做为执行机构。 凸轮机构：优点能实现各种运动规律，机构紧凑。但易磨损，主要用于运动的传递。第三章 执行机构方案的选型及评价 经过我们细致的讨论，我们得到了以下三种方案： 方案一：凸轮连杆机构该方案满足轨迹要求，满足执行构件的运动轨迹 凸轮连杆机构和不完全齿轮均有不稳定和冲击现象，所以我们决定不采用此方案方案二：曲柄摇杆 圆锥齿轮转动带动曲柄转动，从而使摇杆水平回转，而摇杆通过支柱与转台相连，从而使整个转台一起旋转 转台是由曲柄摇杆机构完成的，没有明显的停歇工作，也没有柔性和刚性的冲击，所以我们不采取此方案方案三：圆柱凸轮 1-齿轮 2-轴 3- 圆锥齿轮 4-轴 5-凸轮 6-滚子推杆 7-机械臂 8-齿轮 9-滑块 10-摆杆 11-圆柱凸轮 12-锥齿轮 在制造和安装精度方面要求就高，低精度时传动噪声较大，没有过载保护机构经过本小组讨论最终选定方案三为我们的执行方案，后面我们将重点介绍方案三879654101132112第四章 方案最终展示 4.1机构运转的整体流程图导 杆设定传动比发动机齿轮2齿轮1变速转向齿轮1凸轮1带动转向实现机构循环执行机构齿轮3齿轮4凸轮24.2机构拆分说明 4.2.1 上下摆动机构 动力由轴输入，并带动凸轮转动，推动滚子推杆做上升，下降的往复运动，从而使U型块推动机械手手臂上下摆动，达到机械手臂的上下抓取目的 4.2.2左右回转机构 水平回转机构齿条形齿轮的啮合 当动力传入圆柱凸轮后，凸轮转动，使摆杆2左右摆动，滑块3水平移动带动齿条的水平左右移动以及与其相啮合的齿轮4的转动从而实现6回转. 第五章 机械运动系统及传动系统的尺寸计算5. 1. 标准直齿圆柱齿轮根据标准，令：m=1 =20 ha*=1 c*=0.25 z=20 由公式 ha=ha*m hf =（ha*+c*）m 可求得该圆柱齿轮的各项参数 所得图形为： 5.2 齿轮与齿条啮合 我们采用的是齿轮分度圆与齿条中线相切（即齿轮与齿条标准啮合），所以齿条的相关数据为：m=1 ha*=1 c*=0.25 z=20齿条与齿轮啮合图形如下： 5.3 凸轮传动机构尺寸的计算 5.3.1 凸轮机构尺寸的计算 根据运动传递要求可得到凸轮的运动线图为：S/厘米30 150 180 210 330 360/度 设定凸轮的偏距=0，基圆半径=20cm，结合凸轮的运动线图可得凸轮外形图如下： 5.4齿轮啮合传动比的计算 根据我所选的数据，电动机转速960r/min,送料频率为10次/min,计算传动的结果如下：我们所选的四个锥形齿轮一样规格，所以传动比出现在发动机与传动杆上，总的传动比为96:1。传动杆上的齿轮是固定的，只要改变发动机上的齿轮就可改变传动比。数据要求回转半径700mm，所以我的杆长为744.9mm。回转角度为100度，多以条形齿轮水平移动的距离为700/9mm。 5.5 凸轮坐标的生成程序 #include #include#define PI 3.1415926void main() FILE *fp;double e=0,ro=90.0,rt=10.0,h=20.0,phi1=150.0,phis=30.0,phi_1=150.0,phi_s=30;/*各字母含义：e偏距，基圆半径ro,滚子半径rt,行程h,推程运动角phi1,远休止角phis,回程运动角phi_1,近休止角phi_s*/ double s,alp73,x73,y73,x1,y1,xr73,yr73; /*分别代表从动件位移，压力角，理论轮廓曲线点的位置x,y，x，y对运动角的微分，实际轮廓曲线的位置x,y*/double ic,ic1,ic2,ic3,ic4,so,s1,cop,sip,phi,gam,bel,del=5.0,q,t; /*定义变量*/int i;gam=phi1+phis;bel=phi1+phis+phi_1;ic=(int)(360.0/del);ic1=(int)(phi1/del);ic2=(int)(gam/del);ic3=(int)(phi1+phis+phi_1/2.0)/del);ic4=(int)(bel/del);so=sqrt(ro*ro-e*e); printf(n No THETA Theoretical contour curve. Actual contour curve of cam. pressure angle n); /*在屏幕上输出文件头*/printf( deg x/mm y/mm X/mm Y/mm radn); fp=fopen(myf2.c,w);for(i=0;i=ic;i+) /*每隔五度建立循环*/phi=i*del*PI/180.0; /*将角度化为幅度*/ cop=cos(phi);sip=sin(phi);if(i=ic1) /*推程运动判断*/s=h/2.0*(1.0-cos(180.0*phi/phi1);s1=h*PI*sin(180.0*phi/phi1)/2.0/phi1; x1=-(s+so)*sip+s1*cop-e*cop; y1=(s+so)*cop+s1*sip-e*sip;else if(i=ic2) /*远休止角*/s=h;s1=0; x1=-(s+so)*sip-e*cop; y1=(so+s)*cop-e*sip;else if(i=ic3) /*回程等加速运动判断*/s=h-2.0*h*(phi-gam)*(phi-gam)/phi_1/phi_1;s1=-4.0*h*(phi-gam)/phi_1/phi_1; x1=s1*cop-(s+so)*sip-e*cop; y1=s1*sip+(so+s)*cop-e*sip;else if(i=ic4) /*回程等减速运动判断*/s=2.0*h*(bel-phi)*(bel-phi)/phi_1/phi_1;s1=-4.0*h*(bel-phi)/phi_1/phi_1; x1=s1*cop-(so+s)*sip-e*cop; y1=s1*sip+(so+s)*cop-e*sip;else /*近休止角*/s=0; s1=0; x1=-(s+so)*sip-e*cop; y1=so*cop-e*sip; t=fabs(s1-e);alpi=atan2(t,(s+so); /*计算压力角*/q=rt/sqrt(x1*x1+y1*y1); xi=(s+so)*cop-e*sip; /*理论轮廓曲线位置*/yi=(s+so)*sip+e*cop;xri=xi-q*y1; /*实际轮廓曲线位置*/yri=yi+q*x1;phi=i*del;prin